專利名稱：太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太赫茲振蕩源制造技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
人們認(rèn)識(shí)利用電磁波的頻率范圍在逐漸增大，對(duì)高頻范圍的波段的波研究日益深入，從而產(chǎn)生太赫茲技術(shù)和太赫茲專題項(xiàng)目的研究。太赫茲波段的電磁波可以被應(yīng)用在天文、通信、航空、軍事、成像、生物制藥、化學(xué)成分等領(lǐng)域中，國(guó)際上對(duì)太赫茲的研究日益升溫。目前，國(guó)際上已有一百多個(gè)研究組織在進(jìn)行關(guān)于THz相關(guān)領(lǐng)域的研究，如美國(guó)國(guó)家基金會(huì)(NSF)、國(guó)家航天局(NASA)、國(guó)防部(DARPA)和國(guó)家衛(wèi)生學(xué)會(huì)(NIH)，日本，澳大利亞，韓國(guó)和中國(guó)等，太赫茲技術(shù)被稱為“十大改變未來(lái)的技術(shù)”之一。太赫茲波通常指頻率為
0.ITHz-IOTHz的電磁波，也有人認(rèn)為是0. 3_3太赫茲(THz)。太赫茲波具有很強(qiáng)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。大量星際分子的特征譜線在太赫茲范圍。太赫茲波能量低，不會(huì)引起生物組織的光離化，適合于生物醫(yī)學(xué)成像。太赫茲技術(shù)主要應(yīng)用在成像、物質(zhì)分析和通信三個(gè)方面。太赫茲成像技術(shù)分為主動(dòng)成像和被動(dòng)成像技術(shù)，主動(dòng)成像需要一個(gè)太赫茲源發(fā)出特定頻段的太赫茲波，接收反射波或者透射波通過(guò)電腦計(jì)算成像。主動(dòng)成像可用于檢查物質(zhì)內(nèi)部的缺陷，目前已在國(guó)外的某些航天材料檢查和藥品檢測(cè)中做了一些的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用。被動(dòng)成像技術(shù)是接收空氣中或者物體本身發(fā)出的太赫茲波并成像，目前大部分應(yīng)用是利用主動(dòng)成像技術(shù)。太赫茲在物質(zhì)分析方面主要是利用太赫茲源發(fā)射一定的連續(xù)波，根據(jù)樣品的化學(xué)成分和分子結(jié)構(gòu)對(duì)太赫茲波的吸收率不同，從而呈現(xiàn)不同的譜線，通過(guò)和已有的太赫茲的光譜數(shù)據(jù)庫(kù)相比較，分析物質(zhì)的成分，目前已經(jīng)在某些大學(xué)實(shí)驗(yàn)室和機(jī)場(chǎng)安檢得到應(yīng)用。在通信方面，08年奧運(yùn)會(huì)曾使用過(guò)遠(yuǎn)程I千米以上的遠(yuǎn)距離信息傳遞，最大速度可達(dá)lOGbps。目前耿氏管主要制備材料為砷化鎵材料，砷化鎵的耿氏管很難實(shí)現(xiàn)頻率大于100GHz，且功率較低，影響在物質(zhì)檢測(cè)、成像領(lǐng)域的應(yīng)用。n型磷化銦材料相比于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(yīng)該具有更高的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種能提高耿氏管的頻率、功率和轉(zhuǎn)化效率、降低生產(chǎn)成本的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法。本發(fā)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(zhǎng)磷化銦外延層；將所述生長(zhǎng)磷化銦外延層后的襯底進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極后形成陰極；在所述形成陰極后的襯底上，利用濕法腐蝕或反應(yīng)耦合等離子體刻蝕臺(tái)面；、
將所述腐蝕或刻蝕臺(tái)面后的襯底進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極后形成陽(yáng)極；將所述形成陽(yáng)極后的襯底進(jìn)行正面保護(hù)，背面減薄后電鍍金獲得成品。進(jìn)一步，所述在高摻硫的磷化銦襯底上生長(zhǎng)磷化銦外延層包括利用分子束外延技術(shù)或金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀技術(shù)在高摻硫的磷化銦襯底上生長(zhǎng)摻雜的N型磷化銦作為緩沖層，厚度為I. 2 1. 8iim，濃度為f I. 5*10E18cm_3 ；利用分子束外延技術(shù)或金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀技術(shù)在所述緩沖層上面生長(zhǎng)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(jìn)一步，所述將所述生長(zhǎng)磷化銦外延層后的襯底進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極后形成陰極包括將所述生長(zhǎng)磷化銦外延層后的襯底利用圓形光刻板，在外層光刻，形成圓形凹槽，然后蒸發(fā)Ge/Au/Ni/Au金屬電極，用于制備形成陰極所需的金屬層；將所述蒸發(fā)Ge/Au/Ni/Au金屬電極后的襯底上的光刻膠剝離后進(jìn)行退火，形成陰極。進(jìn)一步，所述光刻膠通過(guò)丙酮?jiǎng)冸x，所述退火溫度為350°C _450°C。