一种肖特基二极管的制备方法及装置

技术领域

本申请涉及二极管制备技术领域，具体涉及一种肖特基二极管的制备方法及装置。

背景技术

太赫兹(Terahertz，THz)通常指频率介于0.1THz-10THz，波长介于30μm-3mm之间的电磁波，其频谱位于宏观经典理论向微观量子理论过渡的特殊区域。太赫兹技术主要研究如何产生、探测以及控制太赫兹波，其中产生高频率太赫兹源是目前行业内的研究热点。肖特基二极管由于体积小、易集成等优点，在太赫兹技术中被广泛应用。

行业内常用硅衬底制备肖特基二极管，虽然硅衬底电导率高、价格便宜，但是硅衬底的散热性能比较差，并且存在漏电通道等问题，因此目前常用的肖特基二极管的制备方法制备出来的肖特基二极管损耗较大，很大程度上影响了肖特基二极管的电学性能。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种肖特基二极管的制备方法及装置，用于解决由于硅衬底的散热性能比较差，并且存在漏电通道等问题，因此目前常用的肖特基二极管的制备方法制备出来的肖特基二极管损耗较大，很大程度上影响了肖特基二极管的电学性能的问题。

为实现以上目的，现提出的方案如下：

第一方面，一种肖特基二极管的制备方法，包括：

获取包含硅衬底的外延材料，对所述外延材料进行清洗，并对清洗后的外延材料进行隔离处理，得到隔离外延片；

对所述隔离外延片进行刻蚀，得到第一外延片；

在所述第一外延片的刻蚀区域进行欧姆金属沉积，并剥离形成欧姆金属图形；

在形成所述欧姆金属图形后对所述第一外延片进行高温快速退火，以形成欧姆接触，得到第二外延片；

对所述第二外延片进行光刻处理，并进行肖特基金属沉积，以形成肖特基金属接触，得到第三外延片；

对所述第三外延片的硅衬底进行剥离处理，以得到肖特基二极管。

优选地，述外延材料包括硅衬底，并且所述硅衬底的任一表面上依次设置有高阻缓冲层、重掺氮化镓外延层以及轻掺氮化镓外延层。

优选地，所述重掺氮化镓外延层在所述外延材料中的掺杂浓度为6×10

所述轻掺氮化镓外延层在所述外延材料中的掺杂浓度为4×10

优选地，所述外延材料包括硅衬底，并且所述硅衬底的任一表面上依次设置有高阻缓冲层以及氮化镓异质结材料层；

所述氮化镓异质结材料层的电子迁移率为1968cm

优选地，所述对所述外延材料进行清洗，包括：

利用丙酮、异丙醇和去离子水所述外延材料依次进行清洗。

优选地，所述对清洗后的外延材料进行隔离处理，得到隔离外延片，包括：

对清洗后的外延材料进行深刻蚀，并刻蚀到预设的所述外延材料的第一目标材料层，以形成相互隔离的各个外延台面；

采用空气桥将各个所述外延台面进行连接，以形成各个隔离器件，得到隔离外延片。

优选地，所述对所述隔离外延片进行刻蚀，得到第一外延片，包括：

对所述隔离外延片的第二目标材料层进行刻蚀；

对刻蚀后的隔离外延片进行酸处理，得到第一外延片。

优选地，在对所述第三外延片的硅衬底进行剥离处理，以得到肖特基二极管之前，还包括：

在所述第三外延片上涂覆一层正性光刻胶；

在光刻显影后利用电镀的方法在所述第三外延片的显影区域上电镀一层金属；

对电镀后的第三外延片进行空气桥连接处理。

优选地，所述对所述第三外延片的硅衬底进行剥离处理，以得到肖特基二极管，包括：

对所述第三外延片中的硅衬底进行剥离处理，其中，所述剥离处理的方式包括：减薄、激光剥离、化学腐蚀等。

第二方面，一种肖特基二极管的制备装置，包括：

清洗隔离单元，用于获取包含硅衬底的外延材料，对所述外延材料进行清洗，并对清洗后的外延材料进行隔离处理，得到隔离外延片；

刻蚀单元，用于对所述隔离外延片进行刻蚀，得到第一外延片；

欧姆金属沉积单元，用于在所述第一外延片的刻蚀区域进行欧姆金属沉积，并剥离形成欧姆金属图形；

欧姆接触单元，用于在形成所述欧姆金属图形后对所述第一外延片进行高温快速退火，以形成欧姆接触，得到第二外延片；

