太赫兹波阻抗调谐空气介质八木天线结构及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种太赫兹波阻抗调谐空气介质八木天线及其制作方法，包括衬底层；衬底层正面以引向器金属支撑柱与衬底层连接的引向器金属层；衬底层正面的开关金属层；衬底层正面以信号线金属支撑柱与衬底层连接的信号线金属层；衬底层正面以正面接地金属支撑柱与衬底层连接的正面接地金属层；衬底层背面的背面接地金属层。本发明专利技术实施例，能够在有效降低损耗、提高品质因数的同时，解决阻抗调谐以及工艺稳定性方面的问题，以满足太赫兹天线的性能与阻抗设计要求。

【技术实现步骤摘要】
太赫兹波阻抗调谐空气介质八木天线结构及其制作方法
本申请实施例属于微电子领域，设计太赫兹波段天线技术，具体涉及一种太赫兹波阻抗调谐空气介质八木天线结构及其制作方法。
技术介绍
由于在高速通信，大气探测和无损成像等方面的突出优势，太赫兹系统受到了国内外学者诸多的关注。太赫兹单片集成电路(TMIC)，特别是基于宽禁带半导体材料的TMIC因其输出功率大，集成度高，寄生串扰小，被认为是未来太赫兹通讯系统的最佳解决方案之一。近年来，太赫兹有源器件在诸如功率，效率等方面有了显著的提升，这也使得太赫兹系统对滤波器，天线等无源器件在低损耗，低寄生效应，小尺寸，高集成度方面的需求变得更为迫切。由于半导体衬底的介电常数都很高，且有耗，使得共面波导，微带线等传统无源器件存在诸如高损耗，窄带宽，高寄生等不足。而到了太赫兹频段，固态介质材料的极性分子吸收较为显著，会导致当介质材料层为固态材料时，电磁波会具有非常明显的损耗。另一方面，对于高度集成化的天线结构来说，阻抗失配会造成损耗的急剧增加，为了实现阻抗调谐需要调整空气介质的厚度，这对于现有半导体加工技术来说比较困难，工艺不稳定性较大，会降低良品率，大大提高生产成本。因此，在该
存在着诸如上述的缺点和限制需要克服。
技术实现思路
本申请实施例的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种太赫兹波阻抗调谐空气介质八木天线结构及其制作方法，能够在有效降低损耗、提高品质因数的同时，解决阻抗调谐以及工艺稳定性方面的问题，以满足太赫兹天线的性能与阻抗设计要求。首先本申请实施例提供一种太赫兹波阻抗调谐空气介质八木天线，包括衬底层、引向器金属层、开关金属层、信号线金属层、正面接地金属层和背面接地金属层；其中，所述衬底层上开设有多个通孔；所述开关金属层沉积于所述衬底层的一侧，包括主图形和与所述主图形共面的突起图形，所述突起图形包括垂直相连的电偶极子金属图形和连接图形，所述背面接地金属层沉积于所述衬底层的另一侧，所述开关金属层和所述背面接地金属层覆盖所述通孔，所述开关金属层上开设有凹槽；所述信号线金属层包括共面垂直相连的两个信号线金属图形，所述信号线金属层通过至少3个信号线金属支撑柱与所述开关金属层连接，所述信号线金属支撑柱在所述衬底层的投影面积小于所述信号线金属层在所述衬底层的投影面积；所述信号线金属图形中的一个在所述开关金属层所在的面上的投影覆盖一个所述电偶极子金属图形，所述信号线金属图形中的另一个在所述开关金属层所在的面上的投影与所述另一个电偶极子金属图形平行；所述正面接地金属层包括两个正面接地金属图形；所述信号线金属层的其中一个信号线金属图形两侧各设置一个正面接地金属图形，所述正面接地金属图形通过至少2个接地金属支撑柱与所述开关金属层连接；所述正面接地金属图形在所述开关金属层所在的平面上的投影覆盖所述开关金属层；所述引向器金属层包括至少两个平行的引向器金属图形，所述引向器金属图形通过至少2个引向器金属支撑柱与所述衬底层连接。可选的，所述主图形为长方形，所述突起图形为L形；所述信号线金属图形为长方形；所述正面接地金属图形为长方形；所述引向器金属图形为长方形。