CN107634303A - 一种天线结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种天线结构及其制备方法，该天线结构包括：低损耗介质衬底层；位于低损耗介质衬底层底部的互连线；位于低损耗介质衬底层表面的多个频段不同且图案不同的天线单元；防串扰介质层，填充于不同的天线单元之间，并且覆盖于天线单元表面；多个导电通孔，穿透低损耗介质衬底层，每个导电通孔与一个天线单元对应连接；其中，每个导电通孔的顶部与相应的天线单元的一端部相连接，每个导电通孔的底部与互连线相连。本发明实现了多频段天线单元的集成，扩展了天线结构探测的波段范围。
Description
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，具体涉及一种天线结构及其制备方法。
背景技术
随着移动数据设备例如智能手机、平板电脑等的普及，人们更加迫切需要在任何地方都能进行联网，在移动数据设备中天线是接触网络的唯一部件，这就要求移动数据设备具有不同的制式和不同的无线频段相对接的天线。天线尺寸由工作带宽、工作频率和辐射效率决定。更大尺寸的天线能够提供更大的带宽和更高的效率，天线尺寸越大还能够保持辐射效率不变。
然而，现有的移动数据设备更加轻薄化，这给天线的预留空间越来越少，这极大限制了天线的带宽和频率，这也给网络和移动数据设备带来巨大挑战。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种天线结构及其制备方法，从而在移动数据设备的体积有限的条件下，实现大尺寸天线和多频段收发。
为了达到上述目的，本发明提供了一种天线结构，包括：
低损耗介质衬底层；
位于低损耗介质衬底层底部的互连线；
位于低损耗介质衬底层表面的多个频段不同且图案不同的天线单元；
防串扰介质层，填充于天线单元之间，并且覆盖于天线单元表面；
多个导电通孔，穿透低损耗介质衬底层，每个导电通孔与每个天线单元对应连接；其中，每个导电通孔的顶部与相应的天线单元的一端部相连接，每个导电通孔的底部与互连线相连。
优选地，多个天线单元分为：主天线单元以及与主天线单元的尺寸不同的子天线单元；各个子天线单元的图形均选取自主天线单元的图形的一部分或全部，且各个子天线单元的尺寸不同。
优选地，所述主天线单元是各个天线单元中尺寸最大的。
优选地，每个子天线单元的图形的尺寸按依次递增顺序排列，频段相邻的天线单元设置在相邻的位置。
优选地，所述主天线单元位于所述低损耗介质衬底层的中间区域，每个子天线单元与主天线单元相隔离且平行设置。
优选地，所述主天线单元的图形为由相同图案重复连续排布形成的链状。
优选地，子天线单元分布于主天线单元两侧或周围。
优选地，子天线单元沿着与主天线单元平行的路径排列呈不同长度的链状。
优选地，每个重复的相同图案为凸起状。
优选地，所述低损耗衬底层上具体包括：依次相互交替设置的N层所述天线单元和防串扰介质层，N为整数；N层天线单元的尺寸均不相同。
优选地，除了第N层天线单元之外的每一层防串扰介质层内部设置有互连线，每一层防串扰介质层中具有与上一层的天线单元相一一对应的导电通孔，每一层导电通孔顶部与上一层的天线单元一一相连接，每一层导电通孔底部与其下方相邻的互连线相连接。
优选地，每一层防串扰介质层内部设置的互连线的线宽与每一层通孔的直径相同。
优选地，每一层导电通孔的直径为5nm～10nm，与每一个导电通孔底部相连的互连线的线宽为5nm～10nm。
优选地，每一个导电通孔顶部相连的天线单元的长度方向上的中心位置。
优选地，所述天线单元的材料为单层石墨烯薄膜或金属薄膜，所述低损耗衬底层的材料为氮化镓，防串扰介质层的材料为氮化镓。
优选地，所述防串扰介质层的材料为负介电常数的介质材料。
