CN106452367A - 异构集成太赫兹混频器及其工艺实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异构集成太赫兹混频器及其工艺实现方法，其结构包括石英基板，所述石英基板内设置有依次连接的薄膜二极管、本振低通滤波器和中频滤波器，所述薄膜二极管为薄膜GaAs太赫兹反向并联肖特基混频二极管，其工作带宽以及中频输出带宽宽、损耗低、不易断裂且工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及混频器领域，具体涉及一种异构集成太赫兹混频器及其工艺实现方法。
背景技术
太赫兹(THz)波是指频率在0.3-3THz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。
由于太赫兹频段较高，直接对太赫兹频段进行检测技术手段较为有限，目前能够直接对太赫兹波进行检测的多为强度直检型，若要在检测强度的同时，保存太赫兹波的相位信息，基于混频器的接收检测可以实现，而且目前国际上主流的太赫兹检测技术也多是基于固态的太赫兹混频器来实现的。目前常用的太赫兹混频器有两种形式，一种是混合集成电路，该类型的混频器是基于分立的肖特基二极管和电路来实现太赫兹的混频接收，广泛应用于太赫兹频段的低端，一般不超过500GHz，另外一种是基于单片集成电路的形式来制作太赫兹高端频段的混频器，该类型的混频电路采用的较多的是薄膜GaAs电路，一般电路的厚度为10微米量级甚至更薄，该类型的太赫兹混频电路制作工艺较为复杂，并且由于GaAs介电常数较大，并且其在太赫兹频段的吸收损耗较为严重，影响了混频单片的性能，该类型的单片由于长宽比较大，容易断裂。因此在太赫兹的高端频率需要开发出一种新型的混频电路形式，并且该类型的混频电路在工艺实现上要切实可行。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种异构集成太赫兹混频器及其工艺实现方法，其工作带宽以及中频输出带宽宽、损耗低、不易断裂且工艺简单。
本发明通过下述技术方案实现：
异构集成太赫兹混频器，包括石英基板，所述石英基板内设置有依次连接的薄膜二极管、本振低通滤波器和中频滤波器，所述薄膜二极管为薄膜GaAs太赫兹反向并联肖特基混频二极管。本发明的方案结构既区别于现有的混合集成电路，又区别于单片集成电路形式，结合了混合集成电路和单片集成电路的优势，采用了低介电常数和低损耗的石英作为电路。采用本方案的混频器，其可覆盖范围可在300GHz到3THz。与混合集成电路相比，二极管采用薄膜二极管，且不需要人工装配，采用光刻对位代替人工对位，提高了电装精度。与单片集成电路相比，采用石英构成外围电路，介电系数低，较单片相比，长度较短，不易弯折。
作为优选，所述薄膜二极管两端通过金微带线分别与本振低通滤波器和射频/中频地端相连。
作为优选，还包括射频输入端、本振输入端，所述薄膜二极管的一端通过金微带线横跨在射频输入端上，所述本振低通滤波器通过金微带线横跨在本振输入端上且与中频滤波器相连。
进一步的，所述金微带线的厚度为3微米。
作为优选，所述薄膜二极管的正面朝上。
作为优选，所述石英基板的厚度为30微米至50微米。
异构集成太赫兹混频器的工艺实现方法，包括以下步骤：
a、薄膜二极管加工工艺，包括正面工艺和背面工艺，所述背面工艺包括减薄步骤；
b、将薄膜二极管连接在石英基板上；
c、将本振低通滤波器和中频滤波器印刷在石英基板上。
所述减薄步骤具体为：将薄膜二极管原片倒装放置在蓝宝石衬底上，两者之间通过高温蜡的形式实现粘合，通过机械减薄和化学减薄的方式，将薄膜二极管的外围衬底全部去除，只留下薄膜二极管的外延生长部分。
所述步骤c具体为：将蓝宝石衬底及高温蜡去除，将本振低通滤波器和中频滤波器通过光刻、金属化等步骤将电路印刷在石英电路上。
所述步骤b通过晶圆键合技术将薄膜二极管连接转移到石英基板上。
本发明与现有技术相比，至少具有如下的优点和有益效果：
1、本发明采用异构集成，结合了混合集成电路和单片集成电路的优势，采用了低介电常数和低损耗的石英作为基板电路，其工作带宽以及中频输出带宽宽、损耗低、不易断裂。
2、基于本发明结构的制作工艺，其工艺方法简单。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1、石英基板，2、薄膜二极管，3、本振低通滤波器，4、中频滤波器，5、射频/中频地端，6、射频输入端，7、本振输入端。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示的一种异构集成太赫兹混频器，包括石英基板1，石英基板1内设置有依次连接的薄膜二极管2、本振低通滤波器3和中频滤波器4，薄膜二极管2作为混频器件采用薄膜GaAs太赫兹反向并联肖特基混频二极管。中频滤波器可采用SMA接头输出中频信号。
