CN107093634A - 微波PiN二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微波PiN二极管(10),包括:衬底(101);第一P区(102)及第一N区(103),设置于所述衬底(101)内并位于所述衬底(101)的两侧;第二P区(104)及第二N区(105),设置于所述衬底(101)内并位于所述衬底(101)的两侧且分别位于所述第一P区(102)及所述第一N区(103)的下侧;第一引线(106)设置于所述衬底(101)内并分别连接所述第一P区(102)与所述第二P区(104);第二引线(107),设置于所述衬底(101)内并分别连接所述第一N区(103)与所述第二N区(105)。本发明采用两层有源区设计,在加直流偏压时,本征区内的载流子分布更加均匀,极大地改善了器件性能。

Description

微波PiN二极管
技术领域
本发明涉及集成电路技术及微波天线领域,特别涉及一种微波PiN二极管。
背景技术
近年来,研究天线宽频带、小型化、以及重构与复用的理论日趋活跃。在这种背景下,研究人员提出了一种新型天线概念-等离子体天线,该天线是一种将等离子体作为电磁辐射导向媒质的射频天线。等离子体天线的可利用改变等离子体密度来改变天线的瞬时带宽、且具有大的动态范围;还可以通过改变等离子体谐振、阻抗以及密度等,调整天线的频率、波束宽度、功率、增益和方向性动态参数;另外,等离子体天线在没有激发的状态下,雷达散射截面可以忽略不计,而天线仅在通信发送或接收的短时间内激发,提高了天线的隐蔽性,这些性质可广泛的应用于各种侦察、预警和对抗雷达,星载、机载和导弹天线,微波成像天线,高信噪比的微波通信天线等领域,极大地引起了国内外研究人员的关注,成为了天线研究领域的热点。
但是当前绝大多数的研究只限于气态等离子体天线,对固态等离子体天线的研究几乎还是空白。而固态等离子体一般存在于半导体器件中,无需像气态等离子那样用介质管包裹,具有更好的安全性和稳定性。
横向PiN二极管是产生固态等离子体的重要半导体器件。经理论研究发现,固态等离子PiN二极管在加直流偏压时,直流电流会在其表面形成自由载流子组成的固态等离子体,该等离子体具有类金属特性,使得该等离子体可以接收、辐射和反射电磁波,其辐射特性与表面等离子体的微波传输特性、浓度及分布密切相关。
目前所研究的PiN二极管在加直流偏压时,本征区内的载流子分布会不均匀,本征区内深度越深的地方载流子浓度越低,使得等离子体区域在传输和辐射电磁波时性能衰减,而且这种二极管的功率密度低,使得现有的PiN二极管的应用受到了很大的限制。
发明内容
因此,为解决现有技术存在的技术缺陷和不足,本发明提出一种微波PiN二极管。
具体地,本发明一个实施例提出的一种微波PiN二极管(10),包括:
衬底(101);
第一P区(102)及第一N区(103),设置于所述衬底(101)内并位于所述衬底(101)的两侧;
第二P区(104)及第二N区(105),设置于所述衬底(101)内并位于所述衬底(101)的两侧且分别位于所述第一P区(102)及所述第一N区(103)的下侧;第一引线(106)设置于所述衬底(101)内并分别连接所述第一P区(102)与所述第二P区(104);
第二引线(107),设置于所述衬底(101)内并分别连接所述第一N区(103)与所述第二N区(105)。
在本发明的一个实施例中,所述衬底(101)为P型SOI材料;其中,顶层Si的厚度为100μm,掺杂浓度为8×1013~1.2×1014cm-3
在本发明的一个实施例中,所述第一P区(102)的厚度为80~140nm,掺杂浓度为1×1018~5×1018cm-3
在本发明的一个实施例中,所述第一N区(103)的厚度为80~140nm,掺杂浓度为1×1018~5×1018cm-3
在本发明的一个实施例中,所述第二P区(104)的厚度为80~140nm,掺杂浓度为1×1018~5×1018cm-3
在本发明的一个实施例中,所述第二N区(105)的厚度为80~140nm,掺杂浓度为1×1018~5×1018cm-3
在本发明的一个实施例中,所述第一引线(106)及所述第二引线(107)为Cr或者Au材料。
在本发明的一个实施例中,所述微波PiN二极管(10)还包括钝化层(108),所述钝化层覆盖于所述第一引线(106)及所述第二引线(107)上。在本发明的一个实施例中,所述钝化层(108)为SiN材料,其厚度为150~200nm。
