CN104701385A - 纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管 - Google Patents

纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管 Download PDF

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Abstract

本发明公开了纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定性低损耗微波二极管及工艺。结构为(P+)4H-nc-SiC/[(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC]/(N-)6H-c-SiC/[(P+)4H-nc-SiC/(N+)6H-c-SiC]，包括(P+)4H-nc-SiC/(N+)6H-c-SiC复合阴极、(N-)6H-c-SiC基区、(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC复合过渡层、(P+)4H-nc-SiC阳极。采用磁控溅射、RIE和PECVD技术研制。P/N交界局域耗尽，器件内结电容降低，适用于微波频段，温度稳定性和耐电压能力提高，反向过程时间缩短，损耗减小。

Description

纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管
技术领域
本发明属于半导体微波器件领域，具体是指纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管。
背景技术
晶体碳化硅(SiC)具有禁带宽度大、临界击穿场强高、热导率高、电子迁移率与空穴迁移率的比值大、硬度大、耐氧化及耐腐蚀性等优点，成为制作高温、高频、大功率和抗辐射器件极具潜力的宽带隙半导体材料。在功率系统中，一个良好的整流器件应具有较小的导通电阻、较低的泄漏电流、较高的击穿电压以及极快的开关速度等特性，因此SiC二极管成为候选器件。
雷达等通信设备亟需低损耗高频微波二极管，而硅、砷化镓等材料的微波二极管一般采用突变结或缓变结结构，因为耐压低、恢复慢、损耗大、温度稳定性差而无法满足要求。
已有P+-N--N+型晶体碳化硅(3c-SiC、4H-SiC、6H-SiC等结构类型)材料的商用微波二极管，一般采用外延工艺制造。这些器件内的阳极、基区、阴极各个部分的掺杂均匀。mA级电流条件下P+-N--N+型c-SiC材料的微波二极管的反向过程时间(Trr)可达到20纳秒(20ns)，肖特基管的Trr可达到10ns，但是反向峰值电流Irrm较大，因而损耗较大。
在制作微波二极管时要求降低结电容，以利于提高器件工作频率[J. Phys. D: Appl. Phys., Vol. 40 (2007): 6355–6385.]，降低插入损耗，改善器件的电压V的温度T稳定性。田爱华等介绍了体积小重量轻的SiC微波脉冲功率晶体管[微纳电子技术，Vol.48, No. 11 (2011): 697-701.]。因为4H-c-SiC的电子迁移率比6H-c-SiC的更高，一般器件采用制造。但是4H-c-SiC的R on∝T 2.1，6H-c-SiC的R on∝T 2 [IEEE Electron Device Letters, 14 (1993): 548-550]。因此6H-c-SiC二极管的电压V——温度T关系式V=(nkT/q)·ln(J/A * T 2)+nφ+JR on中的ln(J/A * T 2)与JR on有互补性，使得V与T之间的线性关系稳定，特别适用于高温工作。V-T关系式中n为理想因子，k为玻尔兹曼常数，A *为理查逊常数，φ为结势垒高度，R on为器件导通电阻。
    nc-SiC在信息与通信、电力电子技术方面的应用前景引起了重视。已有使用结终端技术研制4H-SiC同质外延薄膜及其高压肖特基二极管的报道[4H-SiC同质外延薄膜及其高压肖特基二极管器件研究，湖南大学博士论文，2010年]。采用溅射法在不同温度下制备的3C-SiC、4H-SiC纳米晶薄膜[物理学报，53 (2004)：2780-2785.]，具有优良的场电子发射特性。利用PECVD在500°C下研制的6H-nc-SiC薄膜[半导体学报，27 (2006)：1767-1770.]，发现可通过改变氢的流量来调节6H-nc-SiC的晶粒大小、有序度以及材料的带隙宽度。
