一種w波段impatt二極管阻抗匹配引腳及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種W波段IMPATT二極管阻抗匹配引腳，所述引腳由四個(gè)相同大小的梯形金屬片相互連接成十字形，每個(gè)梯形金屬片的上底邊向內(nèi)、下底邊向外；所述引腳還包含設(shè)于十字中心連接梯形金屬片的連接片(5)；所述連接片(5)與四個(gè)梯形金屬片為一體化結(jié)構(gòu)；所述連接片(5)的底面與W波段IMPATT二極管(10)的管芯(7)固定連接，所述四個(gè)梯形金屬片的下底邊與W波段IMPATT二極管(10)的紅寶石介質(zhì)環(huán)(8)固定連接；利用四個(gè)完全相同的梯形金屬片構(gòu)成的十字形結(jié)構(gòu)在W波段的集總等效模型參數(shù)，同W波段IMPATT二極管(10)的管芯(7)參數(shù)阻抗匹配，滿足W波段IMPATT二極管(10)在波導(dǎo)諧振器中工作時(shí)諧振條件，并且增強(qiáng)了W波段IMPATT二極管(10)的散熱效果，為W波段IMPATT二極管(10)工作在高功率下提高了可靠性。
【專利說(shuō)明】—種W波段IMPATT 二極管阻抗匹配引腳及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及毫米波半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體是一種W波段IMPATT 二極管阻抗匹配引腳及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]毫米波是一門(mén)正在發(fā)展中的新興學(xué)科，其工作頻率范圍為30?300GHz，具有應(yīng)用系統(tǒng)帶寬寬，體積小重量輕，分辨率高，動(dòng)態(tài)效果好等特點(diǎn)，在雷達(dá)，飛機(jī)、汽車防撞雷達(dá)以及自動(dòng)巡航控制等領(lǐng)域有著廣泛的用途；MPATT 二極管具有單管輸出功率大，尺寸小、工作電壓低及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在60GHz以上，直至300GHz頻率范圍內(nèi)，毫米波MPATT 二極管具有較好的應(yīng)用價(jià)值；現(xiàn)有的低頻應(yīng)用情況下的二極管引腳均對(duì)匹配特性不做設(shè)計(jì)要求，引腳的承受功率低，對(duì)于W波段IMPATT 二極管，即工作于75?IlOGHz頻率范圍的IMPATT 二極管，無(wú)法直接應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種W波段IMPATT 二極管阻抗匹配引腳，該引腳能夠與W波段頂PATT 二極管的阻抗匹配，滿足W波段MPATT 二極管的工作頻率范圍，并且增強(qiáng)了 W波段IMPATT 二極管的散熱效果，為W波段IMPATT 二極管工作在高功率下提高了可靠性。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
一種W波段IMPATT 二極管阻抗匹配引腳，所述引腳由四個(gè)相同大小的梯形金屬片相互連接成十字形，每個(gè)梯形金屬片的上底邊向內(nèi)、下底邊向外；所述引腳還包含設(shè)于十字中心連接梯形金屬片的連接片；所述連接片與四個(gè)梯形金屬片為一體化結(jié)構(gòu)；所述連接片的底面與W波段IMPATT 二極管的管芯固定連接，所述梯形金屬片的下底邊與W波段IMPATT 二極管的紅寶石介質(zhì)環(huán)固定連接。
[0005]上述方案的一種W波段MPATT 二極管阻抗匹配引腳的制備方法包括以下步驟:
a)將襯底基片通過(guò)硫酸與過(guò)氧化氫的混合溶液進(jìn)行清洗，硫酸與過(guò)氧化氫的體積比為3:1，然后采用氫氟酸與水的混合試劑對(duì)清洗后的襯底基片去除氧化層，氫氟酸與水的體積比為1:5 ;之后將去除氧化層的襯底基片用等離子水進(jìn)行沖洗，去除氫氟酸；
