KR101273525B1 - Manufacturing method of terahertz transceiver module having ball lens formed with photoconductive antenna device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 간단하면서 대량으로 제작이 가능한 테라헤르츠파 송수신 패키지모듈을 제조하기 위한 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 테라헤르츠파의 발생 및 검출을 편리하게 측정할 수 있는 테라헤르츠파 송수신 패키지모듈을 제조하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 테라헤르츠파 송수신 모듈 제조 방법은 웨이퍼가 일측에 마련된 기판의 다른 일측에, 광전도 안테나를 형성하는 단계, 및 상기 웨이퍼를 연마하여, 반구형의 볼렌즈를 형성시키는 단계를 포함한다. The present invention relates to a manufacturing method for manufacturing a terahertz wave transmission and reception package module that is simple and can be manufactured in large quantities. In addition, it is to manufacture a terahertz wave transmission and reception package module that can conveniently measure the generation and detection of terahertz waves. The method of manufacturing a terahertz wave transmit / receive module according to the present invention includes forming a photoconductive antenna on the other side of a substrate on which a wafer is provided on one side, and polishing the wafer to form a hemispherical ball lens.
테라헤르츠파, 광전도 안테나소자, 볼렌즈, 갈륨비소(GaAs) Terahertz wave, photoconductive antenna element, ball lens, gallium arsenide (GaAs)
Description
본 발명은 광전도 안테나소자를 미세 형상화한 기판의 뒷면에 볼렌즈(ball lens)를 형성시킨 테라헤르츠파(Terahertz wave, THz-wave) 송수신 패키지 모듈 제작 방법에 관한 것으로, 볼렌즈를 광전도 안테나소자와 일체화시키는 제작 방법에 관한 발명이다. 구체적으로, 본 발명은 일체화된 광전도 안테나소자에는 펨토초 레이저 펄스를 효율적으로 입사시키는 집속렌즈를 정렬시켜, 하나의 완전하고 독립된 테라헤르츠파 송수신 패키지 모듈을 구현하는 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for fabricating a terahertz wave (THz-wave) transmission / reception package module in which a ball lens is formed on a back surface of a substrate having a microscopic shape of a photoconductive antenna element. The invention relates to a fabrication method integrated with an element. Specifically, the present invention relates to a manufacturing method for implementing one complete and independent terahertz wave transmission / reception package module by aligning a focusing lens for efficiently injecting a femtosecond laser pulse into an integrated photoconductive antenna element.
본 발명은 지식경제부(MKE) 및 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 창안된 특허이다[과제관리번호: 2006-S-005-4, 과제명: THz파 발진 변환 검출기 및 신호원]. The present invention is a patent created from research conducted as part of the Ministry of Knowledge Economy (MKE) and IT source technology development project [Task Management No .: 2006-S-005-4, Task name: THz wave oscillation conversion detector and signal source] .
테라헤르츠(THz)파는 적외선과 마이크로파 사이의 100GHz 에서 10THz 범위의 주파수를 가진 전자기파로서, 최근 첨단기술의 발전에 힘입어 미래의 전파자원으로 인정되면서 세계적으로 점점 많은 주목을 받고 있으며, IT(Information Technology), BT(Bio Technology) 등과의 융합을 통한 다양한 응용분야에서 그 중요성을 더해가고 있다. Terahertz (THz) waves are electromagnetic waves with a frequency range of 100 GHz to 10 THz between infrared and microwave. Recently, due to the development of advanced technology, they are gaining more and more attention from around the world. ) And its importance in various applications through convergence with BT (Bio Technology).
