CN112385080B - 用于集成屏蔽环行器的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种与RF集成电路组合的RF环行器，该RF集成电路具有在RF集成电路中或上的多个RF波导或波导状结构，RF环行器包括布置在金属材料上的铁氧体材料圆盘，该金属材料布置在RF集成电路上或中，铁氧体材料圆盘在布置在RF集成电路上时远离RF集成电路延伸，金属部分中具有与铁氧体材料圆盘相邻的多个孔口，这些孔口在使用中与铁氧体材料圆盘和多个RF波导或波导状结构电磁连通，铁氧体材料圆盘布置在金属腔中。
Description
【相关申请的交叉引用】
本申请要求2018年6月29日提交的且标题为“Method and Apparatus forIntegrated Shielded Circulator”的美国临时专利申请序列号62/691885的优先权，并且涉及该申请的2019年4月26日提交的且标题也为“Method and Apparatus for IntegratedShielded Circulator”的对应美国非临时专利申请序列号16/396074，此处以引证的方式将前述专利申请的公开并入。
【关于政府赞助的研究或开发的声明】
这是在美国政府合同号W911NF-17-C-0023下进行的发明，因此美国政府可能对本发明具有一定的权利。
【技术领域】
本说明书描述了一种环行器设备，该环行器设备可以通过在集成电路(IC)衬底的顶部(或底部)上沉积铁氧体薄膜并在铁氧体薄膜上沉积并图案化金属来直接集成到常规RF IC上。
【背景技术】
环行器通过允许单个天线用于发送和接收来为雷达、通信以及电子战争系统提供重要的功能。本领域技术人员理解，环行器功能本质上是非互易的，这需要非互易材料和/或电子器件来实施。诸如铁氧体的磁性材料展示出非互易行为，并且几十年来提供了用于实施环行器的主要手段。不幸的是，常规的基于铁氧体的环行器体积大，并且需要用于磁偏置场的永磁体，因此无法直接集成到IC上。本发明利用了新的铁氧体材料，这些铁氧体材料可以沉积到IC上，并且由于其高的内场而不需要永磁体(这些材料通常被称为“自偏置的”，因为它们不需要外部磁偏置场)。本公开技术示教了如何有利地利用这些铁氧体材料以与IC制造工艺兼容并导致非常低的辐射损耗的方式来在IC上获得环行器功能。
本公开技术提供了对通常在带状线中实施并利用永磁体的常规铁氧体圆盘谐振器的另选方案。H.Bosma,“On Stripline Y-circulation at UHF,”IEEE Trans.MicrowaveTheory Tech.12,61-72(1964年)给出了经典示例，此处以引证的方式将该文章的公开并入。
由位于两个接地面中间的金属带构成的带状线是用于铁氧体谐振器的方便的射频(更具体地说是微波)传输介质，因为E场关于中心导体均匀对称，这防止功率辐射到平行板模式中并增加损耗。效率稍低的射频(更具体地说是微波)传输介质是微带，该微带只利用单个接地面(但如果需要，也可以采用第二接地面)，但在其它方面类似于带状线。用于射频(更具体地说是微波)信号的另一种传输介质是共面波导(CPW)。
在由Iulian Rosu在www.qsl.net/va3iul/Microstrip_Stripline_CPW_Design/Microstrip_Stripline_and_CPW_Design.pdf发布的标题为“Microstrip,Stripline,andCPW Design”的论文中描述了带状线、微带以及共面波导(CPW)，此处以引证的方式将该论文并入。
基于带状线的铁氧体器件与常规的IC处理不兼容，因为它将需要将铁氧体材料埋在半导体层与金属层之间。图la和图lb示出了本领域已知类型的基于带状线的环行器的侧立面图和俯视图。也参见上面引用的H.Bosma的文章和下面引用的D.M.Pozar的教材。
