RU2721303C1 - Optically-controlled switch of millimeter range with built-in light source, based on transmission line with semiconductor substrate - Google Patents

Optically-controlled switch of millimeter range with built-in light source, based on transmission line with semiconductor substrate Download PDF

Info

Publication number
RU2721303C1
RU2721303C1 RU2019139304A RU2019139304A RU2721303C1 RU 2721303 C1 RU2721303 C1 RU 2721303C1 RU 2019139304 A RU2019139304 A RU 2019139304A RU 2019139304 A RU2019139304 A RU 2019139304A RU 2721303 C1 RU2721303 C1 RU 2721303C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
photoconductive
controlled switch
laser
transmission line
Prior art date
Application number
RU2019139304A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Елена Александровна Шепелева
Михаил Николаевич Макурин
Чонгмин ЛИ
Original Assignee
Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самсунг Электроникс Ко., Лтд. filed Critical Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority to RU2019139304A priority Critical patent/RU2721303C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2721303C1 publication Critical patent/RU2721303C1/en
Priority to KR1020200165063A priority patent/KR20210069580A/en
Priority to PCT/KR2020/017490 priority patent/WO2021112568A1/en
Priority to US17/694,064 priority patent/US20220199849A1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31Digital deflection, i.e. optical switching
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/09Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/16Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources
    • H01L31/161Semiconductor device sensitive to radiation without a potential-jump or surface barrier, e.g. photoresistors
    • H01L31/162Semiconductor device sensitive to radiation without a potential-jump or surface barrier, e.g. photoresistors the light source being a semiconductor device with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. a light emitting diode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/125Distributed Bragg reflector [DBR] lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

FIELD: radio equipment.SUBSTANCE: optically-controlled switch comprises bottom-up: substrate made of semiconductor material, which in the absence of an external action acts as a dielectric, a first conductive layer of the transmission line made of a conductive material on the upper side of the substrate, and a laser. Laser comprises an upward bottom: a lower distributed Bragg reflector (DBR) of the laser, which is partially translucent to enable laser light emitting through the lower DBR, an active laser region, and a completely reflecting upper DBR laser. In the substrate, in the beam falling zone, there is a photoconductive portion which, when illuminated with light, is in a conductor state, and in the absence of light is in a dielectric state, in the first conductive layer of the transmission line in the beam incidence region, at least one radiation window is made to allow the laser light to pass to the photoconductive region.EFFECT: technical result consists in enabling reduction of introduced losses, reduction of power consumption, improvement of isolation between ON / OFF states, increase in switching speed, increase of operating frequency band, reduction of dimensions.20 cl, 16 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к радиотехнике, и, более конкретно, к оптически–управляемому переключателю миллиметрового диапазона на основе линии передачи с полупроводниковой подложкой.The present invention relates to radio engineering, and more specifically to an optically controlled millimeter-wave switch based on a transmission line with a semiconductor substrate.

Уровень техникиState of the art

В настоящее время ведется активная разработка сетей и устройств миллиметрового диапазона, таких как 5G и 6G, WiGig, радары для автономной навигации и т.д. Появление подобных новых приложений в миллиметровом диапазоне для частот свыше 30 ГГц (КВЧ, или EHF) требует разработки нового класса элементов и схем (активных элементов, антенн, печатных плат, фидеров и коммутационных устройств), способных интегрировать передачу данных, возможности обнаружения и возможности поиска оптимального направления передачи в рамках одного устройства. В частности, для многих приложений переключатель является важным компонентом, поскольку он позволяет управлять переключением каналов распространения сигнала.Currently, active development of millimeter-band networks and devices, such as 5G and 6G, WiGig, radars for autonomous navigation, etc., is underway. The appearance of such new applications in the millimeter range for frequencies above 30 GHz (EHF, or EHF) requires the development of a new class of elements and circuits (active elements, antennas, printed circuit boards, feeders and switching devices) that can integrate data transmission, detection capabilities and search capabilities optimal transmission direction within a single device. In particular, for many applications, the switch is an important component because it allows you to control the switching of the distribution channels of the signal.

Между тем, на частотах свыше 30 ГГц технологические особенности исполнения устройств имеют большое значение, поскольку длины распространяющихся волн очень малы, и любые неоднородности в трактах, которые не были бы существенны для меньших частот, могут приводить к паразитным и шумовым эффектам, во избежание которых требуется производство высокоточных линий передачи с малыми потерями на единицу длины. Соответственно, существующие в уровне техники переключатели для более низких частот становятся непригодны из–за высоких потерь.Meanwhile, at frequencies above 30 GHz, the technological features of the device design are of great importance, since the propagating wavelengths are very small, and any inhomogeneities in the paths that would not be significant for lower frequencies can lead to spurious and noise effects, to avoid which it is required production of high-precision transmission lines with low losses per unit length. Accordingly, prior art switches for lower frequencies become unsuitable due to high losses.

Известные решения без оптического управления для частот свыше 30 ГГц чрезвычайно сложны и дороги, поэтому среди доступных технологий для миллиметрового диапазона особый интерес представляют оптически–управляемые переключатели на SIW–структурах (см., например, US 2019/086763 A1, 12.09.2018, Samsung Electronics), так как в том диапазоне, для которого они предназначены (приблизительно от 10 до 40 ГГц) им присущи простая конструкция и изготовление; экономичный способ встраивания в одной диэлектрической подложке; отсутствие сложных переходов; широкая полоса частот; удобство интегрирования с классическими технологиями печатных плат (PCB), а также хорошая изоляция схем питания/управления от РЧ тракта, малые потери, высокая допустимая пропускаемая мощность. Такой переключатель содержит печатную плату, включающую в себя верхний и нижний слои и диэлектрический слой между верхним и нижним слоями, множество переходных металлизированных отверстий, электрически соединенных с верхним и нижним слоями и расположенных по меньшей мере двумя рядами, закорачивающее металлизированное отверстие, электрически соединенное с нижним слоем и отделенное от верхнего слоя диэлектрическим зазором, и фотопроводящий элемент, электрически соединенный с верхним слоем и закорачивающим отверстием, причем фотопроводящий элемент имеет состояние диэлектрика и состояние проводника и причем электромагнитная волна, подаваемая на оптически–управляемый переключатель, распространяется через волновод, сформированный между упомянутыми по меньшей мере двумя рядами, или блокируется в нем. Тем не менее, на частотах свыше 30–40 ГГц в таком переключателе возникает паразитное излучение как через частично закрытый, так и через полностью закрытый диэлектрический зазор, потому что покрывающий его фотопроводящий элемент изготавливается из материалов, имеющих относительно высокую диэлектрическую проницаемость (например, около 12 для кремния), что создает условия излучения для данного зазора как для кольцевого излучателя. Из–за этого увеличиваются потери, ухудшается согласование в РЧ–тракте в открытом состоянии, увеличивается чувствительность к внешним наводкам, ухудшается изоляция между состояниями ВКЛ/ВЫКЛ и требуется большая оптическая мощность от управляющего источника света, что приводит к его нагреву и уменьшению срока работоспособности.Known solutions without optical control for frequencies above 30 GHz are extremely complex and expensive, therefore, among the available technologies for the millimeter range, optically controlled switches on SIW structures are of particular interest (see, for example, US 2019/086763 A1, 09/12/2018, Samsung Electronics), since in the range for which they are intended (from about 10 to 40 GHz) they have a simple design and manufacture; economical way to embed in a single dielectric substrate; lack of complex transitions; wide band of frequencies; ease of integration with classic printed circuit board (PCB) technologies, as well as good isolation of power / control circuits from the RF path, low losses, high permissible transmit power. Such a switch comprises a printed circuit board including an upper and lower layer and a dielectric layer between the upper and lower layers, a plurality of transition metallized holes electrically connected to the upper and lower layers and arranged in at least two rows, a shorting metallized hole electrically connected to the lower a layer and separated from the upper layer by a dielectric gap, and a photoconductive element electrically connected to the upper layer and a shorting hole, the photoconductive element having a dielectric state and a conductor state, and wherein the electromagnetic wave supplied to the optically controlled switch propagates through a waveguide formed between said at least two rows, or blocked in it. However, at frequencies above 30–40 GHz, spurious radiation occurs in such a switch both through a partially closed and a completely closed dielectric gap, because the photoconductive element covering it is made of materials having a relatively high dielectric constant (for example, about 12 for silicon), which creates radiation conditions for a given gap as for a ring emitter. Because of this, losses increase, matching in the RF path in the open state worsens, sensitivity to external pickups increases, isolation between the ON / OFF states worsens, and a large optical power from the control light source is required, which leads to its heating and a decrease in the working life.

Указанные выше недостатки во многом связаны с тем, что этот переключатель, как и большинство существующих в уровне техники радиочастотных устройств, основан на технологиях изготовления печатных плат (PCB), тогда как последние имеют определенные ограничения для частот свыше 30 ГГц. Известные проблемы таких технологий заключаются в следующем.The above disadvantages are largely due to the fact that this switch, like most existing radio frequency devices existing in the prior art, is based on printed circuit board (PCB) manufacturing technologies, while the latter have certain limitations for frequencies above 30 GHz. Known problems of such technologies are as follows.

– Неуправляемое травление медных линий не позволяет обеспечить высокую точность изготовления, ограничиваясь в лучшем случае показателями ~ +/– 20 мкм, что приводит к недостаточной точности ширины медных полосков и позиционирования VIA (переходных металлизированных отверстий), несоблюдению нужной ширины зазоров в металлизации, а также к значительной шероховатости поверхности. Это критично для частот свыше 30 ГГц, так как на таких частотах все эти неточности изготовления являют собой неоднородности, из–за которых происходит отклонение реальных характеристик линии передачи от расчетных и появление высоких потерь в диэлектрике и в проводниках.- Uncontrolled etching of copper lines does not allow for high manufacturing accuracy, limited at best to ~ +/– 20 μm, which leads to insufficient accuracy of the width of copper strips and positioning of VIA (transition metallized holes), non-observance of the required width of the gaps in metallization, as well as significant surface roughness. This is critical for frequencies above 30 GHz, since at these frequencies all these manufacturing inaccuracies are inhomogeneities, due to which the real characteristics of the transmission line deviate from the calculated ones and high losses appear in the dielectric and in the conductors.

