[发明专利]一种高频IMPATT二极管台面管芯结构及制备方法

说明书

本发明公开一种高频IMPATT二极管台面管芯结构，包括p+导电基底，p+导电基底顶面设有台面管芯，其特征在于，所述台面管芯中央设有竖直的通孔，使台面管芯形成环形圆台状；制备时，在n+硅晶圆片上生长n型外延层、p型外延层及p+外延层；对n型外延层掺杂施主杂质n，p外延层掺杂受主杂质p；在p+外延层表面制备p+电极增强层；对n+硅晶圆片进行减薄；在n+硅晶圆片的减薄面制备n+电极增强层；按照台面管芯设计图形，通过光刻、腐蚀工艺，由n+电极增强层向p+外延层腐蚀，得到高频IMPATT二极管台面管芯结构；该结构能较好地减小器件高频工作状态下因趋肤效应而引入的附加等效电阻，增大器件高频工作状态下的输出功率，提高器件的可靠性。

技术领域

本发明涉及毫米波固态器件技术领域，具体是一种高频IMPATT二极管台面管芯结构及制备方法。

背景技术

 毫米波/太赫兹是一个发展迅速的交叉学科，科研学术价值和工业应用前景极其重要，可有效缩小系统体积，提高探测精度、抗干扰能力及无线通信传输速率等。雪崩碰撞渡越时间（IMPact Avalanche Transit Time简称IMPATT)二极管因其工作频率高、输出功率大等特点在毫米波/太赫兹无损检测、测速测距、雷达成像、无线通信等领域具有应用价值。

在毫米波频段，IMPATT二极管采用台面结构，这种结构可有效减小器件引入的寄生电容、电感效应，有利于提高器件工作频率和输出功率，随着器件工作频率的不断提升（100GHz以上），高频引起的趋肤效应作用明显，器件工作电流被限制在台面管芯表层深度δ以内流动，势必引起台面管芯有效电阻增加，在沿垂直台面IMPATT二极管半径方向产生电压降，该压降将使电流在台面IMPATT二极管结构上形成非均匀分布并产生有效串联电阻，从而引起器件直流功率转换成射频功率的效率降低。另外，趋肤效应在高频下也使器件产生隧道电流效应，破坏器件端电压-电流相位关系，很难提供180°的雪崩相位延迟，减小器件负阻。上述因素，将导致IMPATT二极管高频工作状态下器件输出功率降低、可靠性变差，器件极易烧毁等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高频IMPATT二极管台面管芯结构及制备方法，该IMPATT二极管台面管芯结构能较好地减小器件高频（100GHz以上）工作状态下因趋肤效应而引入的附加等效电阻，增大器件高频工作状态下的输出功率，提高器件的可靠性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高频IMPATT二极管台面管芯结构，包括p+导电基底，p+导电基底顶面设有台面管芯pn结，其特征在于，所述台面管芯中央设有竖直的通孔，使台面管芯形成环形圆台状。

进一步的，所述通孔下部的孔径由上至下渐缩。

本发明还提供一种高频IMPATT二极管台面管芯结构的制备方法，包括以下步骤：

S1、在n+硅晶圆片上生长n型外延层、p型外延层及p+外延层；

S2、对n型外延层掺杂施主杂质n，p外延层掺杂受主杂质p；

S3、在p+外延层表面制备p+电极增强层；

S4、对n+硅晶圆片进行减薄；

S5、在n+硅晶圆片的减薄面制备n+电极增强层；

S6、按照台面管芯设计图形，通过光刻、腐蚀工艺，由n+电极增强层向p+外延层腐蚀，得到所述的高频IMPATT二极管台面管芯结构。

本发明的有益效果是，通过在台面管芯中央设置通孔，改变电流的流过截面，在相同的台面管芯结构面积下，能够有效减弱高频趋肤效应导致趋肤深度而限制电流通过的影响，降低台面管芯因高频趋肤效应所引起的附加电阻，可提升高频段尤其是毫米波频段器件的输出功率；另外，在相同的台面管芯结构面积下，有效增大了管芯的散热热沉面积，利于功率器件的热传导，提升器件的可靠性。

附图说明