一种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，具体涉及一种肖特基二级管及整流电路。

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，本发明提供了一种肖特基二级管及整流电路。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肖特基二级管，包括：

包括：si衬底001、n型si1-xgex层004、第一n型压应变ge层011、第二n型压应变ge层007、铝al金属层008和钨w金属层010；

所述n型si1-xgex层004设置在所述si衬底001的表面；

所述第一n型压应变ge层011设置在所述n型si1-xgex层004的表面；

所述第二n型压应变ge层007内嵌在所述第一n型压应变ge层011中；

所述铝al金属层008设置在所述第二n型压应变ge层007的表面上；

所述钨w金属层010设置在所述第一n型压应变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si衬底001为厚度为300～400μm的n型单晶si衬底。

在本发明的一个实施例中，所述n型si1-xgex层004的厚度为300～400nm，掺杂浓度为1.8～2×10¹⁶cm^-2，其中，x>0.8。

在本发明的一个实施例中，所述第一n型压应变ge层011的厚度为900～1000nm，掺杂浓度为1.8×10¹⁴～2×10¹⁴cm^-2。

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

在本发明的一个实施例中，所述铝al金属层008和所述钨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n型si1-xgex层004是对经再结晶处理后的高ge组分si1-xgex层，进行离子注入后形成的。

在本发明的一个实施例中，所述再结晶处理，包括：

在所述si衬底001的表面，淀积高ge组分si1-xgex层；

对加热后的所述高ge组分si1-xgex层，采用连续激光扫描，其中，激光的波长为808nm，所述激光的功率密度为2.1kw/cm²，所述激光的光斑尺寸为10nm×1nm，所述激光的移动速度为20nm/s；

使连续激光扫描后的高ge组分si1-xgex层自然冷却后再结晶。

在本发明的一个实施例中，所述第二n型压应变ge层007，是对所述第一n型压应变ge层011进行局部的离子注入后形成的。

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肖特基二极管。

与现有技术相比，本发明实施例提供了一种肖特基二级管及整流电路，肖特基二级管包括：si衬底001、n型si1-xgex层004、第一n型压应变ge层011、第二n型压应变ge层007、铝al金属层008和钨w金属层010；所述n型si1-xgex层004设置在所述si衬底001的表面；所述第一n型压应变ge层011设置在所述n型si1-xgex层004的表面；所述第二n型压应变ge层007内嵌在所述第一n型压应变ge层011中；所述铝al金属层008设置在所述第二n型压应变ge层007的表面上；所述钨w金属层010设置在所述第一n型压应变ge层011的表面上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，由压应变ge制备的肖特基二极管的电子迁移率更高；并且，由于激光扫描能够使高ge组分si1-xgex层进入熔融态再重新结晶，可以显著减小高ge组分si1-xgex与si材料之间的界面晶格失配程度，提高高ge组分si1-xgex的晶体质量，使得基于压应变ge材料制备的肖特基二极管的性能得到大幅度提升。

附图说明

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2为本发明实施例提供的一种肖特基二极管的制备方法的流程示意图；

图3a-图3n为本发明实施例提供的一种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肖特基二极管的结构示意图。

如图1所示，肖特基二极管，包括：si衬底001、n型si1-xgex层004、第一n型压应变ge层011、第二n型压应变ge层007、铝al金属层008和钨w金属层010。

所述n型si1-xgex层004设置在所述si衬底001的表面。

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n型si1-xgex层004的厚度为300～400nm，掺杂浓度为1.8～2×10¹⁶cm^-2，其中，x>0.8。

需要说明的是，由于si材料与ge材料之间存在晶格失配，当x大于0.8后，可对ge材料实现压应变。

所述第一n型压应变ge层011设置在所述n型si1-xgex层004的表面。

具体的，在n型si1-xgex层004的表面生长出的第一n型压应变ge层011的质量较好，载流子迁移率较高。

一种实现方式中，所述第一n型压应变ge层011的厚度为900～1000nm，掺杂浓度为1.8×10¹⁴～2×10¹⁴cm^-2。

需要说明的是，若第一n型压应变ge层011的厚度小于800nm，可能导致肖特基器件被击穿；同时，使第一n型压应变ge层011的厚度小于1000nm，可以在较大程度上降低器件厚度，便于集成。

