[发明专利]一种大功率限幅器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种大功率限幅器及其制备方法，该方法包括：在PIN限幅二极管材料表面制备台面结构；正面旋涂粘附剂；与临时载片正面相对临时键合；衬底减薄；在完成减薄后的PIN二极管材料背面制备键合金属；在高导热导电衬底正面制备键合金属；将减薄后的PIN二极管背面和导电衬底正面进行键合；将导电衬底背面进行减薄；制备下电极金属；将临时载片与导电衬底进行分离，并清洗划片；得到由高导热导电衬底及键合到其正面的PIN二极管构成的大功率限幅器。本发明将Si PIN或GaAs PIN二极管从原始热导率较低的Si衬底或GaAs衬底上剥离下来，集成到热导率更高的衬底上，有效提升PIN限幅管的耐受功率。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种大功率限幅器及其制备方法。

背景技术

为保护位于雷达接收机前端的低噪声放大器、混频器等高灵敏器件免于被大功率信号烧毁，需要在其前端添加微波限幅器。PIN二极管作为最常用的大功率限幅器结构具有小型化、高性能、高可靠等特点。限幅作用主要来自于在微波大功率信号下的电导率调制效应，当高功率信号输入时，PIN限幅器对其产生极大衰减；而当小功率信号输入时，只有较小的插入损耗。Si基PIN和GaAs基PIN是两种最主要的PIN限幅器，特别是Si基PIN广泛应用在数千瓦甚至更高的限幅场景中。

近年来由于GaN、SiC等功率材料的研制应用，受限于相对较低的衬底热导率(140W/m·K)，传统的Si基PIN限幅器已逐渐难以满足使用需求，大功率下的PIN管在工作时难以将热量及时耗散，导致器件容易烧毁。

发明内容

针对现有的Si或GaAs PIN限幅二极管中的Si或GaAs衬底材料热导率较低，难以满足大功率限幅应用的管芯的散热需求，耐受功率较小等问题，本发明提出一种大功率限幅器及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种大功率限幅器，包括高导热导电衬底和位于高导热导电衬底上表面的PIN限幅二极管，所述高导热导电衬底下表面连接有下电极金属；所述高导热导电衬底热导率大于140W/m·K，电阻率不高于0.1Ω·cm。

进一步的，所述高导热导电衬底材料为碳化硅、氮化镓。

一种大功率限幅器的制备方法，包括以下步骤：

1)在PIN限幅二极管材料表面制备PIN限幅管正面工艺，刻蚀暴露出P⁺、I和N⁺的台面结构，制备出上电极金属；

2)在含有PIN二极管台面结构的材料正面旋涂粘附剂；

3)将含有PIN二极管台面结构的材料正面与临时载片正面相对临时键合；

4)将含有临时载片和PIN二极管台面结构的材料N⁺衬底进行减薄；

5)在完成减薄后的PIN二极管材料背面制备键合金属。

6)在高导热导电衬底正面制备键合金属；

7)将减薄后的PIN二极管背面和导电衬底正面进行键合；

8)将导电衬底背面进行减薄；

9)在完成减薄后的导电衬底背面制备下电极金属；

10)将临时载片与导电衬底进行分离，并清洗划片；

11)得到由高导热导电衬底及键合到其正面的PIN二极管构成的大功率限幅器。

进一步的，所述步骤1)中，所述PIN限幅二极管材料为Si或GaAs PIN，所述的P⁺层台面高度为0.5-3μm，I层台面高度为1μm-20μm，N⁺层台面高度为1-700μm，所述的上电极金属为TiPtAu、AuGeNiAu、PtSi、TiAl或Ni。