太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法
2023-05-21 18:19:21
專利名稱：太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法
技術領域：
本發明涉及太赫茲振蕩源製造技術領域，具體涉及一種太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法。
背景技術：
人們認識利用電磁波的頻率範圍在逐漸增大，對高頻範圍的波段的波研究日益深入，從而產生太赫茲技術和太赫茲專題項目的研究。太赫茲波段的電磁波可以被應用在天文、通信、航空、軍事、成像、生物製藥、化學成分等領域中，國際上對太赫茲的研究日益升溫。目前，國際上已有一百多個研究組織在進行關於THz相關領域的研究，如美國國家基金會(NSF)、國家航天局(NASA)、國防部(DARPA)和國家衛生學會(NIH)，日本，澳大利亞，韓國和中國等，太赫茲技術被稱為「十大改變未來的技術」之一。太赫茲波通常指頻率為
0.ITHz-IOTHz的電磁波，也有人認為是0. 3_3太赫茲(THz)。太赫茲波具有很強的穿透性，可以穿透非金屬和非極性材料，如紡織品、塑料、紙板、木料等包裝物，還能穿透煙霧和浮塵。大量星際分子的特徵譜線在太赫茲範圍。太赫茲波能量低，不會引起生物組織的光離化，適合於生物醫學成像。太赫茲技術主要應用在成像、物質分析和通信三個方面。太赫茲成像技術分為主動成像和被動成像技術，主動成像需要一個太赫茲源發出特定頻段的太赫茲波，接收反射波或者透射波通過電腦計算成像。主動成像可用於檢查物質內部的缺陷，目前已在國外的某些航天材料檢查和藥品檢測中做了一些的實驗和應用。被動成像技術是接收空氣中或者物體本身發出的太赫茲波並成像，目前大部分應用是利用主動成像技術。太赫茲在物質分析方面主要是利用太赫茲源發射一定的連續波，根據樣品的化學成分和分子結構對太赫茲波的吸收率不同，從而呈現不同的譜線，通過和已有的太赫茲的光譜資料庫相比較，分析物質的成分，目前已經在某些大學實驗室和機場安檢得到應用。在通信方面，08年奧運會曾使用過遠程I千米以上的遠距離信息傳遞，最大速度可達lOGbps。目前耿氏管主要製備材料為砷化鎵材料，砷化鎵的耿氏管很難實現頻率大於100GHz，且功率較低，影響在物質檢測、成像領域的應用。n型磷化銦材料相比於n型襯底的砷化鎵材料的輸出頻率、功率較高。磷化銦材料中的電子具有更高遷移率，從而以磷化銦材料襯底的耿氏管應該具有更高的效率。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種能提高耿氏管的頻率、功率和轉化效率、降低生產成本的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法。本發明提供的一種太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，包括在高摻硫的磷化銦襯底上生長磷化銦外延層；將所述生長磷化銦外延層後的襯底進行光刻定形、蒸發金屬電極後形成陰極；在所述形成陰極後的襯底上，利用溼法腐蝕或反應耦合等離子體刻蝕臺面；、
將所述腐蝕或刻蝕臺面後的襯底進行光刻定形、蒸發金屬電極後形成陽極；將所述形成陽極後的襯底進行正面保護，背面減薄後電鍍金獲得成品。進一步，所述在高摻硫的磷化銦襯底上生長磷化銦外延層包括利用分子束外延技術或金屬有機化合物化學氣相沉澱技術在高摻硫的磷化銦襯底上生長摻雜的N型磷化銦作為緩衝層，厚度為I. 2 1. 8iim，濃度為f I. 5*10E18cm_3 ；利用分子束外延技術或金屬有機化合物化學氣相沉澱技術在所述緩衝層上面生長低摻雜的N型磷化銦作為作用層，厚度為I. 5 2iim，濃度為0. 75^1. l*10E16cm_3。進一步，所述將所述生長磷化銦外延層後的襯底進行光刻定形、蒸發金屬電極後形成陰極包括將所述生長磷化銦外延層後的襯底利用圓形光刻板，在外層光刻，形成圓形凹槽，然後蒸發Ge/Au/Ni/Au金屬電極，用於製備形成陰極所需的金屬層；將所述蒸發Ge/Au/Ni/Au金屬電極後的襯底上的光刻膠剝離後進行退火，形成陰極。進一步，所述光刻膠通過丙酮剝離，所述退火溫度為350°C _450°C。