肖特基金属接触单元，用于对所述第二外延片进行光刻处理，并进行肖特基金属沉积，以形成肖特基金属接触，得到第三外延片；

剥离处理单元，用于对所述第三外延片的硅衬底进行剥离处理，以得到肖特基二极管。

从上述技术方案可以看出，本申请通过获取包含硅衬底的外延材料，对所述外延材料进行清洗，并对清洗后的外延材料进行隔离处理，得到隔离外延片；对所述隔离外延片进行刻蚀，得到第一外延片；在所述第一外延片的刻蚀区域进行欧姆金属沉积，并剥离形成欧姆金属图形；在形成所述欧姆金属图形后对所述第一外延片进行高温快速退火，以形成欧姆接触，得到第二外延片；对所述第二外延片进行光刻处理，并进行肖特基金属沉积，以形成肖特基金属接触，得到第三外延片；对所述第三外延片的硅衬底进行剥离处理，以得到肖特基二极管。该方案通过对包含硅衬底的外延材料进行清洗、隔离、刻蚀、欧姆金属沉积、欧姆接触、光刻处理得到性能良好的外延片，并且最后对得到的外延片进行衬底剥离处理，可以直接消除硅衬底本身对肖特基二极管带来的损耗，得到电学特性优异、损耗小的肖特基二极管。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种肖特基二极管的制备方法的可选流程图；

图2为本申请实施例提供的一种外延材料的横截面结构图；

图3为本申请实施例提供的另一种外延材料的横截面结构图；

图4为本申请实施例提供的外延材料在制备肖特基二极管过程中各个阶段的横截面结构图；

图5为本申请实施例提供的一种肖特基二极管的横截面结构图；

图6为本申请实施例提供的一种肖特基二极管的制备装置的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种肖特基二极管的制备设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

太赫兹(Terahertz，THz)通常指频率介于0.1THz-10THz，波长介于30μm-3mm之间的电磁波，其频谱位于宏观经典理论向微观量子理论过渡的特殊区域。太赫兹具有好多区别于其他电磁波的特殊性质，如频率高、宽带大、波束发散角小、透射性强、生物兼容性好等等。由于其独特的光学和电学特性，太赫兹技术在天体物理学、生物医学、无损检测、保密通信、爆炸物检测、人体安检、火灾检测和国防安全等领域具有广阔的应用前景。太赫兹技术主要研究如何产生、探测以及控制太赫兹波，其中产生高频率太赫兹源是目前行业内的研究热点。肖特基二极管(SBD)由于体积小、易集成、结构简单、常温下可工作等优点，在太赫兹技术中被广泛应用。

传统的基于GaAs(砷化镓)的SBD已经取得了应用阶段，但由于GaAs材料本身的特性导致其在大功率太赫兹技术应用中受限。与GaAs材料相比，GaN(氮化镓)具有大带隙宽度、强击穿电场和高饱和电子迁移速度等优异特性，适合制备较大输出功率的肖特基倍频二极管，有望改变GaAs的功率密度低的现状，提高太赫兹波段的功率处理能力，拓展应用领域。

行业内常用硅衬底制备肖特基二极管，虽然硅衬底电导率高、价格便宜，然而，以硅衬底作为基本材料制备太赫兹器件来说，一方面，在大功率微波下，散热性能比较差，另一方面，由于硅和GaN的晶格失配大，存在漏电通道等问题，因此目前常用的肖特基二极管的制备方法制备出来的肖特基二极管损耗较大，很大程度上影响了肖特基二极管的电学性能。

为了减小吸收、散热和传输损耗，现如今常常依靠优化材料选择、抗反射涂层等来解决上述问题，虽然这些方法可以减少太赫兹器件的内部损耗，但是太赫兹频段的特殊性使得材料制备更加复杂和昂贵，其次，这些方法通常依赖于具体地应用场景，其稳定性将会受到挑战，最重要的是，硅衬底本身带来的损耗问题还是存在的。

为了解决上述现有技术的缺陷，本发明实施例提供一种肖特基二极管的制备方法，该方法可以应用在各种计算机终端或是智能终端中，其执行主体可以为计算机终端或是智能终端的处理器或服务器，所述方法的方法流程图如图1所示，具体包括：

