毫米波开关芯片的制作方法

1.本发明涉及毫米波开关器件技术领域，尤其涉及一种开关频率速度高的毫米波开关芯片。


背景技术：

2.毫米波是指频率在 30ghz
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300ghz范围内的电磁波，在毫米波频段，毫米波开关起到毫米波信号传输的开启和断开的作用。目前毫米波频段的开关有的是基于pin结来制作的，但是基于该类技术的毫米波开关芯片很难用于空间传输。在毫米波频段，gan hemt（高电子迁移率晶体管）由于其存在二维电子气，电子迁移率高，速度快，可有效工作在毫米波频段。基于gan的hemt结构，有望实现毫米波在横向传输和在纵向空间传输的开关芯片。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是如何提供一种开关频率速度高的毫米波开关芯片。
4.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种毫米波开关芯片，其特征在于：包括sic衬底，所述sic衬底的上表面形成有aln缓冲层，所述aln缓冲层的上表面形成有第一gan层，所述芯片的底部形成有背栅槽，通过背栅槽使得部分第一gan层的下表面露出，所述第一gan层的下表面的裸露部分形成有背栅；所述第一gan层上表面的左侧形成有源极欧姆接触层，所述第一gan层上表面的右侧形成有漏极欧姆接触层，所述源极欧姆接触层与所述漏极欧姆接触层之间的第一gan层的上表面从下到上形成有第一algan层、第二gan层以及第二algan层，所述源极欧姆接触层的上表面形成有源极，所述漏极欧姆接触层的上表面形成有漏极，所述第二algan层的上表面形成有顶栅。
5.进一步的技术方案在于：所述背栅不与sic衬底以及aln缓冲层接触。
6.进一步的技术方案在于：所述源极欧姆接触层、漏极欧姆接触层以及第二algan层的上表面在同一水平面上。
7.进一步的技术方案在于：所述源极的面积与所述源极欧姆接触层的面积相同，所述漏极欧姆接触层的面积与所述漏极欧姆接触层的面积相同，所述顶栅的面积小于所述第二algan层的面积。
8.进一步的技术方案在于：所述背栅的厚度小于所述sic衬底与aln缓冲层厚度之和。
9.优选的，所述sic衬底的厚度为25微米
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50微米。
10.优选的，所述aln缓冲层的厚度为10nm到50nm。
11.优选的，所述第一和第二gan层的厚度为10nm到50nm，第一和第二algan层的厚度为15nm到100nm，其中al组分为30%。
12.优选的，源极欧姆接触层和漏极欧姆接触层的制作材料为ti、al、ni和/或au。
13.优选的，所述顶栅和背栅为肖特基接触电极，其制作材料为ti、pt和/或au。
14.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本技术中所述开关芯片基于gan的
hemt器件结构来制作，采用gan/algan材料结构，并采用双hemt沟通结构来制作开关器件，采用顶栅和背栅双栅结构，增加对二维电子气的控制。既可实现对毫米波横向结构（栅长方向）的开关效果，同时也可实现在纵向空间（垂直于栅长方向）对毫米波的开关效果。由于采用了双hemt沟道结构，可实现对大功率毫米波信号的开关作用。基于本技术所提出的毫米波开关芯片，开关插损小于3db，可承受功率大于5w，作为空间毫米波开关，可应用于整个毫米波频段，且其开关频率速度高，可达1ghz。
附图说明
15.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
16.图1是本发明实施例所述开关芯片的结构示意图；其中：1、sic衬底；2、aln缓冲层；3、第一gan层；4、背栅；5、源极欧姆接触层；6、漏极欧姆接触层；7、第一algan层；8、第二gan层；9、第二algan层；10、源极；11、漏极；12、顶栅。
具体实施方式