可选的，所述引向器金属图形设置有四个。可选的，所述衬底层为碳化硅衬底层。可选的，所述碳化硅衬底层的电阻率大于107欧姆·厘米。可选的，所述开关金属层上的沟槽宽度根据所述信号线金属层的宽度以及所述信号线金属支撑柱的厚度设置。本申请实施例还提供一种太赫兹波阻抗调谐空气介质八木天线的制作方法，包括：在衬底层一侧表面沉积开关金属层；在所述开关金属层上制作信号线金属支撑柱、正面接地金属支撑柱，在所述衬底层上未被所述开关金属层覆盖的部位制作引向器金属支撑柱；在所述信号线金属支撑柱上制作信号线金属层，在所述正面接地金属支撑柱上制作正面接地金属层，在所述引向器金属支撑柱上制作引向器金属层；对所述衬底层开设通孔；在所述衬底层另一侧制作背面接地金属层。可选的，在所述开关金属层上制作信号线金属支撑柱、正面接地金属支撑柱，在所述衬底层上未被所述开关金属层覆盖的部位制作引向器金属支撑柱；在所述信号线金属支撑柱上制作信号线金属层，在所述正面接地金属支撑柱上制作正面接地金属层，在所述引向器金属支撑柱上制作引向器金属层，包括：在所述开关金属层和所述衬底层上未被开关金属层覆盖的部位上涂覆光刻胶作为第一光刻胶层；对所述第一光刻胶层进行光刻，形成分别与所述信号线金属支撑柱、所述正面接地金属支撑柱和所述引向器金属支撑柱形状位置相适应的通孔；在所述光刻胶层上沉积钛金种子金属；在所述钛金种子金属上涂覆光刻胶作为第二光刻胶层；对所述第二光刻胶层进行刻蚀，形成与所述信号线金属层、所述正面接地金属层和所述引向器金属层形状位置相适应的凹槽；在所述凹槽中进行金属电镀，形成所述信号线金属层、所述正面接地金属层和所述引向器金属层。可选的，对所述衬底层开设通孔，包括：对所述衬底层另一侧进行研磨；在研磨后的所述衬底层另一侧形成掩膜层；利用所述掩膜层对所述衬底进行刻蚀，然后将所述掩膜层去除后，对刻蚀掉的衬底部位进行金属化，形成所述通孔。为了实现上述目的，本申请实施例一种实施方式中太赫兹波阻抗调谐空气介质八木天线结构采用的技术方案为：包括碳化硅衬底层，所述的碳化硅衬底层正面沉积开有沟槽的开关金属层，沟槽处的碳化硅衬底层上通过信号线金属支撑柱设置的信号线金属层，沟槽两侧的开关金属层上通过正面接地金属支撑柱设置的正面接地金属层，沟槽远端的碳化硅衬底层上通过引向器金属支撑柱设置的引向器金属层；所述的信号线金属层与碳化硅衬底层之间、正面接地金属层与开关层金属之间以及引向器金属层与碳化硅衬底层之间形成空气介质层；所述的碳化硅衬底层背面沉积有背面接地金属层，并且碳化硅衬底层上开设有多个背面金属通孔，将开关金属层和背面接地金属层连通。所述的碳化硅衬底层采用高阻型碳化硅材料制成；所述的高阻型碳化硅材料为电阻率大于105欧姆·厘米的碳化硅材料。所述的开关层金属层上的沟槽宽度能够根据信号线金属层的宽度以及空气介质的厚度进行调整，以获得不同大小的阻抗。与现有技术相比，本申请实施例太赫兹波阻抗调谐空气介质八木天线结构具有如下有益效果：针对基于第三代半导体的太赫兹器件和电路设计了一种新型八木天线结构，利用空气桥制作技术，实现了以空气介质层作为主要介质层的结构。相比于现有的太赫兹天线，在太赫兹信号传输方面本申请实施例具有更低的损耗和能量泄露，能够实现一种高品质因数的天线结构；同时在工艺加工方面，本申请实施例工艺难度较低，且全部工艺都采用的是现有半导体加工工艺，容易实现集成。此外，本申请实施例在开关层上开设有沟槽，通过调节开关层沟槽宽度可以更加方便地实现阻抗调节，大大降低了阻抗调节难度和工艺复杂度。附图说明下面将结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细的说明。