还需要说明的是，第一n型压应变ge层011为轻掺杂，可以用于产生肖特基接触，进而基于肖特基接触形成第二电极a2。

一种实现方式中，所述n型si1-xgex层004是对经再结晶处理后的高ge组分si1-xgex层，进行离子注入后形成的。

具体的，在经过连续激光扫描并冷却结晶后的高ge组分si1-xgex层中注入离子，比如磷p离子，可以形成n型si1-xgex层004。

一种实现方式中，所述再结晶处理，包括：

在所述si衬底001的表面，淀积高ge组分si1-xgex层；

对加热后的所述高ge组分si1-xgex层，采用连续激光扫描，其中，激光的波长为808nm，所述激光的功率密度为2.1kw/cm²，所述激光的光斑尺寸为10nm×1nm，所述激光的移动速度为20nm/s；

使连续激光扫描后的高ge组分si1-xgex层自然冷却后再结晶。

其中，可以采用磁控溅射的方法，在si衬底001的表面形成高ge组分si1-xgex层。

需要说明的是，由于si衬底001与高ge组分si1-xgex层之间存在界面位错缺陷，而高ge组分si1-xgex层在si衬底上逐渐生长增厚的过程中，可能使得界面位错缺陷从高ge组分si1-xgex层与si衬底的界面，一直纵向延伸至高ge组分si1-xgex层的表面，进而导致生长出的高ge组分si1-xgex层的质量较差，不利于使用压应变ge材料制备的肖特基二极管的性能提升。

因此，可以通过连续激光扫描，使高ge组分si1-xgex层002进入熔融态再重新结晶，可以显著减小高ge组分si1-xgex与si材料之间的界面晶格失配程度，使高ge组分si1-xgex的位错密度大大降低，提高高ge组分si1-xgex的晶体质量，使得基于压应变ge材料制备的肖特基二极管的性能得到大幅度提升。

所述第二n型压应变ge层007内嵌在所述第一n型压应变ge层011中。

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

需要说明的是，第二n型压应变ge层007为重掺杂，可以用于产生欧姆接触，进而基于欧姆接触形成第一电极a1。

又一种实现方式中，所述第二n型压应变ge层007的厚度和横截面面积均小于所述第一n型压应变ge层011，且所述第二n型压应变ge层007的表面与所述第一n型压应变ge层011的表面平齐。

所述铝al金属层008设置在所述第二n型压应变ge层007的表面。

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

具体的，预设的肖特基接触指定区域可以设置在所述第一n型压应变ge层011的表面，除所述第二n型压应变ge层007以外的另一端。

一种实现方式中，所述铝al金属层008和所述钨w金属层010的厚度均为10～20nm。

需要说明的是，所述铝al金属层008可以与所述第二n型压应变ge层007形成欧姆接触，设置在所述第一n型压应变ge层011的表面的预设的肖特基接触指定区域内的所述钨w金属层010可以与所述第一n型压应变ge层011形成肖特基接触。

还需要说明的是，基于欧姆接触形成的第一电极a1与基于肖特基接触形成的第二电极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，本发明实施例提供的肖特基二极管采用的平面工艺更易于集成和工艺控制。

可见，相比基于纯ge制备的肖特基二极管，本发明实施例提供的由压应变ge制备的肖特基二极管的电子迁移率更高；并且，由于激光扫描能够使高ge组分si1-xgex层002进入熔融态再重新结晶，可以显著减小高ge组分si1-xgex层与si衬底之间的界面晶格失配程度，提高高ge组分si1-xgex层的晶体质量，使得基于压应变ge材料制备的肖特基二极管的性能得到大幅度提升。此外，通过高ge组分si1-xgex上压应变ge结构材料制备，适用于微波无线能量传输系统，可以提高载流子迁移率，进而提高能量转换效率。

此外，本发明实施例提供的肖特基二极管的有源区设置在n型si1-xgex层表面上形成的第一n型压应变ge层上，所以，本发明实施例提供的肖特基二极管的抗闩锁效应好，性能更佳。

实施例二

本实施例在上述实施例的基础上，提供一种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肖特基二极管。请参见图2、图3a至图3n，图2为本发明实施例提供的一种肖特基二极管的制备方法的流程示意图，图3a至图3n为本发明实施例提供的一种肖特基二极管的制备方法的工艺示意图。

