一种用于小型电子设备的无线充电接收装置
阅读：3发布：2020-06-20
专利汇可以提供一种用于小型电子设备的无线充电接收装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于小型 电子 设备的无线充电接收装置，所述无线充电接收装置包括：依次电连接的接 收线 圈模 块 、整流模块和稳压模块；其中，所述接收线圈模块，用于感应无线充电发送装置产生的 磁场 ，并产生交流电 信号 ；所述整流模块，用于将所述交流 电信号 转换为直流电信号；所述稳压模块，用于将所述直流电信号的 电压 稳定在预设电压，将具有所述预设电压的直流电信号输出给充电 电池 。应用本发明 实施例 ，能够实现小型电子设备的无线充电。，下面是一种用于小型电子设备的无线充电接收装置专利的具体信息内容。
1.一种用于小型电子设备的无线充电接收装置，其特征在于，包括：
依次电连接的接收线圈模块、整流模块和稳压模块；其中，
所述接收线圈模块，用于感应无线充电发送装置产生的磁场，并产生交流电信号；
所述整流模块，用于将所述交流电信号转换为直流电信号；
所述稳压模块，用于将所述直流电信号的电压稳定在预设电压，将具有所述预设电压的直流电信号输出给充电电池。
2.根据权利要求1所述的无线充电接收装置，其特征在于，
所述接收线圈模块包括连接在所述整流模块的两个输入端之间的接收线圈，所述接收线圈以PCB布线的方式设置于所述无线充电接收装置所在的电路板上。
3.根据权利要求1所述的无线充电接收装置，其特征在于，
所述整流模块包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二级管D4，其中，
所述二极管D1的正极分别与所述稳压模块的第一输入端以及所述二极管D2的正极连接，所述二极管D1的负极与所述二极管D3的正极连接；所述二极管D3的正极经第五电容与所述接收线圈的第一端连接，所述二极管D3的负极与所述稳压模块的第二输入端连接；所述二级管D4的负极与所述二极管D3的负极连接，所述二级管D4的正极分别与所述二极管D2的负极以及所述接收线圈的第二端连接。
4.根据权利要求3所述的无线充电接收装置，其特征在于，
所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D3和所述二级管D4均为硅基改性Ge肖特基二极管。
5.根据权利要求4所述的无线充电接收装置，其特征在于，
所述硅基改性Ge肖特基二极管包括：Si衬底(001)、晶化Ge1-xSnx层(007)、N型Ge1-xSnx层(009)、Al金属层(010)、W金属层(012)、第一电极和第二电极，其中，
所述晶化Ge1-xSnx层(007)设置在所述Si衬底(001)的表面；
所述N型Ge1-xSnx层(009)内嵌在所述晶化Ge1-xSnx层(007)中；
所述Al金属层(010)设置在所述N型Ge1-xSnx层(009)的表面，与所述第一电极连接；
所述W金属层(012)设置在所述晶化Ge1-xSnx层(007)表面的预设肖特基接触区域内，与所述第二电极连接；
其中，所述第二电极为所述硅基改性Ge肖特基二极管的正极，所述第一电极为所述硅基改性Ge肖特基二极管的负极。
6.根据权利要求5所述的无线充电接收装置，其特征在于，
所述N型Ge1-xSnx层(009)是对所述晶化Ge1-xSnx层(007)局部进行P离子注入后形成的，其中，所述N型Ge1-xSnx层(009)的掺杂浓度为1020cm-3。
7.根据权利要求5所述的无线充电接收装置，其特征在于，
所述晶化Ge1-xSnx层(007)是利用激光将依次形成于所述Si衬底(001)表面的第一Ge层、第二Ge层和N型Sn层融化结晶后形成的，其中，x>0.08。
8.根据权利要求7所述的无线充电接收装置，其特征在于，
2
所述激光为：波长为808nm、光斑尺寸为10mm×1mm、功率为1.5kW/cm 及移动速度为
25mm/s的激光。
9.根据权利要求7所述的无线充电接收装置，其特征在于，
所述N型Sn层是对形成于所述第二Ge层上的Sn层注入P离子后形成的，其中，所述Sn层的厚度为100～150nm，所述N型Sn层的掺杂浓度为1.8×1016～2×1016。
10.根据权利要求7所述的无线充电接收装置，其特征在于，
所述第一Ge层的厚度为50～100nm；所述第二Ge层的厚度为1200～1300nm。
一种用于小型电子设备的无线充电接收装置
技术领域
