基于平面工艺的左手非线性传输线倍频器及其制作方法

摘要

本发明涉及一种基于平面工艺的左手非线性传输线倍频器及其制作方法，属于微波电路技术领域。所述制作方法包括以下步骤：在半绝缘衬底上制得肖特基变容二极管，包括重掺杂N型层、N型层、下电极和上电极，N型层在重掺杂N型层上形成台面结构，重掺杂N型层在半绝缘衬底上形成台面结构；在半绝缘衬底上形成电容的下电极和电感的埋层引线；淀积形成介质层；通过刻蚀上电极、下电极、电容的下电极和电感的埋层引线处的介质层，形成窗口；形成电容的下电极、螺旋电感以及连接线。本发明基于平面工艺的左手非线性传输线倍频器的制作方法，采用平面工艺，易于实施，操作简单；易于单片集成，且集成度高；电路稳定性好，可靠性高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种左手非线性传输线倍频器及其制作方法，尤其涉及一种基于平面工艺的左手非线性传输线倍频器及其制作方法，属于微波电路技术领域。

背景技术

左手非线性传输线倍频器是一种通过可变电容、电感等无源元件的非线性产生倍频效果的电路结构。该结构由单个或若干个传输线单元构成，每个单元由串联的可变电容和并联电感构成。与之相对应，传统的非线性传输线单元由串联电感和并联的可变电容构成。相比于传统的非线性传输线，这种左手结构的非线性传输线工作频率更高，适合于微波及毫米波，甚至亚毫米波领域。

传统的左手非线性传输线的制作方法是，在绝缘衬底上将分立元件通过导线或键合线互连起来，并且需要偏置电路、输入波导及输出波导等外围设备。通过这种方法实现的非线性传输线结构复杂，不能批量加工，严重制约了左手非线性传输线的集成度，提高了生产成本。

发明内容

本发明针对通过传统的左手非线性传输线倍频器的制作方法实现的非线性传输线结构复杂，不能批量加工，严重制约了左手非线性传输线的集成度，提高了生产成本的不足，提供了一种基于平面工艺的左手非线性传输线倍频器及其制作方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于平面工艺的左手非线性传输线倍频器的制作方法包括以下步骤：

步骤10：在半绝缘衬底上制得肖特基变容二极管，所述肖特基变容二极管包括设置于所述半绝缘衬底上的重掺杂N型层，设置于所述重掺杂N型层上的N型层和下电极，设置于所述N型层上的上电极，所述N型层在所述重掺杂N型层上形成台面结构，所述重掺杂N型层在所述半绝缘衬底上形成台面结构；

步骤20：在所述半绝缘衬底上通过蒸发金属形成电容的下电极和电感的埋层引线；

步骤30：在形成电容的下电极和电感的埋层引线后的半绝缘衬底上淀积形成介质层；

步骤40：通过刻蚀所述肖特基变容二极管上电极、肖特基变容二极管下电极、电容的下电极和电感的埋层引线处的介质层，形成窗口；

步骤50：通过电镀金属形成电容的上电极、螺旋电感以及连接线。

进一步，所述步骤10具体包括：

步骤10a：在半绝缘衬底上通过外延生长形成重掺杂N型层；

步骤10b：在所述重掺杂N型层上通过外延生长形成N型层；

步骤10c：通过刻蚀减小在所述重掺杂N型层上的N型层的面积，使得所述N型层在所述重掺杂N型层上形成台面结构；

步骤10d：在所述重掺杂N型层和N型层上通过蒸发金属形成下电极和上电极；

步骤10e：通过刻蚀减小在所述半绝缘衬底上的重掺杂N型层的面积，使得所述重掺杂N型层在所述半绝缘衬底上形成台面结构，从而制得肖特基变容二极管。

进一步，所述步骤10c和步骤10e中采用的刻蚀方法为湿法刻蚀。

进一步，所述湿法刻蚀采用的腐蚀液为H₃PO₄/H₂O₂/H₂O混合溶液，其中，H₃PO₄、H₂O₂和H₂O的体积比为2∶3∶30。

进一步，所述步骤10d中在所述重掺杂N型层上通过蒸发形成下电极的步骤具体为：在所述重掺杂N型层上依次蒸发金属Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au，从而形成Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au六层金属结构。

进一步，所述步骤10d中在所述N型层上通过蒸发形成上电极的步骤具体为：在所述N型层上依次蒸发金属Ti、Pt和Au，从而形成Ti/Pt/Au三层金属结构。

进一步，所述步骤20具体为：在所述半绝缘衬底上依次蒸发金属Ti和Au，形成电容的下电极和电感的埋层引线。

进一步，所述步骤30中的介质层为Si₃N₄介质层。

进一步，所述步骤40中采用的刻蚀方法为干法刻蚀。

本发明还提供一种解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于平面工艺的左手非线性传输线倍频器由至少一个传输线单元构成，每个传输线单元包括串联相连的肖特基变容二极管和并联相连的螺旋电感，每个传输线单元的输入端口和输出端口各串联一个隔直电容。

