阅读说明：本技术 一种基于薄膜工艺的无衬底单台面肖特基二极管 (Substrate-free single-mesa Schottky diode based on thin film technology ) 是由 张勇 刘晓宇 魏浩淼 代春玥 徐锐敏 于 2021-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于薄膜工艺的无衬底单台面肖特基二极管,包括支撑薄膜和嵌入支撑薄膜内的肖特基二极管；肖特基二极管包括位于两端的阳极传输金属和阴极传输金属,阴极传输金属下方设有阴极台面,阳极传输金属通过金属指与阴极台面形成肖基特接触。本发明以薄膜支撑整个二极管结构,去除衬底和阳极台面,并最大限度增加阴阳极传输金属的距离,大幅度降低了寄生的影响。本发明提出的结构具有成本低、易于实现等特点,在太赫兹固态电路,尤其是频率高于0.5THz的太赫兹单片集成电路中具有良好的应用前景。(The invention discloses a substrate-free single-mesa Schottky diode based on a thin film process, which comprises a supporting thin film and a Schottky diode embedded in the supporting thin film; the Schottky diode comprises anode transmission metal and cathode transmission metal which are positioned at two ends, a cathode table board is arranged below the cathode transmission metal, and the anode transmission metal forms Schottky contact with the cathode table board through metal fingers. The invention uses the film to support the whole diode structure, removes the substrate and the anode table surface, increases the distance of metal transmission of the cathode and the anode to the maximum extent, and greatly reduces the parasitic influence. The structure provided by the invention has the characteristics of low cost, easiness in realization and the like, and has a good application prospect in a terahertz solid-state circuit, particularly a terahertz monolithic integrated circuit with the frequency higher than 0.5 THz.)

一种基于薄膜工艺的无衬底单台面肖特基二极管

技术领域

本发明涉及应用于太赫兹固态电路的器件设计领域，特别涉及一种基于薄膜工艺的无衬底单台面肖特基二极管。

背景技术

太赫兹(THz)波是指频率在0.1～10THz(对应的波长为3mm～30um)范围内的电磁波，其长波段临接毫米波，短波段靠近红外线，处于电子学与光子学的交叉区域。与较低频段的微波相比，它们的特点是：1、利用的频谱范围宽，信息容量大。2、易实现窄波束和高增益的天线，因而分辨率高，抗干扰性好。3、穿透等离子体的能力强。4、多普勒频移大，测速灵敏度高。波在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学和波谱学方面都有重大的意义。

肖特基二极管由于其非线性效应强，结构简单，可靠性高，噪声小等优点被广泛应用于太赫兹固态变频电路当中。在太赫兹频段传统平面肖特基二极管的寄生参数和本征参数相比拟甚至更大，严重影响了器件的非线性特性。但由于传统平面结构衬底厚度和台面距离的限制，二极管寄生电容很难降低到1fF以下。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种以薄膜支撑整个二极管结构，去除衬底和阳极台面，并最大限度增加阴阳极传输金属的距离，大幅度降低了寄生的影响的基于薄膜工艺的无衬底单台面肖特基二极管。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于薄膜工艺的无衬底单台面肖特基二极管，包括支撑薄膜、位于支撑薄膜上或者包裹在支撑薄膜内的肖特基二极管。

进一步地，所述肖特基二极管采用单管结构的肖特基二极管，包括分别位于两端的阳极传输金属和阴极传输金属，位于阴极传输金属下方的外延层，以及位于外延层下方的阴极台面，外延层与阴极传输金属欧姆接触，阳极传输金属通过金属指与阴极台面肖基特接触。

进一步地，所述肖基特二极管采用反向对管结构，包括分别位于两端的两个传输金属，两个传输金属的下方均设有阴极台面，传输金属分别通过金属指与另一端的阴极台面肖基特接触。

进一步地，所述薄膜厚度大于阴极台面厚度。金属指由支撑薄膜进行支撑。

进一步地，所述支撑薄膜的厚度为3-5um，支撑薄膜起到钝化作用的同时，替代半导体衬底为整个肖特基二极管提供支撑。

本发明的有益效果是：本发明通过对二极管整体结构进行改进，以薄膜支撑整个二极管结构，去除衬底和阳极台面，并最大限度增加阴阳极传输金属的距离，大幅度降低了寄生的影响。本发明提出的结构具有成本低、易于实现等特点，在太赫兹固态电路，尤其是频率高于0.5THz的太赫兹单片集成电路中具有良好的应用前景。

附图说明

图1为采用单管结构的无衬底单台面肖特基二极管结构示意图；

图2为采用反向对管结构的无衬底单台面肖特基二极管结构示意图；

图3为无衬底单台面肖特基二极管在薄膜太赫兹单片集成混频电路中的应用示意图；

图4为薄膜太赫兹单片集成混频电路装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

本发明公开了一种基于薄膜工艺的无衬底单台面肖特基二极管，包括支撑薄膜、位于支撑薄膜上或者包裹在支撑薄膜内的肖特基二极管。

所述肖特基二极管采用单管结构的肖特基二极管，如图1所示，包括分别位于两端的阳极传输金属和阴极传输金属，位于阴极传输金属下方的外延层，以及位于外延层下方的阴极台面，外延层与阴极传输金属欧姆接触，阳极传输金属通过金属指与阴极台面肖基特接触。

所述肖基特二极管采用反向对管结构，如图2所示，包括分别位于两端的两个传输金属，两个传输金属的下方均设有阴极台面，传输金属分别通过金属指与另一端的阴极台面肖基特接触。

包裹二极管结构的薄膜厚度为h，相对介电常数为ε_r，金属指长度为l，金属指长度为w。通过调整薄膜厚度h，相对介电常数ε_r，金属指长度l，金属指长度w的值可改变无衬底单台面肖特基二极管总寄生电容值。

所述薄膜厚度大于阴极台面厚度，能够起到更好的支撑效果。金属指并非悬空而是由薄膜进行支撑，实现肖特基结与阳极传输线金属之间的互联，薄膜支撑的金属指可在实现极大长宽比的情况下保证机械强度。同时阳极传输金属也直接生长在薄膜之上，去除了阳极半导体台面，进一步减少了总寄生电容。

所述支撑薄膜的厚度为3-5um，支撑薄膜起到钝化作用的同时，替代半导体衬底为整个肖特基二极管提供支撑。此发明相比于传统平面二极管，衬底和阳极台面被完全去除，阳极传输金属用支撑薄膜进行支撑固定；同时金属指可实现极大长宽比，从而大幅减少二极管物理结构带来的高频寄生(主要是寄生电容)。

本发明的肖基特二极管可以部分外露(即肖基特二极管的上表面不被薄膜包裹，暴露在空气中)，也可以全部包裹在薄膜中。部分外露的无衬底单台面肖特基二极管的传输金属暴露在薄膜表面，可用于混合集成。具体结构可根据应用目标进行选择。

图3描述了本发明中无衬底单台面肖特基二极管在太赫兹单片集成电路上的应用情况。二极管两端传输金属与薄膜传输结构的中心传输线金属相连接，通过金属悬臂实现腔体对整个电路的支撑，装配情况如图4所示。

本发明主要创新提出通过超薄低介电常数薄膜作为结构支撑，公布了一种基于薄膜工艺的无衬底单台面肖特基二极管结构，大幅度减少了二极管高频寄生，提高了二极管的高频性能。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。