進(jìn)一步，所述利用濕法腐蝕或反應(yīng)耦合等離子體刻蝕的臺(tái)面呈圓柱形，直徑為40-70u mD進(jìn)一步，所述利用濕法腐蝕時(shí)采用氯基溶液進(jìn)行腐蝕，所述氯基溶液是HCl和H3PO4的混合溶液。進(jìn)一步，所述將所述腐蝕或刻蝕臺(tái)面后的襯底進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極后形成陽(yáng)極包括將所述腐蝕或刻蝕臺(tái)面后的襯底光刻形成圓環(huán)形凹槽，蒸發(fā)Ge/Au/Ni/Au金屬電極，用于制備形成陽(yáng)極所需的金屬層；將所述蒸發(fā)Ge/Au/Ni/Au金屬電極后的襯底上的光刻膠剝離后進(jìn)行退火，形成陽(yáng)極。進(jìn)一步，所述圓環(huán)形凹槽在所述臺(tái)面外圍；所述光刻膠通過(guò)丙酮?jiǎng)冸x，所述退火溫度為350°C -450°C。進(jìn)一步，所述生成陽(yáng)極時(shí)的退火溫度低于所述生成陰極時(shí)的退火溫度30°C以上。進(jìn)一步，將所述形成陽(yáng)極后的襯底進(jìn)行正面保護(hù)，背面減薄后電鍍金獲得成品包括將所述形成陽(yáng)極后的襯底的正面氈片，并用光刻膠進(jìn)行正面保護(hù)；將所述氈片后的襯底背面減薄、去蠟至3 10 U m厚，然后電鍍金處理獲得成品。本發(fā)明提供的一種太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，采用了 n型襯底的磷化銦材料。相比于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(yīng)該具有更高的效率。其次，本發(fā)明采用高摻雜-低摻雜(n+n)結(jié)構(gòu)，在陽(yáng)極形成肖特基接觸，存在一個(gè)小的勢(shì)壘，能穩(wěn)定耿氏管的電流，有效的保護(hù)了耿氏管。另外，本發(fā)明對(duì)工藝流程也進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了最后減薄，降低了 InP材料在工藝中易碎的情況，減少了工藝步驟。由于以上的優(yōu)點(diǎn)，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(wěn)定性并節(jié)約成本。綜上所述，本發(fā)明特殊結(jié)構(gòu)的磷化銦的耿氏管的制備方法，具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，從而更加適于實(shí)用。


圖I為本發(fā)明實(shí)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(zhǎng)外延層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為使用圖I所示方法形成陰極后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為使用圖I所示方法形成陽(yáng)極后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為使用圖I所示方法形成成品后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)描述的更清晰，以下結(jié)合具體的實(shí)施例及附圖加以說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)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(zhǎng)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(yáng)極，有利于散熱。步驟S2 :將生長(zhǎng)磷化銦外延層后的襯底進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極后形成陰極。步驟S3 :在形成陰極后的襯底上，利用濕法腐蝕或反應(yīng)耦合等離子體刻蝕臺(tái)面。通過(guò)腐蝕或刻蝕的臺(tái)面呈圓柱形，直徑為可以為40、50、60或70iim，結(jié)構(gòu)如圖3所示。當(dāng)利用濕法腐蝕時(shí)采用氯基溶液進(jìn)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(tái)面后的襯底進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極后形成陽(yáng)極。步驟S5 :將形成陽(yáng)極后的樣品片，通過(guò)涂光刻膠進(jìn)行正面保護(hù)，背面減薄后電鍍金獲得成品。其中，步驟SI在耿氏管高摻硫的磷化銦襯底上生長(zhǎng)磷化銦外延層包括步驟Sll :結(jié)構(gòu)如圖2所示，利用分子束外延技術(shù)(MBE)或金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀技術(shù)(MOCVD)在耿氏管高摻硫的磷化銦襯底I上生長(zhǎng)摻雜的N型磷化銦作為緩沖層2。本發(fā)明實(shí)施例采用的是利用低壓金屬有機(jī)物化學(xué)蒸發(fā)沉積(LP-MOCVD)生長(zhǎng)摻雜的N型磷化銦作為緩沖層2，緩沖層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(jié)構(gòu)如圖2所示，利用分子束外延技術(shù)或金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀技術(shù)在所述緩沖層2上面生長(zhǎng)低摻雜的N型磷化銦作為作用層3。