[發明專利]一種適用于太赫茲單片集成的全鏤空空氣橋二極管

在審

• 申請號: 202011040428.0
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112086505A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 張勇;吳成凱;張博;徐躍杭
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/872
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開了一種適用于太赫茲單片集成的全鏤空空氣橋二極管，其包括單片襯底和平面肖特基二極管，平面肖特基二極管包括陽極臺面、陰極臺面和陽極橋指，其中陽極臺面和陰極臺面通過陽極橋指連接，在單片襯底上設置有襯底鏤空結構，襯底鏤空結構位于陽極橋指下方，其應用于太赫茲單片集成領域，針對目前的二極管存在的Pad之間寄生電容較大的問題，本發明在傳統平面肖特基二極管的基礎上鏤空空氣橋下的襯底材料，可以進一步減小二極管的寄生電容，從而提升二極管的高頻性能；與傳統的單片二極管集成工藝兼容，可以有效的提升二極管的工作頻率和帶寬，在毫米波及太赫茲頻段單片集成二極管電路的設計中具有很好的應用價值。

技術領域

本發明涉及平面肖特基二極管技術領域，具體而言，涉及一種適用于太赫茲單片集成的全鏤空空氣橋二極管。

背景技術

太赫茲技術在寬帶通信、醫學成像、安全檢查、天文探測等領域具有廣闊的應用前景，近年來逐漸成為科學研究的熱點。太赫茲技術的研究主要圍繞三大核心問題展開，即太赫茲波的產生、太赫茲波的傳輸以及太赫茲波的檢測。圍繞三大核心問題，不同的技術路線被開發以更好的利用太赫茲波的頻譜特性，包括光學器件、真空電子器件以及固態電子器件。基于半導體器件的太赫茲固態倍頻源具有體積小、可靠性高、便于集成等優勢，成為目前太赫茲技術開發的主流技術。近年來，隨著晶體管和MMIC技術的發展，有源倍頻器和放大器正向亞毫米波方向發展。然而，隨著頻率的增加，有源倍頻器和放大器的輸出功率迅速下降。而作為主流的平面肖特基二極管，因為具有截止頻率比較高，可以室溫工作等優勢而大量應用于實際的太赫茲固態倍頻、混頻、檢波等器件的設計中。

肖特基二極管最初是由觸須式二極管發展而來。上世紀九十年代以前，因為觸須式二極管寄生參數低、加工工藝簡單，太赫茲頻段倍頻器的設計主要采用觸須式二極管。但是它有著難以克服的缺點，比如觸須結構肖特基二極管非常脆弱，極易損壞；同時，觸須二極管難以實現電路的平面集成，可重復性差，批量生產時難以保證一致性。

九十年代以后，二極管工藝取得長足進步，肖特基二極管由觸須結構向平面結構轉變。1987年佛吉尼亞大學的學者提出了一種多層平面結構的肖特基二極管。與觸須二極管相比，平面結構的寄生電容、電感和介質損耗雖然增大了，惡化了高頻性能，但是平面肖特基二極管具有結構穩定、便于平面集成且一致性好等優點而被大量采用。現有技術的二極管，出于結構力學方面的考慮，需要用襯底支撐二極管的陽極和陰極臺面，否則二極管芯片容易斷裂，所以寄生參數很難再進一步減小，這在一定程度上限制了二極管的高頻性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于太赫茲單片集成的全鏤空空氣橋二極管，其能夠在傳統平面肖特基二極管的基礎上鏤空空氣橋下的襯底材料，進一步減小二極管Pad之間的寄生電容，從而提升二極管的高頻性能。另一方面，由于在單片集成電路中，襯底的尺寸相對于二極管本身要大很多，鏤空空氣橋下的少量襯底不會造成二極管結構力學方面的問題。

本發明的實施例是這樣實現的：

一種適用于太赫茲單片集成的全鏤空空氣橋二極管，其包括單片襯底，以及布置于單片襯底上的平面肖特基二極管，平面肖特基二極管包括陽極臺面、陰極臺面和陽極橋指，陰極臺面上布置有肖特基接觸，肖特基接觸通過陽極橋指連接至陽極臺面，單片襯底設置有位于陽極橋指正下方且貫穿單片襯底兩面的襯底鏤空結構。

在本發明較佳的實施例中，上述襯底鏤空結構為規則形狀，規則形狀包括但不限于球體、橢球體、方體、多邊形柱體。

在本發明較佳的實施例中，上述襯底鏤空結構為長方體狀，襯底鏤空結構在單片襯底的截面上形成長方形。

在本發明較佳的實施例中，上述襯底鏤空結構的寬度等于陽極臺面和陰極臺面之間的距離。

在本發明較佳的實施例中，上述襯底鏤空結構的長度大于陽極臺面和陰極臺面的寬度。