本發(fā)明屬于半導體技術領域，具體涉及一種固態(tài)等離子可重構偶極子天線的制備方法。

背景技術：

等離子體天線是一種將等離子體作為電磁輻射導向媒質(zhì)的射頻天線。等離子體天線的可利用改變等離子體密度來改變天線的瞬時帶寬、且具有大的動態(tài)范圍；還可以通過改變等離子體諧振、阻抗以及密度等，調(diào)整天線的頻率、波束寬度、功率、增益和方向性動態(tài)參數(shù)；另外，等離子體天線在沒有激發(fā)的狀態(tài)下，雷達散射截面可以忽略不計，而天線僅在通信發(fā)送或接收的短時間內(nèi)激發(fā)，提高了天線的隱蔽性，這些性質(zhì)可廣泛的應用于各種偵察、預警和對抗雷達，星載、機載和導彈天線，微波成像天線，高信噪比的微波通信天線等領域，極大地引起了國內(nèi)外研究人員的關注，成為了天線研究領域的熱點。

但是當前絕大多數(shù)的研究只限于氣態(tài)等離子體天線，對固態(tài)等離子體天線的研究幾乎還是空白。而固態(tài)等離子體一般存在于半導體器件中，無需像氣態(tài)等離子那樣用介質(zhì)管包裹，具有更好的安全性和穩(wěn)定性。經(jīng)理論研究發(fā)現(xiàn)，固態(tài)等離子pin二極管在加直流偏壓時，直流電流會在其表面形成自由載流子(電子和空穴)組成的固態(tài)等離子體，該等離子體具有類金屬特性，即對電磁波具有反射作用，其反射特性與表面等離子體的微波傳輸特性、濃度及分布密切相關。

因此，如何制作一種固態(tài)等離子pin二極管來應用于固態(tài)等離子天線就變得尤為重要。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種固態(tài)等離子可重構偶極子天線的制備方法。本發(fā)明要解決的技術問題通過以下技術方案實現(xiàn)：

本發(fā)明的實施例提供了一種固態(tài)等離子可重構偶極子天線的制備方法，包括，在半導體基片上制作固態(tài)等離子pin二極管，利用固態(tài)等離子pin二極管構成偶極子天線，其中，可重構偶極子天線包括半導體基片，固態(tài)等離子pin二極管天線臂，同軸饋線和直流偏置線，所述偶極子天線的制備方法包括：

選取半導體基片soi襯底，刻蝕soi襯底形成臺面的有源區(qū)；

有源區(qū)四周平坦化處理并利用原位摻雜分別淀積p型和n型硅形成p區(qū)和n區(qū)；

在所述soi襯底上形成引線，形成所述固態(tài)等離子pin二極管；

所述固態(tài)等離子pin二極管依次首尾相連構成固態(tài)等離子pin二極管串；

由三段所述固態(tài)等離子pin二極管串組成所述固態(tài)等離子pin二極管天線臂；

制作所述直流偏置線和同軸饋線；以形成所述可重構偶極子天線。

在本發(fā)明提供的一個實施例中，刻蝕soi襯底形成臺面的有源區(qū)，包括：

在所述soi襯底表面利用cvd淀積一層氮化硅；

利用光刻工藝在所述氮化硅層上形成臺面有源區(qū)圖形；

利用干法刻蝕工藝在所述有源區(qū)圖形的指定位置處刻蝕所述保護層及頂層硅從而形成臺面有源區(qū)。

在本發(fā)明提供的一個實施例中，有源區(qū)四周平坦化處理并利用原位摻雜分別淀積p型和n型硅形成p區(qū)和n區(qū)；包括：

臺面的有源區(qū)四周平坦化處理；

利用原位摻雜淀積p型硅形成p區(qū)；利用原位摻雜淀積n型硅形成n區(qū)；

在上述實施例的基礎上，臺面的有源區(qū)四周平坦化處理，包括：

氧化所述臺面有源區(qū)的四周側(cè)壁以使所述臺面有源區(qū)的四周側(cè)壁形成氧化層；

利用濕法刻蝕工藝刻蝕所述臺面有源區(qū)的四周側(cè)壁氧化層以完成所述臺面有源區(qū)的四周側(cè)壁平坦化。

在上述實施例的基礎上，利用原位摻雜淀積p型硅形成p區(qū)；利用原位摻雜淀積n型硅形成n區(qū)，包括：

利用cvd在所述襯底表面淀積一層sio2；利用光刻工藝在所述sio2層上形成p區(qū)圖形；利用濕法刻蝕工藝去除p區(qū)上的sio2層；利用原位摻雜淀積p型硅形成p區(qū)；先利用干法刻蝕工藝使p區(qū)表面平整化，再利用濕法刻蝕工藝去除襯底表面的sio2層；