因为nc-SiC与c-SiC的结构不同，它们的导电性能差别很大，nc-SiC器件有独特的性能。本发明人过去申请的“纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管及其制备方法”发明专利(专利号ZL201210329426.2)获得授权；申请的“在4H型单晶碳化硅外延层上制备的基区渐变P+-N-N+型SiC超快恢复二极管及工艺”发明专利(专利申请号2014104270724)正在实质审查当中。
迄今为止，还未见用P/N型交替局域耗尽技术制备SiC二极管的报道。本发明利用P/N交替局部耗尽结构，降低P+-N-N+型微波二极管阳极与基区之间的结电容；还研制成P+/N+复合阴极，改善基区与阴极之间的欧姆接触并降低结电容。所得器件的温度稳定性更高，损耗更低，反向过程时间更短，浪涌电流及其电磁干扰被抑制。且与本发明人已申请的前述二项发明在结构和原理上不同。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种温度稳定性更高，损耗更低，反向过程时间更短，浪涌电流及其电磁干扰被抑制的纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管。
为实现上述目的，本发明的技术方案是包括有：
P+型4H纳米晶碳化硅晶粒[(P+)4H-nc-SiC]填充端面包含有序孔的N+型6H单晶碳化硅[(N+)6H-c-SiC]衬底形成的(P+)4H-nc-SiC/(N+)6H-c-SiC复合阴极(1/1′)；
在N+型6H单晶碳化硅[(N+)6H-c-SiC]衬底另一侧外延生长的N-型6H单晶碳化硅[(N-)6H-c-SiC]基区(2)，并在N-型6H单晶碳化硅[(N-)6H-c-SiC]基区(2)外端面上刻蚀了有序孔；
用P-型4H纳米晶碳化硅晶粒[(P-)4H-nc-SiC]填充(N-)6H-c-SiC基区(2)端面的有序孔而形成局部耗尽的(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC过渡层；
以及沉积于过渡层(3/3′)外侧的(P+)4H-nc-SiC薄膜阳极(4)，
所述的N+型6H单晶碳化硅[(N+)6H-c-SiC]衬底和N-型6H单晶碳化硅[(N-)6H-c-SiC]基区(2) 上的有序孔为尺寸相同、间隔一致、平面均匀分布设置；
其二极管结构为：(P+)4H-nc-SiC/[(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC]/(N-)6H-c-SiC/[(P+)4H-nc-SiC/(N+)6H-c-SiC]。
进一步设置是所述的N+型6H单晶碳化硅[(N+)6H-c-SiC]衬底的多数载流子为电子，浓度1.0×1018—1.0×1019cm-3，厚度为1—2 μm。
进一步设置是所述的N+型6H单晶碳化硅[(N+)6H-c-SiC]衬底端面的有序孔的边长3—5μm，孔间间隔3—5μm，深度满足穿透该衬底即可。
进一步设置是所述的P+型4H纳米晶碳化硅晶粒[(P+)4H-nc-SiC]的晶粒直径为8—20 nm，多数载流子为空穴，浓度约1.0×1018—1.0×1019cm-3，且该P+型4H纳米晶碳化硅晶粒与N+型6H单晶碳化硅能够在二者的接触面局部耗尽，形成的(P+)4H-nc-SiC/(N+)6H-c-SiC复合阴极(1/1′)。
进一步设置是N-型6H单晶碳化硅[(N-)6H-c-SiC]基区(2)的多数载流子为电子，载流子浓度5.0×1013—5.0×1014cm-3，厚度为50—250 μm。
进一步设置是所述的N-型6H单晶碳化硅[(N-)6H-c-SiC]基区(2)端面上的有序孔边长3—5μm，孔间间隔约3—5 μm，深度3—5μm。
进一步设置是填充N-型6H单晶碳化硅[(N-)6H-c-SiC]基区(2)端面上的有序孔所用的P-型4H纳米晶碳化硅晶粒[(P-)4H-nc-SiC]，其晶粒直径为8—20 nm，多数载流子为空穴，浓度约5.0×1013—5.0×1014cm-3，(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC在接触面局部耗尽，形成(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC过渡层(3/3′)。
进一步设置是 (P+)4H-nc-SiC薄膜阳极(4)的晶粒直径为8—20 nm，多数载流子为空穴，浓度1.0×1018—1.0×1019cm-3。
进一步设置是分别在复合阴极(1/1′)、薄膜阳极(4)外侧蒸镀Ni、AlTi合金薄膜，形成欧姆接触电极。