最近有一些论文描述了IC兼容的环行器，但是它们需要在IC衬底层中产生腔并用铁氧体材料填充该腔，以便使用常规的微带迹线耦合到该腔。图2a和图2b中例示了这种结构。描述这种环行器的论文的示例是S.A.Oliver等人的“Integrated Self-BiasedHexaferrite Microstrip Circulators for Millimeter-Wavelength Applications,”，IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,第49卷，第2期，2001年2月。
文献中描述的微带兼容的环行器由位于接地面上的铁氧体圆盘与顶部的金属圆盘构成，如图la至图2b所示。该结构形成了谐振器，该谐振器的谐振模式，通常为基本模式，在边缘处具有高电场值和低磁场值。顶部导体连接到关于该结构对称(即，以120度间隔)定位的三个微带线(或CPW线)，这些线将功率耦合进和耦合出谐振器。使用标准IC工艺制造图la至图2b的结构在本质上是困难的。或者必须在IC中创建腔，将铁氧体沉积到腔中，然后进行微带连接。或者另选地，可以在IC表面上沉积铁氧体(这容易得多)，但然后在铁氧体表面上沉积和图案化金属。该图案化是困难的，因为它需要对铁氧体圆盘的侧壁上的金属进行图案化和蚀刻，以获得除了沿着侧面向下延伸的细微带线之外的开放侧壁。还必须通过过孔将铁氧体接地电极电连接至IC的接地面。诸如图3a和图3b例示的结构。也参见上面引用的S.A.Oliver等人的论文。
本公开技术通过以下方式来改进上述现有技术：在IC表面的顶部或底部上优选使用水溶液沉积铁氧体薄膜，从而不需要蚀刻腔；用金属覆盖铁氧体圆盘；然后使用电磁孔口耦合到器件中。另外，本发明提供了更大的设计灵活性，因为铁氧体材料可以是任何厚度(例如1微米到500微米)，而集成有衬底的铁氧体圆盘厚度由衬底厚度(衬底厚度又由RF设计考虑决定)设置。
另外，本公开的新颖性的另一方面在于，它利用与常规环行器不同的谐振模式，这允许铁氧体谐振器被金属屏蔽以避免辐射损耗，并且允许孔口耦合到铁氧体谐振器，这便于IC集成。
通过允许汽车雷达仅用一个天线操作，本公开技术潜在地对于当前需要两个天线的汽车雷达是有用的。
本公开技术对于雷达和通信系统也是有用的。通过缩小环行器的尺寸并将其直接集成到前端IC上，本公开技术降低了毫米波系统的尺寸和复杂度。本公开技术还便于毫米波阵列元件的封装，这允许它们装配在半波长正方形区域内。
【发明内容】
在一个方面，本发明提供了一种设备，该设备包括：集成电路衬底，衬底具有其上布置金属的区域，所述金属中具有多个孔口，各个所述孔口与对应的波导或波导状结构相关联并且在使用中与其电磁连通，该波导或波导状结构也布置在(i)所述集成电路衬底上或中，或者(ii)布置在所述区域上的金属上或中；铁氧体材料的圆盘，该圆盘布置在所述集成电路衬底上方或下方，与上面布置金属的区域相邻，并且布置在金属区域中的孔口上、上方或下面；以及金属材料，该金属材料基本上封装铁氧体材料的圆盘。
在另一方面，本发明提供了一种与RF集成电路组合的RF环行器，RF集成电路具有在所述RF集成电路中或上的多个RF波导或波导状结构，RF环行器包括：铁氧体材料的主体或圆盘，该主体或圆盘布置在金属材料上，该金属材料布置在所述RF集成电路上或中，铁氧体材料的主体或圆盘在布置在RF集成电路上时远离RF集成电路延伸；金属材料，该金属材料封装远离RF集成电路延伸的铁氧体材料的主体或圆盘的外表面的大部分，封装金属材料在其中具有与所述铁氧体材料的主体相邻的多个孔口，这些孔口在使用中与所述铁氧体材料的主体和多个RF波导或波导状结构电磁连通。
在又一方面，本发明提供了一种在RF集成电路衬底上制造RF环行器的方法，RF集成电路衬底在其上或其中形成有多个RF波导或波导状结构。方法包括：在所述RF集成电路衬底上涂敷第一光刻胶，光刻胶被图案化为形成限定要形成的RF环行器的磁性材料的外侧壁的模具；用含有优选BaFeO或SrFeO材料的磁性纳米(微)颗粒的水溶液至少浸渍模具，并且设置水溶液的pH，使得磁性纳米(微)颗粒上的表面电荷在颗粒之间产生排斥力，从而允许颗粒悬浮在溶液中。可控地改变水溶液的pH以减少表面电荷，因此有利于所述RF集成电路衬底上的颗粒聚集和沉积。然后，去除第一光刻胶，并且在所述RF集成电路衬底上涂敷第二光刻胶，第二光刻胶被图案化为覆盖所述RF集成电路衬底的与所述RF集成电路衬底上的沉积的磁性纳米(微)颗粒相邻的区域，从而暴露沉积的磁性纳米(微)颗粒的至少大部分暴露表面区域，以进一步处理。然后，在沉积的磁性纳米(微)颗粒的暴露表面区域上沉积或以其他方式形成封装金属。然后去除第二光刻胶。
