一种太赫兹波探测器及其制备方法与流程

本发明属于半导体材料及器件技术领域，具体涉及一种太赫兹波探测器。

背景技术：

太赫兹波探测器与太赫兹辐射源一样，是太赫兹技术应用的关键器件，目前在各种太赫兹探测器中，共振隧穿二极管由于具有高频、高速、低功耗、负阻的特点，特别是其快速开关特性十分利于太赫兹探测器的实际应用，具有广阔的应用前景。

传统的太赫兹波探测器主要采用超导太赫兹探测器、量子点单光子探测器、肖特基二极管等，但是这些技术都相应的存在材料生长环境严苛、器件工艺复杂、适用范围有限等不同的局限性问题。

而对于共振隧穿二极管来说，采用分子束外延技术制作共振隧穿结构，通过校准试验和模拟生长试验可精确地控制各外延薄层的组分与厚度，且共振隧穿二极管采用常规ic工艺制作即可，应用于太赫兹波探测过程中，具有技术简单、可靠等优点。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种太赫兹波探测器，以期解决上述问题。

(二)技术方案

一种太赫兹波探测器，包括：衬底、微柱、接触台面、蝶形天线槽、第一蝶形天线及电极、与第二蝶形天线及电极；

接触台面形成于衬底上表面，所述微柱形成于接触台面上，接触台面与微柱表面形成有钝化层，接触台面表面的钝化层开设有蝶形天线槽，微柱表面的钝化层开设有圆形槽，所述第一蝶形天线及电极形成于蝶形天线槽内的接触台面上，所述第二蝶形天线及电极通过圆形槽与微柱连接。

优选地，

所述接触台面为三棱柱，其水平截面为等腰三角形；

所述蝶形天线槽为等腰三角形。

优选地，

所述第一蝶形天线及电极包括：第一天线和第一电极；

所述第二蝶形天线及电极包括：第二天线和第二电极；

所述第一电极和第二电极水平截面均为等腰三角形；

第一天线与第一电极连接，第二天线与第二电极连接，第一天线与第二天线分别沿第一电极和第二电极一侧延伸；

所述第一电极位于蝶形天线槽内，第一天线延伸至接触台面以外。

优选地，所述第一蝶形天线及电极与第二蝶形天线及电极分别位于微柱两侧。

优选地，衬底表面形成有钝化层，所述第二蝶形天线及电极设置在衬底表面的钝化层上。

优选地，

所述微柱为共振隧穿二极管，其直径为4微米，高为200纳米；

接触台面的高度为500纳米，长400微米，宽400微米；

蝶形天线槽深200纳米，长为375微米、宽为375微米；

第一电极和第二电极长均为375纳米，宽均为375纳米，第一蝶形天线及电极与第二蝶形天线及电极总长度均为0.75毫米。

优选地，所述蝶形天线电极材料包括形成于50纳米钛上的50纳米铂，以及形成于50纳米铂上的300纳米金。

优选地，接触台面材料为ingaas，并进行了si：2e18的掺杂。

一种太赫兹波探测器制备方法，包括以下步骤：

s1：刻蚀初始材料形成微柱；

s2：刻蚀在微柱下方的初始材料，依次形成接触台面和衬底；

s3：在器件表面形成钝化层，刻蚀钝化层，在接触台面上形成蝶形天线槽；

s4：在蝶形天线槽内的接触台面上形成第一蝶形天线及电极，并在钝化层上形成与微柱连接的第二蝶形天线及电极。

优选地，

所述微柱和接触台面均采用光刻和icp刻蚀技术刻蚀而成；

所述第一蝶形天线及电极、第二蝶形天线及电极采用光刻和电子束热蒸发镀膜制作而成。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的太赫兹波探测器，主体采用共振隧穿二极管，共振隧穿二极管具有高频、高速、低功耗、负阻的特点，便于实现对高频太赫兹波的探测；

(2)本发明提供的太赫兹波探测器，采用常规集成电路工艺制作即可，应用于太赫兹波探测过程中，具有技术简单、可靠等优点。

附图说明

图1(a)是本发明实施例提供的太赫兹波探测器示意图主视图；

图1(b)是本发明实施例提供的太赫兹波探测器示意图俯视图；

图2是本发明实施例提供的太赫兹波探测器制备方法流程图；

图3是本发明实施例提供的太赫兹波探测器的微柱形成示意图；

图4是本发明实施例提供的太赫兹波探测器的接触台面形成示意图；

图5是本发明实施例提供的太赫兹波探测器的蝶形天线槽形成示意图；

图6(a)和图6(b)是本发明实施例提供的太赫兹波探测器的蝶形天线及电极形成示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

本发明第一实施例提供一种太赫兹波探测器，其结构示意图如图1所示。包括：微柱1、接触台面2、蝶形天线槽3、第一蝶形天线及电极41、第二蝶形天线及电极42和衬底5；接触台面2形成于衬底5上表面，微柱1形成于接触台面2上，微柱1和接触台面2表面形成有钝化层sio2，钝化层延伸至衬底5表面，接触台面2上方的钝化层部分开设有蝶形天线槽3，在蝶形天线槽3内的接触台面2表面形成第一蝶形天线及电极41，微柱1表面的钝化层开有圆形槽，第二蝶形天线及电极42通过圆形槽与微柱1连接，第二蝶形天线及电极42形成在衬底表面的钝化层上，第一蝶形天线及电极41和第二蝶形天线及电极42分别位于微柱1两侧。