[0001] 本发明属于无线充电技术领域，具体涉及一种用于小型电子设备的无线充电接收装置。
背景技术
[0002] 随着科技的发展，各种小型电子设备广泛地应用于人们的生活中，如手机、智能耳机及智能手环等等，由于频繁地使用，这些小型电子设备的充电问题逐渐成为人们关注的焦点。通常可以采用有线充电器或者USB连线来为这些小型电子设备中的充电电池进行充电，但上述充电方式的便携性较差；并且有线充电方式，需要在这些小型电子设备上设置USB接口，这将不利于设备的防水、防静电设计，同时USB接口为机械连接方式，多次插拔后易出现接触不良的情况，容易对设备造成损坏。
[0003] 而目前，无线能量传输技术正逐渐兴起，顾名思义，无线能量传输技术是以非接触的无线方式实现电源与用电设备之间的能量传输。无线能量传输技术可以极大地提高设备供电的可靠性、便携性和安全性，因此具有广阔的应用前景。目前，研究人员纷纷致力于依靠无线能量传输技术实现电子设备的无线充电。经研究证实，电磁感应原理可以实现电子设备的无线充电。
[0004] 但是上述小型电子设备的体积有限，且充电电池的容量较小，因此，如何利用电磁感应原理实现小型电子设备的无线充电，是一个亟待解决的问题。
发明内容
[0005] 为了实现小型电子设备的无线充电，本发明提供了一种用于小型电子设备的无线充电接收装置。
[0006] 具体地，本发明一个实施例提出的一种用于小型电子设备的无线充电接收装置，包括：
[0009] 所述整流模块，用于将所述交流电信号转换为直流电信号；
[0011] 在本发明的一个实施例中，所述接收线圈模块包括连接在所述整流模块的两个输入端之间的接收线圈，所述接收线圈以PCB布线的方式设置于所述无线充电接收装置所在的电路板上。
[0013] 所述二极管D1的正极分别与所述稳压模块的第一输入端以及所述二极管D2的正极连接，所述二极管D1的负极与所述二极管D3的正极连接；所述二极管D3的正极经第五电容与所述接收线圈的第一端连接，所述二极管D3的负极与所述稳压模块的第二输入端连接；所述二级管D4的负极与所述二极管D3的负极连接，所述二级管D4的正极分别与所述二极管D2的负极以及所述接收线圈的第二端连接。
[0015] 在本发明的一个实施例中，所述硅基改性Ge肖特基二极管包括：Si衬底(001)、晶化Ge1-xSnx层(007)、N型Ge1-xSnx层(009)、Al金属层(010)、W金属层(012)、第一电极和第二电极，其中，
[0016] 所述晶化Ge1-xSnx层(007)设置在所述Si衬底(001)的表面；
[0017] 所述N型Ge1-xSnx层(009)内嵌在所述晶化Ge1-xSnx层(007)中；
[0018] 所述Al金属层(010)设置在所述N型Ge1-xSnx层(009)的表面，与所述第一电极连接；
[0019] 所述W金属层(012)设置在所述晶化Ge1-xSnx层(007)表面的预设肖特基接触区域内，与所述第二电极连接；
[0020] 其中，所述第二电极为所述硅基改性Ge肖特基二极管的正极，所述第一电极为所述硅基改性Ge肖特基二极管的负极。
[0021] 在本发明的一个实施例中，所述N型Ge1-xSnx层(009)是对所述晶化Ge1-xSnx层(007)局部进行P离子注入后形成的，其中，所述N型Ge1-xSnx层(009)的掺杂浓度为1020cm-3。
[0022] 在本发明的一个实施例中，所述晶化Ge1-xSnx层(007)是利用激光将依次形成于所述Si衬底(001)表面的第一Ge层、第二Ge层和N型Sn层融化结晶后形成的，其中，x>0.08。
[0023] 在本发明的一个实施例中，所述激光为：波长为808nm、光斑尺寸为10mm×1mm、功率为1.5kW/cm2及移动速度为25mm/s的激光。
[0024] 在本发明的一个实施例中，所述N型Sn层是对形成于所述第二Ge层上的Sn层注入P离子后形成的，其中，所述Sn层的厚度为100～150nm，所述N型Sn层的掺杂浓度为1.8×1016～2×1016。
[0025] 在本发明的一个实施例中，所述第一Ge层的厚度为50～100nm；所述第二Ge层的厚度为1200～1300nm。
[0026] 本发明实施例所提供的方案中，可以由所述接收线圈模块感应无线充电发送装置产生的磁场，并产生交流电信号；由所述整流模块将所述交流电信号转换为直流电信号；再由所述稳压模块，将所述直流电信号的电压稳定在预设电压，并将具有所述预设电压的直流电信号输出给充电电池以完成电子设备的无线充电；本发明实施例中接收线圈模块与无线充电发送装置的发送线圈模块耦合作用后产生的电流较小，适用于充电电池容量较小的小型电子设备；且接收线圈通过PCB布线实现，不用单独绕制线圈，在降低成本的同时，可以减小无线充电接收装置的体积，适合于小型化电子设备的无线充电。
