微波pin二極管電阻與溫度的關系

1 理論分析
在微波工作狀態下，pin二極管的電阻與正向電流以及半導體材料參數相關。可用簡化表達式來表示

式中：W為I區的厚度；IF為正向電流；μ為I區雙極遷移率μ=μn+μp；τ為雙極載流子壽命。式中，遷移率和載流子壽命與溫度相關，即對電阻的溫度性能有影響。
1. 1 遷移率
遷移率與溫度的關系比較復雜，但在一定的溫度范圍內，半導體體內的雜質已全部電離，本征激發還不十分明顯時，載流子濃度基本不隨溫度變化，影響遷移率的諸多因素中，晶格散射起主要作用，遷移率隨溫度升高而降低。一些學者的研究結果表明，在一50～+200℃(223~473 K)內，遷移率和溫度的關系可表示為

式中：n值為2~2．2；t0為常溫，通常定為25℃(298 K)。
1．2 少數載流子壽命
少數載流子壽命不僅受到體內復合的影響，更為重要的是，很大程度上受表面狀態的影響，τ是一個結構靈敏參數，是體內復合和表面復合的綜合結果，可表示為

式中：τv是體內復合壽命；τs是表面復合壽命。
研究發現：載流子壽命隨溫度的增加而增加，可表示為

式中m稱之為載流子壽命因子。
1．3 載流子壽命因子與電阻
比較式(2)和式(4)，在一50~+200℃(223~473 K)內(微波pin二極管通常的工作溫度范圍)，令n=2，則得到微波pin二極管電阻的溫度特性為

由式(5)可以看出，電阻的溫度特性取決于遷移率和少數載流子壽命溫度特性的綜合結果。
圖1是以載流子壽命因子m為參數，由式(5)得到的歸一化電阻與溫度的關系曲線。圖1表明，pin二極管的電阻可以隨載流子壽命的增加而增加，也可以是減少或保持不變，當m=2時，pin二極管的電阻不隨溫度變化。

影響載流子壽命因子m值的因素很多，包括：二極管幾何結構(I區域的寬度、結直徑、結形狀等)、表面鈍化材料的電學性質，以及本征層的載流子濃度等。這些因素中，由于pin二極管的工區域的載流子濃度一般不高于1014cm-3，當外延材料雜質濃度穩定且缺陷很少時，外延材料參數對載流子壽命因子的影響可以忽略。需要重點研究的是二極管幾何結構、表面鈍化材料對壽命因子m值的影響。

2 實驗和分析
2．1 實驗
研究了以下幾種不同結構和鈍化材料的pin二極管電阻的溫度性能。
二極管A：臺式結構，鉛玻璃鈍化，結電容小，I層厚度為21μm；
二極管B：臺式結構，Si3N4／Si02復合介質膜鈍化，結電容最小，擊穿電壓低，I層厚度為5μm；
二極管C：平面結構，Si3N4／Si02復合介質膜鈍化，結電容大，I層厚度為13μm；
二極管D：臺式結構，玻璃鈍化，結電容最大，I層厚度為85μm。
表l和表2是四種二極管的常溫和高低溫下電參數測試結果。