优选地，所述防串扰介质层的材料与所述低损耗介质衬底层的材料相同。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种天线结构的制备方法，包括：
步骤01：提供一基底；并且，在基底上制备互连线；
步骤02：在完成步骤01的基底上沉积一层低损耗衬底层；
步骤03：在低损耗衬底层中刻蚀出多个通孔，并填充导电材料；导电材料的顶部与低损耗衬底层顶部齐平；
步骤04：在低损耗衬底层上形成一层天线材料层；
步骤05：加热所述低损耗衬底层使通孔中的导电材料顶部的原子层与天线材料层相融合；
步骤06：图案化天线材料层，形成多个频段不同且图案不同的天线单元；天线单元之间暴露出低损耗介质衬底层表面，天线单元底部将通孔顶部覆盖住；
步骤07：在天线单元和暴露的低损耗介质衬底层表面沉积防串扰介质层；防串扰介质层将天线单元顶部覆盖并填充于天线单元之间。
优选地，所述步骤05中，采用键合工艺对低损耗衬底层进行加热使通孔中的导电材料顶部的原子层与天线材料层相融合。
优选地，所述步骤04中，采用气相沉积方法在低损耗衬底层上沉积所述天线材料层。
优选地，所述天线材料层为单层石墨烯薄膜，所述步骤04中，将制备好的石墨烯薄膜转移至在低损耗介质层表面和暴露的导电材料顶部。
优选地，所述步骤06中，采用二次光刻-刻蚀的双重图形化工艺来图案化天线材料层。
优选地，所述步骤06具体包括：
步骤061：对天线单元的目标图案版图进行拆分；其中，天线单元分为主天线单元和子天线单元；以主天线单元为基准，与主天线单元平行的路径上排布多个与主天线单元相同的图形作为天线单元版图，将与主天线单元相同的图形进行切断而形成多个子天线单元的图形作为切断版图；
步骤062：在天线材料层上形成一层光刻胶层，采用天线单元版图经光刻工艺，在光刻胶层中形成主天线单元图形以及与主天线单元平行的路径上排布多个与主天线单元相同的图形；
步骤063：采用切断版图经光刻工艺，将光刻胶中的与主天线单元相同的图形切断，形成不同长度的子天线单元图形；
步骤064：以光刻胶为掩膜，采用等离子体干法刻蚀工艺向下刻蚀天线材料层，从而在天线材料层中形成长度不同的天线单元。
优选地，除了第N层天线单元之外的每一层防串扰介质层内部设置有互连线，每一层防串扰介质层中具有与上一层的天线单元相一一对应的导电通孔，每一层导电通孔顶部与上一层的天线单元一一相连接，每一层导电通孔底部与其相邻下方相应层中的互连线相连接；在所述步骤07之后，对于后续每一层防串扰介质层及其上方的天线单元、以及每一层防串扰介质层内部的互连线和导电通孔的制备过程具体包括：
步骤08：在当前的防串扰介质层顶部刻蚀出沟槽并填充导电材料，从而形成当前的互连线；
步骤09：在当前的防串扰介质层表面再沉积防串扰介质覆盖层，将当前的互连线覆盖；
步骤10：在防串扰介质覆盖层中刻蚀出通孔并填充导电材料；当前的防串扰介质层和防串扰覆盖层共同构成新的当前的防串扰介质层；
步骤11：在新的当前的防串扰介质层上沉积一层天线材料层；
步骤12：加热所述低损耗衬底使当前通孔中的导电材料顶部的原子层与该层天线材料层相融合；
步骤13：图案化该层天线材料层，形成多个频段不同且图案不同的该层天线单元；该层天线单元之间暴露出当前的防串扰介质层表面；
步骤14：在该层天线单元和暴露的新的当前的防串扰介质层表面沉积下一层防串扰介质层；下一层防串扰介质层将该层天线单元顶部覆盖并填充于该层天线单元之间。
优选地，无损耗衬底层为氮化镓层，防串扰介质层的材料为氮化镓层，天线材料层为单层石墨烯薄膜；沉积防串扰介质层的过程包括：采用外延生长工艺在单层石墨烯薄膜表面和暴露的当前的氮化镓层表面外延生长下一层氮化镓。
优选地，外延生长工艺采用卤化物化学气相外延工艺。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种电子设备，该电子设备具有上述所述的天线结构。