b)將襯底基片置于真空電子束蒸發(fā)裝置中，采用450°C，在襯底基片表面連續(xù)電子束蒸發(fā)Cr-Cu-Cr金屬層；
c)采用正性光刻膠，使用旋轉(zhuǎn)涂膠法對(duì)襯底基片表面均勻涂膠，膠厚1.0±0.1Mm ;將涂好光刻膠的襯底基片放入充氮烘箱中，在90±5°C的溫度下烘烤30±2min;之后用十字形光刻掩膜版將襯底基片在光刻機(jī)上進(jìn)行圖形套準(zhǔn)曝光；使用顯影液對(duì)曝光后的襯底基片進(jìn)行顯影，然后用等離子水對(duì)顯影后的襯底基片進(jìn)行沖洗，去除顯影液；之后將沖洗過(guò)的襯底基片放入充氮烘箱中，在120±5°C的溫度下烘烤30±2min ；
d)采用金屬濕法化學(xué)腐蝕工藝對(duì)襯底基片表面的曝光區(qū)進(jìn)行腐蝕處理，得到W波段IMPATT 二極管(10)的阻抗匹配引腳(6)的十字形區(qū)域；e)采用微電鍍工藝在襯底基片表面形成的十字形區(qū)域上電鍍形成10~12μ m厚的金
屬層；
f)將金屬層從襯底基片上剝離，得到呈十字形的W波段MPATT二極管(10)的阻抗匹配引腳出);
g)將阻抗匹配引腳(6)置于溫度為400±10°C的氫氣退火爐進(jìn)行退火處理。
[0006]本發(fā)明的有益效果是，利用四個(gè)完全相同的梯形金屬片構(gòu)成的十字形結(jié)構(gòu)，在W波段，模型的等效集總參數(shù)，同W波段IMPATT 二極管的管芯參數(shù)阻抗相匹配，滿足W波段IMPATT 二極管在波導(dǎo)諧振器中的諧振工作條件，使其工作在W波段頻率范圍，并且增強(qiáng)了 W波段IMPATT 二極管的散熱效果，為W波段IMPATT 二極管工作在高功率下提高了可靠性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明:
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的安裝使用示意圖；
圖3是本發(fā)明的等效電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]本發(fā)明提供一種W波段IMPATT 二極管阻抗匹配引腳:` 結(jié)合圖1與圖2所示，四個(gè)相同大小的梯形金屬片，第一梯形金屬片(I)、第二梯形金屬片(2)、第三梯形金屬片(3)與第四梯形金屬片(4)通過(guò)連接片(5)相互連接成十字形，每個(gè)梯形金屬片的上底邊向內(nèi)、下底邊向外；連接片(5)與第一梯形金屬片(I)、第二梯形金屬片(2)、第三梯形金屬片(3)及第四梯形金屬片(4)為一體化結(jié)構(gòu)，共同構(gòu)成了阻抗匹配引腳(6);所述連接片(5)的底面與W波段IMPATT 二極管(10)的管芯(7)固定連接，每個(gè)梯形金屬片的下底邊與W波段MPATT 二極管(10 )的紅寶石介質(zhì)環(huán)(8 )固定連接，W波段MPATT二極管(10)的金屬蓋板(11)焊接在紅寶石介質(zhì)環(huán)(8)上；結(jié)合圖3所示，根據(jù)電子電路原理，對(duì)于工作波長(zhǎng)小于的梯形金屬片的電感L和對(duì)地電容C滿足公式:
L= (Z0 / 231 f)*sin(2 π I / λ g)
C= (I / 2 ii f Z0)*tan(Ji I / 入 g)
公式中ZO為梯形金屬片的特性阻抗，f為工作頻率，λ g為工作波長(zhǎng)，I為梯形金屬片的高度；由此，第一梯形金屬片(I)等效為L(zhǎng)11、Rll與Cll的串并聯(lián)電路，其中Lll為第一梯形金屬片(I)高度的等效電感，Cll為第一梯形金屬片(I)下底邊的對(duì)地電容，Rll為第一梯形金屬片(I)的電阻；同樣地，第二梯形金屬片(2)等效為L(zhǎng)12、R12與C12的串并聯(lián)電路，第三梯形金屬片(3)等效為L(zhǎng)13、R13與C13的串并聯(lián)電路，第四梯形金屬片(4)等效為L(zhǎng)14、R14與C14的串并聯(lián)電路；連接片(5)、梯形金屬片(I)的上底邊、梯形金屬片(2)的上底邊、梯形金屬片(3)的上底邊及梯形金屬片(4)的上底邊對(duì)地的總等效電容為C20 ;對(duì)工作于W波段MPATT 二極管(10)，梯形金屬片的下底邊長(zhǎng)度為50~110mm，上底邊長(zhǎng)度為15~45_，高度為225±50_，連接片(5)的長(zhǎng)度與寬度為50±10mm。