S1：获取包含硅衬底的外延材料，对所述外延材料进行清洗，并对清洗后的外延材料进行隔离处理，得到隔离外延片。

本申请利用包含硅衬底的外延材料进行肖特基二极管的制备，那么首先获取到包含硅衬底的外延材料后，由于其表面会有一些杂质，若不去除会影响制备出来的肖特基二极管的精度和性能，因此可以在获取到外延材料后，对外延材料进行清洗。

清洗后，对外延材料进行隔离处理，可以理解的是，该过程是将外延材料按器件进行隔离，把一个肖特基二极管或者一个肖特基二极管链作为一个独立的单元，以形成一个个的隔离器件，从而得到隔离外延片。

S2：对所述隔离外延片进行刻蚀，得到第一外延片。

隔离处理完成后，对其进行刻蚀操作，可以采用ICP刻蚀的技术。ICP刻蚀是一种被广泛使用的技术，可提供高速率、高选择比以及低损伤的刻蚀，等离子体能够在低气压下保持稳定，因此能够更好地控制刻蚀形貌。

对隔离外延片进行刻蚀操作能降低制备过程中产生的电阻。

S3：在所述第一外延片的刻蚀区域进行欧姆金属沉积，并剥离形成欧姆金属图形。

需要注意的是，本申请中是在对外延材料进行欧姆金属沉积之前对其进行刻蚀操作，以此来降低电阻。为了更好的形成欧姆接触，并使电阻更小，可以根据实际情况或具体需求来决定刻蚀的深度，本实施例对此不作限制。

对第一外延片的欧姆金属沉积是在其刻蚀区域进行的，并剥离形成欧姆金属图形。

S4：在形成所述欧姆金属图形后对所述第一外延片进行高温快速退火，以形成欧姆接触，得到第二外延片。

上述步骤S3在第一外延片上形成欧姆金属图形后，本步骤可以进行高温快速退火，进而形成欧姆接触，得到第二外延片。高温快速退火使金属形成合金，可以减少杂质的再分布，进而减小欧姆接触电阻。

S5：对所述第二外延片进行光刻处理，并进行肖特基金属沉积，以形成肖特基金属接触，得到第三外延片。

在欧姆接触完成后，需要进行肖特基金属接触工艺制备，才能得到肖特基二极管，因此对第二外延片进行光刻处理，并进行肖特基金属沉积，从而形成肖特基金属接触，得到第三外延片。

S6：对所述第三外延片的硅衬底进行剥离处理，以得到肖特基二极管。

最后，对第三外延片的硅衬底进行剥离处理，在剥离处理之前，可以首先对第三外延片的表面进行一定的保护措施，防止第三外延片上除硅衬底外的其他材料结构也被剥离掉。

对硅衬底进行剥离处理后，可以在第三外延片的底部形成薄膜结构，最终得到的肖特基二极管损耗低，且易于散热，提高了肖特基二极管的电学性能性，使肖特基二极管能在大功率领域内广泛应用。

从上述技术方案可以看出，本申请通过获取包含硅衬底的外延材料，对所述外延材料进行清洗，并对清洗后的外延材料进行隔离处理，得到隔离外延片；对所述隔离外延片进行刻蚀，得到第一外延片；在所述第一外延片的刻蚀区域进行欧姆金属沉积，并剥离形成欧姆金属图形；在形成所述欧姆金属图形后对所述第一外延片进行高温快速退火，以形成欧姆接触，得到第二外延片；对所述第二外延片进行光刻处理，并进行肖特基金属沉积，以形成肖特基金属接触，得到第三外延片；对所述第三外延片的硅衬底进行剥离处理，以得到肖特基二极管。该方案通过对包含硅衬底的外延材料进行清洗、隔离、刻蚀、欧姆金属沉积、光刻处理得到性能良好的外延片，并且最后对得到的外延片进行衬底剥离处理，可以直接消除硅衬底本身对肖特基二极管带来的损耗，得到电学特性优异、损耗小的肖特基二极管。