進一步，所述利用溼法腐蝕或反應耦合等離子體刻蝕的臺面呈圓柱形，直徑為40-70u mD進一步，所述利用溼法腐蝕時採用氯基溶液進行腐蝕，所述氯基溶液是HCl和H3PO4的混合溶液。進一步，所述將所述腐蝕或刻蝕臺面後的襯底進行光刻定形、蒸發金屬電極後形成陽極包括將所述腐蝕或刻蝕臺面後的襯底光刻形成圓環形凹槽，蒸發Ge/Au/Ni/Au金屬電極，用於製備形成陽極所需的金屬層；將所述蒸發Ge/Au/Ni/Au金屬電極後的襯底上的光刻膠剝離後進行退火，形成陽極。進一步，所述圓環形凹槽在所述臺面外圍；所述光刻膠通過丙酮剝離，所述退火溫度為350°C -450°C。進一步，所述生成陽極時的退火溫度低於所述生成陰極時的退火溫度30°C以上。進一步，將所述形成陽極後的襯底進行正面保護，背面減薄後電鍍金獲得成品包括將所述形成陽極後的襯底的正面氈片，並用光刻膠進行正面保護；將所述氈片後的襯底背面減薄、去蠟至3 10 U m厚，然後電鍍金處理獲得成品。本發明提供的一種太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，採用了 n型襯底的磷化銦材料。相比於n型襯底的砷化鎵材料，n型磷化銦材料的輸出頻率、功率較高。磷化銦材料中的電子具有更高遷移率，從而以磷化銦材料襯底的耿氏管應該具有更高的效率。其次，本發明採用高摻雜-低摻雜(n+n)結構，在陽極形成肖特基接觸，存在一個小的勢壘，能穩定耿氏管的電流，有效的保護了耿氏管。另外，本發明對工藝流程也進行了優化，實現了最後減薄，降低了 InP材料在工藝中易碎的情況，減少了工藝步驟。由於以上的優點，這種太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法可以很好的提高耿氏管的頻率和穩定性並節約成本。綜上所述，本發明特殊結構的磷化銦的耿氏管的製備方法，具有上述諸多的優點及實用價值，在技術上有較大的進步，並產生了好用及實用的效果，從而更加適於實用。
圖I為本發明實施例中提供的一種太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法流程圖；圖2為使用圖I所示方法生長外延層後的結構示意圖；圖3為使用圖I所示方法形成陰極後的結構示意圖；圖4為使用圖I所示方法形成陽極後的結構示意圖；圖5為使用圖I所示方法形成成品後的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的，技術方案和優點描述的更清晰，以下結合具體的實施例及附圖加以說明。如圖I所示，本發明提供的一種太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，包括以下步驟步驟S I :在高摻雜的磷化銦(InP)襯底上生長磷化銦外延層。高摻雜的磷化銦也可以直接作為耿氏器件的陽極，有利於散熱。步驟S2 :將生長磷化銦外延層後的襯底進行光刻定形、蒸發金屬電極後形成陰極。步驟S3 :在形成陰極後的襯底上，利用溼法腐蝕或反應耦合等離子體刻蝕臺面。通過腐蝕或刻蝕的臺面呈圓柱形，直徑為可以為40、50、60或70iim，結構如圖3所示。當利用溼法腐蝕時採用氯基溶液進行腐蝕，氯基溶液為濃度為37. 5%HC1 :濃度為85. 11%%的H3PO4的混合溶液。步驟S4 :將腐蝕或刻蝕臺面後的襯底進行光刻定形、蒸發金屬電極後形成陽極。步驟S5 :將形成陽極後的樣品片，通過塗光刻膠進行正面保護，背面減薄後電鍍金獲得成品。其中，步驟SI在耿氏管高摻硫的磷化銦襯底上生長磷化銦外延層包括步驟Sll :結構如圖2所示，利用分子束外延技術(MBE)或金屬有機化合物化學氣相沉澱技術(MOCVD)在耿氏管高摻硫的磷化銦襯底I上生長摻雜的N型磷化銦作為緩衝層2。本發明實施例採用的是利用低壓金屬有機物化學蒸發沉積(LP-MOCVD)生長摻雜的N型磷化銦作為緩衝層2，緩衝層2的厚度為I. 2^1. 8 u m左右，才能提高耿氏管的頻率為IOOGHz 左右，濃度為 I I. 5*10E18cm_3 ；步驟S12 :結構如圖2所示，利用分子束外延技術或金屬有機化合物化學氣相沉澱技術在所述緩衝層2上面生長低摻雜的N型磷化銦作為作用層3。本發明實施例採用的是利用分子束外延技術生長低摻雜的N型磷化銦作為作用層3，作用層3的厚度為I. 5^2 u m左右，才能提高耿氏管的頻率為IOOGHz左右，濃度為0. 75^1. l*10E16cm_3左右。步驟S2將生長磷化銦外延層的襯底I進行光刻定形、蒸發金屬電極後形成陰極包括步驟S21 :結構如圖3所示，將生長磷化銦外延層的襯底I利用圓形光刻板，在外層光刻，形成圓形凹槽，並使需要蒸發的區域暴露出來，同時保護了沒有光刻膠的區域，然後蒸發Ge/Au/Ni/Au金屬電極，作為陰極電極的金屬層4 ；