특히, 테라헤르츠파는 가시광선처럼 직진하면서 전파처럼 다양한 물질을 잘 투과하므로, 물리, 화학, 생물학, 의학 등의 기초과학뿐만 아니라, 위조지폐, 마약, 폭발물, 생화학무기 등의 감지에 사용되며, 산업 구조물을 비파괴적으로 검사할 수 있어서 일반 산업, 국방, 보안 등의 분야에서도 앞으로 광범위하게 활용될 것으로 기대되고 있다. 또한, 정보통신 분야에서도 40 Gbit/s 이상의 무선통신, 고속 데이터 처리, 위성간 통신에 테라헤르츠 기술이 광범위하게 사용될 것으로 기대되고 있다. In particular, terahertz waves travel through various materials, such as radio waves, while going straight like visible light, and are used not only for basic sciences such as physics, chemistry, biology and medicine, but also for the detection of counterfeit bills, drugs, explosives, and biochemical weapons. The structure can be inspected nondestructively, so it is expected to be widely used in general industry, defense, security and so on. In the field of information and telecommunications, terahertz technology is expected to be widely used for radio communication of 40 Gbit / s or higher, high speed data processing, and inter-satellite communication.
이와 같은 테라헤르츠파는 그 발생 방법에 따라서 연속형과 펄스형으로 나눌 수 있다. 펄스형 테라헤르츠파는 펨토초(femtosecond: 10-15초) 레이저를 특수한 반도체 또는 광학결정에 조사하여 테라헤르츠파를 발생시키는 방법으로, 이에 대하여 자세히 설명하면 다음과 같다. Such terahertz waves can be divided into continuous type and pulse type according to their generation method. The pulsed terahertz wave is a method of generating a terahertz wave by irradiating a femtosecond (10-15 sec) laser to a special semiconductor or an optical crystal.
도 1은 펨토초 레이저를 광전도 안테나에 조사하여 펄스형 테라헤르츠파를 발생시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a method of generating a pulsed terahertz wave by irradiating a femtosecond laser to the photoconductive antenna.
도 1을 참조하면, 광전도 안테나(100)는 반절연성 갈륨비소(SEMI Insulating GaAs) 또는 저온성장 갈륨비소(LT GaAs)를 포함한 갈륨비소(GaAs) 기판(110) 위에 형성된 광전도성 박막(120)과, 상기 광전도성 박막(120) 위에 형성된 중앙 돌출 부위를 갖는 금속 평행 전송선로(130)를 포함한다. 여기에서, 상기 금속 평행 전송선로(130)의 중앙 영역에 돌출된 부위는 소형다이폴 안테나(dipole antenna)로서 작 용한다. Referring to FIG. 1, the
상기 금속 평행 전송선로(130)에 바이어스 전압(Vb)을 인가한 상태에서, 시간폭이 100 펨토초 이하인 레이저 펄스광(fs)을 사용하여 간헐적으로 여기(excitation)시키면, 광흡수에 의한 전자 또는 정공의 캐리어가 생성되어 순간적으로 금속 평행 전송선로(130)를 통해 전류가 흐르고, 이 전류의 시간 미분값에 비례하는 테라헤르츠파가 발생된다. When the bias voltage Vb is applied to the metal
이렇게 발생된 테라헤르츠파는 유전율이 큰 기판(110) 표면에서 강하게 방사되며, 방사되는 테라헤르츠파의 펄스폭은 1ps 이하로써 범용인 30fs 이상의 레이저 펄스를 사용하여 광 여기시킬 경우, 퓨리에(Fourier) 변환하여 얻게 되는 스펙트럼은 0 ~ 수 테라헤르츠파까지의 넓은 스펙트럼을 갖게 된다. The terahertz waves generated in this way are strongly radiated from the surface of the
이와 같이 기판 표면에서 테라헤르츠파가 방사되기 위해서는 펨토초 레이저 펄스를 집속 렌즈(Focusing Lens)를 통해 광전도 안테나(100)에 집속시켜 주파수 영역으로 변환한 후 다시 형성된 볼렌즈 영역을 통해 소정 영역에 집속시켜야 한다. In order to emit terahertz waves on the substrate surface as described above, the femtosecond laser pulse is focused on the
하지만, 종래에는 집속 렌즈, 광전도 안테나, 실리콘 볼 렌즈 등의 소자들을 한꺼번에 광학 테이블에 실장 및 정렬하여 테라헤르츠파 송수신 모듈을 제작하기 때문에, 이들을 정밀하게 면 접속시키기 위해서는 고정도 정렬 기술이 수반되어야 하는 문제가 있다. However, in the related art, since a terahertz wave transmission / reception module is manufactured by mounting and aligning elements such as a focusing lens, a photoconductive antenna, and a silicon ball lens on an optical table all at once, high precision alignment techniques must be involved in order to precisely connect them. There is a problem.
