一种基于无线传输的硅基肖特基二极管及整流电路的制作方法

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种基于无线传输的硅基肖特基二极管及整流电路。

背景技术：

无线能量传输系统(wirelesspowertransfer，wpt)可以突破传统传输线的限制，使得输送电能无需依靠输电线，尤其适用特殊场景，比如，对危险场景下的机器人充电，或者对人体内的人造器官充电等。具体的，以电磁波作为输入能量的wpt称为微波无线能量传输系统(microwavepowertransfer，mpt)。wpt发射端可以将直流电转化为电磁波发射出去，再由wpt接收端将接收到的电磁波转化为直流电，从而实现电能的输送。其中，转换效率是指wpt将电磁波转化为直流电的效率，是评价wpt性能优劣的关键指标。整流天线是wpt接收端的关键部件，而整流二极管是整流电路的核心器件，因此，整流二极管的性能可以决定wpt的最大转换效率。

目前，可以使用ge材料制备的肖特基二极管作为整流二极管。但是，肖特基二极管的电子迁移率还有待提高。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于无线传输的硅基肖特基二极管及整流电路。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于无线传输的硅基肖特基二极管，包括：si衬底(001)、第一ge层(002)、第二ge层(003)、sige/ge应变超晶格插层(004)、第一n型张应变ge层(011)、第二n型张应变ge层(007)、铝al金属层(008)和钨w金属层(010)，其中，

所述第一ge层(002)设置在所述si衬底(001)的表面；

所述第二ge层(003)设置在所述第一ge层(002)的表面；

所述sige/ge应变超晶格插层(004)设置在所述第二ge层(003)的表面，其中，一个sige/ge应变超晶格插层包括一个sige层以及一个生长在所述sige层上的ge层；

所述第一n型张应变ge层(011)设置在所述第二ge层(003)的表面；

所述第二n型张应变ge层(007)内嵌在所述第一n型张应变ge层(011)中；

所述al金属层(008)设置在所述第二n型张应变ge层(007)的表面上；

所述w金属层(010)设置在所述第一n型张应变ge层(011)的表面的预设的肖特基接触指定区域内。

在本发明的一个实施例中，所述sige/ge应变超晶格插层(004)的周期数为3。

在本发明的一个实施例中，所述第一ge层(002)是在275℃～325℃下，利用分子束外延方式生长在所述si衬底(001)的表面，所述第一ge层(002)的厚度为50nm。

在本发明的一个实施例中，所述第二ge层(003)是在500℃～600℃下，淀积在所述第一ge层(002)的表面，所述第二ge层(003)的厚度为150～200nm。

在本发明的一个实施例中，所述第一n型张应变ge层(011)的厚度为800～900nm，掺杂浓度为1.8～2×10¹⁴cm^-2。

在本发明的一个实施例中，所述第二n型张应变ge层(007)的掺杂浓度为10²⁰cm^-3。

在本发明的一个实施例中，所述al金属层(008)和所述w金属层(010)的厚度均为10～20nm。

在本发明的一个实施例中，

所述第二n型张应变ge层(007)，是对所述第一n型张应变ge层(011)进行局部的离子注入后形成的。

在本发明的一个实施例中，所述si衬底(001)为厚度为300～400μm的n型单晶si衬底。

本发明的另一个实施例提供的整流电路，包括上述实施例任一项所述的硅基肖特基二极管。

与现有技术相比，本发明实施例提供了一种基于无线传输的硅基肖特基二极管及整流电路，硅基肖特基二极管包括：si衬底(001)、第一ge层(002)、第二ge层(003)、sige/ge应变超晶格插层(004)、第一n型张应变ge层(011)、第二n型张应变ge层(007)、铝al金属层(008)和钨w金属层(010)，其中，所述第一ge层(002)设置在所述si衬底(001)的表面；所述第二ge层(003)设置在所述第一ge层(002)的表面；所述sige/ge应变超晶格插层(004)设置在所述第二ge层(003)的表面；所述第一n型张应变ge层(011)设置在所述第二ge层(003)的表面；所述第二n型张应变ge层(007)内嵌在所述第一n型张应变ge层(011)中；所述al金属层(008)设置在所述第二n型张应变ge层(007)的表面上；所述w金属层(010)设置在所述第一n型张应变ge层(011)的表面的预设的肖特基接触指定区域内。