利用cvd在所述襯底表面淀積一層sio2；利用光刻工藝在所述sio2層上形成n區(qū)圖形；利用濕法刻蝕工藝去除n區(qū)上的sio2層；利用原位摻雜淀積n型硅形成n區(qū)；先利用干法刻蝕工藝使n區(qū)表面平整化，再利用濕法刻蝕工藝去除襯底表面的sio2層。

在本發(fā)明提供的一個實施例中，在所述soi襯底上形成引線，形成所述固態(tài)等離子pin二極管，包括：

在所述soi襯底上生成二氧化硅；利用退火工藝激活所述p區(qū)和n區(qū)中的雜質(zhì)；

在p區(qū)和n區(qū)光刻引線孔以形成引線；鈍化處理并光刻pad以形成所述固態(tài)等離子pin二極管。

在本發(fā)明提供的一個實施例中，所述固態(tài)等離子pin二極管天線臂包括第一固態(tài)等離子pin二極管天線臂和第二固態(tài)等離子pin二極管天線臂，每一個固態(tài)等離子pin二極管天線臂長度為波長的四分之一。

在本發(fā)明提供的一個實施例中，所述直流偏置線采用半導體工藝制作于半導體基片，用于對所述固態(tài)等離子pin二極管串施加直流偏置，所述每一個固態(tài)等離子pin二極管串都有直流偏置線外接電壓正極。

在本發(fā)明提供的一個實施例中，所述同軸饋線采用低損耗同軸線纜，同軸饋線的內(nèi)芯線和外導體(屏蔽層)分別焊接于固態(tài)等離子pin二極管天線臂的金屬觸片上且兩處焊接點分別接有直流偏置線作為公共負極。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明制備的固態(tài)等離子可重構偶極子天線，體積小、剖面低，結構簡單、易于加工、無復雜饋源結構、頻率可快速跳變，且天線關閉時將處于電磁波隱身狀態(tài)，可用于各種跳頻電臺或設備；由于其所有組成部分均在半導體基片一側(cè)，為平面結構，易于組陣，可用作相控陣天線的基本組成單元。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種固態(tài)等離子可重構偶極子天線的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種固態(tài)等離子可重構偶極子天線的制備方法示意圖；

圖3a-圖3s為本發(fā)明實施例的一種固態(tài)等離子pin二極管的制備方法示意圖

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種固態(tài)等離子pin二極管結構示意圖；

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例一

請參見圖1，圖1為本發(fā)明實施例提供的一種固態(tài)等離子可重構偶極子天線結構示意圖，其中，所述可重構偶極子天線包括：半導體基片、第一固態(tài)等離子pin二極管天線臂、第二固態(tài)等離子pin二極管天線臂、同軸饋線以及直流偏置線；請參見圖2，圖2為異質(zhì)sige基固態(tài)等離子pin二極管的可重構偶極子天線的制備方法示意圖，所述制備方法包括：

選取半導體基片soi襯底，刻蝕soi襯底形成臺面的有源區(qū)；

有源區(qū)四周平坦化處理并利用原位摻雜分別淀積p型和n型硅形成p區(qū)和n區(qū)；

在所述soi襯底上形成引線，形成所述固態(tài)等離子pin二極管；

所述固態(tài)等離子pin二極管依次首尾相連構成固態(tài)等離子pin二極管串；

由三段所述固態(tài)等離子pin二極管串組成所述固態(tài)等離子pin二極管天線臂；

制作所述直流偏置線和同軸饋線；以形成所述可重構偶極子天線。

其中，采用soi襯底的原因在于，對于固態(tài)等離子天線由于其需要良好的微波特性，而固態(tài)等離子pin二極管為了滿足這個需求，需要具備良好的載流子即固態(tài)等離子體的限定能力，而二氧化硅(sio2)能夠?qū)⑤d流子即固態(tài)等離子體限定在頂層硅中，所以優(yōu)選采用soi作為固態(tài)等離子pin二極管的襯底。

