CN112086505A - 一种适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管，其包括单片衬底和平面肖特基二极管，平面肖特基二极管包括阳极台面、阴极台面和阳极桥指，其中阳极台面和阴极台面通过阳极桥指连接，在单片衬底上设置有衬底镂空结构，衬底镂空结构位于阳极桥指下方，其应用于太赫兹单片集成领域，针对目前的二极管存在的Pad之间寄生电容较大的问题，本发明在传统平面肖特基二极管的基础上镂空空气桥下的衬底材料，可以进一步减小二极管的寄生电容，从而提升二极管的高频性能；与传统的单片二极管集成工艺兼容，可以有效的提升二极管的工作频率和带宽，在毫米波及太赫兹频段单片集成二极管电路的设计中具有很好的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及平面肖特基二极管技术领域，具体而言，涉及一种适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管。
背景技术
太赫兹技术在宽带通信、医学成像、安全检查、天文探测等领域具有广阔的应用前景，近年来逐渐成为科学研究的热点。太赫兹技术的研究主要围绕三大核心问题展开，即太赫兹波的产生、太赫兹波的传输以及太赫兹波的检测。围绕三大核心问题，不同的技术路线被开发以更好的利用太赫兹波的频谱特性，包括光学器件、真空电子器件以及固态电子器件。基于半导体器件的太赫兹固态倍频源具有体积小、可靠性高、便于集成等优势，成为目前太赫兹技术开发的主流技术。近年来，随着晶体管和MMIC技术的发展，有源倍频器和放大器正向亚毫米波方向发展。然而，随着频率的增加，有源倍频器和放大器的输出功率迅速下降。而作为主流的平面肖特基二极管，因为具有截止频率比较高，可以室温工作等优势而大量应用于实际的太赫兹固态倍频、混频、检波等器件的设计中。
肖特基二极管最初是由触须式二极管发展而来。上世纪九十年代以前，因为触须式二极管寄生参数低、加工工艺简单，太赫兹频段倍频器的设计主要采用触须式二极管。但是它有着难以克服的缺点，比如触须结构肖特基二极管非常脆弱，极易损坏；同时，触须二极管难以实现电路的平面集成，可重复性差，批量生产时难以保证一致性。
九十年代以后，二极管工艺取得长足进步，肖特基二极管由触须结构向平面结构转变。1987年佛吉尼亚大学的学者提出了一种多层平面结构的肖特基二极管。与触须二极管相比，平面结构的寄生电容、电感和介质损耗虽然增大了，恶化了高频性能，但是平面肖特基二极管具有结构稳定、便于平面集成且一致性好等优点而被大量采用。现有技术的二极管，出于结构力学方面的考虑，需要用衬底支撑二极管的阳极和阴极台面，否则二极管芯片容易断裂，所以寄生参数很难再进一步减小，这在一定程度上限制了二极管的高频性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管，其能够在传统平面肖特基二极管的基础上镂空空气桥下的衬底材料，进一步减小二极管Pad之间的寄生电容，从而提升二极管的高频性能。另一方面，由于在单片集成电路中，衬底的尺寸相对于二极管本身要大很多，镂空空气桥下的少量衬底不会造成二极管结构力学方面的问题。
本发明的实施例是这样实现的：
一种适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管，其包括单片衬底，以及布置于单片衬底上的平面肖特基二极管，平面肖特基二极管包括阳极台面、阴极台面和阳极桥指，阴极台面上布置有肖特基接触，肖特基接触通过阳极桥指连接至阳极台面，单片衬底设置有位于阳极桥指正下方且贯穿单片衬底两面的衬底镂空结构。
在本发明较佳的实施例中，上述衬底镂空结构为规则形状，规则形状包括但不限于球体、椭球体、方体、多边形柱体。
在本发明较佳的实施例中，上述衬底镂空结构为长方体状，衬底镂空结构在单片衬底的截面上形成长方形。
在本发明较佳的实施例中，上述衬底镂空结构的宽度等于阳极台面和阴极台面之间的距离。
在本发明较佳的实施例中，上述衬底镂空结构的长度大于阳极台面和阴极台面的宽度。
在本发明较佳的实施例中，上述衬底镂空结构通过单片工艺中常用的湿法刻蚀或者干法刻蚀制得。
在本发明较佳的实施例中，上述单片衬底为GaAs或InP。
本发明的有益效果是：
本发明适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管，结合单片工艺，在传统平面肖特基二极管的基础上镂空阳极桥指下面的衬底，可以进一步减小二极管Pad之间的寄生电容，从而提升二极管的高频性能；另一方面，在单片衬底中，刻蚀本发明所需要的衬底镂空结构，不会造成二极管断裂的风险；本发明结构简单，与普通的太赫兹单片电路工艺兼容，有助于提升太赫兹二极管单片电路的性能，在太赫兹频段二极管基倍频器、混频器和检波器的设计中具有很好的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。
图1为本发明适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管的示意图；
