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碰撞电离雪崩渡越时间(IMPATT)二极管是目前一种强大的微波频率固态源,在毫米波频段能产生较高的连续功率输出。IMPATT器件可用于30GHz~300GHz的整个毫米波频率范围,特点是效率高、输出功率大。由于现在各种雷达装置、通信系统、电子战系统等对高频大功率固态振荡源要求不断提高,因而对具有大功率输出和高频振荡的IMPATT二极管需求特别迫切;为满足军用和民用方面的要求,开展这方面的研究意义重大。 本文对IMPATT二极管进行了深入的研究,设计了四种Si基IMPATT二极管结构,并利用ISE仿真软件对其特性进行了仿真分析,研究了不同温度对IMPATT二极管性能的影响,并利用ANSYS软件对IMPATT二极管的热沉性能进行了分析。主要研究内容如下: 第一,主要介绍了IMPATT二极管的工作原理,叙述了Si基碰撞电离雪崩渡越时间二极管的雪崩倍增效应及渡越时间效应,理论性的分析了碰撞电离雪崩渡越时间二极管的静态特性、动态特性及功率和频率等相关内容。 第二,对 IMPATT二极管设计方面的要求进行了分析,确定了IMPATT二极管的掺杂浓度、耗尽区的宽度等;结合 IMPATT二极管的数学模型、线性理论,用ISE仿真软件建立其仿真结构。 第三,设计了四种结构的Si基IMPATT二极管,分别是单漂移区IMPATT二极管、低-高-低型单漂移区IMPATT二极管、双漂移区IMPATT二极管、双雪崩区IMPATT二极管,对它们进行仿真分析,研究不同的条件对 IMPATT二极管性能的影响,得到了器件的I-V特性曲线等。 第四,利用ANSYS软件对工作在94GHz时,采用不同基底材料制备的IMPATT二极管源的热沉结构进行仿真分析,并分析了不同热沉半径和厚度对IMPATT二极管散热的影响。 本文的研究结果对三毫米IMPATT器件的设计有一定的参考价值。