太赫兹混频器及其制造方法及包括该混频器的电子设备技术

公开了一种太赫兹混频器及其制造方法及包括该混频器的电子设备。根据实施例，该太赫兹混频器包括：腔体，用于分别形成射频输入波导和本振输入波导，以及用于容纳悬置微带线，在腔体的内侧表面上形成有台阶；悬置微带线，通过半导体生长工艺形成并跨接在台阶的至少一部分上，悬置微带线分别延伸至射频输入波导和本振输入波导所在腔体内，以分别形成用于接收射频输入信号和本振输入信号的微带线天线。

Terahertz mixer and its manufacturing method and electronic equipment including the mixer

A terahertz mixer and its manufacturing method and an electronic device including the mixer are disclosed. According to an embodiment, the terahertz mixer includes a cavity for forming radio frequency input waveguide and local oscillator input waveguide respectively, and for accommodating mounted microstrip lines to form a step on the inner surface of the cavity; a mounted microstrip line, formed by a semiconductor growth process and connected to at least part of the step, extends to the radio frequency input waveguide and local oscillator, respectively. The input waveguide is located in the cavity to form microstrip antennas for receiving radio frequency input signal and local oscillator input signal, respectively.

【技术实现步骤摘要】
太赫兹混频器及其制造方法及包括该混频器的电子设备
本公开涉及通信领域，具体地，涉及太赫兹混频器及其制造方法及包括该混频器的电子设备。
技术介绍
近年来，太赫兹技术作为重要的研究领域，在国内外已经受到越来越广泛的关注。从太赫兹波的大气传输特性中可以看出，在183GHz,320GHz、380GHz、664GHz附近存在水分子吸收窗口，是用来探测大气湿度轮廓线的关键频段；在94GHz、140GHz、220GHz毫米波传播受到衰减较小，基于点对点通信而被低空空地导弹和地基雷达所采用。因而针对这些频段的研究非常重要。无论太赫兹波应用于哪个方面以及哪个频段，都离不开对太赫兹波的接收，对于最为常用的基于超外差体制的接收机来说，实现频率下变频作用的混频器是其中的一个关键部件。在固态太赫兹雷达和通信等系统中，由于低噪声放大器实现较为困难，混频器就成为了接收端的第一级，所以混频器性能的好坏直接关系到整个接收机系统的性能。同时，由于同频段高性能本振源实现难度大，所以采用分谐波混频技术是解决此问题的有效途径。在仅有的几类可工作于太赫兹频段的混频器中，只有基于平面肖特基二极管的太赫兹分谐波混频器可工作于室温，无需提供如液氦等以实现苛刻的低温环境，因而获得了较为普遍的应用。针对100GHz～500GHz的太赫兹波段范围，目前主要的接收机方案之一是超外差式接收机，尤其当频率高于200GHz时，基于硅基CMOS工艺和硅锗CMOS工艺的混频器变频损耗较大，还不适合应用，所以仍主要依赖于平面封装的砷化镓肖特基二极管的太赫兹分谐波混频器。现有技术中平面封装的砷化镓肖特基二极管的太赫兹分谐波混频器的方案主要包括以下几种：方案1是将砷化镓肖特基二极管倒装键合在石英基板微带线上，外围是金属腔体。该方案简单易行，但缺点也较为明显，肖特基二极管倒装键合需采用导电胶或金丝绑定，其与微带线间的对准精度不好把控。石英微带线与金属腔体装配也存在对准误差。金属腔体加工随着频率的上升难度也逐渐增大，有些尺寸及角度很难实现。方案2是基于砷化镓的单片集成二次谐波混频器链路结构(肖特基二极管与微带线都采用砷化镓基片同步加工)，外围是金属腔体。该方案可避免二极管与微带线的对准问题，但砷化镓基微带线与金属腔体装配也存在对准误差。整体加工成本相对于方案1较高。方案3是采用硅基微机械工艺加工腔体结构，肖特基二极管和微带线仍采用方案1和方案2中的常规方式。该方案可以降低混频器的整体重量，且同时能够保障腔体内尺寸，但微带线与腔体结构间的对准问题仍没有得到很好解决。
技术实现思路
