[发明专利]一种高功率低噪音的平面耿氏二极管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高功率低噪音的平面耿氏二极管及其制备方法，包括绝缘衬底、沟道层及设置在所述沟道层上的共平面波导，所述共平面波导的谐振腔长度为二分之一谐振波长的整数倍，所述共平面波导在谐振频率下的特征阻抗与负载的阻抗(通常为50欧姆)相等。本发明所述平面耿氏二极管放在共平面波导谐振腔中，使得平面耿氏器件能够工作在谐振模式，极大提高了平面耿氏器件的发射功率、转换效率和频率稳定性，同时降低了相噪音。

技术领域

本发明涉及一种高功率低噪音的平面耿氏二极管及其制备方法，尤其涉及一种高频、高功率、低相噪音平面耿氏二极管，属于微波器件中二极管技术领域。

背景技术

耿氏二极管最早于1963年由J.B.Gunn发现。耿氏二极管利用的是某些半导体材料(如GaAs、InP、GaN等)中电子在从低能谷向高能谷跃迁时，因为电子有效质量变大、饱和漂移速度降低而表现出来的微分负阻效应。

传统的耿氏器件是在半导体衬底的正反面形成电接触，电流垂直于电极平面流动，所以也称为为垂直耿氏器件。垂直耿氏器件作为一种小型的高频信号源，在雷达、通信、宇宙探测等领域都有广泛的应用。但是，垂直耿氏器件又有诸多缺点，例如：散热困难、封装要求严格、无法集成等，限制了它的应用。

平面的耿氏器件则很好地解决了垂直耿氏器件存在的上述问题。平面的耿氏器件，电极在半导体衬底的同一侧，电流沿与电极平面平行的方向流动。平面器件除了具有散热好、可集成、频率易调的特点以外，最大的优势是振荡频率更高。例如，目前频率最高的平面耿氏器件的基频频率已经达到了300GHz。这使得平面耿氏器件有希望成为一种固态、低成本、可集成的太赫兹源。但是，目前已报道的平面耿氏器件普遍存在发射功率低、相噪音大的缺点。其主要原因是这些平面耿氏器件都没有使用具有高品质因素(Q值)的谐振腔。耿氏器件在使用高Q谐振腔后，其工作频率稳定性和相噪音性能都可以明显的提升。更重要的是，使用谐振腔后，耿氏器件的工作频率变成由谐振腔的自身谐振频率决定，因此耿氏器件的工作频率可以进一步提高。传统的垂直耿氏器件普遍使用矩形波导谐振腔，这种谐振腔具有极高的Q值(～1000)。但是如果平面耿氏器件放入矩形波导谐振腔中，就会失去其二维可集成的优势，所以最好的办法是将其放入具有二维平面结构的谐振腔中。但是目前对于适合于平面耿氏器件的谐振腔的研究报道还很少。已报道的平面谐振腔普遍存在因Q值低导致的器件相噪音大的问题，而且通常尺寸较大。本发明针对这些问题，通过改善平面耿氏二极管的微分负阻特性及平面谐振腔的谐振特性，大幅度降低了器件的相噪音，同时维持了器件较小的尺寸。这利于平面耿氏器件的集成和应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高功率低噪音的平面耿氏二极管；

本发明还提供了上述平面耿氏二极管的制备方法；

本发明所述平面耿氏二极管放在共平面波导谐振腔中，使得平面耿氏器件能够工作在谐振模式，极大提高了平面耿氏器件的发射功率、转换效率和频率稳定性，同时降低了相噪音。

本发明通过改善平面耿氏二极管的微分负阻特性及平面谐振腔的谐振特性，大幅度降低了器件的相噪音，同时维持了器件较小的尺寸。这利于平面耿氏器件的集成和应用。

术语解释

1、MBE，即分子束外延生长技术。

2、PMMA，即聚甲基丙烯酸甲酯。

3、趋肤深度，趋肤效应使导体的有效电阻增加。频率(f)越高，趋肤效应越显著。当频率很高的电流通过导线时，可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过，这等效于导线的截面减小，电阻增大。既然导线的中心部分几乎没有电流通过，就可以把这中心部分除去以节约材料。因此，在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。此导线的厚度，称为趋肤深度。

本发明的技术方案为：