一种基于MEMS技术的低损耗太赫兹倍频器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于MEMS技术的低损耗太赫兹倍频器，包括上夹具、下夹具和上下夹具之间的薄膜基片，薄膜基片上设置有形成太赫兹信号传输通道的输入波导结构、砷化镓薄膜电路结构、薄膜芯片通道和输出波导结构，砷化镓薄膜电路结构放置于薄膜芯片通道上，薄膜芯片通道的一端连接输入波导结构，薄膜芯片通道的另一端连接输出波导结构；本发明专利技术的砷化镓薄膜电路结构紧凑，集成度高，砷化镓薄膜电路结构适合高频率倍频器设计，倍频性能好；本发明专利技术具有成本低、便于规模制造和适合高频率倍频器设计的特点：本发明专利技术的腔体加工采用MEMS技术，加工精度能保证倍频器的高频性能和一致性，且减少了金属夹具高精度微机械加工的费用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太赫兹倍频器的技术，特别是一种基于MEMS技术的低损耗太赫兹倍频器。技术背景随着太赫兹倍频器工作频率的不断上升，倍频器的效率受到各个方面的限制，比如二极管扩散电阻，基片损耗以及电路加工精度等。为了解决上述问题，基于GaAs工艺的太赫兹倍频器得到大力发展，但由于装配太赫兹电路的腔体采用传统超精密机械加工的手段难以达到设计的尺寸精度±5um，装配后电路性能大大降低。因此太赫兹腔体加工精度还是影响太赫兹器件性能的重要因数之一。传统的超精密机械加工方法采用刀削铣磨等手段实现腔体平面和表面粗糙度加工，其中加工精度1um左右和粗糙度30nm以上。然而当太赫兹器件工作频率大于500GHz，腔体加工精度往往要求5um的加工精度和20nm以下的粗糙度。MEMS技术(Micro-Eletro-Mechanical-System即微电子机械加工技术)是融合微电子与精密机械加工的技术，体硅加工精度可控制在2um以下。因此具有更高精度的MEMS技术是解决当前太赫兹腔体加工精度的重要技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有微加工技术的不足，提供了一种基于MEMS技术的低损耗太赫兹倍频器，适用于高频段(大于500GHz)的太赫兹倍频电路，可以在保证倍频器的一致性的同时提高倍频器的性能，工作频率高，易于制造，性能好，在太赫兹系统中具有良好的应用前景。本专利技术的技术方案如下: 一种基于MEMS技术的低损耗太赫兹倍频器，其特征在于:包括上夹具、下夹具和位于上夹具和下夹具之间的薄膜基片，薄膜基片上设置有输入波导结构、砷化镓薄膜电路结构、砷化镓薄膜芯片通道和输出波导结构，砷化镓薄膜电路结构放置于砷化镓薄膜芯片通道上，砷化镓薄膜芯片通道的一端连接输入波导结构，另一端连接输出波导结构，输入波导结构、砷化镓薄膜电路结构、砷化镓薄膜芯片通道和输出波导结构形成的结构即太赫兹信号传输通道。砷化镓薄膜电路结构包括芯片本体、第一梁氏引线、第二梁氏引线、太赫兹肖特基二极管对、输入耦合匹配单元和输出耦合匹配单元，第一梁氏引线、第二梁氏引线、太赫兹肖特基二极管对、输入耦合匹配单元和输出耦合匹配单元均安置于芯片本体上；芯片本体通过第一梁氏引线和第二梁氏引线安置于砷化镓薄膜芯片通道内，第一梁氏引线的下面设置输入耦合匹配单元，输入耦合匹配单元和输出耦合匹配单元连接，第一梁氏引线的上面设置有太赫兹肖特基二极管对，太赫兹肖特基二极管对通过输入耦合匹配单元与输入波导结构连接，太赫兹肖特基二极管对通过输出耦合匹配单元与输出波导结构连接，太赫兹肖特基二极管对通过第一梁氏引线连接到薄膜基片上以形成直流和射频回路；芯片本体设置有输入耦合匹配单元的一端悬置于输入波导结构内，芯片本体设置有输出耦合匹配单元的一端悬置于输出波导结构内。所述薄膜基片为镀金的硅基薄膜基片。所述硅基薄膜基片采用MEMS工艺中具有代表性的一种工艺收手段体硅工艺加工制取，其工艺流程如下:首先，在硅基基片上生长一层氧化硅层作为掩膜层；然后，通过光刻的方式在掩膜层上形成具有图形的光刻胶，其中硅基基片需要制腔体的位置对应的掩膜层裸露；其次，裸露的掩膜层通过干腐蚀的方法腐蚀掉，对应位置的硅基基片通过气相腐蚀剂进行腐蚀，得到设计所要求的深度和形状，最后将剩下的掩膜层通过腐蚀剂进行腐蚀，这个过程对硅基基片不具有腐蚀特性，将最终剩下来的硅基基片通过溅射的方式进行金属化镀层操作，在娃基表面形成3um厚Ti/Cu/Au金属层。所述芯片本体为砷化镓薄膜芯片。