本发明实施例提供的方法中，用来制备肖特基二极管所用的外延材料本身是包含硅衬底的，本申请除了提供了肖特基二极管的制备方法，还提供了两种外延材料的结构设计，分别是：

(一)包含四层结构。

除了硅衬底外，硅衬底的任一表面上依次设置有高阻缓冲层、重掺氮化镓外延层以及轻掺氮化镓外延层。如图2所示，该外延材料的结构自下而上层叠为硅衬底层(Substrate)、高阻缓冲层(HR buffer)、重掺氮化镓外延层(n

其中，重掺氮化镓外延层在所述外延材料中的掺杂浓度为6×10

所述轻掺氮化镓外延层在所述外延材料中的掺杂浓度为4×10

(二)包含五层结构。

除了硅衬底外，硅衬底的任一表面上依次设置有高阻缓冲层以及氮化镓异质结材料层。如图3所示，该外延材料的结构自下而上依次层叠硅衬底层、高阻缓冲层以及氮化镓异质结材料层。氮化镓异质结材料层包含三层结构，自上而下分别为氮化铝镓层、二维电子气层和氮化镓层(i-GaN)。

其中，氮化镓异质结材料层的电子迁移率为1968cm

可选的，可以利用丙酮、异丙醇和去离子水所述外延材料依次进行清洗，具体地，先用丙酮去除外延片表面残留的污染物，接着用异丙醇对丙酮进行溶解，最后用去离子水进行冲洗，将异丙醇处理干净。下述实施例对本申请中的肖特基二极管的制备过程进行详细说明，本实施例采用上述包含四层结构的外延材料来制备肖特基二极管，具体请参考图4，如图4所示：

图4(a)为清洗后的外延材料，对清洗后的外延材料进行深刻蚀，并刻蚀到预设的所述外延材料的第一目标材料层，本申请中将外延材料的高阻缓冲层作为第一目标材料层，以形成相互隔离的两个外延台面。

采用空气桥将各个所述外延台面进行连接，以形成各个隔离器件，得到隔离外延片，如图4(b)所示。

对所述隔离外延片的第二目标材料层进行刻蚀，为了能使重掺层与金属形成更加良好的欧姆接触，电阻更小，因此本申请将外延材料的轻掺氮化镓外延层作为第二目标材料层。

考虑到刻蚀会对外延材料造成一定程度的损伤，因此对刻蚀后的隔离外延片进行酸处理，以达到保护的效果，从而得到第一外延片，如图4(c)所示。

接下来对第一外延片的刻蚀区域进行欧姆金属沉积，并剥离形成欧姆金属图形后，进行高温快速退火，进而形成欧姆接触，得到第二外延片，如图4(d)中的标识5。

下面对第二外延片进行光刻处理，并在光刻处理后进行肖特基进出沉积，从而形成肖特基金属接触，得到第三外延片，如图4(e)中的标识6所示。

为了能更好地提高最终得到的肖特基二极管的电学特性，此时将光刻胶进行保留，并在第三外延片上涂覆一层正性光刻胶，并在光刻显影后，利用电化学电镀的方法在显影区域电镀上一层1μm左右厚的金属，然后采用空气桥进行连接，得到如图4(f)所示的未进行衬底剥离的肖特基二极管。

最后对硅衬底进行剥离处理，留下器件功能结构，形成一种低损耗的薄膜太赫兹肖特基二极管器件，如图4(g)所示。其中，标识5为肖特基二极管的阴极，标识6为肖特基二极管的阳极，标识6和标识7构成空气桥结构，构建空气桥结构能够有效较低肖特基二极管的各种寄生接触参数，提高电学性能。

剥离处理的方式包括：减薄、激光剥离、化学腐蚀等，本实施例对此不作限制。

在本申请提供的另一个实施例中，采用上述包含五层结构的外延材料来制备肖特基二极管的过程，与上述采用包含四层结构的外延材料来制备肖特基二极管过程的区别在于欧姆金属沉积之前不进行刻蚀操作，因此采用上述包含五层结构的外延材料来制备的肖特基二极管可以参考图5。

与图1所述的方法相对应，本发明实施例还提供了肖特基二极管的制备装置，用于对图1中方法的具体实现，本发明实施例提供的肖特基二极管的制备装置可以在计算机终端或各种移动设备中，结合图6，对肖特基二极管的制备装置进行介绍，如图6所示，该装置可以包括：

