CN113782932B - 基于薄膜工艺的薄膜准带状线传输结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于薄膜工艺的薄膜准带状线传输结构，包括上腔体、下腔体和薄膜传输线；上腔体和下腔体结构对称，上下腔体形成闭合屏蔽腔；薄膜传输线沿着屏蔽腔中心线插入屏蔽腔内。本发明不仅大幅度减少了太赫兹信号传输时产生的介质损耗，而且提高了品质因数(Q值)，减少了色散效应。同时这种新型薄膜准带状线传输结构，不仅可以提高传输特征阻抗的变化范围，降低了电路的匹配难度；还可以增大太赫兹固态电路的电路尺寸，从而大幅降低电路装配的难度。最关键的，此传输结构在太赫兹单片集成电路工艺中不需要对外延结构进行任何修改，大幅度降低了外延成本。本发明结构简单，易于实现，在太赫兹固态电路中具有良好的应用前景。

Description

基于薄膜工艺的薄膜准带状线传输结构及其制备方法
技术领域
本发明属于电磁波传输技术领域，特别涉及一种基于薄膜工艺的薄膜准带状线传输结构及其制备方法。
背景技术
太赫兹(THz)波是指频率在0.1～10THz(对应的波长为3mm～30um)范围内的电磁波，其长波段临接毫米波，短波段靠近红外线，处于电子学与光子学的交叉区域。与较低频段的微波相比，它们的特点是：1、利用的频谱范围宽，信息容量大。2、易实现窄波束和高增益的天线，因而分辨率高，抗干扰性好。3、穿透等离子体的能力强。4、多普勒频移大，测速灵敏度高。波在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学和波谱学方面都有重大的意义。
太赫兹收发系统是太赫兹系统应用中的核心组件，太赫兹固态电路是实现太赫兹收发系统的重要方式，主要包括混频器、倍频器、滤波器、放大器等电路形式。在高频太赫兹频段(频率大于0.5THz)传统太赫兹传输结构传输损耗过大，严重影响了单片太赫兹固态电路的整体性能。采用无衬底技术可以减少传输时损耗，不过此方法需要对晶圆外延结构进行特殊加工，在衬底和外延结构中间外延一层用于支撑的3um本征半导体层，极大提高了外延技术难度和成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够大幅度减少了太赫兹信号传输时产生的介质损耗，提高品质因数，减少色散效应，并且此传输结构在太赫兹单片集成电路工艺中不需要对外延结构进行任何修改，大幅度降低了外延成本的基于薄膜工艺的薄膜准带状线传输结构，并提供该薄膜准带状线传输结构的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于薄膜工艺的薄膜准带状线传输结构，包括上腔体、下腔体和薄膜传输线；上腔体和下腔体结构对称，上下腔体形成闭合屏蔽腔；薄膜传输线沿着屏蔽腔中心线插入屏蔽腔内。
进一步地，所述薄膜传输线包括支撑薄膜和中心传输线，中心传输线附着在支撑薄膜上或被支撑薄膜完全包裹。薄膜传输线距离上腔体和下腔体的距离相等，中心传输线位于闭合屏蔽腔的正中间。薄膜传输线以金属悬臂梁方式支撑在上腔体与下腔体之间或直接粘接在下腔体上，薄膜传输线中支撑薄膜的厚度为几微米。
本发明的另一个目的是提供一种基于薄膜工艺的薄膜准带状线传输结构制备方法，包括以下步骤：
S1、用溶解于有机溶剂中的高分子材料旋涂在制作了中心传输线金属的整个半导体晶圆上，并通过高温使高分子材料聚合成高分子链从而固化成膜；
S2、通过等离子刻蚀的方法，对薄膜进行刻蚀，留出传输结构需要的形状；
S3、当薄膜按传输结构所需刻蚀完毕后，通过衬底去除技术将半导体晶圆衬底去除，仅保留薄膜以及被薄膜包裹中心传输线；
S4、将除去衬底的薄膜传输线，沿着屏蔽腔中心线插入屏蔽腔，将屏蔽线闭合，便完成了薄膜准带状线传输结构。