[0027] 本发明实施例所提供的方案中，所述无线充电接收装置整流模块中的二极管可以采用硅基改性Ge肖特基二极管，所述硅基改性Ge肖特基二极管是通过Ge带隙类型转变而形成的弛豫GeSn材料，所述弛豫GeSn材料的电子迁移率，相对于纯Ge材料的电子迁移率可以提高一倍，采用所述硅基改性Ge肖特基二极管，可以显著提升无线充电接收装置的能量转换效率。
[0028] 通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
[0029] 图1为本发明实施例提供的一种用于小型电子设备的无线充电接收装置的结构示意图；
[0030] 图2为本发明实施例提供的一种用于小型电子设备的无线充电接收装置的电路原理图；
[0031] 图3为本发明实施例提供的一种用于小型电子设备的无线充电接收装置的硅基改性Ge肖特基二极管的结构示意图；
[0032] 图4为本发明实施例提供的一种用于小型电子设备的无线充电接收装置的硅基改性Ge肖特基二极管的一种制备方法的流程示意图；
[0033] 图4-1～图4-14为本发明实施例提供的用于小型电子设备的无线充电接收装置的硅基改性Ge肖特基二极管的一种制备工艺示意图。
具体实施方式
[0034] 下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0035] 实施例一
[0036] 本发明实施例提供了一种用于小型电子设备的无线充电接收装置100。请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种用于小型电子设备的无线充电接收装置的结构示意图。
[0037] 如图1所示，所述用于小型电子设备的无线充电接收装置100，包括：
[0038] 依次电连接的接收线圈模块110、整流模块120和稳压模块130；其中，所述接收线圈模块110，用于感应无线充电发送装置产生的磁场，并产生交流电信号；
[0039] 所述整流模块120，用于将所述交流电信号转换为直流电信号；
[0040] 所述稳压模块130，用于将所述直流电信号的电压稳定在预设电压，将具有所述预设电压的直流电信号输出给充电电池。
[0041] 需要说明的是，本发明实施例对应的无线充电发送装置可以包括依次电连接的振荡器、放大器及发射线圈模块等。所述振荡器产生的交流信号经所述放大器放大后产生放大的交流信号，所述放大的交流信号经所述发射线圈模块可以产生频率为近场通信频率(频率可以为13.56MHZ)的磁场。在此，并不对本发明实施例对应的无线充电发送装置进行详细说明。
[0042] 以下对接收线圈模块110、整流模块120和稳压模块130分别进行介绍。
[0043] (一)针对接收线圈模块110的说明如下：
[0044] 在本发明实施例中，所述接收线圈模块110包括连接在所述整流模块120的两个输入端之间的接收线圈，所述接收线圈以PCB布线的方式设置于所述无线充电接收装置100所在的电路板上。
[0045] 将接收线圈以PCB布线的方式设置于所述无线充电接收装置100所在的电路板上，不用单独绕制线圈，在降低成本的同时，可以减小无线充电接收装置100的体积，有利于电子设备的小型化设计。
[0046] 当然，所述接收线圈模块110还可以包括电容等等。
[0047] (二)针对整流模块120的说明如下：
[0048] 所述整流模块是把交流电能转换为直流电能的模块，经过所述整流模块之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。可以称为单向脉动性直流电压。所述整流模块可以由变压器、二极管、晶闸管和滤波器等组成。
[0049] 在本发明实施例中，可以采用任意一种整流电路作为所述整流模块，采用的整流电路可以为半波整流电路、全波整流电路或桥式整流电路等。
[0050] 在本发明实施例中，所述整流模块120可以由多个二极管构成，可选的一种实现方式中，由于肖特基二极管反向恢复时间极短(可以小到几纳秒)，正向导通压降可以达到仅0.4V，并且能承受低电压大电流，在本发明实施例中，所述整流模块120中的二极管可以采用肖特基二极管，以保证较高的整流效率及电路的稳定性。
[0051] (三)针对稳压模块130的说明如下：