这样，相比基于纯ge制备的肖特基二极管，由张应变ge制备的硅基肖特基二极管的电子迁移率较高；并且，由于在sige/ge应变超晶格插层的表面生长出的张应变ge层的质量较好，可以显著提高硅基肖特基二极管的电子迁移率，优化硅基肖特基二极管的性能，进而提升wpt的最大转换效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于无线传输的硅基肖特基二极管的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于无线传输的硅基肖特基二极管的制备方法的流程示意图；

图3a-图3o为本发明实施例提供的一种基于无线传输的硅基肖特基二极管的制备方法的工艺示意图；

图4为本发明实施例中s224的具体流程图；

图5为本发明实施例中形成第二电极的具体流程图。

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

本发明实施例提供了一种基于无线传输的硅基肖特基二极管。请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于无线传输的硅基肖特基二极管的结构示意图。

如图1所示，基于无线传输的硅基肖特基二极管，包括：si衬底(001)、第一ge层(002)、第二ge层(003)、sige/ge应变超晶格插层(004)、第一n型张应变ge层(011)、第二n型张应变ge层(007)、铝al金属层(008)和钨w金属层(010)。

具体的，由于si材料的价格较低且稳定性好，因此，可以选取si作为衬底。当然，也可以根据实际情况，选择其他稳定性较好的材料作为衬底。

在实际应用中，在si衬底(001)上形成其他半导体层之前，可以对si衬底001进行清洗。

具体的，首先，可以使用rca方法，清洁所述si衬底(001)；然后，使用10％的氢氟酸，去除清洁后的si衬底011表面的氧化层，有利于在si衬底(001)上形成高ge组分si1-xgex层。

一种实现方式中，所述si衬底(001)为厚度为300～400μm的n型单晶si衬底。

所述第一ge层(002)设置在所述si衬底(001)的表面；

所述第二ge层(003)设置在所述第一ge层(002)的表面。

具体的，所述第一ge层(002)和所述第二ge层(003)的生长方式为两步法，由于si衬底(001)与第一ge层(002)之间存在界面位错缺陷，从而影响第一ge层(002)的晶体质量，因此，在第一ge层(002)上生长出的第二ge层(003)的晶体质量较好，有利于提升肖特基二极管的性能。

一种实现方式中，所述第一ge层(002)是在275℃～325℃下，利用分子束外延方式生长在所述si衬底(001)的表面，所述第一ge层(002)的厚度为50nm。

一种实现方式中，所述第二ge层(003)是在500℃～600℃下，淀积在所述第一ge层(002)的表面，所述第二ge层(003)的厚度为150～200nm。

所述sige/ge应变超晶格插层(004)设置在所述第二ge层(003)的表面。

其中，一个sige/ge应变超晶格插层包括一个sige层以及一个生长在所述sige层上的ge层。

需要说明的是，由于si衬底(001)与第一ge层(002)之间存在界面位错缺陷，在si衬底(001)上直接生长ge层，可能引入大量的失配位错，降低硅基肖特基二极管的性能。因此，可以在sige/ge应变超晶格插层的表面生长张应变ge层，由此生长出的张应变ge层的质量较高，可以极大的提高硅基肖特基二极管的载流子迁移率，且该方法工艺步骤简单，工艺周期短，制备的硅基肖特基二极管厚度薄。

一种实现方式中，所述sige/ge应变超晶格插层(004)的周期数为3。

需要说明的是，一个周期的sige/ge应变超晶格插层(004)包括一个sige层和一个ge层，且ge层生长在sige层上。可以理解的，当sige/ge应变超晶格插层的周期数为3时，sige/ge应变超晶格插层具体可以包括：3个sige层和3个ge层，sige层和ge层为间隔生长。

所述第一n型张应变ge层(011)设置在所述第二ge层(003)的表面。

具体的，所述第一n型张应变ge层(011)是对生长在所述sige/ge应变超晶格插层(004)的张应变ge进行离子注入形成的，其中，所述第一n型张应变ge层(011)的厚度为800～900nm，掺杂浓度为1.8～2×10¹⁴cm^-2。

