一种实现金属共面波导特征阻抗值增加的方法技术

本发明专利技术公开了一种金属共面波导特征阻抗值的增加方法。该方法通过在金属共面波导的信号线上覆盖二维材料，来实现对金属共面波导特征阻抗的增加。本发明专利技术在实现特征阻抗值增加的同时，不会增加导体的导体损耗。不同于一般通过调整结构参数来增加金属共面波导的特征阻抗值，本发明专利技术对金属共面波导的特征阻抗值增加的方法较为直观简单，避免了耗费大量的调整时间。另外，本发明专利技术不影响原金属共面波导制备过程中的任何加工过程，能够很好地与其制备工艺兼容。

【技术实现步骤摘要】
一种实现金属共面波导特征阻抗值增加的方法
本专利技术属于微纳尺度器件
，具体涉及一种实现金属共面波导特征阻抗值增加的方法。
技术介绍
共面波导是一种信号线和地线处于同一平面的微波传输线，地线在信号线的两侧以一定间隔分布，电磁场便主要分布在信号线与地线之间的介质中，并以准TEM波的形式沿着信号线传播。相对于其它类型的传输线，共面波导的损耗较小，并且对加工工艺和测试的要求不高，因此被广泛研究和使用。和其它类型的传输线一样，共面波导需要精心设计，以满足阻抗匹配要求(一般将其阻抗调配至标准负载阻抗50Ω或75Ω)，从而降低回波损耗(因信号反射而引起的损耗)。金属共面波导特征阻抗的调整主要通过改变一些结构参数(如，信号线的宽度W0、信号线与地线之间的间距S0等)来实现。不过，这种通过调整结构参数来改变阻抗值的方法有一定的弊端：一方面，这种方法在实际使用时，并不容易实现，往往需要耗费大量的时间来进行调整；另一方面，当金属共面波导的特征阻抗较小，则需要减小S0和W0，虽然实现了阻抗匹配的目标，但是信号在导体中的传输时的导体损耗和介质损耗也会增加。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种实现金属共面波导特征阻抗值增加的方法，该方法的具体步骤如下：1)测试金属共面波导的特征阻抗值Z0；2)使用二维材料与金属共面波导贴合；所述二维材料的长和宽均不能超出信号线的长和宽，其长度不能小于传播的微波信号所对应的半波长(如图1)。将二维材料与金属共面波导贴合的方法主要有三种，如图2所示：i)首先将二维材料转移至金属共面波导表面，，然后将二维材料加工至一定的尺寸；ii)先将二维材料转移至衬底表面，然后将二维材料加工至一定的尺寸，最后再在该加工好的二维材料上方制备金属共面波导；iii)在金属共面波导的表面能使用化学气相沉积(CVD)法生长出二维材料，该二维材料与金属共面波导贴合，然后将二维材料加工至一定的尺寸。二维材料的加工方法包括：在二维材料表面旋涂光刻胶，并加工出光刻胶的窗口，使得信号线上方合适的区域覆盖光刻胶，该光刻胶应满足二维材料尺寸要求，而其他区域的光刻胶被除去，如图3。将未被光刻胶保护的区域的二维材料刻蚀掉后，使用丙酮溶解掉用于保护的光刻胶，最后留下符合要求的二维材料。留下的二维材料在金属共面波导的信号线上的位置对本专利技术没有影响，但是无论该二维材料处在信号线的位置如何，其各个边都不能超出金属共面波导的信号线。加工出光刻胶窗口的方法有，紫外光刻、电子束曝光、激光直写光刻、纳米压印光刻等。刻蚀二维材料的方法有，感应耦合等离子体刻蚀(ICP)、反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀(IBE)、聚焦离子束刻蚀(FIB)、透射电子显微镜(TEM)、扫描隧道显微镜(STM)、扫描透射电子显微镜(STEM)、扫描电子显微镜(SEM)等。3)再次测试该金属共面波导的特征阻抗的值ZL,得到金属共面波导阻抗增加值ΔZ＝ZL-Z0。上述二维材料是指石墨烯(graphene)、硅烯(silicene)、锗烯(germanene)、黑磷(BP)、氮化硼(BN)、过渡金属硫族化合物(TMDC)、金属碳化物或金属氮化物(MXene)、拓扑绝缘体(Bi2Se3、Bi2Te3、Sb2Te3)等。进一步，可以将粘合有二维材料的金属共面波导放于管式炉中，并在真空环境下进行热退火。在真空环境下进行热退火可以将二维材料和金属之间的气体分子或水蒸气除去，从而使二维材料充分发挥增大阻抗的作用。热退火的温度为120～500℃，具体取决于所使用的二维材料的种类，以避免二维材料在高温下遭到破坏。本专利技术的技术优势：采用本专利技术可以实现对金属共面波导特征阻抗值的增加，且在增加金属共面波导特征阻抗值的同时，不会增加信号线上的导体损耗。而且，本专利技术的方法较为简单，避免了一般通过调整结构参数来增加特征阻抗所耗费的大量时间。另外，本专利技术不影响原金属共面波导制备过程中的任何加工过程，能够很好地与其制备工艺兼容。附图说明图1信号线表面贴合有二维材料的金属共面波导的侧视图；图2将二维材料贴合到金属共面波导表面的三种方法；其中，图(a)所示将二维材料淀积在金属共面波导所在的衬底表面或将生长好的二维材料转移至金属共面波导所在的衬底表面；图(b)所示先将二维材料转移至共面波导所在的衬底表面，然后将二维材料加工至一定的尺寸，最后在该加工好的二维材料上方再制备金属共面波导；图(c)所示若在金属共面波导的表面能使用化学气相沉积(CVD)法生长出某种二维材料，该二维材料与金属共面波导贴合；图3在二维材料表面加工出光刻胶窗口的示意图；图4信号线上覆盖有单层石墨烯和未覆盖单层石墨烯的相同尺寸Au共面波导的特征阻抗实部对比；图中1—二维材料；2—金属共面波导的信号线；3—金属共面波导的地线；4—衬底；5—光刻胶。