CN112289866B - 大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，属于半导体器件技术领域，包括多个串联单元，串联单元的数量为偶数，每个串联单元包括多个同向串联的肖特基结；多个串联单元反向并联。本发明提供的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，利用串联电路和并联电路的原理，采用多个同向串联肖特基结进行反向并联的形式，通过增加肖特基结个数，使得倍频器可以承受更大的输入功率，从而得到更大的输出功率。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，更具体地说，是涉及一种大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构。
背景技术
太赫兹(THz)波从广义上来讲，是指频率在0.1-10THz范围内的电磁波，介于毫米波和红外光之间。THz波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，具有频率高、带宽宽、安全性好等特点，在安检、通信、雷达、射电天文中有广泛应用。
太赫兹波的频率很高，其应用很大程度上受限于太赫兹源技术的发展。在该频段，功率放大器的输出功率随频率的升高逐渐降低，以至于无法满足工程应用的需求。基于平面肖特基二极管的太赫兹倍频器具有工作频率高、可室温工作等优点，成为太赫兹固态源的主流技术。
太赫兹倍频器可分为窄带倍频器和宽带倍频器，其中窄带倍频器一般采用容性二极管，主要利用二极管的工作电压与电荷(即C-V)之间的非线性特性工作，其特点是带宽窄，效率高；而宽带倍频器一般采用阻性二极管，要利用二极管的工作电压与电流(即I-V)之间的非线性特性工作，其特点是带宽宽，效率低。二极管的结构一般为同向串联或者反向串联的多个肖特基结结构，横向放置在腔体中的石英电路上，该结构受到与频率相关的电路宽度的影响，二极管中肖特基结的数目难以增加，从而限制了倍频器的输出功率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，旨在解决太赫兹频段二极管中肖特基结的数目难以增加，倍频器的输出功率受限制的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，包括：多个串联单元，所述串联单元的数量为偶数，每个所述串联单元包括多个同向串联的肖特基结；多个所述串联单元反向并联。
作为本申请另一实施例，当所述串联单元的数量为四个及以上时，同向的所述串联单元的数量与反向的所述串联单元的数量相同。
作为本申请另一实施例，同向的所述串联单元相邻设置，反向的所述串联单元相邻设置。
作为本申请另一实施例，同向的所述串联单元与反向的所述串联单元交替设置。
作为本申请另一实施例，当所述串联单元的数量为四个及以上时，同向的所述串联单元的数量与反向的所述串联单元的数量不相同。
作为本申请另一实施例，所述肖特基结包括衬底，所述衬底的上表面设有重掺杂GaAs层和钝化层，所述钝化层将所述重掺杂GaAs层分隔开，在所述钝化层上方形成隔离区，所述重掺杂GaAs层分隔后相对的两面为斜面，且两个斜面之间的距离从下至上逐渐增大；所述重掺杂GaAs层靠近所述钝化层一侧的上表面均设有低掺杂GaAs层，所述低掺杂GaAs层的上表面均设有二氧化硅层，其中一个所述低掺杂GaAs层上还设有肖特基接触金属层，所述二氧化硅层围绕在所述肖特基接触金属层的四周；所述重掺杂GaAs层远离所述钝化层一侧的上表面均设有欧姆接触金属层，所述欧姆接触金属层的上表面均设有金属加厚层；所述肖特基接触金属层与对面的所述金属加厚层通过空气桥连接。
作为本申请另一实施例，所述肖特基接触金属层为多层金属结构，自下至上依次为Ti金属层、Pt金属层和Au金属层。
作为本申请另一实施例，所述欧姆接触金属层为多层金属结构，自下至上依次为Ni金属层、Au金属层、Ge金属层、Ni金属层和Au金属层。
作为本申请另一实施例，所述重掺杂GaAs层，掺杂浓度为10^18cm-3量级。
作为本申请另一实施例，所述低掺杂GaAs层，掺杂浓度为1e16cm-3-5e17cm-3。
本发明提供的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构的有益效果在于：与现有技术相比，本发明大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，利用串联电路和并联电路的原理，采用多个同向串联肖特基结进行反向并联的形式，通过增加肖特基结个数，使得倍频器可以承受更大的输入功率，从而得到更大的输出功率。
与传统倍频电路中二极管横跨在电路上的形式不同，该结构的肖特基二极管在使用时与倍频电路直接串接，不需要外加偏置电压，二极管以阻性方式工作，带宽宽，同时肖特基结个数的增加受电路宽度影响较小，可容纳的肖特基结个数与传统电路形式的二极管相比要多很多，使得倍频器可以承受更大功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构的俯视结构示意图；
图2为沿图1中A-A线的剖视结构图；
图3为本发明实施例提供的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构的沿图1中A-A线的剖视结构图。
图中：1、衬底；2、重掺杂GaAs层；3、欧姆接触金属层；4、金属加厚层；5、低掺杂GaAs层；6、二氧化硅层；7、肖特基接触金属层；8、空气桥；9、钝化层。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1及图3，现对本发明提供的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构进行说明。所述大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，包括多个串联单元，串联单元的数量为偶数，每个串联单元包括多个同向串联的肖特基结；多个串联单元反向并联。
本发明主要是考虑到二极管在太赫兹宽带倍频应用时，因肖特基结数目少且不能加偏压，从而导致无法承受大的输入功率，也无法得到大的输出功率的现实。
本发明提供的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，与现有技术相比，利用串联电路和并联电路的原理，采用多个同向串联肖特基结进行反向并联的形式，通过增加肖特基结个数，使得倍频器可以承受更大的输入功率，从而得到更大的输出功率。
与传统倍频电路中二极管横跨在电路上的形式不同，该结构的肖特基二极管在使用时与倍频电路直接串接，不需要外加偏置电压，二极管以阻性方式工作，带宽宽，同时肖特基结个数的增加受电路宽度影响较小，可容纳的肖特基结个数与传统电路形式的二极管相比要多很多，使得倍频器可以承受更大功率。
作为本发明提供的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构的一种具体实施方式，请参阅图1，当串联单元的数量为四个及以上时，同向的串联单元的数量与反向的串联单元的数量相同。