本发明的发明机理是在N+/ N-型外延6H型单晶碳化硅(6H-c-SiC)的N-侧端面有序孔里沉积(P-)4H- nc-SiC与(N-)6H-c-SiC交替镶嵌成为过渡层(3/3′)，再沉积阳极(P+)4H- nc-SiC；并在N+侧端面有序孔里生长(P+)4H-nc-SiC与(N+)6H-c-SiC交替镶嵌成为复合阴极(1/1′)，研制成P+-N--N+型(P+)4H-nc-SiC/[(P-)4H-nc-SiC/ (N-)6H-c-SiC]/(N-)6H-c-SiC/[(P+)4H-nc-SiC/(N+)6H-c-SiC]高稳定低损耗微波二极管。其中，P-/N-交替镶嵌的过渡层(3/3′)局部耗尽，能有效减少阳极与基区之间电容。P+/N+交替镶嵌的复合阴极(1/1′)局部耗尽，能有效减少阴极与基区之间电容；反向过程中N-基区与复合阴极的P+区的内建电场加速扫除基区中的少子。同时，由于P+/N-结、N-/N+结局部耗尽，二极管正向导通电流的扩散成份占主要优势、复合成份处绝对劣势，因而热电子发射机理稳定。在恒定电流密度J下，二极管的V-T关系V=(nkT/q)·ln(J/A * T 2)+nφ+JR on稳定。比较同类型其它器件，本发明二极管的温度稳定性更高，可在微波频段工作，反向过程时间Trr缩短至15 ns，反向峰值电流Irrm很小，无硬恢复特征，因而恢复损耗更小。
本发明的创新机理是：P-/N-交替镶嵌的过渡层(3/3′)本身局部耗尽，能有效减少阳极与基区之间电容。P+/N+交替镶嵌的复合阴极(1/1′)本身局部耗尽，能有效减少阴极与基区之间电容；反向过程中N-基区与复合阴极的P+区的内建电场加速扫除基区中的少子，反向过程时间Trr缩短，反向峰值电流Irrm减小，无硬恢复特征，损耗很小。同时，由于P+/N-结、N-/N+结局部耗尽，二极管正向导通电流的扩散成份占主要优势、复合成份处绝对劣势，因而热电子发射机理稳定。在恒定电流密度J下，二极管的V—T关系V=(nkT/q)·ln(J/A * T 2)+nφ+JR on稳定，本发明二极管的温度稳定性更高。
本发明的创新特色和有益效果
第一，本发明二极管适用于高频、高温工作。本发明选用6H- c-SiC为基本材料，它的Johnson品质因数(与频率和功率输出有关)大而Baliga品质因数(与器件正向开启时的导通损耗有关)小，适用于高频器件。而且，局域耗尽的(P+)4H-nc-SiC/(N+)6H-c-SiC复合阴极(1/1′)与基区之间的结电容减小；因为插入局域耗尽的(P-)4H-nc-SiC/ (N-)6H-c-SiC复合区域(3/3′)，阳极与基区之间的结电容减小，所以本发明器件适用于微波频段。
本发明二极管中6H-c-SiC的导通电阻R on∝T 2，因此恒定电流下的V-T关系V=(nkT/q)·ln(J/A * T 2)+nφ+JR on中的ln(J/A * T 2)与JR on有互补性，而且6H-c-SiC器件内的复合电流受温度的影响小，使得V与T之间的线性关系稳定，特别适用于高温工作。
第二，利用复合阴极(1/1′)、复合过渡区(3/3′)的P型区面积与N型区面积之比R S 来改善阴极、阳极与基区之间的欧姆接触降低结电容。当载流子从P+型4H-nc-SiC阳极(4)膜到(P-)4H-nc-SiC膜(3)之间，经历P型掺杂浓度逐渐减低的缓变型区域，结的带隙是缓变的；当载流子从P+型4H-nc-SiC阳极(4)膜到(N-)6H-c-SiC膜(3′)之间，经历P+型掺杂到N-型掺杂的突变型区域，结的带隙是突变的。经历两种途径，载流子的传导速率及复合速率不同。因此，可利用复合区域(3/3′)P-型区与N-型区的面积比RS来控制阳极与基区之间的结电容。同理，也可利用复合阴极(1/1′)P+型区与N+型区的面积比RS来控制阴极与基区之间的结电容。如说明书附图1、附图2、附图3所示。
第三，(P - )4H-nc-SiC纳米薄膜(3)嵌入靠近阳极的(N - )6H-c-SiC单晶(3′)基区有序孔之中加快了少子复合，缩短反向过程时间T rr 。(P-)4H-nc-SiC纳米薄膜(3)的内部、(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC界面存在大量的晶界缺陷，相当于在器件内部设置了少子陷阱。在反向过程中，少子在这些区域因大量的缺陷中心而复合。同时，(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC界面局部耗尽，减少了P+/N-结中少子的分布。在反向过程末期，需要电场扫除的位于阳极结、阴极结附近的少子很少，因而反向电流变小且不形成浪涌电流(snappy current)，呈现软恢复，抑制了电磁干扰，降低了能耗。
