CN109616513B - 基于多分体阳极改善电流拥挤效应的太赫兹肖特基二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多分体阳极改善电流拥挤效应的太赫兹肖特基二极管，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若干个串联连接的肖特基二极管结，每个肖特基二极管结的阳极与阴极之间通过空气桥连接，所述空气桥下侧的阳极主体为圆形或矩形，且圆形或矩形阳极主体上设置有若干条向外延伸的阳极分体，所述阳极分体形成阳极向阴极传输电流的扩散通道。所述二极管可有效改善肖特基二极管的电流拥挤效应，减小功率耗散，增加倍频二极管的倍频效率。
Description
技术领域
本发明涉及肖特基二极管技术领域，尤其涉及一种基于多分体阳极改善电流拥挤效应的太赫兹肖特基二极管。
背景技术
太赫兹波是指频率在 100GHz-10THz范围内的电磁波，与毫米波的高端、亚毫米波及远红外有所交叠，处于宏观电子学向微观光子学的过度领域。太赫兹波在电磁波频谱中占有很特殊的位置。太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源；太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个非常诱人的机遇。
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。
当肖特基二极管用于倍频工作时，一般输入的功率较大，约为100mW-500mW，有时甚至输入更大的输入功率，在大功率输入的情况下，太赫兹肖特基二极管中的电流较大，由于目前太赫兹倍频肖特基二极管的阳极为圆形或者矩形，且面积约为几十个平方微米，在圆形或者矩形的标准图形下，电流在通过这样的肖特基结时，有强烈的拥堵效应，造成电阻升高，耗散了输入功率，降低了倍频二极管的倍频效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可有效改善肖特基二极管的电流拥挤效应，减小功率耗散，增加倍频二极管的倍频效率的太赫兹肖特基二极管。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于多分体阳极改善电流拥挤效应的太赫兹肖特基二极管，包括肖特基二极管本体，所述肖特基二极管本体包括若干个串联连接的肖特基二极管结，每个肖特基二极管结的阳极与阴极之间通过空气桥连接，其特征在于：所述空气桥下侧的阳极主体为圆形或矩形，且圆形或矩形阳极主体上设置有若干条向外延伸的阳极分体，所述阳极分体形成阳极向阴极传输电流的扩散通道。
进一步的技术方案在于：所述阳极分体朝向与该所述阳极相近的阴极延伸。
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为所述肖特基二极管结的阴极，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为所述肖特基二极管结的阳极，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。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明所述太赫兹肖特基二极管的阳极在圆形或矩形阳极主体的基础上增加两个向阴极延伸的阳极分体，构成电流扩散通道，在大功率泵浦条件下，可有效改善肖特基二极管的电流拥挤效应，减小功率耗散，增加倍频二极管的倍频效率。所述二极管只改变肖特基阳极形状，工艺简单，且与现有二极管工艺兼容，可大幅改善肖特基二极管的电流拥挤效应。
附图说明
图1是本发明实施例所述太赫兹肖特基二极管的俯视结构示意图；
图2是本发明实施例所述太赫兹肖特基二极管中阳极部分的放大结构示意图；
图3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10、阳极分体。
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，本发明公开了一种基于多分体阳极改善电流拥挤效应的太赫兹肖特基二极管，包括肖特基二极管本体，所述肖特基二极管本体包括若干个串联连接的肖特基二极管结，每个肖特基二极管结的阳极与阴极之间通过空气桥9连接。所述空气桥9下侧的阳极主体为圆形或矩形，且圆形或矩形阳极主体上设置有若干条向外延伸的阳极分体10，所述阳极分体10形成阳极向阴极传输电流的扩散通道。进一步的，所述阳极分体10朝向与该所述阳极相近的阴极延伸。
如图3所示，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9连接。
本发明所述的太赫兹肖特基倍频二极管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。
本发明所述太赫兹肖特基二极管的阳极在圆形或矩形阳极主体的基础上增加两个向阴极延伸的阳极分体，构成电流扩散通道，在大功率泵浦条件下，可有效改善肖特基二极管的电流拥挤效应，减小功率耗散，增加倍频二极管的倍频效率。所述二极管只改变肖特基阳极形状，工艺简单，且与现有二极管工艺兼容，可大幅改善肖特基二极管的电流拥挤效应。
Claims (6)
1.一种基于多分体阳极改善电流拥挤效应的太赫兹肖特基二极管，包括肖特基二极管本体，所述肖特基二极管本体包括若干个串联连接的肖特基二极管结，每个肖特基二极管结的阳极与阴极之间通过空气桥（9）连接，其特征在于：所述空气桥（9）下侧的阳极主体为圆形或矩形，且圆形或矩形阳极主体上设置有若干条向外延伸的阳极分体（10），所述阳极分体（10）形成阳极向阴极传输电流的扩散通道；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）为所述肖特基二极管结的阴极，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）为所述肖特基二极管结的阳极，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。
2.如权利要求1所述的基于多分体阳极改善电流拥挤效应的太赫兹肖特基二极管，其特征在于：所述阳极分体（10）朝向与该所述阳极相近的阴极延伸。
3.如权利要求1所述的基于多分体阳极改善电流拥挤效应的太赫兹肖特基二极管，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1所述的基于多分体阳极改善电流拥挤效应的太赫兹肖特基二极管，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1所述的基于多分体阳极改善电流拥挤效应的太赫兹肖特基二极管，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所述的基于多分体阳极改善电流拥挤效应的太赫兹肖特基二极管，其特征在于：所述太赫兹肖特基二极管包括6个肖特基二极管结。
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