[0009]使用時(shí)，W波段IMPATT 二極管(10)被置于波導(dǎo)諧振器中，在外部激勵(lì)源的作用下，激勵(lì)源的電流從金屬蓋板(11)同時(shí)流入第一梯形金屬片(I)、第二梯形金屬片(2)、第三梯形金屬片(3)與第四梯形金屬片(4),即從Inl1、Inl2、Inl3與Inl4流入,從連接片(5)流出到管芯(7)，即從0ut20流出到管芯(7)，在管芯(7)的雪崩區(qū)發(fā)生雪崩碰撞，產(chǎn)生的載流子在管芯(7)中的外延層漂移區(qū)中以飽和速度漂移，使其表現(xiàn)出負(fù)阻效應(yīng)；維持波導(dǎo)諧振器振蕩的基本條件是W波段IMPATT 二極管(10)的阻抗與波導(dǎo)諧振器的阻抗完全相等，由于第一梯形金屬片(I)、第二梯形金屬片(2)、第三梯形金屬片(3)與第四梯形金屬片(4)完全相同，使得這種十字引腳結(jié)構(gòu)在W波段的集總等效模型參數(shù)同管芯(7)的參數(shù)阻抗匹配，使W波段IMPATT 二極管(10)在波導(dǎo)諧振器中工作時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)良的阻抗匹配特性，使其工作在W波段;W波段MPATT 二極管(10)脈沖輸出功率高、管芯(7)直徑小，器件的熱源位置主要集中在管芯(7)內(nèi)的pn結(jié)處，瞬時(shí)溫度可能達(dá)到300°C，熱量如果不盡快地被散發(fā)出去，最終會(huì)弓I起熱失控現(xiàn)象，致使W波段IMPATT 二極管(10 )中的管芯(7 )燒毀，本發(fā)明中連接片
(5)增加了阻抗匹配引腳(6)與管芯(7)的接觸面積，而第一梯形金屬片(I)、第二梯形金屬片(2)、第三梯形金屬片(3)與第四梯形金屬片(4)也增大了阻抗匹配引腳(6)與金屬蓋板
(11)的接觸面積，使得W波段IMPATT 二極管(10 )沿金屬蓋板(11)的熱傳輸方向的散熱面積增加，從而增強(qiáng)了 W波段IMPATT 二極管(10)的散熱性能，提高了其在高功率工作下的可靠性。
[0010]本發(fā)明提供一種W波段IMPATT 二極管阻抗匹配引腳的制備方法，采用如下步驟:
a)將襯底基片通過(guò)硫酸與過(guò)氧化氫的混合溶液進(jìn)行清洗，硫酸與過(guò)氧化氫的體積比為3:1，混合溶液溫度為125±5°C ;采用氫氟酸與水的混合試劑對(duì)清洗后的襯底基片去除氧化層，氫氟酸與水的體積比為1:5;然后將去除氧化層的襯底基片用電阻率> 17MQ.cm的等離子水進(jìn)行沖洗，去除氫氟酸；
b)將襯底基片置于真空電子束蒸發(fā)裝置中，采用450°C在襯底基片表面連續(xù)電子束蒸發(fā)Cr-Cu-Cr金屬層；
c)在襯底基片表面進(jìn)行HMDS增粘處理，之后采用正性光刻膠，使用旋轉(zhuǎn)涂膠法對(duì)襯底基片表面均勻涂膠，膠厚1.0±0.1Mm;將涂好光刻膠的襯底基片放入充氮烘箱中，在90 ± 5 °C的溫度下烘烤30±2min ;之后用十字形光刻掩膜版將襯底基片在光刻機(jī)上進(jìn)行圖形套準(zhǔn)曝光，套準(zhǔn)精度> 0.使用顯影液對(duì)曝光后的襯底基片進(jìn)行顯影，顯影液采用四甲基氫氧化銨的水溶液，四甲基氫氧化銨與水的體積比為1:9，顯影溫度20土1°C，顯影時(shí)間1±0.1min ;然后用電阻率> 17ΜΩ.cm的等離子水對(duì)顯影后的襯底基片進(jìn)行沖洗，去除顯影液；之后將沖洗過(guò)的襯底基片放入充氮烘箱中，在120±5°C的溫度下烘烤30±2min ；
