CN104158495B

CN104158495B - 用于太赫兹混频器的新型混合集成电路

Info

Publication number: CN104158495B
Application number: CN201410401569.9A
Authority: CN
Inventors: 王俊龙; 杨大宝; 邢东; 梁士雄; 张立森; 赵向阳; 冯志红
Original assignee: CETC 13 Research Institute
Current assignee: CETC 13 Research Institute
Priority date: 2014-08-13
Filing date: 2014-08-13
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2034-08-13
Also published as: CN104158495A

Abstract

本发明公开了一种用于太赫兹混频器的新型混合集成电路，涉及电通信的传输装置技术领域。包括石英基板电路、GaAs基板电路、射频波导以及本振波导，GaAs基板电路包括GaAs基板和位于GaAs基板内的GaAs太赫兹肖特基二极管，所述GaAs太赫兹肖特基二极管的正面朝上，GaAs太赫兹肖特基二极管焊盘两端分别集成一段GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线，GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线分别与两侧的石英基板电路电连接。所述集成电路降低了器件微组装的工艺难度，与目前常用的混合集成电路形式相比，二极管的组装精度提高，可以降低混频器的变频损耗，使得混频器的测试结果更加接近设计结果。

Description

用于太赫兹混频器的新型混合集成电路

技术领域

本发明涉及电通信的传输装置技术领域，尤其涉及一种用于太赫兹混频器的新型混合集成电路。

背景技术

太赫兹（THz）波从广义上来讲，是指频率在 0.1-10THz范围内的电磁波，其中1THz=1000GHz，也有人认为太赫兹频率是指0.3THz-3THz范围内的电磁波。THz波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，THz技术是国际科技界公认的一个非常重要的交叉前沿领域。太赫兹频段的混频器，主要是分谐波混频，其本振频率可以为待测射频频率的二分之，分谐波混频可降低对本振频率的要求，最常用的为分谐波混频器。

1THz以下的混频器件国际上主要是基于GaAs基肖特基混频二极管。其电路形式主要是基于单片集成电路和混合集成电路两种形式。单片集成电路目前主要是GaAs单片电路，整个电路和二极管集成在一起，但是单片电路的工艺难度极大，对工艺要求很高，目前国内还没有制作出来可以工作在太赫兹频段的混频单片。

目前国内主要是发展混合集成电路，电路衬底一般采用石英材料，这是由于石英在太赫兹频段的吸收系数较小，混频器件采用GaAs基混频肖特基二极管，GaAs太赫兹肖特基二极管倒装焊接在石英电路基板上。由于工作频率非常高，所采用的肖特基二极管尺寸非常小，在数十微米到百微米之间，肖特基二极管需要倒装焊接在石英电路板上需要具有非常高焊接技术的人员才能完成相关工艺，耗时耗力，尽管如此，由于只能在显微镜下进行人工操作，其倒装焊接的精度仍不能与设计精度保持一致，导致电路性能恶化。由于在倒装焊接的时候引入的二极管移位等误差，导致混频器的混频损耗增加，混频器的实际测试结果偏离设计结果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于太赫兹混频器的新型混合集成电路，所述集成电路的制作工艺更为简单，容易实现，由于GaAs太赫兹肖特基二极管不采用倒装焊技术，组装过程中装配的是带有GaAs微带电路的二极管，与普通分立二极管相比，尺寸增加，降低了器件微组装的工艺难度，与目前常用的混合集成电路形式相比，二极管的组装精度提高，可以降低混频器的变频损耗，使得混频器的测试结果更加接近设计结果。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种用于太赫兹混频器的新型混合集成电路，包括两个石英基板电路、一个GaAs基板电路、一个射频波导以及一个本振波导，所述GaAs基板电路位于两个石英基板电路之间，第一石英基板电路中的射频过度微带线横跨在射频波导上，第二石英基板电路中的本振过渡微带线横跨在本振波导上，GaAs基板电路包括GaAs基板和位于GaAs基板内的GaAs太赫兹肖特基二极管，其特征在于：所述GaAs太赫兹肖特基二极管的正面朝上，GaAs太赫兹肖特基二极管焊盘两端分别集成一段GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线，GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线分别与两侧的石英基板电路电连接。

