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微波二极管
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微波二极管
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微波领域内的各种二极管，包括变容二极管、阶跃二极管、PIN二极管、限幅二极管、电调变容二极管、固体噪声二极管和雪崩二极管等。
微波混频二极管和微波检波二极管基于金属－半导体相接触具有非线性电导原理制成的两端器件。这种器件早在第二次世界大战期间就用于雷达接收机中，是半导体领域中最早出现的实用性器件。1965年以前，这两种二极管均为点接触结构，即用微米级的金属触丝尖端与半导体锗或硅接触而产生高频整流特性。1965年以后出现性能优越的肖特基势垒型混频和检波二极管（又称肖特基二极管），其工作频率从几百兆赫到300吉赫，具有噪声低、频带宽、抗烧毁性能好等特点。在整个微波频带内直接用二极管混频的微波接收机的噪声系数为4.0～70分贝。梁式引线结构和四管堆具有多倍频程的性能。检波二极管的工作频率范围为0～40吉赫,检波正切灵敏度为45～55分贝毫瓦。
变容二极管基于PN结结电容随反向偏压变化而制成的微波半导体器件。大体可分两大类：低噪声参量放大器用变容管和电调谐用变容管。前者用于微波参量放大器，噪声温度低达30K,已广泛用于卫星地球站。后者主要用于频率调谐、压控振荡器、电子对抗和捷变频雷达快速调频等。此外，变容管还可以用于移相、限幅等。在制作上，两类器件有一定区别，参放变容管要有好的电容非线性和很高的优值；而电调谐变容管则要严格控制半导体外延层的掺杂浓度分布以便获得大的电容变化区，并且应具有较高的优值。
阶跃二极管一种窄I层结构的PIN二极管，当工作状态从正向转到反向时，其反向恢复时间很短（可以达几十皮秒量级）,且具有极其丰富的谐波,再加上反向非线性电容效应，可以用于倍频、谐波发生、取样、脉冲发生等。其主要用途是高频稳定倍频器，结合石英晶体振荡器可使微波源的频率稳定度达到10-6～10-9量级,广泛用于数字通信、雷达和卫星通信等设备中。
PIN二极管一种变阻器件,又称等离子体二极管。一般是由P+P-I-NN+多层半导体构成。可以根据用途不同来控制I层的物理量和几何参数进行设计。PIN二极管处于正向时,由于P层和N层分别向I层注入空穴和电子，电子和空穴在I层中形成等离子体而处于低的微波阻抗状态,当二极管处于反向时是一等效小电容,为高的微波阻抗状态。PIN二极管可以用于微波开关、电调衰减、移相、微波调制以及其他特殊用途。
限幅二极管利用二极管正向导通电阻很低来限制微波信号的幅度。在小功率限幅要求下，一般可选用高优质变容管;射频功率较大时采用PIN二极管结构。这类器件用于保护微波接收机的低噪声放大器等方面。
固体噪声二极管和固体噪声源基于PN结反向雪崩击穿产生无规则噪声而制成的一类微波器件。它与雪崩渡越器件最主要的区别是没有渡越区。雪崩固体噪声二极管具有噪声频谱宽、稳定性好、寿命长、工作电压低（20～30伏）等优点。工作频率0～40吉赫的已有产品。用这种噪声二极管制成的固体噪声源用于微波测量、遥感辐射计、自动雷达噪声测试等。
雪崩渡越二极管基于PN结反向雪崩倍增和渡越产生射频负阻原理制成的一种微波功率器件。1958年由美国W.T.里德提出，所以又称里德二极管。这类二极管有各种结构：里德结构(即P+NIN+)、肖特基结构(M-N-N+)高-低-高结构(H-L-H)、双漂移结构（DDR或P+PNN+）等。所用材料主要有硅和砷化镓。除了PN结雪崩渡越二极管外，由于其工作机理的差别，还有俘获等离子体雪崩触发渡越时间二极管，金属-半导体-金属势垒渡越二极管，隧道雪崩渡越二极管等。雪崩渡越二极管及其功率源可达到极高的工作频率，从几百兆赫至300吉赫都可以获得一定的微波功率。特别在毫米波波段，它是现代功率最大的固体器件，可连续波工作或脉冲工作。其缺点是噪声比电子转移器件稍高。用雪崩渡越二极管制成的雪崩振荡器和锁定放大器用于微波通信、雷达、战术导弹。
各种微波二极管在微波电路中起低噪声放大、功率产生、变频、调制、解调、信号控制等作用。
参考书目
H.A.Watson,MicrowaveSemiconductorDevicesandTheirCircuitApplications,McGraw-Hill,NewYork,1969.
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