【附图说明】
图la和图lb是现有技术的带状线环行器的侧立面图和俯视图，该带状线环行器由两个铁氧体圆盘构成，该两个铁氧体圆盘之间具有圆形金属圆盘，对称地夹在两个接地面之间。场的均匀对称性防止了平行板模式辐射。永磁体(未示出)可以放置在圆盘的顶部上，以产生磁偏置场。
图2a和图2b是位于腔中的铁氧体圆盘的现有技术描绘的侧立面图和俯视图。关于微带环行器的技术论文要求铁氧体位于腔中，使得可以通过直接的金属沉积和图案化来形成微带。
图3a和图3b是微带环行器的另一种现有技术设计的侧立面图和俯视图，在该设计中，铁氧体沉积在IC衬底的顶部，但是这需要蚀刻铁氧体的侧壁以产生微带馈线，并且如图所示，过孔还必须将铁氧体接地连接到IC接地面。
图4a-1是微带实施例(具有直线耦合孔口)的侧视图，图4a-2是其俯视图，而图4a-3是本公开技术的另选微带实施例(具有弯曲耦合孔口)的俯视图。
图4b-l是本公开技术的CPW实施例的侧视图，图4b-2是其俯视图，并且图4b-3是其侧立面图(沿着图4b-1和图4b-2中标记为4b-3的剖面线截取)。
图5是示出了用于制造图4b-1至图4b-3的CPW实施例的一种可能技术的流程图。
图6a-l和图6a-2描绘了耦合到铁氧体圆盘的微带孔口的本公开技术的两个不同实施例(各个实施例为俯视图形式)。
图6a-3是沿着图6a-2中标记为6a-3的剖面线截取的侧立面图。
图6b-l和图6b-2描绘了耦合到铁氧体圆盘的CPW孔口的本公开技术的两个不同实施例(为俯视图形式)。在这些实施例中，孔口位于传输线的接地面中，该接地面与CPW迹线在同一平面中。CPW线可以以短线的形式终止(参见图6b-l)或者作为“折叠CPW”线终止(参见图6b-2)。这些技术对于本领域技术人员来说应该是公知的。
图7是根据本公开技术的集成屏蔽环行器的仿真微带实施例的HFSS模型的三维描绘。
图8描绘了图6所描绘的器件的HFSS仿真结果，指示在21.9GHz处35dB的隔离。
【具体实施方式】
以下描述被提出为使得本领域普通技术人员能够进行并使用本发明，并且将本发明并入在特定应用的语境中。各种修改以及在不同应用中的各种用途将对本领域技术人员容易地清晰，并且这里所定义的一般原理可以应用于宽范围的实施例。由此，本发明不旨在限于所提出的实施例，而是符合与这里所公开的原理和新型特征一致的最宽范围。
在以下详细描述中，为了提供本发明的更彻底理解，阐述了大量具体细节。然而，将对本领域技术人员显而易见的是，本发明可以在不必限于这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，为了避免使本发明模糊，以框图形式而不是详细地示出公知结构和装置。
读者的注意力被引导到与本规范同时提交的所有文件和文献，文件和文献与本规范一起对公众审查开放，并且此处以引证的方式将所有这种文件和文献的内容并入。在本规范中公开的所有特征(包括任意所附权利要求、摘要以及附图)可由用于相同、等效或类似目的的另选特征来替换，除非另外明确陈述。由此，除非另外明确陈述，否则所公开的每个特征仅是通用的一系列等效或类似特征的一个示例。
本申请包括环行器的许多实施例，该环行器可以容易地集成在IC内，而基本上不改变常规的半导体处理步骤。在这些实施例之间，功能上相同或非常相似的元件通常共享附图标记，以避免对它们的描述的不必要的重复。
所公开的环行器可以容易地集成在IC内，而基本上不改变常规的半导体处理步骤。它还减少了寄生辐射，由此减少了总的插入损耗。这些改进通过用金属在所有侧面上屏蔽铁氧体谐振器，然后通过耦合孔口耦合进和耦合出谐振器来实现。图4示出了该公开结构的一个实施例的图。RF IC通常使用微带或共面波导(CPW)来在芯片上路由信号。这些传输线类型中的任一种都可以用于接口连接到所公开的铁氧体谐振器。