有鉴于此，本公开的目的至少部分地在于提供一种能够很好地保证微带线与腔体之间的对准精度的太赫兹混频器及其制造方法以及包括该太赫兹混频器的电子设备。根据本公开的一个方面，提供了太赫兹混频器，包括：腔体，用于分别形成射频输入波导和本振输入波导，以及用于容纳悬置微带线，在腔体的内侧表面上形成有台阶；悬置微带线，通过半导体生长工艺形成并跨接在台阶的至少一部分上，悬置微带线分别延伸至射频输入波导和本振输入波导所在腔体内，以分别形成用于接收射频输入信号和本振输入信号的微带线天线。根据本公开的另一方面，提供了一种制造太赫兹混频器的方法，包括：在硅基体或砷化镓基体上形成沟槽结构，沟槽结构包括台阶；在硅基体或砷化镓基体的内侧表面和沟槽的侧壁上形成金属层；跨接在台阶的至少一部分上形成悬置微带线。根据本公开的第三方面，还提供了一种电子设备，包括由上述的太赫兹混频器形成的集成电路。根据本公开的实施例，通过采用在混频腔体内直接生长形成悬置微带线的介质基片，并通过光刻及腐蚀工艺确定介质基片(即二氧化硅基板)及金属层的尺寸及位置，从而保证悬置微带线与腔体的对准精度，提高悬置微带线混频器的工作性能。由于悬置微带线的介质基片直接生长在混频腔体内，其与底部的金属层形成良好接触，避免了目前采用导电银胶涂抹不均匀或存在气泡等问题，保证了混频器加工工艺的可控性，提高了悬置微带线混频器的工作性能。同时，由于采用了大部分处于悬浮状态的悬置微带线，从而具有比常规微带线更高的Q值，接近于无色散。附图说明通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1示出了根据本公开的实施例的太赫兹混频器的结构示意图；图2a和图2b示出了沿图1中的A-A’截取的根据本公开的实施例的示例截面视图；图3示出了沿图1中的B-B’截取的根据本公开的实施例的示例截面视图；图4a和图4b示出了沿图1中的A-A’截取的根据本公开的实施例的另一示例截面视图；图5示出了沿图1中的B-B’截取的根据本公开的实施例的另一示例截面视图；图6a至图6d示出了根据本公开的实施例的制造太赫兹混频器的流程的示意图；以及图7示出了根据本公开的实施例的肖特基二极管的局部放大图。贯穿附图，相同或相似的附图标记表示相同或相似的部件。具体实施方式根据本公开的实施例的太赫兹混频器主要采用硅基微纳加工工艺和微机械加工工艺实现太赫兹单片集成式悬置微带线混频器。悬置微带线混频器，结构上与常规的微带线混频器类似，只是大部分微带线底部处于悬浮状态，介质基板不与地接触而悬置在空气中，所以其电磁场的大部分处于空气中，介质影响不大，其有效介电常数接近于1，从而其特性参量接近空气中的参量，线中损耗大大减小，且具有比常规微带线更高的Q值，接近于无色散。关于该太赫兹混频器的整体结构的实施例如图1所示。该太赫兹混频器是单片集成悬置微带线混频器，主要包括腔体结构和悬置微带线电路结构。腔体用于分别形成射频输入波导和本振输入波导，以及用于容纳悬置微带线，在腔体的内侧表面上形成有台阶，用于支撑悬置微带线的介质基片。如图1所示，由硅基(也可以为砷化镓基，本公开的实施例不限于此)构成表面存在金属层的腔体结构、射频输入波导结构101和本振输入波导结构102。在金属层所包围的腔体内放置悬置微带线电路结构。悬置微带线电路结构通过半导体生长工艺形成并跨接在台阶的至少一部分上，因此悬置微带线的大部分结构处于悬浮的状态。悬置微带线电路的一部分分别延伸至射频输入波导和本振输入波导所在腔体内，以分别形成用于接收射频输入信号和本振输入信号的微带线天线。悬置微带线电路由介质基片和导带金属构成，其中，介质基片通过半导体生长工艺形成并跨接在台阶的至少一部分上，导带金属进一步通过半导体生长工艺形成在介质基片的顶部表面的至少一部分上。如图1所示，形成有介质基片(例如二氧化硅)110，在介质基片(例如二氧化硅)110上形成有微带电路的导带金属层111。在本公开的其他实施例中，介质基片还可以采用氮化硅基片或砷化镓基片等其他绝缘物材料，本公开的实施例不限于此。进一步地，在导带金属层111上包含肖特基二极管键合的对准标记，在微带电路上设置有砷化镓肖特基二极管109，其中二极管可以为倒装键合也可以为正面键合，还可以通过特殊工艺将肖特基二极管结构直接生长在二氧化硅基片上，且肖特基二极管金属与悬置微带线金属连接。混频器中其他部分构成及尺寸参数可参考现有技术，或其他文献或专利。上述混频器的工作过程包括，需要接收的太赫兹信号，通过射频输入波导结构101，在波导-过渡-悬置微带线结构中，将太赫兹信号传输到悬置微带线的天线结构104中；由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹混频器，包括：腔体，用于分别形成射频输入波导和本振输入波导，以及用于容纳悬置微带线，在所述腔体的内侧表面上形成有台阶；悬置微带线，通过半导体生长工艺形成并跨接在所述台阶的至少一部分上，所述悬置微带线分别延伸至所述射频输入波导和所述本振输入波导所在腔体内，以分别形成用于接收射频输入信号和本振输入信号的微带线天线。