– Толщина медных линий в традиционных технологиях PCB является относительно большой, из–за чего на частотах свыше 30 ГГц возникает связанное с этим паразитное реактивное сопротивление, которое приходится компенсировать, используя дополнительные компоненты, что в свою очередь ведет к дополнительным потерям, увеличению габаритов и сужению полосы пропускания.- The thickness of copper lines in traditional PCB technologies is relatively large, due to which parasitic reactance arises at frequencies above 30 GHz, which has to be compensated using additional components, which in turn leads to additional losses, larger dimensions and narrowing bandwidth.

– Для эффективного переключения линии необходим большой объем фотопроводящего материала, вследствие чего существует ограничение скорости работы переключателя.- For effective line switching, a large amount of photoconductive material is required, as a result of which there is a limit to the speed of the switch.

– В последнее время приобрел популярность поверхностно–излучающий лазер с вертикальным резонатором (или просто вертикально–излучающий лазер, VCSEL). Для практического применения весьма удобным является использование решетки таких лазеров VCSEL, однако низкая плотность упаковки питающих линий и переключателей на печатной плате приводит к тому, что из всей решетки используется лишь небольшое количество VSCEL, что ведет к увеличению размера требуемой решетки VCSEL, и соответственно, к увеличению ее стоимости.- Recently, a surface-emitting laser with a vertical resonator (or simply a vertically-emitting laser, VCSEL) has gained popularity. It is very convenient for practical use to use the grating of such VCSEL lasers, however, the low packing density of the supply lines and switches on the printed circuit board leads to the fact that only a small amount of VSCEL is used from the entire grating, which leads to an increase in the size of the required VCSEL grating, and, accordingly, to increase its value.

– Доступные на рынке диэлектрические подложки для печатных плат имеют относительно большую толщину, из–за чего усложняется миниатюризация КВЧ–устройств и КВЧ–линий.- The dielectric substrates available on the market for printed circuit boards have a relatively large thickness, which complicates the miniaturization of EHF devices and EHF lines.

Соответственно, существующие на рынке КВЧ–переключатели являются громоздкими, сложными и дорогими, обладают очень высокими потерями, а также неудобны для интеграции из–за необходимости развязки схем питания/управления.Accordingly, the existing EHF switches on the market are cumbersome, complex and expensive, have very high losses, and are also inconvenient for integration due to the need to decouple power / control circuits.

Из уровня техники на данный момент не были известны доступные на рынке КВЧ–переключатели в диапазоне >70 ГГц, способные в чистом виде выполнять функцию открытого–закрытого ключа для проходящих через него волн и которые при этом не были бы подвержены вышеуказанным проблемам. Известны лишь подобные решения из смежной области, которые могут рассматриваться как частично решающие эти проблемы.From the prior art, at present, there were no known EHF switches available on the market in the range> 70 GHz, capable of performing the function of a public – private key for waves passing through it in a pure form and which would not be subject to the above problems. Only similar solutions are known from the related field, which can be considered as partially solving these problems.

Так, например, в патенте US 9,431,564 B2 (30.08.2016, Thales Holding UK PLC) раскрывается фотопроводящий переключатель, содержащий фотопроводящий материал и первый и второй контакты, предусмотренные на указанном фотопроводящем материале, при этом указанные первый и второй контакты содержат множество пересекающихся дорожек, причем дорожки каждого контакта отделены от дорожек другого контакта фотопроводящим зазором, дорожки изогнуты так, что минимальный фотопроводящий зазор, измеренный в каком–либо направлении, остается практически одинаковым независимо от ориентации направления. Однако функцией этого переключателя является лишь модуляция проходящих через него миллиметровых волн, а для их полной блокировки он не подходит, так как имеет паразитную емкость, из–за которой возникает дополнительная утечка волн и ухудшается изоляция.So, for example, in US patent 9,431,564 B2 (08/30/2016, Thales Holding UK PLC) a photoconductive switch is disclosed comprising a photoconductive material and first and second contacts provided on said photoconductive material, wherein said first and second contacts contain a plurality of intersecting tracks, moreover, the tracks of each contact are separated from the tracks of the other contact by a photoconductive gap, the paths are bent so that the minimum photoconductive gap measured in any direction remains almost the same regardless of t orientation directions. However, the function of this switch is only modulation of millimeter waves passing through it, and it is not suitable for their complete blocking, since it has a stray capacitance, due to which additional leakage of waves arises and insulation is degraded.

В патенте US 9,716,202 B2 (25.07.2017, The Curators of the University of Missouri, Columbia, MO) раскрывается твердотельный оптически–управляемый переключатель, который может использоваться в качестве ограничивающего мощность переключателя в различных применениях или в качестве высокомощного переключателя. В частности, этот переключатель использует фотопроводящие свойства полупроводника для обеспечения функции ограничения в линейном режиме. В одном варианте осуществления конфигурация переключателя обеспечивает передачу в выключенном состоянии более 99,9999% проходящего сигнала и ограничение во включенном состоянии вплоть до менее чем 0,0001% проходящего сигнала. Данный переключатель является наиболее близким к настоящему изобретению. Отличие в сути и реализации этого известного решения состоит в том, что его применение сводится лишь к ограничителю мощности, в котором сигнал должен не отражаться, а либо поглощаться, либо отводиться в аттенюаторы, и чтобы он эффективно работал, полупроводниковый материал в нем должен содержать нитрид, что требует больших оптических мощностей для активации переключателя. Кроме того, в этом документе не описывается, как можно выполнить переключатель со встроенным источником света, а описываемая якобы копланарная структура не является на самом деле таковой, поскольку не предполагает конфигурацию копланарной линии передачи для распределения электромагнитного поля в ее сечении на высоких частотах, а представляет собой лишь проводник, частично окруженный землей для отвода части сигнала.US Pat. No. 9,716,202 B2 (July 25, 2017, The Curators of the University of Missouri, Columbia, MO) discloses a solid-state optically controlled switch that can be used as a power limiting switch in various applications or as a high power switch. In particular, this switch utilizes the photoconductive properties of the semiconductor to provide a linear limiting function. In one embodiment, the switch configuration provides for an off-state transmission of more than 99.9999% of the transmitted signal and an on-state restriction of up to less than 0.0001% of the transmitted signal. This switch is closest to the present invention. The difference in essence and implementation of this well-known solution is that its application is reduced only to a power limiter, in which the signal should not be reflected, but either absorbed or diverted to attenuators, and for it to work efficiently, the semiconductor material in it should contain nitride that requires large optical power to activate the switch. In addition, this document does not describe how to make a switch with an integrated light source, and the allegedly coplanar structure described is not really such, since it does not imply a configuration of the coplanar transmission line for distributing the electromagnetic field in its cross section at high frequencies, but It’s just a conductor, partially surrounded by ground to divert part of the signal.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

С целью устранения по меньшей мере некоторых из вышеупомянутых недостатков предшествующего уровня техники, настоящее изобретение направлено на создание оптически–управляемого переключателя КВЧ–диапазона, изготавливаемого по более точной технологии на основе линии передачи с полупроводниковой подложкой и имеющего встроенный источник света.In order to eliminate at least some of the aforementioned drawbacks of the prior art, the present invention is directed to the creation of an optically controlled EHF switch made by a more accurate technology based on a transmission line with a semiconductor substrate and having an integrated light source.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен оптически–управляемый переключатель, содержащий снизу вверх: подложку, выполненную из полупроводникового материала, который при отсутствии внешнего воздействия выступает в качестве диэлектрика, первый проводящий слой линии передачи, выполненный из проводящего материала на верхней стороне подложки, и лазер, содержащий снизу вверх: нижний распределенный брэгговский отражатель (DBR) лазера, выполненный частично светопрозрачным для обеспечения возможности светового излучения лазера через нижний DBR, активную область лазера, и верхний DBR лазера, выполненный полностью отражающим, причем в подложке в зоне падения луча выполнен фотопроводящий участок, который при освещении светом находится в состоянии проводника, а при отсутствии света находится в состоянии диэлектрика, в первом проводящем слое линии передачи в зоне падения луча выполнено по меньшей мере одно окно излучения для обеспечения прохождения светового излучения лазера к фотопроводящему участку.According to a first aspect of the present invention, there is provided an optically controlled switch comprising from bottom to top: a substrate made of a semiconductor material which, in the absence of external influences, acts as a dielectric, a first conductive layer of a transmission line made of a conductive material on the upper side of the substrate, and a laser, comprising from bottom to top: a lower distributed Bragg reflector (DBR) of the laser, partially translucent to allow light emission zera through the lower DBR, the active region of the laser, and the upper DBR of the laser, made completely reflective, and in the substrate in the zone of incidence of the beam a photoconductive section is made, which when illuminated with light is in the state of the conductor, and in the absence of light is in the state of the dielectric, in the first conducting at least one radiation window is made in the layer of the transmission line in the zone of incidence of the beam to ensure the passage of laser light to the photoconductive section.

В одном из вариантов осуществления подложка выполнена из высокорезистивного фотопроводящего материала.In one embodiment, the substrate is made of highly resistive photoconductive material.

В одном из вариантов осуществления линией передачи является копланарный волновод (CPW), причем первый проводящий слой содержит копланарную линию, содержащую проходящий над фотопроводящим участком центральный сигнальный проводник и окружающие его полубесконечные земляные проводники, причем диэлектрическим слоем для CPW служит упомянутая подложка.In one embodiment, the transmission line is a coplanar waveguide (CPW), the first conductive layer comprising a coplanar line containing a central signal conductor extending above the photoconductive section and semi-infinite earth conductors surrounding it, said substrate being the dielectric layer for CPW.

В одном из вариантов осуществления переключатель дополнительно содержит: соединительный слой, выполненный из светопрозрачного диэлектрика между первым проводящим слоем и нижним DBR.In one embodiment, the switch further comprises: a connecting layer made of a translucent dielectric between the first conductive layer and the lower DBR.

В одном из вариантов осуществления соединительный слой выполнен из диэлектрической пленки.In one embodiment, the connection layer is made of a dielectric film.