[0052] 稳压模块130可以对其输出端连接的充电电池进行保护，避免稳压模块130输出的瞬间大电压影响充电电池的性能。所述稳压模块130可以由稳压管和作为匹配电路的电感、电容等构成。
[0053] 为了便于理解本发明实施例中的接收线圈模块110、整流模块120和稳压模块130的工作过程，以下结合图2进行说明，图2为本发明实施例提供的一种用于小型电子设备的无线充电接收装置的电路原理图。图2中虚线框110为所述接收线圈模块，虚线框120为所述整流模块，虚线框130为所述稳压模块。
[0054] 所述接收线圈模块110包括连接在所述整流模块120的两个输入端11和12之间的接收线圈L2，所述接收线圈L2以PCB布线的方式设置于所述无线充电接收装置100所在的电路板上。所述接收线圈模块110还包括第五电容C5、第六电容C6以及第七电容C7。
[0055] 所述整流模块120包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二级管D4。其中，所述二极管D1的正极分别与所述稳压模块130的第一输入端(31)以及所述二极管D2的正极连接，所述二极管D1的负极与所述二极管D3的正极连接；所述二极管D3的正极经第五电容C5与所述接收线圈L2的第一端(11)连接，所述二极管D3的负极与所述稳压模块的第二输入端(32)连接；所述二级管D4的负极与所述二极管D3的负极连接，所述二级管D4的正极分别与所述二极管D2的负极以及所述接收线圈L2的第二端(12)连接。
[0056] 所述稳压模块130包括第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第六电阻R6、稳压管D5以及三极管Q2。其中，所述三极管Q2的集电极与所述第八电容C8连接，所述三极管Q2的基极与所述稳压管D5的负极连接，所述三极管Q2的发射极分两路，一路与所述充电电池连接，另一路与经所述第九电容C9接地；所述稳压管D5的负极与所述第六电阻R6连接，所述稳压管D5的正极接地；所述第八电容C8的一端经所述第六电阻R6与稳压管D5的负极连接，另一端接地；所述第十电容C10与所述第八电容C8并联。
[0057] 具体的，接收线圈L2在发射线圈所产生的磁场的耦合作用下产生交流电流，该交流电流经第五电容C5、第六电容C6以及第七电容C7进行整形后，通过二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二级管D4的整流作用形成直流电流，该直流电流经稳压管D5的稳压作用后将三级管Q2的基极电压稳定为稳压管D5的电压(即为所述预设电压)，例如稳压管D5的稳定电压为5V，则三极管Q2的基极电压为5V，以维持三极管Q2的实时导通。Q2发射极输出的稳定直流电压可以提供给充电电池，以完成电子设备的充电。
[0058] 可选的，在本发明实施例中，在所述整流模块120和所述稳压模块130之间，还可以设置滤波模块，所述滤波模块可以把所述整流模块120输出的波形非平直的近似直流电，修整为尽可能平直的直流电提供给稳压模块130，所述滤波模块可以由多个滤波电容构成。
[0059] 可选的，在所述稳压模块130和充电电池之间，还可以设置电池管理模块，所述电池管理模块用于接收稳压模块130输出的预设电压信号，并对所述预设电压信号进行控制，以输出恒流恒压的电信号，并将恒流恒压的电信号提供给可充电电池。其中，所述电池管理模块可以包括电池管理芯片等。
[0060] 可选的，无线充电接收装置100还可以包括与所述充电电池连接的充电保护模块，所述充电保护模块用于检测充电电池的电量，所述充电保护模块在检测到充电电池电量充满后，可以产生如光信号或声音信号等类型的提示信号，以保护充电电池并节约电能。
[0061] 本发明实施例所提供的方案中，可以由所述接收线圈模块，感应无线充电发送装置产生的磁场，并产生交流电信号；由所述整流模块将所述交流电信号转换为直流电信号；再由所述稳压模块，将所述直流电信号的电压稳定在预设电压，将具有所述预设电压的直流电信号输出给充电电池，从而完成电子设备的无线充电。本发明实施例中接收线圈模块与无线充电发送装置的发送线圈模块耦合作用后产生的电流较小，适用于充电电池容量较小的小型电子设备；且接收线圈通过PCB布线实现，不用单独绕制线圈，在降低成本的同时，可以减小无线充电接收装置的体积，适合于小型化电子设备的无线充电。
[0062] 实施例二