清洗隔离单元10，用于获取包含硅衬底的外延材料，对所述外延材料进行清洗，并对清洗后的外延材料进行隔离处理，得到隔离外延片；

刻蚀单元20，用于对所述隔离外延片进行刻蚀，得到第一外延片；

欧姆金属沉积单元30，用于在所述第一外延片的刻蚀区域进行欧姆金属沉积，并剥离形成欧姆金属图形；

欧姆接触单元40，用于在形成所述欧姆金属图形后对所述第一外延片进行高温快速退火，以形成欧姆接触，得到第二外延片；

肖特基金属接触单元50，用于对所述第二外延片进行光刻处理，并进行肖特基金属沉积，以形成肖特基金属接触，得到第三外延片；

剥离处理单元60，用于对所述第三外延片的硅衬底进行剥离处理，以得到肖特基二极管。

从上述技术方案可以看出，本申请通过获取包含硅衬底的外延材料，对所述外延材料进行清洗，并对清洗后的外延材料进行隔离处理，得到隔离外延片；对所述隔离外延片进行刻蚀，得到第一外延片；在所述第一外延片的刻蚀区域进行欧姆金属沉积，并剥离形成欧姆金属图形；在形成所述欧姆金属图形后对所述第一外延片进行高温快速退火，以形成欧姆接触，得到第二外延片；对所述第二外延片进行光刻处理，并进行肖特基金属沉积，以形成肖特基金属接触，得到第三外延片；对所述第三外延片的硅衬底进行剥离处理，以得到肖特基二极管。该方案通过对包含硅衬底的外延材料进行清洗、隔离、刻蚀、欧姆金属沉积、欧姆接触、光刻处理得到性能良好的外延片，并且最后对得到的外延片进行衬底剥离处理，可以直接消除硅衬底本身对肖特基二极管带来的损耗，得到电学特性优异、损耗小的肖特基二极管。

更进一步地，本申请实施例提供了一种肖特基二极管的制备设备。可选的，图7示出了肖特基二极管的制备设备的硬件结构框图，参照图7，肖特基二极管的制备设备的硬件结构可以包括：至少一个处理器01，至少一个通信接口02，至少一个存储器03和至少一个通信总线04。

在本申请实施例中，处理器01、通信接口02、存储器03、通信总线04的数量为至少一个，且处理器01、通信接口02、存储器03通过通信总线04完成相互间的通信。

处理器01可以是一个中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等。

存储器03可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)等，例如至少一个磁盘存储器。

其中，存储器存储有程序，处理器可调用存储器存储的程序，程序用于执行下述肖特基二极管的制备方法，包括：

获取包含硅衬底的外延材料，对所述外延材料进行清洗，并对清洗后的外延材料进行隔离处理，得到隔离外延片；

对所述隔离外延片进行刻蚀，得到第一外延片；

在所述第一外延片的刻蚀区域进行欧姆金属沉积，并剥离形成欧姆金属图形；

在形成所述欧姆金属图形后对所述第一外延片进行高温快速退火，以形成欧姆接触，得到第二外延片；

对所述第二外延片进行光刻处理，并进行肖特基金属沉积，以形成肖特基金属接触，得到第三外延片；

对所述第三外延片的硅衬底进行剥离处理，以得到肖特基二极管。

可选的，程序的细化功能和扩展功能可参照方法实施例中的肖特基二极管的制备方法的描述。

本申请实施例还提供一种存储介质，该存储介质可存储有适于处理器执行的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行下述肖特基二极管的制备方法，包括：

获取包含硅衬底的外延材料，对所述外延材料进行清洗，并对清洗后的外延材料进行隔离处理，得到隔离外延片；

对所述隔离外延片进行刻蚀，得到第一外延片；

在所述第一外延片的刻蚀区域进行欧姆金属沉积，并剥离形成欧姆金属图形；

在形成所述欧姆金属图形后对所述第一外延片进行高温快速退火，以形成欧姆接触，得到第二外延片；

对所述第二外延片进行光刻处理，并进行肖特基金属沉积，以形成肖特基金属接触，得到第三外延片；

对所述第三外延片的硅衬底进行剥离处理，以得到肖特基二极管。

具体地，该存储介质可以是一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。

可选的，程序的细化功能和扩展功能可参照方法实施例中的肖特基二极管的制备方法的描述。

另外，在本公开各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本公开的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，直播设备，或者网络设备等)执行本公开各个实施例方法的全部或部分步骤。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。