В одном из вариантов осуществления линией передачи является копланарный волновод (CPW), причем первый проводящий слой содержит копланарную линию, содержащую проходящий над фотопроводящим участком центральный сигнальный проводник и окружающие его полубесконечные земляные проводники, причем диэлектрическим слоем для CPW служит соединительный слой.In one embodiment, the transmission line is a coplanar waveguide (CPW), the first conductive layer comprising a coplanar line containing a central signal conductor extending above the photoconductive section and semi-infinite earth conductors surrounding it, the connecting layer being the dielectric layer for CPW.

В одном из вариантов осуществления переключатель дополнительно содержит: второй проводящий слой, выполненный из проводящего материала между соединительным слоем и нижним DBR, причем во втором проводящем слое линии передачи в зоне падения луча выполнено по меньшей мере одно окно излучения для обеспечения прохождения светового излучения лазера к фотопроводящему участку, причем первый проводящий слой является сигнальным слоем линии передачи, а второй проводящий слой является земляным слоем линии передачи.In one embodiment, the switch further comprises: a second conductive layer made of a conductive material between the connecting layer and the lower DBR, wherein at least one radiation window is formed in the second conductive layer of the transmission line in the incident region of the beam to allow the laser light to pass to the photoconductive area, the first conductive layer is the signal layer of the transmission line, and the second conductive layer is the ground layer of the transmission line.

В одном из вариантов осуществления линией передачи является копланарный волновод с земляным слоем (GCPW), причем сигнальный слой содержит копланарную линию, содержащую проходящий над фотопроводящим участком центральный сигнальный проводник и окружающие его полубесконечные земляные проводники.In one embodiment, the transmission line is a co-planar waveguide with an earth layer (GCPW), the signal layer comprising a coplanar line containing a central signal conductor extending above the photoconductive section and semi-infinite earth conductors surrounding it.

В одном из вариантов осуществления линией передачи является микрополосковая линия, причем сигнальный слой содержит два отрезка микрополосковой линии, разделенные между собой фотопроводящим участком.In one embodiment, the transmission line is a microstrip line, wherein the signal layer comprises two segments of the microstrip line separated by a photoconductive section.

В одном из вариантов осуществления переключатель дополнительно содержит: второй проводящий слой, выполненный из проводящего материала на нижней стороне подложки, причем линией передачи является волновод со штырьевыми стенками (SIW), причем первый проводящий слой является верхней стенкой SIW, а второй проводящий слой является нижней стенкой SIW, причем диэлектрическим слоем для SIW служит упомянутая подложка.In one embodiment, the switch further comprises: a second conductive layer made of conductive material on the lower side of the substrate, the transmission line being a waveguide with pin walls (SIW), the first conductive layer being the top wall of the SIW and the second conductive layer being the bottom wall SIW, moreover, the dielectric layer for SIW is said substrate.

В одном из вариантов осуществления переключатель дополнительно содержит: боковые стенки, сформированные рядами переходных металлизированных отверстий (VIA), выполненных в подложке между первым и вторым проводящими слоями по разные стороны от фотопроводящего участка.In one embodiment, the switch further comprises: side walls formed by rows of transition metallized holes (VIA) made in the substrate between the first and second conductive layers on opposite sides of the photoconductive section.

В одном из вариантов осуществления переключатель дополнительно содержит: по меньшей мере один дополнительный лазер и по меньшей мере один соответствующий ему дополнительный фотопроводящий участок, расположенные рядом с упомянутым лазером и упомянутым фотопроводящим участком между боковыми стенками SIW для формирования отражающей стенки.In one embodiment, the switch further comprises: at least one additional laser and at least one corresponding additional photoconductive portion located adjacent to said laser and said photoconductive portion between the side walls of the SIW to form a reflective wall.

В одном из вариантов осуществления переключатель дополнительно содержит: соединительную пленку, выполненную между активной областью лазера и нижним DBR.In one embodiment, the switch further comprises: a connecting film formed between the active region of the laser and the lower DBR.

В одном из вариантов осуществления толщина подложки равна глубине поглощения света на рабочей длине волны лазера с учетом диффузионной длины носителей заряда на фотопроводящем участке.In one embodiment, the thickness of the substrate is equal to the depth of light absorption at the working wavelength of the laser, taking into account the diffusion length of the charge carriers in the photoconductive region.

В одном из вариантов осуществления ширина проводников в первом проводящем слое, размер апертуры лазера и диффузионная длина носителей заряда на фотопроводящем участке имеют один и тот же порядок.In one embodiment, the width of the conductors in the first conductive layer, the size of the laser aperture, and the diffusion length of the charge carriers in the photoconductive section are of the same order.

В одном из вариантов осуществления фотопроводящий участок выполнен в подложке с применением метода введения в полупроводник новых центров рекомбинации.In one of the embodiments, the photoconductive section is made in the substrate using the method of introducing new recombination centers into the semiconductor.

В одном из вариантов осуществления подложка в целом имеет время жизни свободных носителей в полупроводнике, превышающее время жизни носителей, требуемое для формирования фотопроводящего участка с заданными характеристиками, и фотопроводящий участок выполнен в подложке с помощью метода введения в полупроводник новых центров рекомбинации в зоне падения луча.In one embodiment, the substrate as a whole has a carrier lifetime of free carriers in the semiconductor that exceeds the carrier lifetime required to form a photoconductive region with predetermined characteristics, and the photoconductive region is made in the substrate using the method of introducing new recombination centers into the semiconductor in the beam incidence zone.

В одном из вариантов осуществления подложка в целом имеет время жизни свободных носителей в полупроводнике, равное или меньшее времени жизни носителей, требуемому для формирования фотопроводящего участка с заданными характеристиками, и фотопроводящий участок выполнен в подложке с помощью метода введения в полупроводник новых центров рекомбинации вдоль границы вокруг зоны падения луча.In one embodiment, the substrate as a whole has a lifetime of free carriers in the semiconductor equal to or less than the carrier lifetime required to form a photoconductive region with predetermined characteristics, and the photoconductive region is made in the substrate using the method of introducing new recombination centers along the boundary around the semiconductor areas of incidence of the beam.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложено высокочастотное коммутирующее устройство, содержащее множество оптически–управляемых переключателей по п. 1, выполненных на основе единой подложки и содержащих связанные между собой линии передачи.According to a second aspect of the present invention, there is provided a high-frequency switching device comprising a plurality of optically controlled switches according to claim 1, made on the basis of a single substrate and containing interconnected transmission lines.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен реконфигурируемый оптически–управляемый коммутатор, содержащий решетку оптически–управляемых переключателей по первому аспекту, выполненных на основе единой подложки, в которой по меньшей мере часть соседних оптически–управляемых переключателей выполнены с возможностью, находясь во включенном состоянии, формировать собой боковые стенки SIW.According to a third aspect of the present invention, there is provided a reconfigurable optically controllable switch comprising a lattice of optically controllable switches according to the first aspect, made on the basis of a single substrate, in which at least a portion of the adjacent optically controllable switches are configured to, when turned on, form SIW side walls.

Технический результатTechnical result

Настоящее изобретение обеспечивает недорогой оптически–управляемый переключатель, который способен работать в мм–диапазоне на частотах свыше 30 ГГц, демонстрируя при этом улучшенные характеристики, такие как уменьшение вносимых потерь, уменьшение энергопотребления, улучшение изоляции между состояниями ВКЛ/ВЫКЛ, увеличение скорости переключения, увеличение рабочей полосы частот, уменьшение габаритов, простая интеграция в устройства SoI и CMOS.The present invention provides an inexpensive optically-controlled switch that is capable of operating in the mm range at frequencies above 30 GHz, while demonstrating improved characteristics such as reduced insertion loss, reduced power consumption, improved isolation between ON / OFF states, increased switching speed, increased working frequency band, reduction in size, easy integration into SoI and CMOS devices.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:

На Фиг. 1A–1B показан оптически–управляемый переключатель согласно настоящему изобретению.In FIG. 1A – 1B show an optically controlled switch according to the present invention.

На Фиг. 2A–2B показаны варианты осуществления линии передачи в переключателе последовательного типа и параллельного типа.In FIG. 2A – 2B show embodiments of a transmission line in a serial type and parallel type switch.

На Фиг. 3A–3B показан принцип работы переключателя последовательного типа по Фиг. 2A.In FIG. 3A – 3B show the principle of operation of the series-type switch of FIG. 2A.

На Фиг. 4A–4B показан принцип работы переключателя последовательного типа по Фиг. 2B.In FIG. 4A – 4B illustrate the operation principle of the sequential type switch of FIG. 2B.

На Фиг. 5 показан пример распределения возбужденных носителей в толще кремниевого материала.In FIG. Figure 5 shows an example of the distribution of excited carriers in the bulk of a silicon material.

На Фиг. 6 показаны результаты моделирования концентрации носителей в объеме фотопроводящего материала.In FIG. Figure 6 shows the results of modeling the concentration of carriers in the bulk of the photoconductive material.

На Фиг. 7 показано примерное распределение проводимости в засвеченной области в переключателе на основе линии GCPW.In FIG. 7 shows an exemplary conduction distribution in the illuminated region in a switch based on the GCPW line.

На Фиг. 8 представлены результаты моделирования S–параметров переключателя по Фиг. 7.In FIG. 8 presents the simulation results of the S – parameters of the switch of FIG. 7.

На Фиг. 9A–9C показаны варианты осуществления проводящих слоев в предложенном переключателе.In FIG. 9A – 9C show embodiments of conductive layers in the proposed switch.

На Фиг. 10A–10C показаны варианты осуществления сигнального проводника в копланарной линии.In FIG. 10A – 10C show embodiments of a signal conductor in a coplanar line.

На Фиг. 11A–11D показан вариант осуществления переключателя на основе SIW–линии.In FIG. 11A – 11D show an embodiment of a switch based on an SIW line.

На Фиг. 12 показан вариант осуществления отражающей стенки в переключателе на основе SIW–линии.In FIG. 12 shows an embodiment of a reflective wall in a switch based on an SIW line.

