CN105826400B - 阳极结尺寸各异的太赫兹倍频肖特基二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阳极结尺寸各异的太赫兹倍频肖特基二极管，涉及肖特基二极管技术领域。所述二极管包括肖特基二极管本体，所述肖特基二极管本体包括四个以上连成一串的肖特基二极管结，每个肖特基二极管结包括阳极结和阴极，所述肖特基二极管结中阳极结的长度从中间向两边逐渐递减。由于在电磁场能量较强的区域二极管阳极结尺寸较大，而电磁场能量较弱的区域二极管阳极结尺寸小，用于倍频时不易烧毁，可以改善二极管的耐用性。
Description
技术领域
本发明涉及肖特基二极管技术领域，尤其涉及一种阳极结尺寸各异的太赫兹倍频肖特基二极管。
背景技术
广义太赫兹（THz）波是指频率在 0.1-10THz范围内的电磁波，其中 1THz=1000GHz。THz波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，THz技术是国际科技界公认的一个非常重要的交叉前沿领域。
在THz频率低端范围内，通常采用半导体器件倍频方法获得固态源。该方法是将毫米波通过非线性半导体器件倍频至THz频段，具有结构紧凑、易于调节、寿命长，波形可控，常温工作等优点。目前短波长亚毫米波、THz固态源主要依靠倍频的方式获得。利用肖特基二极管器件实现高效倍频不仅电路结构简单、倍频效率较高，还兼有振荡源具有的较高输出功率、倍频放大链高频率稳定度、低相位噪声的优点；同时肖特基二极管器件可稳定工作于30GHz~3000GHz整个毫米波及亚毫米波频段。目前先进的变容二极管（RAL和VDI等研究机构生产）已经可以工作于3.1THz，具有良好的连续波功率和效率。因此肖特基二极管高效倍频技术非常适于高性能的毫米波、亚毫米波、THz系统，是一种极具研究、应用价值的THz频率源技术。由于具有极小的结电容和串联电阻，高的电子漂移速度，平面GaAs肖特基二极管已经在THz频段上得到了广泛的应用，是THz技术领域中核心的固态电子器件。
目前常用的太赫兹倍频二极管主要有单管多芯结构，也就是每个二极管有4个肖特基结或者6个肖特基结，每个二极管结的阳极尺寸都是相同的。在实际应用过程当中，经常出现二极管的烧毁现象。由于肖特基二极管一般要配合石英电路使用，在石英电路中，太赫兹的横面电磁场分布实际不是均匀的，而是靠近中央区域电磁场较强，而远离中央区域的电磁场较弱。由于电磁场分布不均，而肖特基二极管阳极尺寸相同，导致肖特基二极管实际承载功率不同，对于靠近中央区域的肖特基二极管结最有可能烧毁。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种阳极结尺寸各异的太赫兹倍频肖特基二极管，所述肖特基二极管的阳极结尺寸从中间向两端递减，充分考虑电磁场的横向分布，用于倍频时不易烧毁，可以改善二极管的耐用性。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种阳极结尺寸各异的太赫兹倍频肖特基二极管，包括肖特基二极管本体，所述肖特基二极管本体包括四个以上连成一串的肖特基二极管结，每个肖特基二极管结包括阳极结和阴极，其特征在于：所述肖特基二极管结中阳极结的尺寸从中间向两边逐渐递减。
进一步的技术方案在于：每个肖特基二极管结包括半绝缘GaAs衬底，所述半绝缘GaAs衬底的上表面设有重掺杂GaAs层，所述半绝缘GaAs衬底的上表面还设有钝化层，所述钝化层将所述重掺杂GaAs层分成左右两部分，每个所述重掺杂GaAs层的上表面为阶梯状，其中靠近所述肖特基二极管结内部的台阶面相对于外侧的台阶面较高，较高的台阶面上设有低掺杂GaAs层，较低的台阶面上设有欧姆接触金属层，所述欧姆接触金属层的上表面设有金属加厚层，其中的一个所述低掺杂GaAs层的上表面设有肖特基接触金属层，所述肖特基接触金属层以外的低掺杂GaAs层上设有二氧化硅层，所述肖特基接触金属层与位于另一侧的金属加厚层之间通过空气桥连接。
进一步的技术方案在于：所述钝化层的制作材料为氮化硅。
进一步的技术方案在于：所述欧姆接触金属层的制作金属自下而上为Ni/Au/ Ge/Ni/Au。
进一步的技术方案在于：所述肖特基接触金属层的制作金属自下而上为Ti/Pt/Au。
进一步的技术方案在于：所述太赫兹倍频肖特基二极管包括6个肖特基二极管结，自中间焊盘向两端延伸各有3个肖特基二极管结，其中靠近中央焊盘的两个二极管结中阳极结的尺寸最大，向两端延伸的肖特基二极管结上的阳极结的尺寸依次减小。
进一步的技术方案在于：6个阳极结的长度自左向右为2微米、4微米、6微米、6微米、4微米、2微米。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述肖特基二极管自中间到两端二极管的阳极结尺寸是不同的，由于在电磁场能量较强的区域二极管阳极结尺寸较大，而电磁场能量较弱的区域二极管阳极结尺寸小，用于倍频时不易烧毁，可以改善二极管的耐用性。