在本發(fā)明提供的一個實施例中，刻蝕soi襯底形成臺面的有源區(qū)，包括：

在所述soi襯底表面利用cvd淀積一層氮化硅；

利用光刻工藝在所述氮化硅層上形成臺面有源區(qū)圖形；

利用干法刻蝕工藝在所述有源區(qū)圖形的指定位置處刻蝕所述保護層及頂層硅從而形成臺面有源區(qū)。

在本發(fā)明提供的一個實施例中，有源區(qū)四周平坦化處理并利用原位摻雜分別淀積p型和n型硅形成p區(qū)和n區(qū)；包括：

臺面的有源區(qū)四周平坦化處理；

利用原位摻雜淀積p型硅形成p區(qū)；利用原位摻雜淀積n型硅形成n區(qū)；

在上述實施例的基礎上，臺面的有源區(qū)四周平坦化處理，包括：

氧化所述臺面有源區(qū)的四周側(cè)壁以使所述臺面有源區(qū)的四周側(cè)壁形成氧化層；

利用濕法刻蝕工藝刻蝕所述臺面有源區(qū)的四周側(cè)壁氧化層以完成所述臺面有源區(qū)的四周側(cè)壁平坦化。

這樣做的好處在于：可以防止溝槽側(cè)壁的突起形成電場集中區(qū)域，造成pi和ni結擊穿。

在上述實施例的基礎上，利用原位摻雜淀積p型硅形成p區(qū)；利用原位摻雜淀積n型硅形成n區(qū)，包括：

利用cvd在所述襯底表面淀積一層sio2；利用光刻工藝在所述sio2層上形成p區(qū)圖形；利用濕法刻蝕工藝去除p區(qū)上的sio2層；利用原位摻雜淀積p型硅形成p區(qū)；先利用干法刻蝕工藝使p區(qū)表面平整化，再利用濕法刻蝕工藝去除襯底表面的sio2層；

利用cvd在所述襯底表面淀積一層sio2；利用光刻工藝在所述sio2層上形成n區(qū)圖形；利用濕法刻蝕工藝去除n區(qū)上的sio2層；利用原位摻雜淀積n型硅形成n區(qū)；先利用干法刻蝕工藝使n區(qū)表面平整化，再利用濕法刻蝕工藝去除襯底表面的sio2層。

需要說明的是：常規(guī)制作固態(tài)等離子pin二極管的p區(qū)與n區(qū)的制備工藝中，均采用注入工藝形成，此方法要求注入劑量和能量較大，對設備要求高，且與現(xiàn)有工藝不兼容；而采用擴散工藝，雖結深較深，但同時p區(qū)與n區(qū)的面積較大，集成度低，摻雜濃度不均勻，影響固態(tài)等離子pin二極管的電學性能，導致固態(tài)等離子體濃度和分布的可控性差。

采用原位摻雜能夠避免離子注入等方式帶來的不利影響，且能夠通過控制氣體流量來控制材料的摻雜濃度，更有利于獲得陡峭的摻雜界面，從而獲得更好的器件性能。

在本發(fā)明提供的一個實施例中，在所述soi襯底上形成引線，形成所述固態(tài)等離子pin二極管，包括：

在所述soi襯底上生成二氧化硅；利用退火工藝激活所述p區(qū)和n區(qū)中的雜質(zhì)；

在p區(qū)和n區(qū)光刻引線孔以形成引線；鈍化處理并光刻pad以形成所述固態(tài)等離子pin二極管。

在本發(fā)明提供的一個實施例中，所述固態(tài)等離子pin二極管天線臂包括第一固態(tài)等離子pin二極管天線臂和第二固態(tài)等離子pin二極管天線臂，每一個固態(tài)等離子pin二極管天線臂長度為波長的四分之一。

在本發(fā)明提供的一個實施例中，所述直流偏置線采用半導體工藝制作于半導體基片，用于對所述固態(tài)等離子pin二極管串施加直流偏置，所述每一個固態(tài)等離子pin二極管串都有直流偏置線外接電壓正極。

在本發(fā)明提供的一個實施例中，所述同軸饋線采用低損耗同軸線纜，同軸饋線的內(nèi)芯線和外導體(屏蔽層)分別焊接于固態(tài)等離子pin二極管天線臂的金屬觸片上且兩處焊接點分別接有直流偏置線作為公共負極。