[0063] 转换效率是评价无线能量传输的关键指标。针对于实施例一所述的用于小型电子设备的无线充电接收装置来说，整流模块内的二极管决定着最高转换效率的大小。理论证实，使用高迁移率材料的肖特基二极管由于载流子速度较快，对于高频信号响应会更加及时，因而更适合在高频下工作，有利于提升最大转换效率。
[0064] 基于上述思想，本发明实施例提供了一种用于小型电子设备的无线充电接收装置的硅基改性Ge肖特基二极管，请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种用于小型电子设备的无线充电接收装置的硅基改性Ge肖特基二极管的结构示意图。
[0065] 如图3所示，所述硅基改性Ge肖特基二极管包括：
[0066] Si衬底(001)、晶化Ge1-xSnx层(007)、N型Ge1-xSnx层(009)、Al金属层(010)、W金属层(012)、第一电极和第二电极，其中，
[0067] 所述晶化Ge1-xSnx层(007)设置在所述Si衬底(001)的表面；
[0068] 所述N型Ge1-xSnx层(009)内嵌在所述晶化Ge1-xSnx层(007)中；
[0069] 所述Al金属层(010)设置在所述N型Ge1-xSnx层(009)的表面，与所述第一电极连接；
[0070] 所述W金属层(012)设置在所述晶化Ge1-xSnx层(007)表面的预设肖特基接触区域内，与所述第二电极连接；
[0071] 其中，所述第二电极(a2)为所述硅基改性Ge肖特基二极管的正极，所述第一电极(a1)为所述硅基改性Ge肖特基二极管的负极。
[0072] 一种实现方式中，所述N型Ge1-xSnx层(009)是对所述晶化Ge1-xSnx层(007)局部进行P离子注入后形成的。
[0073] 形成所述N型Ge1-xSnx层(009)是为了产生欧姆接触，进而基于欧姆接触形成第一电极a1。
[0074] 其中，一种实现方式中，所述N型Ge1-xSnx层(009)的掺杂浓度为1020cm-3。
[0075] 掺杂浓度为1020cm-3属于重掺杂，使得所述N型Ge1-xSnx层(009)可以用于产生欧姆接触，进而基于欧姆接触形成第一电极a1。
[0076] 一种实现方式中，所述晶化Ge1-xSnx层(007)是利用激光将依次形成于所述Si衬底(001)表面的第一Ge层、第二Ge层和N型Sn层融化结晶后形成的，其中，x>0.08。
[0077] 众所周知，Ge是一种间接带隙半导体，但室温下其直接带隙仅比间接带隙大0.14eV，因此，在一定改性条件下，Ge可以转化为直接带隙材料，即得到改性Ge。改性Ge由于带隙转化，其载流子辐射复合效率可以得到大幅度提高，将改性Ge应用于微电子器件及其集成电路，可以显著提升电子迁移速度。
[0078] 简要来说，“改性”是指通过一定的方法与技术，使Ge布里渊区中心的导带底和决定其禁带宽度处于布里渊区边界方向的导带底相对于价带顶逐渐下降，且要求布里渊区中心导带底的下降速率较方向导带底的下降速率大。
[0079] 研究证实，当在Ge材料中引入Sn组分形成合金，则其合金化作用导致的能级变化可由Ge和Sn的形变势参数等能带参量线性插值来表征。随着Sn组分的增加，Γ能谷下降，这样计算电导率有效质量时就要考虑到较小的Γ能谷有效质量，最后得到的电导率有效质量更小，迁移率可以随之提升。
[0080] 当在Ge中加入组份至少为8％的Sn形成Ge1-xSnx合金时，可以实现Ge带隙类型转化，得到改性Ge。
[0081] 在本发明实施例中，可以利用激光工艺将所述第一Ge层、所述第二Ge层和所述N型Sn层融化再结晶，形成晶化Ge1-xSnx层，从而实现Ge带隙类型转变，得到改性Ge。
[0082] 本领域技术人员可以理解的是，该步骤形成的晶化Ge1-xSnx层内不存在应力，属于弛豫GeSn材料。
[0083] 一种实现方式中，所述激光为：波长为808nm、光斑尺寸为10mm×1mm、功率为1.5kW/cm2及移动速度为25mm/s的激光。
[0084] 可以利用上述激光，融化所述第一Ge层、所述第二Ge层和所述N型Sn层，然后再结晶，从而形成晶化Ge1-xSnx层(007)。
[0085] 形成所述晶化Ge1-xSnx层(007)是为了产生肖特基接触，进而基于肖特基接触形成第二电极a2。
[0086] 一种实现方式中，所述N型Sn层是对形成于所述第二Ge层上的Sn层注入P离子后形成的，其中，所述Sn层的厚度为100～150nm。
