微波器件 (microwave devices)是指工作在微波波段 (300mhz ~ 300ghz)的器件,常应用在信号发送机、信号接收机、雷达系统、手机移动通信系统等电子产品中。微波器件包括微波真空器件、微波半导体器件等,由于后者的可集成性,本词条主要描述后者。
按工作原理和功能,微波半导体器件可以分为微波二极管和微波晶体管。在微波接收信号的抑制噪声方面,微波二极管可起到很好降噪的作用,其代表性器件有混频二极管和变容二极管等。在徽波控制器件应用方面,微波晶体管起到了主要的作用,其代表性器件有增强型 mesfet 和高电子迁移率场效应晶体管等。
混频二极管利用的是金属-半导体接触原理。在正向偏压下,当金属的逸出功大于或等于n型半导体的逸出功时,n型半导体中的载流子迁移到金属中形成电流。因为开启电压低,所以串联电阻较小,产生电流大。同理,在反向偏压下,由于其反向击穿电压较高,电阻小,产生的是小电流。混频二极管的主要指标有击穿电压、零偏压结电容、串联电阻和噪声系数。
变容二极管主要应用于基本的参量放大、混频、倍频等频率变换电路。最初的变容二极管采用硅材料制作,其截止频率没有达到 100ghz.因此其低噪声参量放大器工作波段很低。现今新型 gaas 材料的快速发展促进了变容二极管的更新迭代,变容二极管能够对外延层浓度分布和交界面陡度进行有效的控制。变容二极管的主要指标有击穿电压、变容比和截止频率。
耗尽型 mesfet 已得到广泛的应用,它的电流驱动能力强,构成的电路具有较大的逻辑摆幅;但器件功耗大、电路较为复杂,因此集成度受到一定的限制。
增强型 mesfet 刚好相反,它的电路简单、功耗低,因此构成的电路具有较低的逻辑摆幅。影响增强型 mesfet 的主要因素有國值电压和势垒正向开启电压。增强型 mesfet 的主要性能指标包括可靠性功率、输出功率和击穿电压。
结型场效应晶体管 (jfet)消耗功耗低,其 pn 结的开启电压较大,如异质结fet 的开启电压可以达到 1.4v,故其电路的输出摆幅较大。jfet 比 mesfet具有更大的抗辐射容限,缺点是 pn 结栅边缘电容大,与相同尺寸的 mesfet 电路相比,在离子迁移的过程中速度要慢一些。jfet 的主要性能指标是正向电流大于或等于3.5a、反向击穿电压大于或等于 1700v、跨导大于或等于 0.52s。
高电子迁移率场效应晶体管(hemt) 由半绝缘的 gaas 衬底制成,采用mocvd 技术生长高纯度的 gaas,并且摻杂 ai、ga、as 和 gaas 等多层结构。由于窄带隙的gaas 中电子亲和力大,因此宽带隙 aigaas 层中的自由电子渡越到高纯的 gaas 中靠近 aigaas 界层中,产生二维电子气。hemt 在电路中比mesfet 具有更好的高速性能,而且高纯砷化镓中的杂质散射很弱,具有很高的电子迁移率。hemt 的主要性能指标是输出功率和频率特性等。
未来的微波器件将具有更好的稳定性、热导率、耐热性、耐压性并抗辐射。
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