本發(fā)明實施例利用原位摻雜工藝能夠制備固態(tài)等離子pin二極管，并制備形成高性能可重構偶極子天線，其具備如下優(yōu)點：

1、體積小、剖面低，結構簡單、易于加工。

2、采用同軸電纜作為饋源，無復雜饋源結構。

3、采用spin二極管作為天線的基本組成單元，只需通過控制其導通或斷開，即可實現(xiàn)頻率的可重構。

4、所有組成部分均在半導體基片一側(cè)，易于制版加工。

實施例二

請參見圖1，圖1為本發(fā)明提供的一種固態(tài)等離子可重構偶極子天線結構示意圖。如圖1所示，該天線包括：soi半導體基片1；

固定在soi半導體基片1上的第一天線臂2、第二天線臂3和同軸饋線4；優(yōu)選的，同軸饋線采用低損耗同軸線纜。

第一天線臂2和第二天線臂3分別設置于同軸饋線4的兩側(cè)且包括多個固態(tài)等離子pin二極管串，在天線處于工作狀態(tài)時，第一天線臂2和第二天線臂3根據(jù)多個固態(tài)等離子pin二極管串的導通與關斷實現(xiàn)天線臂長度的調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的實施例實現(xiàn)了該天線的頻率可重構且構造無復雜饋源結構，結構簡單，易于加工。

進一步的，請參見圖1，第一天線臂2包括依次串接的第一固態(tài)等離子pin二極管串w1、第二固態(tài)等離子pin二極管串w2及第三固態(tài)等離子pin二極管串w3，第二天線臂3包括依次串接的第四固態(tài)等離子pin二極管串w4、第五固態(tài)等離子pin二極管串w5及第六固態(tài)等離子pin二極管串w6；

其中，第一固態(tài)等離子pin二極管串w1的長度等于第六固態(tài)等離子pin二極管串w6的長度，第二固態(tài)等離子pin二極管串w2的長度等于第五固態(tài)等離子pin二極管串w5的長度，第三固態(tài)等離子pin二極管串w3的長度等于第四固態(tài)等離子pin二極管串w4的長度。

進一步的，請參見圖1，該天線還包括第一直流偏置線5、第二直流偏置線6、第三直流偏置線7、第四直流偏置線8、第五直流偏置線9、第六直流偏置線10、第七直流偏置線11、第八直流偏置線12，其中，

第一直流偏置線5設置于二極管串w3的一端，第二直流偏置線6設置于二極管串w4的一端，第三直流偏置線7設置于二極管串w1的一端，第八直流偏置線12設置于二極管串w6的一端；

第五直流偏置線9設置于二極管串w3和二極管串w2串接形成的節(jié)點處，第六直流偏置線10設置于二極管串w4和二極管串w5串接形成的節(jié)點處，第四直流偏置線8設置于二極管串w1和二極管串w2串接形成的節(jié)點處，第七直流偏置線11設置于二極管串w5和二極管串w6串接形成的節(jié)點處。

優(yōu)選的，第一直流偏置線5、第二直流偏置線6、第三直流偏置線7、第四直流偏置線8、第五直流偏置線9、第六直流偏置線10、第七直流偏置線11及第八直流偏置線12采用化學氣相淀積的方法固定于soi半導體基片1上，其材料為銅、鋁或經(jīng)過摻雜的多晶硅中的任意一種。

進一步的，請參見圖1，同軸饋線4的內(nèi)芯線焊接于第一天線臂2的金屬片，第一天線臂2的金屬片與直流偏置線5相連；同軸饋線4的屏蔽層焊接于第二天線臂3的金屬片，第二天線臂3的金屬片與第二直流偏置線6相連；第一直流偏置線5、第二直流偏置線6均與直流偏置電壓的負極相連，以形成公共負極。

進一步的，請參見圖3a-圖3r，圖3a-圖3r為本發(fā)明實施例的一種固態(tài)等離子pin二極管的制備方法示意圖，在上述實施例一的基礎上，以制備固態(tài)等離子區(qū)域長度為100微米的基于臺狀有源區(qū)的固態(tài)等離子pin二極管為例進行詳細說明，具體步驟如下：

