(a) 肖特基势垒二极管时变电流波形；(b) 肖特基势垒二极管时变电导波形
第2章 微波半导体基础
定义二极管的时变电导g(t)为
g t
di
d
Udc +UL cosLt
f
f Udc +UL cosLt
(2-42)
根据式(2-39) g(t)=α［i(t)+IS］≈αi(t)=αIS［exp(αUdc+αUL cosωLt)－1］
结合型二极管n≈1.05～1.1。图2-32是肖特基势垒二极管的伏
安特性曲线。
第2章 微波半导体基础 图 2-32 肖特基势垒二极管的伏安特性曲线
第2章 微波半导体基础 在伏安特性的基础上，可以得到肖特基势垒二极管的时
假定二极管两端的电压由两部分构成：直流偏压Udc和 交流信号uL(t)=UL cosωLt
(2-43) 图2-33(b)给出了这个电导曲线的示意图，可以看出，瞬 时电导g(t)也随时间作周期性变化。
第2章 微波半导体基础
对式(2-41)进行傅立叶级数展开:
i(t) Idc 2 In cos(nLt+n ) n=1
IS exp Udc J0 UL 2J1 UL cosLt 2J2 UL cos 2Lt+ IS
第2章 微波半导体基础
2.4 肖特基势垒二极管
利用金属与半导体接触形成肖特基势垒构成的微波二 极管称为肖特基势垒二极管。这种器件对外主要呈现非线性 电阻特性，是构成微波混频器、检波器和微波开关等的核心 元件。
第2章 微波半导体基础
1. 肖特基势垒二极管有两种管芯结构：点接触型和面结合 型，如图2-28所示。点接触型管芯用一根金属丝压接在N型 半导体外延层表面上形成金半接触。面结合型管芯先要在N 型半导体外延层表面上生成二氧化硅(SiO2)保护层，再用光 刻的办法腐蚀出一个小孔，暴露出N型半导体外延层表面， 淀积一层金属膜(一般采用金属钼或钛，称为势垒金属)形成 金半接触，再蒸镀或电镀一层金属(金、银等)构成电极。
GL
=
IL UL
2 Idc UL
(2-49)
交流偏压一定时，GL随Idc的增大而增大，借助于Udc来调节 Idc可以改变GL的值，使交流信号得到匹配。
(2-44) 式中：Jn(x)(n=0，1，2，…)是n阶第一类变态贝塞尔函数， x为宗量。其中的直流分量Idc和相应于交流偏压的各次谐波 电流幅度In:
Idc=IS exp(αUdc)J0(αUL) In=IS exp(αUdc)Jn(αUL)(n=1，2，3，…) (2-45)
第2章 微波半导体基础
u(t)=Udc+UL cosωLt
代入式(2-39)
(2-40)
i(t)=f(u)=IS［exp(αUdc+αUL cosωLt)－1］ (2-41)
图2-33(a)给出这个电流曲线，由于电压是时变的，电流
也是随时 2-33 肖特基势垒二极管的电流曲线和电导曲线
肖特基势垒二极管还有其他一些变形：将点接触和平面 工艺优点结合起来的触须式肖特基势垒二极管，取消管壳、
第2章 微波半导体基础 图 2-29 面结合型二极管结构和等效电路
第2章 微波半导体基础
图 2-30 肖特基二极管的基本封装结构 (a) “炮弹”式封装；(b) 微带封装；(c) SOT贴片封装
第2章 微波半导体基础
(2) 不同的点接触管在生产时压接压力不同，使得肖特 基结的直径不同，因此性能一致性差，可靠性也差。面结合 型管采用平面工艺，因此性能稳定，一致性好，不易损坏。
图2-29给出一种面结合型二极管的结构图和等效电路， 从中可以看出各部分的结构尺寸量级。通常，这种管芯要进 行封装才能方便地使用。 肖特基势垒二极管的典型封装结 构可采用“炮弹”式、微带式、SOT贴片式等，如图2-30所 示。
第2章 微波半导体基础
图 2-28 两种肖特基势垒二极管结构 (a) 点接触型；(b) 面结合型
第2章 微波半导体基础 两种管芯结构的半导体一侧都采用重掺杂N+层作衬底，
(1) 点接触管表面不易清洁，针点压力会造成半导体表 面畸变，其接触势垒不是理想的肖特基势垒，受到机械震动 时还会产生颤抖噪声。面结合型管金半接触界面比较平整， 不暴露而较易清洁，其接触势垒几乎是理想的肖特基势垒。
第2章 微波半导体基础 图 2-31 肖特基势垒二极管等效电路
第2章 微波半导体基础
Rs为半导体的体电阻，又叫串联电阻。点接触型二极管 的Rs值为十欧姆到几十欧姆，而面结合型二极管的Rs值约为 几欧姆。Ls为引线电感，为一至几纳亨。Cp为管壳电容，约 为几分之一皮法。
肖特基二极管作为非线性电阻应用时，除结电阻Rj之外， 其他都是寄生参量，会对电路的性能造成影响，应尽量减小 它们本身的值，或在微波电路设计时，充分考虑这些寄生参 量的影响。
第2章 微波半导体基础
2. 考虑封装对管芯参数造成的影响，肖特基二极管的等效 电路如图2-31所示。不同材料和结构的肖特基二极管电路形 式一样，元件的具体参数不同。图中虚线框部分表示管芯， 其余为封装寄生元件。 Rj为二极管的非线性结电阻，是阻性二极管的核心等 效元件。Rj随外加偏压而改变，正向时约为几欧姆，反向时 可达MΩ量级。 Cj为二极管的非线性结电容，就是金半结的势垒电容Ct， 其表达式为式(2-31)。 Cj随二极管的工作状态而变，电容量 在百分之几皮法到一皮法之间。
第2章 微波半导体基础
3.
一般地，肖特基势垒二极管的伏安特性可表示为
I =f
U
IS
exp
qU nkT
1
(2-39)
IS exp U 1
式中：
q nkT
。与理想金半接触伏安特性公式(2-29)相比
较，式(2-39)多了一个修正因子n。对于理想的肖特基势垒，
n=1；当势垒不理想时，n>1，且点接触型二极管n>1.4，面
交流偏压的基波电流幅度I1=IL:
IL=2IS exp(αUdc)J1(αUL)
(2-46)
根据贝塞尔函数的大宗量近似式，当αUL较大时，有
Idc
IS
exp Udc UL
2πU L
(2-47)
IL≈2Idc
PL =
1 2
I LU L
I dcU L
(2-48)
第2章 微波半导体基础 二极管对交流信号所呈现的电导为