[0087] 可以理解的是，形成于所述第二Ge层上的Sn层可以引入Sn组分，将所述Sn层注入P离子后，形成所述N型Sn层，以便于在后续基于所述N型Sn层形成晶化Ge1-xSnx层(007)。
[0088] 一种实现方式中，所述N型Sn层的掺杂浓度为1.8×1016～2×1016。
[0089] 掺杂浓度为1.8×1016～2×1016属于轻掺杂，可以用于产生肖特基接触，进而基于肖特基接触形成第二电极a2。
[0090] 一种实现方式中，所述第一Ge层的厚度为50～100nm；所述第二Ge层的厚度为1200～1300nm。
[0091] 一种实现方式中，所述Si衬底(001)为厚度为300～400μm的单晶Si衬底，所述Al金属层(010)和所述W金属层(012)的厚度均为10～20nm。
[0092] 硅作为一种半导体，由于其稳定性高，常被用作肖特基二极管的衬底。制备硅衬底可以选取任意一种含有Si的材料。而由于电子比空穴迁移率大，为了获得良好的频率特性，在本发明实施例中，可以用单晶Si制备衬底。300～400μm是肖特基器件制备中使用晶圆的一个典型厚度规格。
[0093] 需要说明的是，第一电极与第二电极可以位于同一面，相比第一电极和第二电极分别位于上下面的肖特基二极管，本发明实施例提供的用于整流天线的肖特基二极管采用的是平面工艺。
[0094] 本发明实施例通过Ge带隙类型转变而形成弛豫GeSn材料，所述弛豫GeSn材料的电子迁移率，相对于纯Ge材料的电子迁移率可以提高一倍，将该弛豫GeSn材料应用于肖特基二极管，可提高其载流子迁移率，适用于无线充电接收装置，可大大提升能量转换效率。
[0095] 本发明实施例中直接带隙弛豫GeSn半导体与Si工艺兼容，且步骤简单，具有明显的成本优势。
[0096] 本发明实施例采用了平面工艺制造方法制造肖特基二极管，更易于集成和工艺控制。
[0097] 实施例三
[0098] 本实施例在实施例二的基础上，提供一种用于小型电子设备的无线充电接收装置的硅基改性Ge肖特基二极管的制备方法，请参见图4、图4-1～图4-14，图4为本发明实施例提供的一种用于小型电子设备的无线充电接收装置的硅基改性Ge肖特基二极管的一种制备方法的流程示意图，图4-1～图4-14为本发明实施例提供的一种用于小型电子设备的无线充电接收装置的硅基改性Ge肖特基二极管的一种制备方法的工艺示意图。
[0099] 具体地，如图4所示，该制备方法包括如下步骤：
[0100] S201，制备厚度为300～400μm的单晶Si衬底；
[0101] 如图4-1所示，可以制备厚度为300～400μm的单晶Si衬底(001)。其中，300～400μm是肖特基器件制备中使用晶圆的一个典型厚度规格。
[0103] 如图4-2所示，可以在275℃～325℃的温度下，利用分子束外延方式在所述衬底(001)的上表面上，生长第一厚度为50nm～100nm的第一Ge层(002)。
[0104] 考虑生长的第一Ge层(002)很薄，分子束外延是最合适的生长方式。
[0105] S203，在500℃～600℃温度下，利用分子束外延方式在所述第一Ge层的表面上，生长厚度为1200nm～1300nm的第二Ge层；
[0106] 如图4-3所示，可以在500℃～600℃的温度下，利用分子束外延方式在所述第一Ge层(002)的表面上，淀积第二厚度厚度为1200nm～1300nm的第二Ge层(003)。
[0107] 500℃～600℃温度为预设的高温温度，在高温温度下生长第二Ge层可以促进结构结晶质量的提高。
[0108] 所述第一Ge层(002)和所述第二Ge层(003)是硅衬底(001)上的缓冲层。
[0109] S204，利用分子束外延方式，在温度为90～100℃及基准压力为3×10-10torr的生长环境下，确定纯度为99.9999％的Sn作为Sn源，在所述第二Ge层上生长厚度为100～150nm的Sn层；
[0110] 如图4-4所示，可以利用分子束外延方式，在温度为90～100℃及基准压力为3×10-10torr的生长环境下，确定纯度为99.9999％的Sn作为Sn源，在所述第二Ge层(003)上生长厚度为100～150nm的Sn层(004)。
[0111] S205，在400～500℃温度下，向所述Sn层注入P离子，形成掺杂浓度为1.8×1016～2×1016的N型Sn层，其中，所述P离子的注入时间为200s，注入能量为30keV；
[0112] 如图4-5所示，可以在400～500℃温度下，向所述Sn层(004)注入P离子，形成掺杂16 16
