【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及介电谱测试，更具体的说是涉及一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片。
技术介绍
1、近年来，介电谱方法在材料表征方面得到广泛应用。随着小型化技术的快速发展，开发低成本的材料表征电子器件和仪器的研究与应用要求呈指数级增长。以微流控结构和基于聚合物的芯片实验室系统为代表，它们占用的空间很小，但功能复杂，可以发挥重要作用。通过与无源微波元件(如共面波导、微带、电容器、天线、谐振器、移相器、分频器等)集成所得的结构可以在实时无标记测量方法中利用宽带rf、微波毫米波乃至亚毫米波技术来表征和检测各种类型的固体和液体材料。
2、在微波微流控集成的代表性应用中，使用基于多种结构的谐振器是一个典型的例子。为了提高灵敏度，人们对谐振器进行了数百项研究。另一种方法是利用传输线(例如波导、同轴线和平面线)的传播常数来计算复介电常数。在这种测定技术中，常常涉及到研究传输线的物理传输方式，提取有效介电常数，或推断传输线单位长度(p.u.l，单位为“米”)的分布电容和电导来提取被测材料(mut)的介电常数。就传输线的p.u.l c和g提取方法而言，通常使用两种分析程序。
3、第一种是从测量的散射参数中直接获得c和g。首先确定完整传输线不同区域的单位长度电阻r、电感l、电容c和电导g。然后，在精确地去嵌入馈电部分之后，该方法能够完美地表征待测材料的介电常数。然而，反馈参数和中间参数(如r和l)的数学计算使过程复杂且耗时。
4、另一种方法是利用“线-线”技术。工作流程是使用两根横截面相同的传输线结构，当两根线的长度不同
5、基于聚二甲基硅氧烷(pdms)的微流控器件成本低、对细胞无毒、对气体具有渗透性，并且与多种溶剂具有化学相容性，在生物学研究中有着广泛的应用。软光刻技术是制备pdms微流控通道的常用技术。然而，制备的微流控通道与晶圆上金属层的对齐是实现微波器件集成的关键。这两层之间的错位导致了制造器件与设计器件之间的尺寸差异，这将导致制造的器件和设计的器件之间出现不同的行为，当器件的工作频率增加时，这种差异更为显著。因为随着频率的增加，失配的物理尺寸相对于波长也增加了。此外，对准精度限制了所制造的微波微流体器件的分辨率，这对于缩小器件的尺寸以用于单细胞测量等领域至关重要。为了提高pdms流控层与硅或玻璃器件之间的对准精度以及多层pdms流控结构之间的对准精度，目前有以下几种器件制备方法。一种方法是通过定制的桌面对准器实现多层pdms微流控结构，其精度为20微米。但此方法需要考虑pdms的收缩来增加对齐精度，而pdms的收缩与pdms的固化条件有关，这使得控制非常困难。另一种方法则是是采用夹层模具制备工艺实现15微米的对齐精度。这两种方法提供得对齐精度仍有不足，无法用来制备高精度的介电谱测试芯片，目前迫切需要一种新的制备方法来进一步提高对准精度，增加微波微流体器件的分辨率，满足测量需求。
6、因此，如何提供一种直观简单的适用于各种材料的亚毫米波段介电谱测试芯片及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种亚毫米波段宽频带介电谱测试芯片及其制备方法，用于在宽频带范围内测量包括液体及介电聚合物在内的各种材料的介电谱，并能够有效提高传感器设计和介电常数提取过程的效率。提出的制备方法是一种利用可溶性光刻胶模具制造微流控通道的新技术。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一方面，本专利技术公开了一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片，包括：
4、测试芯片本体和与所述测试芯片本体配套设置的若干multiline-trl校准件；
5、其中，所述测试芯片本体包括：衬底，所述衬底上方设置有金属电极，所述金属电极构成共面波导传感结构；所述金属电极的上方设置有pdms聚合物层，所述pdms聚合物层中设置有用于存放待测材料的微流控结构，所述微流控结构与所述金属电极垂直设置。
6、优选的，所述共面波导传感结构包括中间的信号线和信号线两侧平行且间隔设置的接地线，所述信号线的宽度为70μm，所述接地线的宽度为150μm，所述信号线和接地线的间距为8μm。
7、优选的，当所述共面波导传输线作为传感器工作时，被测材料的厚度满足以下关系式：
8、h>w+2s,式中，h表示被测材料的厚度，w表示传输线横截面处的信号线宽度，s表示传输线横截面处的信号线和接地线的间距。
9、优选的，所述共面波导传感结构按照波导传输方向分为以下传输区域：位于金属电极中部的mut传感区，位于传感区两侧的pdms负载馈电区，以及位于pdms负载馈电区外侧的裸线馈电区。
10、优选的，所述共面波导传感结构分成的传输区域中，所述mut传感区的长度为200μm，位于传感区两侧的pdms负载馈电区的长度均为3400μm，所述裸线馈电区的长度均为1500μm。
11、优选的，所述测试芯片本体中，pdms聚合物层包括pdms聚二甲基硅氧烷层，所述pdms聚二甲基硅氧烷层的总宽度为17000μm，总长度为7000μm。
12、优选的，若干所述multiline-trl校准件，包括长度分别为0.5mm、0.6648mm、1.4265mm、5.71mm和29.7982mm的具有multiline-trl校准标准的共面波导传输线。