특히, 광전도 안테나와 반구형의 실리콘 볼렌즈를 면 접속시키는 경우, 광전도 안테나와 실리콘 볼렌즈의 표면에 스크래치가 발생할 수 있고, 정렬 오차의 문 제가 발생할 수 있다. 더욱이 광전도 안테나와 실리콘 볼렌즈의 정렬 상태를 계속적으로 유지하기 위한 별도의 고정 수단이 필요로 되는 문제점이 있다. In particular, when surface-connecting the photoconductive antenna and the hemispherical silicon ball lens, scratches may occur on the surface of the photoconductive antenna and the silicon ball lens, and an alignment error may occur. Furthermore, there is a problem that a separate fixing means is required to continuously maintain the alignment state of the photoconductive antenna and the silicon ball lens.
또한, 발생된 테라헤르츠파의 특성 테스트를 위해서는 전도성 접착제나 인듐접합을 이용하여 광전도 안테나에 전선을 직접 연결하고, 테스트가 완료된 후에 다시 전도성 접착제나 인듐 접합을 이용하여 전선을 제거해야 하므로, 광전도 안테나와 실리콘 볼렌즈의 정렬 상태를 그대로 유지하면서 테라헤르츠파의 특성을 테스트하기가 매우 번거롭고 까다롭다는 문제점이 있다. In addition, in order to test the characteristics of the terahertz wave generated, it is necessary to connect a wire directly to the photoconductive antenna using a conductive adhesive or an indium junction, and then remove the wire using a conductive adhesive or an indium junction after the test is completed. Another problem is that it is very cumbersome and difficult to test the terahertz wave characteristics while maintaining the alignment of the antenna and the silicon ball lens.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안한 것이며, 간단하면서 대량으로 제작이 가능한 테라헤르츠파 송수신 패키지모듈을 제조하기 위한 것이다. 또한, 테라헤르츠파의 발생 및 검출을 편리하게 측정할 수 있는 테라헤르츠파 송수신 패키지모듈을 제조하기 위한 것이다 Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and is intended to manufacture a terahertz wave transmission and reception package module that can be manufactured in a simple and large amount. In addition, to manufacture a terahertz wave transmission and reception package module that can easily measure the generation and detection of terahertz wave.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 테라헤르츠파 송수신 패키지모듈은 웨이퍼가 일측에 마련된 기판의 다른 일측에, 광전도 안테나를 형성하는 단계, 및 웨이퍼를 연마하여, 반구형의 볼렌즈를 형성시키는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the terahertz wave transmission and reception package module according to the present invention is to form a hemispherical ball lens by forming a photoconductive antenna on the other side of the substrate on which the wafer is provided on one side, and polishing the wafer. Steps.