浓度为1.8×10 ～2×10 的N型Sn层(005)，其中，所述P离子的注入时间为200s，注入能量为30keV。
浓度为1.8×10 ～2×10 的N型Sn层(005)，其中，所述P离子的注入时间为200s，注入能量为30keV。
[0113] 所述N型Sn层(005)属于轻掺杂，可以用于产生肖特基接触，进而在后续基于肖特基接触形成第二电极a2。
[0114] S206，利用CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气象淀积法)工艺在所述N型Sn层上淀积厚度为150nm的SiO2层作为保护层；
[0115] 如图4-6所示，可以利用CVD工艺在所述N型Sn层(005)上淀积厚度为150nm的SiO2层作为保护层(006)。SiO2由于熔点高，在加热过程中不会融化，能够对其下的所述第一Ge层(002)、所述第二Ge层(003)和所述N型Sn层(005)起到保护作用。
[0116] S207，加热所述第一Ge层、所述第二Ge层、所述N型Sn层和所述保护层至700℃；
[0117] S208，利用波长为808nm、光斑尺寸为10mm×1mm、功率为1.5kW/cm2及移动速度为25mm/s的激光，融化所述第一Ge层、所述第二Ge层和所述N型Sn层，自然冷却后得到晶化Ge1-xSnx层，其中x>0.08；
[0118] 如图4-7所示，通过步骤S207-S208，可以利用激光再晶化技术，将所述第一Ge层(002)、所述第二Ge层(003)和所述N型Sn层(005)融化再结晶，形成晶化Ge1-xSnx层(007)。x>0.08是为了使Sn组分足够大以影响GeSn的能带结构。本领域技术人员可以理解的是，所述晶化Ge1-xSnx层(007)实现了Ge带隙类型转化，得到改性Ge。
[0120] 如图4-8所示，可以将图4-7中的所述保护层(006)，利用干法刻蚀工艺刻蚀，然后可以对所述晶化Ge1-xSnx层(007)进行抛光处理，以便于后续基于所述晶化Ge1-xSnx层(007)形成肖特基接触，继而形成第二电极a2。
[0121] S210，在所述晶化Ge1-xSnx层的表面涂抹第一光刻胶，并曝光所述晶化Ge1-xSnx层表面所述第一区域的所述第一光刻胶；
[0122] 可以理解的是，对一区域涂抹光刻胶可以对该区域进行保护。在本发明实施例中，首先在所述晶化Ge1-xSnx层(007)的整个表面涂抹第一光刻胶(008)，然后曝光所述晶化Ge1-xSnx层(007)表面第一区域的所述第一光刻胶(008)，使得所述第一区域(如图4-9所示)失去第一光刻胶(008)的保护，以便于后续仅对所述第一区域进行离子注入操作。
[0123] 其中，所述第一区域为所述晶化Ge1-xSnx层的表面上，小于所述晶化Ge1-xSnx层的表面积的一个区域，如图4-9所示，所述第一区域可以为所述晶化Ge1-xSnx层表面左侧的一个区域。
[0124] S211，利用离子注入工艺向所述第一区域注入磷离子，形成N型掺杂浓度为1020cm-3的N型Ge1-xSnx层；
[0125] 如图4-9所示，可以利用离子注入工艺向所述第一区域注入磷离子，形成N型掺杂浓度为1020cm-3的N型Ge1-xSnx层(009)。
[0126] 所述N型Ge1-xSnx层(009)为重掺杂，可以用于产生欧姆接触，进而基于欧姆接触形成第一电极a1。
[0127] 所述N型Ge1-xSnx层(009)的厚度小于所述晶化Ge1-xSnx层(007)的厚度。所述N型Ge1-xSnx层(009)的表面与所述晶化Ge1-xSnx层(007)的表面平齐。
[0128] 关于利用离子注入工艺向所述第一区域注入P离子的具体过程在此不进行详细描述。
[0129] S212，去除所述晶化Ge1-xSnx层表面的所述第一光刻胶，并在600℃～1000℃温度的氢气环境中加热所述衬底、所述晶化Ge1-xSnx层和所述N型Ge1-xSnx层；
[0130] 如图4-10所示，可以首先去除所述晶化Ge1-xSnx层(007)表面的所述第一光刻胶(008)，然后在600℃～1000℃温度的H2气环境中加热所述衬底(001)、所述晶化Ge1-xSnx层(007)和所述N型Ge1-xSnx层(009)。
[0131] 在600℃～1000℃的H2环境中加热所述衬底和各个层，可以修复离子注入造成的表面晶体损伤。
[0132] S213，利用电子束蒸发方式，在包含所述N型Ge1-xSnx层的所述晶化Ge1-xSnx层表面，淀积厚度为10～20nm的Al(铝)层，并利用刻蚀工艺刻蚀所述晶化Ge1-xSnx层表面上，除所述第一区域之外的其它区域的所述Al层，将剩余的所述Al层作为所述第一电极；