На Фиг. 13A–13B показан реконфигурируемый коммутатор на основе SIW–линии без VIA.In FIG. 13A – 13B show a reconfigurable SIW-based switch without VIA.

На Фиг. 14 показан пример фазовращателя с использованием переключателей последовательного типа.In FIG. 14 shows an example of a phase shifter using sequential type switches.

На Фиг. 15–16 показаны примеры локальной обработки кремниевой подложки.In FIG. 15–16 show examples of local processing of a silicon substrate.

Следует понимать, что фигуры могут быть представлены схематично и не в масштабе и предназначены, главным образом, для улучшения понимания настоящего изобретения.It should be understood that the figures can be presented schematically and not to scale and are intended mainly to improve understanding of the present invention.

Подробное описаниеDetailed description

Структура оптически–управляемого переключателя согласно настоящему изобретению показана на Фиг. 1A–1B. Так, переключатель представляет собой многослойное устройство, содержащее укрупненно три слоя (Фиг. 1B): нижний слой 1 в виде полупроводниковой подложки (пластины), средний слой 2 в виде соединительной (скрепляющей) структуры, в которой также выполнена половина конструкции лазера с полупрозрачным зеркалом (отражателем), и верхний слой 3 в виде второй части лазера с полностью отражающим зеркалом. Как показано на Фиг 1A, нижний слой 1 (подложка) выполнен из высокорезистивного полупроводникового материала, такого как кремний, который в нормальных условиях при отсутствии внешнего воздействия должен выступать в качестве диэлектрика. Средний слой 2 (соединительная структура) содержит сигнальный слой 4, выполненный на упомянутой подложке 1, соединительный слой 5 диэлектрика, например пленка оксида кремния, земляной слой 6, нижний (частично светопрозрачный) распределенный брэгговский отражатель (DBR) 7 и соединительную пленку (соединительный интерфейс, bonding interface) 8. При этом для изготовления проводников сигнального и земляного слоев могут применяться золото, серебро, медь и любые другие проводники, которые можно нанести на данные подложки с заданной точностью. Верхний слой 3 (источник света) содержит активную область 9 и верхний (полностью отражающий) DBR 10.The structure of the optically controlled switch according to the present invention is shown in FIG. 1A – 1B. So, the switch is a multilayer device containing enlarged three layers (Fig. 1B): the lower layer 1 in the form of a semiconductor substrate (wafer), the middle layer 2 in the form of a connecting (fastening) structure, in which half of the laser structure with a translucent mirror is also made (reflector), and the upper layer 3 in the form of a second laser part with a fully reflective mirror. As shown in FIG. 1A, the lower layer 1 (substrate) is made of a highly resistive semiconductor material, such as silicon, which under normal conditions, in the absence of external influence, should act as a dielectric. The middle layer 2 (connecting structure) contains a signal layer 4 made on the aforementioned substrate 1, a dielectric connecting layer 5, for example a silicon oxide film, an earth layer 6, a lower (partially translucent) distributed Bragg reflector (DBR) 7 and a connecting film (connecting interface) , bonding interface) 8. At the same time, gold, silver, copper and any other conductors that can be applied to these substrates with a given accuracy can be used to manufacture the conductors of the signal and ground layers. The upper layer 3 (light source) contains the active region 9 and the upper (fully reflective) DBR 10.

Как можно заметить, такая структура напоминает лазер VCSEL с нижним излучением, с той разницей, что в средний слой встроена линия передачи. Соответственно, основной принцип настоящего изобретения состоит в том, что на той же полупроводниковой подложке, что и РЧ (радиочастотная) линия, возможно выращивание части VCSEL структур (одиночных, или набора, или целой решетки).As you can see, this structure resembles a VCSEL laser with lower radiation, with the difference that a transmission line is built into the middle layer. Accordingly, the basic principle of the present invention is that on the same semiconductor substrate as the RF (radio frequency) line, it is possible to grow part of the VCSEL structures (single, or a set, or an entire lattice).

На подложке 1 высокорезистивного кремния, например, с помощью метода электронной литографии, наносятся проводники сигнальной РЧ линии 4. Далее на данной структуре выращивается слой 5 оксида кремния фиксированной толщины. Толщина оксида кремния и ширина проводников РЧ линии выбираются для соблюдения необходимого импеданса линии (например 50 Ом). На слое 5 оксида кремния наносится металлизация земляного слоя 6 с необходимым окошком для прохождения светового пучка от лазера. Далее на этой структуре выращивается структура частично светопрозрачного распределенного брэгговского отражателя (DBR) 7. На ее поверхности выращивается соединительная пленка 8. Независимо от данной структуры изготавливается вторая часть лазера: активная среда 9 лазера и непрозрачный распределенный отражатель 10. Данная структура может выращиваться, например, на подложке GaAs или другой оптически–непрозрачной подложке. Затем эти две части лазера соединяются через соединительную пленку 8 или иным образом.On the substrate 1 of highly resistive silicon, for example, using the method of electronic lithography, the conductors of the signal RF line 4 are deposited. Next, a layer of silicon oxide 5 of a fixed thickness is grown on this structure. The thickness of the silicon oxide and the width of the conductors of the RF line are selected to comply with the required line impedance (for example, 50 Ohms). On the silicon oxide layer 5, the metallization of the earth layer 6 is applied with the necessary window for the passage of the light beam from the laser. Next, a partially translucent distributed Bragg reflector (DBR) structure is grown on this structure. 7. A connecting film 8 is grown on its surface. Independently of this structure, the second part of the laser is manufactured: laser active medium 9 and an opaque distributed reflector 10. This structure can be grown, for example, on a GaAs substrate or other optically opaque substrate. Then, these two parts of the laser are connected through a connecting film 8 or otherwise.

Верхний DBR 10 имеет очень высокий коэффициент отражения (например, более 99,9%) для полного отражения света, а нижний DBR 7 имеет меньший коэффициент отражения (например, около 95%) для обеспечения возможности светового излучения лазера через нижний DBR. Также для обеспечения прохождения светового излучения лазера в сигнальном слое 4 и в земляном слое 6 выполнены отверстия или зазоры (окна излучения) 12, а соединительная структура 5 является светопрозрачной. В то же время, соединительная структура 5 должна выполнять роль слоя диэлектрика между сигнальным слоем 4 и земляным слоем 6 микрополосковой линии передачи. Соответственно, для таких целей соединительная структура 5 должна быть выполнена из светопрозрачного диэлектрика, такого как оксид кремния, SiO2. Тем самым, свет от лазера может проходить до подложки 1.The upper DBR 10 has a very high reflection coefficient (for example, more than 99.9%) for full light reflection, and the lower DBR 7 has a lower reflection coefficient (for example, about 95%) to allow laser light to be emitted through the lower DBR. Also, to ensure the passage of laser light in the signal layer 4 and in the ground layer 6, holes or gaps (radiation windows) 12 are made, and the connecting structure 5 is translucent. At the same time, the connecting structure 5 should act as a dielectric layer between the signal layer 4 and the ground layer 6 of the microstrip transmission line. Accordingly, for such purposes, the connecting structure 5 should be made of a translucent dielectric, such as silicon oxide, SiO 2 . Thus, the light from the laser can pass to the substrate 1.

В подложке в зоне падения луча выполнен фотопроводящий участок 11, обладающий эффектом фотопроводимости. Это означает изменение состояния фотопроводящего участка при освещении светом: без света он находится в состоянии диэлектрика, при свете он находится в состоянии проводника. За счет этого можно создавать коммутируемые структуры (отражающие или передающие) для радиочастотного сигнала.A photoconductive section 11 having a photoconductivity effect is made in the substrate in the zone of incidence of the beam. This means a change in the state of the photoconductive region when illuminated with light: without light, it is in a dielectric state, in light it is in a conductor state. Due to this, it is possible to create switched structures (reflecting or transmitting) for the radio frequency signal.

С точки зрения линии передачи, переключатель может быть последовательного типа (когда 2 отдельных отрезка линии передачи соединены переключающим элементом) или параллельного типа (когда линия передачи шунтируется переключающим элементом). Далее на Фиг. 2A–2B показаны варианты осуществления линии передачи в переключателе, соответственно, последовательного типа и параллельного типа. В обоих типах в земляном слое, который выполнен сплошным, имеется отверстие 13 для пропускания света от лазера к фотопроводящему участку 11 (на Фиг. 2B для упрощения не показан). Что касается сигнального слоя 4, то в переключателе последовательного типа используется, например, обычная микрополосковая линия (Фиг. 1A–1B, 2A), в которой в области фотопроводящего участка 11 выполнен разрыв 12 (или иными словами, два отрезка микрополосковой линии разделены между собой фотопроводящим участком 11). В переключателе параллельного типа используется, например, копланарный волновод с земляным слоем (GCPW), в котором сигнальный слой 4 содержит копланарную линию, содержащую проходящий над фотопроводящим участком центральный сигнальный проводник и окружающие его полубесконечные земляные проводники (Фиг. 2B).From the point of view of the transmission line, the switch can be of a sequential type (when 2 separate segments of the transmission line are connected by a switching element) or of a parallel type (when a transmission line is shunted by a switching element). Further in FIG. 2A – 2B show embodiments of a transmission line in a switch, respectively, of a serial type and a parallel type. In both types, the ground layer, which is solid, has an opening 13 for transmitting light from the laser to the photoconductive section 11 (not shown in FIG. 2B for simplicity). As for the signal layer 4, for example, a conventional microstrip line is used in the serial type switch (Figs. 1A – 1B, 2A), in which a gap 12 is made in the region of the photoconductive section 11 (or, in other words, two segments of the microstrip line are separated photoconductive section 11). A parallel type switch uses, for example, a coplanar ground layer waveguide (GCPW), in which the signal layer 4 comprises a coplanar line containing a central signal conductor passing over the photoconductive section and the semi-infinite earth conductors surrounding it (Fig. 2B).

