一种肖特基二极管及无线充电系统的制作方法

本发明属半导体器件制备技术领域，特别涉及一种肖特基二极管及无线充电系统。

背景技术：

随着科技的发展，目前，人们生活已经离不开各种电子设备以及汽车等，如手机、pda、电话手表等大量的便携式电子设备均需使用充电电池，而越来越普及的电动汽车等也需要充电电池；这些设备一旦电池电量耗尽，就需要及时充电。通常使用的充电器在工作时都是通过传输线与负载设备相连接，而各个厂商生产的充电器接口各不相同，因此可能存在电安全问题，而且经常会出现插接时接头接触不良，特别是在长期使用后，可能产生接触不良等现象或故障；其次不同设备的充电接口不同，不能通用，如果用户需要对多个设备同时充电，就要连接多个充电器，造成了使用的不便。于是一种感应式无线充电装置应运而生。

无线充电装置是基于无线能量传输系统(wirelesspowertransfer,wpt)，一种能够突破传输线限制输送电能的装置。随着无线充电技术在生活中越来越广泛的应用，提升无线充电能量传输转换效率变的越来越重要，转换效率的提高不仅有利节约能源，也可以提高充电速度。

随着无线充电市场越来越激烈的竞争，提高无线充电的转换效率无疑可以提高企业的竞争力，而在无线能量传输系统整流电路内的整流二极管，即整流天线内的肖特基二极管，决定着最高转换效率的大小；因此制备一种高转换效率肖特基二极管变的尤为重要。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种肖特基二极管，包括：

si衬底101；

第一ge层102，设置于所述si衬底101的第一表面；

第二ge层103，设置于所述第一ge层102的上表面，为脊状台阶结构；

sige层104，设置于所述第二ge层103的台阶表面；

第一金属电极105，设置于所述第二ge层103的上表面；

第二金属电极106，设置于所述si衬底101的第二表面。

在本发明的一个实施例中，所述si衬底101为n型单晶si衬底，掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3，厚度为300～400μm。

在本发明的一个实施例中，所述第一ge层102材料为n型ge材料，掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3，厚度为40～50nm。

在本发明的一个实施例中，所述第二ge层103材料为n型ge材料，掺杂浓度为1.8×10¹⁴～2×10¹⁴cm^-3，厚度为900～950nm。

在本发明的一个实施例中，所述sige层104材料为si0.xge0.x材料，厚度为20nm。

在本发明的一个实施例中，所述si0.xge0.x材料中x取值为0.5。

在本发明的一个实施例中，所述第一金属电极105材料为金属w，厚度为10～20nm；所述第二金属电极106材料为金属al，厚度为10～20nm。

在本发明的一个实施例中，所述第一金属电极105设置于所述第二ge层103脊状台阶的脊状顶面的中心处；所述第二金属电极106设置于所述si衬底101的第二表面的中心处。

在本发明的一个实施例中，所述第二ge层103的脊状台阶的台阶高度为20nm。

另一方面，本发明提供了一种无线充电系统，包括依次电连接的电源301、微波激励源302、功率放大器303、发射天线304以及整流天线305；其中，所述整流天线305包括至少一个上述实施方式所述的肖特基二极管10

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过在肖特基二极管的ge层四周设置sige从而在ge中引入应力，形成了直接带隙ge材料，进而形成的肖特基二极管具有较高的迁移率，本发明提供的肖特基二极管适用于微波无线能量传输系统，可大大提升能量转换效率。

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肖特基二极管的结构示意图；

图2a-图2m为本发明实施例的一种肖特基二极管制备方法工艺示意图；

图3为本发明实施例提供的一种无线充电系统示意图；

图4为本发明实施例提供的一种无线充电的整流天线的结构示意图。

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肖特基二极管的结构示意图，本实施例提供的肖特基二极管10包括：

si衬底101；

第一ge层102，设置于所述si衬底101的第一表面；

第二ge层103，设置于所述第一ge层102的上表面，为脊状台阶结构；

sige层104，设置于所述第二ge层103的台阶表面；

第一金属电极105，设置于所述第二ge层103的上表面；

第二金属电极106，设置于所述si衬底101的第二表面。

优选地，所述si衬底101为n型单晶si衬底，掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3，厚度为300～400μm。

优选地，所述第一ge层102材料为n型ge材料，掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3，厚度为40～50nm。

其中，通过在所述si衬底101和所述第二ge层103之间设置所述第一ge层102，可以降低所述第二ge层103位错密度；采用厚度为40～50nm的所述第一ge层102，可以将因为晶格适配造成的位错密度限制在所述第一ge层102内。

优选地，所述第二ge层103材料为n型ge材料，掺杂浓度为1.8×10¹⁴～2×10¹⁴cm^-3，厚度为900～950nm。

其中，肖特基二极管的ge层厚度一般在800nm以上，但是太厚的ge层会降低器件速度；因此经过理论计算和实验仿真选用厚度为900～950nm的第二ge层，器件性能最为优良。

