本发明专利技术涉及一种复合左右手非线性传输线微波倍频电路及其制作方法，属于微波电路技术领域。一种复合左右手非线性传输线微波倍频电路由5节复合左右手非线性传输线单元串联构成，每节复合左右手非线性传输线单元分别由两个串联的相同肖特基二极管、一个与肖特基二极管并联的矩形绕线电感和对称分布在矩形绕线电感两边的两根相同的传输线组成。该倍频电路靠近输入端和输出端的肖特基二极管还可以用隔直电容取代。本发明专利技术提供的复合左右手非线性传输线微波倍频电路，优化了电路结构，简化了外围偏置电路，缩小了体积；本发明专利技术提供的倍频电路的制作方法，简化相应电路制作工艺，以改善倍频电路的谐波输出功率，增加谐波转化效率，增强谐波输出纯度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微电子中微波电路
，尤其涉及一种基于平面肖特基二极管的复合左右手非线性传输线微波倍频电路及其制作方法。
技术介绍
随着系统工作频率向微波高端、毫米波和太赫兹频段延伸，要求频率越来越高，由于受器件、输出功率等因素的影响，基波很难在这些频段上满足系统的电性能指标，需对输入基波信号进行整数倍的频率倍增，将频率扩展到微波、毫米波高端甚至太赫兹波，这样对微波和毫米波发射机和接收机、通信、电子战、雷达等领域具有重要意义。肖特基二极管的肖特基结电容随外加偏置电压非线性变化，因寄生串联电阻小， 具有极高的截止频率，在毫米波或亚毫米波频段，以肖特基非线性电容为基础的倍频器可以有效获取所需谐波输出功率。肖特基二极管在大正向偏置电压时有很大的结电容，等效为一个大电容，呈现低阻抗，近似短路；而反向偏置电压时近似为一个小电容，呈现高阻抗， 近似开路，使得基于肖特基二极管的倍频电路消耗功率很低，得到广泛应用。复合左右手传输线是一种人工合成的非线性传输媒质，具有负的折射率(O、磁导率(μ)和负的折射率，电磁波在其中传播时，波矢方向和能流方向相反(即具有负的相速度和正的群速度)的特性，电场强度Ε、磁场强度H和波矢K满足左手螺旋法则，表现出奇异色的散特性。典型的复合左右手传输线由串联的电容、微带线和并联的电感级联而成，其简化电路模型为串联电容和并联电感，电学上表现为高通电路，适于应用在高频电路中，同时其制作工艺与单片微波集成电路工艺兼容，因此广泛应用于射频、微波和毫米波领域，随着微电子工艺的不断发展，该结构逐步扩展到THz领域。将复合左右手传输线中的固定电容变为肖特基二极管，构成复合左右手非线性传输线。利用复合左右手传输线奇异的色散特性和电学上的高通相应特性，以及肖特基二极管超高频下的非线性特性，可以在微波、毫米波高端甚至太赫兹波频段倍频电路中得到广泛应用。通常情况下，基于复合左右手非线性传输线的倍频电路，设计上使用微带线传输线结构，制作上采用混合电路制作工艺。该结构电路存在以下固定缺陷需采用过孔和背金工艺；分别将肖特基二极管和电感倒扣和表贴在高频基板上；需要为肖特基二极管提供偏置电路；常常伴随着产生大量杂散波，进而产生的杂散波的谐波也出现在谐波中，得不到纯净的谐波信号；谐波随肖特基二极管外加偏置电压影响较大，有时得不到谐波输出。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合左右手非线性传输线微波倍频电路，优化了电路结构，简化了外围偏置电路。本专利技术的另一目的在于提供一种复合左右手非线性传输线微波倍频电路的制作方法，简化电路制作工艺。3为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种复合左右手非线性传输线微波倍频电路，所述倍频电路由5节复合左右手非线性传输线单元串联构成，每节复合左右手非线性传输线单元分别由两个串联的相同肖特基二极管、一个与肖特基二极管并联的矩形绕线电感和对称分布在所述矩形绕线电感两边的两根相同的传输线组成。上述方案中，所述第一节复合左右手非线性传输线单元中的肖特基二极管DO由隔直电容Cl取代，所述第五节复合左右手非线性传输线单元中的肖特基二极管D5由隔直电容C2取代。上述方案中，每节复合左右手非线性传输线单元中，所述矩形绕线电感的几何尺寸为矩形内圈半径40微米，矩形绕线宽IOum ；矩形绕线间距10微米，矩形绕线3圈半，对应电感值为2. 9nH。