一种基于忆阻器的射频开关制造技术

本发明专利技术提供一种基于忆阻器的射频开关，包括射频信号传输层，忆阻器，钝化层。本发明专利技术具有高速、高频、低损和易集成等优势，忆阻器阻变材料在晶体状态下的低电阻率保证了连接射频终端时的低电阻,是实现开关低插入损耗，忆阻器阻变材料在非晶态的高电阻率保证了射频信号传输端口之间的高隔离。与二极管开关和场效应管开关相比,基于忆阻器开关在微波、毫米波的高频段甚至太赫兹频段仍然具有切换速度快、寿命长、体积小、结构简单等优点。本发明专利技术提供一种基于忆阻器的射频开关，主要用于5GHz以上频段，具有低插入损耗、高隔离度、切换速度快，易于大规模集成等特点。于大规模集成等特点。于大规模集成等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于忆阻器的射频开关


[0001]本专利技术涉及射频开关，更具体地，涉及一种基于忆阻器的射频开关。

技术介绍

[0002]射频开关广泛应用于集成电路和无线系统中器件、阵元、电路间的切换, 如通信系统的发射Tx/接收Rx转换、频带选择、电路特性重构、波束特性重构、信号中继、波束合成方法切换以及其他无线网络重新配置过程. 随着射频系统阵列化、毫米波太赫兹高频化发展趋势, 射频开关的重要性日益增长, 而互补金属氧化物半导体( CMOS)、PIN二极管、微机电系统(MEMS)等在带宽、插损、工作频率、开关速度等方面面临瓶颈。
[0003]忆阻器具有非常简单的金属
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阻变层
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金属（MIM）三明治结构，其阻值在电流由流经的电流或者施加的电压来确定。莫特忆阻器是采用莫特绝缘体材料作为阻变层的忆阻器，是易失性存储器即当外加电流或者电压撤去后，其阻值很快回到初始状态。根据能带理论，莫特（Mott）绝缘体（如VO2、NbO2、NiO等）在常温、常压下是很好的绝缘体。但是在高温或者高压下，可以由绝缘体状态转换成导体状态，称之为绝缘体
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金属转变现象。利用莫特绝缘体材料作为阻变层，制备出来的莫特忆阻器可以在合适的外加电流或者电压下，持续在高低阻态之间转变。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于忆阻器的射频开关，包含射频信号传输层，忆阻器，钝化层，衬底。
[0005]所述射频信号传输层为共面波导传输线结构，射频传输线位于中间，两边地线并行排列，射频传输线中间断开，接口处一边呈现T字形，一边呈现一字型。
[0006]所述忆阻器由顶电极、阻变层、底电极组成；所述衬底层上开有散热孔。
[0007]所述射频信号传输线采用金属微带线。
[0008]所述电极与阻变层之间连接方式可为直接交叉式、通孔式、侧壁式、柱状电极式。
[0009]所述忆阻器电极由Pt、TiN、W、Nb、Hf以及碳纳米管、纳米线、石墨烯材料中的一种或多种制作而成。
[0010]所述忆阻器阻变层由VOx、NbOx、过渡金属或稀土元素掺杂的NbOx、VOx材料中的一种或多种制作而成。
[0011]所述钝化层由SiO2、Al2O3、Si3N4材料中的一种或多种组制作而成。
[0012]所述衬底层选用硬性衬底，由SiO2、Si、Al2O3材料中的一种或多种制作而成。
[0013]本专利技术具有以下增益：本专利技术提供一种基于忆阻器的射频开关，具有高速、高频、低损和易集成优势。忆阻器阻变材料在晶体状态下的低电阻率保证了连接射频终端时的低电阻, 是实现开关低插入损耗。忆阻器阻变材料在非晶态的高电阻率保证了射频信号传输端口之间的高隔离。与二极管开关和场效应管开关相比, 基于忆阻器开关在微波、毫米波的高频段甚至太赫兹
频段仍然具有切换速度快、寿命长、体积小、结构简单等优点。
附图说明
[0014]图1所示为本专利技术实施例结构示意图。
[0015]图2所示为本专利技术实施例性能测试图。
实施方式