13、另一方面，本专利技术还公开了一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片的制备方法，包括以下步骤：
14、s1、将石英晶圆进行预处理；
15、s2、将预处理后的石英晶圆进行离子反应刻蚀rie处理；
16、s3、将离子反应刻蚀rie处理后的石英晶圆旋涂光刻胶，然后通过溅射沉积方法依次沉积50纳米厚的ti粘附层和400纳米厚的金属层以及纳米厚度的二氧化钛层；在室温下，将晶圆浸泡在n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)中进行显影处理，获得具有金属电极结构的晶圆；
17、s4、在包含金属电极结构的晶圆上旋涂一层20微米厚的ma-p 1275hv光刻胶，旋涂后静置20分钟，将晶圆在120℃的烤盘上烘烤5分钟；
18、s5、烘烤后，使用evg620自动掩模对准器对光刻胶进行图案化，然后显影处理，随后进行rie处理，处理时间持续1分钟，氧气流量为40sccm，功率100w，压力20mt；
19、s6、将pdms的基料(sylgard 184)和固化剂按10:1的比例混合，混合物本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片，其特征在于，包括：测试芯片本体和与所述测试芯片本体配套设置的若干Multiline-TRL校准件；
2.根据权利要求1所述的一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片，其特征在于，所述共面波导传感结构包括中间的信号线和信号线两侧平行且间隔设置的接地线，所述信号线的宽度为70μm，所述接地线的宽度为150μm，所述信号线和接地线的间距为8μm。
3.根据权利要求2所述的一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片，其特征在于，当所述共面波导传输线作为传感器工作时，待测材料的厚度满足以下关系式：
4.根据权利要求1所述的一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片，其特征在于，所述共面波导传感结构按照波导传输方向分为以下传输区域：位于金属电极中部的MUT传感区，位于传感区两侧的PDMS负载馈电区，以及位于PDMS负载馈电区外侧的裸线馈电区。
5.根据权利要求4所述的一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片，其特征在于，所述共面波导传感结构分成的传输区域中，所述MUT传感区的长度为200μm，位于传感区两侧的PDMS负载馈电区的长度均为340
6.根据权利要求5所述的一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片，其特征在于，所述测试芯片本体中，PDMS聚合物层包括PDMS聚二甲基硅氧烷层，所述PDMS聚二甲基硅氧烷层的总宽度为17000μm，总长度为7000μm。
7.根据权利要求1所述的一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片，其特征在于，若干所述Multiline-TRL校准件，包括长度分别为0.5mm、0.6648mm、1.4265mm、5.71mm和29.7982mm的具有Multiline-TRL校准标准的共面波导传输线。
8.一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，将石英晶圆进行预处理，具体包括，
10.根据权利要求8所述的一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片，其特征在于，包括：测试芯片本体和与所述测试芯片本体配套设置的若干multiline-trl校准件；
2.根据权利要求1所述的一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片，其特征在于，所述共面波导传感结构包括中间的信号线和信号线两侧平行且间隔设置的接地线，所述信号线的宽度为70μm，所述接地线的宽度为150μm，所述信号线和接地线的间距为8μm。
3.根据权利要求2所述的一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片，其特征在于，当所述共面波导传输线作为传感器工作时，待测材料的厚度满足以下关系式：
4.根据权利要求1所述的一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片，其特征在于，所述共面波导传感结构按照波导传输方向分为以下传输区域：位于金属电极中部的mut传感区，位于传感区两侧的pdms负载馈电区，以及位于pdms负载馈电区外侧的裸线馈电区。
5.根据权利要求4所述的一种宽频带亚毫米波介电谱测试芯片，其特征在于，所述共面波导传感结构分成的传输区域中，所述mut传感区的长度为200μm，位...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲍秀娥，杨玉涛，杜鸣鹤，袁昊云，邵琳湘，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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