本发明的有益效果是：

1、本发明基于平面工艺的左手非线性传输线倍频器的制作方法，采用平面工艺，易于实施，操作简单。

2、本发明基于平面工艺的左手非线性传输线倍频器的制作方法，易于单片集成，且集成度高。

3、本发明基于平面工艺的左手非线性传输线倍频器的制作方法，电路稳定性好，可靠性高。

附图说明

图1为本发明实施例基于平面工艺的左手非线性传输线倍频器的制作方法流程图；

图2为图1中步骤10a对应的左手非线性传输线倍频器的截面示意图；

图3为图1中步骤10b对应的左手非线性传输线倍频器的截面示意图；

图4为图1中步骤10c对应的左手非线性传输线倍频器的截面示意图；

图5为图1中步骤10d对应的左手非线性传输线倍频器的截面示意图；

图6为图1中步骤10e对应的左手非线性传输线倍频器的截面示意图；

图7为图1中步骤20对应的左手非线性传输线倍频器的截面示意图；

图8为图1中步骤30对应的左手非线性传输线倍频器的截面示意图；

图9为图1中步骤40对应的左手非线性传输线倍频器的截面示意图；

图10为图1中步骤50对应的左手非线性传输线倍频器的截面示意图；

图11为本发明实施例基于平面工艺的左手非线性传输线倍频器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参见图1至图10，本发明实施例提供了一种基于平面工艺的左手非线性传输线倍频器的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：

步骤10：在半绝缘衬底101上制得肖特基变容二极管113，所述肖特基变容二极管113包括设置于所述半绝缘衬底101上的重掺杂N型层102，设置于所述重掺杂N型层102上的N型层103和下电极105，设置于所述N型层103上的上电极104，所述N型层103在所述重掺杂N型层102上形成台面结构，所述重掺杂N型层102在所述半绝缘衬底101上形成台面结构。

所述步骤10具体包括：

步骤10a：在半绝缘衬底101上通过外延生长形成重掺杂N型层102。

步骤10b：在所述重掺杂N型层102上通过外延生长形成N型层103。

步骤10c：通过刻蚀减小在所述重掺杂N型层102上的N型层103的面积，使得所述N型层103在所述重掺杂N型层102上形成台面结构。

采用的刻蚀方法为湿法刻蚀。所述湿法刻蚀采用的腐蚀液为H₃PO₄/H₂O₂/H₂O混合溶液。所述H₃PO₄/H₂O₂/H₂O混合溶液中H₃PO₄、H₂O₂和H₂O的体积比为2∶3∶30。

步骤10d：在所述重掺杂N型层102和N型层103上通过蒸发金属形成下电极105和上电极104。

在所述重掺杂N型层102上通过蒸发形成下电极105的步骤具体为：在所述重掺杂N型层102上依次蒸发金属Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au，从而形成Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au六层金属结构，其中，Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au六层金属的厚度之比Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au＝4∶4∶66∶8∶3∶220。在本实施例中，所述Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au六层金属的厚度依次为40à、40à、660à、80à、30à和2200à。

在所述N型层103上通过蒸发形成上电极104的步骤具体为：在所述N型层103上依次蒸发金属Ti、Pt和Au，从而形成Ti/Pt/Au三层金属结构，其中，Ti、Pt和Au三层金属的厚度之比Ti/Pt/Au＝1∶1∶12。在本实施例中，所述Ti、Pt和Au三层金属的厚度依次为250à、250à和3000à。

步骤10e：通过刻蚀减小在所述半绝缘衬底101上的重掺杂N型层102的面积，使得所述重掺杂N型层102在所述半绝缘衬底101上形成台面结构，从而制得肖特基变容二极管113。

采用的刻蚀方法为湿法刻蚀。所述湿法刻蚀采用的腐蚀液为H₃PO₄/H₂O₂/H₂O混合溶液。所述H₃PO₄/H₂O₂/H₂O混合溶液中H₃PO₄、H₂O₂和H₂O的体积比为2∶3∶30。

步骤20：在所述半绝缘衬底101上通过蒸发金属形成电容的下电极106和电感的埋层引线107。

在所述半绝缘衬底101上依次蒸发金属Ti和Au，从而形成Ti/Au双层金属结构，即形成电容的下电极103和电感的埋层引线107。

步骤30：在形成电容的下电极106和电感的埋层引线107后的半绝缘衬底101上淀积形成介质层108。

所述介质层108为Si₃N₄介质层。

步骤40：通过刻蚀所述肖特基变容二极管上电极104、肖特基变容二极管下电极105、电容的下电极和电感的埋层引线处的介质层108，形成窗口109。

采用的刻蚀方法为干法刻蚀。

步骤50：通过电镀金属形成电容的上电极110、螺旋电感111以及连接线112。

通过电镀金属Au从而形成电容的上电极110、螺旋电感111以及连接线112。

图11为本发明实施例基于平面工艺的左手非线性传输线倍频器的结构示意图。如图11所示，所述倍频器由至少一个传输线单元构成，每个传输线单元包括串联相连的肖特基变容二极管113和并联相连的螺旋电感111，为了抑制直流信号，提高谐波转换效率，每个传输线单元的输入端口和输出端口各串联一个隔直电容。

本发明实施例提供的基于平面工艺的左手非线性传输线倍频器的制作方法，采用平面工艺，易于实施，操作简单；易于单片集成，且集成度高；电路稳定性好，可靠性高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。