本发明的天线结构，通过将不同图案的天线单元设置于同一层中，并且利用通孔从天线单元底部引出，利用防串扰介质层将不同的天线单元之间隔离以及不同层的天线单元隔离，从而实现同一层中不同频段天线单元的集成，并且节约了空间。进一步的，通过设置以主天线单元为基准的子天线单元的尺寸和排布，从而实现了不同频段天线单元的高度集成；并利用频段相邻的天线单元设置在相邻的位置，从而扩宽了天线探测的波段范围；采用主天线单元的图形为由相同图案重复连续排布形成的链状，子天线单元分布于主天线单元两侧或周围，实现了对探测波段的响应灵敏度。此外，设置多层天线单元和防串扰介质层交替排布，从而提高了不同波段天线单元的集成度，并进一步扩宽了探测波段范围。进一步的，采用单层石墨烯薄膜作为天线单元的材料，单层石墨烯薄膜的超导特性以及单层石墨烯薄膜构成的天线结构的厚度超薄且质量超轻，更利于天线结构应用于5G网络中，而且实现器件的薄膜化、轻质化和便携性。
附图说明
图1为本发明的一个较佳实施例的天线结构的第一层结构的俯视结构示意图
图2为图1中沿AA'方向的天线结构的第一层结构的截面结构示意图
图3为图1中沿BB'方向的天线结构的第一层结构的截面结构示意图
图4为图1的天线结构的一种制备方法的流程示意图
图5～22为图4的制备方法的沿图1的AA'方向的各个步骤示意图
图23为本发明的一个较佳实施例的天线结构的俯视结构示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
本发明的天线结构，包括位于低损耗介质衬底层上的天线单元、以及覆盖和隔离天线单元的防串扰介质层。此外，还可以包括天线单元和防串扰介质层的交替排列的多层结构。
以下结合附图1～23和具体实施例对本发明的一个实施例中的具有两层天线单元和两层防串扰介质层的天线结构作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请参阅图1～3，本实施例的天线结构包括：低损耗衬底层上以及依次相互交替设置的两层天线单元和防串扰介质层，两层天线单元的尺寸均不相同。需要说明的是，图1中粗实线表示主天线单元，然则实际中主天线单元和子天线单元的线宽相同，这里只是为了清楚表示出主天线单元；图1中黑色圆点所在位置表示该天线单元底部的导电通孔的位置，对应于图2中第一层天线单元底部的导电通孔03的位置；图1中填充网状图案的圆点所在位置表示该天线单元底部的导电通孔的位置，对应于图3中导电通孔03’。图2和图3的截面结构中第二层天线单元08和防串扰介质层09未示出，但与图1中所示的排列方式类似，第二层天线单元08的排列可以根据实际需要进行排列，第二层天线单元08中的天线单元的个数不限于与第一层天线单元04的个数相同，图3中所示的以具有11个天线单元的第二层天线单元08为例。具体的，本实施例的天线结构，包括：
低损耗介质衬底层02；
位于低损耗介质衬底层02底部的底部互连线01；这里，底部互连线01制备于基底00上；
位于低损耗介质衬底层02表面的多个频段不同且图案不同的第一层天线单元04；
多个底部导电通孔03'，穿透低损耗介质衬底层02，每个底部导电通孔03'与每个第一层天线单元04(图2中第一层天线单元04所示为一个主天线单元，主天线单元底部对应一个通孔03')对应连接；其中，每个底部导电通孔03'的顶部与相应的第一层天线单元04的一端部相连接，每个底部导电通孔03'的底部与底部互连线01相连。这里，底部导电通孔03'设置在每个第一层天线单元04的长度方向上的中心位置或接近中心位置，参照图1～3，由于这里的每个天线单元以重复的凸起图案构成，导电通孔设置在凸起顶部区域，如图1所示的黑色圆点位置，如果天线单元的中心在相邻凸起之间，则选择这两个凸起的任意一个顶部即可。
第一层防串扰介质层05，填充于第一层天线单元04之间，并且覆盖于第一层天线单元04表面；