所述整个砷化镓薄膜电路结构不采用无外部直流偏置馈电，太赫兹肖特基二极管对的反向串联结构，以实现偶次谐波抑制，整个电路结构简单，尺寸较小，有利于电路结构加工和提升太赫兹倍频器性能。所述砷化镓薄膜芯片及其部件的制作工艺选用电子束光刻、电感耦合反应离子刻蚀、分子束外延、等离子体增强化学气相沉积中的一种。所述上夹具的下端面、下夹具的上端面和薄膜基片之间通过定位销钉固定连接定位。为了实现与外部其他器件相互连接，固定连接定位后成一体的上夹具、下夹具和薄膜基片的两侧面设置有法兰盘结构。所述上夹具和下夹具的材质均为金属铝，或者金属铜。其中上夹具、下夹具与中间的硅基薄膜基片闭合形成波导结构即输入波导结构、砷化镓薄膜电路通道、输出波导结构。装载太赫兹肖特基二极管的砷化镓薄膜电路结构通过第一梁氏引线粘接定位在砷化镓薄膜电路通道里面；砷化镓薄膜电路结构的一端与输入波导结构连接，另一端与输出波导结构连接，从而形成整个太赫兹信号传输通道。本专利技术采用MEMS技术微加工的硅基薄膜基片，与上下夹具形成闭合的输入输出波导结构。砷化镓薄膜电路结构上的肖特基二极管采用平衡反向并联的结构，利于实现杂波抑制。砷化镓薄膜电路结构经由梁氏引线固定在薄膜电路通道内，通过输入探针结构耦合进入倍频器结构太赫兹信号经过装载在薄膜电路上的肖特基二极管产生谐波信号，其中有用的谐波信号结果输出匹配结构单元和输出探针结构经输出波导输出。本专利技术的有益效果如下: 本专利技术的砷化镓薄膜电路结构具有结构紧凑，集成度高的特点；结构适合高频率倍频器设计，倍频性能好。本专利技术具有成本低，便于规模制造和适合高频率倍频器设计的特点:本专利技术中的腔体加工采用MEMS技术，2um的加工精度很好地保证了倍频器的高频性能和一致性，且减少了金属夹具高精度微机械加工的费用。【附图说明】图1为本专利技术的立体结构示意图； 图2为本专利技术的下半部分结构示意图； 图3为本专利技术的下半部分局部放大示意图； 图4为本专利技术薄膜芯片的结构示意图。其中，附图标记为:1金属上夹具，2金属下夹具，3硅基薄膜基片，4输入波导结构，5输出波导结构，6砷化镓薄膜电路结构，61芯片本体，62第一梁氏引线，63第二梁氏引线，64太赫兹肖特基二极管对，65输入耦合匹配单元，66输出耦合匹配单元，7法兰盘结构，8定位销钉。【具体实施方式】下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1-2所示，一种基于MEMS技术的低损耗太赫兹倍频器，包括上夹具、下夹具和位于上夹具和下夹具之间的薄膜基片，薄膜基片上设置有输入波导结构、砷化镓薄膜电路结构、砷化镓薄膜芯片通道和输出波导结构，砷化镓薄膜电路结构放置于砷化镓薄膜芯片通道上，砷化镓薄膜芯片通道的一端连接输入波导结构，另一端连接输出波导结构，输入波导结构、砷化镓薄膜电路结构、砷化镓薄膜芯片通道和输出波导结构形成的结构即太赫兹信号传输通道。如图3-4所示，所述砷化镓薄膜电路结构包括芯片本体、第一梁氏引线、第二梁氏引线、太赫兹肖特基二极管对、输入耦合匹配单元和输出耦合匹配单元，第一梁氏引线、第二梁氏引线、太赫兹肖特基二极管对、输入耦合匹配单元和输出耦合匹配单元均安置于芯片本体上；芯片本体通过第一梁氏引线和第二梁氏引线安置于砷化镓薄膜芯片通道内，第一梁氏引线的下面设置输入耦合匹配单元，输入耦合匹配单元和输出耦合匹配单元连接，第一梁氏引线的上面设置有太赫兹肖特基二极管对，太赫兹肖特基二极管对通过输入耦合匹配单元与输入波导结构连接，太赫兹肖特基二极管对通过输出耦合匹配单元与输出波导结构连接；芯片本体设置有输入耦合匹配单元的一端悬置于输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MEMS技术的低损耗太赫兹倍频器，其特征在于：包括上夹具、下夹具和位于上夹具和下夹具之间的薄膜基片，薄膜基片上设置有输入波导结构、砷化镓薄膜电路结构、砷化镓薄膜芯片通道和输出波导结构，砷化镓薄膜电路结构放置于砷化镓薄膜芯片通道上，砷化镓薄膜芯片通道的一端连接输入波导结构，另一端连接输出波导结构，输入波导结构、砷化镓薄膜电路结构、砷化镓薄膜芯片通道和输出波导结构形成的结构即太赫兹信号传输通道。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何月，缪丽，陆彬，沈川，凌源，钟伟，黄昆，邓贤进，成彬彬，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51