第四，P + /N + 区交替镶嵌增强欧姆接触，反向过程中加速扫除少子；P + /N + 交界局部耗尽成中性区，增强抗电压能力。在阴极侧，从(N-)6H-c-SiC基区(2)到(P+)4H-nc-SiC/(N+) 6H-c-SiC复合阴极(1/1′)。反向时，少子(空穴)被直接从基区(2)扫除到(P+)4H-nc-SiC区域(1)。否则，如果只有(N+)6H-c-SiC，则少子(空穴)被直接从(N+)6H-c-SiC区域(1′)反向折回，这样会阻碍少子被扫除，引起浪涌电流。在阳极侧，从(N-)6H-c-SiC基区(2)到(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC复合区域(3/3′)，反向时，少子(空穴)被直接从基区(2)扫除到(P-)4H-nc-SiC区域(3)，将与其中的负离子复合，相当于加速扫除少子。
同时，在(P+)/(N+)复合阴极(1/1′)、(P-)/(N-)复合过渡区(3/3′)当中，由于P+/N+、P-/N-局部耗尽，使得P+/N+、P-/N-局部成为中性区，因此，P+-N--N+型二极管的耐压增强。
第五，工艺温度低，可节约能源。选择4H-nc-SiC来制备本发明器件，是因为PECVD生长4H-nc-SiC的衬底温度比沉积6H-nc-SiC的温度更低。另外，本发明采用的PECVD技术相对于传统的外延、扩散、离子注入并退火等的工艺温度更低，因此在制造过程中可节约能源。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。
附图说明
图1，P+-N--N+型(P+)4H-nc-SiC/[(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC]/(N-) 6H-c-SiC/[(P+)4H-nc-SiC/(N+)6H-c-SiC]高稳定低损耗微波二极管示意图。其中，1—P+型4H-nc-SiC，1′—有序孔N+型6H-c-SiC衬底，二者形成(P+)4H-nc-SiC/(N+)6H-c-SiC复合阴极(1/1′)；2—外延(N-)6H-c-SiC，形成基区(2)；3—P-型4H-nc-SiC，3′—有序孔N-型6H-c-SiC，二者形成(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC过渡层(3/3′)；4—P+型4H-nc-SiC阳极薄膜；
图2，本发明微波二极管正向传导示意图。其中基区(2)/复合阴极(1/1′)异质结中内建电场方向                                                和多数载流子——电子(·)的运动方向；器件正向导通过程中阳极(4)/过渡层(3/3′)异质结中内建电场方向和多数载流子——空穴(о)的运动方向；
图3，本发明微波二极管反向传导示意图。其中基区(2)/复合阴极(1/1′)异质结中内建电场方向和基区少子——空穴(о)的运动方向；器件反向过程中阳极(4)/过渡层(3/3′)异质结中内建电场方向和基区少子——空穴(о)的运动方向；
图4，本发明二极管的正向电流密度(J)——电压(V)曲线，温度T=25 ℃；
图5，本发明微波二极管在不同正向电流密度(J)下的电压(V)——温度(T)曲线；
图6，本发明微波二极管的隔离度、插入损耗随频率变化的曲线，T=25 ℃；
图7，本发明微波二极管的反向电流波形(曲线)。测试条件为di/dt=1000 A/μs，IF=50 mA，VR= -30 V，Trr=15 nS，T=25 ℃。
具体实施例
    下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
一)选择N + /N - 型外延单晶4H-SiC基片。选择厚度为50—250 μm、载流子浓度约5.0×1013——5.0×1014cm-3的N-型6H-c-SiC为基区层(2)，并在一侧外延N+型6H-c-SiC(1′)为阴极层衬底，其中的多数载流子为电子，浓度约1.0×1018——1.0×1019cm-3。阴极层衬底外延厚度为1——2 μm，并且N+/N-型外延片双面抛光，表面偏离(0001)面8°，微管密度低于30 μP·cm-2。
二)N + /N - 型外延片预处理。在室温下，采用刻蚀液蚀掉N+/N-两侧6H-c-SiC表面的SiO2层。
三)金属钼(Mo)薄膜的制备。采用磁控溅射方法，所用钼靶的纯度为99.99%。分别用丙酮、无水乙醇和去离子水对基片外延SiC的双面各清洗10 min，真空干燥后待镀。镀膜前须对外延基片SiC的双面进行15 min的预溅射以去除表面氧化层。磁控溅射反应室本底真空为1×10-4 Pa，工作气体为高纯Ar气。外延基片SiC与钼靶距离固定为60 mm，可随工件台以5 r/min 的速度转动。其它参数为：