附图说明
图1是一种阳极结尺寸各异的太赫兹倍频肖特基二极管的俯视结构示意图；
图2是图1中A-A向的剖视结构示意图；
其中：1、钝化层 2、二氧化硅层 3、欧姆接触金属层 4、金属加厚层 5、半绝缘GaAs衬底 6、重掺杂GaAs层 7、低掺杂GaAs层 8、肖特基接触金属层 9、空气桥。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-2所示，本发明公开了一种阳极结尺寸各异的太赫兹倍频肖特基二极管，包括肖特基二极管本体，所述肖特基二极管本体包括四个以上连成一串的肖特基二极管结，每个肖特基二极管结包括阳极结和阴极，所述肖特基二极管结中阳极结的尺寸从中间向两边逐渐递减。
需要说明的是，本发明中所述的阳极结的尺寸是指附图1中所看到的每个小圆圈的直径，在附图2中是指肖特基接触金属层上表面圆圈的直径。
以附图1进行说明，自中间焊盘向两端各有3个肖特基二极管结，其中靠近中央焊盘的两个肖特基二极管结的阳极结的尺寸最大，向两端延伸的肖特基二极管结的阳极结的尺寸依次减小，以应用于200GHz的倍频二极管为例，6个阳极结的长度自左向右可以为2微米、4微米、6微米、6微米、4微米、2微米。
每个肖特基二极管结包括半绝缘GaAs衬底5，所述半绝缘GaAs衬底5的上表面设有重掺杂GaAs层6，所述半绝缘GaAs衬底5的上表面还设有钝化层1，所述钝化层1的制作材料可以为氮化硅。所述钝化层1将所述重掺杂GaAs层6分成左右两部分，每个所述重掺杂GaAs层6的上表面为阶梯状，其中靠近所述肖特基二极管结内部的台阶面相对于外侧的台阶面较高，较高的台阶面上设有低掺杂GaAs层7，较低的台阶面上设有欧姆接触金属层3，所述欧姆接触金属层3的制作金属自下而上可以为Ni/Au/ Ge/Ni/Au。所述欧姆接触金属层3的上表面设有金属加厚层4，其中的一个所述低掺杂GaAs层7的上表面设有肖特基接触金属层8，所述肖特基接触金属层8的制作金属自下而上可以为Ti/Pt/Au。所述肖特基接触金属层8以外的低掺杂GaAs层7上设有二氧化硅层2，所述肖特基接触金属层8与位于另一侧的金属加厚层4之间通过空气桥8连接。
本发明所述的太赫兹肖特基二极管可通过成熟的肖特基二极管加工工艺实现，包括阴极欧姆接触、阳极肖特基金属蒸发，空气桥连接以及隔离槽腐蚀，制作钝化层，正面加工工艺完成后，进行背面的减薄及分片，制作出太赫兹肖特基二极管。
所述肖特基二极管自中间到两端二极管的阳极结尺寸是不同的，由于在电磁场能量较强的区域二极管阳极结尺寸较大，而电磁场能量较弱的区域二极管阳极结尺寸小，用于倍频时不易烧毁，可以改善二极管的耐用性。
Claims (7)
1.一种阳极结尺寸各异的太赫兹倍频肖特基二极管，包括肖特基二极管本体，所述肖特基二极管本体包括四个以上连成一串的肖特基二极管结，每个肖特基二极管结包括阳极结和阴极，其特征在于：所述肖特基二极管本体中位于中央的肖特基二极管结的阳极结尺寸最大，从中央向两端延伸的肖特基二极管结的阳极结的尺寸逐渐递减。
2.如权利要求1所述的阳极结尺寸各异的太赫兹倍频肖特基二极管，其特征在于：每个肖特基二极管结包括半绝缘GaAs衬底(5)，所述半绝缘GaAs衬底(5)的上表面设有重掺杂GaAs层(6)，所述半绝缘GaAs衬底(5)的上表面还设有钝化层(1)，所述钝化层(1)将所述重掺杂GaAs层(6)分成左右两部分，每个所述重掺杂GaAs层(6)的上表面为阶梯状，其中靠近所述肖特基二极管结内部的台阶面相对于外侧的台阶面较高，较高的台阶面上设有低掺杂GaAs层(7)，较低的台阶面上设有欧姆接触金属层(3)，所述欧姆接触金属层(3)的上表面设有金属加厚层(4)，其中的一个所述低掺杂GaAs层(7)的上表面设有肖特基接触金属层(8)，所述肖特基接触金属层(8)以外的低掺杂GaAs层(7)上设有二氧化硅层(2)，所述肖特基接触金属层(8)与位于另一侧的金属加厚层(4)之间通过空气桥(9)连接。
3.如权利要求2所述的阳极结尺寸各异的太赫兹倍频肖特基二极管，其特征在于：所述钝化层(1)的制作材料为氮化硅。
4.如权利要求2所述的阳极结尺寸各异的太赫兹倍频肖特基二极管，其特征在于：所述欧姆接触金属层(3)的制作金属自下而上为Ni/Au/Ge/Ni/Au。
5.如权利要求2所述的阳极结尺寸各异的太赫兹倍频肖特基二极管，其特征在于：所述肖特基接触金属层(8)的制作金属自下而上为Ti/Pt/Au。
6.如权利要求1所述的阳极结尺寸各异的太赫兹倍频肖特基二极管，其特征在于：所述太赫兹倍频肖特基二极管包括6个肖特基二极管结，自中间焊盘向两端延伸各分布3个肖特基二极管结，其中靠近中央焊盘的两个二极管结中阳极结的尺寸最大，向两端延伸的肖特基二极管结上的阳极结的尺寸依次减小。
7.如权利要求6所述的阳极结尺寸各异的太赫兹倍频肖特基二极管，其特征在于：6个阳极结的长度自左向右为2微米、4微米、6微米、6微米、4微米、2微米。
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