低电阻GaN基太赫兹空气桥结构平面肖特基二极管

提出了通过增大欧姆接触电极包围角提高GaN基太赫兹肖特基二极管的截止频率的方法,该方法减小了空气桥结构平面肖特基二极管的串联电阻,进而提高了器件的截止频率.设计并制备了不同欧姆接触电极包围角的空气桥结构平面肖特基二极管,通过对器件Ⅰ-Ⅴ特性及C-V特性的测量,可知随着欧姆接触电极包围角的增大,肖特基二极管的串联电阻减小,而肖特基二极管的总电容并没有受影响.欧姆接触电极全包围结构的肖特基二极管截止频率为264 GHz,约为欧姆接触电极包围角为180°器件的1.6倍.     

基于肖特基二极管的太赫兹二倍频器设计

固态倍频器是太赫兹源应用中的关键器件,如何利用非线性器件提高太赫兹倍频器件的效率是设计太赫兹固态电路的关键。本文介绍了利用肖特基二极管非线性特性设计固态太赫兹二倍频器的2种方法,即采用直接阻抗匹配和传输模式匹配设计了2种不同拓扑结构的170 GHz二倍频器,针对设计的结构模型,分别进行三维有限元电磁仿真和非线性谐波平衡仿真。仿真结果表明,在17 dBm输入功率的驱动下,倍频器在160 GHz~180 GHz输出频率范围内,倍频效率在15%左右,输出功率大于7 mW。最后对2种方法设计的倍频器结构进行了简单对比和分析,为今后太赫兹倍频研究和设计提供仿真方法。     

太赫兹平面肖特基二极管参数模型

根据太赫兹平面肖特基二极管物理结构,在理想二极管SPICE参数模型的基础上建立了二极管小信号等效电路模型。依据该二极管等效电路模型设计了基于共面波导（CPW）去嵌方法的二极管S参数在片测试结构,并对其在0.1~50 GHz、75~110 GHz频率范围内进行了高频小信号测试,利用测试结果提取了高频下二极管电路模型中各部分电容、电阻以及电感参数。将相应的高频下电容与电阻参数分别与低频经验公式电容值和直流I-V测试提取的电阻值进行了对比,并利用仿真手段对高频参数模型进行了验证。完整的参数模型以及测试手段相较于理想二极管SPICE模型和传统的参数提取方法可以更为准确地表征器件在高频下的工作状态。该建模思路可用于太赫兹频段非线性电路的优化设计。     

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SiO2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0.8×10-7 ?/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GaAs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。     

基于肖特基二极管的太赫兹功率探头研究

目前的太赫兹功率探头主要采用热敏电阻和热电偶作为功率检测器件,测量速度较慢。肖特基二极管具有较快 的检波速度,但是在太赫兹频段检波灵敏度降低,功率检测实现的难度很大,本文对基于肖特基二极管的太赫兹功率探 头设计技术进行研究,采用双平衡检波、渐变波导匹配、小信号斩波放大、温度补偿等技术,实现了肖特基二极管在太 赫兹频段的高灵敏度、高稳定性功率检测,试验结果表明：0.11THz~0.325THz 频段端口驻波比优于1.35,灵敏度优于 -40dBm。     

基于肖特基二极管的太赫兹功率探头研究

目前的太赫兹功率探头主要采用热敏电阻和热电偶作为功率检测器件,测量速度较慢。肖特基二极管具有较快的检波速度,但是在太赫兹频段检波灵敏度降低,功率检测实现的难度很大,本文对基于肖特基二极管的太赫兹功率探头设计技术进行研究,采用双平衡检波、渐变波导匹配、小信号斩波放大、温度补偿等技术,实现了肖特基二极管在太赫兹频段的高灵敏度、高稳定性功率检测,试验结果表明:0.11THz~0.325THz频段端口驻波比优于1.35,灵敏度优于-40d Bm。     

高截止频率肖特基二极管仿真模型研究

基于表面沟道型平面肖特基势垒二极管基本结构,采用GaAs 0.15μm伪高电子迁移率晶体管（pseudomorphic high electron mobility transistors, pHEMT）工艺制程,提出了一种垂直沟道长跨度空气桥的肖特基二极管模型.研究了不同阳极直径对肖特基二极管级联电阻的影响,对比分析了不同焊盘间距下肖特基二极管模型的S参数仿真结果,得到最优空气桥长度;仿真了最优焊盘间距下二极管肖特基结的TCAD模型,根据仿真得到的特性曲线提取肖特基二极管的SPICE参数.经实验测试,该二极管具有极低的零偏置结电容,截止频率高达9 THz,仿真结果与实测结果吻合度较高,可用于太赫兹频段上.     