     沉积功率为50——70 W；
     工作气体为0.1——1.0 Pa；
     钼(Mo)膜生长的衬底温度：室温；
钼(Mo)膜厚度：1 μm。
四)N + /N - 型外延片表面有序孔的制备。采用反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，RIE)工艺，刻蚀混合气体为CF4+O2。(N+/N-)c-SiC外延片经常规清洗后，先保护(N-)型一侧，在(N+)型一侧磁控溅射约1μm厚的金属钼(Mo)薄膜并光刻腐蚀出掩膜图形，在RIE系统反应室内进行干法腐蚀，形成有序孔，孔的边长3—5μm，孔间间隔约3—5 μm，其工艺参数是：
     RIE系统反应室工作真空度：10——20 Pa；
     气体CF4的流量控制：(50——70)SCCM
刻蚀气体比：O2/(O2+ CF4)=(20——30) vol%；
     RIE系统射频电源的频率范围：13.6——95.2 MHz；
     RIE系统射频电源的功率密度范围：0.2——1.0 W/cm2；
     RIE系统反应室工作温度：室温；
     孔深度范围：1——2 μm，直达(N-)6H-c-SiC基区即可。
而N-型一侧有序孔的制备，应保护(N+)型一侧，在(N-)c-SiC表面磁控溅射约1μm厚的金属钼(Mo)薄膜并光刻腐蚀出掩膜图形，在RIE系统反应室内进行干法腐蚀，形成有序孔，其工艺参数是：
     孔深度范围：3——5 μm；
其它如RIE系统反应室工作真空度、气体CF4的流量、刻蚀气体流量比、RIE系统射频电源的频率范围及功率密度范围、薄膜生长衬底温度等与N+型一侧的相同。
五)填充外延片N - 型一侧有序孔的P - 型4H-nc-SiC的制备。采用PECVD法，以H2为稀释气，以SiH4和CH4为混合反应源气，以B2H6为掺杂气，在PECVD系统反应室内生长薄膜填充(N-)6H-c-SiC外延层(2)的有序孔，形成(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC过渡层(3/3′)，其工艺参数是：
     PECVD反应室极限真空度：不低于1.0×10-4 Pa；
     稀释比：H2/( H2+CH4+SiH4)=(90——99) vol%；
     混合反应源气掺杂比：B2H6/(CH4+SiH4)=0.001—0.1 vol%；
     薄膜生长时选用射频电源的频率：13.6——95.2 MHz；
     射频电源的功率密度：0.3——0.8 W/cm2；
     薄膜生长的衬底温度：Ts=673±5 K；
     薄膜生长负直流偏压：Vb=-50——-50—250 V；
     薄膜生长时反应气体压力：P=0.7——100 Pa；
     薄膜内晶粒直径：8——20 nm；
厚度根据N-型侧有序孔的深度决定，填满孔即可。
    (六)填充外延片N + 型一侧有序孔的P + 型4H-nc-SiC的制备。采用PECVD法，稀释气、混合反应源气、掺杂气与制备P-型4H-nc-SiC的相同，在PECVD系统反应室内生长薄膜填充(N+)6H-c-SiC衬底(1′)的有序孔，形成(P+)4H-nc-SiC/(N+)6H-c-SiC复合阴极(1/1′)，其工艺参数是：
     混合反应源气掺杂比：B2H6/(CH4+SiH4)=2.0——5.0 vol%；
薄膜中晶粒的直径：8——20 nm；
厚度根据N+型侧有序孔的深度决定，填满孔即可。
     PECVD反应室极限真空度、稀释比、射频电源频率、射频功     率密度、衬底温度、负直流偏压、反应气体压力等与制备P-型4H-nc-SiC的相同。
七)阳极薄膜(P + )4H-nc-SiC的制备。采用PECVD法，稀释气、混合反应源气、掺杂气、PECVD反应室极限真空度、稀释比、射频电源频率、射频功率密度、衬底温度、负直流偏压、反应气体压力、薄膜晶粒直径等与上述P+型4H-nc-SiC的相同。阳极膜(P+)4H-nc-SiC的厚度为0.5 μm，薄膜中晶粒的直径：8——20 nm。
八)完成本发明，即(P+)4H-nc-SiC/[(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC]/ (N-)6H-c-SiC/[(P+)4H-nc-SiC/(N+)6H-c-SiC]高稳定低损耗微波二极管。测试前采用电子束蒸发法，分别在阴极、阳极外侧蒸镀Ni、AlTi合金薄膜，形成欧姆接触电极。

Claims (9)

1.一种纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管，其特征在于包括有：
