Варикапи

Напівпровідниковий прилад у якого бар’єрна ємність змінюється від прикладеного зміщення. Це прилад з змінною ємністю.

Рис 1.

В діоді міняється величина заряду, яка веде до зміни величини бар’єрної ємності. Бар’єрна ємність працює при зворотних зміщеннях. Дифузійна ємність - це параметр, який появляється при прямих зміщеннях у напівпровіднику коли має місце інжекція неосновних носіїв заряду область бази напівпровідникового діода. При прямих зміщеннях бар’єрна ємність

(Ф1, 2)

Основна відмінність діодної структури від варикапної полягає в

Рис 2.

Варикапні структури, як правило використовують структури n-типу, які класичні і сильно леговані у ділянці n. Відрізняється конструктивно суть відмінності полягає в сильній не лінійності ємнісної характеристики.

Рис 3. Для діодної структури в ідеальному випадку

Створення не лінійності добиваються за рахунок структури. В р-області є однорідний коефіцієнт концентрації, а у n-області є не лінійний і сильно легований n-провідник. Питомий опір бази буде різко зростати з координатою. Ріст концентрації полягає в різкій зміні потенціалу. І як наслідок цієї зміни С бар’єрне буде міняться майже за гіперболічним законом, а це означає що міняючи напругу на переході можна міняти величину бар’єрної ємності за рахунок зміни ширини ОПЗ. А сама ширина ОПЗ міняється за рахунок ставлення концентрації домішки з зворотнім градієнтом. Як наслідок

Рис 4.

Характеристики варикапа

Номінальна ємність - це ємність між електродами в структурі варикапа. За означенням це – бар’єрна ємність при заданій напрузі зміщення. Величина номінальної ємності це декілька десятків піко фарад і десятки тисяч піко фарад в високочастотних областях. Для створення низькочастотних використовують кремнієві р-n переходи.

Коефіцієнт перекриття - це відношення номінальної ємності до мінімальної ємності. Як правило це відношення лежить від 5 10.

(Ф3)

Мінімальна ємність обмежується пробивною напругою для варикапа у зворотньому зміщенні.

Добротність - це відношення реактивного опору на заданій частоті змінного сигналу, до величини активного опору при цій же напрузі зміщення. Це величина обернена до тангенса кута діелектричних втрат. А кут діелектричних втрат визначається реактивною складовою ємності.

Температурний коефіцієнт ємності варикапа

(Ф4)

Відношення відносної зміни ємності до зміни температури навколишнього середовища. Схематично можна зобразити замість схеми заміщення:

Рис 5. R-бази і r p-n переходу.

Цю схему використовують для низьких частот

Рис 6.

Опір p-n переходу буде дорівнювати нулю.

Для високочастотного варикапа

Рис 7.

Добротність варикапа залежить від частоти на якій ми його використовуємо.

Рис 8.

Ми бачимо, що в діапазоні добротність є максимальна. Величина цієї добротності буде задаватися граничною частотою при чому нижня гранична частота визначається за допомогою:

(Ф5)

а верхня

(Ф6)

Щоб контролювати чітко опір бази і p-n переходу використовують планарну технологію. Реактивна складова повинна бути набагато більша за величину опору бази. В такому випадку добротність варикапа буде прямо пропорційна частоті, ємності і опору p-n переходу.

(Ф7)

В області високих частот добротність буде визначатися обернено до пропорційності залежності.

(Ф8)

Тобто високочастотні варикапи повинні мати малий опір бази. На базі германію і арсеніду галію. Опір бази у них порядку 2-5 Ом. Низькочастотні варикапи виготовляють з високим опором бази сполуки сіліцію порядку одного мега ома.

Температурний коефіцієнт ємності характеризує стабільність роботи варикапа це відношення від і це буде

(Ф9)

Характеризує стабільність ємності при зміні температури навколишнього середовища. Впливає на високочастотні варикапи.

Білет 11