优选地，所述sige层104材料为si0.xge0.x材料，si0.xge0.x材料中摩尔分数x取值为0.5。

优选地，所述第一金属电极105材料为金属w，厚度为10～20nm。

优选地，所述第二金属电极106材料为金属al，厚度为10～20nm。

优选地，所述第一金属电极105设置于所述第二ge层103脊状台阶的脊状顶面的中心处；所述第二金属电极106设置于所述si衬底101的第二表面的中心处。

优选地，所述第二ge层103的脊状台阶的台阶高度与所述sige层104的厚度一致，所述sige层104的厚度优选为20nm。

本实施例通过在肖特基二极管的ge层四周设置sige从而在ge中引入应力，形成了直接带隙ge材料，进而形成的肖特基二极管具有较高的迁移率，本实施例提供的肖特基二极管适用于微波无线能量传输系统，可大大提升能量转换效率。

实施例二

请参照图2a-图2m，图2a-图2m为本发明实施例的一种肖特基二极管制备方法工艺示意图，上述实施例提供的肖特基二极管通过本实施例的方法制备形成；该制备方法包括如下步骤：

s101、选取衬底；如图2a所示，选取n型掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3，厚度为300～400μm的n型单晶si衬底001；

s102、制备第一ge层；如图2b所示，利用分子束外延工艺，在275℃～325℃温度下，以ph3作为p掺杂源，在所述si衬底上外延生长厚度为40～50nm，掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3的n型第一ge层002。

s103、制备第二ge层；如图2c所示，利用分子束外延工艺，在500℃～600℃温度下，以ph3作为p掺杂源，在所述第一ge层002上生长厚度为900～950nm，掺杂浓度为1.8×10¹⁴～2×10¹⁴cm^-3的n型第二ge层003；

s104、退火。在750℃～850℃温度下，在h2气氛中退火10～15分钟；

s105、清洗。使用稀氢氟酸和去离子水循环清洗所述第二ge层003；

s106、曝光。如图2d所示，在所述第二ge层003表面涂抹光刻胶，利用光刻工艺曝光光刻胶，保留所述第二ge层003中心位置处的光刻胶；

s107、刻蚀。如图2e所示，在cf4和sf6气体环境中，利用感应耦合等离子体刻蚀工艺刻蚀所述第二ge层，形成ge脊状台阶结构；

s108、去除表面光刻胶；

s109、淀积。如图2f所示，在所述第二ge层003表面淀积一层si3n4层004；

s110、刻蚀。如图2g所示，利用刻蚀工艺刻蚀所述si3n4材料，保留所述ge脊状台阶结构的脊状表面的si3n4材料；

s111、sige层生长。如图2h所示，利用cvd工艺，在500℃～600℃温度下，以硅烷、锗烷为气源，在所述ge脊状台阶结构的台阶表面生长厚度为20nm的si0.5ge0.5层005；

s112、如图2i所示，去除所述si3n4层004，以形成与si工艺兼容的直接带隙ge层006。

s113、淀积第一金属层007。如图2j所示，利用电子束蒸发工艺，在所述直接带隙ge层006及刻蚀后的材料表面淀积厚度为10～20nm的金属w形成肖特基接触的第一金属层007；

s114、制备第一金属电极a1。如图2k所示，利用刻蚀工艺刻选择性蚀掉指定区域的金属w，即刻蚀掉si0.5ge0.5层005表面的金属w和所述直接带隙ge层006表面的部分金属w，保留所述直接带隙ge层006中间部分的金属w，形成第一金属电极a1；

s115、淀积第二金属层008。如图2l所示，利用电子束蒸发工艺，在si衬底001的第二表面淀积厚度为10～20nm的al形成欧姆接触第二金属层008；

s116、制备第二金属电极a2。如图2m所示，利用刻蚀工艺刻选择性蚀掉指定区域的金属al，即刻蚀掉si衬底001的第二表面的部分金属al，保留si衬底001的第二表面中间部分的金属al，形成第二金属电极a2。

实施例三

上述实施例提供的肖特基二极管可以用于无线充电系统；请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种无线充电系统示意图；其中，无线充电系统包括：依次电连接的电源301、微波激励源302、功率放大器303、发射天线304以及整流天线305；其中，电源301依次通过微波激励源302、功率放大器303和发射天线304，将电能以电磁波的形式释放于自由空间，整流天线305接受该电磁波并将其整流成供负载使用的直流电源；其工作核心为整流天线接收微波能量并整流，然后为负载提供直流电源。

请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种无线充电的整流天线的结构示意图；整流天线305包括至少一个整流二极管3051；其中，整流二极管3051为肖特基二极管；相比现有的半桥、全桥整流电路，采用肖特基二极管整流更加简单、更加有效、更加经济。而本实施例采用上述实施例提供的肖特基二极管可大大提升能量转换效率，进一步提升无线充电的效率。

优选地，整流天线305还可以包括输入滤波器3052和输出滤波器3053；通过在整流二极管3051输入和输出端增加滤波器可以消除非线性元件二极管带来的高次杂波对电路的影响。

本实施例提供的无线充电系统采用高转换效率的肖特基二极管，其电能转换效率更高，不仅充电速度更快且更加节能。

综上，本文中应用了具体个例对本发明一种肖特基二极管及无线充电系统的原理及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，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。