上述方案中，每节复合左右手非线性传输线单元中，所述两段相同的传输线采用共面波导传输线组态，制作在350微米的砷化镓衬底上，其几何尺寸为中间信号线宽83微米，中间信号线距信号线两边共面地的间距为290微米，两段共面波导传输线共长930微米。上述方案中，所述第一节复合左右手非线性传输线单元中的隔直电容Cl和第五节复合左右手非线性传输线单元中的隔直电容C2，采用微波集成电路制作工艺，电容值为 0. 25pF0一种复合左右手非线性传输线微波倍频电路的制作方法，包括如下步骤A、在半绝缘的砷化镓(GaAs)衬底上外延生长N+层；B、在N+层上外延生长N—有源层；C、采用湿法腐蚀刻蚀N—层，在N+层上形成台面结构；D、在N+层上蒸发金属形成肖特基二极管的下电极；E、采用低温合金方法，在N+层形成欧姆接触；F、在N—层上蒸发金属形成肖特基接触的上电极；G、采用湿法腐蚀刻蚀N+层，形成器件之间的电学隔离；H、蒸发形成一次布线金属；I、在外延片上沉积一层Si3N4，采用干法刻蚀在Si3N4表面刻孔，打开电极引线窗 Π ；J、电镀形成二次布线金属。上述方案中，所述步骤A中N+层的厚度为1微米，掺杂浓度为5X1018cm_3。上述方案中，所述步骤B中N—有源层的厚度为0. 6微米、掺杂浓度为5X 1016cm_3。上述方案中，所述步骤H中蒸发的一次布线金属为隔直电容和矩形绕线电感的下电极；上述方案中，所述步骤J中电镀的二次布线金属为隔直电容、矩形绕线电感的上电极和共面波导传输线。与现有技术相比，本专利技术采用的技术方案产生的有益效果如下本专利技术提供的复合左右手非线性传输线微波倍频电路，优化了电路结构，简化了外围偏置电路，缩小了体积；本专利技术提供的复合左右手非线性传输线微波倍频电路的制作方法，简化相应电路制作工艺，以改善倍频电路的谐波输出功率，增加谐波转化效率，增强谐波输出纯度等特性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的复合左右手非线性传输线微波倍频电路的结构示意图；图2为本专利技术另一实施例提供的复合左右手非线性传输线微波倍频电路的结构示意图；图3为本专利技术实施例中第二节复合左右手非线性传输线单元的结构示意图；图4为本专利技术实施例中肖特基二极管C-V特性曲线图；图5为本专利技术实施例中肖特基二极管I-V特性曲线图；图6为本专利技术实施例中矩形绕线电感结构图；图7为本专利技术实施例中隔直电容结构图；图8为本专利技术实施例提供的复合左右手非线性传输线微波倍频电路的色散特性曲线图；图9为本专利技术实施例提供的复合左右手非线性传输线微波倍频电路的S21参数图；图10为本专利技术实施例提供的复合左右手非线性传输线微波倍频电路的S11参数图；图11为本专利技术实施例提供的复合左右手非线性传输线微波倍频电路的谐波输出频谱图；图12为本专利技术实施例提供的复合左右手非线性传输线微波倍频电路制作方法的流程图；图13为本专利技术实施例提供的复合左右手非线性传输线微波倍频电路的芯片版图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案进行详细描述。如图1所示，本专利技术实施例提供一种复合左右手非线性传输线微波倍频电路，该电路可由5节复合左右手非线性传输线单元串联构成，每节复合左右手非线性传输线单元可由两个串联的相同肖特基二极管和一个与肖特基二极管并联的矩形绕线电感组成，长度相等的共面波导传输线和对称地分布在矩形绕线电感两边，如图3所示。由图2中可以看出，每节复合左右手非线性传输线单元之间可共用一个肖特基二极管。如图2所示，图2是本专利技术另一实施例提供的复合左右手非线性传输线微波倍频电路的结构示意图，5节复合左右手非线性传输线中，第一节复合左右手非线性传输线中的肖特基二极管DO可由隔直电容Cl取代，第五节复合左右手非线性传输线中的肖特基二极管D5可由隔直电容C2取代。如图4所示，图4为本专利技术实施例提供的复合左右手非线性传输线微波倍频电路中肖特基二极管C-V特性曲本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄杰，董军荣，杨浩，张海英，田超，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：
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