需要说明的是，第一n型张应变ge层(011)为轻掺杂，可以用于形成肖特基接触。

所述第二n型张应变ge层(007)内嵌在所述第一n型张应变ge层(011)中。

一种实现方式中，所述第二n型张应变ge层(007)，是对所述第一n型张应变ge层(011)进行局部的离子注入后形成的，其中，第二n型张应变ge(007)的掺杂浓度为10²⁰cm^-3。

具体的，可以在所述第一n型张应变ge层(011)的表面上的预设的欧姆接触指定区域内注入p离子，以在所述预设的欧姆接触指定区域内形成第二n型张应变ge层(007)。

需要说明的是，第二n型张应变ge层(011)为重掺杂，可以用于形成欧姆接触。

所述al金属层(008)设置在所述第二n型张应变ge层(007)的表面上；

所述w金属层(010)设置在所述第一n型张应变ge层(011)的表面的预设的肖特基接触指定区域内。

具体的，所述al金属层(008)与所述第二n型张应变ge层(007)的接触面可以形成欧姆接触，形成第一电极，所述w金属层(010)与所述第一n型张应变ge层(011)的接触面可以形成肖特基接触，形成第二电极。

需要说明的是，在本发明实施例中，第一电极a1和第二电极a2可以位于同一面，相比第一电极a1和第二电极a2分别位于上下面的肖特基二极管的制备方法，本发明实施例提供的硅基肖特基二极管的制备方法采用平面工艺更易于集成和工艺控制。

可见，本发明实施例提供的基于无线传输的硅基肖特基二极管，相比基于纯ge制备的硅基肖特基二极管，由张应变ge制备的硅基肖特基二极管的电子迁移率较高；并且，由于在sige/ge应变超晶格插层的表面生长出的张应变ge层的质量较好，可以显著提高硅基肖特基二极管的电子迁移率，优化硅基肖特基二极管的性能。

此外，本发明实施例提供的基于无线传输的硅基肖特基二极管，在sige/ge应变超晶格插层上进一步外延n型张应变ge层作为硅基肖特基二极管工作的有源区，使得制备出的硅基肖特基二极管抗闩锁效应好，性能更佳，进而提升wpt的最大转换效率。

实施例二

本实施例在上述实施例的基础上，提供一种基于无线传输的硅基肖特基二极管的制备方法，该制备方法用于制造上述任一实施例的硅基肖特基二极管。

如图2、图3a至图3o所示，本发明实施例提供的基于无线传输的硅基肖特基二极管的制备方法具体如下：

s202，选取si衬底。

在本步骤中，如图3a所示，选取si衬底(001)。由于si材料的价格较低且稳定性好，因此，可以选取si作为衬底。

当然，也可以根据实际情况，选择其他稳定性较好的材料作为衬底。

s204，在275℃～325℃下，利用分子束外延方式，在所述si衬底的表面上生长50nm的第一ge层。

在本步骤中，如图3b所示，可以在275℃～325℃下，利用分子束外延方式，在所述si衬底(001)的表面上生长50nm的第一ge层(002)。

s206，在500℃～600℃下，在所述第一ge层上淀积150nm～200nm的第二ge层。

在本步骤中，如图3c所示，可以在第一ge层(002)的表面淀积厚度为150nm～200nm的第二ge层(003)，相比第一ge层(002)，第二ge层(003)的质量较好，有利于生长sige/ge应变超晶格插层。

s208，在500℃～600℃下，在所述第二ge层上生长sige/ge应变超晶格插层。

其中，sige/ge应变超晶格插层的周期数为3，一个周期的sige/ge应变超晶格插层包括一个sige层以及一个生长在所述sige层上的ge层。

在本步骤中，如图3d所示，可以在500℃～600℃下，在所述第二ge层(003)上生长sige/ge应变超晶格插层(004)，可以理解的，sige/ge应变超晶格插层的周期数为3，由于一个周期的sige/ge应变超晶格插层包括一个sige层以及一个生长在所述sige层上的ge层，因此sige/ge应变超晶格插层具体包括三个sige层和三个ge层，且每个sige层和每个ge层交替生长。

s210，在500℃～600℃下，在所述sige/ge应变超晶格插层的表面，生长厚度为800～900nm的张应变ge层。

在本步骤中，如图3e所示，可以在500℃～600℃下，在所述sige/ge应变超晶格插层(004)中最上层的ge层的表面，生长厚度为800～900nm的张应变ge层(005)。