本发明的有益效果是：本发明的支撑薄膜厚度为几微米，应用在高频太赫兹固态电路上时，此传输结构介电常数接近空气，传输模式与空气填充带状线相同；不仅大幅度减少了太赫兹信号传输时产生的介质损耗，而且提高了品质因数(Q值)，减少了色散效应。同时这种新型薄膜准带状线传输结构，不仅可以提高传输特征阻抗的变化范围，降低了电路的匹配难度；还可以增大太赫兹固态电路的电路尺寸，从而大幅降低电路装配的难度。最关键的，此传输结构在太赫兹单片集成电路工艺中不需要对外延结构进行任何修改，大幅度降低了外延成本。本发明结构简单，易于实现，在太赫兹固态电路中具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的基于薄膜工艺的薄膜准带状线传输结构的结构示意图；
图2为高分子材料涂覆示意图；
图3为薄膜刻蚀示意图；
图4为衬底去除示意图；
图5为薄膜传输线的装配示意图。
具体实施方式
本发明以薄膜准带状线传输线传统单片硬材质基片对金属传输线进行支撑，实现单片集成太赫兹固态电路上的信号低损耗传输。下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明的一种基于薄膜工艺的薄膜准带状线传输结构，包括上腔体、下腔体和薄膜传输线；上腔体和下腔体结构对称，上下腔体形成闭合屏蔽腔；薄膜传输线沿着屏蔽腔中心线插入屏蔽腔内。
所述薄膜传输线包括支撑薄膜和中心传输线，中心传输线附着在支撑薄膜上或被支撑薄膜完全包裹。
所述薄膜传输线距离上腔体和下腔体的距离相等，中心传输线位于闭合屏蔽腔的正中间。
所述薄膜传输线两侧设有支撑金属壁，薄膜传输线通过金属悬臂梁方式支撑在上腔体与下腔体之间；或直接粘接在下腔体上。薄膜传输线中支撑薄膜的厚度为几微米，并拥有极小的相对介电常数，此传输结构的整体等效相对介电常数接近于1。此传输结构可以实现太赫兹信号(特别是频率高于0.5THz的信号)的低损耗传输。并且由于薄膜上下两面都可以生长金属，亦可实现特定功能的电路形式。
薄膜传输线沿着屏蔽腔中心线插入矩形屏蔽腔中，屏蔽腔宽度w，上下腔体壁到薄膜距离h和薄膜厚度h1。通过调整屏蔽腔宽度w，上下腔体壁到薄膜距离h以及薄膜厚度h1，实现传输结构在所需频段的单模传输。以上工作可由商用电磁场仿真工具模拟。优化得到屏蔽腔尺寸应在满足单模传输的前提下尽量增大，以减小损耗和装配难度。
本发明的一种基于薄膜工艺的薄膜准带状线传输结构制备方法，包括以下步骤：
S1、用溶解于有机溶剂中的高分子材料旋涂在制作了中心传输线金属的整个半导体晶圆上，并通过高温使高分子材料聚合成高分子链从而固化成膜。如图2所示。薄膜涂覆时需要保证薄膜厚度一致性和薄膜表面光滑性，确保信号传输过程中不会出现电场过分堆积的情况，以减少传输中功率损耗。
S2、通过等离子刻蚀的方法，对薄膜进行刻蚀，留出传输结构需要的形状；特别注意此方法可以实现异形电路的加工，如图3所示。刻蚀条件需保证刻蚀截面陡直，无毛刺。掩磨需对刻蚀气体选择比高，保证保留的薄膜部分不会被刻蚀气体损伤。
S3、当薄膜按传输结构所需刻蚀完毕后，通过衬底去除技术将半导体晶圆衬底去除，仅保留薄膜以及被薄膜包裹中心传输线，如图4所示。需保证衬底去除过程中，薄膜及器件外延不会被损坏，保证基于此传输结构的电路能正常工作。
S4、将除去衬底的薄膜传输线，沿着屏蔽腔中心线插入屏蔽腔，将屏蔽线闭合，便完成了薄膜准带状线传输结构，如图5所示。腔体必须保证上、下两个腔体的严格对称性，以及腔体对称面的光滑性，确保上下腔体重合后，形成严密的波导及屏蔽腔。形成波导的内壁也必须保证平整光滑，减小功率损耗。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.基于薄膜工艺的薄膜准带状线传输结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、用溶解于有机溶剂中的高分子材料旋涂在制作了中心传输线金属的整个半导体晶圆上，并通过高温使高分子材料聚合成高分子链从而固化成膜；
S2、通过等离子刻蚀的方法，对薄膜进行刻蚀，留出传输结构需要的形状；
S3、当薄膜按传输结构所需刻蚀完毕后，通过衬底去除技术将半导体晶圆衬底去除，仅保留薄膜以及被薄膜包裹中心传输线；
S4、将除去衬底的薄膜传输线，沿着屏蔽腔中心线插入屏蔽腔，将屏蔽线闭合，便完成了薄膜准带状线传输结构。
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