在环行器中使用的常规铁氧体谐振器利用TM110模式(相对于轴向的横向磁)，该模式给出以下操作频率：
其中α是铁氧体圆盘的半径，ε是铁氧体的介电常数，μ0是自由空间的磁导率。参见D.M.Pozar，“Microwave Engineering(第四版),”John Wiley and Sons，2012年，第490页。由此，对于给定的操作频率，上述方程可以用于确定(或至少近似)铁氧体圆盘的半径。假设切向H场在圆盘的边缘处降到零，则导出上述公式，这对于具有开放(即，非导电)侧壁的圆盘是近似正确的。如上所述，对于带状线设计(参见图la和图lb)，开放侧壁是良好的，因为场关于中心导体的均匀对称防止了通过平行板模式损失的能量。集成到IC表面上的具有开放侧壁的铁氧体谐振器将遭受辐射损耗，并且损耗的程度取决于给定设计的具体参数。
本公开技术通过用金属侧壁42和顶部或底部表面43以及接地面35封装铁氧体圆盘来屏蔽铁氧体圆盘，来解决辐射损耗问题。例如，参见图4a-1和图4a-2和/或图4b-l和图4b-2。如果整个铁氧体圆盘40涂布有封装金属，封装金属中的唯一开口优选地是用于制造到带状线(也称为微带)30的电磁连接(如在图4a-l和图4a-2的实施例的情况下)或者用于制造到CPW 31的电磁连接(如在图4b-1和图4b-2的实施例的情况下)的孔口32、37，则所得到的腔具有也是到轴向(z方向)的TM的谐振模式，但是在圆盘的边缘处的边界条件变化。所关注的模式还是TM110模式，但是边界条件的变化(从非导电侧壁到金属侧壁42)给出了如下的操作频率：
其中α还是铁氧体圆盘的半径，ε是铁氧体的介电常数，μ0是自由空间的磁导率。比较方程(1)和方程(2)中的半径变量告诉我们，对于给定的操作频率，金属涂布圆盘的圆盘半径约为0.610/0.293，或者约为没有金属侧壁的圆盘的尺寸的两倍。因此，尽管这种金属涂布的圆盘大于常规设计(对于给定的操作频率)，但是由于辐射损耗的减少而改善的性能通常值得折衷。
图4a-1是本公开技术的微带实施例(具有直线耦合孔口)的侧视图，图4a-2是其俯视图，而图4a-3是本公开技术发明的微带实施例(具有弯曲耦合孔口)的俯视图。图4b-l是本公开技术的CPW实施例的侧视图，并且图4b-2是其俯视图。图4b-3是本公开技术的CPW实施例的侧立面图(沿着图4b-1和图4b-2中标记为4b-3的剖面线截取)。对于微带或CPW实施例，铁氧体圆盘40位于IC衬底36的顶部或底部，以哪个更方便为准。谐振器的铁氧体圆盘40优选地完全由金属屏蔽，除了将能量耦合进和耦合出它的孔口32以及允许CPW 31通过金属侧壁42而不使它与接地面34短路的开口37。
铁氧体圆盘40的厚度D可以是几乎任何厚度，但是一般而言，考虑到以下警告，较厚的铁氧体40将比较薄的圆盘更好：(i)较厚的圆盘通常将更难以制造，并且(ii)如果圆盘太厚，则它将激发较高阶模式，这些模式将在厚度的约一半波长处开始。因此，铁氧体圆盘40的厚度D优选地小于使用其的环行器预期操作的频率的一半波长。
孔口32耦合是将能量耦合进和耦合出金属侧壁屏蔽的谐振器的方便方式，并且金属封装圆盘的较大半径具有允许狭槽足够大以用于有效能量耦合的附加益处。本领域技术人员公知，耦合孔口32与波长相比必须足够大，以在合理的带宽上有效地耦合能量。长度约为半个波长的矩形狭槽(对于等效的开槽线传输介质)将提供强耦合。随着狭槽长度的减小，耦合变弱。典型耦合孔口长度的示例是开槽线介质中的0.4个等效波长。另外，孔口耦合强度也可以通过将孔口32移动为更靠近圆盘的周边来增加。
图4b-1至图4b-3的实施例可以如现在参考图5的流程图所描述的那样进行。在方框51处，在衬底36上优选通过溅射形成100至
厚的Ti/Au层39。接着，在方框52处，放下光刻胶并对其图案化，接着在方框53处电镀3-5μm的Au层，以限定CPW 31的中心导体31c和接地面35。在方框54处，去除光刻胶以及未被Au覆盖的Ti/Au层。因此，位于CPW 31中心的导体31c由间隙31g与周围的接地面35隔开。