웨이퍼는 반절연성 갈륨비소 또는 저온성장 갈륨비소를 포함한다. 기판은 반절연성 갈륨비소 또는 저온성장 갈륨비소를 포함한다. 광전도 안테나를 어레이 정렬구조로 형성한다. 기판의 절단되는 일부 영역에 하나의 광전도 안테나가 위치하도록 전체 구조물을 소정 크기로 절단하는 단계를 더 포함한다. 광전도 안테나에 외부 소자와의 전기적 연결을 위한 신호선을 연결하는 단계를 더 포함한다. 광전도 안테나를 형성하는 단계는, 기판 상에 광전도성 박막을 증착하고, 광전도성 박막을 패터닝하여 다수의 광전도 안테나를 어레이 정렬 구조로 형성한다. 광전도성 박막을 패터닝할 때, 중앙 돌출 부위를 갖는 금속 평행 전송선로와 금속 평행 전송선로의 양단에 전극 패드가 형성된 형태로 패터닝한다. 기판의 절단되는 일부 영역에 하나의 광전도 안테나가 위치하도록 전체 구조물을 소정 크기로 블록화한 후, 소잉 공정을 통해 블록화된 크기로 절단한다. 블록화 이전에, 광전도 안테나의 상부에 보호막을 형성하는 단계를 더 포함한다. 볼렌즈 형성 후, 보호막을 제거하고, 광전도 안테나에 외부 소자와의 전기적 연결을 위한 신호선을 연결하는 단계를 더 포함한다. 볼렌즈가 형성된 광전도 안테나에 레이저 펄스를 집속시키기 위한 집속 렌즈를 정렬시키는 단계를 더 포함한다. 볼 렌즈는 5mm 내지 100mm의 직경을 갖는다. 기판은 5mm 내지 100mm의 두께를 갖는다. The wafer includes semi-insulating gallium arsenide or low-growth gallium arsenide. The substrate comprises semi-insulating gallium arsenide or low-growth gallium arsenide. The photoconductive antenna is formed in an array alignment structure. Cutting the entire structure to a predetermined size such that one photoconductive antenna is located in a portion of the substrate to be cut. And connecting a signal line for electrical connection with an external element to the photoconductive antenna. Forming the photoconductive antenna may include depositing a photoconductive thin film on the substrate and patterning the photoconductive thin film to form a plurality of photoconductive antennas in an array alignment structure. When patterning the photoconductive thin film, patterning is performed in the form of electrode pads formed at both ends of the metal parallel transmission line and the metal parallel transmission line having a central projecting portion. The entire structure is blocked to a predetermined size so that one photoconductive antenna is located in a portion of the substrate to be cut, and then cut to a blocked size through a sawing process. Prior to blocking, the method further includes forming a protective film on top of the photoconductive antenna. After the ball lens is formed, the method may further include removing the protective layer and connecting a signal line for electrical connection with an external device to the photoconductive antenna. And aligning a focusing lens for focusing the laser pulse on the photoconductive antenna on which the ball lens is formed. The ball lens has a diameter of 5mm to 100mm. The substrate has a thickness of 5 mm to 100 mm.
본 발명에 따르면, 반절연성 갈륨비소 또는 저온성장 갈륨비소를 포함한 갈륨비소 웨이퍼 재료의 볼렌즈에 광전도 안테나를 일체화되도록 형성시키고, 볼렌즈와 일체화된 광전도 안테나에 펨토초 레이저 펄스용 집속 렌즈를 정렬시켜 하나의 완전하고 독립된 테라헤르츠파 송수신 모듈을 구현할 수 있다. According to the present invention, a photoconductive antenna is formed to be integrated into a ball lens of gallium arsenide wafer material including semi-insulating gallium arsenide or low-growth gallium arsenide, and the focusing lens for femtosecond laser pulses is aligned to the photoconductive antenna integrated with the ball lens. One complete and independent terahertz wave transceiver module can be implemented.
따라서, 종래에 비하여 보다 간단한 공정으로 동일 특성을 갖는 다량의 송/수신 모듈 부품을 제작 할 수 있으며, 보다 단순한 구조로 테라헤르츠파를 용이하 게 발생시키거나 측정할 수 있으며, 이에 따라 테라헤르츠파 발생 및 측정 시스템의 구축에 소요되는 시간 및 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 테라헤르츠파 발생 및 측정 시스템의 단순화 및 소형화, 대량 생산을 도모할 수 있다. Therefore, it is possible to manufacture a large amount of transmission and reception module parts having the same characteristics in a simpler process than in the prior art, it is possible to easily generate or measure terahertz waves with a simpler structure, accordingly, terahertz waves The time and cost of building an generation and measurement system can be significantly reduced. In addition, it is possible to simplify and miniaturize the terahertz wave generation and measurement system, and to mass-produce.
