基于负微分迁移率的平面纳米电磁辐射器结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于负微分迁移率的平面纳米电磁辐射器结构，其由下往上依次包括绝缘衬底、具负微分迁移率的有源层及绝缘保护层，有源层的两侧还分别设有侧面电极，该有源层包括位于有源层左右两端的低电阻区域、位于有源层中间的电场强度分布不均匀的高电阻区域，且两低电阻区域通过高电阻区域相连通。该器件具有工艺简单、易于集成、功率高、热性能好等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于负微分迁移率的平面纳米电磁辐射器结构。
技术介绍
太赫兹(THz)波在电磁波谱中占有一个很特殊的位置，其频率范围大致为 0. l-10THz(THz=1012Hz)。在长波方向，它与毫米波有重叠；在短波方向，它与 红外线有重叠。由于其所处的特殊位置，THz波具一系列特殊的性质在频域上， 太赫兹处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，处于电子学向光子学的过 渡；它覆盖了包括蛋白质在内的各种大分子的转动和振荡频率；它的量子能量 很低，不会对物质产生破坏作用；所以与X射线相比，有很大的优势，必将成 为研究各种物质——特别是生命物质——强有力的工具，因此，在基础科学上 有很重要的学术价值。此外，在科学技术上及工业上也有很多很诱人的应用。 由于太赫兹的波长比微波小1000倍以上，所以其空间分辨率很高。因此可用于 如信息科学方面的高空间、时间分辨率成像，信号处理以及大容量数据传输； 材料科学方面的分层成像、生物成像；等离子体聚变的诊断；天文学及环境科 学等。而且在国防上也有着极其重要的应用前景如毒品的检测、武器的搜查 和军事情报的收集等。在THz科学技术中，探测器和辐射源既是基础也是关键，目前已经成为国 内外研究热点。其中基于平面纳米结构的器件由于工艺简单、易于集成且寄生 电容小，越来越受到人们的重视。今年三月份，中国国家专利技术专利(专利号ZL 02808508.6)公布了一种平面纳米二极管器件。该器件是通过采用纳米刻蚀技 术在一个导电衬底上制作绝缘线以限定电荷流动路径而获得的。用它作为元件 可以构成全部的逻辑门如0R、 AND以及NOT;也可以构成全波段的整流器，用 于探测电磁波。最新的实验表明该器件至少能用于探测频率高达O.llTHz的电磁波。由于该器件在反向偏压的条件下具有负微分电阻，因此可以作为振荡电路的关键元件。但是，专利02808508. 6没有公布一个自发振荡的平面纳米电磁 波辐射器件，也没有公布制作自发振荡的平面纳米电磁波辐射器件的关键方法。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术的目的是实现一种基于负微分迁移率的平面 纳米电磁辐射器结构，该器件具有工艺简单、易于集成、功率高、热性能好等 优点。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为 一种基于负微分迁移率的平面纳 米电磁辐射器结构，其由下往上依次包括绝缘衬底、有源层及绝缘保护层，有 源层的两侧还分别设有侧面电极，该有源层包括位于有源层左右两端的低电阻 区域、位于有源层中间的电场强度分布不均匀的高电阻区域，且两低电阻区域 通过高电阻区域相连通。该高电阻区域的上下两侧分别设有绝缘区域，且每一绝缘区域的整体几何 形状关于有源层的中心线不对称。该绝缘区域呈L型；该绝缘区域内设有不与其它区域联通的孤立区域。该绝缘区域上下两端设有改变绝缘区域中电荷分布的电极。该绝缘区域通过在绝缘保护层上制作平面纳米电极，并加上偏压的方式改 变有源层导电特性的空间分布形成。该绝缘区域通过在有源层上刻蚀纳米绝缘沟槽形成。该绝缘沟槽中还填有不同介电常数的绝缘材料。有源层的上下两端设有改变有源层中高电阻区域电场分布的电极。 该绝缘保护层上还设置有一层金属层。该有源层由本征的InD.53Ga。.47As层和本征的In。.53Al。.47As层构成，并在 In。.53Ga。.《As层和In。.53Al。.47As层的界面上形成有二维电子气层。该有源层的厚度小于100nm，该髙电阻区域的左右长度为1200 1300nrn之 间，上下宽度为50 70nm之间。与现有技术相比，本专利技术的优点和有益效果体现在本专利技术利用高电阻区域不均匀的电场分布，利于电荷畴的充分生长，使得振荡大大增强，从而获得稳定的电磁波辐射。附图说明图la、 lb为本专利技术中两端器件第一种优选实施例子的示意图，图lc为-一 个对比器件的平面结构；图2给出了由蒙特卡罗模拟获得的优选结构中电荷的输运情况，用于说明器件的工作机理；图3a、 3b给出了由蒙特卡罗模拟获得的不同平面结构参数的优选结构所对 应的器件特性；图4a、 4b为图1中本专利技术器件纵向结构的两种变更构造的示意图； 图5为本专利技术中两端器件的第二种优选实施例子的示意图； 图6为本专利技术中三端器件优选实施例子的示意图7a、 7b、 8、 9为通过串并联方式获得改善器件特性的实施例子示意图。 