PIN射频开关与PIN限幅器基础知识

响最小，限幅器应当具有以下特性：
(1)当信号电平幅度低于限制门限的信号提供非常低的插入损耗；
(2)当信号电平幅度超过限制门限的信号提供非常高的损耗；
(3)拥有非常快的响应时间，在高功率信号到达后几纳秒内提供保护。

2.4管芯类型及掺杂

3  宏观电热特性及微观材料特性

在各类微波pin二极管电路应用中，二极管电阻的温度特性强烈地影响着微波电路的温度性能。pin二极管温度效应的研究包括对迁移率和载流子寿命的温度特性的理论分析和实验研究。

进行调研之后，发现已有的研究和文献针对几种不同结构和钝化材料的pin二极管，对其温度性能进行了研究，包括I区域载流子寿命与温度的关系、迁移率与温度的关系以及电阻与温度的关系，研究表明：pin二极管电阻的温度性能主要依赖于二极管结电容的大小。

图1表明，pin二极管的电阻可以随载流子寿命的增加而增加，也可以是减少或保持不变，当m=2时，pin二极管的电阻不随温度变化。影响载流子寿命因子m值的因素很多，包括：二极管几何结构(I区域的宽度、结直径、结形状等)、表面钝化材料的电学性质，以及本征层的载流子浓度等。这些因素中，由于pin二极管的工区域的载流子浓度一般不高于1014cm-3，当外延材料杂质浓度稳定且缺陷很少时，外延材料参数对载流子寿命因子的影响可以忽略。需要重点研究的是二极管几何结构、表面钝化材料对寿命因子m值的影响。
 

 图2 归一化电阻与温度关系

图3  PIN二极管隔离度与温度关系曲线

研究结果表明，微波pin二极管的电阻的温度性能微观上受载流子寿命、电子迁移率、表面状态等诸多因素的影响，其综合结果表现为二极管电容值对二极管的电阻的影响最大，微波pin二极管的钝化方式和几何结构对其电阻的温度性能影响不大。结电容为0．1~1．0 pF的微波二极管即使钝化方式不同，其电阻都具有正的温度系数，温度的升高导致二极管电阻的增加，约为线性关系。结电容越小，则m值越接近于2，电阻随温度的变化越小；反之，变化越大。

研究结果可以用来预计pin二极管开关的隔离度、衰减器衰减量的温度性能，通过温度补偿设计，制作出温度性能优良的pin二极管微波电路。

4  HPM效应

以pn 结是否因温度升高而功能失效, 将HPM 效应分成两大类, 即非失效效应和失效效应。干扰、翻转、扰乱没有造成半导体升温或造成的升温对pn 结的性能影响甚微, 称为非失效效应降级和损坏导致半导体高温熔化, 属于永久失效效应; 暂时失效虽然没有造成半导体永久损伤, 但升温使本征载流子浓度升高, 使本征载流子浓度与杂质浓度相当, 造成了pn 结功能暂时失效, 但微波脉冲过后pn 结又可恢复功能。热二次击穿和电流二次击穿是半导体pn 结的两种主要损伤模式。

2.4  PIN二极管HPM效应
（1） 频率
随着注入频率的增加(指正常工作频带内)，限幅器性能逐渐降低，其尖峰泄漏和平顶泄漏随频率增大。因为PIN二极管微波阻抗与1/f2成正比，所以平顶泄漏功率与随着频率的增加而增大。当微波频率较大时，由于微波周期变小，PIN二极管中载流子需要更多时间来完成电导调制作用，瞬态阻抗变化较为缓慢，导致更多尖峰泄漏功率；同时由于PIN二极管阻抗的增大，限幅隔离性能下降，导致平顶泄漏功率增大。
（2）功率
PIN二极管所能承受的最大微波功率主要由击穿电压和最大结温升限制两大因数决定。前者由I层厚度决定；后者则分为连续波和脉冲两种情况。脉冲工作时其耗散功率较连续波工作方式要大的多。在微波脉冲作用时尖峰泄漏瞬态期间限幅器吸收功率较平顶泄漏稳态脉冲时要大的多。
（3）脉宽
脉冲前沿对薄PIN管尖峰泄漏功率影响不大；但对于大功率厚PIN管，脉冲前沿大小可对其导通过程产生较大影响，如尖峰泄漏功率、尖峰脉宽。而平项泄漏则只与PIN限幅器稳态导通阻抗有关。
（4）非线性特性
在注入功率高于限幅器阈值点后，限幅器输出产生较强非线性效应，输出有较多谐波分量。