17.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
18.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
19.如图1所示，本发明实施例公开了一种毫米波开关芯片，包括sic衬底1，所述sic衬底1的上表面形成有aln缓冲层2，所述aln缓冲层2的上表面形成有第一gan层3；所述芯片的底部形成有背栅槽，通过背栅槽使得部分第一gan层3的下表面露出，所述第一gan层3的下表面的裸露部分形成有背栅4，所述背栅4不与sic衬底1以及aln缓冲层2接触，且从图其中可以看出，所述背栅4的厚度小于所述sic衬底1与aln缓冲层2厚度之和，也就是说所述背栅4不从所述背栅槽露出；所述第一gan层3上表面的左侧形成有源极欧姆接触层5，所述第一gan层3上表面的右侧形成有漏极欧姆接触层6，所述欧姆基础层使用金属材料进行制作，所述源极欧姆接触层5与所述漏极欧姆接触层6之间的第一gan层3的上表面从下到上形成有第一algan层7、第二gan层8以及第二algan层9，所述源极欧姆接触层5的上表面形成有源极10，所述漏极欧姆接触层6的上表面形成有漏极11，所述第二algan层9的上表面形成有顶栅12。
20.进一步的，本技术中，如图1所示，所述源极欧姆接触层5、漏极欧姆接触层6以及第二algan层9的上表面在同一水平面上，使得所述芯片的形貌更好。进一步的，所述源极10的面积与所述源极欧姆接触层5的面积相同（所述面积是指上表面的面积），所述漏极11的面积与所述漏极欧姆接触层6的面积相同，所述顶栅12的面积小于所述第二algan层9的面积。
21.优选的，所述sic衬底1的厚度可以为25微米
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50微米；所述aln缓冲层2的厚度可以为10nm到50nm；所述第一和第二gan层的厚度可以为10nm到50nm，第一和第二algan层的厚度可以为15nm到100nm，其中al组分可以为30%；源极欧姆接触层5和漏极欧姆接触层6的制
作材料可以为ti、al、ni和/或au；所述顶栅12和背栅4为肖特基接触电极，其制作材料可以为ti、pt和/或au。需要说明的是，本技术中所述sic衬底1的厚度、aln缓冲层2的厚度、第一和第二gan层的厚度以及第一和第二algan层的厚度还可以为其它数值，所述源极欧姆接触层5和漏极欧姆接触层6的制作材料还可以为其它材料，只要能够满足本技术所述芯片的需要即可。
22.本技术中所述芯片在algan层和gan层之间由于能带的弯曲效应，将界面之间由于压电极化产生的电子限制在一个二维空间内，形成了二维电子气，利用二维电子气的浓度来吸收毫米波。由于采用了两层二维电子气通道，当毫米波从上到下进行传输的时候，需要经过两层二维电子气的吸收，通过调节顶栅12和背栅4的电压，可以调控二维电子气中的电子气浓度。当二维电子气浓度高时，毫米波信号的能量被二维电子气所吸收，此时处于毫米波开关的关断状态。当二维电子气被顶栅12和背栅4耗尽时，此时毫米波信号可通过开关器件，只有本征吸收发生，也就是毫米波开关的开状态，此时可产生毫米波信号的插入损耗。
23.本技术中所述芯片的外延结构可通过mocvd或者mbe的方式获得，其中的源极和漏极以及顶栅的制作工艺已经非常成熟。本方案中的背栅，需要将背部的sic层以及aln缓冲层进行打磨和采用气体刻蚀的方法将部分sic层和部分aln缓冲层去除，然后在第一gan层的背面上制作背栅。
24.综上，本技术中所述开关芯片基于gan的hemt器件结构来制作，采用gan/algan材料结构，并采用双hemt沟通结构来制作开关器件，采用顶栅和背栅双栅结构，增加对二维电子气的控制。既可实现对毫米波横向结构（栅长方向）的开关效果，同时也可实现在纵向空间（垂直于栅长方向）对毫米波的开关效果。由于采用了双hemt沟道结构，可实现对大功率毫米波信号的开关作用。基于本技术所提出的毫米波开关芯片，开关插损小于3db，可承受功率大于5w，作为空间毫米波开关，可应用于整个毫米波频段，且其开关频率速度高，可达1ghz。