T形阳极太赫兹GaAs肖特基二极管的设计与制备

通过对平面形太赫兹肖特基二极管的结构与寄生参数的分析优化,设计并研制了适用于太赫兹频段的不同阳极直径的管芯。管芯为小尺寸设计,采用双层胶电子束直写技术制作T形阳极,阳极剥离后采用100nm的SiO_2介质进行钝化保护,比传统工艺约500nm的SiO_2介质大幅降低,有效降低了器件寄生电容,研制出截止频率f_T(C_(j0))8THz、f_T(C_(total))3.9THz的管芯。通过直流I-V测试和小信号S参数测试提取管芯参数,并分析对比了不同阳极直径管芯的性能参数。     

太赫兹肖特基二极管噪声电压的理论研究

在太赫兹焦平面成像等系统中,GaAs肖特基二极管作为太赫兹检测的核心器件,其噪声特性直接影响太赫兹探测系统的灵敏度。讨论了GaAs肖特基二极管在不同直流偏压下加载给负载的热噪声电压、散粒噪声电压、总噪声电压,并给出了相应的解析解。同时,建模模拟了太赫兹混频前端,并利用谐波平衡法对理论公式进行了对比验证。对太赫兹像元与阵列芯片的噪声机理以及提高芯片的噪声性能研究,改善芯片噪声特性,从而提高太赫兹焦平面成像系统灵敏度具有重要意义和作用。     

用于太赫兹成像的CMOS肖特基二极管三维结构

提出了一种简单、科学、有效的高截止频率肖特基势垒二极管设计方法。通过SMIC 180 nm工艺制备的肖特基二极管的截止频率为800 GHz,分析测试结果和仿真数据优化后的肖特基势垒二极管截止频率可以达到1 THz左右。完成了包括天线、匹配电路和肖特基势垒二极管的集成探测器,在220 GHz下其测试响应率可达130 V/W,等效噪声功率估计为400 pw/。完成了陶瓷瓶内不可见液面的成像实验并取得了良好的效果。     

面向太赫兹应用的InP基肖特基二极管

Based on characteristics such as low barrier and high electron mobility of lattice matched In_0.53Ga_0.47 As layer,InP-based Schottky barrier diodes（SBDs） exhibit the superiorities in achieving a lower turn-on voltage and series resistance in comparison with GaAs ones.Planar InP-based SBDs have been developed in this paper.Measurements show that a low forward turn-on voltage of less than 0.2 V and a cutoff frequency of up to 3.4 THz have been achieved.The key factors of the diode such as series resistance and the zero-biased junction capacitance are measured to be 3.32Ωand 9.1 fF,respectively.They are highly consistent with the calculated values.The performances of the InP-based SBDs in this work,such as low noise and low loss,are promising for applications in the terahertz mixer,multiplier and detector circuits.     

Thermally stable Ir/n-ZnO Schottky diodes

Temperature-dependent characteristics of ZnO Schottky diodes with Iridium (Ir) contact electrodes were investigated. Using Norde model, it was found that the effectively Schottky barrier heights of Ir on n-ZnO were around 0.837, 0.829, 0.801, 0.750 and 0.719 eV when measured at 25, 30, 50, 100 and 150 °C, respectively. Using Cheung’s method, it was found that Schottky barrier heights between Ir and the n-ZnO were 0.824, 0.823, 0.789, 0.743 and 0.740 eV when measured at 25, 30, 50, 100 and 150 °C, respectively. The large Schottky barrier heights suggest that Ir is a potentially useful material for ZnO-based ultraviolet Schottky barrier photodetectors and metal-semiconductor-metal photodetectors.     

