双沟道增强型硅基偶极子可重构天线及其制备方法

本发明涉及半导体器件、天线设计及制造领域，特别涉及一种双沟道增强型硅基偶极子可重构天线及其制备方法。

背景技术：

1、军备装置材料在遭遇各种环境刺激、或者反复受载的情况下会因为内部缺陷逐渐产生宏观损伤，进而影响工件的有效使用，但目前关于材料器件损伤机理的研究尚未完全明晰，微细观结构的变化与宏观性质之间关联的物理本质也缺乏清晰的认知。当其应用于高浓度等离子体器件及其天线系统中更是如此。

2、硅基固态等离子体可重构天线系统相比于传统金属天线，该天线具有体积小、集成度高、制作工艺简单等优势，可极大地提高天线的重构性能与隐身性能，具有广阔的军事应用前景。这种天线由表面pin二极管构成，二极管作为天线的基本辐射单元，通过外加电压控制二极管本征区内固态等离子体区域的形成与消失使得天线的电长度发生动态变化从而实现天线的可重构。当在二极管电极上施加正向偏压时，p区和n区内的载流子空穴和电子分别注入到本征区内并在本征区内复合，当本征区内载流子浓度超过1018cm-3时等离子体区域就会形成。天线通过固态等离子体区域实现电磁波的接收、传输和辐射。

3、二极管作为硅基系统基本辐射单元，其微波性能的优劣将会极大地影响硅基系统性能。而硅基系统由于系统内部由于金属电极的存在将会极大地影响系统集成性、固态等离子体特性。同时，系统内部载流子浓度低也会影响天线辐射性能。

4、因此，如何制作一种具备优异性能的硅基固态等离子体可重构天线系统就变得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明旨在针对上述问题，提出一种双沟道增强型硅基偶极子可重构天线及其制备方法。

2、本发明的技术方案在于：

3、双沟道增强型硅基偶极子可重构天线的制备方法，方法如下：

4、(a)在geoi衬底内掺杂形成顶层gesn区；

5、(b)在geoi衬底内设置深槽隔离区，深槽隔离区的深度大于等于顶层gesn区的厚度；

6、(c)刻蚀geoi衬底形成p型沟槽和n型沟槽，p型沟槽和n型沟槽的深度小于顶层gesn区的厚度；

7、(d)对p型沟槽和所述n型沟槽进行离子注入以形成第一p型有源区和第一n型有源区；

8、(e)对p型沟槽和所述n型沟槽进行离子注入以形成第二p型有源区和第二n型有源区；

9、(f)形成gesn合金引线，形成具有sige-gesn-sige结构的pin二极管单元；

10、(g)将相邻pin二极管单元之间相互串联以形成高浓度固态等离子体阵列；

11、(h)形成外围馈电网络，结合高浓度固态等离子体区域与金属辐射体制成双沟道增强型硅基偶极子可重构天线。

12、其中，所述步骤(a)的具体过程为：

13、(a1)光刻geoi衬底；

14、(a2)对geoi衬底进行sn组分掺杂，在geoi衬底上形成顶层gesn区；其中，顶层gesn区中的sn组分为1%～30%；

15、(a3)去除光刻胶。

16、其中，所述步骤(b)的具体过程为：

17、(b1)在顶层gesn区表面连续生长两层材料作为第一保护层，第一保护层依次为二氧化硅层及氮化硅层；

18、(b2)刻蚀geoi衬底以形成深槽隔离区，深槽隔离区的深度大于等于顶层gesn区的厚度；

19、(b3)填充深槽隔离区；

20、(b4)平整化顶层gesn区。

21、其中，所述步骤(c)的具体过程为：

22、(c1)在平整化顶层gesn区表面形成第二保护层；第二保护层为第二氮化硅层；

23、(c2)刻蚀第二保护层及平整化顶层gesn区形成p型沟槽和n型沟槽，p型沟槽和n型沟槽的深度小于顶层gesn区的厚度；

24、(c3)p型沟槽和n型沟槽四周侧壁平坦化。

25、其中，所述步骤(d)的具体过程为：

26、(d1)在geoi衬底表面形成第三保护层；第三保护层为第三二氧化硅层；

27、(d2)光刻去除p型沟槽的第三保护层；

28、(d3)采用带胶离子注入的方法对p型沟槽的侧壁进行p＋注入，使p型沟槽的侧壁内形成薄的p＋有源区，浓度0.1～8×1020cm-3，厚度0.1～1μm；

29、(d3)平整化geoi衬底；

30、(d4)在geoi衬底表面形成第四保护层；第四保护层为第四二氧化硅层；

31、(d5)光刻去除n型沟槽的第四保护层；

32、(d6)采用带胶离子注入的方法对n型沟槽的侧壁进行n＋注入，使n型沟槽的侧壁内形成薄的n＋有源区，浓度0.1～8×1020cm-3，厚度0.1～1μm；

33、(d7)平整化geoi衬底，去除第四保护层。

34、其中，所述步骤(e)的具体过程为：

35、(e1)在p型沟槽及n型沟槽内填充满多晶sige；

36、(e2)平整化geoi衬底后，在geoi衬底表面上连续生成多晶sige层及第五保护层；第五保护层为第五二氧化硅层；

37、(e3)光刻去除p型沟槽的第五二氧化硅层；

38、(e4)采用带胶离子注入方法对p型沟槽进行p＋注入，形成第二p型有源区，第二p型有源区的掺杂浓度为0.1～8×1020cm-3；形成p型接触区；

39、(e5)第二p型有源区表面平整化，去除geoi衬底表面的第五二氧化硅层；

40、(e6)geoi衬底表面形成第六保护层；第六保护层为第六二氧化硅层；

41、(e7)光刻去除n型沟槽的第六保护层；

42、(e8)采用带胶离子注入方法对n型沟槽进行n＋注入，形成第二n型有源区，第二n型有源区的掺杂浓度为0.1～8×1020cm-3；

43、(d9)平整化geoi衬底，去除第六保护层；

44、(d10)刻蚀多余多晶sige，形成p型接触区和n型接触区。

45、其中，所述步骤(f)的具体过程为：

46、(f1)geoi衬底表面形成第七保护层；第七保护层为第七二氧化硅层；

47、(f2)退火激活p型有源区和n型有源区中的杂质；退火的温度为950-1150℃，退火时间为0.5～2min；

48、(f3)在p型接触区和n型接触区光刻引线孔；

49、(f4)在引线孔中形成gesn合金引线；gesn合金引线中的sn组分为1%～30%；

50、(f5)钝化处理并光刻pad以形成具有sige-gesn-sige结构的pin二极管单元。

51、本发明的技术效果在于：

52、本发明制备双沟道增强型硅基偶极子可重构天线，通过动态控制等离子体区域禁带宽度的变化、异质补偿多沟道的引入、天线辐射臂等离子体区域的动态控制、系统异质集成等技术能够进一步提升硅基系统天线性能。当等离子体区域处于开启状态时，区域内部会形成高浓度的固态等离子体，同时利用底部沟道载流子补偿机制，使得阵列内部载流子浓度高且分布均匀，具有良好的微波特性，极大地提升了硅基系统的电磁辐射性能。该系统通过高浓度固态等离子体区域与金属辐射体相结合，动态控制阵列中的所需器件单元数目的导通与截止，形成可动态变化的具有类金属特性的天线辐射区域。