基于橫向PiN二極管固態(tài)等離子體微波特性研究.pdf

1、一定條件下的固態(tài)等離子體具有類金屬性，采用橫向SPiN二極管構造的固態(tài)等離子體可重構天線，可同時實現(xiàn)頻率與方向圖重構且與微電子工藝兼容，是實現(xiàn)天線小型化和提升雷達與通信系統(tǒng)性能的有效技術途徑，已經成為了國內外的研究熱點。
　　本文重點針對固態(tài)等離子體可重構天線應用，分析了橫向PiN二極管工作方式、載流子微觀輸運機制以及固態(tài)等離子體產生機理，建立了描述固態(tài)等離子體基本特性的參數(shù)模型，揭示了電磁波在固態(tài)等離子體中的傳輸機制與特性，以及

2、等離子體頻率是固態(tài)等離子體的固有屬性，固態(tài)等離子體濃度下限為1016cm-3，當濃度達到1018cm-3時，具有類金屬性，可以用來制作固態(tài)等離子體天線。采用有效質量的修正方法，研究建立了固態(tài)等離子體介電常數(shù)、折射率、反射系數(shù)等關鍵電磁參數(shù)隨電磁波頻率和固態(tài)等離子體濃度的變化關系。仿真結果表明，介電常數(shù)的實部隨電磁波頻率變化不大，隨著固態(tài)等離子體濃度的增加開始保持不變，當濃度達到1018cm-3后迅速下降，虛部隨著電磁波頻率的增加而下降，

3、隨著固態(tài)等離子體濃度的增加而增加；折射率的實部隨著固態(tài)等離子體濃度的增加而增加，隨著電磁波頻率的增加而下降，虛部和實部的變化規(guī)律相同；反射系數(shù)隨著電磁波頻率的增加而下降，隨著固態(tài)等離子體濃度的增加而增大；趨膚深度隨著固態(tài)等離子體濃度的增加而下降，隨著電磁波的頻率的升高而下降。根據實際情況，考慮由于雙極擴散和載流子之間的散射等非理想效應引起固態(tài)等離子體碰撞頻率的改變，進一步對固態(tài)等離子體關鍵物理參數(shù)隨電磁波頻率和固態(tài)等離子體濃度的變化關系

4、模型進行了修正，仿真結果表明，非理想效應下，各參數(shù)的變化趨勢基本相同，但是介電常數(shù)、折射率和反射系數(shù)的值都會有所下降，介電常數(shù)下降約2-3個數(shù)量級，折射率下降約1個數(shù)量級，反射系數(shù)下降很小，而趨膚深度卻稍有增加。
　　在以上研究的基礎上，設計并實現(xiàn)了固態(tài)等離子體SPiN二極管，優(yōu)化了工藝實現(xiàn)方案，由該二極管設計了一款頻率可重構偶極子天線，仿真結果表明，此天線可以在19.9GHz，14GHz，11.7GHz工作頻率下切換，具有可重構