專利名稱：基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種左手非線性傳輸線倍頻器及其制作方法，尤其涉及一種基于平面 工藝的左手非線性傳輸線倍頻器及其制作方法，屬于微波電路技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
左手非線性傳輸線倍頻器是一種通過(guò)可變電容、電感等無(wú)源元件的非線性產(chǎn)生倍 頻效果的電路結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由單個(gè)或若干個(gè)傳輸線單元構(gòu)成，每個(gè)單元由串聯(lián)的可變電容 和并聯(lián)電感構(gòu)成。與之相對(duì)應(yīng)，傳統(tǒng)的非線性傳輸線單元由串聯(lián)電感和并聯(lián)的可變電容構(gòu) 成。相比于傳統(tǒng)的非線性傳輸線，這種左手結(jié)構(gòu)的非線性傳輸線工作頻率更高，適合于微波 及毫米波，甚至亞毫米波領(lǐng)域。傳統(tǒng)的左手非線性傳輸線的制作方法是，在絕緣襯底上將分立元件通過(guò)導(dǎo)線或鍵 合線互連起來(lái)，并且需要偏置電路、輸入波導(dǎo)及輸出波導(dǎo)等外圍設(shè)備。通過(guò)這種方法實(shí)現(xiàn)的 非線性傳輸線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能批量加工，嚴(yán)重制約了左手非線性傳輸線的集成度，提高了生 產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)通過(guò)傳統(tǒng)的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法實(shí)現(xiàn)的非線性傳輸 線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能批量加工，嚴(yán)重制約了左手非線性傳輸線的集成度，提高了生產(chǎn)成本的不 足，提供了一種基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器及其制作方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種基于平面工藝的左手非線性傳輸 線倍頻器的制作方法包括以下步驟步驟10 在半絕緣襯底上制得肖特基變?nèi)荻O管，所述肖特基變?nèi)荻O管包括設(shè) 置于所述半絕緣襯底上的重?fù)诫sN型層，設(shè)置于所述重?fù)诫sN型層上的N型層和下電極，設(shè) 置于所述N型層上的上電極，所述N型層在所述重?fù)诫sN型層上形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，所述重?fù)诫s N型層在所述半絕緣襯底上形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)；步驟20 在所述半絕緣襯底上通過(guò)蒸發(fā)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后的半絕緣襯底上淀積形成介 質(zhì)層；步驟40 通過(guò)刻蝕所述肖特基變?nèi)荻O管上電極、肖特基變?nèi)荻O管下電極、電 容的下電極和電感的埋層引線處的介質(zhì)層，形成窗口 ；步驟50 通過(guò)電鍍金屬形成電容的上電極、螺旋電感以及連接線。進(jìn)一步，所述步驟10具體包括步驟IOa 在半絕緣襯底上通過(guò)外延生長(zhǎng)形成重?fù)诫sN型層；步驟IOb 在所述重?fù)诫sN型層上通過(guò)外延生長(zhǎng)形成N型層；步驟IOc 通過(guò)刻蝕減小在所述重?fù)诫sN型層上的N型層的面積，使得所述N型層在所述重?fù)诫sN型層上形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)；步驟IOd 在所述重?fù)诫sN型層和N型層上通過(guò)蒸發(fā)金屬形成下電極和上電極；步驟IOe 通過(guò)刻蝕減小在所述半絕緣襯底上的重?fù)诫sN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(tái)面結(jié)構(gòu)，從而制得肖特基變?nèi)荻O管。進(jìn)一步，所述步驟IOc和步驟IOe中采用的刻蝕方法為濕法刻蝕。進(jìn)一步，所述濕法刻蝕采用的腐蝕液為Η3Ρ04/Η202/Η20混合溶液，其中，H3PO4, H2O2 和H2O的體積比為2 3 30。進(jìn)一步，所述步驟IOd中在所述重?fù)诫sN型層上通過(guò)蒸發(fā)形成下電極的步驟具體 為在所述重?fù)诫sN型層上依次蒸發(fā)金屬Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au，從而形成Ni/Ge/Au/Ge/ Ni/Au六層金屬結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述步驟IOd中在所述N型層上通過(guò)蒸發(fā)形成上電極的步驟具體為在所 述N型層上依次蒸發(fā)金屬Ti、Pt和Au，從而形成Ti/Pt/Au三層金屬結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述步驟20具體為在所述半絕緣襯底上依次蒸發(fā)金屬Ti和Au，形成電 容的下電極和電感的埋層引線。進(jìn)一步，所述步驟30中的介質(zhì)層為Si3N4介質(zhì)層。進(jìn)一步，所述步驟40中采用的刻蝕方法為干法刻蝕。本發(fā)明還提供一種解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種基于平面工藝的左手 非線性傳輸線倍頻器由至少一個(gè)傳輸線單元構(gòu)成，每個(gè)傳輸線單元包括串聯(lián)相連的肖特基 變?nèi)荻O管和并聯(lián)相連的螺旋電感，每個(gè)傳輸線單元的輸入端口和輸出端口各串聯(lián)一個(gè)隔 直電容。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法，采用平面工藝， 易于實(shí)施，操作簡(jiǎn)單。