CN104953226B - 基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太赫兹波导耦合器的制备技术，具体是一种基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器及其制备方法。本发明解决了现有太赫兹波导耦合器的制备技术制备过程复杂、制备成本高、制备出的太赫兹波导耦合器精度低、表面粗糙度大、损耗大、功率不足的问题。基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器，包括第一金属T形片、第二金属T形片、第三金属T形片、第四金属T形片、第五金属T形片；其中，第一金属T形片、第二金属T形片、第三金属T形片、第四金属T形片、第五金属T形片自下而上依次层叠成一体；第二金属T形片的横向部分表面开设有上下贯通的直形波导腔。本发明适用于雷达成像、材料分析、环境监测、大容量通讯等领域。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹波导耦合器的制备技术，具体是一种基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器及其制备方法。
背景技术
太赫兹波导耦合器在太赫兹系统中应用非常广泛，其既可以用作雷达成像、材料分析、环境监测，又可以用作大容量通讯等。作为太赫兹系统不可或缺的核心器件之一，太赫兹波导耦合器的性能直接关系到太赫兹系统的指标。在现有技术条件下，太赫兹波导耦合器的制备主要采用以下两种技术来实现：第一种制备技术是传统机械加工技术（包括铣、磨、抛等）。此种制备技术存在的问题是：制备过程复杂、制备成本高、制备出的太赫兹波导耦合器精度低、表面粗糙度大。第二种制备技术是普通MEMS牺牲层技术。此种制备技术存在的问题是：由于牺牲层技术的不成熟，导致在制备过程中容易出现牺牲层与牺牲层交联、牺牲层去除不彻底、牺牲层去除过程中破坏结构层等问题，由此导致制备出的太赫兹波导耦合器损耗大、功率不足。基于此，有必要发明一种全新的太赫兹波导耦合器的制备技术，以解决现有太赫兹波导耦合器的制备技术存在的上述问题。
发明内容
本发明为了解决现有太赫兹波导耦合器的制备技术制备过程复杂、制备成本高、制备出的太赫兹波导耦合器精度低、表面粗糙度大、损耗大、功率不足的问题，提供了一种基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器及其制备方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器，包括第一金属T形片、第二金属T形片、第三金属T形片、第四金属T形片、第五金属T形片；
其中，第一金属T形片、第二金属T形片、第三金属T形片、第四金属T形片、第五金属T形片自下而上依次层叠成一体；
第二金属T形片的横向部分表面开设有上下贯通的直形波导腔；直形波导腔的左端贯通第二金属T形片的横向部分的左端面，直形波导腔的右端贯通第二金属T形片的横向部分的右端面；
第三金属T形片的横向部分表面左部开设有一排上下贯通的耦合孔；
第四金属T形片的横向部分表面左部和纵向部分表面共同开设有上下贯通的L形波导腔；L形波导腔的左端封闭，L形波导腔的前端贯通第四金属T形片的纵向部分的前端面。
基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器的制备方法（该方法用于制备本发明所述的基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器），该方法是采用如下步骤实现的：
a.选取一个基片，并对基片进行清洗；然后，在基片的上表面旋涂负性光刻胶，并对负性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第一结构层模具；而后，对第一结构层模具进行电铸，由此得到第一金属T形片；
b.在第一结构层模具的上表面和第一金属T形片的上表面旋涂正性光刻胶，并对正性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第一牺牲层模具；而后，对第一牺牲层模具进行电铸，由此得到第二金属T形片和直形波导腔；
c.在第一牺牲层模具的上表面和第二金属T形片的上表面旋涂负性光刻胶，并对负性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第二结构层模具；而后，对第二结构层模具进行电铸，由此得到第三金属T形片和耦合孔；
d.在第二结构层模具的上表面和第三金属T形片的上表面旋涂正性光刻胶，并对正性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第二牺牲层模具；而后，对第二牺牲层模具进行电铸，由此得到第四金属T形片和L形波导腔；
e.将第一牺牲层模具和第二牺牲层模具进行去除；
f.选取另一个基片，并对基片进行清洗；然后，在基片的上表面旋涂负性光刻胶，并对负性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第三结构层模具；而后，对第三结构层模具进行电铸，由此得到第五金属T形片；最后，将第五金属T形片层叠于第四金属T形片的上表面，由此制成太赫兹波导耦合器。
