GaN/SiC基异质结亚毫米波IMPATT二极管特性研究

碰撞电离雪崩渡越时间二极管是高频通信领域最具潜力的功率电子学器件,硅和砷化镓材料广泛用于该器件的制造中,但材料较小的禁带宽度限制了二极管的功率输出能力及直流-射频转换效率。为了克服这一问题,利用宽禁带半导体(如SiC、GaN)制造碰撞电离雪崩渡越时间二极管成为当前研究的热点。本文设计了一个新颖的n-GaN/n-4H-SiC异质结碰撞电离雪崩渡越时间二极管结构,利用漂移-扩散模型,在Sentaurus模拟软件中对该二极管的直流特性和大信号微波特性进行了详细的数值模拟研究。作为对比,本文也对具有同样结构的GaN基和4H-SiC基同质结IMPATT二极管的相关特性进行了研究。结果表明,该异质结碰撞电离雪崩渡越时间二极管的最佳工作频率为280 GHz,最大射频输出功率密度为1.69 MW/cm2,直流-射频转换效率为17.8%。研究发现,GaN/SiC异质结是制造IMPATT二极管的优选材料体系。