显影和后烘后，用湿法腐蚀，露出半导体基片2注入氧离子的表面；
[0053]步骤3、清洗半导体基片2，在半导体基片2注入氧离子的表面上依次蒸渡金属N1、Ge、Au、Ge、N1、Au，厚度分别为 45A。，40A。，600A。，80A。，25A。，1500A。；
[0054]步骤4、清洗半导体基片2，在半导体基片2未注入氧离子的表面涂光刻胶，经前烘、曝光、显影和后烘后，用湿法腐蚀，露出半导体基片2未注入氧离子的表面；
[0055]步骤5、清洗半导体基片2，在半导体基片2未注入氧离子的表面上依次蒸渡金属N1、Ge、Au、Ge、N1、Au，厚度分别为 40A。，50A。，610A。，75A。，35A。，1900A。；
[0056]步骤6、清洗半导体基片2，在合金炉中合金，加热温度为370°C，保持时间为15s，半导体基片2注入氧离子的表面形成脉冲二极管的阳极，半导体基片2未注入氧离子的表面形成脉冲二极管的阴极。
[0057]脉冲二极管产生电脉冲的方法，将脉冲二极管与其他元器件构成回路，给脉冲二极管阴极、阳极之间施加一个从OV逐步增大的直流偏置电压，当偏置电场随偏置电压持续升高，达到脉冲二极管的开启电场时，脉冲二极管瞬间导通，输出高压电脉冲；当脉冲二极管输出电脉冲后，逐步降低直流偏置电压，当偏置电场下降至恢复电场以下后，再次升高偏置电压，当达到开启电场后，脉冲二极管再次输出高压电脉冲，如此往复不断，即完成电脉冲的产生。
[0058]本发明脉冲二极管在产生高压脉冲后自行关断，自行关断后，脉冲二极管阳阴极间继续施加1-2倍脉冲二极管开启电压时，脉冲二极管不会被击穿。而且本发明脉冲二极管在产生高压脉冲后，如果偏置电场不低于脉冲二极管的恢复电场，脉冲二极管不会再次产生电脉冲。当偏置电场降低至恢复电场以下后，再次增大偏置电场至开启电场，脉冲二极管才能够再次产生电脉冲。在本发明中，所用电源4的输出电压峰值大于脉冲二极管的开启电压(开启电压=开启电场*电极间隙)，电源4的输出电压波谷低于脉冲二极管的恢复电压(恢复电压=恢复电场*电极间隙)。
[0059]本发明利用半绝缘GaAs材料或半绝缘GaN材料或半绝缘LnP材料中的任一种，再配合阳极、阴极得到本发明的脉冲二极管，均存在一个开启电压，其中，脉冲二极管的开启电压=开启电场*电极间隙。以使用半绝缘GaAs材料得到的本发明二极管为例进行说明，所用二极管中存在一个开启电压，经实验测试得到此二极管的开启电压约为20kV/cm。当偏置电压大于开启电压时，二极管的电阻率会急剧下降至原电阻率的1/30，然而并非击穿，此时材料仍具有约5 X 16 Ω/cm的电阻率。如果降低电场，直至3.2kV/cm，二极管才会恢复高阻态。我们称之为载流子寿命突变效应。由于这一过程中偏置电场远远低于GaAs材料的雪崩击穿电场，因此材料安全系数极高。基于这种载流子寿命突变效应，利用此二极管，匹配简单的微波电路，就可以用于产生高压大功率电脉冲。所用的二极管输出电压随结构参数可达400V-30kV，能够产生脉宽Ins至us量级，瞬态电流20-500A，重复频率1KHz?10KHz的大功率高重复频率电脉冲。该器件加载交流高压源和简单电路即可工作，能够形成体积小巧的大功率高重频脉冲电源。与IMPATT器件相比，本发明输出峰值功率可达200KW，比頂PATT器件大5个数量级；与光电导开关相比，具有光电导开关:关断电阻大(大于107Q/cm)，输出峰值功率大，重复频率高的特点。但本发明无需脉冲激光照射，极大的方便了使用，简化了系统和使用成本。
[0060]本发明中采用如图3所示的电路，高压电源4经过限流电阻7向电容器8充电，电容器8与本发明的脉冲二极管及衰减器5 (即负载)串联构成放电回路。衰减器5作为负载时，衰减后的电压波形可以输入示波器6进行测量。
[0061]本发明采用厚度为625um的半绝缘GaAs材料，顶部电极I和底层电极3之间的水平间隙为0mm，脉冲二极管的开启电压为1200V，恢复电压为300V，当偏置电压从OV缓慢上升，达到脉冲二极管的开启电压1200V时，脉冲二极管瞬态导通，向示波器6输出高压脉冲，输出高压脉冲后器件自动低阻态(低阻态仍具有极高电阻率)，并当电源4电压人为下调至恢复电压300V以下后，脉冲二极管恢复高阻态。再次升高偏置电压并穿越开启电压1200V时，脉冲二极管再次输出高压脉冲，往复不断。图4所示为脉冲二极管的输出的电脉冲波形图。
【主权项】
