[實用新型]納米硅微波開關二極管

無效

• 申請號: 01219780.7
• 申請日: 2001-04-23
• 公開（公告）號: CN2503609Y
• 公開（公告）日: 2002-07-31
• 發明（設計）人: 何宇亮;王因生
• 申請（專利權）人: 何宇亮;李愛剛
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所
• 代理人: 張德勝

本實用新型是關于一種半導體二極管，更特別的是關于一種納米硅微波開關二極管。

現有的二極管是利用單晶硅(C-Si)或單晶砷化鎵(C-GaAs)材料的同質或異質結結構構成。不僅其工藝是在大于800℃的高溫下形成，其特征參數大體如下：反向擊穿電壓V_b小于60伏，反向漏電流I_r為幾微安(μA)或毫安(mA)量級，正反向整流比r≈10³～10⁵，反向開關時間t_r大于4納秒，工作溫度范圍低于150℃。近十年來，隨著科學技術的發展，國外曾報道過非晶硅/單晶硅、多晶硅/單晶硅以及多孔硅/單晶硅異質結構，它們的工藝雖然也是在低溫(200～300℃)下完成，但其基本特征參數為：反向擊穿電壓V_b小于10伏，反向漏電流為微安或毫安量級，整流比r小于10³，大部分為緩變結構，其電流輸運機制為熱激發或空間電荷(SCLC)機制。而納米硅薄膜中細微晶粒具有量子點特性，其傳導機制屬一種異質結量子點隧穿機制，用其制成半導體器件會有完全新的功能特性。

本實用新型的目的是提供一種以隧穿機制為主要傳導機制的使用納米硅薄膜材料制成的納米硅微波開關二極管。

本實用新型的目的可通過下述技術方案實現。

本實用新型的納米硅微波開關二極管，以低電阻率單晶硅為基片，包括先在基片上外延一薄層(5～10微米厚)同質外延層，外延層的電阻率高于硅基片，然后在其上方沉積一層摻雜納米硅薄膜，構成納米硅/單晶硅異質結構。由于納米硅膜的禁帶寬度值比單晶硅的禁帶寬度值大，故在其交界面形成異質結。在納米硅薄膜中摻雜，如摻磷或摻硼等，目的是控制二極管的電導率及導電類型。

在上述技術方案基礎上，本實用新型納米硅微波開關二極管，是以P型低電阻率單晶硅為基片，先外延一層(5～10微米厚)同質外延層，然后再其上方沉積一層摻磷的納米硅薄膜，構成N⁺/P型的納米硅/單晶硅異質結構。

在上述技術方案基礎上，本實用新型納米硅微波開關二極管，以N型低電阻率單晶硅為基片，先外延一層(5～10微米厚)同質外延層，然后再在其上方沉積一層摻硼的納米硅薄膜，構成了P⁺/N型的納米硅/單晶硅異質結構。

所述納米硅薄膜是具有細微晶粒，粒徑2～6納米，晶體所占體積比(53±5)％，薄膜室溫電阻率200～500歐姆/。納米硅薄膜中的細微晶粒之間構成了一定的聯系，不再像微晶硅薄膜中的晶粒是分散、互相弧立。在納米硅薄膜中，大量的微晶粒之間構成界面層，其厚度約為～1納米。在界面層中硅原子的排列是無序和松散的，完全不同于微晶粒內硅原子的整齊排列。所以納米硅薄膜是由50％左右的晶體硅及另50％左右的非晶硅(界面組織)所構成的兩相結構。納米硅薄膜中的細微晶粒已具有量子點特性，從而使納米硅膜以及所制成的微波開關二極管的電輸運過程是一種新型的量子隧穿機制。該異質結二極管具有極好的溫度穩定性。可在小于或等于250℃溫度范圍內使用。

本實用新型的優點在于：納米硅微波開關二極管具有優越的伏—安特性，擊穿電壓V_b為30～70伏，反向漏電流I_r僅為納安(nA)量級；具有極好的溫度穩定性，可在不大于250℃溫度范圍內使用；在偏壓V≤±4伏范圍內，整流比r約在10¹～10⁶范圍內；在I_r等于10毫安，I_r等于-100毫安下，所測出的反向開關時間t_r不大于1.5納秒(ns)；納米硅/單晶硅異質結內的電輸運是以隧穿機制為主，且服從陡變結電容公式。

下面結合說明書附圖及實施例對本實用新型作進一步的闡述。

圖1是本實用新型的納米硅/單晶硅微波開關二極管示意圖。

圖2是本實用新型的納米硅/單晶硅異質結能帶簡圖。

圖3是本實用新型的I-V特性曲線圖。

圖4是本實用新型的納米硅/單晶硅異質結二極管反向開關時間測試圖。

圖5是本實用新型的納米硅異質結低濕I-V曲線圖。

圖6是本實用新型的納米硅異質結反向伏—安隨濕度特性圖。

圖7是本實用新型的C^-2-V特性曲線圖。

圖8是本實用新型的反向電流隨溫度變化曲線圖。

在圖1至8中：符號1代表單晶硅、符號2代表納米硅薄膜、符號3代表、符號11代表同質外延層、符號12代表。