Принцип работы переключателя последовательного типа по Фиг. 2A показан на Фиг. 3A–3B. В частности, в состоянии 1 (ВЫКЛ), когда на VCSEL не подается питание, VCSEL не излучает – соответственно, свет не падает на фотопроводящий участок 11, и фотопроводящий участок 11 находится в состоянии диэлектрика. Микрополосковая линия 4 разомкнута, и поступающий на вход переключателя сигнал 14 отражается от такого диэлектрического зазора 12, не попадая на выход.The principle of operation of the series-type switch of FIG. 2A is shown in FIG. 3A – 3B. In particular, in state 1 (OFF), when no power is supplied to the VCSEL, the VCSEL does not emit - accordingly, the light does not fall on the photoconductive section 11, and the photoconductive section 11 is in the dielectric state. The microstrip line 4 is open, and the signal 14 arriving at the input of the switch is reflected from such a dielectric gap 12 without reaching the output.

В отличие от этого, в состоянии 2 (ВКЛ), когда на VCSEL подается питание, VCSEL излучает свет 15, который через отверстие 13 в земляном слое 6, соединительный слой 5 и разрыв 12 в сигнальном слое 4 падает на фотопроводящий участок 11. Фотопроводящий участок 11 переходит в состояние проводника, тем самым замыкая разрыв 12 в микрополосковой линии, и поступающий на вход переключателя сигнал 14 поступает на выход.In contrast, in state 2 (ON), when power is supplied to the VCSEL, the VCSEL emits light 15, which through the hole 13 in the ground layer 6, the connecting layer 5 and the gap 12 in the signal layer 4 falls on the photoconductive section 11. Photoconductive section 11 goes into the state of the conductor, thereby closing the gap 12 in the microstrip line, and the signal 14 received at the input of the switch is output.

Принцип работы переключателя параллельного типа по Фиг. 2B показан на Фиг. 4A–4B. Для удобства понимания источник света здесь не показан. В состоянии 1 (ВЫКЛ), когда на VCSEL не подается питание, VCSEL не излучает – соответственно, свет не падает на фотопроводящий участок 11, и фотопроводящий участок 11 находится в состоянии диэлектрика. Зазор 12 между сигнальным проводником копланарной линии и земляными проводниками остается непроводящим, и поступающий на вход переключателя сигнал поступает на выход.The principle of operation of the parallel type switch of FIG. 2B is shown in FIG. 4A – 4B. For ease of understanding, the light source is not shown here. In state 1 (OFF), when no power is supplied to the VCSEL, the VCSEL does not emit - accordingly, the light does not fall on the photoconductive section 11, and the photoconductive section 11 is in the dielectric state. The gap 12 between the signal conductor of the coplanar line and the earth conductors remains non-conductive, and the signal received at the input of the switch is output.

В состоянии 2 (ВКЛ), когда на VCSEL подается питание, VCSEL излучает свет 15, который через отверстие 13 в земляном слое 6, соединительный слой 5 и зазор 12 между сигнальным проводником копланарной линии и земляными проводниками падает на фотопроводящий участок 11. Фотопроводящий участок 11 переходит в состояние проводника, тем самым замыкая зазор 12, и поступающий на вход переключателя сигнал закорачивается на землю.In state 2 (ON), when power is supplied to the VCSEL, the VCSEL emits light 15, which through the hole 13 in the ground layer 6, the connecting layer 5 and the gap 12 between the signal conductor of the coplanar line and the ground conductors falls on the photoconductive section 11. Photoconductive section 11 goes into the state of the conductor, thereby closing the gap 12, and the signal received at the input of the switch is shorted to ground.

Миниатюризация такого переключателя, созданного путем размещения на полупроводниковой подложке малогабаритных линии передачи и источника света, достигается в том случае, когда в целях соблюдения баланса между оптической мощностью источника света, размером его апертуры и достигаемой площади зоны проводимости в фотопроводнике следующие три величины имеют один и тот же порядок:The miniaturization of such a switch, created by placing a small transmission line and a light source on a semiconductor substrate, is achieved when, in order to maintain a balance between the optical power of the light source, the size of its aperture, and the attainable conduction band area in the photoconductor, the following three values have the same same order:

1) ширина сигнальных проводников (в примерном варианте осуществления ширина линии передачи в сигнальном слое составляет порядка 10 мкм);1) the width of the signal conductors (in an exemplary embodiment, the transmission line width in the signal layer is of the order of 10 μm);

2) размер апертуры источника света (в примерном варианте осуществления диаметр луча VCSEL составляет порядка 10 мкм);2) the aperture size of the light source (in an exemplary embodiment, the VCSEL beam diameter is about 10 μm);

3) диффузионная длина в полупроводниковом материале (она определяется временем жизни носителя и скоростью рекомбинации, как будет более подробно пояснено далее) (в примерном варианте осуществления размеры фотопроводящего участка составляют 10х10х10 мкм).3) the diffusion length in the semiconductor material (it is determined by the carrier lifetime and the recombination rate, as will be explained in more detail below) (in an exemplary embodiment, the dimensions of the photoconductive section are 10x10x10 microns).

Задача выбора конкретных значений этих трех величин может быть решена путем определения размеров фотопроводящего участка и ширины сигнальных проводников при заданных известных характеристиках выбранного источника света (размер его апертуры, мощность излучения, длина волны) с учетом выбранных материалов и технологии изготовления, так чтобы мощности лазера хватило для замыкания/размыкания линии, а также чтобы обеспечить требуемые характеристики переключателя.The problem of choosing specific values of these three values can be solved by determining the sizes of the photoconductive section and the width of the signal conductors for given known characteristics of the selected light source (its aperture size, radiation power, wavelength), taking into account the selected materials and manufacturing technology, so that the laser power is sufficient to close / open the line, and also to provide the required characteristics of the switch.

Выбрав для упрощения расчетов куб размером d в качестве той активной зоны фотопроводящего участка, где требуется обеспечить заданные характеристики (то есть в которой не действуют краевые эффекты), можно оценить его параметры при возбуждении светом.To simplify the calculations, choosing a cube of size d as the active zone of the photoconductive region where it is necessary to provide the specified characteristics (that is, in which edge effects do not work), we can estimate its parameters when excited by light.

Электрическое сопротивление R и электрическую емкость C между параллельными гранями такого кубического участка можно оценить следующими соотношениями:The electrical resistance R and the electric capacitance C between the parallel faces of such a cubic section can be estimated by the following relations:

Figure 00000001
, (1)
Figure 00000001
, (1)

Figure 00000002
, (2)
Figure 00000002
, (2)

где σ – проводимость,where σ is the conductivity,

ε – относительная диэлектрическая проницаемость, ε is the relative dielectric constant

ε 0 – диэлектрическая проницаемость в свободном пространстве. ε 0 - dielectric constant in free space.

При этом проводимость σ фотопроводящего участка вычисляется по следующей формуле:In this case, the conductivity σ of the photoconductive section is calculated by the following formula:

Figure 00000003
, (3)
Figure 00000003
, (3)

где n – концентрация носителей,where n is the concentration of carriers

e – элементарный электрический заряд (фиксированная величина), e is the elementary electric charge (fixed value),

μ – подвижность носителей (фиксированная величина для заданного полупроводника). μ is the carrier mobility (a fixed value for a given semiconductor).

В свою очередь, для определения концентрации n носителей может применяться уравнение Гельмгольца:In turn, the Helmholtz equation can be used to determine the concentration of n carriers:

Figure 00000004
, (4)
Figure 00000004
, (4)

где Φ – функция освещения.where Φ is the lighting function.

Границы фотопроводящего участка, фактически, определяются диффузионной длиной s:The boundaries of the photoconductive section, in fact, are determined by the diffusion length s :

Figure 00000005
, (5)
Figure 00000005
, (5)

где D – коэффициент диффузии,where D is the diffusion coefficient,

τ – время жизни носителей заряда в фотопроводящем материале. τ is the lifetime of charge carriers in the photoconductive material.

Оценка для требуемой потребляемой мощности составляет:The estimate for the required power consumption is:

Figure 00000006
(6)
Figure 00000006
(6)

Соотношение размеров источника света и фотопроводящего участка влияет на требуемую величину оптической мощности. При одном и том же размере источника света и при различных размерах фотопроводящего участка для обеспечения заданной величины концентрации носителей необходима различная оптическая мощность.The ratio of the sizes of the light source and the photoconductive section affects the required optical power. With the same size of the light source and with different sizes of the photoconductive section, different optical power is needed to provide a given concentration of carriers.

Помимо диффузии, размер фотопроводящей области может быть ограничен посредством модуляции времени жизни носителей в полупроводнике. Время жизни в объеме полупроводника может быть уменьшено, например, внесением дефектов в его кристаллическую структуру. Отодвигая/придвигая границы фотопроводящего (области с малым объемным временем жизни) участка от зоны, в которой необходимо обеспечивать заданный уровень проводимости, с помощью рекомбинационных краевых эффектов можно увеличивать/уменьшать эффективное время жизни носителей и увеличивать/уменьшать итоговое время включения/выключения переключателя.In addition to diffusion, the size of the photoconductive region can be limited by modulating the carrier lifetime in a semiconductor. The lifetime in the semiconductor volume can be reduced, for example, by introducing defects into its crystal structure. Moving / pushing the boundaries of the photoconductive (region with a small volumetric lifetime) section from the zone in which it is necessary to provide a given level of conductivity, using recombination edge effects, one can increase / decrease the effective carrier lifetime and increase / decrease the total switch on / off time.

Поэтому, в зависимости от целей устройства назначения, подбором геометрических параметров фотопроводящего участка, линии передачи и источника освещения, можно оптимизировать потребляемую оптическую мощность переключателя и его время включения/выключения.Therefore, depending on the purpose of the destination device, by selecting the geometrical parameters of the photoconductive section, the transmission line and the light source, it is possible to optimize the consumed optical power of the switch and its on / off time.

Выше в недостатках уровня техники указывалось на необходимость перехода от традиционных размеров линии передачи к микронным размерам для перехода к более высоким рабочим частотам, увеличения точности изготовления, уменьшения паразитных реактивностей, связанных с толщиной проводников. Переход к технологиям, используемым для производства полупроводниковых устройств, может решить проблемы ограниченной точности изготовления печатных плат, а также обеспечить микронные размеры переключателя и линий передачи устройства.Above, the disadvantages of the prior art indicated the need to switch from the traditional dimensions of the transmission line to micron sizes in order to switch to higher operating frequencies, to increase manufacturing accuracy, to reduce spurious reactances associated with the thickness of the conductors. The transition to the technologies used for the production of semiconductor devices can solve the problems of limited accuracy in the manufacture of printed circuit boards, as well as provide micron sizes for the switch and transmission lines of the device.