d)采用金屬濕法化學(xué)腐蝕工藝對(duì)襯底基片表面的曝光區(qū)進(jìn)行腐蝕處理，得到IMPATT二極管阻抗匹配引腳的十字形區(qū)域；先使用KMn04:Na0H:H20=2:3:12、溫度為5(TC的腐蝕液對(duì)Cr金屬層進(jìn)行腐蝕，腐蝕完成后用電阻率> 17ΜΩ.cm的等離子水進(jìn)行沖洗去除腐蝕液；之后用H3P04:H202:H20=1:1:20、溫度為25 °C的腐蝕液對(duì)Cu金屬層進(jìn)行腐蝕，腐蝕完成后用電阻率> 17ΜΩ.cm的等離子水進(jìn)行沖洗去除腐蝕液；然后使用KMn04:Na0H:H20=2:3:12、溫度為50°C的腐蝕液對(duì)Cr金屬層進(jìn)行腐蝕，腐蝕完成后用電阻率> 17ΜΩ.cm的等離子水進(jìn)行沖洗去除腐蝕液；之后用硫酸:過(guò)氧化氫=3:1、溫度為120±5°C的腐蝕液進(jìn)行去膠處理，去完膠后用電阻率> 17ΜΩ.cm的等離子水進(jìn)行沖洗去除腐蝕液； e)采用微電鍍工藝在襯底基片表面形成的十字形區(qū)域上電鍍形成10?12μ m厚的金屬層；采用氯化金為10?15g.dm —3、亞硫酸鈉為140?180g.dm —3、朽1檬酸鉀為80?100g.dm —3、乙二銨四乙酸為40g.dm —3及氯化鉀為60?100g.dm —3、溫度為40?60°C的電鍍液，電鍍裝置的陰極電流密度為0.3?0.8A.dm —2 ；
f)將金屬層從襯底基片上剝離，得到呈十字形的阻抗匹配引腳(6)；
g)將阻抗匹配引腳(6)置于溫度為400±10°C的氫氣退火爐進(jìn)行退火處理，氫氣流速為 8L/min。
[0011]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種W波段IMPATT 二極管阻抗匹配引腳，其特征在于，所述引腳由四個(gè)相同大小的梯形金屬片相互連接成十字形，每個(gè)梯形金屬片的上底邊向內(nèi)、下底邊向外；所述引腳還包含設(shè)于十字中心連接梯形金屬片的連接片(5);所述連接片(5)與四個(gè)梯形金屬片為一體化結(jié)構(gòu)；所述連接片(5)的底面與W波段IMPATT 二極管(10)的管芯(7)固定連接，所述四個(gè)梯形金屬片的下底邊與W波段MPATT 二極管(10)的紅寶石介質(zhì)環(huán)(8)固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種W波段IMPATT二極管阻抗匹配引腳的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: a)將襯底基片通過(guò)硫酸與過(guò)氧化氫的混合溶液進(jìn)行清洗，硫酸與過(guò)氧化氫的體積比為3:1，然后采用氫氟酸與水的混合試劑對(duì)清洗后的襯底基片去除氧化層，氫氟酸與水的體積比為1:5 ;之后將去除氧化層的襯底基片用等離子水進(jìn)行沖洗，去除氫氟酸； b)將襯底基片置于真空電子束蒸發(fā)裝置中，采用450°C，在襯底基片表面連續(xù)電子束蒸發(fā)Cr-Cu-Cr金屬層； c)采用正性光刻膠，使用旋轉(zhuǎn)涂膠法對(duì)襯底基片表面均勻涂膠，膠厚1.0±0.1Mm ;將涂好光刻膠的襯底基片放入充氮烘箱中，在90±5°C的溫度下烘烤30±2min;之后用十字形光刻掩膜版將襯底基片在光刻機(jī)上進(jìn)行圖形套準(zhǔn)曝光；使用顯影液對(duì)曝光后的襯底基片進(jìn)行顯影，然后用等離子水對(duì)顯影后的襯底基片進(jìn)行沖洗，去除顯影液；之后將沖洗過(guò)的襯底基片放入充氮烘箱中，在120±5°C的溫度下烘烤30±2min ； d)采用金屬濕法化學(xué)腐蝕工藝對(duì)襯底基片表面的曝光區(qū)進(jìn)行腐蝕處理，得到W波段IMPATT 二極管(10)的阻抗匹配引腳(6)的十字形區(qū)域； e)采用微電鍍工藝在襯底基片表面形成的十字形區(qū)域上電鍍形成10?12μ m厚的金屬層； f)將金屬層從襯底基片上剝離，得到呈十字形的W波段MPATT二極管(10)的阻抗匹配引腳出); g)將阻抗匹配引腳(6)置于溫度為400±10°C的氫氣退火爐進(jìn)行退火處理。
【文檔編號(hào)】H01L21/48GK103594445SQ201310588210
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】潘結(jié)斌, 陳計(jì)學(xué), 展明浩, 房立峰, 朱小燕, 呂東鋒 申請(qǐng)人:華東光電集成器件研究所