Si/Ge/Si异质横向PiN二极管载流子分布研究

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基于PiN二极管的可重构固态等离子体天线由于其具有隐身性、高速可控性、成本低等特点,是实现天线小型化和提升雷达与微波通信系统性能的有效技术途径,具有极强的研究价值。而Si/Ge/Si异质横向S-PiN二极管作为固态等离子体天线材料与同质结二极管相比,可以有效提高天线性能。其中天线性能主要是由二极管中本征区载流子浓度以及分布决定,故其为应用于固态等离子体天线中的Si/Ge/Si异质横向S-PiN二极管研究重点。本文在基于横向PiN二极管的工作机制,阐述了其作为固态等离子天线的基本单元形成固态等离子体的机理,分析了固态等离子体的微波传输特性。提出采用Si/Ge/Si异质结横向表面PiN二极管作为固态等离子体可重构天线基本单元提高固态等离子体浓度的方法,重点分析了Ge/Si异质结中能带结构。研究并仿真了Si/Ge/Si异质结横向表面PiN二极管本征区长度、厚度、电极长度以及P和N区的长度与深度等几何结构参数对其本征区载流子的浓度与分布的影响。仿真结果表明,本征区载流子浓度与本征区长度、电极长度以及P和N区的长度和深度成反比,随本征区厚度的增大先增大后减小。研究了其物理参数与固态等离子体的浓度以及分布的理论关系,并通过仿真研究了Si/Ge/Si异质结横向表面PiN二极管本征区杂质浓度、P和N区掺杂浓度、偏置电压等物理参数对其本征区载流子的浓度与分布的影响,仿真结果表明,本征区载流子浓度与偏置电压成正比,随P和N区掺杂浓度的增大先增大后减小,而本征区掺杂浓度对其影响很小。在以上研究基础上,提出了优化的Si/Ge/Si异质结横向表面PiN二极管结构,并对其进行了仿真,结果显示其本征区载流子浓度达到1e18cm-3以上,满足固态等离子体天线对PiN二极管的基本要求。并与同等参数的Si表面PiN二极管相比,在相同偏执条件下本征区载流子浓度提升了250%左右。故而可选择更长的i区长度和更小的偏置电压,从而对简化固态等离子体天线结构,增强其性能有很大帮助。
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