步驟S22 :將蒸發Ge/Au/Ni/Au金屬電極後的襯底1，通過浸泡丙酮溶液，去除光刻膠，然後退火，形成圓形的陰極。退火溫度為350°C _450°C為宜。步驟S4將腐蝕或刻蝕臺面後的襯底I進行光刻定形、蒸發金屬電極後形成陽極包括步驟S41 :結構如圖4所示，將腐蝕或刻蝕臺面後的襯底光刻形成圓環形凹槽，蒸發Ge/Au/Ni/Au金屬電極，用於製備形成陽極所需的金屬層5 ;本步驟的光刻形狀為圓環形凹槽，設置在臺面外圍，其目的在於保護好臺面，並隔離開陰極和陽極。步驟S42 :將蒸發Ge/Au/Ni/Au金屬電極後的襯底I上的光刻膠剝離後進行退火，形成陰極。光刻膠通過丙酮剝離，退火溫度為350°C-45(TC為宜。且生成陽極時的退火溫度應低於所述生成陰極時的退火溫度30°C以上。
步驟S5將形成陽極後的襯底I進行正面保護，背面減薄後電鍍金獲得成品包括步驟S51 :結構如圖5所示，將所述形成陽極後的襯底I的正面氈片，並通過塗光刻膠保護好正面所做的臺面結構及電極，然後烘乾；步驟S52 :將氈片後的襯底I背面減薄、去蠟至3 10i!m厚，然後電鍍金形成散熱層7，從而獲得成品。減薄有利於耿氏管的散熱。以下通過具體實施例對本發明進行進一步說明。實施例一步驟10 :在高摻雜的磷化銦襯底I上生長磷化銦外延層。首先利用低壓金屬有機物化學蒸發沉積(LP-MOCVD)生長摻雜的N型磷化銦作為緩衝層2，緩衝層2的厚度為I. 2 u m，濃度為l*10E18cm_3。然後利用分子束外延技術生長低摻雜的N型磷化銦作為作用層3，作用層3的厚度為I. 5，濃度為0. 75*10E16Cm_3左右。步驟20 :將生長磷化銦外延層後的襯底I進行光刻定形、蒸發金屬電極、去除光刻膠，然後退火形成陰極。光刻膠通過丙酮剝離，退火溫度為380°C。步驟30 :在形成陰極後的襯底I上，利用溼法腐蝕或反應耦合等離子體刻蝕臺面。如圖3所示，通過腐蝕或刻蝕的臺面呈圓柱形，直徑為40 u m,當利用溼法腐蝕時採用氯基溶液進行腐蝕，氯基溶液為37. 5%HC1 =H3PO4的混合溶液。步驟40 :將腐蝕或刻蝕臺面後的襯底進行光刻定形、蒸發金屬電極、去除光刻膠，然後退火形成陽極。光刻膠通過丙酮剝離，退火溫度為350°C。步驟50 :將形成陽極後的樣品片，通過塗光刻膠進行正面保護，背面減薄至去蠟至3 ii m厚，電鍍金獲得成品。實施例二本實施例與實施例一的不同之處在於，緩衝層2的厚度為1.8iim，濃度為
I.5*10E18cnT3。作用層3的厚度為2 ym，濃度為I. l*10E16cnT3左右。形成陰極時退火溫度為450°C，形成陽極的退火溫度為400°C。圓柱形臺面的直徑為70 ym。將氈片後的襯底I背面減薄、去蠟10 ii m厚。其他地方與實施例一完全一致。實施例三本實施例與實施例一的不同之處在於，緩衝層2的厚度為1.6iim，濃度為
0.8*10E18cnT3。作用層3的厚度為I. 8 y m，濃度為0. 9*10E16cnT3左右。形成陰極時退火溫度為420°C，形成陽極的退火溫度為380°C。圓柱形臺面的直徑為60 ym。將氈片後的襯底I背面減薄、去臘6 Ii m厚。其他地方與實施例一完全一致。 上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特徵在於，包括 在高摻硫的磷化銦襯底上生長磷化銦外延層； 將所述生長磷化銦外延層後的襯底進行光刻定形、蒸發金屬電極後形成陰極； 在所述形成陰極後的襯底上，利用溼法腐蝕或反應耦合等離子體刻蝕臺面； 將所述腐蝕或刻蝕臺面後的襯底進行光刻定形、蒸發金屬電極後形成陽極； 將所述形成陽極後的襯底進行正面保護，背面減薄後電鍍金獲得成品。