位于第一层防串扰介质层05表面的多个频段不同且图案不同的第二层天线单元08；
此外，第一层防串扰介质层05内部设置有第一层互连线06，第一层防串扰介质层05中具有与第二层天线单元08相一一对应的第一层导电通孔07，第一层导电通孔07顶部与第二层天线单元08(图3中所示为由11个凸起构成的一个第二层天线单元08)一一相连接，第一层导电通孔07底部与其下方相邻的第一层防串扰介质层05中的第一层互连线06相连接。这里，第一层导电通孔07设置在每个第二层天线单元08的长度方向上的中心位置或接近中心位置，参照图1～3，由于这里的每个天线单元以重复的凸起图案构成，导电通孔设置在凸起顶部区域，如果天线单元的中心在相邻凸起之间，则选择这两个凸起的任意一个顶部即可。
第二层防串扰介质层09，填充于第二层天线单元08之间，并且覆盖于第二层天线单元08表面。需要说明的是，第二层防串扰介质层09上不再设置天线单元，无需再设置互连线和导电通孔。第二层防串扰介质层09作为最顶层的防串扰介质层还起到保护天线结构的作用。
请参阅图1，本实施例中，多个天线单元分为：主天线单元以及与主天线单元的尺寸不同的子天线单元；各个子天线单元的图形均选取自主天线单元的图形的一部分或全部，且各个子天线单元的尺寸不同。这里的主天线单元是各个天线单元中尺寸最大的，如图1所示，每个子天线单元的图形的尺寸按依次递增顺序排列，频段相邻的天线单元设置在相邻的位置，每个子天线单元与主天线单元相隔离且平行设置，由于相邻波段的天线单元紧挨，从而可以扩展探测波段范围，这里，关于主天线单元和子天线单元的排列可以不进行任何缩放来排列，如图1所示，也可以经缩放再重叠排列如图23所示，图23中粗实线表示主天线单元。此外，在本发明的另一个实施例中，为了增强低频强度，还可以将主天线单元设置于低损耗介质衬底层的中间区域。
如图1和23所示，本实施例中，为了提高天线单元在同一层上的集成度，以及简化制备工艺，主天线单元的图形为由相同图案重复连续排布形成的链状，子天线单元沿着与主天线单元平行的路径排列呈不同长度的链状。子天线单元分布于主天线单元两侧或周围。
这里，为了进一步提高天线的反射效率和增益，将构成天线单元的用于重复的相同图案设置为凸起状，如图1和23所示，整个主天线单元形成曲折迂回的S型。子天线单元的图案可以相对于主天线单元上相同部分的图案进行沿长度方向或/或宽度方向上的缩放。
为了与现有的CMOS工艺相兼容，本实施例中，每一层防串扰介质层内部设置的互连线的线宽与每一层导电通孔的直径相同。为了使天线结构可以适用于各种便携式电子器件上，每一层导电通孔的直径应当为埃级或纳米级，也就是不超过1000nm，较佳的为5nm～10nm，与每一个导电通孔底部相连的互连线的线宽也应当为纳米级，较佳的为5nm～10nm。同时，低损耗衬底层的厚度也小于1000nm，防串扰介质层的厚度小于100nm。这样，本实施例的天线结构可以算是微天线结构，该天线结构的厚度极小，但水平面积可以做的和电子器件的任何需要配置的表面的面积相当。本实施例中，为了进一步实现天线结构的薄膜化、轻质化和便携性，天线单元的材料可以采用单层石墨烯薄膜或金属薄膜。而选择第损耗介质层的材料应当对天线接收或发射的电磁波的损耗小，并且需要良好的耐高温耐腐蚀特性，较佳的选择氮化镓材料。此外，防串扰介质层作为天线电源之间的隔离材料，也应当对电磁波的损耗小，并且具有一定的耐高温耐腐蚀特性，因此，防串扰介质层的材料与低损耗介质衬底层的材料可以相同，可以为氮化镓材料；此外，防串扰介质层的材料还可以为负介电常数的介质材料，从而降低对电磁波的损耗。需要说明的是，天线材料层的材料可以选用金属。还需要说明的是，从本实施例的天线结构来看，互连线和导电通孔中采用金属作为导电材料对于天线单元的效率影响较小，但如果为了进一步避免互连线和导电通孔对天线单元的这部分干扰，互连线和导电通孔中所采用的导电材料可以选用非金属导电材料，现有的有机导电材料也可以应用于其中。