具体地，如图2所示，该制备方法包括如下步骤：

s202，选取si衬底。

在本步骤中，如图3a所示，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，采用磁控溅射的方法，在400℃～500℃下，将高ge组分si1-xgex靶材料溅射淀积在所述si衬底表面，形成高ge组分si1-xgex层。

其中，工艺压力为1.5×10^-3法mb，淀积速率为5nm/min，x>0.8。

在本步骤中，如图3b所示，可以采用磁控溅射的方法，在400℃～500℃下，将高ge组分si1-xgex靶材料溅射淀积在所述si衬底001表面，在si衬底001的表面形成高ge组分si1-xgex层002。

s206，利用化学气相淀积(chemicalvapordeposition，cvd)方法，在所述高ge组分si1-xge层002的表面淀积sio2保护层。

在本步骤中，如图3c所示，可以在高ge组分si1-xge层002的表面淀积sio2保护层003，以在连续激光扫描时，sio2保护层003不会融化，可以对高ge组分si1-xgex层002起到保护作用。

使用时域有限差分法(finite-differencetime-domain，fdtd)，对高ge组分si1-xge体系808nm的连续激光透射规律的仿真实验表明，高ge组分si1-xgex层002上淀积100nm～150nm的sio2时，激光在该层的透过率最优。

具体的，可以利用cvd的方法在高ge组分si1-xgex层002的表面淀积100nm～150nm的sio2保护层003。

s208，将表面淀积有所述sio2保护层的高ge组分si1-xge层加热至600℃～650℃。

s210，对加热后的高ge组分si1-xgex层，采用连续激光扫描。

其中，激光波长为808nm，激光功率密度为2.1kw/cm²，激光光斑尺寸为10nm×1nm，激光移动速度为20nm/s。

s212，使连续激光扫描后的高ge组分si1-xgex层自然冷却后再结晶。

在s208至s212中，可以对高ge组分si1-xgex层002采用连续激光扫描，以及使得经过连续激光扫描后的高ge组分si1-xgex层002自然冷却后再结晶。

由于si衬底与高ge组分si1-xgex层之间的界面位错缺陷，所以高ge组分si1-xgex层002在si衬底001上逐渐生长增厚的过程中，可能使得界面位错缺陷从高ge组分si1-xgex与si衬底001的界面，一直纵向延伸至高ge组分si1-xgex的表面，进而导致生长出的高ge组分si1-xgex层002的质量较差，不利于使用压应变ge材料制备的肖特基二极管的性能提升。

因此，可以通过连续激光扫描，使高ge组分si1-xgex层002进入熔融态再重新结晶，可以显著减小高ge组分si1-xgex与si材料之间的界面晶格失配程度，使高ge组分si1-xgex的位错密度大大降低，提高高ge组分si1-xgex的晶体质量，使得基于压应变ge材料制备的肖特基二极管的性能得到大幅度提升。

需要说明的是，由于si材料与ge材料之间存在晶格失配，当x大于0.8后，可对ge材料实现压应变。

s214，利用干法刻蚀从所述高ge组分si1-xgex层的表面去除所述sio2保护层。

在本步骤中，如图3d所示，可以利用干法刻蚀，从所述高ge组分si1-xgex层002的表面去除所述sio2保护层003。

s216，对去除所述sio2保护层后的高ge组分si1-xgex层的表面进行抛光处理。

在s214至s216中，可以使用干法刻蚀，从经过连续激光扫面并冷却结晶后的高ge组分si1-xgex层的表面去除所述sio2保护层003，并对去除所述sio2保护层003后的高ge组分si1-xgex层002的表面进行抛光处理。

s218，在400℃～500℃下，在所述再结晶后的高ge组分si1-xgex层中注入p离子，形成n型si1-xgex层。

在本步骤中，如图3e所示，可以在400～500℃下，向所述再结晶后的高ge组分si1-xgex层002中注入p离子，注入时间为200s，能量为30kev，形成n型的掺杂浓度为1.8×10¹⁶～2×10¹⁶cm^-2的所述si1-xgex层004。

s220，在350℃下，使用减压cvd工艺在所述n型si1-xgex层的表面，生长厚度为900～1000nm的压应变ge层。

在本步骤中，如图3f所示，在350℃下，可以在n型si1-xgex层004的表面，利用减压cvd工艺生长厚度为900～1000nm的压应变ge层005。

s222，在400℃～500℃下，向所述压应变ge层注入p离子，形成第一n型压应变ge层。

在本步骤中，如图3g所示，可以在400～500℃下，向压应变ge层005注入p离子，注入时间为200s，能量为30kev，形成n型的掺杂浓度为1.8×10¹⁴～2×10¹⁴cm^-2的压应变ge层011，为了方便说明，可以将形成的n型的掺杂浓度为1.8×10¹⁴～2×10¹⁴cm^-2的所述压应变ge层记为第一n型压应变ge层011。

