平面肖特基二极管的制作

为研究制作THz频段下工作的肖特基二极管器件,系统研究了平面肖特基二极管的制作工艺。通过分子束外延(MBE)生长了掺杂浓度分别为5×1018 cm-3的缓冲层和2×1017 cm-3的外延层,并研究温度对厚度的影响,使得膜层厚度控制良好,晶格完整。通过参数控制,减小了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的Si O2钝化层应力,使压指结构的翘曲情况得以改善。研究了不同退火温度下欧姆接触的情况,使接触电阻率减小到0.8×10-7Ω/cm2。用电子束光刻和干法刻蚀制作了亚微米级的阳极区域,结合Ga As湿法刻蚀的速率控制,完成了表面沟道的制作,制作出完整的平面肖特基二极管。通过I-U曲线理论计算,二极管的截止频率达到太赫兹量级,为后续工作奠定了基础。

基于平面肖特基二极管的平衡式亚毫米波倍频器芯片

基于标准的平面肖特基二极管单片工艺设计了一款平衡式亚毫米波倍频单片集成电路。依据二极管实际结构进行电磁建模,提取了器件寄生参数,并与实测的器件本征参数相结合获得了二极管非线性模型;依据该模型,采用平衡式拓扑结构以实现良好的基波抑制,设计了三线耦合巴伦电桥,并与肖特基二极管集成在同一芯片上,实现了单片集成,提高了设计准确度。芯片在片测试结果表明,在输入功率17 dBm下,输入频率75~105 GHz范围内,倍频器芯片峰值输出功率达到2.67 dBm。芯片整体尺寸为0.80 mm×0.50 mm。

基于平面肖特基二极管的W波段检波器

肖特基二极管技术为常温下毫米波信号的检测提供了有效的解决方案。它具有极低的寄生电容和级联电阻,可用于该频段的倍频器、混频器和检波器当中。相比于Galey Cell和热辐射测定器(Bolometer),基于肖特基二极管的直接检波技术具有低噪声、高反应率和常温使用的特点。本文介绍了一种基于波导结构的零偏置肖特基二极管检波器,采用E面探针传输波导基模电磁波,通过阻抗匹配实现微带线到二极管的耦合。测试结果表明,在-30 d Bm输入功率下:电压反应率的峰值可达8 900 V/W;在75 GHz^105 GHz的频率范围内,电压反应率在1 000 V/W以上。

无基片空间合成的220 GHz三次倍频电路研究

基于四阳极结同向串联型GaAs平面肖特基二极管,设计并实现了无基片空间合成的220GHz三次倍频电路。采用四支肖特基二极管协同工作,在脊波导小片上下两侧各倒装焊接两支肖特基二极管,构成上下反向结构。采用场路结合的方式,对倍频电路的倍频效率进行了仿真。仿真结果显示输入功率为300 mW,输出频率为213～229 GHz时,倍频效率大于3%;采用E波段功率放大器推动三次倍频电路,获得了倍频器输出功率。测试数据表明,驱动功率为300m W时,输出频率为213～229GHz时,输出功率大于5 dBm,倍频效率为1%～2%。

0.2THz宽带非平衡式倍频电路研究

基于四阳极结反向串联型GaAs平面肖特基二极管,设计并实现了0.2THz宽带非平衡式二次倍频电路。肖特基二极管倒装焊接在75μm石英电路上。在小功率和大功率注入条件下,测试了倍频电路的输出功率和倍频效率。输入功率在10~15mW时,通过加载正向偏置电压,在210~224GHz,倍频效率大于3%,在212GHz处有最高点倍频效率为7.8%。输入功率在48~88mW时,在自偏压条件下,210~224GHz带内倍频效率大于3.6%,在214GHz处测得最大倍频效率为5.7%。固定输出频率为212GHz,在132mW功率注入时,自偏压输出功率最大为5.7mW,加载反向偏置电压为-0.8V时,输出功率为7.5mW。

0.2THz二倍频器研究

基于六阳极结反向串联型GaAs平面肖特基二极管,设计并实现了0.2 THz大功率二倍频器。肖特基二极管倒装焊接在50μm石英电路上。采用电磁场和电路联合设计仿真获得了二倍频器的倍频效率。当入射功率在100 mW时,输出频率在190~225 GHz带内效率大于5%。在小功率(Pin≈100 mW)和大功率(Pin≈300 mW)注入条件下,测试了倍频电路的输出功率和倍频效率。在100 mW驱动功率下采用自偏压测试,最大输出功率为14.5 mW@193 GHz,对应倍频效率为14%;在300mW驱动功率下采用自偏压测试,在188~195 GHz,输出功率大于10mW,最大输出功率为35 mW@192.8 GHz,对应倍频效率为11%。