Учитывая вышеуказанные требования и технологию, в конкретном примере в качестве источника света выбран доступный на рынке лазер с апертурой 10 мкм, мощностью 10 мВт и длиной волны 850 нм. Соответственно, в качестве той зоны фотопроводящего участка, где требуется обеспечить заданные характеристики, выберем куб со стороной d=10 мкм, что в 100 раз меньше размеров фотопроводящих элементов, известных из уровня техники.Given the above requirements and technology, in a specific example, a laser available on the market with an aperture of 10 μm, a power of 10 mW, and a wavelength of 850 nm is selected as the light source. Accordingly, as the zone of the photoconductive section where it is required to provide the specified characteristics, we choose a cube with a side d = 10 μm, which is 100 times smaller than the dimensions of the photoconductive elements known from the prior art.

d 0 =1000 мкм → 10–2 d 0 =10 мкм. d 0 = 1000 μm → 10 –2 d 0 = 10 μm.

Объем области возбуждения, соответственно: The volume of the excitation region, respectively:

V 0 → 10–6 V 0. V 0 → 10 –6 V 0 .

Учитывая вышеуказанные соотношения (1) и (2), паразитное сопротивление рассчитываемого участка вырастает в 100 раз по сравнению с сопротивлением R 0 традиционного фотопроводящего элемента, а паразитная емкость уменьшается в 100 раз.Given the above relations (1) and (2), the parasitic resistance of the calculated area increases by 100 times compared with the resistance R 0 of the traditional photoconductive element, and the parasitic capacitance decreases by 100 times.

R 0 → 100 R 0. R 0 → 100 R 0 .

C 0 → 0,01 C 0. C 0 → 0.01 C 0 .

Как видно, такое масштабирование положительно влияет на паразитную емкость, уменьшая ее, но отрицательно влияет на сопротивление. Чтобы уменьшить сопротивление, вернув его значение к приемлемому, не изменяя размеры участка, необходимо увеличить его проводимость, как следует из (1).As you can see, such scaling positively affects the parasitic capacitance, reducing it, but negatively affects the resistance. To reduce the resistance, returning its value to acceptable, without changing the size of the site, it is necessary to increase its conductivity, as follows from (1).

σ 0 → 100 σ 0. σ 0 → 100 σ 0 .

Такая проводимость, исходя из соотношений (3) и (4), обеспечивается при соответствующем увеличении концентрации носителей:Such conductivity, based on relations (3) and (4), is provided with a corresponding increase in carrier concentration:

n 0 → 100 n 0. n 0 → 100 n 0 .

Тогда, в рассматриваемом объеме 10–6 V 0 число носителей, переведенное в возбужденное состояние, должно составить:Then, in the considered volume of 10 –6 V 0, the number of carriers transferred to the excited state should be:

N 0 → 10–4 N 0. N 0 → 10 –4 N 0 .

При заданной (неизменной) мощности источника света P 0, в соответствии с соотношением (6), необходимо, чтобы время жизни носителей в данном материале былоFor a given (constant) power of the light source P 0 , in accordance with relation (6), it is necessary that the carrier lifetime in this material be

τ 0 → 10–4 τ 0. τ 0 → 10 –4 τ 0.

Требование на уменьшение времени жизни неосновных носителей поддерживает идею миниатюризации переключателя, так как оно определяет диффузионную длину носителей в материале, т.е. фактический размер зоны проводимости в материале. Это может быть использовано при выборе размера апертуры источника света, которая может быть меньше размеров необходимой активной зоны переключения на длину диффузионного распространения носителей в фотопроводнике.The requirement to reduce the lifetime of minority carriers supports the miniaturization of the switch, since it determines the diffusion length of the carriers in the material, i.e. actual size of the conduction band in the material. This can be used when choosing the size of the aperture of the light source, which can be smaller than the size of the necessary active zone switching to the length of the diffusion propagation of carriers in the photoconductor.

Время жизни неосновных носителей также определяет длительность процессов возбуждения и рекомбинации носителей в материале. Поэтому, требование на уменьшение 10–4 τ 0 позволяет в ~10000 раз увеличить скорость переключения фотопроводящего участка (и соответственно переключателя), при той же мощности источника света.The lifetime of minority carriers also determines the duration of the processes of excitation and recombination of carriers in the material. Therefore, the requirement to reduce 10 –4 τ 0 makes it possible to increase by ~ 10,000 times the switching speed of the photoconductive section (and, accordingly, the switch), at the same light source power.

В качестве примера расчета, когда в качестве фотопроводящего материала выбран кремний, при коэффициенте диффузии для малых областей 29 см2/с и обеспечении времени жизни носителей 1 мкс диффузионная длина составит приблизительно 54 мкм, что сопоставимо с необходимым размером фотопроводящего участка.As an example of calculation, when silicon is chosen as the photoconductive material, with a diffusion coefficient for small regions of 29 cm 2 / s and a carrier lifetime of 1 μs, the diffusion length will be approximately 54 μm, which is comparable with the required size of the photoconductive section.

На Фиг. 5 иллюстрируется пример распределения возбужденных носителей в толще того же самого кремниевого материала для случая, когда в качестве источника света выбран вышеуказанный доступный на рынке лазер с апертурой 10 мкм, мощностью 10 мВт и длиной волны 850 нм. Глубина проникновения света при этом составляет в среднем 15 мкм (показано пунктирной линией), что является подходящим результатом (глубина зоны проводимости=глубина проникновения света+диффузия. В целом глубина зоны проводимости должна быть больше толщины скин–слоя для проводника на заданной частоте устройства (определяется с учетом проводимости проводника)).In FIG. 5 illustrates an example of the distribution of excited carriers in the bulk of the same silicon material for the case when the above-mentioned commercially available laser with an aperture of 10 μm, 10 mW, and a wavelength of 850 nm is selected as the light source. In this case, the depth of light penetration is on average 15 μm (shown by the dashed line), which is a suitable result (depth of the conduction band = depth of light penetration + diffusion. In general, the depth of the conduction band should be greater than the thickness of the skin layer for the conductor at a given frequency of the device ( determined taking into account the conductivity of the conductor)).

Далее на Фиг. 6 показаны результаты моделирования концентрации носителей в объеме фотопроводящего материала. При этом выбраны следующие параметры источника света: световой луч 10 мкм х 10 мкм, мощность 10 мВт и длина волны 850 нм; и следующие параметры фотопроводящего материала: кремний, коэффициент диффузии 29 см2/с, время жизни носителей 1 мкс.Further in FIG. Figure 6 shows the results of modeling the concentration of carriers in the bulk of the photoconductive material. The following parameters of the light source were selected: a light beam of 10 μm x 10 μm, a power of 10 mW, and a wavelength of 850 nm; and the following parameters of the photoconductive material: silicon, diffusion coefficient 29 cm 2 / s, carrier lifetime 1 μs.

Еще в одном примере, приведенном на Фиг. 7, рассматривается оптически–управляемый переключатель на основе линии GCPW. Ширина сигнального проводника в копланарной линии передачи задана 2 мкм, ширина зазоров между сигнальным проводником и земляными проводниками с обеих сторон задана равной 6 мкм. То есть суммарная ширина линии вместе с зазорами составит 14 мкм. Чтобы сигнальный проводник при включенном состоянии переключателя мог закорачиваться на землю, размер фотопроводящего участка должен превышать эту суммарную ширину линии. Усредним распределение проводимости в засвеченной области следующим образом: максимальная проводимость 10000 См/м на участке с круглым сечением диаметром 25 мкм, спадание проводимости до 5000 См/м на участке диаметром 50 мкм (Фиг. 7).In yet another example shown in FIG. 7, an optically controlled switch based on the GCPW line is considered. The width of the signal conductor in the coplanar transmission line is set to 2 μm, the width of the gaps between the signal conductor and the earth conductors on both sides is set to 6 μm. That is, the total line width along with the gaps will be 14 microns. So that the signal conductor, when the switch is on, can short to ground, the size of the photoconductive section must exceed this total line width. We average the conductivity distribution in the illuminated region as follows: the maximum conductivity is 10,000 S / m in a section with a circular cross section with a diameter of 25 μm, the conductivity drops to 5,000 S / m in a section with a diameter of 50 μm (Fig. 7).

Результаты моделирования S–параметров переключателя согласно настоящему изобретению и описанному распределению проводимости представлены на Фиг. 8: как видно, получен широкополосный переключатель с изоляцией между состояниями ВКЛ/ВЫКЛ более 20 дБ, при том что в состоянии ВЫКЛ, в котором (как показано выше в отношении Фиг. 4A–4B для переключателя параллельного типа по Фиг. 2B) сигнал должен полностью проходить на выход, коэффициент отражения составляет приблизительно –45 дБ, а коэффициент передачи –0,03 дБ, а в состоянии ВКЛ, в котором сигнал должен закорачиваться, коэффициент отражения составляет приблизительно –0,95 дБ, а коэффициент передачи –23 дБ.The simulation results of the S-parameters of the switch according to the present invention and the described conductivity distribution are presented in FIG. 8: as you can see, a broadband switch with isolation between the ON / OFF states of more than 20 dB was obtained, while in the OFF state, in which (as shown above with respect to Figs. 4A – 4B for the parallel type switch in Fig. 2B) the signal should completely pass to the output, the reflection coefficient is approximately –45 dB, and the transmission coefficient –0.03 dB, and in the ON state, in which the signal should be shorted, the reflection coefficient is approximately –0.95 dB, and the transmission coefficient –23 dB.