请参阅图4～22，其中图5～22中以图1中AA'方向的截面结构示意，本实施例的一种天线结构的制备方法，包括：
步骤01：请参阅图5，提供一基底00；并且，在基底00上制备底部互连线01；
具体的，基底00可以为任意半导体基底，例如硅基底。在基底00上沉积一层介质层，图案化介质层，在介质层中刻蚀出互连线的沟槽，在沟槽中填充导电材料，从而形成底部互连线01，这里，基底00所称也将这层介质层包含进去。这里的导电材料选用常规半导体工艺中的铜，铜的填充可以采用铜电镀工艺来执行。但考虑到即使互连线对天线单元的干扰很小，但为了避免互连线对天线单元的这部分干扰，导电材料可以采用有机导电材料。针对有机导电材料，可以先在硅基底上沉积有机导电材料；然后图案化有机导电材料形成互连线图案，再沉积一层介质层将互连线隔离。
步骤02：请参阅图6，在完成步骤01的基底00上沉积一层低损耗衬底层02；
具体的，低损耗衬底层02可以采用气相沉积工艺来制备。此外，这里针对氮化镓低损耗衬底层02的制备，可以采用常规技术来制备氮化镓低损耗衬底层02于上述步骤01制备的基底00上。例如，在基底00上先低温形成一层缓冲层SiO2或SiNx，再高温化学气相沉积外延生长氮化镓。关于氮化镓的制备是本领域技术人员可以知晓的，这里不再赘述。
步骤03：请参阅图7，在低损耗衬底层02中刻蚀出多个通孔03，并填充导电材料；导电材料的顶部与低损耗衬底层02顶部齐平；
具体的，可以但不限于采用光刻和刻蚀工艺在氮化镓低损耗衬底层02中刻蚀出通孔，并利用电镀工艺来填充导电金属；由于填充的导电金属会有一部分不可避免地沉积在通孔外部的氮化镓低损耗衬底层02顶部，还可以但不限于采用化学机械研磨工艺来研磨掉通孔外部的氮化镓低损耗衬底层02顶部的多余的导电金属，从而使导电金属顶部与氮化镓低损耗衬底层02顶部齐平。导电金属的材料与底部的互连线01的材料一致。
但当采用有机导电材料时，可以先在完成步骤01的硅基底00上沉积有机导电材料并图案化有机导电材料形成导电材料图形，然后，再沉积氮化镓低损耗衬底层02，由于有机导电材料层上不易生长氮化镓层，因此，氮化镓低损耗衬底层02可以将有机导电材料图形隔离，并且可以结合氮化镓的沉积速率和时间控制氮化镓的沉积厚度，在氮化镓的沉积厚度快接近有机导电材料层的厚度时停止沉积，接着可以结合等离子体干法刻蚀工艺将高出氮化镓低损耗衬底层02顶部的有机导电材料层去除，使得有机导电材料层的顶部与氮化镓低损耗衬底层01顶部齐平。
步骤04：请参阅图8，在低损耗衬底层02上形成一层天线材料层04'；
具体的，可以但不限于采用气相沉积方法在低损耗衬底层02上沉积天线材料层04'。当天线材料层04'为单层石墨烯薄膜时，可以预先采用常规气相沉积工艺将石墨烯薄膜制备好，然后，将制备好的石墨烯薄膜转移至在低损耗介质层02表面和暴露的导电材料顶部。
步骤05：请参阅图9，加热低损耗衬底层02使底部的通孔03中的导电材料顶部的原子层与天线材料层04'相融合；
具体的，可以采用键合工艺来使导电材料顶部与天线材料层04'相融合，例如对低损耗衬底层02进行加热使底部通孔03中的导电材料顶部的原子层与天线材料层04'相融合。
步骤06：请参阅图10，图案化天线材料层04'，形成多个频段不同且图案不同的第一层天线单元04；第一层天线单元04之间暴露出低损耗介质衬底层02表面，第一层天线单元04底部将底部的通孔03顶部覆盖住；
具体的，由于本实施例上述的第一层天线单元04的尺寸都不大于1000nm，鉴于现有的光刻工艺限制，为了提高光刻工艺精度，可以采用二次光刻-刻蚀的双重图形化工艺来图案化天线材料层。具体包括：
步骤061：请参阅图11和12，对第一层天线单元的目标图案版图进行拆分；其中，天线单元分为主天线单元和子天线单元；
