【摘 要】
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随着通信电子产业的迅猛发展,无线终端相关的电子产品日渐增多,无线能量传输逐渐成为相关领域的研究热点。实现无线能量传输的具体方式主要有感应式、耦合谐振式以及电波辐射式三种,其中电波辐射式无线能量传输技术以传输距离相对较远等优势成为最有研究价值的方向。现今,无线能量传输效率一直很低,在众多原因当中,很大一部分原因是由于接收端的整流电路效率低下引起的,而在整流电路当中最核心的整流器件就是整流二极管。通常
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随着通信电子产业的迅猛发展,无线终端相关的电子产品日渐增多,无线能量传输逐渐成为相关领域的研究热点。实现无线能量传输的具体方式主要有感应式、耦合谐振式以及电波辐射式三种,其中电波辐射式无线能量传输技术以传输距离相对较远等优势成为最有研究价值的方向。现今,无线能量传输效率一直很低,在众多原因当中,很大一部分原因是由于接收端的整流电路效率低下引起的,而在整流电路当中最核心的整流器件就是整流二极管。通常所用的整流二极管都是肖特基整流二极管,主要是因为其具有相对较低的通态压降和快速开关特性。然而,由于其独特的工作特性,肖特基二极管的关态电流电流较大,导致器件又较大的静态功耗,降低了整流效率;同时,为了维持较大的开态电流,其二极管寄生电容也较大,限制了该器件在高频,尤其是THz领域的应用。为了降低肖特基二极管的静态功耗并尽可可能得提高其截止频率,本文基于FD-SOI技术设计了一款肖特基势垒的整流二极管,对FD-SOI SBD器件参数做了仿真分析提取,并建立了器件模型。相关工作具体如下:1.基于FD-SOI技术对肖特基二极管的原型进行设计仿真:首先设计了FD-SOI SBD与常规Si-SBD进行比较仿真,通过给器件加相关偏置电压,探究不同偏置电压下的I-V特性及C-V特性,其次通过对FD-SOI SBD相关器件参数(外延层掺杂浓度、阳极尺寸大小等)进行优化设计,然后通过确定整流二极管的器件相关参数并将性能参数进行提取,最后将二极管器件的仿真结果和相关研究成果进行对比。2.基于上述设计,提出了高功率肖特基二极管器件结构模型,通过对FD-SOI SBD原型的研究结果分析,根据器件的并联思想,对FD-SOI SBD进行并联仿真;然后设计了两种基于FD-GAOI SBD的10×10阵列肖特基二极管器件。3.研究了基于所设计的二极管倍压整流电路性能,通过对设计的器件进行参数提取,利用ADS软件进行相关整流电路仿真,用HSMS-8202型二极管设计的整流电路进行仿真对比,从而对FD-GAOI SBD的器件性能进行预测,最后对HSMS-8202型二极管设计的整流电路进行实测与仿真比较,更进一步说明前述仿真结果的可靠性。仿真与实测结果表明:对于设计的肖特基势垒二极管器件,10×10阵列FD-GAOI SBD的导通电阻约为5Ω、正向导通电压VF=0.26 V、零偏结电容Cj0=7?F、反向饱和电流Is=4.6×10-18A、的反向击穿电压Vbr=30.4 V、截止频率f T=4.6 THz。基于HSMS-8202型二极管设计的倍压整流电路中,输入功率Pin=22 d Bm时,所对应的整流效率最高达到η=69.7%,仿真整流效率大于50%所对应的输入功率范围为11 d Bm到24 d Bm,ΔPin,50=13 d Bm;而基于FD-SOI SBD设计的倍压整流电路中,在输入功率Pin=18 d Bm时,所对应的整流效率最高达到η=80.3%,仿真结果整流效率大于50%所对应的输入功率范围为6 d Bm到21 d Bm,ΔPin,50=15 d Bm。HSMS-8202型二极管设计的倍压整流电路实测结果表明,在输入功率Pin=22 d Bm时,所对应的整流效率最高达到η=58.6%,最高效率之差达到Δη=11.1%,整流效率大于50%所对应的输入功率范围为15 d Bm到24 d Bm,ΔPin,50=9 d Bm。
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