s10、選取soi襯底。

請參見圖3a，該soi襯底101的晶向為(100)，另外，該soi襯底101的摻雜類型為p型，摻雜濃度為10¹⁴cm^-3的，頂層si的厚度例如為20μm。

s20、在所述soi襯底表面淀積一層氮化硅。

請參見圖3b，采用化學氣相沉積(chemicalvapordeposition，簡稱cvd)的方法，在soi襯底101上淀積氮化硅層201。

s30、刻蝕soi襯底形成有源區(qū)溝槽。

請參見圖3c-1，利用光刻工藝在所述氮化硅層上形成臺面有源區(qū)圖形，利用干法刻蝕工藝在所述有源區(qū)圖形的指定位置處刻蝕所述保護層及頂層硅從而形成臺面有源區(qū)301，俯視圖請參見圖3c-2。

s40、臺面的有源區(qū)四周平坦化處理。

請參見圖3d-1，氧化所述臺面有源區(qū)的四周側(cè)壁以使所述臺面有源區(qū)的四周側(cè)壁形成氧化層401，俯視圖請參見圖3d-2；

請參見圖3e-1，利用濕法刻蝕工藝刻蝕所述臺面有源區(qū)的四周側(cè)壁氧化層以完成所述臺面有源區(qū)的四周側(cè)壁平坦化，俯視圖請參見圖3e-2。

s50、在所述襯底表面淀積一層sio2。

請參見圖3f，利用cvd方法在所述襯底上淀積一層二氧化硅601。

s60、光刻所述sio2層。

請參見圖3g，利用光刻工藝在所述sio2層上形成p區(qū)圖形，利用濕法刻蝕工藝去除p區(qū)圖形上的sio2層。

s70、形成p區(qū)。

請參見圖3h，具體做法可以是：利用原位摻雜的方法，在所述soi襯底表面的p區(qū)圖形上淀積p型硅形成p區(qū)801，通過控制氣體流量來控制p區(qū)的摻雜濃度。

s80、平整化襯底表面。

請參見圖3i，具體做法可以是：先利用干法刻蝕工藝使p區(qū)表面平整化，再利用濕法刻蝕工藝去除襯底表面的sio2層。

s90、在所述襯底表面淀積一層sio2。

請參見圖3j，具體做法可以是：利用cvd方法在所述襯底表面淀積二氧化硅層1001。

s100、光刻所述sio2層。

請參見圖3k，利用光刻工藝在所述sio2層上形成n區(qū)圖形；利用濕法刻蝕工藝去除n區(qū)上的sio2層。

s110、形成n區(qū)。

請參見圖3l，利用原位摻雜的方法，在所述soi襯底表面的n區(qū)圖形上淀積n型硅形成n區(qū)1201，通過控制氣體流量來控制n區(qū)的摻雜濃度。

s120、平整化襯底表面。

請參見圖3m，先利用干法刻蝕工藝使n區(qū)表面平整化，再利用濕法刻蝕工藝去除襯底表面的sio2層。

s130、淀積多晶硅層。

請參見圖3n，可以利用cvd的方法，在溝槽里濺射金屬層1401。

s140、在表面形成二氧化硅(sio2)層。

請參照圖3o，可以利用cvd的方法，在表面淀積二氧化硅(sio2)層1501，厚度為500nm。

s150、平整表面。

請參照圖3p，可以采用cmp方法去除表面二氧化硅與氮化硅(sin)層，使表面平整。

s160、雜質(zhì)激活。

在950-1150℃，退火0.5～2分鐘，使離子注入的雜質(zhì)激活、并且推進有源區(qū)中雜質(zhì)。

s170、光刻引線孔。

請參照圖3q，在二氧化硅(sio2)層上光刻引線孔1701。

s180、形成引線。

請參照圖3r，可以在襯底表面濺射金屬，合金化形成金屬硅化物，并刻蝕掉表面的金屬；再在襯底表面濺射金屬1801，光刻引線。

s190、鈍化處理，光刻pad。

請參照圖3s，可以通過淀積氮化硅(sin)形成鈍化層1901，光刻pad。最終形成固態(tài)等離子pin二極管，作為制備固態(tài)等離子天線材料。

實施例三

請參照圖4，圖4為本發(fā)明實施例的固態(tài)等離子pin二極管的器件結構示意圖。該固態(tài)等離子pin二極管采用上述如圖1所示的制備方法制成。具體地，該固態(tài)等離子pin二極管在soi襯底301上制備形成，且pin二極管的p區(qū)303、n區(qū)304以及橫向位于該p區(qū)303和該n區(qū)304之間的i區(qū)均位于該soi襯底的頂層硅302內(nèi)。

綜上所述，本文中應用了具體個例對本發(fā)明固態(tài)等離子pin二極管及其制備方法的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護范圍應以所附的權利要求為準。