ヘテロ構造バリアバラクタ

ヘテロ構造バリアバラクタ（HBV ）は、バラクタダイオードと同様に、電圧バイアスによって可変容量を示す半導体デバイスです。ダイオードとは異なり、右のグラフに示すように、反対称の電流-電圧関係と対称の容量-電圧関係を持っています。このデバイスは、1989年にエリック・コールバーグとアンダース・リュードバーグによってチャルマース工科大学で発明されました^[1]。

図の挿入図には、HBV の回路図記号が示されています。記号から、HBV は、背中合わせに逆直列接続された 2 つの整流ダイオード (ショットキー ダイオードなど) で構成されていることがわかります。ダイオード記号の中央のギャップは、デバイスの固有容量を表します。HBV の電気特性は、半導体材料 (A) の 2 つの層を別の半導体材料 (B) の層で分離することによって実現されます。材料 (B) のバンド ギャップは、材料 (A) のバンド ギャップよりも大きくする必要があります。これにより、層 (A)-(B)-(A) を通過しようとするキャリアに対する障壁ができます。(A) 層は通常 n ドープされており、これは電子がこのデバイスの多数キャリアであることを意味します。異なるバイアス電圧では、キャリアが再分配され、障壁 (B) の両側のキャリア間の距離が異なります。その結果、HBV は、電圧に依存するプレート距離 d を持つ平行板コンデンサに似た電気特性を持ちます。

HBVダイオードの主な用途は、低周波入力から超高周波信号を生成することです。このタイプの周波数逓倍は、100GHz ^[2]から282GHz ^[3]、最大450GHz ^[4]までの3倍逓倍器（3倍逓倍）として、また175GHz ^{[5]の5倍逓倍器（5倍逓倍）として実証されています。}

周波数の乗算は、静電容量 C(V) の非常に非線形な電圧依存性によって可能になります。HBV に低周波数 f ₁の信号を入力すると、高調波 f ₃ =3f ₁  (3 倍)、f ₅ =5f ₁  (5 倍)、... が生成されます。非線形性の対称性により偶数次高調波がキャンセルされるため、生成されるのは奇数次高調波のみです。また、このデバイス固有の対称性を利用して、DC バイアスなしで動作できます。これは、バイアスが必要な ショットキー ダイオードに比べて利点です。

これらの周波数（100GHz～3THz）で生成される信号は、電波天文学、セキュリティ画像、生物・医療画像、高速無線通信など、さまざまな分野で応用されています。