用于太赫兹探测的InP基异维肖特基二极管

异维肖特基二极管(HDSD)是一种具有三维金属-二维半导体结的特殊的肖特基势垒二极管。由于具有较小的结电容和串联电阻,HDSD在太赫兹探测中很有应用潜力。本文研制了InP基HDSD,据我们所知相关工作尚未被报道过。与GaAs基HDSD相比,可以预期InP基HDSD有着更好的性能,一方面因为更高的电子迁移率和二维电子气(2DEG)浓度,另一方面因为更小的肖特基势垒高度。通过交流测量得到的截止频率高于500GHz,表明InP基HDSD具有应用于太赫兹探测的潜力。     

AlxGa1-xN/GaN肖特基二极管的高温特性

High-temperature characteristics of the metal/AlxGa1-xN/GaN M/S/S （M/S/S） diodes have been studied with current-voltage （I-V） and capacitance-voltage （C-V） measurements at high temperatures. Due to the presence of the piezoelectric polarization field and a quantum well at the AlxGa1-xN/GaN interface, the AlxGal-xN/GaN diodes show properties distinctly different from those of the AlxGa1-xN diodes. For the AlxGa1-xN/GaN diodes, an increase in temperature accompanies an increase in barrier height and a decrease in ideality factor, while the AlxGa1-xN diodes are opposite. Furthermore, at room temperature, both reverse leakage current and reverse breakdown voltage are superior for the AlxGa1-xN/GaN diodes to those for the AlxGa1-xN diodes.     

GaAs肖特基二极管中不连续性电路仿真分析

在太赫兹技术应用系统中,太赫兹混频器是太赫兹接收前端的关键部件,而太赫兹肖特基二极管是太赫兹混频器的核心器件。本文采用信号完整性的方法对肖特基二极管在无源区的特性进行建模分析,并对不连续性、寄生电容等参数进行分析。根据肖特基二极管设计的物理参数,如尺寸、材料的介电常数等,在高频结构仿真器(HFSS)中对肖特基二极管进行建模。通过多次建模仿真,最终给出肖特基二极管的等效电路模型。通过对比 HFSS中提取二极管欧姆焊盘的S参数和 Ansoft-designer中对二极管欧姆焊盘的等效电路进行仿真得到的S参数,证明了等效电路的合理性。该模型可以应用在对太赫兹混频器的电路级仿真中。     

Thermally annealed Ni/n-GaAs(Si)/In Schottky barrier diodes

We have identically prepared as many as eight Ni/n-GaAs/In Schottky barrier diodes (SBDs) using an n-type GaAs substrate with a doping density of about 7.3 × 10¹⁵ cm⁻³. The thermal stability of the Ni/n-GaAs/In Schottky diodes has been investigated by means of current-voltage (I-V) techniques after annealed for 1 min in N₂ atmosphere from 200 to 700 °C. For Ni/n-GaAs/In SBDs, the Schottky barrier height Φ_b and ideality factor n values range from 0.853 ± 0.012 eV and 1.061 ± 0.007 (for as-deposited sample) to 0.785 ± 0.002 eV and 1.209 ± 0.005 (for 600 °C annealing). The ideality factor values remained about unchanged up to 400 °C annealing. The I-V characteristics of the devices deteriorated at 700 °C annealing.     

基于平面肖特基二极管的毫米波固定调节式谐波混频器

基于GaAs肖特基势垒二极管,研制出了两个不同波段的谐波混频器。在场仿真软件中,二极管的非线性结采用lumped端口来模拟,通过场分析方法分析二极管各端口的阻抗。谐波混频电路被分成不同部分来单独优化设计,基于优化设计的各独立电路,建立谐波混频器的整体场仿真模型,通过提取相应的S参数文件分析混频器的变频损耗。150GHz 谐波混频器测得最低变频损耗10.7dB,在135-165GHz变频损耗典型值为12.5dB。180GHz 谐波混频器测得最低变频损耗5.8dB,在165-200GHz变频损耗典型值为13.5dB,在210-240GHz变频损耗典型值为11.5dB。     

High-temperature characteristics of AixGa1-xN/GaN Schottky diodes

High-temperature characteristics of the metal/AlxGa1_xN/GaN M/S/S (M/S/S) diodes have been studied with current-voltage (I-V) and capacitance-voltage (C-V) measurements at high temperatures. Due to the presence of the piezoelectric polarization field and a quantum well at the AIxGa1_xN/GaN interface, the AIxGa1_xN/GaNdiodes show properties distinctly different from those of the AIxGa1_xN diodes. For the AIxGa1_xN/GaN diodes, an increase in temperature accompanies an increase in barrier height and a decrease in ideality factor, while the AIxGa1_xN diodes are opposite. Furthermore, at room temperature, both reverse leakage current and reverse break-down voltage are superior for the AIxGa1_xN/GaN diodes to those for the AIxGa1_xN diodes.