这里，以主天线单元为基准，与主天线单元平行的路径上排布多个与主天线单元相同的图形作为天线单元版图M1，将与主天线单元相同的图形进行切断而形成多个子天线单元的图形作为切断版图M2。
步骤062：请参阅图13并结合图10，在天线材料层04'上形成一层光刻胶层，采用天线单元版图M1经光刻工艺，在光刻胶层中形成主天线单元图形以及与主天线单元平行的路径上排布多个与主天线单元相同的图形，也即是天线单元版图M1中的天线单元图形；
步骤063：请参阅图14并结合图10，采用切断版图M2经光刻工艺，将光刻胶中的与主天线单元相同的图形切断，形成不同长度的子天线单元图形；
步骤064：结合图10，以光刻胶为掩膜，采用等离子体干法刻蚀工艺向下刻蚀天线材料层，从而在天线材料层04'中形成长度不同的第一层天线单元04。
在步骤06的第一层天线单元制备好之后继续后续步骤07。
步骤07：请参阅图15，在第一层天线单元04和暴露的低损耗介质衬底层02表面沉积第一层防串扰介质层05'；第一层防串扰介质层05'将第一层天线单元04顶部覆盖并填充于第一层天线单元04之间。
具体的，针对无损耗衬底层02为氮化镓层，第一层防串扰介质层05'的材料为氮化镓层，第一层天线单元04为单层石墨烯薄膜的情况，沉积第一层防串扰介质层05'的过程包括：采用外延生长工艺例如卤化物化学气相外延工艺，在单层石墨烯薄膜表面和暴露的当前的氮化镓层表面外延生长下一层氮化镓。
对于本实施例上述的两层天线单元和防串扰介质层交替的结构，在步骤07之后，对于后续每一层防串扰介质层及其上方的天线单元、以及每一层防串扰介质层内部的互连线和通孔的制备过程具体包括：
步骤08：请参阅图16，在第一层防串扰介质层05'顶部刻蚀出沟槽并填充导电材料，从而形成第一层互连线06；
步骤09：请参阅图17，在第一层防串扰介质层05'表面再沉积一层防串扰介质覆盖层05"，将第一层互连线06覆盖；这里，防串扰介质覆盖层05"的沉积可以采用与第一层防串扰介质层05'相同的沉积工艺，例如卤化物化学气相外延工艺。
步骤10：请参阅图18，在防串扰介质覆盖层05"中刻蚀出通孔并填充导电材料，形成第一层导电通孔07；这里，第一防串扰介质层05'和防串扰覆盖层05"共同构成新的第一层防串扰介质层05；
步骤11：请参阅图19，在新的第一层防串扰介质层05上沉积第二层天线材料层08'；
步骤12：请参阅图20，加热低损耗衬底02使第一层通孔07中的导电材料顶部的原子层与第二层天线材料层08'相融合；
步骤13：请参阅图21，图案化第二层天线材料层08'，形成多个频段不同且图案不同的第二层天线单元08；第二层天线单元08之间暴露出第一层防串扰介质层05表面；
步骤14：请参阅图22，在第二层天线单元08和暴露的第一层防串扰介质层05表面沉积第二层防串扰介质层09；第二层防串扰介质层09将第二层天线单元08顶部覆盖并填充于第二层天线单元08之间。这里，关于第二层防串扰介质层09的制备可以采用与第一层防串扰介质层05相同的工艺。
此外，本实施例还提供了一种电子设备，电子设备具有本实施例的上述的天线结构，由于该天线结构呈薄膜状，该天线结构可以整合于电子设备的整个后壳中，或者作为天线设备的后壳或后壳的一部分。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (27)
1.一种天线结构，其特征在于，包括：
低损耗介质衬底层；
位于低损耗介质衬底层底部的互连线；
位于低损耗介质衬底层表面的多个频段不同且图案不同的天线单元；
防串扰介质层，填充于天线单元之间，并且覆盖于天线单元表面；
多个导电通孔，穿透低损耗介质衬底层，每个导电通孔与每个天线单元对应连接；其中，每个导电通孔的顶部与相应的天线单元的一端部相连接，每个导电通孔的底部与互连线相连。