进一步的技术方案在于：所述第一石英基板电路包括第一石英基板和位于第一石英基板内的中频地微带线、射频过度微带线以及第一微带传输线，所述中频地微带线的一端与射频过度微带线的一端连接，所述第一微带传输线的一端与射频过度微带线的另一端连接，所述第一微带传输线的另一端与第一GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线连接。

进一步的技术方案在于：所述第二石英基板电路包括第二石英基板，所述第二石英基板内设有本振低通滤波器、第二微带传输线、本振过度微带线、第三微带传输线、中频低通滤波器以及第四微带传输线，所述第四微带传输线的一端依次经中频低通滤波器、第三微带传输线、本振过度微带线以及第二微带传输线与本振低通滤波器的一端连接，所述本振低通滤波器的另一端与第二GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线连接。

进一步的技术方案在于：所述第一微带传输线与第一GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线的金属面在同一高度。

进一步的技术方案在于：第二GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线与本振低通滤波器的金属面在同一高度。

进一步的技术方案在于：所述本振低通滤波器和中频低通滤波器为5阶或7阶高低阻抗微带滤波器。

进一步的技术方案在于：所述石英基板的厚度为30微米到75微米，GaAs基板的厚度一般为8微米到15微米。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用GaAs太赫兹肖特基二极管作为分谐波混频器件，GaAs太赫兹肖特基二极管不采用倒装焊接形式，而是正面向上，GaAs太赫兹肖特基二极管焊盘两端分别集成一段GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线，石英基板电路通过导电胶与GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线相连。

与单片集成电路形式相比，所述集成电路实现集成两段微带线的GaAs太赫兹肖特基二极管，其半导体工艺难度低，容易实现；由于不采用倒装焊接工艺，组装过程中装配的是带有GaAs微带线的二极管，与普通分立二极管相比，尺寸增加，降低了器件微组装的工艺难度；与目前常用的混合集成电路形式相比，二极管的组装精度提高，可以降低混频器的变频损耗，使得混频器的测试结果更加接近设计结果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图；

其中：1、GaAs基板电路 11、第一GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线 12、第二GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线 13、GaAs太赫兹肖特基二极管 2、射频波导3、本振波导 4、第一石英基板电路 41、射频过度微带线 42、第一石英基板 43、中频地微带线 44、第一微带传输线 5、第二石英基板电路 51、本振过度微带线 52、本振低通滤波器53、第二微带传输线 54、第三微带传输线 55、中频低通滤波器 56、第四微带传输线 57、第二石英基板。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明公开了一种用于太赫兹混频器的新型混合集成电路，所述集成电路主要包括两个石英基板电路（第一石英基板电路4和第二石英基板电路5）、GaAs基板电路1、射频波导2和本振波导3，其中GaAs基板电路1是本发明的重点。

射频波导2引入射频信号，本振波导3，传输本振信号，射频过度微带线41横跨在射频波导2之上，把射频信号从射频波导2中引入到射频过度微带线41进行传输，中频地微带线43通过导电胶与外围腔体实现良好接地，起到中频对地端的作用。第一微带传输线44使射频信号能够最大程度馈入到GaAs太赫兹肖特基二极管13之中。第一GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线11 、第二GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线12和GaAs太赫兹肖特基二极管13集成在一起。

第一微带传输线44与第一GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线11的金属面在同一高度；第二GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线12与本振低通滤波器52的金属面在同一高度。本振低通滤波器52，一般为5阶或者7阶高低阻抗微带滤波器，第二微带传输线53和本振过度微带线51，用于实现将本振信号从本振波导3中引入本振过度微带线51进行传输，第三微带传输线54和中频低通滤波器55，用于阻止本振信号向中频端口泄露，一般为5阶或7阶高低阻抗微带滤波器，第四微带传输线56作为中频输出端口，一般为特征阻抗为50欧姆的微带传输线，一般该段微带线与SMA接头相连，用于传输混频后的中频信号。

