GaN太赫兹肖特基变容二极管倍频效率的研究

本文使用Sentaurus仿真工具对恒定掺杂和渐变掺杂两种典型掺杂的GaN太赫兹肖特基变容二极管进行了仿真研究。着重研究了两种掺杂方式下轻掺杂外延层掺杂浓度对变容二极管的C-V特性和倍频效率的影响。通过数字滤波求解输入频率300GHz幅值8V的正弦电压在偏置电压为-8V时产生的各频率分量,计算出具有不同掺杂浓度的GaN二极管的倍频效率。结果显示,在仿真掺杂浓度范围内并且不考虑外围电路影响的前提下,恒定掺杂的GaN变容二极管的二倍频效率最大值为32.5%,三倍频效率最大值为16.1%;而采用渐变掺杂方式能够显著提高二极管的倍频效率,在仿真的掺杂浓度范围内,二倍频与三倍频效率均最大能提高50%左右。通过理论推导和仿真结果的计算揭示了决定掺杂浓度与倍频效率之间的关系变化趋势的内在因素。本文的研究对GaN肖特基变容二极管的倍频效率进行了理论预测,并提出了渐变掺杂提高倍频效率的解决方案,这对后续的器件设计与制备具有指导意义。

太赫兹GaAs肖特基二极管模型建立与仿真

太赫兹肖特基二极管的建模是设计太赫兹倍频器的首要任务,模型建立准确与否关系着太赫兹倍频器的整体性能。根据GaAs半导体掺杂理论给出二极管n层和n++层的电导率,通过低频仿真并结合经验公式给出R s值。在此基础上对二极管的整体模型进行分离管芯,把二极管的线性区和管芯的非线性区分别放到HFSS软件和ADS软件中进行仿真,将线性区仿真的S参数导入到ADS软件中构成完整的模型。建立好的完整模型进行188 GHz二次倍频仿真验证,输出结果对奇次谐波抑制明显,倍频损耗为5 dB。

基于肖特基二极管的275 GHz三倍频器研制

为达到接收机中550 GHz混频器前端本振源的输出功率,对核心器件倍频器进行了研究。采用固态电子器件的方式设计并实现了275 GHz非平衡式三倍频器。通过建立理想倍频器电路模型,分析了肖特基二极管管芯参数对整体倍频器性能的影响,并对电路中等效电容、电感值及输入输出匹配端阻抗和相位进行了优化设计,以提升带外抑制特性和倍频效率。实测结果表明,该三倍频器在270~280 GHz工作频带内倍频效率最大值为10.75%,输出功率大于5 mW;当驱动功率为23 dBm时,最大输出功率为12.6 mW,满足驱动后级混频器工作的功率需求。