2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，多个天线单元分为：主天线单元以及与主天线单元的尺寸不同的子天线单元；各个子天线单元的图形均选取自主天线单元的图形的一部分或全部，且各个子天线单元的尺寸不同。
3.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述主天线单元是各个天线单元中尺寸最大的。
4.根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于，每个子天线单元的图形的尺寸按依次递增顺序排列，频段相邻的天线单元设置在相邻的位置。
5.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述主天线单元位于所述低损耗介质衬底层的中间区域，每个子天线单元与主天线单元相隔离且平行设置。
6.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述主天线单元的图形为由相同图案重复连续排布形成的链状。
7.根据权利要求6所述的天线结构，其特征在于，子天线单元分布于主天线单元两侧或周围。
8.根据权利要求7所述的天线结构，其特征在于，子天线单元沿着与主天线单元平行的路径排列呈不同长度的链状。
9.根据权利要求6所述的天线结构，其特征在于，每个重复的相同图案为凸起状。
10.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述低损耗衬底层上具体包括：依次相互交替设置的N层所述天线单元和防串扰介质层，N为整数；N层天线单元的尺寸均不相同。
11.根据权利要求10所述的天线结构，其特征在于，除了第N层天线单元之外的每一层防串扰介质层内部设置有互连线，每一层防串扰介质层中具有与上一层的天线单元相一一对应的导电通孔，每一层导电通孔顶部与上一层的天线单元一一相连接，每一层导电通孔底部与其下方相邻的互连线相连接。
12.根据权利要求1或11所述的天线结构，其特征在于，每一层防串扰介质层内部设置的互连线的线宽与每一层通孔的直径相同。
13.根据权利要求12所述的天线结构，其特征在于，每一层导电通孔的直径为5nm～10nm，与每一个导电通孔底部相连的互连线的线宽为5nm～10nm。
14.根据权利要求1或11所述的天线结构，其特征在于，每一个导电通孔顶部相连的天线单元的长度方向上的中心位置。
15.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述天线单元的材料为单层石墨烯薄膜或金属薄膜，所述低损耗衬底层的材料为氮化镓，防串扰介质层的材料为氮化镓。
16.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述防串扰介质层的材料为负介电常数的介质材料。
17.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述防串扰介质层的材料与所述低损耗介质衬底层的材料相同。
18.一种天线结构的制备方法，其特征在于，包括：
步骤01：提供一基底；并且，在基底上制备互连线；
步骤02：在完成步骤01的基底上沉积一层低损耗衬底层；
步骤03：在低损耗衬底层中刻蚀出多个通孔，并填充导电材料；导电材料的顶部与低损耗衬底层顶部齐平；
步骤04：在低损耗衬底层上形成一层天线材料层；
步骤05：加热所述低损耗衬底层使通孔中的导电材料顶部的原子层与天线材料层相融合；
步骤06：图案化天线材料层，形成多个频段不同且图案不同的天线单元；天线单元之间暴露出低损耗介质衬底层表面，天线单元底部将通孔顶部覆盖住；
步骤07：在天线单元和暴露的低损耗介质衬底层表面沉积防串扰介质层；防串扰介质层将天线单元顶部覆盖并填充于天线单元之间。