在本发明的一个实施例中,所述微波PiN二极管(10)还包括隔离材料(109),所述隔离材料(109)填充于制作所述第一P区(102)、所述第一N区(103)、所述第二P区(104)及所述第二N区(105)时形成的沟槽中。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明采用双层沟槽设计,在加直流偏压时,本征区内的载流子分布更加均匀,极大地改善了器件性能。
附图说明
下面将结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种微波PiN二极管的结构示意图;
图2a-图2r为本发明实施例提供的一种微波PiN二极管的制备方法示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1,图1为本发明实施例提供的一种微波PiN二极管的结构示意图。该微波PiN二极管(10)包括:
衬底(101);
第一P区(102)及第一N区(103),设置于所述衬底(101)上面并位于所述微波PiN二极管(10)的两侧;
第二P区(104)及第二N区(105),设置于所述衬底(101)上面并位于所述微波PiN二极管(10)的两侧,所述第二P区(104)位于所述第一P区(102)的下面,所述第二N区(105)位于所述第一N区(103)的下面;
第一引线(106)及第二引线(107),设置于所述衬底(101)内部并位于所述微波PiN二极管的两侧,所述第一引线(106)连接所述第一P区(102)与所述第二P区(104),所述第二引线(7)连接所述第一N区(103)与所述第二N区(105)。
优选地,所述衬底(101)为P型SOI材料;其中,顶层Si的厚度为100μm、掺杂浓度为8×1013~1.2×1014cm-3;进一步地,顶层Si的掺杂浓度为1×1014cm-3可以达到最佳效果。
优选地,所述第一P区(102)的厚度为80~140nm、掺杂浓度为1×1018~5×1018cm-3;进一步地,所述第一P区(102)的厚度为100nm、掺杂浓度为3.3×1018cm-3可以达到最佳效果。
优选地,所述第一N区(103)的厚度为80~140nm、掺杂浓度为1×1018~5×1018cm-3;进一步地,所述第一N区(103)的厚度为100nm、掺杂浓度为3.3×1018cm-3可以达到最佳效果。
优选地,所述第二P区(104)的厚度为80~140nm、掺杂浓度为1×1018~5×1018cm-3;进一步地,所述第二P区(104)的厚度为100nm、掺杂浓度为3.3×1018cm-3可以达到最佳效果。
优选地,所述第二N区(105)的厚度为80~140nm、掺杂浓度为1×1018~5×1018cm-3;进一步地,所述第二N区(105)的厚度为100nm、掺杂浓度为3.3×1018cm-3可以达到最佳效果。
优选地,所述第一引线(106)及所述第二引线(107)为Cr或者Au材料。优选地,所述微波PiN二极管(10)还包括钝化层(108),所述钝化层设置于所述第一引线(106)及所述第二引线(107)的上面。
可选地,所述钝化层(108)为SiN材料,其厚度为150~200nm。
优选地,所述微波PiN二极管(10)还包括隔离材料(109),所述隔离材料(109)填充于制作所述第一P区(102)、所述第一N区(103)、所述第二P区(104)及所述第二N区(105)时形成的沟槽中。
可选地,所述隔离材料(109)为SiO2材料,其厚度为150~200nm。
本发明微波PiN二极管,采用双层沟槽设计,在加直流偏压时,本征区内的载流子分布更加均匀,极大地改善了器件性能。
实施例二
请参照图2a-图2r,图2a-图2r为本发明实施例提供的一种微波PiN二极管的制备方法示意图,该制备方法包括如下步骤:
第1步、选取SOI衬底001;其中,所述衬底001为P型SOI材料,顶层Si的厚度为100μm、掺杂浓度为1×1014cm-3,如图2a所示;
第2步、利用CVD工艺,在SOI衬底001上生长氮化硅层002,如图2b所示;
第3步、利用光刻工艺,在氮化硅层002表面形成沟槽图形区域;利用干法刻蚀工艺,在沟槽图形区域刻蚀氮化硅层002和SOI衬底001,形成第一有源区沟槽003和第二有源区沟槽004,如图2c所示;
第4步、氧化第一有源区沟槽003及第二有源区沟槽004四周侧壁形成氧化层005,如图2d所示;
第5步、利用湿法刻蚀工艺,刻蚀氧化层005,使第一有源区沟槽003及第二有源区沟槽004平整化,如图2e所示;
第6步、利用CVD工艺,在整个材料表面生长第一SiO2层006,如图2f所示;
第7步、利用湿法刻蚀工艺,选择性刻蚀第一SiO2层006,形成P型有源区待生长区域,如图2g所示;
