基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器及其製作方法

2023-05-18 23:23:56

專利名稱：基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種左手非線性傳輸線倍頻器及其製作方法，尤其涉及一種基於平面 工藝的左手非線性傳輸線倍頻器及其製作方法，屬於微波電路技術領域。
背景技術：
左手非線性傳輸線倍頻器是一種通過可變電容、電感等無源元件的非線性產生倍 頻效果的電路結構。該結構由單個或若干個傳輸線單元構成，每個單元由串聯的可變電容 和並聯電感構成。與之相對應，傳統的非線性傳輸線單元由串聯電感和並聯的可變電容構 成。相比於傳統的非線性傳輸線，這種左手結構的非線性傳輸線工作頻率更高，適合於微波 及毫米波，甚至亞毫米波領域。傳統的左手非線性傳輸線的製作方法是，在絕緣襯底上將分立元件通過導線或鍵 合線互連起來，並且需要偏置電路、輸入波導及輸出波導等外圍設備。通過這種方法實現的 非線性傳輸線結構複雜，不能批量加工，嚴重製約了左手非線性傳輸線的集成度，提高了生 產成本。

發明內容
本發明針對通過傳統的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法實現的非線性傳輸 線結構複雜，不能批量加工，嚴重製約了左手非線性傳輸線的集成度，提高了生產成本的不 足，提供了一種基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器及其製作方法。本發明解決上述技術問題的技術方案如下一種基於平面工藝的左手非線性傳輸 線倍頻器的製作方法包括以下步驟步驟10 在半絕緣襯底上製得肖特基變容二極體，所述肖特基變容二極體包括設 置於所述半絕緣襯底上的重摻雜N型層，設置於所述重摻雜N型層上的N型層和下電極，設 置於所述N型層上的上電極，所述N型層在所述重摻雜N型層上形成臺面結構，所述重摻雜 N型層在所述半絕緣襯底上形成臺面結構；步驟20 在所述半絕緣襯底上通過蒸發金屬形成電容的下電極和電感的埋層引 線.
一入 ，步驟30 在形成電容的下電極和電感的埋層引線後的半絕緣襯底上澱積形成介 質層；步驟40 通過刻蝕所述肖特基變容二極體上電極、肖特基變容二極體下電極、電 容的下電極和電感的埋層引線處的介質層，形成窗口 ；步驟50 通過電鍍金屬形成電容的上電極、螺旋電感以及連接線。進一步，所述步驟10具體包括步驟IOa 在半絕緣襯底上通過外延生長形成重摻雜N型層；步驟IOb 在所述重摻雜N型層上通過外延生長形成N型層；步驟IOc 通過刻蝕減小在所述重摻雜N型層上的N型層的面積，使得所述N型層在所述重摻雜N型層上形成臺面結構；步驟IOd 在所述重摻雜N型層和N型層上通過蒸發金屬形成下電極和上電極；步驟IOe 通過刻蝕減小在所述半絕緣襯底上的重摻雜N型層的面積，使得所述重 摻雜N型層在所述半絕緣襯底上形成臺面結構，從而製得肖特基變容二極體。進一步，所述步驟IOc和步驟IOe中採用的刻蝕方法為溼法刻蝕。進一步，所述溼法刻蝕採用的腐蝕液為Η3Ρ04/Η202/Η20混合溶液，其中，H3PO4, H2O2 和H2O的體積比為2 3 30。進一步，所述步驟IOd中在所述重摻雜N型層上通過蒸發形成下電極的步驟具體 為在所述重摻雜N型層上依次蒸發金屬Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au，從而形成Ni/Ge/Au/Ge/ Ni/Au六層金屬結構。進一步，所述步驟IOd中在所述N型層上通過蒸發形成上電極的步驟具體為在所 述N型層上依次蒸發金屬Ti、Pt和Au，從而形成Ti/Pt/Au三層金屬結構。進一步，所述步驟20具體為在所述半絕緣襯底上依次蒸發金屬Ti和Au，形成電 容的下電極和電感的埋層引線。進一步，所述步驟30中的介質層為Si3N4介質層。進一步，所述步驟40中採用的刻蝕方法為幹法刻蝕。本發明還提供一種解決上述技術問題的技術方案如下一種基於平面工藝的左手 非線性傳輸線倍頻器由至少一個傳輸線單元構成，每個傳輸線單元包括串聯相連的肖特基 變容二極體和並聯相連的螺旋電感，每個傳輸線單元的輸入埠和輸出埠各串聯一個隔 直電容。本發明的有益效果是1、本發明基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法，採用平面工藝， 易於實施，操作簡單。2、本發明基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法，易於單片集成， 且集成度高。3、本發明基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法，電路穩定性好， 可靠性高。