需要说明的是，可以将sige/ge应变超晶格(004)插层作为缓冲层，在sige/ge应变超晶格插层上生长出的张应变ge层(005)的质量较好，同时，生长出的张应变ge层(005)为低强度张应变ge，相比普通ge层，低强度张应变ge的载流子迁移率更高。

s212，在所述张应变ge层注入p离子，形成第一n型张应变ge层。

在本步骤中，如图3f所示，可以在张应变ge层(005)注入p离子，形成第一n型张应变ge层(011)，其中，第一n型张应变ge层(011)的掺杂浓度为1.8～2.0×10¹⁴cm^-2。

需要说明的是，第一n型张应变ge层(011)为轻掺杂，可以用于形成肖特基接触。

s214，在所述第一n型张应变ge层的表面上的预设的欧姆接触指定区域内注入p离子，以在所述预设的欧姆接触指定区域内形成第二n型张应变ge层。

在本步骤中，可以在所述第一n型张应变ge层的表面上的预设的欧姆接触指定区域内注入p离子，以在所述预设的欧姆接触指定区域内形成第二n型张应变ge层，其中，第二n型ge层的掺杂浓度为10²⁰cm^-3。

需要说明的是，第二n型张应变ge层为重掺杂，可以用于形成欧姆接触。

一种实现方式中，参考图4，图4为本发明实施例中s214的具体流程图，如图4所示，s224具体可以包括：

s12，在所述第一n型张应变ge层(011)的表面上，形成第一光刻胶。

在本步骤中，如图3g所示，可以在第一n型张应变ge层(011)的表面，形成第一光刻胶(006)。

s14，去除所述第一n型张应变ge层的表面上的预设的欧姆接触指定区域内的第一光刻胶。

在本步骤中，如图3h所示，由于后续步骤需要在所述第一n型张应变ge层(011)的表面上的预设的欧姆接触指定区域内注入p离子，因此，需要通过曝光预设的欧姆接触指定区域内的第一光刻胶(006)，去除所述第一n型张应变ge层(011)的表面上的预设的欧姆接触指定区域内的第一光刻胶(006)。

s16，利用离子注入方法，在去除第一光刻胶后的预设的欧姆接触指定区域内注入p离子，以在预设的欧姆接触指定区域内形成第二n型张应变ge层。

在本步骤中，首先，如图3i所示，利用离子注入方法，在去除第一光刻胶(006)后的预设的欧姆接触指定区域内注入p离子，在预设的欧姆接触指定区域内形成n型掺杂浓度为10²⁰cm^-3的张应变ge层007，为了方便说明，可以将形成的n型张应变ge层007记为第二n型张应变ge层(007)；然后，去除所述第一n型张应变ge层(011)的表面，除预设的欧姆接触指定区域以外的部分上形成的第一光刻胶(006)。

s216，在所述第二n型张应变ge层的表面形成第一电极，以及在所述第一n型张应变ge层的表面形成第二电极。

需要说明的是，在s216之前，可以在600℃～1000℃下的h2环境中加热所述第二n型张应变ge层和所述第一n型张应变ge层，以修复由于p离子注入以及去除第一光刻胶造成的表面晶体损伤。

在本步骤中，如图3o所示，可以在第二n型张应变ge层的表面形成第一电极，以及在所述第一n型张应变ge层(005)的表面形成第二电极。

需要说明的是，由于欧姆接触需要重掺杂，肖特基接触需要轻掺杂，所以为了使两个电极设置在同一面，且满足掺杂浓度要求与器件功能要求，因此，需要两次注入p离子，分别生成第一n型张应变ge层和第二n型张应变ge层。