第8步、利用原位掺杂工艺,在P型有源区待生长区域生长第一P区007和第二P区008;其中,所述第一P区007和所述第二P区008的厚度均为100nm、掺杂浓度均为3.3×1018cm-3,如图2h所示;
第9步、利用干法刻蚀工艺,对第一P区007及第二P区008的表面进行平整化处理;利用湿法刻蚀工艺,去除第一SiO2层006,如图2i所示;第10步、利用CVD工艺,在整个材料表面生长第二SiO2层009,如图2j所示;
第11步、利用湿法刻蚀工艺,选择性刻蚀第二SiO2层009,形成N型有源区待生长区域,如图2k所示;
第12步、利用原位掺杂工艺,在N型有源区待生长区域生长第一N区010和第二N区011;其中,所述第一N区010和所述第二N区011的厚度均为100nm、掺杂浓度均为3.3×1018cm-3,如图2l所示;
第13步、利用干法刻蚀工艺,对第一N区010及第二N区011的表面进行平整化处理;利用湿法刻蚀工艺去除第二SiO2层009,如图2m所示;第14步、利用CMP工艺,去除氮化硅层002和衬底表面的部分多晶硅层,使整个材料表面平整化,如图2n所示;
第15步、利用CVD工艺,在包括SOI衬底001的整个材料的表面生长SiO2隔离材料012,如图2o所示;
第16步、在950~1150℃温度下,利用退火工艺,激活第一P区007、第二P区008、第一N区010及第二N区011中的杂质;
第17步、利用湿法刻蚀工艺,选择性刻蚀所述SiO2隔离材料,形成引线孔013,如图2p所示;
第18步、在引线孔013的区域溅射Au材料,形成引线014,如图2q所示;
第19步、在包括引线014的整个材料的表面生长氮化硅钝化层015,如图2r所示。
综上所述,本文中应用了具体个例对本发明实施例提供的一种微波PiN二极管及其制备方法的实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制,本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。

Claims (10)

1.一种微波PiN二极管(10),其特征在于,包括:
衬底(101);
第一P区(102)及第一N区(103),设置于所述衬底(101)内并位于所述衬底(101)的两侧;
第二P区(104)及第二N区(105),设置于所述衬底(101)内并位于所述衬底(101)的两侧且分别位于所述第一P区(102)及所述第一N区(103)的下侧;
第一引线(106)设置于所述衬底(101)内并分别连接所述第一P区(102)与所述第二P区(104);
第二引线(107),设置于所述衬底(101)内并分别连接所述第一N区(103)与所述第二N区(105)。
2.根据权利要求1所述的微波PiN二极管(10),其特征在于,所述衬底(101)为P型SOI材料;其中,顶层Si的厚度为100μm,掺杂浓度为8×1013~1.2×1014cm-3
3.根据权利要求1所述的微波PiN二极管(10),其特征在于,所述第一P区(102)的厚度为80~140nm,掺杂浓度为1×1018~5×1018cm-3
4.根据权利要求1所述的微波PiN二极管(10),其特征在于,所述第一N区(103)的厚度为80~140nm,掺杂浓度为1×1018~5×1018cm-3
5.根据权利要求1所述的微波PiN二极管(10),其特征在于,所述第二P区(104)的厚度为80~140nm,掺杂浓度为1×1018~5×1018cm-3
6.根据权利要求1所述的微波PiN二极管(10),其特征在于,所述第二N区(105)的厚度为80~140nm,掺杂浓度为1×1018~5×1018cm-3
7.根据权利要求1所述的微波PiN二极管(10),其特征在于,所述第一引线(106)及所述第二引线(107)为Cr或者Au材料。
8.根据权利要求1所述的微波PiN二极管(10),其特征在于,还包括钝化层(108),所述钝化层覆盖于所述第一引线(106)及所述第二引线(107)上。
9.根据权利要求8所述的微波PiN二极管(10),其特征在于,所述钝化层(108)为SiN材料,其厚度为150~200nm。
10.根据权利要求1所述的微波PiN二极管(10),其特征在于,还包括隔离材料(109),所述隔离材料(109)填充于制作所述第一P区(102)、所述第一N区(103)、所述第二P区(104)及所述第二N区(105)时形成的沟槽中。
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