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹混频器，包括：腔体，用于分别形成射频输入波导和本振输入波导，以及用于容纳悬置微带线，在所述腔体的内侧表面上形成有台阶；悬置微带线，通过半导体生长工艺形成并跨接在所述台阶的至少一部分上，所述悬置微带线分别延伸至所述射频输入波导和所述本振输入波导所在腔体内，以分别形成用于接收射频输入信号和本振输入信号的微带线天线。2.根据权利要求1所述的太赫兹混频器，其中，所述悬置微带线包括：介质基片，所述介质基片通过半导体生长工艺形成并跨接在所述台阶的至少一部分上；导带金属，所述导带金属通过半导体生长工艺形成在所述介质基片的顶部表面的至少一部分上。3.根据权利要求2所述的太赫兹混频器，其中，所述介质基片包括二氧化硅基片、氮化硅基片或砷化镓基片。4.根据权利要求2或3所述的太赫兹混频器，其中，所述介质基片的厚度为10μm～100μm。5.根据权利要求2至4中任一项所述的太赫兹混频器，其中，所述腔体由硅基体或砷化镓基体形成，在所述硅基体或所述砷化镓基体上形成有沟槽结构，在所述硅基体或所述砷化镓基体的内侧表面和所述沟槽的侧壁上形成有金属层，通过所述金属层之间的键合形成所述腔体。6.根据权利要求5所述的太赫兹混频器，其中，所述导带金属与所述金属层电连接。7.根据权利要求5或6所述的太赫兹混频器，其中，所述金属层的厚度根据电磁波传输的趋附深度要求确定。8.根据权利要求5至7中任一项所述的太赫兹混频器，其中，所述金属层的厚度为0.5μm～5μm。9.根据权利要求5至8中任一项所述的太赫兹混频器，其中，所述沟槽结构包括用于形成所述射频输入波导的第一沟槽和用于形成所述本振输入波导的第二沟槽，所述第一沟槽的深度方向和所述第二沟槽的深度方向与所述悬置微带线所在平面的法线方向平行。10.根据权利要求5至9中任一项所述的太赫兹混频器，其中，所述射频输入波导的波导口的引出方向和所述本振输入波导的波导口的引出方向与所述悬置微带线所在平面的法线方向平行或与所述悬置微带线所在平面的法线垂直。11.根据权利要求5至10中任一项所述的太赫兹混频器，还包括：肖特基二极管，所述肖特基二极管倒装键合或正面键合在所述介质基片上，或者通过半导体生长工艺形成在所述介质基片上，且所述肖特基二极管与所述导带金属电连接。12.根据权利要求11所述的太赫兹混频器，其中，在所述导带金属上设置有对准标记，所述对准标记用于在键合所述肖特基二极管时进行对准。13.一种制造太赫兹混频器的方法，包括：在硅基体或砷化镓基体上形成沟槽结构，所述沟槽结构包括台阶；在所述硅基体或...

【专利技术属性】
技术研发人员：李元景，胡海帆，赵自然，马旭明，
申请(专利权)人：清华大学，同方威视技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11