專利名稱：具有多項式伏－安特性的半導體二極管的制作方法
技術領域：
本發明屬于用電路綜合方法設計的半導體二極管器件。
現有的p-n結型半導體二極管，其典型v-i(伏-安)特性由下列指數律函數描述i=IS(exp(v/vT)-1)式中IS是一個微安數量級的常數，代表該器件的反向飽和電流，vT=KT/q稱為熱電壓，其中q是一個電子的電荷量，K是波爾茲曼常數，T是以華氏度為單位的溫度。在室溫情況下，vT約為0.026伏。這種p-n結半導體二極管用單晶硅或鍺材料經過摻雜、外延、擴散、切割、封裝等一整套復雜的半導體制造工藝生產出來。通常，p-n結半導體二極管的主要用途是在電子電路與系統工程中用于電信號的波形或頻率變換。在這種情況下，由于上述指數律函數的展開式是一個無窮級數，即ev=1+v+v2/2！+v3/3！+……，因此，某一頻率的電信號經過這種二極管的變換后，將相應地包含直流、基波、二次諧波、三次諧波以及其它高次諧波成分。在工程技術中，這種頻譜成分復雜的信號必須經過適當的濾波電路濾除多余的頻譜成分之后才能應用，這無疑將使電路的設計變得復雜，設備的成本增加，可靠性降低。
本發明的目的是針對現有半導體二極管所存在的上述問題，提出一種用電路綜合方法設計的可以靈活組合成具有準確平方、立方、四次方、五次方以及由這些乘方的不同組合構成的多項式非線性v-i特性的半導體二極管。
本發明的目的由以下實施方式予以實現
圖1為實施方式的電路框圖。
圖1所示電路框圖的設計方案包括四個模擬乘法器、五個開關和五個電阻；模擬乘法器1的二個乘法輸入端(X11、Y11)與模擬乘法器2、3和4的第一乘法輸入端(X21、X31和X41)連接在一起作為所述半導體二極管的其中一個極a；模擬乘法器1的輸出端(W1)分出兩路，一路通過由電阻R和開關S1a構成的反饋回路連接到它的乘法輸入端(X11和Y11)，另一路連接到模擬乘法器2的第二個乘法輸入端(Y21)；模擬乘法器1的加法輸入端(Z1)接有一個與S1a連動的開關S1b，當開關S1a接通反饋回路時，開關S1b將加法輸入端(Z1)與其二個乘法輸入端(X11和Y11)相連，當開關S1a斷開反饋回路時，開關S1b將加法輸入端(Z1)與其公共端(X12和Y12)相連；模擬乘法器2的輸出端(W2)分出兩路，一路通過由電阻R和開關S2a構成的反饋回路連接到它的第一個輸入端(X21)，另一路連接到模擬乘法器3的第二個輸入端(Y31)；模擬乘法器2的加法輸入端(Z2)接有一個與S2a連動的開關S2b，當開關S2a斷開反饋回路時，開關S2b將加法輸入端(Z2)與其公共端(X22和Y22)相連，當開關S2a接通反饋回路時，開關S2b將加法輸入端(Z2)與其第一輸入端(X21)相連；模擬乘法器3的輸出端(W3)分出兩路，一路通過由電阻R和開關S3a構成的反饋回路連接到它的第一個輸入端(X31)，另一路連接到模擬乘法器4的第二個輸入端(Y41)；模擬乘法器3的加法輸入端(Z3)接有一個與開關S3a連動的開關S3b，當開關S3a斷開反饋回路時，開關S3b將加法輸入端(Z3)與其公共端(X32和Y32)相連，當開關S3a接通反饋回路時，開關S3b將加法輸入端(Z3)與其第一輸入端(X31)相連；模擬乘法器4的加法輸入端(Z4)連接到它的第一個輸入端(X41)，其輸出端(W4)通過由電阻R和開關S4構成的反饋回路也連接到它的第一個輸入端(X41)；上述四個模擬乘法器的各公共端(X12、Y12、X22、Y22、X32、Y4、X42、和Y42)連接在一起作為所述的半導體二極管的另一個極b。此外，在二極管的a、b兩極之間通過開關S5連接一個電阻R，用于構成其v-i特性多項式的線性項。
在上述電路中，通過控制不同開關的通斷，可以組成分別具有準確平方、立方、四次方、五次方以及由這些乘方的不同組合構成的多項式非線性v-i特性的半導體二極管，如表1所示。在應用這種半導體二極管進行電壓信號的波形或頻率變換的時候，用戶可以根據變換后的信號需要包含的諧波成分，按照表1設定相應的開關狀態，使該二極管具有相應冪次的多項式非線性v-i特性，從而省卻了采用現有二極管進行這種變換時為了濾除不需要的諧波成分所必不可少的復雜的濾波電路。