[0133] 可以在图4-10的包含所述N型Ge1-xSnx层(009)的所述晶化Ge1-xSnx层(007)表面上，利用电子束蒸发方式，淀积厚度为10～20nm的Al层(010)，形成欧姆接触；并利用刻蚀工艺刻蚀所述晶化Ge1-xSnx层(007)表面上，除所述第一区域之外的其它区域的所述Al层(010)，将剩余的所述Al层(010)(如图4-11所示)作为所述第一电极a1。
[0134] 在肖特基二极管的制备过程中，淀积的金属可以选择铝、金、钼、镍和钛等，考虑到形成肖特基接触所需材料的功函数和制造成本，在本发明实施例中，所述金属确定为铝。而对于金属的淀积方式来说，由于电子束蒸发方式最常用，效率也最高，因此，本发明实施例采用电子束蒸发方式。
[0135] 在本发明实施例中，刻蚀工艺可以采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺等。
[0136] S214，在所述第一电极和所述晶化Ge1-xSnx层表面上涂抹第二光刻胶，并曝光所述第二区域的所述第二光刻胶；
[0137] 可以将图4-11的所述第一电极和所述晶化Ge1-xSnx(007)表面上涂抹第二光刻胶(011)，并曝光第二区域的第二光刻胶，得到的第二光刻胶如图4-12的011所示。
[0138] 其中，所述第二区域为所述晶化Ge1-xSnx层表面上，小于所述晶化Ge1-xSnx层的表面积的一个区域，如图4-12所示，所述第二区域可以为所述晶化Ge1-xSnx层表面右侧的一个区域。所述第二区域的面积可以与所述第一区域的面积相同。所述第二区域为所述预设肖特基接触区域。
[0139] S215，在剩余所述第二光刻胶和所述晶化Ge1-xSnx层上，利用电子束蒸发方式淀积厚度为10～20nm的W(钨)层；
[0140] 如图4-13所示，可以在图4-12的剩余的所述第二光刻胶(011)和所述晶化Ge1-xSnx层(007)表面上，利用电子束蒸发方式淀积10～20nm厚的W层(012)，形成肖特基接触。
[0141] S216，在包含所述N型Ge1-xSnx层的所述晶化Ge1-xSnx层表面上，剥离除所述第二区域之外的其它区域的所述第二光刻胶及所述第二光刻胶上的所述W层，将剩余所述W层作为所述第二电极。
[0142] 如图4-14所示，可以将4-13中包含所述N型Ge1-xSnx层(009)的所述晶化Ge1-xSnx层(007)表面上，除所述第二区域之外的其它区域的所述第二光刻胶(011)及所述第二光刻胶上的所述W层(012)进行剥离，将所述晶化Ge1-xSnx层(007)上剩余的W层(012)作为第二电极a2。其中，图4-14中a1和a2上方的竖线和圈圈代表导线。可以理解的是，图4-14即为所生成的用于整流天线的肖特基二极管。
[0143] 由于欧姆接触需要重掺杂，肖特基接触需要轻掺杂，在本发明实施例中，电极a1和a2的位置是为了满足掺杂浓度要求与肖特基器件的功能需求而设计的。
[0144] 需要说明的是，在本发明实施例中，基于欧姆接触形成的第一电极a1与基于肖特基接触形成的第二电极a2可以位于同一面，相比第一电极a1和第二电极a2分别位于上下面的肖特基二极管，本发明实施例提供的用于整流天线的肖特基二极管采用的是平面工艺。
[0145] 本发明实施例所提供的方案中，采用激光再晶化技术，通过激光热处理，使Si衬底上Ge外延层(所述第一Ge层、所述第二Ge层和所述N型Sn层)熔化再结晶，横向释放Ge缓冲层(所述第一Ge层和所述第二Ge层)的位错缺陷，解决Si衬底上高质量GeSn外延层制备的问题。本发明实施例通过Ge带隙类型转变而形成弛豫GeSn材料，所述弛豫GeSn材料的电子迁移率，相对于纯Ge材料的电子迁移率可以提高一倍，将该弛豫GeSn材料应用于肖特基二极管，可提高其载流子迁移率，适用于无线充电接收装置，可大大提升能量转换效率。
[0146] 本发明实施例中直接带隙弛豫GeSn半导体与Si工艺兼容，且步骤简单，具有明显的成本优势。
[0147] 本发明实施例采用了平面工艺制造方法制造肖特基二极管，更易于集成和工艺控制。
[0148] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
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