더욱이, 테라헤르츠파의 특성 측정이 필요한 경우, 광전도 안테나에 연결된 연결선에 외부 단자를 연결하여 광전도 안테나에서 발생된 테라헤르츠파의 특성을 간단하게 측정할 수 있으므로 테스트 시간 및 비용도 획기적으로 감소시킬 수 있다. Furthermore, when terahertz wave characteristics are required, test time and cost can be drastically reduced by simply measuring the terahertz wave characteristics generated by the photoconductive antenna by connecting an external terminal to a connection line connected to the photoconductive antenna. You can.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing in detail the operating principle of the preferred embodiment of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 2a, 도 2b 는 본 발명에 따른 테라헤르츠파 송수신 모듈(200)을 개략적으로 나타낸 도면이며, 광전도 안테나(240)의 GaAs 기판(110)을 별도로 구분하거나 구분하지 않은 도면이다. 도 3은 도 2a, 2b에 도시된 테라헤르츠파 송수신 모듈(200)이 적용된 테라헤르츠파 발생 및 측정 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 2A and 2B are diagrams schematically illustrating the terahertz wave transmission /
도 2a, 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 테라헤르츠파 송수신 모듈(200)은 볼렌즈(230)에 형성된 광전도 안테나(240)에 펨토초 레이저 펄스를 집속시키기 위한 집속 렌즈(250)가 정렬된 구조를 갖는다. 볼렌즈(230)는 반절연성 갈륨비소 또는 저온성장 갈륨비소(LT GaAs)를 포함한 갈륨비소(GaAs) 재료로 제작될 수 있으며, 실리콘과 같은 다른 재료로도 제작 가능하다.2A and 2B, the terahertz
도 3에는, 도 2a, 2b에 도시된 테라헤르츠파 송수신 모듈이 적용된 테라헤르츠파 발생 및 측정 시스템을 개략적으로 나타나 있다. 테라헤르츠 시간영역 분광(THz_TDS) 시스템은 사파이어 레이저(Sapphire Laser) (300)로부터 발생한 레이저 빔을 빔 스프리터(Beam splitter) (310)를 통해 두 레이저 빔으로 나누고, 한쪽의 레이저 빔을 옵티컬 딜레이(Optical delay) (320)를 통과시킨다. 그리고, 두 레이저 빔 모두 테라헤르츠파 송수신 모듈(200)에 미러(330)를 통해 입사시킨다. 그리고, 좌우 테라헤르츠파 송수신 모듈(200)에서 발생한 테라헤르츠파를 비정축 포물면경(off-axis parabolic mirror) (340)을 통해 샘플(350)쪽으로 집속한다. 좌우 레이저 빔의 경로가 정확하게 일치하는 지점에서 테라헤르츠 신호의 최대값을 측정할 수 있는데, 테라헤르츠 신호를 측정하는 방법은 옵티컬 딜레이(320)를 이용하여 왼쪽의 광전도 안테나(240)쪽 레이저 빔의 광로를 조금씩 변화시킴으로써 광로차를 이용한 샘플링 방식으로 측정하게 된다.FIG. 3 schematically shows a terahertz wave generation and measurement system to which the terahertz wave transmission / reception module illustrated in FIGS. 2A and 2B is applied. The terahertz time domain spectroscopy (THz_TDS) system splits a laser beam generated from a sapphire laser 300 into two laser beams through a beam splitter 310, and splits one laser beam into an optical delay. delay) (320). In addition, both laser beams are incident on the terahertz wave transmission /
종래에는 실리콘 볼렌즈(230)와 광전도 안테나(240)를 정밀하게 면 접속시키기 위해 고정밀도의 정렬 기술이 수반되어야 한다. Conventionally, high precision alignment techniques must be involved to precisely surface-connect the
그러나, 본 발명에서는 갈륨비소 볼렌즈(230)에 광전도 안테나(240)가 일체화되도록 형성되어 있으므로 고정도의 정렬 기술을 사용하지 않아도 된다. However, in the present invention, since the
즉, 반절연성 갈륨비소 또는 저온성장 갈륨비소를 포함한 갈륨비소 재료의 볼렌즈(230)에 일체화되도록 형성된 광전도 안테나(240)에 집속 렌즈(250)를 정렬시켜 하나의 완전하고 독립된 테라헤르츠파 송수신 모듈(200)을 간단하게 구현할 수 있으므로, 종래에 비하여 보다 간단한 구조로 테라헤르츠파를 용이하게 발생시키거나 측정할 수 있다. That is, the focusing
따라서, 테라헤르츠파 발생 및 측정 시스템의 구축에 소요되는 시간 및 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 테라헤르츠파 발생 및 측정 시스템의 단순화 및 소형화를 도모할 수 있다. Therefore, the time and cost required for the construction of the terahertz wave generation and measurement system can be drastically reduced, and the simplification and miniaturization of the terahertz wave generation and measurement system can be achieved.