圖1為本發明實施例基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法流程 圖；圖2為圖1中步驟IOa對應的左手非線性傳輸線倍頻器的截面示意圖；圖3為圖1中步驟IOb對應的左手非線性傳輸線倍頻器的截面示意圖；圖4為圖1中步驟IOc對應的左手非線性傳輸線倍頻器的截面示意圖；圖5為圖1中步驟IOd對應的左手非線性傳輸線倍頻器的截面示意圖；圖6為圖1中步驟IOe對應的左手非線性傳輸線倍頻器的截面示意圖；圖7為圖1中步驟20對應的左手非線性傳輸線倍頻器的截面示意圖；圖8為圖1中步驟30對應的左手非線性傳輸線倍頻器的截面示意圖；圖9為圖1中步驟40對應的左手非線性傳輸線倍頻器的截面示意圖10為圖1中步驟50對應的左手非線性傳輸線倍頻器的截面示意圖；圖11為本發明實施例基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並 非用於限定本發明的範圍。參見圖1至圖10，本發明實施例提供了一種基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍 頻器的製作方法，所述製作方法包括以下步驟步驟10 在半絕緣襯底101上製得肖特基變容二極體113，所述肖特基變容二極體 113包括設置於所述半絕緣襯底101上的重摻雜N型層102，設置於所述重摻雜N型層102 上的N型層103和下電極105，設置於所述N型層103上的上電極104，所述N型層103在 所述重摻雜N型層102上形成臺面結構，所述重摻雜N型層102在所述半絕緣襯底101上 形成臺面結構。所述步驟10具體包括步驟IOa 在半絕緣襯底101上通過外延生長形成重摻雜N型層102。步驟IOb 在所述重摻雜N型層102上通過外延生長形成N型層103。步驟IOc 通過刻蝕減小在所述重摻雜N型層102上的N型層103的面積，使得所 述N型層103在所述重摻雜N型層102上形成臺面結構。採用的刻蝕方法為溼法刻蝕。所述溼法刻蝕採用的腐蝕液為Η3Ρ04/Η202/Η20混合 溶液。所述Η3Ρ04/Η202/Η20混合溶液中Η3Ρ04、Η202 *Η20的體積比為2 3 30。步驟IOd 在所述重摻雜N型層102和N型層103上通過蒸發金屬形成下電極105 和上電極104。在所述重摻雜N型層102上通過蒸發形成下電極105的步驟具體為在所述重摻 雜N型層102上依次蒸發金屬Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au，從而形成Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au六 層金屬結構，其中，Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au六層金屬的厚度之比Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au = 4 4 66 8 3 220。在本實施例中，所述Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au六層金屬的厚度 依次為 40 、40 、660 、80 、30 和 2200 。在所述N型層103上通過蒸發形成上電極104的步驟具體為在所述N型層103 上依次蒸發金屬Ti、Pt和Au，從而形成Ti/Pt/Au三層金屬結構，其中，Ti、Pt和Au三層金 屬的厚度之比Ti/Pt/Au = 1 1 12。在本實施例中，所述Ti、Pt和Au三層金屬的厚度 依次為 250 、250 和 3000 。步驟IOe 通過刻蝕減小在所述半絕緣襯底101上的重摻雜N型層102的面積，使 得所述重摻雜N型層102在所述半絕緣襯底101上形成臺面結構，從而製得肖特基變容二 極管113。採用的刻蝕方法為溼法刻蝕。所述溼法刻蝕採用的腐蝕液為Η3Ρ04/Η202/Η20混合 溶液。所述Η3Ρ04/Η202/Η20混合溶液中Η3Ρ04、Η202 *Η20的體積比為2 3 30。步驟20 在所述半絕緣襯底101上通過蒸發金屬形成電容的下電極106和電感的 埋層引線107。在所述半絕緣襯底101上依次蒸發金屬Ti和Au，從而形成Ti/Au雙層金屬結構，即形成電容的下電極103和電感的埋層引線107。步驟30 在形成電容的下電極106和電感的埋層引線107後的半絕緣襯底101上 澱積形成介質層108。所述介質層108為Si3N4介質層。步驟40 通過刻蝕所述肖特基變容二極體上電極104、肖特基變容二極體下電極 105、電容的下電極和電感的埋層引線處的介質層108，形成窗口 109。採用的刻蝕方法為幹法刻蝕。步驟50 通過電鍍金屬形成電容的上電極110、螺旋電感111以及連接線112。通過電鍍金屬Au從而形成電容的上電極110、螺旋電感111以及連接線112。圖11為本發明實施例基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的結構示意圖。 如圖11所示，所述倍頻器由至少一個傳輸線單元構成，每個傳輸線單元包括串聯相連的肖 特基變容二極體113和並聯相連的螺旋電感111，為了抑制直流信號，提高諧波轉換效率， 每個傳輸線單元的輸入埠和輸出埠各串聯一個隔直電容。本發明實施例提供的基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法，採用 平面工藝，易於實施，操作簡單；易於單片集成，且集成度高；電路穩定性好，可靠性高。以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法，其特徵在於，所述製作 方法包括以下步驟步驟10 在半絕緣襯底(101)上製得肖特基變容二極體(113)，所述肖特基變容二極體 (113)包括設置於所述半絕緣襯底(101)上的重摻雜N型層(102)，設置於所述重摻雜N型 層(102)上的N型層(103)和下電極(105)，設置於所述N型層(103)上的上電極(104)， 所述N型層(10 在所述重摻雜N型層(10 上形成臺面結構，所述重摻雜N型層(102) 在所述半絕緣襯底(101)上形成臺面結構；步驟20 在所述半絕緣襯底(101)上通過蒸發金屬形成電容的下電極(106)和電感的 埋層引線(107)；步驟30 在形成電容的下電極(106)和電感的埋層引線(107)後的半絕緣襯底(101) 上澱積形成介質層(108)；步驟40:通過刻蝕所述肖特基變容二極體上電極(104)、肖特基變容二極體下電極 (105)、電容的下電極和電感的埋層引線處的介質層(108)，形成窗口(109)；步驟50 通過電鍍金屬形成電容的上電極(110)、螺旋電感(111)以及連接線(112)。