本發(fā)明實(shí)施例采用的是利用分子束外延技術(shù)生長(zhǎng)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(zhǎng)磷化銦外延層的襯底I進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極后形成陰極包括步驟S21 :結(jié)構(gòu)如圖3所示，將生長(zhǎng)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，并使需要蒸發(fā)的區(qū)域暴露出來(lái)，同時(shí)保護(hù)了沒(méi)有光刻膠的區(qū)域，然后蒸發(fā)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(fā)Ge/Au/Ni/Au金屬電極后的襯底1，通過(guò)浸泡丙酮溶液，去除光刻膠，然后退火，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(tái)面后的襯底I進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極后形成陽(yáng)極包括步驟S41 :結(jié)構(gòu)如圖4所示，將腐蝕或刻蝕臺(tái)面后的襯底光刻形成圓環(huán)形凹槽，蒸發(fā)Ge/Au/Ni/Au金屬電極，用于制備形成陽(yáng)極所需的金屬層5 ;本步驟的光刻形狀為圓環(huán)形凹槽，設(shè)置在臺(tái)面外圍，其目的在于保護(hù)好臺(tái)面，并隔離開(kāi)陰極和陽(yáng)極。步驟S42 :將蒸發(fā)Ge/Au/Ni/Au金屬電極后的襯底I上的光刻膠剝離后進(jìn)行退火，形成陰極。光刻膠通過(guò)丙酮?jiǎng)冸x，退火溫度為350°C-45(TC為宜。且生成陽(yáng)極時(shí)的退火溫度應(yīng)低于所述生成陰極時(shí)的退火溫度30°C以上。
步驟S5將形成陽(yáng)極后的襯底I進(jìn)行正面保護(hù)，背面減薄后電鍍金獲得成品包括步驟S51 :結(jié)構(gòu)如圖5所示，將所述形成陽(yáng)極后的襯底I的正面氈片，并通過(guò)涂光刻膠保護(hù)好正面所做的臺(tái)面結(jié)構(gòu)及電極，然后烘干；步驟S52 :將氈片后的襯底I背面減薄、去蠟至3 10i!m厚，然后電鍍金形成散熱層7，從而獲得成品。減薄有利于耿氏管的散熱。以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例一步驟10 :在高摻雜的磷化銦襯底I上生長(zhǎng)磷化銦外延層。首先利用低壓金屬有機(jī)物化學(xué)蒸發(fā)沉積(LP-MOCVD)生長(zhǎng)摻雜的N型磷化銦作為緩沖層2，緩沖層2的厚度為I. 2 u m，濃度為l*10E18cm_3。然后利用分子束外延技術(shù)生長(zhǎng)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(zhǎng)磷化銦外延層后的襯底I進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極、去除光刻膠，然后退火形成陰極。光刻膠通過(guò)丙酮?jiǎng)冸x，退火溫度為380°C。步驟30 :在形成陰極后的襯底I上，利用濕法腐蝕或反應(yīng)耦合等離子體刻蝕臺(tái)面。如圖3所示，通過(guò)腐蝕或刻蝕的臺(tái)面呈圓柱形，直徑為40 u m,當(dāng)利用濕法腐蝕時(shí)采用氯基溶液進(jìn)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(tái)面后的襯底進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極、去除光刻膠，然后退火形成陽(yáng)極。光刻膠通過(guò)丙酮?jiǎng)冸x，退火溫度為350°C。步驟50 :將形成陽(yáng)極后的樣品片，通過(guò)涂光刻膠進(jìn)行正面保護(hù)，背面減薄至去蠟至3 ii m厚，電鍍金獲得成品。實(shí)施例二本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于，緩沖層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(shí)退火溫度為450°C，形成陽(yáng)極的退火溫度為400°C。圓柱形臺(tái)面的直徑為70 ym。將氈片后的襯底I背面減薄、去蠟10 ii m厚。其他地方與實(shí)施例一完全一致。實(shí)施例三本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于，緩沖層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(shí)退火溫度為420°C，形成陽(yáng)極的退火溫度為380°C。圓柱形臺(tái)面的直徑為60 ym。將氈片后的襯底I背面減薄、去臘6 Ii m厚。其他地方與實(shí)施例一完全一致。 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特征在于，包括 在高摻硫的磷化銦襯底上生長(zhǎng)磷化銦外延層； 將所述生長(zhǎng)磷化銦外延層后的襯底進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極后形成陰極； 在所述形成陰極后的襯底上，利用濕法腐蝕或反應(yīng)耦合等離子體刻蝕臺(tái)面； 將所述腐蝕或刻蝕臺(tái)面后的襯底進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極后形成陽(yáng)極； 將所述形成陽(yáng)極后的襯底進(jìn)行正面保護(hù)，背面減薄后電鍍金獲得成品。