본 발명에 따른 테라헤르츠파 송수신 모듈의 제조 방법의 일실시예 따르면, 광전도 안테나소자에 볼렌즈를 일체화시킬 목적으로, 반절연성 갈륨비소(SI-GaAs) 또는 저온성장한 갈륨비소(LT-GaAs) 기판에 상당수의 광전도 안테나소자(100)를 표준리소그래피 기법으로 형상화(Pattern)시키고, 보호방식 또는 테핑(tapping)법으로 광전도 안테나소자를 보호하면서 절단(Sawing) 공정을 통해 분리한다. 그 후, 각각의 광전도 안테나소자(H-형 패턴)에서 테라헤르츠파 발생이 최적으로 되는 중앙부를 중심으로 반구형 볼렌즈 연마 가공하면, 볼렌즈와 일체화된 광전도 안테나소자(100)와 반절연성 갈륨비소 또는 저온성장한 갈륨비소 기판(110)을 포함한 안테나소자 모듈이 제작된다. 이 모듈과 집속렌즈를 정렬시키면 하나의 완전하고 독립된 테라헤르츠파 송수신 모듈을 구현할 수 있다. 따라서 잘 정립된 간단한 공정들을 통해 제작한 구조물에 의해, 테라헤르츠파를 용이하게 발생/검출할 수 있도록 하는 것이다. According to one embodiment of the method for manufacturing a terahertz wave transmitting / receiving module according to the present invention, a semi-insulating gallium arsenide (SI-GaAs) or low-temperature growth gallium arsenide (LT-GaAs) for the purpose of integrating a ball lens in a photoconductive antenna element A large number of
이하, 상기 본 발명에 따른 테라헤르츠파 송수신 모듈의 제조 방법의 일실시 예에 대하여 자세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a terahertz wave transmission / reception module according to the present invention will be described in detail.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 테라헤르츠파 송수신 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 도면으로, 기판(210)에 광전도 안테나(240)와 볼렌즈(230)를 일체화되도록 형성하는 방법을 위주로 설명한다. 4A to 4F illustrate a method of manufacturing a terahertz wave transmitting / receiving module according to an embodiment of the present invention, with a focus on a method of forming the
먼저, 도 4a와 같이 웨이퍼(230a)가 일측에 마련된, 기판(210)이 마련된다. 웨이퍼(230a)는 이후에 볼렌즈가 될 부분으로, 5mm 내지 100mm의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 반절연성 갈륨비소 또는 저온성장 갈륨비소를 포함한 갈륨비소 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 볼렌즈 제작 가능한 다른 재료도 사용가능하다. 기판(210)도 5mm 내지 100mm의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 반절연성 갈륨비소 또는 저온성장 갈륨비소를 포함한 갈륨비소를 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 다른 재료도 사용가능하다.First, as shown in FIG. 4A, a
그리고, 도 4b와 같이, 기판(210) 상부에 광전도 안테나(240)를 일체화되도록 형성시킨다. 구체적으로, 기판(210) 상에 광전도성 박막(240a)을 증착한 후, 상기 광전도성 박막(240a)을 패터닝하여 다수의 광전도 안테나(240)를 어레이 정렬 구조로 형성한다. As shown in FIG. 4B, the
이 때, 상기 광전도 안테나(240)는 중앙 돌출 부위를 갖는 금속 평행 전송선로(241)와 상기 금속 평행 전송선로(241)의 양단에 형성된 전극 패드(243)를 포함하는 것이 바람직하다. In this case, the