一种实现方式中，s226中的“在所述第二n型张应变ge层的表面形成第一电极”具体可以包括：

在所述第二n型ge层的表面，利用电子束蒸发淀积铝al金属层，形成欧姆接触；

保留所述预设的欧姆接触指定区域内的所述铝al金属层，刻蚀剩余所述al金属层以形成所述第一电极。

在本步骤中，首先，如图3j所示，可以在第二n型张应变ge层(007)的表面，利用电子束蒸发淀积10～20nm厚的铝al金属层(008)，然后，如图3k所示，刻蚀掉除所述预设的欧姆接触指定区域内的al金属层(008)，形成第一电极。

又一种实现方式中，参考图5，图5为本发明实施例中形成肖特基接触的具体流程图，如图5所示，s216中的“在所述第一n型张应变ge层的表面形成第二电极”处理过程具体可以包括：

s22，在所述第一电极的表面，以及所述第一n型张应变ge层的表面上除所述第一电极以外的部分形成第二光刻胶。

在本步骤中，如图3l所示，可以在所述第一电极和所述第一n型张应变ge层(011)的表面除所述第一电极以外的部分形成第二光刻胶(009)。

s24，去除所述第一n型张应变ge层的表面上的预设的肖特基接触指定区域内的第二光刻胶。

在本步骤中，如图3m所示，可以将第一n型张应变ge层(011)的表面上，s22形成的处于预设的肖特基接触指定区域内的第二光刻胶(009)去除，以便在预设的肖特基接触指定区域内淀积钨w金属层(010)。

s26，在剩余的第二光刻胶的表面和所述预设的肖特基接触指定区域上淀积钨w金属层。

其中，所述剩余的第二光刻胶包括：所述第一电极的表面，以及所述第一n型张应变ge层的表面上除所述第一电极和所述预设的肖特基接触指定区域以外的部分上形成的第二光刻胶。

在本步骤中，如图3n所示，可以在去除预设的肖特基接触指定区域内的第二光刻胶(009)之后，在剩余的第二光刻胶(009)的表面和所述预设的肖特基接触指定区域上淀积钨w金属层(010)。可以理解的，所述预设的肖特基接触指定区域内没有覆盖第二光刻胶(009)，这样，预设的肖特基接触指定区域内的w金属层(010)可以直接淀积在所述第一n型张应变ge层(011)的表面上。

s28，去除所述剩余的第二光刻胶以及淀积在所述剩余的第二光刻胶上的w金属层。

在本步骤中，如图3o所示，可以去除所述第二光刻胶(009)以及第二光刻胶(009)上的w金属层(010)，仅余留第一n型张应变ge层(011)的表面上的部分w金属层(010)，以便将第一n型张应变ge层(011)的表面上，去除所述第二光刻胶(009)以及第二光刻胶(009)上的w金属层(010)后的w金属层(010)，作为肖特基接触。

s30，保留所述第一n型张应变ge层的表面上的所述预设的肖特基接触指定区域上的所述w金属层作为第二电极。

可见，在本发明实施例提供的基于无线传输的硅基肖特基二极管的制备方法中，相比基于纯ge制备的硅基肖特基二极管，由张应变ge制备的硅基肖特基二极管的电子迁移率较高；并且，由于在sige/ge应变超晶格插层的表面生长出的张应变ge层的质量较好，可以显著提高硅基肖特基二极管的电子迁移率，优化硅基肖特基二极管的性能。

此外，相比第一电极a1和第二电极a2分别位于上下面的硅基肖特基二极管的制备方法，本发明实施例提供的基于无线传输的硅基肖特基二极管的制备方法采用平面工艺更易于集成和工艺控制。此外，本发明实施例提供的硅基肖特基二极管的制备方法，在高ge组分si1-xgex层上进一步外延n型ge层作为硅基肖特基二极管工作的有源区，制备出的硅基肖特基二极管抗闩锁效应好，性能更佳，进而提升wpt的最大转换效率。

实施例三

在上述实施例的基础上，本发明还提供一种整流电路，整流电路包括上述实施例所述的硅基肖特基二极管。整流电路所包括的由张应变ge制备的肖特基二极管，适用于微波无线能量传输系统，可以提高载流子迁移率，进而提高wpt的最大转换效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。