2.如權(quán)利要求I所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特征在于，所述在高摻硫的磷化銦襯底上生長(zhǎng)磷化銦外延層包括 利用分子束外延技術(shù)或金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀技術(shù)在高摻硫的磷化銦襯底上 生長(zhǎng)摻雜的N型磷化銦作為緩沖層，厚度為I. 2 1.8 iim，濃度為I I. 5*10E18cnT3 ; 利用分子束外延技術(shù)或金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀技術(shù)在所述緩沖層上面生長(zhǎng)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(quán)利要求I所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特征在于，所述將所述生長(zhǎng)磷化銦外延層后的襯底進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極后形成陰極包括 將所述生長(zhǎng)磷化銦外延層后的襯底利用圓形光刻板，在外層光刻，形成圓形凹槽，然后蒸發(fā)Ge/Au/Ni/Au金屬電極，用于制備形成陰極所需的金屬層； 將所述蒸發(fā)Ge/Au/Ni/Au金屬電極后的襯底上的光刻膠剝離后進(jìn)行退火，形成陰極。
4.如權(quán)利要求3所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特征在于 所述光刻膠通過(guò)丙酮?jiǎng)冸x，所述退火溫度為350°C -450°C。
5.如權(quán)利要求I所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特征在于 所述利用濕法腐蝕或反應(yīng)耦合等離子體刻蝕的臺(tái)面呈圓柱形，直徑為40-70 ym。
6.如權(quán)利要求5所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特征在于 所述利用濕法腐蝕時(shí)采用氯基溶液進(jìn)行腐蝕，所述氯基溶液是HCl和H3PO4的混合溶液。
7.如權(quán)利要求I所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特征在于，所述將所述腐蝕或刻蝕臺(tái)面后的襯底進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極后形成陽(yáng)極包括 將所述腐蝕或刻蝕臺(tái)面后的襯底光刻形成圓環(huán)形凹槽，蒸發(fā)Ge/Au/Ni/Au金屬電極，用于制備形成陽(yáng)極所需的金屬層； 將所述蒸發(fā)Ge/Au/Ni/Au金屬電極后的襯底上的光刻膠剝離后進(jìn)行退火，形成陽(yáng)極。
8.如權(quán)利要求7所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特征在于 所述圓環(huán)形凹槽在所述臺(tái)面外圍； 所述光刻膠通過(guò)丙酮?jiǎng)冸x，所述退火溫度為350°C -450°C。
9.如權(quán)利要求3、4、7或8任一項(xiàng)所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特征在于 所述生成陽(yáng)極時(shí)的退火溫度低于所述生成陰極時(shí)的退火溫度30°C以上。
10.如權(quán)利要求I所述的太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，其特征在于，將所述形成陽(yáng)極后的襯底進(jìn)行正面保護(hù)，背面減薄后電鍍金獲得成品包括 將所述形成陽(yáng)極后的襯底的正面氈片，并用光刻膠進(jìn)行正面保護(hù)； 將所述氈片后的襯底背面減薄、去蠟至3 10 厚，然后電鍍金處理獲得成品。
全文摘要
公開(kāi)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(zhǎng)磷化銦外延層；將所述生長(zhǎng)磷化銦外延層后的襯底進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極后形成陰極；在所述形成陰極后的襯底上，利用濕法腐蝕或反應(yīng)耦合等離子體刻蝕臺(tái)面；將所述腐蝕或刻蝕臺(tái)面后的襯底進(jìn)行光刻定形、蒸發(fā)金屬電極后形成陽(yáng)極；將所述形成陽(yáng)極后的襯底進(jìn)行正面保護(hù)，背面減薄后電鍍金獲得成品。本發(fā)明提供的一種太赫茲的磷化銦耿氏管制備方法，可一次性大面積的制備上述磷化銦耿氏管的陣列，然后進(jìn)行隔離，大大降低了成本。本方法制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，具有很好的制備效率和工藝穩(wěn)定性。此外，本方法有利于制備高頻率高功率高穩(wěn)定性的耿氏管。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102751385SQ20121023398
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者劉新宇, 白陽(yáng), 賈銳, 金智 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所