一种基于存储记忆材料的电磁信息调控装置及其制造流程与控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于存储记忆材料的电磁信息调控装置及其制造流程与控制方法。所述基于存储记忆材料的电磁信息调控装置包括介质基板、射频开关组件、RIS单元和射频控制芯片；所述射频开关组件包括存储记忆材料、金属走线和电极；所述电极包括射频电极和控制电极；所述射频电极通过金属走线与所述存储记忆材料直接连接，所述射频电极还通过金属键合线连接RIS单元引线位置和电抗元件；所述控制电极的输出端使用金属走线互联，所述金属走线通过绝缘层间接连接存储记忆材料。该装置将具有存储记忆功能的材料，取代传统的二极管或者移相器中的开关，实现的电磁信息调控装置具有更轻薄、易于安装、节能环保、维护费用低、便于大规模普及使用的优点。规模普及使用的优点。规模普及使用的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于存储记忆材料的电磁信息调控装置及其制造流程与控制方法


[0001]本专利技术具体涉及一种基于存储记忆材料的电磁信息调控装置及其制造流程与控制方法，属于材料科学与电子通信的


技术介绍

[0002]随着5G商用普及所带来的物联网、云计算、人工智能等领域的高速发展，互联网数据流量呈现爆炸式增长，对信息传输容量和速率提出了越来越高的要求。根据面向 2035年的远期移动通信业务需求，通信网络需支持空、天、地、海一体接入，业务接入客户端数量和数据量巨幅增长，未来网络可提供的用户体验速率能达到100Gbps，峰值速度超过1Tbps。
[0003]无线通信频段向毫米波太赫兹扩展，可以有效提升数据传输带宽，降低数据传输延迟。然而，向高频段扩展所带来的一个很严重的问题就是基站耗电量的增加，据“2 020通信产业大会暨第十五届通信技术年会”专家介绍，按照现有趋势，到2026年全部基站升级为5G后，耗电量将会达到全社会用电量的2.1％，甚至高于数据中心(约 2％)的耗电量水平。
[0004]当前5G移动通信基站广泛采用MIMO(Multiple Input Multiple Output)波束赋形天线技术，定向对用户发射电磁波，以提高通信速度，降低无效电磁发射带来的能量损耗。即便如此，仍有大量的信号能量被墙体和树木等障碍物吸收。参考图1所示，贴装在建筑物外墙的智能超表面RIS(Reconfigurable Intelligent Surfac e)，可以对相应频段电磁波进行反射或透射，还可以通过算法控制反射或者透射波束的方向，有效提升基站信号阴影区的信号质量。
[0005]RIS是指一种由尺寸小于工作波长、人工制作的二维层状材料按规则排列组合而成，它可实现对电磁波传播方向、振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活调控。参考图2所示，RIS单元模块由印制到介质基板上的金属结构和调控电磁波相位的二极管构成，根据所工作的频段和反射透射功能的要求，金属结构的形状可以千变万化，但总体上RIS可以分成反射式和透射式两类。
[0006]如图2和图3所示，现有RIS结构采用有源射频开关或者二极管器件结合FPGA (Field Programmable Gate Array)进行控制，这种方案不仅导致RIS结构体积庞大在建筑表面安装部署不便，而且制造成本和功耗较高，与节能减排的设计初衷相悖。上述现有缺点导致RIS还无法进行实际的大规模部署。
[0007]存储记忆材料(例如相变材料、铁电材料等)的一个很重要的特征，是在其某种物理或者化学状态改变后，不继续供电的条件下，其后续状态仍能保持很长时间(如相变材料可以保持其相态达10年不变)。因此，使用存储记忆材料制成的射频开关，具有在不供电条件下可长期保持其通断状态的优点。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术提出一种基于存储记忆材料的电磁信息调控装置。
[0009]本专利技术还提供一种上述电磁信息调控装置的制造流程。
[0010]本专利技术还提供一种利用上述电磁信息调控装置对电磁波束进行调整控制的方法。
[0011]本专利技术的技术方案为：
[0012]一种基于存储记忆材料的电磁信息调控装置，包括介质基板、射频开关组件、RIS 单元和射频控制芯片；
[0013]所述射频开关组件包括生长在晶圆基底上的存储记忆材料、金属走线和电极；所述电极包括射频电极和控制电极；所述射频电极的输出端通过金属走线与所述存储记忆材料直接连接，所述射频电极的输入端通过金属键合线连接RIS单元引线位置和电抗元件；所述控制电极的输出端通过金属走线互联，控制电极的输入端与射频控制芯片的输出端口和地连接；所述控制电极接收射频控制芯片输出的控制脉冲信号，在控制电极之间的金属走线上产生热量，以实现对存储记忆材料的状态转换的控制。此处所述“地”不一定是指大地，还可以是射频控制芯片的参考地电位引脚。
[0014]优选的，所述射频芯控制片为无源射频芯片，使用能量耦合的方式从无线信号中获取能量，产生控制脉冲信号。