本發明所提供的半導體二極管，具有可以由用戶自行組合的多項式非線性v-i特性，應用電路綜合方法設計，既可以用分立元件構成單元電路形式的器件，也可以用集成電路制造工藝生產出集成電路形式的器件，是一種新穎的電子器件。
表1．通過開關控制構成不同乘方或多項式v-i特性的半導體二極管的對照表S5S1aS2aS3aS4i=通斷斷斷斷v/R斷通斷斷斷v2/R斷斷通斷斷v3/R斷斷斷通斷v4/R斷斷斷斷通v5/R通通斷斷斷v/R+v2/R通通通斷斷v/R+2v2/R+v3/R
續表1．S5S1aS2aS3aS4i=通通通通斷v/R+3v2/R+2v3/R+v4/R通通通通通v/R+4v2/R+3v3/R+2v4/R+v5/R斷斷斷通通v2/R+v4/R+v5/R斷斷通通斷v2/R+v3/R+v4/R斷斷通斷通2v3/R+v5/R斷斷通通通2v2/R+2v3/R+v4/R+v5/R上述各模擬乘法器端腳按以下規則編號Xm1、Ym1為乘法輸入端(其中m為模擬乘法器的編號，以下同)；Xm2、Ym2為公共端；Zm為加法輸入端；Wm為輸出端。
如X11、Y11為模擬乘法器1的兩個乘法輸入端，X22、Y22為模擬乘法器2的公共端，Z3為模擬乘法器3的加法輸入端，W4為模擬乘法器4的輸出端，以此類推。
權利要求
1．一種用電路綜合方法設計而成的具有多項式伏-安特性的半導體二極管其特征在于其電路包括四個模擬乘法器、五個開關和五個電阻；模擬乘法器1的二個乘法輸入端(X11、Y11)與模擬乘法器2、3和4的第一乘法輸入端(X21、X31和X41)連接在一起作為所述半導體二極管的其中一個極a；模擬乘法器1的輸出端(W1)分出兩路，一路通過由電阻R和開關S1a構成的反饋回路連接到它的乘法輸入端(X11和Y11)，另一路連接到模擬乘法器2的第二個乘法輸入端(Y21)；模擬乘法器1的加法輸入端(Z1)接有一個與S1a連動的開關S1b，當開關S1a接通反饋回路時，開關S1b將加法輸入端(Z1)與其二個乘法輸入端(X11和Y11)相連，當開關S1a斷開反饋回路時，開關S1b將加法輸入端(Z1)與其公共端(X12和Y12)相連；模擬乘法器2的輸出端(W2)分出兩路，一路通過由電阻R和開關S2a構成的反饋回路連接到它的第一個乘法輸入端(X21)，另一路連接到模擬乘法器3的第二個乘法輸入端(Y31)；模擬乘法器2的加法輸入端(Z2)接有一個與S2a連動的開關S2b，當開關S2a斷開反饋回路時，開關S2b將加法輸入端(Z2)與其公共端(X22和Y22)相連，當開關S2a接通反饋回路時，開關S2b將加法輸入端(Z2)與其第一個乘法輸入端(X21)相連；模擬乘法器3的輸出端(W3)分出兩路，一路通過由電阻R和開關S3a構成的反饋回路連接到它的第一個乘法輸入端(X31)，另一路連接到模擬乘法器4的第二個乘法輸入端(Y41)；模擬乘法器3的加法輸入端(Z3)接有一個與開關S3a連動的開關S3b，當開關S3a斷開反饋回路時，開關S3b將加法輸入端(Z3)與其公共端(X32和Y32)相連，當開關S3a接通反饋回路時，開關S3b將加法輸入端(Z3)與其第一個乘法輸入端(X31)相連；模擬乘法器4的加法輸入端(Z4)連接到它的第一個乘法輸入端(X41)，其輸出端(W4)通過由電阻R和開關S4構成的反饋回路也連接到它的第一個乘法輸入端(X41)；上述四個模擬乘法器的各公共端(X12、Y12、X22、Y22、X32、Y32、X42和Y42)連接在一起作為所述半導體二極管的另一個極b；在a、b兩極之間通過開關S5連接一個電阻R。
2．根據權利要求1或2所述的具有多項式v-i特性的半導體二極管，其特征在于本器件為分立元件構成的單元電路形式的器件。
3．根據權利要求1或2所述的具有多項式v-i特性的半導體二極管，其特征在于本器件為集成電路形式的器件。
全文摘要
一種具有多項式伏－安特性的半導體二極管,其電路由若干模擬乘法器、開關和反饋電阻通過電路綜合方法設計而成,通過控制不同開關的通斷,可以組成分別具有準確平方、立方、四次方、五次方以及由這些乘方的不同組合構成的多項式非線性v－i特性的半導體二極管,在通訊與電子系統中,可用于電信號的波形、頻率變換等用途。
文檔編號H03K19/00GK1212514SQ9711425
公開日1999年3月31日 申請日期1997年9月19日 優先權日1997年9月19日
發明者鐘國群 申請人:中國科學院廣州電子技術研究所