階躍恢復(fù)二極管基礎(chǔ)知識

階躍恢復(fù)二極管（Step-Recovary Diode）：它與快恢復(fù)二極管有所不同，其主要特點(diǎn)是關(guān)斷時的下降時間tf幾乎為0（為ps數(shù)量級），但是，其存儲時間ts卻比較長。而快恢復(fù)二極管這種高速開關(guān)管的存儲時間和下降時間都很短，所以其總的反向恢復(fù)時間很短。不過，在實(shí)現(xiàn)很短的反向恢復(fù)時間中所采取的措施，主要是著眼于減短存儲時間，而下降時間還往往對開關(guān)性能有著一定的影響（即關(guān)斷時的反向電流波形有一定的拖尾）。

階躍二極管又被稱為階躍恢復(fù)二極管，從導(dǎo)通切換到關(guān)閉時的反向恢復(fù)時間trr短，因此，其特長是急速地變成關(guān)閉的轉(zhuǎn)移時間顯著地短。如果對階躍二極管施加正弦波，那么，因tt（轉(zhuǎn)移時間）短，所以輸出波形急驟地被夾斷，故能產(chǎn)生很多高頻諧波。它也是一種具有PN結(jié)的二極管。其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是：在PN結(jié)邊界處具有陡峭的雜質(zhì)分布區(qū)，從而形成“自助電場”。由于PN結(jié)在正向偏壓下，以少數(shù)載流子導(dǎo)電，并在PN結(jié)附近具有電荷存貯效應(yīng)，使其反向電流需要經(jīng)歷一個“存貯時間”后才能降至最小值（反向飽和電流值）。

階躍恢復(fù)二極管是一種特殊的變?nèi)莨?，也稱作電荷儲存二極管，簡稱階躍管，它具有高度非線性的電抗，應(yīng)用于倍頻器時代獨(dú)有的特點(diǎn)，利用其反向恢復(fù)電流的快速突變中所包含的豐富諧波，可獲得高效率的高次倍頻，它是微波領(lǐng)域中優(yōu)良的倍頻元件。

特性

階躍恢復(fù)二極管的特性：在存儲電荷消失之后（t=ts時）反向電流突然降為0，即消除了關(guān)斷時的反向電流拖尾。這種二極管不僅具有極短的下降時間，而且也具有很好的正向?qū)щ娦阅?。正因?yàn)檫@種很好的正向?qū)щ娦裕运谡螂妷簳r將會存儲大量的少數(shù)載流子電荷，同時關(guān)斷的存儲時間也較長。由于階躍恢復(fù)二極管在正向工作時將存儲有大量的少數(shù)載流子電荷，所以它是一種很好的所謂電荷存儲二極管。

如何實(shí)現(xiàn)階躍恢復(fù)二極管在關(guān)斷過程中的下降時間tf≈0？基本的考慮應(yīng)該是：當(dāng)存儲時間ts結(jié)束后，在p-n結(jié)勢壘區(qū)邊緣處的少數(shù)載流子濃度梯度需要變?yōu)?。這可采用在擴(kuò)散區(qū)中設(shè)置由勢壘區(qū)指向擴(kuò)散區(qū)的內(nèi)建電場來達(dá)到。因?yàn)檫@種方向的內(nèi)建電場雖然對于少數(shù)載流子的正向擴(kuò)散具有加速作用，但是對于反向的擴(kuò)散卻具有阻擋作用，即在p-n結(jié)關(guān)斷時具有拉住少數(shù)載流子、不讓它們流入勢壘區(qū)的作用；這樣一來，在全部存儲的少數(shù)載流子消失之前，在勢壘區(qū)邊緣處的少數(shù)載流子濃度不可能變?yōu)?，于是就必能得到dp/dx=0，即反向擴(kuò)散電流很快下降到0，所以下降時間tf≈0。

階躍恢復(fù)二極管中的內(nèi)建電場可通過不均勻的摻雜技術(shù)來引入。實(shí)際上，該二極管在結(jié)構(gòu)上往往就是界面附近處的摻雜濃度分布非常陡峭的p-i-n結(jié)（通?？刹捎猛庋蛹夹g(shù)來形成）。因?yàn)殡A躍恢復(fù)二極管具有這種較為特殊的、與變?nèi)荻O管相似的雜質(zhì)濃度分布，所以該二極管也可以看成是一種特殊的變?nèi)荻O管。

