一種自平衡的太赫茲肖特基勢壘二極管的制作方法

本發明屬于太赫茲波器件技術領域，具體涉及一種具有自平衡功能的太赫茲肖特基勢壘二極管。

背景技術：

太赫茲波一般頻率覆蓋0.1THz～10THz，是電磁波中唯一尚未完全開發利用的頻譜資源，其長、短波段分別與微波毫米波、紅外線重合，兼具微波毫米波和光波的部分優點，在寬帶通信、精確制導、物體成像、環境監測及醫療診斷等領域應用前景廣闊。掌握太赫茲尖端技術對我國國防建設和民用事業具有十分重要的意義。太赫茲混頻器和倍頻器作為太赫茲收發前端的核心器件，廣泛應用于太赫茲通信、雷達等近乎所有的太赫茲應用系統，是太赫茲技術的關鍵研究方向之一。

肖特基二極管是太赫茲技術領域內十分常用的一種半導體器件，它具有截止頻率高，可靠性好，適合于工作在室溫等等優點，故廣泛地應用于倍頻、混頻和檢波等等電路系統中。如圖1為一個典型的肖特基勢壘二極管的單管照片，如圖2為其橫截面示意圖，其結構為：最底層為GaAs的半絕緣襯底層，用以支撐整個管子的作用，襯底層上依次設置重摻n++GaAs層、輕摻n-GaAs層和SiO2層，SiO2層起保護隔絕保護的作用；陽極金屬穿過SiO2層，與n-GaAs層接觸，形成肖特基接觸，陰極金屬穿過SiO2和n-GaAs與n++GaAs接觸，形成歐姆接觸。

在實際應用當中，為了減少變頻損耗、提升功率容量、抑制無用諧波分量等原因，往往都采用平衡式的結構，即通過幾個二極管的同向或反向的并聯或串聯，實現該功能，如圖3所示即為一個典型的平衡式結構，將4個二極管組合成反向串聯的結構，在實際中通過特定的電路匹配結構，可以用來做平衡式二倍頻器。但是，這樣的平衡式結構，是在管子層面上的，即所謂的“外部式平衡結構”；隨著頻率的不斷上升到太赫茲頻段的高端，波長越來越小，二極管幾何尺寸也越來越小，管子與管子之間實現平衡式結構會變得很困難。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對現有技術中的上述問題，提供一種自平衡的太赫茲肖特基勢壘二極管，用以實現二倍頻器，該二極管在管子內部實現平衡結構，故命名為“自平衡”二極管。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種自平衡的太赫茲肖特基勢壘二極管，包括從下往上依次層疊的GaAs的半絕緣襯底層、重摻n++GaAs層、輕摻n-GaAs層和SiO2層，SiO2層上金屬陽極與陰極，金屬陽極與n-GaAs層形成肖特基接觸，金屬陰極與n++GaAs形成歐姆接觸；其特征在于，所述二極管包含兩個肖特基結，且輸入端到兩個肖特基結的相位相差180°。

進一步的，所述自平衡的太赫茲肖特基勢壘二極管采用圓環電橋。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)本發明的自平衡太赫茲肖特基勢壘二極管能夠在管子內部實現平衡式的結構，相比于傳統的外部平衡式二極管，本發明的二極管特別適合應用于太赫茲頻段的高端。

(2)本發明的自平衡太赫茲肖特基勢壘二極管只需要對左右兩個pad來進行焊接，相比于現有的平衡式二極管，都是需要至少焊接3個pad。

(3)本發明的自平衡太赫茲肖特基勢壘二極管結構簡單、使用方便、便于推廣。

附圖說明

圖1為現有肖特基勢壘二極管的單管結構示意圖。

圖2為現有肖特基勢壘二極管的單管結構剖視圖。

圖3為現有的外部平衡式二極管。

圖4為本發明的自平衡太赫茲肖特基勢壘二極管示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本實施例提供一種自平衡的太赫茲肖特基勢壘二極管，包括從下往上依次層疊的GaAs的半絕緣襯底層、重摻n++GaAs層、輕摻n-GaAs層和SiO2層，SiO2層上金屬陽極、陰極與圓環電橋，金屬陽極與n-GaAs層形成肖特基接觸，金屬陰極與n++GaAs形成歐姆接觸；圓環電橋的周長為當前工作頻率對應波長的兩倍，包含兩個肖特基結，且兩個肖特基結相位相差180°。

下面從工作原理上進行說明：

本發明提供自平衡的太赫茲肖特基勢壘二極管，其結構如圖4所示，將左側金屬電極作為輸入端(陽極)、右邊金屬電極作為輸出端(陰極)，肖特基結的非線性特性用一個通用冪級數函數來表示，如公式(1)所示：

I＝f(V)＝a₀+a₁V+a₂V²+a₃V³+… (1)

其中，I代表肖特基結的電流，V代表肖特基結所受電壓，a_n為冪級數系數。

通過調整圓環的半徑，使其周長為當前工作頻率對應波長的兩倍，即2λ；圓環的一圈為360°，從A點到肖特基結1的角度為45°，到肖特基結2的角度為45°+180°，所以從A點到肖特基結1和肖特基結2的相位相差180°，即一個λ。

所以，當有輸入信號激勵時，假如忽略肖特基結1和2的初相，若肖特基結1的電壓為V_in，則肖特基結2的電壓為-V_in；所以，兩個肖特基結的產生的電流分別為：

I₁＝f(V_in)＝a₀+a₁V_in+a₂V_in²+a₃V_in³+… (2)

I₂＝f(-V_in)＝a₀-a₁V_in+a₂V_in²-a₃V_in³+… (3)

兩個肖特基結到B點，都經過的是45°，總的輸出電路為二者電路的和，即：

I_out＝I₁+I₂＝2a₀+2a₂V_in²+… (4)

根據非線性理論，n階分量只產生n次諧波分量，所以，總的輸出電路項只存在直流和偶次諧波分量。因為是倍頻器，直流項我們不關心，由于肖特基結本身的特性，高次諧波(四次、六次等)遠遠小于二次諧波分量；所以，最終的輸出，抑制了奇次分量，偶次分量以二次諧波為主，從而實現了管子通過自平衡的結構，內部自己實現了二倍頻的功能。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，本說明書中所公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換；所公開的所有特征、或所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。