二极管采用正面朝上，便于加工，即便于通过光刻定位实现与其他部件的电性连接。
所述薄膜二极管两端通过金微带线分别与本振低通滤波器和射频/中频地端5相连。
作为优选，还包括射频输入端6、本振输入端7，所述薄膜二极管的一端通过金微带线横跨在射频输入端上，所述本振低通滤波器通过金微带线横跨在本振输入端上且与中频滤波器相连。
进一步的，所述金微带线的厚度为3微米。
作为优选，从加工难度和损耗方面综合考虑，所述石英基板的厚度为30微米至50微米。
本实施例的本振低通滤波器3和中频滤波器4等电路结构均可采用现有的电路结构实现。
实施例2
本发明提出的异构集成太赫兹混频器其工艺难度比结构设计难度大的多。具体的，异构集成太赫兹混频器的工艺实现方法，包括以下步骤：
a、薄膜二极管加工工艺，包括正面工艺和背面工艺，所述背面工艺包括减薄步骤；
b、将薄膜二极管连接在石英基板上；
c、将本振低通滤波器和中频滤波器印刷在石英基板上。
其中，混频所用的薄膜二极管的正面工艺在国内外都比较成熟。较难的为背面工艺，背面工艺涉及减薄工艺，具体的，减薄步骤为：将薄膜二极管原片倒装放置在蓝宝石衬底上，两者之间通过高温蜡的形式实现粘合，通过机械减薄和化学减薄的方式，将薄膜二极管的外围衬底全部去除，只留下薄膜二极管的外延生长部分，这样的好处是极大的降低了二极管的寄生参量，提高了二极管的工作性能。此时薄膜二极管还粘在蓝宝石衬底上，下一步通过晶圆键合技术，将薄膜二极管和石英基板连接在一起。通过晶圆键合的技术，实现薄膜二极管转移到石英基板上，也就实现了本发明的异构集成。下一步，将蓝宝石衬底及高温蜡去除，将本振低通滤波器和中频滤波器通过光刻、金属化等步骤将电路印刷在石英电路上。最终薄膜二极管的衬底由原来的GaAs变成了现在的低介电常数和损耗的石英。本发明提出设计和工艺解决方案，可以极大的提升混频器的性能，降低混频器的变频损耗。
该异构集成混频器具有体积小，结构紧凑，稳定性好等优点。采用本发明提出的异构集成解决方案，减少了人工电装过程中难度最大的二极管电装，同时极大的提高了电装精度，这在一定程度上改善了混频器的性能。采用异构集成的解决方案，二极管与电路的连接不再通过导电胶来连接，连接强度更好，可应用于环境更加苛刻的复杂环境条件。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.异构集成太赫兹混频器，其特征在于：包括石英基板(1)，所述石英基板(1)内设置有依次连接的薄膜二极管(2)、本振低通滤波器(3)和中频滤波器(4)，所述薄膜二极管(2)为薄膜GaAs太赫兹反向并联肖特基混频二极管。
2.根据权利要求1所述的异构集成太赫兹混频器，其特征在于：所述薄膜二极管(2)两端通过金微带线分别与本振低通滤波器(3)和射频/中频地端(5)相连。
3.根据权利要求1所述的异构集成太赫兹混频器，其特征在于：还包括射频输入端(6)、本振输入端(7)，所述薄膜二极管(2)的一端通过金微带线横跨在射频输入端(6)上，所述本振低通滤波器(3)通过金微带线横跨在本振输入端(7)上且与中频滤波器(4)相连。
4.根据权利要求3所述的异构集成太赫兹混频器，其特征在于：所述金微带线的厚度为3微米。
5.根据权利要求1所述的异构集成太赫兹混频器，其特征在于：所述薄膜二极管(2)的正面朝上。
6.根据权利要求1所述的异构集成太赫兹混频器，其特征在于：所述石英基板(1)的厚度为30微米至50微米。
7.异构集成太赫兹混频器的工艺实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、薄膜二极管加工工艺，包括正面工艺和背面工艺，所述背面工艺包括减薄步骤；
b、将薄膜二极管连接在石英基板上；
c、将本振低通滤波器和中频滤波器印刷在石英基板上。
8.根据权利要求7所述的异构集成太赫兹混频器的工艺实现方法，其特征在于：所述减薄步骤具体为：将薄膜二极管原片倒装放置在蓝宝石衬底上，两者之间通过高温蜡的形式实现粘合，通过机械减薄和化学减薄的方式，将薄膜二极管的外围衬底全部去除，只留下薄膜二极管的外延生长部分。
9.根据权利要求8所述的异构集成太赫兹混频器的工艺实现方法，其特征在于：所述步骤c具体为：将蓝宝石衬底及高温蜡去除，将本振低通滤波器和中频滤波器通过光刻、金属化等步骤将电路印刷在石英电路上。
10.根据权利要求7所述的异构集成太赫兹混频器的工艺实现方法，其特征在于：所述步骤b通过晶圆键合技术将薄膜二极管连接转移到石英基板上。
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