2.根據權利要求1所述的基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法，其特 徵在於，所述步驟10具體包括步驟IOa:在半絕緣襯底(101)上通過外延生長形成重摻雜N型層(102)； 步驟IOb 在所述重摻雜N型層(10 上通過外延生長形成N型層(103)； 步驟IOc:通過刻蝕減小在所述重摻雜N型層(10 上的N型層(10 的面積，使得所 述N型層(10 在所述重摻雜N型層(10 上形成臺面結構；步驟IOd:在所述重摻雜N型層(102)和N型層(103)上通過蒸發金屬形成下電極 (105)和上電極(104)；步驟IOe 通過刻蝕減小在所述半絕緣襯底(101)上的重摻雜N型層(10 的面積，使 得所述重摻雜N型層(10 在所述半絕緣襯底(101)上形成臺面結構，從而製得肖特基變 容二極體(113)。
3.根據權利要求2所述的基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法，其特 徵在於，所述步驟IOc和步驟IOe中採用的刻蝕方法為溼法刻蝕。
4.根據權利要求3所述的基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法，其特 徵在於，所述溼法刻蝕採用的腐蝕液為H3P04/H202/H20混合溶液，其中，H3P04、H202和H20 的體積比為2 3 30。
5.根據權利要求2所述的基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法，其特 徵在於，所述步驟IOd中在所述重摻雜N型層(10 上通過蒸發形成下電極(10 的步驟 具體為在所述重摻雜N型層(10 上依次蒸發金屬Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au，從而形成Ni/ Ge/Au/Ge/Ni/Au六層金屬結構。
6.根據權利要求2所述的基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法，其特 徵在於，所述步驟IOd中在所述N型層(10 上通過蒸發形成上電極(104)的步驟具體為 在所述N型層(103)上依次蒸發金屬11、？丨和411，從而形成11/^/^11三層金屬結構。
7.根據權利要求1所述的基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法，其特 徵在於，所述步驟20具體為在所述半絕緣襯底(101)上依次蒸發金屬Ti和Au，形成電容的下電極(106)和電感的埋層引線(107)。
8.根據權利要求1所述的基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法，其特 徵在於，所述步驟30中的介質層(108)為Si3N4介質層。
9.根據權利要求1所述的基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法，其特 徵在於，所述步驟40中採用的刻蝕方法為幹法刻蝕。
10.一種基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器，其特徵在於，所述倍頻器由至少一 個傳輸線單元構成，每個傳輸線單元包括串聯相連的肖特基變容二極體(113)和並聯相連 的螺旋電感(111)，每個傳輸線單元的輸入埠和輸出埠各串聯一個隔直電容。
全文摘要
本發明涉及一種基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器及其製作方法，屬於微波電路技術領域。所述製作方法包括以下步驟在半絕緣襯底上製得肖特基變容二極體，包括重摻雜N型層、N型層、下電極和上電極，N型層在重摻雜N型層上形成臺面結構，重摻雜N型層在半絕緣襯底上形成臺面結構；在半絕緣襯底上形成電容的下電極和電感的埋層引線；澱積形成介質層；通過刻蝕上電極、下電極、電容的下電極和電感的埋層引線處的介質層，形成窗口；形成電容的下電極、螺旋電感以及連接線。本發明基於平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的製作方法，採用平面工藝，易於實施，操作簡單；易於單片集成，且集成度高；電路穩定性好，可靠性高。
文檔編號H01L27/13GK102088003SQ20091031097
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月7日 優先權日2009年12月7日
發明者張海英, 楊浩, 田超, 董軍榮, 黃杰 申請人:中國科學院微電子研究所