与现有太赫兹波导耦合器的制备技术相比，本发明所述的基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器及其制备方法通过采用叠层光刻胶牺牲层技术，具备了如下优点：其一，与传统机械加工技术相比，本发明所述的基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器及其制备方法制备过程更简单、制备成本更低、制备出的太赫兹波导耦合器精度更高（第三金属T形片的厚度的精度、耦合孔的直径的精度均可以控制在μm量级）、表面粗糙度更小。其二，与普通MEMS牺牲层技术相比，本发明所述的基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器及其制备方法一方面采用性能稳定的负性光刻胶作为结构层模具，另一方面采用易于去除的正性光刻胶作为牺牲层模具，因此利用显影液便能够轻易地去除牺牲层模具，而不会腐蚀结构层模具，由此彻底避免了牺牲层与牺牲层交联、牺牲层去除不彻底、牺牲层去除过程中破坏结构层等问题，从而使得制备出的太赫兹波导耦合器损耗更小、功率更高。
本发明有效解决了现有太赫兹波导耦合器的制备技术制备过程复杂、制备成本高、制备出的太赫兹波导耦合器精度低、表面粗糙度大、损耗大、功率不足的问题，适用于雷达成像、材料分析、环境监测、大容量通讯等领域。
附图说明
图1是本发明的基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器的分解结构示意图。
图中：1-第一金属T形片，2-第二金属T形片，3-第三金属T形片，4-第四金属T形片，5-第五金属T形片，6-直形波导腔，7-耦合孔，8-L形波导腔。
具体实施方式
基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器，包括第一金属T形片1、第二金属T形片2、第三金属T形片3、第四金属T形片4、第五金属T形片5；
其中，第一金属T形片1、第二金属T形片2、第三金属T形片3、第四金属T形片4、第五金属T形片5自下而上依次层叠成一体；
第二金属T形片2的横向部分表面开设有上下贯通的直形波导腔6；直形波导腔6的左端贯通第二金属T形片2的横向部分的左端面，直形波导腔6的右端贯通第二金属T形片2的横向部分的右端面；
第三金属T形片3的横向部分表面左部开设有一排上下贯通的耦合孔7；
第四金属T形片4的横向部分表面左部和纵向部分表面共同开设有上下贯通的L形波导腔8；L形波导腔8的左端封闭，L形波导腔8的前端贯通第四金属T形片4的纵向部分的前端面。
第三金属T形片3的厚度为30μm；耦合孔7的直径为200μm。
基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器的制备方法（该方法用于制备本发明所述的基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器），该方法是采用如下步骤实现的：
a.选取一个基片，并对基片进行清洗；然后，在基片的上表面旋涂负性光刻胶，并对负性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第一结构层模具；而后，对第一结构层模具进行电铸，由此得到第一金属T形片1；
b.在第一结构层模具的上表面和第一金属T形片1的上表面旋涂正性光刻胶，并对正性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第一牺牲层模具；而后，对第一牺牲层模具进行电铸，由此得到第二金属T形片2和直形波导腔6；
c.在第一牺牲层模具的上表面和第二金属T形片2的上表面旋涂负性光刻胶，并对负性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第二结构层模具；而后，对第二结构层模具进行电铸，由此得到第三金属T形片3和耦合孔7；
d.在第二结构层模具的上表面和第三金属T形片3的上表面旋涂正性光刻胶，并对正性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第二牺牲层模具；而后，对第二牺牲层模具进行电铸，由此得到第四金属T形片4和L形波导腔8；
e.将第一牺牲层模具和第二牺牲层模具进行去除；
f.选取另一个基片，并对基片进行清洗；然后，在基片的上表面旋涂负性光刻胶，并对负性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第三结构层模具；而后，对第三结构层模具进行电铸，由此得到第五金属T形片5；最后，将第五金属T形片5层叠于第四金属T形片4的上表面，由此制成太赫兹波导耦合器。
所述步骤a、c、f中，负性光刻胶为SU-8负性光刻胶；所述步骤b、d中，正性光刻胶为AZ正性光刻胶。SU-8负性光刻胶一方面具有优异的机械性能、良好的热稳定性和耐腐蚀性，另一方面具有自整平、对近紫外光敏感且吸收极小等优点，因此对于要求有高深宽比、好的侧壁垂直度的 MEMS 结构，往往都使用SU-8负性光刻胶制作。固化后的SU-8负性光刻胶热学和化学性质稳定，能耐强碱以及200℃以上高温，有良好的机械性能，其杨氏模量为4.02Gpa，泊松比为0.22，此外还具有较低的热传导系数和热膨胀系数。在MEMS制造和装配方面表现出其它光刻胶无法比拟的制造和性能优势。AZ正性光刻胶十分易于去除，因该胶用其专用的显影液去除，精度很高且由于SU-8负性光刻胶稳定的抗腐蚀性，从而不会对结构层构成影响。
