THz波段GaN耿氏二極管非線性模型及振蕩器研究.pdf

1、近年來,由于一些新技術(shù)與新材料的研究和發(fā)展,太赫茲技術(shù)得以迅速發(fā)展,而太赫茲波輻射源的研究也在相應(yīng)的領(lǐng)域內(nèi)被重視起來,并掀起了一股熱潮。目前負阻器件在太赫茲領(lǐng)域的半導(dǎo)體固態(tài)輻射源中愈發(fā)重要,而其中被廣泛地認為最有潛力的則是耿氏二極管。盡管基于砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP)的耿氏二極管已經(jīng)十分的成熟,然而這些材料器件在太赫茲領(lǐng)域的應(yīng)用中由于輸出功率太低,限制了它們的繼續(xù)發(fā)展。而氮化鎵(GaN),作為一種Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導(dǎo)體材料,因其

2、具有極佳的負微分遷移率,使其在太赫茲領(lǐng)域的大功率器件中備受關(guān)注,而且非常適合應(yīng)用于太赫茲頻段的高功率耿氏二極管。
　　對于太赫茲波段的氮化鎵耿氏二極管的研究,目前一般都是在器件仿真軟件中進行結(jié)構(gòu)的建立與仿真,對其進行非線性電路建模并將模型應(yīng)用于負阻振蕩器中的研究很少。而且由于太赫茲波段成熟的耿氏二極管現(xiàn)階段沒有被制造出來,所以對其建模只能建立在理論的基礎(chǔ)上。
　　在本文中,我們利用半導(dǎo)體知識和數(shù)學(xué)物理方法,對GaN耿氏二極管

3、的工作物理特性進行深入的定量剖析,總結(jié)得到非線性電路模型。然后使用ADS軟件對電路模型進行搭建。再通過對模型兩端加偏置電壓,仿真得到其I-V特性曲線,驗證了此模型具有與GaN耿氏二極管理論值一致的負阻特性,并得到其產(chǎn)生負阻特性時的偏置電壓在22v~47V之間。
　　最后,將耿氏二極管的非線性電路模型外接于并聯(lián)RLC諧振回路中,用來分析此模型的振蕩特性。通過電路調(diào)諧,得到穩(wěn)定的振蕩,而且當(dāng)電路模型中渡越區(qū)長度為1um,橫截面積為50