[0015]优选的，所述射频电极使用芯片封装技术直接键合到RIS单元的对应引线位置处，即射频电极不再连接电抗元件。此方案不使用电抗元件，也可以达到相同的电磁信息调控效果：在射频控制芯片的控制下，射频开关产生的导通和截止状态能够使得 RIS单元反射或者透射电磁波的相位产生显著变化，例如180度、150度等，从而调整反射或透射电磁波的方向，使终端设备所在位置接收到的信号质量得到增强，提升终端用户的使用体验。
[0016]优选的，所述射频控制芯片的天线收发端口直接键合到RIS单元的对应引线位置，RIS单元可以当做射频控制芯片的天线，收发和上位机通信的无线信号；此结构的电磁信息调控装置可以实现对电磁波束的反射或透射方向、振幅等的调控功能。
[0017]优选的，所述存储记忆材料为相变材料GeTe。
[0018]一种上述电磁信息调控装置的制造流程：
[0019]1)将晶圆依次用丙酮、异丙醇、去离子水清洗，并用氮气进行干燥处理。
[0020]2)在晶圆上通过光刻技术生长用于控制存储记忆材料的金属走线，以及生长用于隔离金属走线与存储记忆材料的绝缘层。
[0021]3)在晶圆上通过光刻技术生长存储记忆材料。
[0022]4)在晶圆上通过光刻技术制作射频电极和控制电极，控制电极经过通孔连接步骤 2)中的金属走线；射频电极直接连接存储记忆材料；
[0023]5)使用晶圆切割技术切割晶圆得到射频开关组件。
[0024]6)将射频开关组件使用绑定胶粘贴至介质基板上RIS单元的引线位置附近。
[0025]7)使用芯片封装的键合技术，将射频电极输入端分别与RIS单元、电抗元件键合；将控制电极的输入端与射频控制芯片的输出端口和地键合。
[0026]8)将射频控制芯片、射频开关组件封装在介质基板表面。
[0027]优选的，所述步骤2)光刻技术的具体步骤为：
[0028]在晶圆上旋涂光刻胶，将涂有光刻胶的晶圆进行电子束曝光，将要制作的图形显示在光刻胶上；除掉被曝光的光刻胶，将金属材料生长到光刻图案中；除掉所有光刻胶，在晶圆上生长绝缘层；
[0029]所述步骤3)光刻技术的具体步骤为：
[0030]在晶圆的绝缘材料上旋涂光刻胶，将涂有光刻胶的晶圆进行电子束曝光，将要制作的图形显示在光刻胶上；除掉被曝光的光刻胶，使用磁控溅射或化学气相淀积生长存储记忆材料；除掉所有光刻胶。
[0031]所述步骤4)制作电极的具体步骤为：
[0032]重复与2)和3)中步骤相同的涂胶、曝光和除胶流程，在晶圆上使用蒸镀或磁控溅射技术生长金属走线和电极；除掉所有光刻胶；
[0033]优选的，所述步骤8)中封装的具体步骤为：
[0034]8.1)环氧树脂邦定胶在50℃下预热15分钟；
[0035]8.2)将环氧树脂邦定胶涂敷在射频控制芯片、射频开关组件和金属键本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于存储记忆材料的电磁信息调控装置，其特征在于，包括介质基板、射频开关组件、RIS单元和射频控制芯片；所述射频开关组件包括生长在晶圆基底上的存储记忆材料、金属走线和电极；所述电极包括射频电极和控制电极；所述射频电极的输出端通过金属走线与所述存储记忆材料直接连接，所述射频电极的输入端通过金属键合线连接RIS单元引线位置和电抗元件；所述控制电极的输出端通过金属走线互联，控制电极的输入端与射频控制芯片的输出端口和地连接；所述射频控制芯片的天线收发端口连接有天线。2.根据权利要求1所述的基于存储记忆材料的电磁信息调控装置，其特征在于，所述射频电极直接键合到RIS单元的对应引线位置。3.根据权利要求1所述的基于存储记忆材料的电磁信息调控装置，其特征在于，所述射频控制芯片的天线收发端口直接键合到RIS单元的对应引线位置。4.根据权利要求1所述的基于存储记忆材料的电磁信息调控装置，其特征在于，所述存储记忆材料为相变材料GeTe。5.一种如权利要求1
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4任意一项所述电磁信息调控装置的制造流程，其特征在于，1)将晶圆依次用丙酮、异丙醇、去离子水清洗，并用氮气进行干燥处理；2)在晶圆上通过光刻技术生长用于控制存储记忆材料的金属走线，以及生长用于隔离金属走线与存储记忆材料的绝缘层；3)在晶圆上通过光刻技术生长存储记忆材料；4)在晶圆上通过光刻技术制作射频电极和控制电极，控制电极经过通孔连接步骤2)中的金属走线；射频电极直接连接存储记忆材料；5)切割晶圆得到射频开关组件；6)将射频开关组件使用绑定胶粘贴至介质基板上RIS单元的引线位置处；7)将射频电极输入端分别与RIS单元、电抗元件键合；将控制电极的输入端与射频控制芯片的输出端口和地键合；8)将射频控制芯片、射频开关组件封装在介质基板表面。6.根据权利要求5所述电磁信息调控装置的制造流程，其特征在于，所述步骤2)光刻技术的具体步骤为：在晶圆上旋涂光刻胶，将涂有光刻胶的晶圆进行电子束曝光，将要制作的图形显示在光刻胶上；除掉被曝光的光刻胶，将金属材料生长到光刻图案中；除掉所有光刻胶，在晶圆上生长绝缘层；所述步骤3)光刻技术的具体步骤为：在晶圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈传魁，王云征，续丽媛，
申请(专利权)人：深圳市达则科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：