P+型4H纳米晶碳化硅晶粒[(P+)4H-nc-SiC]填充端面包含有序孔的N+型6H单晶碳化硅[(N+)6H-c-SiC]衬底形成的(P+)4H-nc-SiC/(N+)6H-c-SiC复合阴极(1/1′)；
在N+型6H单晶碳化硅[(N+)6H-c-SiC]衬底另一侧外延生长的N-型6H单晶碳化硅[(N-)6H-c-SiC]基区(2)，并在N-型6H单晶碳化硅[(N-)6H-c-SiC]基区(2)外端面上刻蚀了有序孔；
用P-型4H纳米晶碳化硅晶粒[(P-)4H-nc-SiC]填充(N-)6H-c-SiC基区(2)端面的有序孔而形成局部耗尽的(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC过渡层；
以及沉积于过渡层(3/3′)外侧的(P+)4H-nc-SiC薄膜阳极(4)，
所述的N+型6H单晶碳化硅[(N+)6H-c-SiC]衬底和N-型6H单晶碳化硅[(N-)6H-c-SiC]基区(2) 上的有序孔为尺寸相同、间隔一致、平面均匀分布设置，
其二极管结构为：(P+)4H-nc-SiC/[(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC]/(N-)6H-c-SiC/[(P+)4H-nc-SiC/(N+)6H-c-SiC]。
2.根据权利要求1所述的一种纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管，其特征在于：所述的N+型6H单晶碳化硅[(N+)6H-c-SiC]衬底的多数载流子为电子，浓度1.0×1018—1.0×1019cm-3，厚度为1—2 μm。
3.根据权利要求1所述的一种纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管，其特征在于：所述的N+型6H单晶碳化硅[(N+)6H-c-SiC]衬底端面的有序孔的边长3—5μm，孔间间隔3—5μm，深度满足穿透该衬底即可。
4.根据权利要求1所述的一种纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管，其特征在于：所述的P+型4H纳米晶碳化硅晶粒[(P+)4H-nc-SiC]的晶粒直径为8—20 nm，多数载流子为空穴，浓度约1.0×1018—1.0×1019cm-3，且该P+型4H纳米晶碳化硅晶粒与N+型6H单晶碳化硅能够在二者的接触面局部耗尽，形成的(P+)4H-nc-SiC/(N+)6H-c-SiC复合阴极(1/1′)。
5.根据权利要求1所述的纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管，其特征在于：N-型6H单晶碳化硅[(N-)6H-c-SiC]基区(2)的多数载流子为电子，载流子浓度5.0×1013—5.0×1014cm-3，厚度为50—250 μm。
6.根据权利要求1所述的纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管，其特征在于：所述的N-型6H单晶碳化硅[(N-)6H-c-SiC]基区(2)端面上的有序孔边长3—5μm，孔间间隔约3—5 μm，深度3—5 μm。
7.根据权利要求1所述的纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管，其特征在于：填充N-型6H单晶碳化硅[(N-)6H-c-SiC]基区(2)端面上的有序孔所用的P-型4H纳米晶碳化硅晶粒[(P-)4H-nc-SiC]，其晶粒直径为8—20 nm，多数载流子为空穴，浓度约5.0×1013—5.0×1014cm-3，(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC在接触面局部耗尽，形成(P-)4H-nc-SiC/(N-)6H-c-SiC过渡层(3/3′)。
8.根据权利要求1所述的纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管，其特征在于：(P+)4H-nc-SiC薄膜阳极(4)的晶粒直径为8—20 nm，多数载流子为空穴，浓度1.0×1018—1.0×1019cm-3。
9.根据权利要求1—8之一所述的纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管，其特征包括：分别在复合阴极(1/1′)、薄膜阳极(4)外侧蒸镀Ni、AlTi合金薄膜，形成欧姆接触电极。
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