如何制作階躍恢復(fù)二極管？所采用的Si，往往是少數(shù)載流子壽命較長的材料（0.5～5μs），用以獲得較多的存儲電荷；而在制作快恢復(fù)二極管時，為了減短存儲時間，所采用的Si材料的少數(shù)載流子壽命都是很短的（比階躍恢復(fù)二極管的約短1000倍）。

階躍恢復(fù)二極管的直流伏安特性與一般p-n結(jié)的相同；一般，其正向壓降較低，反向擊穿電壓較高（采用p-i-n結(jié)構(gòu)之故）。但它在瞬態(tài)響應(yīng)上非常特殊，由于其下降時間≈0，關(guān)斷時電流的變化很急速（電流波形陡峭），因此它是一種具有高度非線性特性的電抗元件，所以在電路應(yīng)用中能夠產(chǎn)生出豐富的諧波分量。從而，階躍恢復(fù)二極管可用于倍頻器、高速脈沖整形與發(fā)生器以及高頻諧波發(fā)生器等。在用作倍頻器時，在高達(dá)20次倍頻中仍然能夠保持較高的效率，故它是一種優(yōu)良的微波倍頻元件。

當(dāng)然，如果能夠做到不僅存儲時間很短，而且下降時間也像階躍恢復(fù)二極管那樣近似為0，則這種二極管就必然是極其優(yōu)良的超高速開關(guān)二極管。

階躍恢復(fù)二極管的工作原理

階躍二極管又被稱為階躍恢復(fù)二極管，從導(dǎo)通切換到關(guān)閉時的反向恢復(fù)時間trr短，因此，其特長是急速地變成關(guān)閉的轉(zhuǎn)移時間顯著地短。如果對階躍二極管施加正弦波，那么，因tt（轉(zhuǎn)移時間）短，所以輸出波形急驟地被夾斷，故能產(chǎn)生很多高頻諧波。它也是一種具有PN結(jié)的二極管。其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是：在PN結(jié)邊界處具有陡峭的雜質(zhì)分布區(qū)，從而形成“自助電場”。由于PN結(jié)在正向偏壓下，以少數(shù)載流子導(dǎo)電，并在PN結(jié)附近具有電荷存貯效應(yīng)，使其反向電流需要經(jīng)歷一個“存貯時間”后才能降至最小值（反向飽和電流值）。

階躍恢復(fù)二極管是一種特殊的變?nèi)莨?，也稱作電荷儲存二極管，簡稱階躍管，它具有高度非線性的電抗，應(yīng)用于倍頻器時代獨(dú)有的特點(diǎn)，利用其反向恢復(fù)電流的快速突變中所包含的豐富諧波，可獲得高效率的高次倍頻，它是微波領(lǐng)域中優(yōu)良的倍頻元件。

階躍管的特性是建立在PN結(jié)雜質(zhì)的特殊分布上，和變?nèi)莨芟嗨?，階躍管的符號如圖1所示，它的直流伏安特性與一般PN結(jié)構(gòu)相同。

階躍管的特點(diǎn)：

階躍恢復(fù)二極管的“自助電場”縮短了存貯時間，使反向電流快速截止，并產(chǎn)生豐富的諧波分量。利用這些諧波分量可設(shè)計(jì)出梳狀頻譜發(fā)生電路。快速關(guān)斷（階躍恢復(fù)）二極管用于脈沖和高次諧波電路中。

當(dāng)處于導(dǎo)通狀態(tài)的二極管突然加上反向電壓時，瞬間反向電流立即達(dá)到最值 IR，并維持一定的時間ts，接差又立即恢復(fù)到零。

階躍管的應(yīng)用

階躍管主要用于倍頻電路和超高速脈沖整形和發(fā)生電路，圖（a） 是一個曲型的高次頻器，利用階躍管，很容易做到高達(dá)20次倍頻而仍保持高效率。圖（a）是利用階躍管的脈沖整形電路，圖（c）是整形前后的波形比較。

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