微波PiN二极管的制作方法

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。

技术实现要素：

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。