在方框55处，放下厚的光刻胶层并对其进行图案化。该光刻胶优选地是将在方框56处形成的磁性材料40的厚度D的大约两倍厚(2·D)。该光刻胶被图案化为形成用于接收水溶液的模具，该模具限定磁性材料40的外部形状。溶液含有磁性纳米(微)颗粒，优选地为BaFeO或SrFeO材料的颗粒。溶液的pH被设置为使得颗粒上的表面电荷引起颗粒之间的排斥力。这允许颗粒悬浮在溶液中。然后，可控地改变pH以减少表面电荷，因此有利于衬底36上的颗粒聚集和沉积。颗粒沉积在整个晶片上(在光刻胶的模具的开放区域中和在被光刻胶覆盖的区域上)。当完成方框56的颗粒组装过程时，在方框57处化学地去除晶片上的光刻胶，这又去除光刻胶顶部的颗粒。已经沉积在晶片上的开放区域上的颗粒保持为磁性材料40。
在方框58处，在暴露区域上优选通过溅射形成100至
厚的Ti/Au层。在方框59处，放下光刻胶并进行图案化，接着在方框60处电镀3-5μm的Au层，以限定顶部金属43和侧壁42。在方框59放下的光刻胶也被图案化为覆盖侧壁42的电镀Au中将出现开口37的位置。在方框61处，去除在方框59处形成的图案化的光刻胶(连同剩余的暴露的Ti/Au)。
图6a-l和图6a-2描绘了耦合到铁氧体圆盘40的微带孔口的两个不同实施例(各个实施例为俯视图形式)，而图6b-1和图6b-2描绘了耦合到铁氧体圆盘40的CPW孔口的两个不同实施例(也为俯视图形式)。两种方法都允许通过孔口32耦合能量，并且对于每种情况，存在多种方式来实施该结构。对于微带实施例，孔口位于传输线下面的接地面中。微带线30可以由四分之一波长开路1/4波短截线(参见图6a-l)终止，或者用在狭槽边缘附近将其短路到地面的过孔38(图6a-l)终止(参见图6a-2和图6a-3)。图6a-3描绘了图6a-2的实施例的侧立面图。
图6b-l和图6b-2描绘了耦合到铁氧体圆盘的CPW孔口的两个不同实施例(为俯视图形式)。在这些实施例中，孔口位于传输线的接地面中，该接地面与CPW迹线31c在同一平面中。CPW迹线31c可以以短线的形式终止(参见图6b-l)或者作为“折叠CPW”线终止(参见图6b-2)。
图6a-l至图6b-2示出了耦合孔口32的实施例，这些耦合孔口将能量从微带(参见图6a-1到图6a-3)或CPW(参见图6b-l和图6b-2)耦合到铁氧体谐振器40。微带30通过围绕铁氧体圆盘的金属中的孔口32耦合，因此在这种情况下，便于将铁氧体谐振器40定位在微带线30下方并紧邻接地面34。这样，在该实施例中，孔口32位于接地面34中，如可以在图4a-l、图4a-2以及图4a-3中看到的。这是有利的，因为铁氧体圆盘40不耗尽宝贵的IC资源，因此使IC尺寸和成本最小化。附加的接地面35可以被添加在微带线30的顶上(具有居间电介质层)。如果使用附加接地面35，那么微带线30可以被表征为带状线30，而不是微带30。
对于微带实施例(如图4a-2和图4a-3所描绘的)或CPW实施例(例如上面参考图6b-1和图6b-2所讨论的)，孔口32可以如图4a-2所示是直线的或如图4a-3所示是弯曲的。如将要讨论的，当运行仿真时，假设孔口32沿着具有与和铁氧体圆盘40相邻的圆形金属壁42的中心共同的中心的圆形路径弯曲(参见图7)。
用于CPW实施例的接地面35(参见图4b-l到图4b-3)位于与金属CPW迹线31相同的平面中，因此在这种情况下，自然要将铁氧体谐振器40定位在CPW迹线31上方，如前面附图中描绘的。开口37可以设置在金属侧壁42中，在该金属侧壁中，CPW迹线进入由围绕铁氧体圆盘40的接地面35以及金属42和43形成的金属腔。
可以使用这些技术中的任一种，微带或CPW，其选择取决于IC设计和封装的细节。当然，如果在某些应用中期望，则本文所述的两种基本技术(i)微带和/或带状线和(ii)CPW可以组合在单个实施例中。
图4a-2和图4a-3的三条微带线30均(至少在电磁意义上)耦合到接地面34中的三个耦合孔口32中的单独一个孔口。三个耦合孔口32均具有相同的尺寸，并且均优选地具有均匀的宽度。三条微带线30优选地以相对于彼此120°的角度接近圆盘40的中心。三个耦合孔口32的中心线优选地限定等边三角形33T(如图4a-2中虚线所示)或圆33C(如图4a-3中虚线所示)或一些其它期望的构造。孔口32的尺寸可以通过实验来选择以优化它们。在这点上，还参见下面关于图7和图8讨论的仿真。