具体实施方式下面通过实例对本专利技术做进一步说明。需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本专利技术，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本专利技术及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本专利技术不应局限于实施例所公开的内容，本专利技术要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。实例1：使用单层石墨烯对Cu共面波导特征阻抗值的增加。1)测试Cu共面波导的特征阻抗值；测试Cu共面波导的S参数，并提取出其特征阻抗值。2)选择单层石墨烯增加特征阻抗值，使其与金属共面波导贴合；由于在Cu表面可以使用CVD的方法生长出单层石墨烯，所以选择单层石墨烯来增加Cu共面波导的特征阻抗值。具体制备过程如下：将Cu共面波导的衬底放入管式炉后，通入甲烷、氢气和氩气的混合气体作为生长气体，依次经过升温，保温和降温(保温阶段保持1020℃的温度)的过程后，在Cu的表面生长出单层石墨烯。在这一过程中，Cu作为催化剂，是单层石墨烯生长的基底。而由于Cu共面波导的其它区域没有Cu，也不会覆盖有单层石墨烯。使用CVD法在Cu共面波导表面生长出单层石墨烯后，不需要放置在管式炉中进行真空退火。使用紫外曝光和ICP刻蚀工艺，在Cu共面波导的信号线的中心区域加工出一个石墨烯条带：在Cu共面波导的衬底表面以4000rpm的转速旋涂AR-P5350型光刻胶，利用配套的光刻版，对相应区域用55mJ/cm2的曝光剂量进行曝光。曝光完毕后，将衬底浸泡于AR300-26显影液中60s，再经过去离子水定影和氮气枪吹干后，在Cu共面波导的信号线中心区域留下了一条光刻胶掩膜。使用O2对单层石墨烯进行ICP刻蚀(刻蚀参数：气体流量为25sccm，ICP功率为20W，RIE功率为25W，刻蚀时间为40s)，则未被光刻胶保护的单层石墨烯被刻蚀掉。最后，使用丙酮去除残留的光刻胶，并依次经过无水酒精和去离子水清洗后，使用氮气枪将衬底表面吹干。3)再次测试Cu金属共面波导的特征阻抗的值ZL，得到金属共面波导阻抗增加值ΔZ＝ZL-Z0。实例2：使用单层石墨烯对Au共面波导特征阻抗值的增加。1)测试Au共面波导的特征阻抗值；测试Au共面波导的S参数，并提取出其特征阻抗值。2)选择单层石墨烯增加特征阻抗值，使其与金属共面波导贴合；具体制备过程如下：将一片铜箔放入管式炉后，通入甲烷和氢气的混合气体作为生长气体，依次经过升温，保温和降温(保温阶段保持1020℃的温度)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现金属共面波导特征阻抗值增加的方法，包含如下步骤：1)测试金属共面波导的特征阻抗值Z0；2)使用二维材料贴合在金属共面波导上表面，所述二维材料的长度不能小于传播的微波信号所对应的半波长；3)再次测试该金属共面波导的特征阻抗的值ZL，得到特征阻抗值增加后的金属共面波导。

【技术特征摘要】
1.一种实现金属共面波导特征阻抗值增加的方法，包含如下步骤：1)测试金属共面波导的特征阻抗值Z0；2)使用二维材料贴合在金属共面波导上表面，所述二维材料的长度不能小于传播的微波信号所对应的半波长；3)再次测试该金属共面波导的特征阻抗的值ZL，得到特征阻抗值增加后的金属共面波导。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述二维材料是指石墨烯、硅烯、锗烯、黑磷、氮化硼、过渡金属硫族化合物、金属碳化物或金属氮化物或拓扑绝缘体。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述二维材料的长和宽均不超出信号线的长和宽。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述贴合方法是，首先将二维材料转移至金属共面波导的表面，然后将二维材料加工至一定的尺寸。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述贴合方法是，先将二维材料转移至衬底表面，然后将二维材料加工至一定的尺寸，最后在该加工好的二维材料上方再制备金属共面波导。6.如权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王紫东，张亮，彭沛，田仲政，李慕禅，宋建宏，任黎明，傅云义，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11