여기에서, 상기 기판(210) 상에 다수의 광전도 안테나(240)를 어레이 정렬 구조로 형성하는 이유는 한번의 공정으로 여러 개의 테라헤르츠파 송수신 모듈을 동시에 제작하기 위해서이다. Here, the reason for forming a plurality of
다음으로, 도 4c와 같이 상기 광전도 안테나(240)를 보호하기 위해 상기 광전도 안테나(240)의 상부에 보호막(245)을 형성한 후, 소정 크기의 웨이퍼(230a)상에 하나의 광전도 안테나(240)가 위치하도록 전체 구조물을 소정 크기로 블록화한다. Next, as shown in FIG. 4C, a
그 다음, 도 4d와 같이 소잉(Sawing) 공정을 통해 블록화된 크기로 절단한다. Then, the cut is cut to a block size through a sawing process as shown in FIG.
다음으로, 도 4e와 같이 소정 크기로 절단된 웨이퍼(230a)의 배면을 연마하여 반구형의 볼렌즈(230)를 형성한다. 여기에서, 상기 반구형의 볼렌즈(230)는 5mm내지 100mm의 직경을 갖는 것이 바람직하다. Next, as shown in FIG. 4E, the back surface of the
마지막으로, 도 4f와 같이 상기 보호막(245)을 제거한 후, 상기 광전도 안테나(240)의 전극 패드(243)에 외부 소자와의 전기적 연결을 위한 신호선(L)을 연결한다. Finally, after removing the
이렇게 상기 광전도 안테나(240)의 전극 패드(243)에 신호선(L)이 연결됨에 따라 테라헤르츠파의 특성 테스트시 상기 신호선(L)을 테스트 시스템에 연결하기만 하면 되므로, 상기 광전도 안테나(240)에서 발생된 테라헤르츠파를 용이하게 측정할 수 있다. As the signal line L is connected to the
상기와 같은 일련의 공정을 통해 갈륨비소(GaAs)로 형성된 볼렌즈(230)와 볼렌즈에 일체화된 광전도 안테나(240)를 다량으로 제작할 수 있으며, 이렇게 제작이 완료된 광전도 안테나(240)에 펨토초 레이저 펄스를 집속시키기 위한 집속 렌 즈(250)를 정렬시키면 테라헤르츠파 송수신 모듈이 완성된다. Through a series of processes as described above it is possible to manufacture a large amount of the
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 본 발명의 범위가 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 다른 재료의 적용이나 형태로 변형이 가능하다. So far, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, embodiments of the present invention is provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art, the scope of the present invention is not limited to the above embodiments, various other materials Modifications can be made to the application or form of the.
도 1은 펨토초 레이저를 광전도 안테나에 조사하여 펄스형 테라헤르츠파를 발생시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a method of generating a pulsed terahertz wave by irradiating a femtosecond laser to the photoconductive antenna.
도 2a 는 본 발명에 따른 테라헤르츠파 송수신 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다. Figure 2a is a diagram schematically showing a terahertz wave transmission and reception module according to the present invention.
도 2b 는 본 발명에 따른 테라헤르츠파 송수신 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다. 2B is a view schematically showing a terahertz wave transmission / reception module according to the present invention.