[0016]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本专利技术公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本专利技术公开的概念。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0017]在附图中示出了根据本专利技术公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0018]图1所示为一种基于忆阻器的射频开关结构示意图，至上而下包含射频信号传输层，忆阻器，钝化层，衬底。
[0019]其中射频信号传输层设计成共面波导传输线结构。即射频传输线位于中间，两边地线并行排列，主要用于5GHz以上信号传输，可以减少射频损耗。
[0020]其中射频传输线中间断开，接口处一边呈现T字形，一边呈现一字型，即相互垂直结构。降低射频信号的耦合。
[0021]其中射频传输线的中间断开层填充忆阻器的阻变层材料。
[0022]忆阻器由顶电极、阻变层、底电极组成。
[0023]钝化层，可以有效降低器件的工作电流，使得整个器件的功耗降低。同时可以限制阻变层材料形成的导电细丝尺寸、也可以限制阻变层材料粒子的运动，从而使得忆阻器性能更加稳定。
[0024]衬底层用于支撑整体器件，这里选用硬性衬底，SiO2/Si、Al2O3等。优选Al2O3。
[0025]其中衬底层刻上散热孔，用于多路开关，目的为了整个系统散热，基于实际工程考虑，5GHz以上频段信号传输时，发热问题比较严重。
[0026]进一步地，涉及到射频信号传输线均可采用金属微带线。
[0027]进一步地，所述电极层与阻变层之间连接方式可为直接交叉式、通孔式、侧壁式、柱状电极式。
[0028]进一步地，所述忆阻器电极材料包括Pt、TiN、W、Nb、Hf以及碳纳米管、纳米线、石墨烯等低维导电材料。
[0029]进一步地，所述忆阻器阻变层材料包括VOx、NbOx及两者混合物、过渡金属、稀土元素掺杂的NbOx、VOx。本专利技术选VO2。
[0030]进一步地，所述钝化层包括SiO2、Al2O3、氮化硅、高分子材料等。钝化层的引入可以有效抑制阻变层材料和环境中的粒子相互作用，从而使得忆阻器电学性能更加稳定。
[0031]忆阻器制备过程：加工首先在SiO2/Si、也可以是Al2O3等硬性衬底上光刻下电极的条带，然后采用磁控溅射，也可以是电子束蒸发、脉冲沉积、CVD外延生长等镀膜工艺沉积底电极。再采用光刻制作界面层/阻变层/界面层图案，然后采用磁控溅射（也可以是电子束蒸发、脉冲沉积、CVD外延生长等）镀膜工艺沉积界面层/阻变层/界面层（以Al2O3/NbOx/Al2O3为例）。再光刻上电极图案，采用磁控溅射（也可以是电子束蒸发、脉冲沉积、CVD外延生长等）镀膜工艺沉积顶电极（以Pt为例）。在非电极引出端采用磁控溅射（也可以是电子束蒸发、脉冲沉积、CVD外延生长等）镀膜工艺沉积钝化层（以SiO2为例）。
[0032]射频信号传输采用铜微带线，光刻成所需要的形状，在射频传输线的中间缺口处，采用外延生长阻变材料层VO2。
[0033]射频开关工作过程：忆阻器顶电极和底电极上电，阻变层材料由非晶状态，转换为晶体状态，同时具有较低的电阻率，射频传输线缺口处导通，射频信号可以从一端直接传输过去；反之，忆阻器电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于忆阻器的射频开关，其特征在于，包括，射频信号传输层，忆阻器，钝化层，衬底；所述射频信号传输层为共面波导传输线结构，射频传输线位于中间，两边地线并行排列，射频传输线中间断开，接口处一边呈现T字形，一边呈现一字型；所述忆阻器由顶电极、阻变层、底电极组成；所述衬底层上开有散热孔。2.根据权利要求1所述一种基于忆阻器的射频开关，其特征在于，所述射频信号传输线采用金属微带线。3.根据权利要求1所述一种基于忆阻器的射频开关，其特征在于，所述电极与阻变层之间连接方式可为直接交叉式、通孔式、侧壁式、柱状电极式。4.根据权利要求1所述一种基于忆阻器的射频开关，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，
申请(专利权)人：陕西格芯国微半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：