Таким образом, в настоящем изобретении обеспечивается оптически–управляемый переключатель микронных размеров для частот свыше 30 ГГц с возможностью использования источника света микронных размеров, содержащий полупроводниковую подложку с фотопроводящим участком и встроенную РЧ линию передачи, при этом уменьшена паразитная емкость, повышена точность и плотность компонентов. Иными словами, обеспечивается следующий технический результат:Thus, the present invention provides an optically controlled micron-sized switch for frequencies above 30 GHz with the possibility of using a micron-sized light source containing a semiconductor substrate with a photoconductive section and an integrated RF transmission line, while reducing stray capacitance and increasing the accuracy and density of components. In other words, the following technical result is provided:

– уменьшение размеров (миниатюризация) переключателя, и как следствие, уменьшение паразитных потерь,- reducing the size (miniaturization) of the switch, and as a result, reducing spurious losses,

– низкие диэлектрические потери у подложки линии передачи и высокое качество изготовления проводников в линии передачи, и как следствие, уменьшение вносимых потерь в КВЧ–диапазоне,- low dielectric loss at the substrate of the transmission line and the high quality of manufacture of conductors in the transmission line, and as a result, a reduction in insertion loss in the EHF range,

– уменьшение энергопотребления, улучшение изоляции между состояниями ВКЛ/ВЫКЛ и увеличение скорости переключения благодаря уменьшению переключателя при условии обеспечения приемлемых уровней проводимости и времени жизни носителей,- reducing power consumption, improving isolation between ON / OFF states and increasing switching speed by reducing the switch, provided that acceptable levels of conductivity and carrier lifetime are achieved,

– увеличение рабочей полосы частот,- increase in the working frequency band,

– простая интеграция в устройства SoI и CMOS.- Easy integration into SoI and CMOS devices.

Далее в настоящем документе будут описаны другие варианты осуществления настоящего изобретения. Следует понимать, что изобретение не ограничивается этими вариантами, и специалисты в данной области смогут получить иные варианты осуществления, руководствуясь изложенными здесь принципами создания высокочастотного переключателя.Hereinafter, other embodiments of the present invention will be described herein. It should be understood that the invention is not limited to these options, and specialists in this field will be able to get other options for implementation, guided by the principles set forth here to create a high-frequency switch.

Так, например, в качестве линии передачи может использоваться не только микрополосковая линия (Фиг. 2A) и копланарный волновод с земляным слоем GCPW (Фиг. 2B), но также и обычный копланарный волновод (CPW), без дополнительного земляного слоя, как показано на Фиг. 9A, или любая другая подходящая линия передачи. Возможен также вариант, в котором диэлектрическим слоем для копланарной линии служит непосредственно полупроводниковая подложка, и тогда не требуется наличие соединительного слоя и земляного слоя. Форма отверстия для прохождения света от источника света к фотопроводящему участку может быть любой – и круглой, как упоминалось ранее, и квадратной, как показано на Фиг. 9B, и прямоугольной, и любой иной, с тем условием чтобы ее размер позволял свету беспрепятственно достигнуть фотопроводящего участка. Структура земляного слоя также не ограничивается настоящим изобретением и может быть выбрана любой удобной конфигурации – сплошная, как упоминалось выше, или сетчатая, как показано на Фиг. 9C.So, for example, not only a microstrip line (Fig. 2A) and a coplanar waveguide with an earth layer GCPW (Fig. 2B), but also a conventional coplanar waveguide (CPW), without an additional earth layer, as shown in FIG. 9A, or any other suitable transmission line. A variant is also possible in which the semiconductor substrate serves directly as the dielectric layer for the coplanar line, and then the connection layer and the ground layer are not required. The shape of the hole for the passage of light from the light source to the photoconductive section can be any - both round, as mentioned earlier, and square, as shown in FIG. 9B, both rectangular and any other, provided that its size allows the light to freely reach the photoconductive section. The structure of the ground layer is also not limited to the present invention and can be selected in any convenient configuration — solid, as mentioned above, or mesh, as shown in FIG. 9C.

Толщина полупроводниковой подложки в таких структурах, где требуется закорачивание проводников линии передачи в горизонтальной плоскости, должна быть больше или примерно равной глубине поглощения света на рабочей длине волны источника света с учетом диффузионной длины носителей заряда на фотопроводящем участке полупроводниковой подложки.The thickness of the semiconductor substrate in structures where it is necessary to shorten the conductors of the transmission line in a horizontal plane should be greater than or approximately equal to the depth of light absorption at the working wavelength of the light source, taking into account the diffusion length of the charge carriers on the photoconductive section of the semiconductor substrate.

Что касается реализаций на копланарной линии (CPW, GCPW), то на Фиг. 10A показан вариант, в котором используется прямолинейный сплошной сигнальный проводник. Этот вариант является в достаточной мере эффективным и обладает всеми вышеуказанными преимуществами настоящего изобретения. Тем не менее, выполнение сигнального проводника с дополнительной неоднородностью 16 (Фиг. 10B) может обеспечить более сильное отражение сигнала от фотопроводящего участка 11 из–за увеличения площади зоны переключения (уменьшение шунтирующего сопротивления). Кроме того, выполнение сигнального проводника в виде сетки (Фиг. 10C) может обеспечить лучшее возбуждение носителей на фотопроводящем участке при сохранении качества передачи сигнала.As for implementations on the coplanar line (CPW, GCPW), in FIG. 10A shows an embodiment in which a rectilinear solid signal conductor is used. This option is sufficiently effective and has all of the above advantages of the present invention. However, the implementation of the signal conductor with additional heterogeneity 16 (Fig. 10B) can provide a stronger reflection of the signal from the photoconductive section 11 due to the increase in the area of the switching zone (decrease in shunt resistance). In addition, the implementation of the signal conductor in the form of a grid (Fig. 10C) can provide better excitation of carriers in the photoconductive section while maintaining the quality of signal transmission.

Еще одним вариантом линии передачи может быть SIW–линия (substrate integrated waveguide, волновод со штырьевыми стенками), показанная на Фиг. 11A–11D. В таком варианте осуществления формируется волновод с диэлектрическим заполнением: верхняя (4) и нижняя (17) стенки волновода представляют собой металлизированные поверхности непосредственно самой полупроводниковой подложки 1. При этом в верхнем слое 4 металлизации должно быть отверстие 12 (или несколько) для прохождения света от источника (источников). Боковые стенки формируются рядами переходных металлизированных отверстий 18, выполненных, например, по технологиям TSV (Through Silicon VIA). Шаг между отверстиями должен быть меньше λ/10, где λ – рабочая длина волны устройства. Another option for the transmission line may be a SIW line (substrate integrated waveguide, pinwave waveguide) shown in FIG. 11A – 11D. In such an embodiment, a dielectric-filled waveguide is formed: the upper (4) and lower (17) walls of the waveguide are metallized surfaces of the semiconductor substrate 1 itself. In this case, there must be a hole 12 (or several) in the upper metallization layer 4 for light to pass from source (s). The side walls are formed by rows of transition metallized holes 18, made, for example, according to TSV (Through Silicon VIA) technologies. The step between the holes should be less than λ / 10, where λ is the working wavelength of the device.

Толщина полупроводниковой подложки (пластины) в такой структуре, поскольку в ней требуется закорачивание проводников линии передачи в вертикальной плоскости, должна быть примерно равной глубине поглощения света на рабочей длине волны источника света с учетом диффузионной длины носителей заряда на фотопроводящем участке полупроводниковой подложки (или не превышать ее).The thickness of the semiconductor substrate (wafer) in such a structure, since it requires shorting the conductors of the transmission line in a vertical plane, should be approximately equal to the depth of light absorption at the working wavelength of the light source, taking into account the diffusion length of the charge carriers on the photoconductive section of the semiconductor substrate (or not exceed her).

В выключенном состоянии (при выключенном источнике света) сигнал будет свободно проходить в реализованном волноводе (Фиг. 11A, 11C). При включении источника света, он будет отражаться от активированной зоны проводимости (Фиг. 11B, 11D).In the off state (with the light source turned off), the signal will pass freely in the implemented waveguide (Fig. 11A, 11C). When the light source is turned on, it will be reflected from the activated conduction band (Fig. 11B, 11D).

Для улучшения эффективности запирания SIW–линии можно использовать несколько источников света, образующих отражающую стенку в волноводе, как показано на Фиг. 12.To improve the locking efficiency of the SIW line, several light sources can be used that form a reflecting wall in the waveguide, as shown in FIG. 12.

При использовании решетки VCSEL можно создать структуру без необходимости выполнения VIA, в которой волноведущая SIW–линия будет образовываться непосредственно засвеченными (активированными) участками 11 фотопроводника, образующими боковые стенки волновода (Фиг. 13A). На 13A изображены только активированные фотопроводящие участки 11, но следует понимать, что в такой структуре могут быть и не активированные фотопроводящие участки под соответствующими не излучающими свет через окна 12 источниками света.When using the VCSEL grating, it is possible to create a structure without the need for VIA, in which the waveguide SIW line will be formed directly by the illuminated (activated) sections 11 of the photoconductor forming the side walls of the waveguide (Fig. 13A). 13A only activated photoconductive sections 11 are shown, but it should be understood that in this structure there may also be non-activated photoconductive sections under corresponding non-light emitting light through windows 12.

В предельном случае, это может быть полностью реконфигурируемая структура коммутации, в которой сигнал 14 можно направлять в любую нужную точку устройства (Фиг. 13B) и которая может также использоваться для деления/суммирования мощности, фазовращателей и других пассивных РЧ структур.In the extreme case, it can be a fully reconfigurable switching structure in which the signal 14 can be sent to any desired point on the device (Fig. 13B) and which can also be used for dividing / adding power, phase shifters, and other passive RF structures.

На Фиг. 14 показан вид сверху примера реализации фазовращателя, в котором применяются предложенные оптически–управляемые переключатели последовательного типа. На полупроводниковой подложке 1 выполнены отрезки 19 линии передачи, являющиеся ветвями фазовращателя, обеспечивающими необходимые задержки фазы при прохождении по ним сигнала. Между отрезками выполнены разрывы длиной, сопоставимой с шириной этих отрезков, и в области этих разрывов расположены фотопроводящие участки 11 соответствующего размера, на которые может излучаться свет от расположенных над ними вертикально–излучающих лазеров.In FIG. 14 shows a top view of an example implementation of a phase shifter in which the proposed optically controlled serial switches are used. On the semiconductor substrate 1, segments 19 of the transmission line are made, which are the branches of the phase shifter that provide the necessary phase delays when the signal passes through them. Between the segments, gaps were made with a length comparable to the width of these segments, and in the region of these gaps there are photoconductive sections 11 of a corresponding size onto which light can be emitted from vertically emitting lasers located above them.