为了演示本发明，我们设计了一种铁氧体环行器，并在Ansys高频结构仿真器(HFSS)中对其进行仿真。图6示出了结构的HFSS模型。在该仿真中，铁氧体圆盘40具有5mm的直径和0.5mm的厚度D(参见图4a-l)。用于该仿真的接地面中的孔口32的尺寸为1.4mm长和0.1mm宽，具有弯曲的构造。选择铁氧体材料参数为：μr＝1、εr＝15、Ms＝0.4T、朗德G因子＝1.9、ΔH＝5000A/m、以及40000A/m的均匀轴向磁偏置(自偏置)场。选择2.5mm的圆盘半径用于该仿真，根据方程(2)，这应该产生大约19GHz的谐振频率。三个微带线30对称地位于铁氧体圆盘40周围。该仿真中的微带线30通过接地面中的孔口32耦合到谐振器，并且以四分之一波长开路短截线终止(也参见图6a-l)。孔口沿着45度弧弯曲(也参见图4a-3)，并且调节孔口距中心(z轴)的距离以最大化环行器的隔离。
图8中示出了器件的仿真性能。峰值隔离出现在21.9GHz处，这比计算值高大约10％，并且可能是由于微带线对谐振器的加载。返回损耗约为10dB，但是这可通过匹配三个输入/输出的阻抗来改善。
用于微带线30和/或CPW迹线31c、用于接地面并封装铁氧体圆盘40的金属可以是任何方便地用于半导体制造的金属材料，诸如上面讨论的Ti和Au金属。
在环行器领域中，用于圆盘40的铁氧体材料通常具有圆盘形状，但是如果其适合用户的需要，则至少概念上可以使用任何方便的形状(或铁氧体材料的主体)。
现在已经根据专利法规的要求描述了本发明，本领域技术人员将理解如何对本发明进行改变和修改以满足其特定要求或条件。这种改变和修改可以在不脱离如本文公开的本发明的范围和精神的情况下进行。
本文公开的概念包括：
概念1.一种设备，该设备包括：
a.集成电路衬底，衬底具有其上布置金属的区域，所述金属中具有多个孔口，各个所述孔口与对应的波导或波导状结构相关联并且在使用中与其电磁连通，该波导或波导状结构也布置在(i)所述集成电路衬底上或中，或者(ii)布置在所述区域上的金属上或中；
b.铁氧体材料的主体，该主体布置在集成电路衬底上方或下方，与其上布置金属的区域相邻，并且布置在金属区域中的孔口上、上方或下面；以及
c.金属材料，该金属材料基本上封装铁氧体材料的主体。
概念2.根据概念1的设备，其中，在与单个铁氧体材料的主体相关联的金属中有且仅有三个孔口，并且有且仅有一个波导或波导状结构与单个铁氧体材料的主体相关联的各个所述孔口相关联。
概念3.根据概念1或2的设备，其中，对应的波导或波导状结构选自由微带、共面波导和带状线组成的组。
概念4.根据概念1至3中任意一项的设备，其中，铁氧体材料的主体在从其顶部向下观察时具有圆形形状。
概念5.根据概念4的设备，其中，孔口具有弓形形状。
概念6.根据概念5的设备，其中，孔口的中心线全部位于共同的圆形形状上。
概念7.根据概念6的设备，其中，孔口的中心线与铁氧体材料的主体的圆形形状同心。
概念8.根据概念1至3中任意一项的设备，其中，孔口具有直线形状。
概念9.根据概念1至3中任意一项的设备，其中，波导或波导状结构布置在集成电路衬底的第一主表面上，并且金属中的孔口与集成电路衬底的第二主表面相邻地出现。
概念10.根据概念1至3中任意一项的设备，其中，波导或波导状结构布置在集成电路衬底的第一主表面上，并且金属中的孔口与集成电路衬底的所述第一主表面相邻地出现，并且设备还包括布置在集成电路衬底的第二主表面上的接地面。
概念11.一种与RF集成电路组合的RF环行器，RF集成电路具有在所述RF集成电路中或上的多个RF波导或波导状结构，RF环行器包括：铁氧体材料的主体，该主体布置在金属材料上，该金属材料布置在所述RF集成电路上或中，铁氧体材料的主体在布置在RF集成电路上时远离RF集成电路延伸；金属材料，该金属材料封装远离RF集成电路延伸的铁氧体材料的主体的外表面的大部分，封装金属材料在其中具有与所述铁氧体材料的主体相邻的多个孔口，这些孔口在使用中与所述铁氧体材料的主体和所述多个RF波导或波导状结构电磁连通。