Claims (4)
1.一种基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器，其特征在于：包括第一金属T形片（1）、第二金属T形片（2）、第三金属T形片（3）、第四金属T形片（4）、第五金属T形片（5）；
其中，第一金属T形片（1）、第二金属T形片（2）、第三金属T形片（3）、第四金属T形片（4）、第五金属T形片（5）自下而上依次层叠成一体；
第二金属T形片（2）的横向部分表面开设有上下贯通的直形波导腔（6）；直形波导腔（6）的左端贯通第二金属T形片（2）的横向部分的左端面，直形波导腔（6）的右端贯通第二金属T形片（2）的横向部分的右端面；
第三金属T形片（3）的横向部分表面左部开设有一排上下贯通的耦合孔（7）；
第四金属T形片（4）的横向部分表面左部和纵向部分表面共同开设有上下贯通的L形波导腔（8）；L形波导腔（8）的左端封闭，L形波导腔（8）的前端贯通第四金属T形片（4）的纵向部分的前端面；
具体制备方法是采用如下步骤实现的：
a.选取一个基片，并对基片进行清洗；然后，在基片的上表面旋涂负性光刻胶，并对负性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第一结构层模具；而后，对第一结构层模具进行电铸，由此得到第一金属T形片（1）；
b.在第一结构层模具的上表面和第一金属T形片（1）的上表面旋涂正性光刻胶，并对正性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第一牺牲层模具；而后，对第一牺牲层模具进行电铸，由此得到第二金属T形片（2）和直形波导腔（6）；
c.在第一牺牲层模具的上表面和第二金属T形片（2）的上表面旋涂负性光刻胶，并对负性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第二结构层模具；而后，对第二结构层模具进行电铸，由此得到第三金属T形片（3）和耦合孔（7）；
d.在第二结构层模具的上表面和第三金属T形片（3）的上表面旋涂正性光刻胶，并对正性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第二牺牲层模具；而后，对第二牺牲层模具进行电铸，由此得到第四金属T形片（4）和L形波导腔（8）；
e.将第一牺牲层模具和第二牺牲层模具进行去除；
f.选取另一个基片，并对基片进行清洗；然后，在基片的上表面旋涂负性光刻胶，并对负性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第三结构层模具；而后，对第三结构层模具进行电铸，由此得到第五金属T形片（5）；最后，将第五金属T形片（5）层叠于第四金属T形片（4）的上表面，由此制成太赫兹波导耦合器。
2.根据权利要求1所述的基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器，其特征在于：第三金属T形片（3）的厚度为30μm；耦合孔（7）的直径为200μm。
3.一种基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器的制备方法，该方法用于制备如权利要求1所述的基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
a.选取一个基片，并对基片进行清洗；然后，在基片的上表面旋涂负性光刻胶，并对负性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第一结构层模具；而后，对第一结构层模具进行电铸，由此得到第一金属T形片（1）；
b.在第一结构层模具的上表面和第一金属T形片（1）的上表面旋涂正性光刻胶，并对正性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第一牺牲层模具；而后，对第一牺牲层模具进行电铸，由此得到第二金属T形片（2）和直形波导腔（6）；
c.在第一牺牲层模具的上表面和第二金属T形片（2）的上表面旋涂负性光刻胶，并对负性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第二结构层模具；而后，对第二结构层模具进行电铸，由此得到第三金属T形片（3）和耦合孔（7）；
d.在第二结构层模具的上表面和第三金属T形片（3）的上表面旋涂正性光刻胶，并对正性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第二牺牲层模具；而后，对第二牺牲层模具进行电铸，由此得到第四金属T形片（4）和L形波导腔（8）；
e.将第一牺牲层模具和第二牺牲层模具进行去除；
f.选取另一个基片，并对基片进行清洗；然后，在基片的上表面旋涂负性光刻胶，并对负性光刻胶进行紫外光刻，由此得到第三结构层模具；而后，对第三结构层模具进行电铸，由此得到第五金属T形片（5）；最后，将第五金属T形片（5）层叠于第四金属T形片（4）的上表面，由此制成太赫兹波导耦合器。
4.根据权利要求3所述的基于牺牲层技术的太赫兹波导耦合器的制备方法，其特征在于：所述步骤a、c、f中，负性光刻胶为SU-8负性光刻胶；所述步骤b、d中，正性光刻胶为AZ正性光刻胶。
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