图2为本发明适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管的俯视图；
图3为本发明A-A′截面处的侧视图；
图4为本发明B-B′截面至C-C′截面处的侧视图；
图标：1-单片衬底；2-阳极台面；3-阴极台面；4-肖特基接触；5-阳极桥指；6-衬底镂空结构；A-A′为单片衬底上的截面；B-B′为阳极桥指处的截面；C-C′为衬底镂空结构一端处的截面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
第一实施例
请参照图1，本实施例提供一种适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管，其包括单片衬底1和平面肖特基二极管，单片衬底1整体呈方形，其厚度大于平面肖特基二极管，平面肖特基二极管包括阳极台面2、阴极台面3和阳极桥指5，其中阳极台面2和阴极台面3通过阳极桥指5连接，阳极台面2和阴极台面3从顶至底依次为：表面金属层、钝化层、外延层以及缓冲层，在阳极桥指5下方的单片衬底1位置设置有衬底镂空结构6，该衬底镂空结构6为传统的平面肖特基二极管进一步设置而成，这样，本实施例减小二极管Pad之间的寄生电容，从而提高了肖特基二极管的高频性能。
请参照图2，本实施例的单片衬底1上设置有平面肖特基二极管，平面肖特基二极管包括阳极台面2、阴极台面3和阳极桥指5，阳极台面2和阴极台面3分别紧紧贴附在单片衬底1表面固定，其中阴极台面3上布置有肖特基接触4，阳极台面2和阴极台面3相互间隔，本实施例的阳极台面2和阴极台面3的俯视形状分别为长方形，肖特基接触4位于阴极台面3上朝向阳极台面2的位置，肖特基接触4与阳极桥指5连接，肖特基接触4通过阳极桥指5连接至阳极台面2，阳极桥指5是本领域的空气桥结构。
请参照图3和图4，本实施例单片衬底1采用GaAs，单片衬底1设置有位于阳极桥指5正下方且贯穿单片衬底1两面的衬底镂空结构6，衬底镂空结构6为长方体状，衬底镂空结构6在单片衬底1的截面上形成长方形，该衬底镂空结构6的设置，使得衬底镂空结构6的宽度正好等于阳极台面2和阴极台面3之间的间隔距离，衬底镂空结构6的长度大于阳极台面2和阴极台面3的宽度，衬底镂空结构6通过单片工艺中常用的湿法刻蚀或者干法刻蚀制得。
综上所述，本发明实例适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管，结合单片工艺，在传统平面肖特基二极管的基础上镂空阳极桥指下面的衬底，可以进一步减小二极管Pad之间的寄生电容，从而提升二极管的高频性能；另一方面，在单片衬底中，刻蚀本发明所需要的衬底镂空结构，不会造成二极管断裂的风险；本发明结构简单，与普通的太赫兹单片电路工艺兼容，有助于提升太赫兹二极管单片电路的性能，在太赫兹频段二极管基倍频器、混频器和检波器的设计中具有很好的实用性。
本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管，其特征在于，包括单片衬底(1)，以及布置于单片衬底(1)上的平面肖特基二极管，所述平面肖特基二极管包括阳极台面(2)、阴极台面(3)和阳极桥指(5)，所述阴极台面(3)上布置有肖特基接触(4)，所述肖特基接触(4)通过阳极桥指(5)连接至阳极台面(2)，所述单片衬底(1)设置有位于阳极桥指(5)正下方且贯穿单片衬底(1)两面的衬底镂空结构(6)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管，其特征在于，所述衬底镂空结构(6)为规则形状，所述规则形状包括但不限于球体、椭球体、方体、多边形柱体。
3.根据权利要求2所述的一种适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管，其特征在于，所述衬底镂空结构(6)为长方体状，所述衬底镂空结构(6)在单片衬底(1)的截面上形成长方形。
4.根据权利要求3所述的一种适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管，其特征在于，所述衬底镂空结构(6)的宽度等于阳极台面(2)和阴极台面(3)之间的距离。
5.根据权利要求3所述的一种适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管，其特征在于，所述衬底镂空结构(6)的长度大于阳极台面(2)和阴极台面(3)的宽度。
6.根据权利要求4或5所述的一种适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管，其特征在于，所述衬底镂空结构(6)通过单片工艺中常用的湿法刻蚀或者干法刻蚀制得。
7.根据权利要求2所述的一种适用于太赫兹单片集成的全镂空空气桥二极管，其特征在于，所述单片衬底(1)为GaAs或InP。
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