2、本發(fā)明基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法，易于單片集成， 且集成度高。3、本發(fā)明基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法，電路穩(wěn)定性好， 可靠性高。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法流程 圖；圖2為圖1中步驟IOa對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的左手非線性傳輸線倍頻器的截面示意圖；圖11為本發(fā)明實(shí)施例基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。參見圖1至圖10，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍 頻器的制作方法，所述制作方法包括以下步驟步驟10 在半絕緣襯底101上制得肖特基變?nèi)荻O管113，所述肖特基變?nèi)荻O管 113包括設(shè)置于所述半絕緣襯底101上的重?fù)诫sN型層102，設(shè)置于所述重?fù)诫sN型層102 上的N型層103和下電極105，設(shè)置于所述N型層103上的上電極104，所述N型層103在 所述重?fù)诫sN型層102上形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，所述重?fù)诫sN型層102在所述半絕緣襯底101上 形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)。所述步驟10具體包括步驟IOa 在半絕緣襯底101上通過(guò)外延生長(zhǎng)形成重?fù)诫sN型層102。步驟IOb 在所述重?fù)诫sN型層102上通過(guò)外延生長(zhǎng)形成N型層103。步驟IOc 通過(guò)刻蝕減小在所述重?fù)诫sN型層102上的N型層103的面積，使得所 述N型層103在所述重?fù)诫sN型層102上形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)。采用的刻蝕方法為濕法刻蝕。所述濕法刻蝕采用的腐蝕液為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?fù)诫sN型層102和N型層103上通過(guò)蒸發(fā)金屬形成下電極105 和上電極104。在所述重?fù)诫sN型層102上通過(guò)蒸發(fā)形成下電極105的步驟具體為在所述重?fù)?雜N型層102上依次蒸發(fā)金屬Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au，從而形成Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au六 層金屬結(jié)構(gòu)，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(shí)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(guò)蒸發(fā)形成上電極104的步驟具體為在所述N型層103 上依次蒸發(fā)金屬Ti、Pt和Au，從而形成Ti/Pt/Au三層金屬結(jié)構(gòu)，其中，Ti、Pt和Au三層金 屬的厚度之比Ti/Pt/Au = 1 1 12。在本實(shí)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(guò)刻蝕減小在所述半絕緣襯底101上的重?fù)诫sN型層102的面積，使 得所述重?fù)诫sN型層102在所述半絕緣襯底101上形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，從而制得肖特基變?nèi)荻?極管113。采用的刻蝕方法為濕法刻蝕。所述濕法刻蝕采用的腐蝕液為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(guò)蒸發(fā)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(fā)金屬Ti和Au，從而形成Ti/Au雙層金屬結(jié)構(gòu)，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后的半絕緣襯底101上 淀積形成介質(zhì)層108。所述介質(zhì)層108為Si3N4介質(zhì)層。步驟40 通過(guò)刻蝕所述肖特基變?nèi)荻O管上電極104、肖特基變?nèi)荻O管下電極 105、電容的下電極和電感的埋層引線處的介質(zhì)層108，形成窗口 109。采用的刻蝕方法為干法刻蝕。步驟50 通過(guò)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(guò)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(fā)明實(shí)施例基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的結(jié)構(gòu)示意圖。 如圖11所示，所述倍頻器由至少一個(gè)傳輸線單元構(gòu)成，每個(gè)傳輸線單元包括串聯(lián)相連的肖 特基變?nèi)荻O管113和并聯(lián)相連的螺旋電感111，為了抑制直流信號(hào)，提高諧波轉(zhuǎn)換效率， 每個(gè)傳輸線單元的輸入端口和輸出端口各串聯(lián)一個(gè)隔直電容。本發(fā)明實(shí)施例提供的基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法，采用 平面工藝，易于實(shí)施，操作簡(jiǎn)單；易于單片集成，且集成度高；電路穩(wěn)定性好，可靠性高。