两段石英电路基板和集成微带传输线的肖特基二极管基板电路，均放置在波导槽中。石英基板电路的制作工艺已经十分成熟，集成微带传输线的GaAs太赫兹肖特基二极管，也可由已有的肖特基二极管加工工艺完成。

石英基板的厚度一般为30微米到75微米，GaAs基板的厚度一般为8微米到15微米。石英基板和GaAs基板的高度差，可以通过在波导的机加工过程中，实现上表面高度一致。由于GaAs材料在太赫兹频段损耗较大，因此本发明采用肖特基二极管两端分别集成一段微带传输线，既可以尽最大程度降低本振和射频信号的损耗，同时可以满足降低微组装工艺难度的需求。

本发明所述的集成电路，由于不采用倒装焊接工艺，组装过程中装配的是带有GaAs微带线的二极管，与普通分立二极管相比，尺寸增加，降低了器件微组装的工艺难度；与目前常用的混合集成电路形式相比，二极管的组装精度提高，可以降低混频器的变频损耗，使得混频器的测试结果更加接近设计结果。

Claims

1.一种用于太赫兹混频器的新型混合集成电路，包括两个石英基板电路、一个GaAs基板电路（1）、一个射频波导（2）以及一个本振波导（3），所述GaAs基板电路（1）位于两个石英基板电路之间，第一石英基板电路（4）中的射频过渡微带线（41）横跨在射频波导（2）上，第二石英基板电路（5）中的本振过渡微带线（51）横跨在本振波导（3）上，GaAs基板电路（1）包括GaAs基板和位于GaAs基板内的GaAs太赫兹肖特基二极管（13），其特征在于：所述GaAs太赫兹肖特基二极管（13）的正面朝上，GaAs太赫兹肖特基二极管（13）焊盘两端分别集成一段GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线，GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线分别与两侧的石英基板电路电连接；

GaAs太赫兹肖特基二极管焊盘两端分别集成一段GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线，石英基板电路通过导电胶与GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线相连，第一微带传输线（44）与第一GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线（11）的金属面在同一高度；第二GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线（12）与本振低通滤波器（52）的金属面在同一高度。

2.根据权利要求1所述的用于太赫兹混频器的新型混合集成电路，其特征在于：所述第一石英基板电路（4）包括第一石英基板（42）和位于第一石英基板（42）内的中频地微带线（43）、射频过渡微带线（41）以及第一微带传输线（44），所述中频地微带线（43）的一端与射频过渡微带线（41）的一端连接，所述第一微带传输线（44）的一端与射频过渡微带线（41）的另一端连接，所述第一微带传输线（44）的另一端与第一GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线（11）连接。

3.根据权利要求2所述的用于太赫兹混频器的新型混合集成电路，其特征在于：所述第二石英基板电路包括第二石英基板（57），所述第二石英基板（57）内设有本振低通滤波器（52）、第二微带传输线（53）、本振过渡微带线（51）、第三微带传输线（54）、中频低通滤波器（55）以及第四微带传输线（56），所述第四微带传输线（56）的一端依次经中频低通滤波器（55）、第三微带传输线（54）、本振过渡微带线（51）以及第二微带传输线（53）与本振低通滤波器（52）的一端连接，所述本振低通滤波器（52）的另一端与第二GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线（12）连接。

4.根据权利要求3所述的用于太赫兹混频器的新型混合集成电路，其特征在于：所述第一微带传输线（44）与第一GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线（11）的金属面在同一高度。

5.根据权利要求3所述的用于太赫兹混频器的新型混合集成电路，其特征在于：第二GaAs基的微带传输线或者悬置微带传输线（12）与本振低通滤波器（52）的金属面在同一高度。

6.根据权利要求3所述的用于太赫兹混频器的新型混合集成电路，其特征在于：所述本振低通滤波器（52）和中频低通滤波器（55）为5阶或7阶高低阻抗微带滤波器。

7.根据权利要求3所述的用于太赫兹混频器的新型混合集成电路，其特征在于：所述石英基板的厚度为30微米到75微米，GaAs基板的厚度一般为8微米到15微米。