1.一种脉冲二极管，其特征在于，包括半导体基片(2)，半导体基片(2)的两个表面分别设置有顶部电极(I)和底层电极(3)，顶部电极(I)为脉冲二极管的阳极，底层电极(3)为脉冲二极管的阴极。2.根据权利要求1所述的一种脉冲二极管，其特征在于，所述半导体基片(2)采用半绝缘GaAs材料或半绝缘GaN材料或半绝缘LnP材料中的任一种。3.脉冲二极管的制备方法，其特征在于，脉冲二极管的具体结构为: 包括半导体基片(2)，半导体基片(2)的两个表面分别设置有顶部电极(I)和底层电极(3)，顶部电极(I)为脉冲二极管的阳极，底层电极(3)为脉冲二极管的阴极； 半导体基片(2)采用半绝缘GaAs材料或半绝缘GaN材料或半绝缘LnP材料； 具体按照以下步骤: 步骤1、清洗半导体基片(2)，对半导体基片(2)的其中一个表面进行氧离子注入；步骤2、清洗半导体基片(2)，在半导体基片(2)注入氧离子的表面涂光刻胶，经前烘、曝光、显影和后烘后，用湿法腐蚀，露出半导体基片(2)注入氧离子的表面； 步骤3、清洗半导体基片(2)，在半导体基片(2)注入氧离子的表面上依次蒸渡金属N1、Ge、Au、Ge、N1、Au ; 步骤4、清洗半导体基片(2)，在半导体基片(2)未注入氧离子的表面涂光刻胶，经前烘、曝光、显影和后烘后，用湿法腐蚀，露出半导体基片(2)未注入氧离子的表面； 步骤5、清洗半导体基片(2)，在半导体基片(2)未注入氧离子的表面上依次蒸渡金属N1、Ge、Au、Ge、N1、Au ； 步骤6、清洗半导体基片(2)，在合金炉中合金，半导体基片(2)注入氧离子的表面形成脉冲二极管的阳极，半导体基片(2)未注入氧离子的表面形成脉冲二极管的阴极。4.根据权利要求3所述的脉冲二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤I中氧离子注入能量为60?200keV，注入浓度为I X 11Vcm2?2X10 16/cm2。5.根据权利要求3所述的脉冲二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤3中蒸渡金属N1、Ge、Au、Ge、N1、Au 的厚度分别为 40 ?50A。，40 ?50A。，600 ?620A。，75 ?85A。，25 ?35A°，1500 ?2300A°。6.根据权利要求3所述的脉冲二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤5中蒸渡金属N1、Ge、Au、Ge、N1、Au 的厚度分别为 40 ?50A。，40 ?50A。，600 ?620A。，75 ?85A。，25 ?35A°，1500 ?2300A°。7.根据权利要求3所述的脉冲二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤6中在合金炉中合金时加热温度为360?380°C，保持时间为15?25s。8.脉冲二极管产生电脉冲的方法，其特征在于，采用脉冲二极管的具体结构为: 包括半导体基片(2)，半导体基片(2)的两个表面分别设置有顶部电极(I)和底层电极(3)，顶部电极(I)为脉冲二极管的阳极，底层电极(3)为脉冲二极管的阴极； 半导体基片(2)采用半绝缘GaAs材料或半绝缘GaN材料或半绝缘LnP材料； 具体方法为:给脉冲二极管阴极、阳极之间施加一个从OV逐步增大的直流偏置电压，当偏置电场随偏置电压持续升高，达到脉冲二极管的开启电场时，脉冲二极管瞬间导通，输出高压电脉冲；当脉冲二极管输出电脉冲后，逐步降低直流偏置电压，当偏置电场下降至恢复电场以下后，再次升高偏置电压，当达到开启电场后，脉冲二极管再次输出高压电脉冲，如此往复不断，即完成电脉冲的产生。
【专利摘要】本发明公开了一种脉冲二极管，包括半导体基片，半导体基片的两个表面分别设置有顶部电极和底层电极，顶部电极为脉冲二极管的阳极，底层电极为脉冲二极管的阴极。本发明还公开了上述脉冲二极管的制备方法。本发明还公开了上述脉冲二极管产生电脉冲的方法。本发明的脉冲二极管具有极大的功率容量，而且无需脉冲激光触发，因此可以在电路中方便的串并联，用于实现阵列，增大输出电压，电流及功率。
【IPC分类】H03K3/02, H03K3/315
【公开号】CN105207648
【申请号】CN201510507804
【发明人】屈光辉, 李彦
【申请人】西安理工大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年8月18日