概念12.根据概念11的与RF集成电路组合的RF环行器，其中，金属腔至少部分地由布置在所述RF集成电路上或中的所述金属材料和所述封装金属材料形成，铁氧体材料的主体位于所述金属腔中。
概念13.根据概念11或12的与RF集成电路组合的RF环行器，其中，铁氧体材料的主体为包括BaFeO和/或SrFeO的铁氧体材料的主体的形式。
概念14.一种在RF集成电路衬底上制造RF环行器的方法，RF集成电路衬底在其上或其中形成有多个RF波导或波导状结构，方法包括：
在所述RF集成电路衬底上涂敷第一光刻胶，光刻胶被图案化为形成限定要形成的RF环行器的磁性材料的外侧壁的模具；
用含有优选BaFeO或SrFeO材料的磁性纳米(微)颗粒的水溶液至少浸渍模具，并且设置水溶液的pH，使得磁性纳米(微)颗粒上的表面电荷在颗粒之间产生排斥力，从而允许颗粒悬浮在溶液中；
可控地改变水溶液的pH以减少表面电荷，因此有利于所述RF集成电路衬底上的颗粒聚集和沉积。
去除第一光刻胶；
在所述RF集成电路衬底上涂敷第二光刻胶，第二光刻胶被图案化为覆盖所述RF集成电路衬底的与所述RF集成电路衬底上的沉积的磁性纳米(微)颗粒相邻的区域，从而暴露沉积的磁性纳米(微)颗粒的至少大部分暴露表面区域，以进一步处理；
在沉积的磁性纳米(微)颗粒的暴露表面区域上沉积封装金属；以及
去除第二光刻胶。
概念15.根据概念14的方法，还包括：在用所述水溶液至少浸渍模具之前沉积金属层，使得磁性纳米(微)颗粒沉积在所述金属层上。
为了例示和公开，根据法律的要求，呈现了示例性和优选实施例的前述详细描述。不旨在穷尽也不将本发明限于所述的精确形式，而是仅使得本领域其他技术人员能够理解本发明如何适合于特定的用途或实施方案。修改例和变型例的可能性对于本领域技术人员将是明显的。示例性实施例的描述不旨在限制，这些实施例可以已包括公差、特征尺寸、特定操作条件、工程规范等，并且可以在实施方案之间变化或随着现有技术的变化而变化，并且不应从其暗示任何限制。申请人已经关于当前技术水平做出了本公开，但是还预期进展，并且未来的改编可以考虑这些进展，即根据当时的当前技术水平。如果适用，则预期本发明的范围由书面权利要求以及等同物来限定。对单数形式的权利要求元件的参照不旨在意指“一个且仅一个”，除非明确这样陈述。而且，不管本公开中的元件、部件、方法或工艺步骤是否在权利要求中明确列举，该元件、部件或步骤都不旨在专用于公众。本文中没有权利要求元素被解释为在35美国第112节的规定下，因为它存在于提交本申请的日期，除非元件使用短语“用于……的装置”明确叙述，并且本文的方法或工艺步骤均不在这些规定下进行解释，除非步骤使用短语“包括步骤……”明确叙述。
可以在不偏离本发明的范围的情况下对此处描述的系统、设备以及方法进行修改、添加或省略。系统和设备的部件可以集成或分离。而且，系统和设备的操作可以由更多、更少或其他部件来执行。方法可以包括更多、更少或其他步骤。另外，步骤可以以任意合适的顺序来执行。如本文献中使用的，“各个”是指集合的每个成员或集合的子集的各个成员。
Claims (18)
1.一种集成屏蔽环形器设备，该设备包括：
a. 集成电路衬底，所述衬底具有其上布置金属的区域，所述金属中具有多个孔口，各个所述孔口与对应的RF传输线相关联并且在使用中与其电磁连通，该RF传输线也布置在（i）所述集成电路衬底上或中，或者（ii）布置在所述区域上的所述金属上或中；
b. 铁氧体材料的主体，该主体布置在集成电路衬底上方或下方，与所述其上布置金属的区域相邻，并且布置在所述金属区域中的所述孔口上、上方或下面；以及