这样，在经过连续激光扫描并自然冷却再结晶后的n型si1-xgex层002上生长出的第一n型压应变ge层011的质量较好，载流子迁移率较高。

s224，在所述第一n型压应变ge层的表面上，预设的欧姆接触指定区域内的注入p离子，以在所述预设的欧姆接触指定区域内形成的第二n型压应变ge层。

在本步骤中，可以在第一n型压应变ge层011的表面上的预设的欧姆接触指定区域内的注入p离子，以在预设的欧姆接触指定区域内形成第二n型压应变ge层007。

一种实现方式中，参考图4，图4为本发明实施例中s224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型压应变ge层的表面上，形成第一光刻胶。

在本步骤中，如图3h所示，可以在第一n型压应变ge层011的表面，形成第一光刻胶006。

s14，去除所述第一n型压应变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3i所示，由于后续步骤需要在所述第一n型压应变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型压应变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型压应变ge层，以及去除所述第一n型压应变ge层的表面除所述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。

在本步骤中，首先，如图3j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ge层007；然后，如图3k所示，去除所述第一n型压应变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。

s226，在所述第二n型压应变ge层的表面形成所述第一电极，以及在所述第一压应变ge层的表面形成所述第二电极。

需要说明的是，在s226之前，可以在600℃～1000℃下的h2环境中加热所述第二n型压应变ge层007和所述第一n型压应变ge层011，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，可以在第二n型压应变ge层007的表面形成所述第一电极a1，以及在所述第一压应变ge层011的表面形成所述第二电极a2。

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，需要生成第二n型压应变ge层007。

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

第一步，在所述第二n型压应变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；

第二步，保留所述预设的欧姆接触指定区域内的所述铝al金属层，刻蚀剩余所述铝金属层以形成所述第一电极。

在本步骤中，如图3k所示，可以在第二n型压应变ge层007的表面，利用电子束蒸发淀积10～20nm厚的al金属层008，产生欧姆接触，进而保留所述预设的欧姆接触指定区域内的所述al金属层008，刻蚀剩余所述al金属层以形成所述第一电极a1。

又一种实现方式中，参考图5，图5为本发明实施例中形成第二电极的具体流程图，如图5所示，s226中的“在所述压应变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，以及所述第一n型压应变ge层的表面除所述第一电极以外的部分形成第二光刻胶。

在本步骤中，可以在所述第一电极a1和所述第一n型压应变ge层011的表面除所述第一电极a1以外的部分形成第二光刻胶009。

s23，去除所述第一n型压应变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3l所示，可以将第一n型压应变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。

s24，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009包括：所述第一电极a1的表面，以及所述第一n型压应变ge层011的表面上除所述第一电极a1的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009。

在本步骤中，如图3m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型压应变ge层011的表面上。

s26，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3n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型压应变ge层011的表面上的部分w金属层010，以便将第一n型压应变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，作为第二电极a2。

s28，保留所述第一n型压应变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金属层作为所述第二电极。

可见，在本发明实施例提供的肖特基二极管的制备方法中，相比基于纯ge制备的肖特基二极管，由压应变ge制备的肖特基二极管的电子迁移率更高；并且，由于激光扫描能够使高ge组分si1-xgex层002进入熔融态再重新结晶，可以显著减小高ge组分si1-xgex与si材料之间的界面晶格失配程度，提高高ge组分si1-xgex的晶体质量，使得基于压应变ge材料制备的肖特基二极管的性能得到大幅度提升。

此外，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层上进一步外延第一n型压应变ge层作为肖特基二极管工作的有源区，制备出的肖特基二极管抗闩锁效应好，性能更佳。

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，整流电路由上述实施例所述的肖特基二极管。本发明实施例提供的整流电路，包括由压应变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，进而提高能量转换效率。

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。