ури PIN діоди діляться на дві категорії: об'ємні і епітаксіальні діоди. В об'ємних діодах зверху і знизу слабо легованої підкладки з кремнію n-типу методом дифузії наносяться шари матеріалу р-і n-типу. Таким чином формується PIN структура. Типова товщина i-зони об'ємного діода становить 100. ..250 нм, а тривалість життя носіїв - 300 .. .6000 нс.
У більшості СВЧ систем керуюче напруга на ключі подається з виходу схем, побудованих на основі ТТЛ елементів. Тому швидкодія діода визначається швидкодією ТТЛ схем і величиною керуючого напруги. Хоча тривалість перехідних процесів в PIN діодах складає близько 5 нс, через затримки, пов'язаних з роботою схем управління, зазвичай рівних рз 30 не хотіли, час перемикання таких ключів буде набагато вище, ніж час наростання/спаду сигналу в самому ключі.
Ключі на PIN діодах застосовуються для:
перемикання ліній фазовращателя всередині фазоуправляемой решітки антени;
- захисту приймача від передавача в радарних системах. Тут ключ використовується як ізолятор;
з'єднання декількох вузькосмугових пристроїв для створення широкосмугової системи;
- управління проходженням сигналу в цифрових модуляторах.
. 3 Польові транзистори з МОП структурою затвора (MOSFET) і монолітні СВЧ інтегральні схеми (MMIC)
До середини 80-х років двадцятого століття в швидкодіючих НВЧ системах використовувалися тільки ключі на PIN діодах. Далі з'явилися ключі на GaAs-польових транзисторах, що володіють великим швидкодією, ніж PIN ключі, що пояснюється більш високою рухливістю основних носіїв в GaAs. В даний час розроблені монолітні СВЧ перемикачі на основі MOSFET транзисторів. У порівнянні з PIN діодами GaAs-польові транзистори володіють більш високим опором у відкритому стані і більшою ємністю в закритому стані. Тому при розробці ключів і фазовращателей на основі GaAs польових транзисторах необхідно брати до уваги їх кінцеве опір у відкритому стані.
Ключі на польових транзисторах мають три висновки. В якості керуючого входу використовується затвор Пт Для замикання ключа, тобто одержання стану з низьким імпедансом, необхідно подати на затвор ПТ напругу, рівну нулю, а для розмикання ключа (високоімпедансним стану) - напруга на затворі ПТ повинно бути більше напруги відсічення. Ключі на польових транзисторах є важливою частиною монолітних НВЧ ІС, які застосовуються в перемикаються лініях, в навантажених лініях, в прохідних фазовращателе, в приймачах/передавачах і в однополюсних двонаправлених перемикачах.
У гібридних СВЧ ІС активні компоненти із зосередженими параметрами та розподілені елементи схем на планарної лінії передач, зазвичай мікрополоскової, з'єднуються методом пайки або скрутки проводами. Однак монолітні СВЧ ІС отримали більш широке поширення, оскільки в них активні і пасивні компоненти виготовляються одночасно на полуізоляціонной напівпровідникової підкладці (наприклад, GaAs). Такий підхід усуває необхідність кріплення дискретних компонентів і зменшує втрати, пов'язані з внутрішніми дротяними з'єднаннями.
Достоїнствами монолітних НВЧ ІС є низька вартість, мініатюрні розміри, простота корпусу, надійність, можливість автоматизованого тиражування і багатофункціональність. У порівнянні з ключами на PIN діодах монолітні СВЧ ІС працюють у більш широкій смузі частот, мають більш низьке споживання енергії, велику швидкість перемикання і меншу тривалість перехідних процесів. Але вони володіють великими вносяться втратами.
. 4 Перемикачі в ВЧ микросистемах
Прогрес у галузі технологій обробки кремнію в другій половині двадцятого століття привів до значного поліпшення технічних характеристик сучасних комп'ютерів. До складу комп'ютерів входять мільйон транзисторів, вмикати і вимикати відповідно до керуючого сигналами. Таким чином, можна сказати, що сам комп'ютер являє собою високо інтегрований набір ключів. Але для ВЧ систем такі швидкодіючі твердотільні ключі не підходять, оскільки не можуть працювати з потужними сигналами і володіють великими резистивні-ми втратами. Електромеханічні ключі, хоча і є силовими пристроями, але через повільній швидкості перемикання годяться для використання в ВЧ системах тільки в нижньому діапазоні частот. Мікроперемикачі, використовувані в ВЧ микросистемах, об'єднали в собі переваги і твердотільних, і електромеханічних ключів, при цьому, уникнувши багатьох їхніх недоліків.
Майже всі мікросистеми використовують в якості основного матеріалу кремній, тому й більшість технологій виготовлення мікросистем розроблені на базі традиційних технологій обробки кремнію. Всім добре відомо, що кремній володіє унікальними механічними властивостями, що дозволяють виготовляти міні...