도 3은 도 2에 도시된 테라헤르츠파 송수신 모듈이 적용된 테라헤르츠파 발생 및 측정 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a terahertz wave generation and measurement system to which the terahertz wave transmission / reception module illustrated in FIG. 2 is applied.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 테라헤르츠파 송수신 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 4A to 4F are views for explaining a method for manufacturing a terahertz wave transmission / reception module according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * Description of the Related Art [0002]
100 : 종래의 광전도 안테나 110 : GaAs 기판 100 conventional
120 : 광전도성 박막 130 : 금속 평행 전송선로 120: photoconductive thin film 130: metal parallel transmission line
200 : 본 발명의 테라헤르츠파 송수신 모듈 200: terahertz wave transmission and reception module of the present invention
210 : GaAs 기판 220 : 실리콘 옥사이드막 210: GaAs substrate 220: silicon oxide film
230a : 실리콘 웨이퍼 230 : 실리콘 볼렌즈 230a: silicon wafer 230: silicon ball lens
240a : 광전도성 박막 240 : 광전도 안테나 240a: photoconductive thin film 240: photoconductive antenna
241 : 금속 평행 전송선로 243 : 전극 패드 241 metal
245 : 보호막 250 : 집속 렌즈 245: protective film 250: focusing lens
300 : 사파이어 레이저 310 : 빔 스프리터300: sapphire laser 310: beam splitter
320 : 옵티컬 딜레이 330 : 미러320: optical delay 330: mirror
340 : 비정축 포물면경 350 : 샘플340: non-axial parabolic diameter 350: sample
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104112900A (en) * | 2014-06-12 | 2014-10-22 | 清华大学 | High-power far-distance terahertz rotation paraboloid orientation emission antenna |
| CN104332718A (en) * | 2014-08-20 | 2015-02-04 | 中国科学院半导体研究所 | Manufacturing method of THz antenna array |
| CN106094262A (en) * | 2016-06-02 | 2016-11-09 | 上海师范大学 | A kind of automatically controlled Terahertz amplitude modulator and manufacture method thereof |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101626804B1 (en) * | 2014-07-14 | 2016-06-09 | 한국해양대학교 산학협력단 | A transceiver without bias voltage acting in terahertz frequency |
| KR101626806B1 (en) * | 2014-07-25 | 2016-06-09 | 한국해양대학교 산학협력단 | A frequency-modulating high-efficient terahertz transceiver |
| CN105870582B (en) * | 2016-05-24 | 2017-07-18 | 深圳市太赫兹系统设备有限公司 | Terahertz near-field probe, photoconductive antenna and preparation method thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007278740A (en) * | 2006-04-04 | 2007-10-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Terahertz electromagnetic wave generator |
| JP2008244620A (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Hamamatsu Photonics Kk | Terahertz antenna module |
| KR20090056764A (en) * | 2007-11-30 | 2009-06-03 | 한국전자통신연구원 | Thz-wave materials for high power and manufacturing method of thz-wave materials for high power and near-field electro-spinning apparatus for manufacturing of thz-wave materials for high power |
| JP2009288047A (en) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Epson Toyocom Corp | Liquid cell for terahertz spectroscopic analysis and method for manufacturing liquid cell for terahertz spectroscopic analysis |
-
2009
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007278740A (en) * | 2006-04-04 | 2007-10-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Terahertz electromagnetic wave generator |
| JP2008244620A (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Hamamatsu Photonics Kk | Terahertz antenna module |
| KR20090056764A (en) * | 2007-11-30 | 2009-06-03 | 한국전자통신연구원 | Thz-wave materials for high power and manufacturing method of thz-wave materials for high power and near-field electro-spinning apparatus for manufacturing of thz-wave materials for high power |
| JP2009288047A (en) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Epson Toyocom Corp | Liquid cell for terahertz spectroscopic analysis and method for manufacturing liquid cell for terahertz spectroscopic analysis |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104112900A (en) * | 2014-06-12 | 2014-10-22 | 清华大学 | High-power far-distance terahertz rotation paraboloid orientation emission antenna |
| CN104332718A (en) * | 2014-08-20 | 2015-02-04 | 中国科学院半导体研究所 | Manufacturing method of THz antenna array |
| CN106094262A (en) * | 2016-06-02 | 2016-11-09 | 上海师范大学 | A kind of automatically controlled Terahertz amplitude modulator and manufacture method thereof |
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