图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹波阻抗调谐空气介质八木天线，其特征在于，包括衬底层、引向器金属层、开关金属层、信号线金属层、正面接地金属层和背面接地金属层；其中，/n所述衬底层上开设有多个通孔；/n所述开关金属层沉积于所述衬底层的一侧，包括主图形和与所述主图形共面的突起图形，所述突起图形包括垂直相连的电偶极子金属图形和连接图形，所述背面接地金属层沉积于所述衬底层的另一侧，所述开关金属层和所述背面接地金属层覆盖所述通孔，所述开关金属层上开设有凹槽；/n所述信号线金属层包括共面垂直相连的两个信号线金属图形，所述信号线金属层通过至少3个信号线金属支撑柱与所述开关金属层连接，所述信号线金属支撑柱在所述衬底层的投影面积小于所述信号线金属层在所述衬底层的投影面积；所述信号线金属图形中的一个在所述开关金属层所在的面上的投影覆盖一个所述电偶极子金属图形，所述信号线金属图形中的另一个在所述开关金属层所在的面上的投影与所述另一个电偶极子金属图形平行；/n所述正面接地金属层包括两个正面接地金属图形；所述信号线金属层的其中一个信号线金属图形两侧各设置一个正面接地金属图形，所述正面接地金属图形通过至少2个接地金属支撑柱与所述开关金属层连接；所述正面接地金属图形在所述开关金属层所在的平面上的投影覆盖所述开关金属层；所述引向器金属层包括至少两个平行的引向器金属图形，所述引向器金属图形通过至少2个引向器金属支撑柱与所述衬底层连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹波阻抗调谐空气介质八木天线，其特征在于，包括衬底层、引向器金属层、开关金属层、信号线金属层、正面接地金属层和背面接地金属层；其中，
所述衬底层上开设有多个通孔；
所述开关金属层沉积于所述衬底层的一侧，包括主图形和与所述主图形共面的突起图形，所述突起图形包括垂直相连的电偶极子金属图形和连接图形，所述背面接地金属层沉积于所述衬底层的另一侧，所述开关金属层和所述背面接地金属层覆盖所述通孔，所述开关金属层上开设有凹槽；
所述信号线金属层包括共面垂直相连的两个信号线金属图形，所述信号线金属层通过至少3个信号线金属支撑柱与所述开关金属层连接，所述信号线金属支撑柱在所述衬底层的投影面积小于所述信号线金属层在所述衬底层的投影面积；所述信号线金属图形中的一个在所述开关金属层所在的面上的投影覆盖一个所述电偶极子金属图形，所述信号线金属图形中的另一个在所述开关金属层所在的面上的投影与所述另一个电偶极子金属图形平行；
所述正面接地金属层包括两个正面接地金属图形；所述信号线金属层的其中一个信号线金属图形两侧各设置一个正面接地金属图形，所述正面接地金属图形通过至少2个接地金属支撑柱与所述开关金属层连接；所述正面接地金属图形在所述开关金属层所在的平面上的投影覆盖所述开关金属层；所述引向器金属层包括至少两个平行的引向器金属图形，所述引向器金属图形通过至少2个引向器金属支撑柱与所述衬底层连接。


2.根据权利要求1所述的太赫兹波阻抗调谐空气介质八木天线，其特征在于，所述主图形为长方形，所述突起图形为L形；所述信号线金属图形为长方形；所述正面接地金属图形为长方形；所述引向器金属图形为长方形。


3.根据权利要求1所述的太赫兹波阻抗调谐空气介质八木天线，其特征在于，所述引向器金属图形设置有四个。


4.根据权利要求1所述的太赫兹波阻抗调谐空气介质八木天线，其特征在于，所述衬底层为碳化硅衬底层。


5.根据权利要求4所述的太赫兹波阻抗调谐空气介质八木天线，其特征在于，所述碳化硅衬底层的电阻率大于107欧...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林安，刘禹辰，马晓华，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61