具体实施例方式本专利技术提供一种基于负微分迁移率的平面纳米电磁辐射器结构，参看图la 和图lb，分别为一个优选的平面纳米电磁辐射器的纵向结构和平面结构，其由 下往上依次包括绝缘衬底l、有源层2及绝缘保护层7，有源层2的两侧还分别 设有侧面电极8、 19，该有源层2包括位于有源层左右两端的低电阻区域9、 16， 位于有源层2中间的电场强度分布不均匀的高电阻区域15，且两低电阻区域9、 16通过高电阻区域15相连通。其中高电阻区域的阻值一般为低电阻区域阻值的 IO倍以上。绝缘衬底绝缘性是相对于而言的，因此绝缘衬底可以是未掺杂的本征半 导体，如InP、 Si等；也可以是Si02、蓝宝石等绝缘材料。 '有源层其中的载流子在外加电场下的输运特性必须具有负微分迁移率从而使得该器件成为正反馈系统；作为该层的材料可以是多能谷半导体，例如in 族化合物半导体，具体可以为GaAs、 InGaAs、 InP以及GaN等；该层厚度最好 小于一百纳米而且厚度均匀以便改变其电学特性获得预定的空间电学特性；该层可以是掺杂的半导体薄膜也可以是异质结界面上或量子井中的二维电子气 (2DEG);值得指出的是该层可以具有高导电性也可以是弱导电性。绝缘保护层起到保护有源层和绝缘隔离的作用。为了提高散热的效果， 可以选择导热率高的材料制作绝缘保护层；绝缘保护层还可以包含一个金属层，例如镀上一层Au，受高电阻区域运动电荷畴的作用，金属层中将对应产生一个 镜像电荷畴从而组成电偶极矩；由于有变化电偶极矩的存在，该器件能够直接 辐射电磁波而无需再加谐振电路；当然也可以像传统耿氏二极管一样置于特定的振荡电路之中，此时就不需要在器件表面镀上金属层了。有源层中的电学特性空间分布结构必须能够取得如下效果第一、确保有 源层能够出现多个绝缘区域、至少一个高电阻区域和两个低电阻区域；高电阻 区域的横向尺度最好为纳米量级；高电阻区和低电阻区的阻抗差要足够大，以 确保在加偏压以后电压将绝大部分落在高电阻区域，用作为电荷畴形成演化的 高电阻区域。第二、确保在加偏压后高电阻区域中能够出现高度不均匀的电场 分布，这样将有利于电荷畴的形成；而且在小偏压情况下高电阻区域中的强电 场区域应该出现在靠近阴极处，这样将有利于电荷畴的充分生长使得振荡增强； 为了减小起振的阀值，上述强场区的长度最好远小于整个高电阻区域长度。为满足上述第一个要求， 一个优选的方案为在绝缘保护层上制作平面纳米 电极。通过加偏压的方式改变有源层导电特性的空间分布。对于有源层为弱电 导的情况，应加上正偏压使得被电极覆盖区域的导电性增强成为导电区域而为 覆盖电极的则相当于绝缘区域；对于有源层为高电导的情况，应加上负偏压使 得被电极覆盖区域的导电性变弱成为绝缘区域。对于有源层为高电导的情况还 可以采用另一个优选方案，即是在有源层上制作(刻蚀)纳米绝缘沟槽来满足 上述第一个要求。此时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于负微分迁移率的平面纳米电磁辐射器结构，其由下往上依次包括绝缘衬底、有源层及绝缘保护层，有源层的两侧还分别设有侧面电极，其特征在于：该有源层由具有负微分迁移率的材料制成，它包括位于有源层左右两端的低电阻区域、位于有源层中间的电场强度分布不均匀的高电阻区域，且两低电阻区域通过高电阻区域相连通。

【技术特征摘要】
1、一种基于负微分迁移率的平面纳米电磁辐射器结构，其由下往上依次包括绝缘衬底、有源层及绝缘保护层，有源层的两侧还分别设有侧面电极，其特征在于该有源层由具有负微分迁移率的材料制成，它包括位于有源层左右两端的低电阻区域、位于有源层中间的电场强度分布不均匀的高电阻区域，且两低电阻区域通过高电阻区域相连通。2、 根据权利要求1所述的基于负微分迁移率的平面纳米电磁辐射器结构， 其特征在于该高电阻区域的上下两侧分别设有绝缘区域，且每一绝缘区域的 整体几何形状关于有源层的中心线不对称。3、 根据权利要求1所述的基于负微分迁移率的平面纳米电磁辐射器结构， 其特征在于该高电阻区域的上下两侧分别设有绝缘区域，且绝缘区域中存在 关于绝缘区域中心线不对称的电荷分布。4、 根据权利要求2所述的基于负微分迁移率的平面纳米电磁辐射器结构， 其特征在于该绝缘区域呈L型。5、 根据权利要求3所述的基于负微分迁移率的平面纳米电磁辐射器结构， 其特征在于该绝缘区域内设有不与其它区i或联通的孤立区域。6、 根据权利要求3所述的基于负微分迁移率的平面纳米电磁辐射器结构，其特征在于该绝缘区域上下两端设有改变绝缘区域中电荷分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钢，宋爱民，许坤远，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]