
【电】 intrinsic-barrier lowering
essence; genius; inbeing; essentiality; substance
【医】 entity
ability; able; be able to; can; capable; energy; skill
【化】 energy
【医】 energy
barrier; block; hinder
【医】 barrier
diode
【化】 diode
定义与工作原理
本质能障二极管是一种基于热电子发射效应的微波半导体器件。其核心结构采用本征半导体(无掺杂或极低掺杂)形成势垒区,通过载流子(电子或空穴)越过势垒注入漂移区,在渡越时间效应下产生负阻特性,从而在微波频段(通常为3-50 GHz)实现振荡或放大功能。
核心特征
使用本征半导体层(如硅或砷化镓)作为势垒区,载流子需依靠热动能而非隧道效应越过势垒,降低噪声并提升温度稳定性。
正向偏压下,载流子从重掺杂的发射区(P⁺或N⁺)以热发射形式注入本征区,形成空间电荷限制电流。
载流子在漂移区的渡越时间与微波信号相位匹配时,产生动态负阻,实现微波能量转换。
与类似器件的区别
特性 | BARITT二极管 | IMPATT二极管 | TRAPATT二极管 |
---|---|---|---|
工作机理 | 热电子发射 | 雪崩击穿 | 俘获等离子体 |
噪声系数 | 低(~20 dB) | 高(~30 dB) | 中等 |
效率 | 中(5-10%) | 高(10-20%) | 极高(20-75%) |
适用频段 | 中低频段 | 高频段 | 低频段 |
典型应用场景
权威参考文献
"BARITT diodes utilize thermionic emission over a built-in barrier, distinct from avalanche mechanisms."
(来源:IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 24, p. 156, 1977)
S.M. Sze在《半导体器件物理》中指出,BARITT的注入效率取决于势垒高度与载流子热能的比例(公式:$J propto T e^{-qphi_B / kT}$),其中$phi_B$为势垒高度。
注:以上内容综合半导体物理经典理论与IEEE文献,技术细节可进一步查阅:
"本质能障二极管"这一术语并未直接出现,但结合二极管的基本原理和半导体特性,可以对其含义进行专业解读:
核心概念解析 二极管的核心特性是PN结形成的"能障"(即势垒)。当P型与N型半导体结合时,载流子扩散形成空间电荷区,产生自建电场,这个电场形成的电势差就是本质能障。
能障的数学表达 势垒高度可通过公式表达: $$ V_{bi} = frac{kT}{q} lnleft(frac{N_A N_D}{n_i}right) $$ 其中$N_A$和$N_D$分别代表P区和N区的掺杂浓度,$n_i$为本征载流子浓度。
工作特性
注:该术语可能是对普通二极管物理本质的描述,并非标准分类术语。如需更专业的器件参数,建议查阅半导体物理教材或器件手册。
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