19.根据权利要求17所述的天线结构的制备方法，其特征在于，所述步骤05中，采用键合工艺对低损耗衬底层进行加热使通孔中的导电材料顶部的原子层与天线材料层相融合。
20.根据权利要求17所述的天线结构的制备方法，其特征在于，所述步骤04中，采用气相沉积方法在低损耗衬底层上沉积所述天线材料层。
21.根据权利要求17所述的天线结构的制备方法，其特征在于，所述天线材料层为单层石墨烯薄膜，所述步骤04中，将制备好的石墨烯薄膜转移至在低损耗介质层表面和暴露的导电材料顶部。
22.根据权利要求17所述的天线结构的制备方法，其特征在于，所述步骤06中，采用二次光刻-刻蚀的双重图形化工艺来图案化天线材料层。
23.根据权利要求21所述的天线结构的制备方法，其特征在于，所述步骤06具体包括：
步骤061：对天线单元的目标图案版图进行拆分；其中，天线单元分为主天线单元和子天线单元；以主天线单元为基准，与主天线单元平行的路径上排布多个与主天线单元相同的图形作为天线单元版图，将与主天线单元相同的图形进行切断而形成多个子天线单元的图形作为切断版图；
步骤062：在天线材料层上形成一层光刻胶层，采用天线单元版图经光刻工艺，在光刻胶层中形成主天线单元图形以及与主天线单元平行的路径上排布多个与主天线单元相同的图形；
步骤063：采用切断版图经光刻工艺，将光刻胶中的与主天线单元相同的图形切断，形成不同长度的子天线单元图形；
步骤064：以光刻胶为掩膜，采用等离子体干法刻蚀工艺向下刻蚀天线材料层，从而在天线材料层中形成长度不同的天线单元。
24.根据权利要求17所述的天线结构的制备方法，其特征在于，除了第N层天线单元之外的每一层防串扰介质层内部设置有互连线，每一层防串扰介质层中具有与上一层的天线单元相一一对应的导电通孔，每一层导电通孔顶部与上一层的天线单元一一相连接，每一层导电通孔底部与其相邻下方相应层中的互连线相连接；在所述步骤07之后，对于后续每一层防串扰介质层及其上方的天线单元、以及每一层防串扰介质层内部的互连线和导电通孔的制备过程具体包括：
步骤08：在当前的防串扰介质层顶部刻蚀出沟槽并填充导电材料，从而形成当前的互连线；
步骤09：在当前的防串扰介质层表面再沉积防串扰介质覆盖层，将当前的互连线覆盖；
步骤10：在防串扰介质覆盖层中刻蚀出通孔并填充导电材料；当前的防串扰介质层和防串扰覆盖层共同构成新的当前的防串扰介质层；
步骤11：在新的当前的防串扰介质层上沉积一层天线材料层；
步骤12：加热所述低损耗衬底使当前通孔中的导电材料顶部的原子层与该层天线材料层相融合；
步骤13：图案化该层天线材料层，形成多个频段不同且图案不同的该层天线单元；该层天线单元之间暴露出当前的防串扰介质层表面；
步骤14：在该层天线单元和暴露的新的当前的防串扰介质层表面沉积下一层防串扰介质层；下一层防串扰介质层将该层天线单元顶部覆盖并填充于该层天线单元之间。
25.根据权利要求17或23所述的天线结构的制备方法，其特征在于，无损耗衬底层为氮化镓层，防串扰介质层的材料为氮化镓层，天线材料层为单层石墨烯薄膜；沉积防串扰介质层的过程包括：采用外延生长工艺在单层石墨烯薄膜表面和暴露的当前的氮化镓层表面外延生长下一层氮化镓。
26.根据权利要求24所述的天线结构的制备方法，其特征在于，外延生长工艺采用卤化物化学气相外延工艺。
27.一种电子设备，其特征在于，电子设备具有权利要求1～16任意一项所述的天线结构。
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| CN201710645402.0A CN107634303A (zh) | 2017-08-01 | 2017-08-01 | 一种天线结构及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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