如附图1所示，该结构将4排串联的肖特基结进行并联，每排含有4个肖特基结，上半部分的2排肖特基结与下半部分的两排肖特基结呈反向对称结构。该倍频二极管结构中，肖特基结的个数为16个，与传统的倍频二极管相比，结数大大增加，可以在保证宽带倍频的同时增加二极管承受和输出大功率的能力。
再例如，一个串联单元同向串联5个肖特基结，共6排，也即6个串联单元并联，这个二极管中共有30个肖特基结。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，同向的串联单元相邻设置，反向的串联单元相邻设置。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，同向的串联单元与反向的串联单元交替设置。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，当串联单元的数量为四个及以上时，同向的串联单元的数量与反向的串联单元的数量不相同。同向的串联单元2个，反向的串联单元4个，6个串联单元，6排并联。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，所述肖特基结包括衬底1，衬底1的上表面设有重掺杂GaAs层2和钝化层9，钝化层9将重掺杂GaAs层2分隔开，在钝化层9上方形成隔离区，重掺杂GaAs层2分隔后相对的两面为斜面，且两个斜面之间的距离从下至上逐渐增大；重掺杂GaAs层2靠近钝化层9一侧的上表面均设有低掺杂GaAs层5，低掺杂GaAs层5的上表面均设有二氧化硅层6，其中一个低掺杂GaAs层5上还设有肖特基接触金属层7，二氧化硅层6围绕在肖特基接触金属层7的四周；重掺杂GaAs层2远离钝化层9一侧的上表面均设有欧姆接触金属层3，欧姆接触金属层3的上表面均设有金属加厚层4；肖特基接触金属层7与对面的金属加厚层4通过空气桥8连接。
本发明大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构可通过成熟的肖特基二极管加工工艺实现，目前肖特基二极管的制造技术在国内外均已成熟，包括阴极欧姆接触、阳极肖特基金属蒸发，空气桥8连接以及隔离槽腐蚀，制作钝化层9。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。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图2，所述肖特基接触金属层7为多层金属结构，自下至上依次为Ti金属层、Pt金属层和Au金属层。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图2，所述欧姆接触金属层3为多层金属结构，自下至上依次为Ni金属层、Au金属层、Ge金属层、Ni金属层和Au金属层。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图2，所述重掺杂GaAs层2，掺杂浓度为10^18cm-3量级。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图2，所述低掺杂GaAs层5，掺杂浓度为1e16cm-3-5e17cm-3。
其中，衬底1采用半绝缘GaAs衬底1，金属加厚层4的金属为Au，钝化层为氮化硅。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，其特征在于，包括：多个串联单元，所述串联单元的数量为偶数，每个所述串联单元包括多个同向串联的肖特基结；多个所述串联单元反向并联；
所述串联单元的数量为四个及以上，每个串联单元中同向串联的肖特基结的数量为四个及以上；采用多个同向串联肖特基结进行反向并联的形式，通过增加肖特基结个数，二极管以阻性方式工作，带宽宽，使得倍频器可以承受更大的输入功率，从而得到更大的输出功率。
2.如权利要求1所述的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，其特征在于，当串联单元的数量为四个及以上时，同向的串联单元的数量与反向的串联单元的数量相同。
3.如权利要求2所述的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，其特征在于，同向的所述串联单元相邻设置，反向的所述串联单元相邻设置。
4.如权利要求2所述的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，其特征在于，同向的所述串联单元与反向的所述串联单元交替设置。
5.如权利要求1所述的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，其特征在于，当所述串联单元的数量为四个及以上时，同向的所述串联单元的数量与反向的所述串联单元的数量不相同。
6.如权利要求1所述的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，其特征在于，所述肖特基结包括衬底，所述衬底的上表面设有重掺杂GaAs层和钝化层，所述钝化层将所述重掺杂GaAs层分隔开，在所述钝化层上方形成隔离区，所述重掺杂GaAs层分隔后相对的两面为斜面，且两个斜面之间的距离从下至上逐渐增大；
所述重掺杂GaAs层靠近所述钝化层一侧的上表面均设有低掺杂GaAs层，所述低掺杂GaAs层的上表面均设有二氧化硅层，其中一个所述低掺杂GaAs层上还设有肖特基接触金属层，所述二氧化硅层围绕在所述肖特基接触金属层的四周；
所述重掺杂GaAs层远离所述钝化层一侧的上表面均设有欧姆接触金属层，所述欧姆接触金属层的上表面均设有金属加厚层；所述肖特基接触金属层与对面的所述金属加厚层通过空气桥连接。
7.如权利要求6所述的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，其特征在于，所述肖特基接触金属层为多层金属结构，自下至上依次为Ti金属层、Pt金属层和Au金属层。
8.如权利要求6所述的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，其特征在于，所述欧姆接触金属层为多层金属结构，自下至上依次为Ni金属层、Au金属层、Ge金属层、Ni金属层和Au金属层。
9.如权利要求6所述的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，其特征在于，所述重掺杂GaAs层，掺杂浓度为10^18cm-3量级。
10.如权利要求6所述的大功率宽带太赫兹倍频肖特基二极管结构，其特征在于，所述低掺杂GaAs层，掺杂浓度为1e16 cm-3-5e17 cm-3。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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