微波pin二極管是一種應(yīng)用非常廣泛的微波控制器件，可以用來(lái)制作微波開(kāi)關(guān)、微波衰減器、微波限幅器、微波移相器等。

　　在各類(lèi)微波pin二極管電路應(yīng)用中，二極管電阻的溫度特性強(qiáng)烈地影響著微波電路的溫度性能。pin二極管溫度效應(yīng)的研究包括對(duì)遷移率和載流子壽命的溫度特性的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。

　　文中針對(duì)幾種不同結(jié)構(gòu)和鈍化材料的pin二極管，對(duì)其溫度性能進(jìn)行了研究，包括I區(qū)域載流子壽命與溫度的關(guān)系、遷移率與溫度的關(guān)系以及電阻與溫度的關(guān)系，研究表明：pin二極管電阻的溫度性能主要依賴(lài)于二極管結(jié)電容的大小。

　　1 理論分析

　　在微波工作狀態(tài)下，pin二極管的電阻與正向電流以及半導(dǎo)體材料參數(shù)相關(guān)。可用簡(jiǎn)化表達(dá)式來(lái)表示

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　　式中：W為I區(qū)的厚度;IF為正向電流;μ為I區(qū)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(guān)，即對(duì)電阻的溫度性能有影響。

　　1. 1 遷移率

　　遷移率與溫度的關(guān)系比較復(fù)雜，但在一定的溫度范圍內(nèi)，半導(dǎo)體體內(nèi)的雜質(zhì)已全部電離，本征激發(fā)還不十分明顯時(shí)，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(xué)者的研究結(jié)果表明，在一50～+200℃(223~473 K)內(nèi)，遷移率和溫度的關(guān)系可表示為

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　　式中：n值為2~2.2;t0為常溫，通常定為25℃(298 K)。

　　1.2 少數(shù)載流子壽命

　　少數(shù)載流子壽命不僅受到體內(nèi)復(fù)合的影響，更為重要的是，很大程度上受表面狀態(tài)的影響，τ是一個(gè)結(jié)構(gòu)靈敏參數(shù)，是體內(nèi)復(fù)合和表面復(fù)合的綜合結(jié)果，可表示為

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　　式中：τv是體內(nèi)復(fù)合壽命;τs是表面復(fù)合壽命。

　　研究發(fā)現(xiàn)：載流子壽命隨溫度的增加而增加，可表示為

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　　式中m稱(chēng)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(nèi)(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

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　　由式(5)可以看出，電阻的溫度特性取決于遷移率和少數(shù)載流子壽命溫度特性的綜合結(jié)果。

　　圖1是以載流子壽命因子m為參數(shù)，由式(5)得到的歸一化電阻與溫度的關(guān)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(dāng)m=2時(shí)，pin二極管的電阻不隨溫度變化。

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　　影響載流子壽命因子m值的因素很多，包括：二極管幾何結(jié)構(gòu)(I區(qū)域的寬度、結(jié)直徑、結(jié)形狀等)、表面鈍化材料的電學(xué)性質(zhì)，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(qū)域的載流子濃度一般不高于1014cm-3，當(dāng)外延材料雜質(zhì)濃度穩(wěn)定且缺陷很少時(shí)，外延材料參數(shù)對(duì)載流子壽命因子的影響可以忽略。需要重點(diǎn)研究的是二極管幾何結(jié)構(gòu)、表面鈍化材料對(duì)壽命因子m值的影響。