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法，其特征在于，所述制作 方法包括以下步驟步驟10 在半絕緣襯底(101)上制得肖特基變?nèi)荻O管(113)，所述肖特基變?nèi)荻O管 (113)包括設(shè)置于所述半絕緣襯底(101)上的重?fù)诫sN型層(102)，設(shè)置于所述重?fù)诫sN型 層(102)上的N型層(103)和下電極(105)，設(shè)置于所述N型層(103)上的上電極(104)， 所述N型層(10 在所述重?fù)诫sN型層(10 上形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，所述重?fù)诫sN型層(102) 在所述半絕緣襯底(101)上形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)；步驟20 在所述半絕緣襯底(101)上通過(guò)蒸發(fā)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)后的半絕緣襯底(101) 上淀積形成介質(zhì)層(108)；步驟40:通過(guò)刻蝕所述肖特基變?nèi)荻O管上電極(104)、肖特基變?nèi)荻O管下電極 (105)、電容的下電極和電感的埋層引線處的介質(zhì)層(108)，形成窗口(109)；步驟50 通過(guò)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(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法，其特 征在于，所述步驟10具體包括步驟IOa:在半絕緣襯底(101)上通過(guò)外延生長(zhǎng)形成重?fù)诫sN型層(102)； 步驟IOb 在所述重?fù)诫sN型層(10 上通過(guò)外延生長(zhǎng)形成N型層(103)； 步驟IOc:通過(guò)刻蝕減小在所述重?fù)诫sN型層(10 上的N型層(10 的面積，使得所 述N型層(10 在所述重?fù)诫sN型層(10 上形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)；步驟IOd:在所述重?fù)诫sN型層(102)和N型層(103)上通過(guò)蒸發(fā)金屬形成下電極 (105)和上電極(104)；步驟IOe 通過(guò)刻蝕減小在所述半絕緣襯底(101)上的重?fù)诫sN型層(10 的面積，使 得所述重?fù)诫sN型層(10 在所述半絕緣襯底(101)上形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，從而制得肖特基變 容二極管(113)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法，其特 征在于，所述步驟IOc和步驟IOe中采用的刻蝕方法為濕法刻蝕。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法，其特 征在于，所述濕法刻蝕采用的腐蝕液為H3P04/H202/H20混合溶液，其中，H3P04、H202和H20 的體積比為2 3 30。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法，其特 征在于，所述步驟IOd中在所述重?fù)诫sN型層(10 上通過(guò)蒸發(fā)形成下電極(10 的步驟 具體為在所述重?fù)诫sN型層(10 上依次蒸發(fā)金屬Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au，從而形成Ni/ Ge/Au/Ge/Ni/Au六層金屬結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法，其特 征在于，所述步驟IOd中在所述N型層(10 上通過(guò)蒸發(fā)形成上電極(104)的步驟具體為 在所述N型層(103)上依次蒸發(fā)金屬11、？丨和411，從而形成11/^/^11三層金屬結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法，其特 征在于，所述步驟20具體為在所述半絕緣襯底(101)上依次蒸發(fā)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(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法，其特 征在于，所述步驟30中的介質(zhì)層(108)為Si3N4介質(zhì)層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法，其特 征在于，所述步驟40中采用的刻蝕方法為干法刻蝕。
10.一種基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器，其特征在于，所述倍頻器由至少一 個(gè)傳輸線單元構(gòu)成，每個(gè)傳輸線單元包括串聯(lián)相連的肖特基變?nèi)荻O管(113)和并聯(lián)相連 的螺旋電感(111)，每個(gè)傳輸線單元的輸入端口和輸出端口各串聯(lián)一個(gè)隔直電容。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器及其制作方法，屬于微波電路技術(shù)領(lǐng)域。所述制作方法包括以下步驟在半絕緣襯底上制得肖特基變?nèi)荻O管，包括重?fù)诫sN型層、N型層、下電極和上電極，N型層在重?fù)诫sN型層上形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)，重?fù)诫sN型層在半絕緣襯底上形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)；在半絕緣襯底上形成電容的下電極和電感的埋層引線；淀積形成介質(zhì)層；通過(guò)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(zhì)層，形成窗口；形成電容的下電極、螺旋電感以及連接線。本發(fā)明基于平面工藝的左手非線性傳輸線倍頻器的制作方法，采用平面工藝，易于實(shí)施，操作簡(jiǎn)單；易于單片集成，且集成度高；電路穩(wěn)定性好，可靠性高。
文檔編號(hào)H01L27/13GK102088003SQ20091031097
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者張海英, 楊浩, 田超, 董軍榮, 黃杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所