c. 金属材料，该金属材料封装所述铁氧体材料的主体。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，在与单个铁氧体材料的主体相关联的金属中有且仅有三个孔口，并且有且仅有一个RF传输线与单个铁氧体材料的主体相关联的各个所述孔口相关联。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述对应的RF传输线选自由微带、共面波导和带状线组成的组。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的设备，其中，所述铁氧体材料的主体在从其顶部向下观察时具有圆形形状。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述孔口具有弓形形状。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述孔口的中心线全部位于共同的圆形形状上。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述孔口的所述中心线与所述铁氧体材料的主体的圆形形状同心。
8.根据权利要求1至3中任意一项所述的设备，其中，所述孔口具有直线形状。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述RF传输线布置在所述集成电路衬底的第一主表面上，并且所述金属中的所述孔口与所述集成电路衬底的第二主表面相邻地出现。
10.根据权利要求1至3中任意一项所述的设备，其中，所述RF传输线布置在所述集成电路衬底的第一主表面上，并且所述金属中的所述孔口与所述集成电路衬底的所述第一主表面相邻地出现，并且所述设备还包括布置在所述集成电路衬底的第二主表面上的接地面。
11.根据权利要求1至3或9中任意一项所述的设备，其中，封装所述铁氧体材料的主体的所述金属材料包括布置在所述铁氧体材料的主体上的所述金属材料的涂层。
12.一种与RF集成电路组合的RF环行器，所述RF集成电路具有在所述RF集成电路中或上的多个RF传输线，所述RF环行器包括：铁氧体材料的主体，该主体布置在金属材料上，该金属材料布置在所述RF集成电路上或中，所述铁氧体材料的主体在布置在所述RF集成电路上时远离所述RF集成电路延伸；封装金属材料，该封装金属材料封装远离所述RF集成电路延伸的所述铁氧体材料的主体的外表面的大部分，所述封装金属材料在其中具有与所述铁氧体材料的主体相邻的多个孔口，这些孔口在使用中与所述铁氧体材料的主体和所述多个RF传输线电磁连通。
13.根据权利要求12所述的与RF集成电路组合的RF环行器，其中，金属腔至少部分地由布置在所述RF集成电路上或中的所述金属材料和所述封装金属材料形成，所述铁氧体材料的主体位于所述金属腔中。
14.根据权利要求12或13所述的与RF集成电路组合的RF环行器，其中，所述铁氧体材料的主体为包括BaFeO和/或SrFeO的铁氧体材料的主体的形式。
15.根据权利要求12或13所述的与RF集成电路组合的RF环行器，其中，所述封装金属材料包括布置在所述铁氧体材料的主体上的所述封装金属材料的涂层。
16.一种制造如权利要求1-11中任意一项所述的设备的方法，该方法包括：
在所述RF集成电路衬底上涂敷第一光刻胶，所述光刻胶被图案化为形成限定要形成的所述RF环行器的磁性材料的外侧壁的模具；
用含有磁性纳米微颗粒的水溶液至少浸渍所述模具，并且设置所述水溶液的pH，使得所述磁性纳米微颗粒上的表面电荷在所述颗粒之间产生排斥力，从而允许所述颗粒悬浮在所述溶液中；
可控地改变所述水溶液的pH以减少所述表面电荷，因此有利于所述RF集成电路衬底上的颗粒聚集和沉积；
去除所述第一光刻胶；
在所述RF集成电路衬底上涂敷第二光刻胶，所述第二光刻胶被图案化为覆盖所述RF集成电路衬底的与所述RF集成电路衬底上的所述沉积的磁性纳米微颗粒相邻的区域，从而暴露所述沉积的磁性纳米微颗粒的至少大部分暴露表面区域，以进一步处理；
在所述沉积的磁性纳米微颗粒的所述暴露表面区域上沉积封装金属；以及
去除所述第二光刻胶。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：在用所述水溶液至少浸渍所述模具之前沉积金属层，使得所述磁性纳米微颗粒沉积在所述金属层上。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述磁性纳米微颗粒是BaFeO和/或SrFeO材料的颗粒。
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