微柱1为共振隧穿二极管，其直径为4微米，高为200纳米；

接触台面2的高度a为500纳米，长b为400微米、宽c为400微米，主体为三棱柱形，其水平截面主体为等腰三角形，包括一个等腰三角形及一突出部，微柱设置在突出部的位置。该接触台面的材料为ingaas，并进行了si：2e18的掺杂；

蝶形天线槽3为等离子体增强化学气相沉积技术进行钝化保护后，经光刻和icp刻蚀技术制作出的200纳米深的蝶形天线槽，蝶形天线槽为等腰三角形，位于接触台面的等腰三角形部分的区域，槽长为375微米、宽为375微米；

第一蝶形天线及电极41包括第一电极411和第一天线412，第一电极411形成于蝶形天线槽3内，第二蝶形天线及电极42包括第二电极421和第二天线422。蝶形天线及电极整体的水平截面呈蝶形，电极部分的水平截面为等腰三角形，长d为375纳米，宽e为375纳米。第一电极411和第二电极421分别位于微柱1两侧，天线与电极连接，第一天线延伸至接触台面外部，并且两个天线的延伸方向一致，均位于两个电极连线的同一侧，蝶形天线及电极总长度f为0.75毫米。

第一和第二蝶形天线及电极厚度均为400nm，是利用光刻和电子束热蒸发镀膜技术制备而成，蝶形天线及电极材料从下往上材料依次为50纳米钛、50纳米铂、300纳米金，从下往上的方向分别为第一蝶形天线及电极从接触台面一侧往上，第二蝶形天线及电极从衬底钝化层一侧往上。

衬底材料为inp。

本发明第二实施例提供一种太赫兹波探测器制备方法，图2为其方法流程图，如图2所示，太赫兹波探测器制备方法具体包括如下步骤：

步骤1：刻蚀初始材料形成微柱。

初始材料0包括在半绝缘inp衬底上通过分子束外延依次生长的：

缓冲层，材料为in0.53ga0.47as，厚度为500nm，si：2e18掺杂；

发射层，材料为in0.53ga0.47as，厚度为100nm，si：2e18掺杂；

隔离层，材料为in0.53ga0.47as，厚度为2nm；

势垒层，材料为alas，厚度1.1nm；

势阱层，材料为in0.53ga0.47as，厚度为4.5nm；

势垒层，材料为alas，厚度1.1nm；

隔离层，材料为in0.53ga0.47as，厚度为2nm；

电极层，材料为in0.53ga0.47as，厚度为100nm，si：2e18掺杂。

图3是本发明实施例提供的太赫兹波探测器的微柱形成示意图，如图3所示，首先在初始材料上利用光刻和icp刻蚀技术刻蚀出直径为4微米，高为200纳米的微柱1；

步骤2：刻蚀在微柱下方的初始材料依次形成接触台面和衬底。

图4是本发明实施例提供的太赫兹波探测器的接触台面形成示意图，如图4所示，在刻蚀微柱1后的初始材料上利用光刻和icp刻蚀技术制作出接触台面2，高度为500纳米，长400微米、宽400微米，主体为等腰三棱柱，接触台面下方为inp衬底5。该接触台面材料为ingaas，需要说明的是，为了实现电极的欧姆接触，该接触台面进行了si：2e18的掺杂；

步骤3：在器件表面形成钝化层，并刻蚀钝化层在接触台面上形成蝶形天线槽。

图5是本发明实施例提供的太赫兹波探测器的蝶形天线槽形成示意图，如图5所示，首先在带有微柱和接触台面的初始材料上利用等离子体增强化学气相沉积技术进行钝化保护，在形成有微柱和接触台面的器件表面形成钝化层；

在接触台面上方的钝化层上利用光刻和icp刻蚀技术制作出深200纳米的sio2蝶形天线槽3，天线槽长为375微米、宽为375微米；

刻蚀微柱上方部分区域的钝化层，形成直径约为2微米的一个圆形槽。

步骤4：在蝶形天线槽内的接触台面上形成第一蝶形天线及电极，并在钝化层上形成与微柱连接的第二蝶形天线及电极。

图6(a)和(b)是本发明实施例提供的太赫兹波探测器的蝶形天线及电极形成示意图，如图6所示，在蝶形天线槽内的接触台面上利用光刻和电子束热蒸发镀膜技术制作出400nm厚的第一蝶形天线及电极41，在微柱相对蝶形天线槽的另一侧的衬底的钝化层上形成400nm厚的第二蝶形天线及电极42，并且第二蝶形天线及电极42通过圆形槽与微柱连接。电极材料从下到上依次为50纳米钛、50纳米铂、300纳米金。

本发明利用了共振隧穿二极管高频、高速、低功耗、负阻的特点，且共振隧穿二极管采用常规集成电路工艺制作即可，应用于太赫兹波探测过程中，具有技术简单、可靠等优点。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。