2.如權利要求I所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特徵在於，所述在高摻硫的磷化銦襯底上生長磷化銦外延層包括 利用分子束外延技術或金屬有機化合物化學氣相沉澱技術在高摻硫的磷化銦襯底上 生長摻雜的N型磷化銦作為緩衝層，厚度為I. 2 1.8 iim，濃度為I I. 5*10E18cnT3 ; 利用分子束外延技術或金屬有機化合物化學氣相沉澱技術在所述緩衝層上面生長低摻雜的N型磷化銦作為作用層，厚度為I. 5 2iim，濃度為0. 75^1. l*10E16cm_3。
3.如權利要求I所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特徵在於，所述將所述生長磷化銦外延層後的襯底進行光刻定形、蒸發金屬電極後形成陰極包括 將所述生長磷化銦外延層後的襯底利用圓形光刻板，在外層光刻，形成圓形凹槽，然後蒸發Ge/Au/Ni/Au金屬電極，用於製備形成陰極所需的金屬層； 將所述蒸發Ge/Au/Ni/Au金屬電極後的襯底上的光刻膠剝離後進行退火，形成陰極。
4.如權利要求3所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特徵在於 所述光刻膠通過丙酮剝離，所述退火溫度為350°C -450°C。
5.如權利要求I所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特徵在於 所述利用溼法腐蝕或反應耦合等離子體刻蝕的臺面呈圓柱形，直徑為40-70 ym。
6.如權利要求5所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特徵在於 所述利用溼法腐蝕時採用氯基溶液進行腐蝕，所述氯基溶液是HCl和H3PO4的混合溶液。
7.如權利要求I所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特徵在於，所述將所述腐蝕或刻蝕臺面後的襯底進行光刻定形、蒸發金屬電極後形成陽極包括 將所述腐蝕或刻蝕臺面後的襯底光刻形成圓環形凹槽，蒸發Ge/Au/Ni/Au金屬電極，用於製備形成陽極所需的金屬層； 將所述蒸發Ge/Au/Ni/Au金屬電極後的襯底上的光刻膠剝離後進行退火，形成陽極。
8.如權利要求7所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特徵在於 所述圓環形凹槽在所述臺面外圍； 所述光刻膠通過丙酮剝離，所述退火溫度為350°C -450°C。
9.如權利要求3、4、7或8任一項所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特徵在於 所述生成陽極時的退火溫度低於所述生成陰極時的退火溫度30°C以上。
10.如權利要求I所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特徵在於，將所述形成陽極後的襯底進行正面保護，背面減薄後電鍍金獲得成品包括 將所述形成陽極後的襯底的正面氈片，並用光刻膠進行正面保護； 將所述氈片後的襯底背面減薄、去蠟至3 10 厚，然後電鍍金處理獲得成品。
全文摘要
公開了一種太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，包括在高摻硫的磷化銦襯底上生長磷化銦外延層；將所述生長磷化銦外延層後的襯底進行光刻定形、蒸發金屬電極後形成陰極；在所述形成陰極後的襯底上，利用溼法腐蝕或反應耦合等離子體刻蝕臺面；將所述腐蝕或刻蝕臺面後的襯底進行光刻定形、蒸發金屬電極後形成陽極；將所述形成陽極後的襯底進行正面保護，背面減薄後電鍍金獲得成品。本發明提供的一種太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，可一次性大面積的製備上述磷化銦耿氏管的陣列，然後進行隔離，大大降低了成本。本方法製備工藝簡單，成本低，具有很好的製備效率和工藝穩定性。此外，本方法有利於製備高頻率高功率高穩定性的耿氏管。
文檔編號H01L31/18GK102751385SQ20121023398
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月6日 優先權日2012年7月6日
發明者劉新宇, 白陽, 賈銳, 金智 申請人:中國科學院微電子研究所