В случае, когда подложка в целом имеет большое время жизни носителей, предлагается применять локальное (в пределах требуемых участков) уменьшение времени жизни свободных носителей в полупроводнике, например, прямо в процессе изготовления самой полупроводниковой подложки с помощью введения новых центров рекомбинации в кремнии. Возможны несколько подходов: ионная имплантация, электронно–лучевое облучение и другие. Это все еще позволяет использовать в качестве подложек относительно большое разнообразие материалов, но устраняет необходимость использования отдельных фотопроводящих элементов и их монтажа в подложку. При необходимости такой обработке может подвергаться полностью вся подложка.In the case when the substrate as a whole has a large carrier lifetime, it is proposed to use a local (within the required regions) decrease in the lifetime of free carriers in a semiconductor, for example, directly in the process of manufacturing the semiconductor substrate by introducing new recombination centers in silicon. Several approaches are possible: ion implantation, electron beam irradiation, and others. This still allows the use of a relatively wide variety of materials as substrates, but eliminates the need for separate photoconductive elements and their installation in the substrate. If necessary, such a treatment can be completely subjected to the entire substrate.

На Фиг. 15 показан пример такой локальной обработки, когда на кремниевой подложке фазовращателя, упомянутого ранее со ссылкой на Фиг. 11 (а в общем случае – на подложке любого требуемого устройства, содержащего предложенные переключатели), в областях, где должны располагаться фотопроводящие участки (показаны кружком), производится ионная бомбардировка. Соответственно, в этих областях время жизни свободных носителей уменьшается, и образуются фотопроводящие участки с требуемыми характеристиками.In FIG. 15 shows an example of such local processing when, on the silicon substrate of the phase shifter mentioned previously with reference to FIG. 11 (and in the General case, on the substrate of any desired device containing the proposed switches), in the areas where the photoconductive sections should be located (shown by a circle), an ion bombardment is performed. Accordingly, in these areas, the lifetime of free carriers decreases, and photoconductive regions with the required characteristics are formed.

В случае, когда вся подложка обладает эффектом фотопроводимости, плотность компоновки элементов определяется зоной фотопроводимости, т.е. суммой размера апертуры источника света и диффузионной длины. Расстояние между соседними переключателями при этом рекомендуется задавать большим как минимум на еще одну диффузионную длину. На периферии проводимость спадает экспоненциально.In the case where the entire substrate has a photoconductivity effect, the density of the arrangement of elements is determined by the photoconductivity zone, i.e. the sum of the aperture size of the light source and the diffusion length. The distance between adjacent switches is recommended to be set large by at least one more diffusion length. At the periphery, the conductivity decreases exponentially.

Возможна также и иная ситуация. В случае, когда подложка в целом имеет необходимое время жизни носителей, можно дополнительно ограничить фотопроводящие участки. Для этого вокруг фотопроводящих участков создаются границы, на которых носители рекомбинируют очень быстро. Методы обработки те же самые: ионная имплантация, электронно–лучевое облучение и другие. Это позволяет увеличить плотность упаковки элементов на подложке, которая уже выполнена из материала, пригодного для использования непосредственно в качестве фотопроводящего участка.A different situation is also possible. In the case where the substrate as a whole has the necessary carrier lifetime, it is possible to further limit the photoconductive regions. To do this, borders are created around the photoconductive sites at which the carriers recombine very quickly. The processing methods are the same: ion implantation, electron beam irradiation, and others. This allows you to increase the packing density of the elements on the substrate, which is already made of a material suitable for use directly as a photoconductive section.

На Фиг. 16 показан пример такой локальной обработки, когда на кремниевой подложке фазовращателя, упомянутого ранее со ссылкой на Фиг. 14, на границах областей, где должны располагаться фотопроводящие участки (показаны квадратиком), производится ионная бомбардировка. Соответственно, на этих границах время жизни свободных носителей резко уменьшается, носители рекомбинируют очень быстро, и тем самым создаются границы, в пределах которых по–прежнему остаются фотопроводящие участки с требуемыми характеристиками.In FIG. 16 shows an example of such local processing when, on the silicon substrate of the phase shifter mentioned previously with reference to FIG. 14, an ion bombardment is carried out at the boundaries of the regions where the photoconductive regions (shown by a small square) should be located. Accordingly, at these boundaries, the lifetime of free carriers decreases sharply, the carriers recombine very quickly, and thereby create boundaries within which photoconductive regions with the required characteristics still remain.

Следует понимать, что в настоящем документе показаны принцип построения и базовые примеры оптически–управляемого переключателя мм–диапазона на основе полупроводниковой подложки. Специалист в данной области техники, используя данные принципы, сможет получить и другие варианты осуществления изобретения, не прикладывая творческих усилий.It should be understood that this document shows the construction principle and basic examples of an optically controlled mm-range switch based on a semiconductor substrate. A person skilled in the art, using these principles, will be able to obtain other embodiments of the invention without creative efforts.

ПрименениеApplication

Оптически–управляемые переключатели на основе фотопроводящих элементов и полупроводниковой подложки, созданные с их использованием полосковые линии, циркуляторы, фазовращатели, коммутаторы и антенны с адаптивным формированием диаграммы направленности согласно настоящему изобретению можно использовать в электронных устройствах, в которых требуется управление ВЧ–сигналами, например, в миллиметровом диапазоне для сетей мобильной связи перспективных стандартов 5G, 6G и WiGig, для различных датчиков, для сетей Wi–Fi, для беспроводной передачи энергии, в том числе на большие расстояния, для систем «умный дом» и иных адаптивных к мм–диапазону интеллектуальных систем, для автомобильной навигации, для Интернета вещей (IoT), беспроводной зарядки и т.д.Optically controlled switches based on photoconductive elements and a semiconductor substrate, created using them strip lines, circulators, phase shifters, switches and antennas with adaptive beamforming according to the present invention can be used in electronic devices that require RF signal control, for example, in the millimeter range for mobile networks of promising standards 5G, 6G and WiGig, for various sensors, for Wi-Fi networks, for wireless Chi energy, including long distance, systems of "smart home" and other adaptive to the mm-range of intelligent systems for car navigation, for the Internet of Things (IoT), wireless charging, etc.

Следует понимать, что хотя в настоящем документе для описания различных элементов, компонентов, областей, слоев и/или секций, могут использоваться такие термины, как "первый", "второй", "третий" и т.п., эти элементы, компоненты, области, слои и/или секции не должны ограничиваться этими терминами. Эти термины используются только для того, чтобы отличить один элемент, компонент, область, слой или секцию от другого элемента, компонента, области, слоя или секции. Так, первый элемент, компонент, область, слой или секция может быть назван вторым элементом, компонентом, областью, слоем или секцией без выхода за рамки объема настоящего изобретения. В настоящем описании термин "и/или" включает любые и все комбинации из одной или более из соответствующих перечисленных позиций. Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.It should be understood that although in this document to describe various elements, components, areas, layers and / or sections, terms such as "first", "second", "third" and the like can be used, these elements, components , areas, layers and / or sections should not be limited to these terms. These terms are used only to distinguish one element, component, region, layer or section from another element, component, region, layer or section. Thus, a first element, component, region, layer or section may be called a second element, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention. In the present description, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the corresponding items listed. The elements mentioned in the singular do not exclude the plurality of elements, unless specifically indicated otherwise.

Функциональность элемента, указанного в описании или формуле изобретения как единый элемент, может быть реализована на практике посредством нескольких компонентов устройства, и наоборот, функциональность элементов, указанных в описании или формуле изобретения как несколько отдельных элементов, может быть реализована на практике посредством единого компонента.The functionality of the element indicated in the description or claims as a single element can be implemented in practice through several components of the device, and vice versa, the functionality of the elements indicated in the description or claims as several separate elements can be implemented in practice through a single component.

В одном варианте осуществления элементы/блоки предложенного оптически–управляемого переключателя находятся в общем корпусе, размещены на одной раме/конструкции/подложке/печатной плате и связаны друг с другом конструктивно посредством монтажных (сборочных) операций и функционально посредством линий связи. Упомянутые линии или каналы связи, если не указано иное, являются стандартными, известными специалистам линиями связи, материальная реализация которых не требует творческих усилий. Линией связи может быть провод, набор проводов, шина, дорожка, беспроводная линия связи (индуктивная, радиочастотная, инфракрасная, ультразвуковая и т.д.). Протоколы связи по линиям связи известны специалистам и не раскрываются отдельно.In one embodiment, the elements / blocks of the proposed optically controlled switch are located in a common housing, are located on the same frame / structure / substrate / printed circuit board and are structurally connected to each other by means of assembly (assembly) operations and functionally by means of communication lines. The mentioned communication lines or channels, unless otherwise indicated, are standard communication lines known to specialists, the material implementation of which does not require creative efforts. A communication line can be a wire, a set of wires, a bus, a track, a wireless communication line (inductive, radio frequency, infrared, ultrasonic, etc.). Communication protocols over communication lines are known to specialists and are not disclosed separately.

Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.The functional connection of elements should be understood as a connection that ensures the correct interaction of these elements with each other and the implementation of one or another functionality of the elements. Particular examples of functional communication may be communication with the possibility of exchanging information, communication with the possibility of transmitting electric current, communication with the possibility of transmitting mechanical motion, communication with the possibility of transmitting light, sound, electromagnetic or mechanical vibrations, etc. The specific type of functional connection is determined by the nature of the interaction of the mentioned elements, and, unless otherwise indicated, is provided by well-known means using principles well known in the art.

Конструктивное исполнение элементов предложенного устройства является известным для специалистов в данной области техники и не описывается отдельно в данном документе, если не указано иное. Элементы устройства могут быть выполнены из любого подходящего материала. Эти составные части могут быть изготовлены с использованием известных способов, включая, лишь в качестве примера, механическую обработку на станках, литье по выплавляемой модели, наращивание кристаллов. Операции сборки, соединения и иные операции в соответствии с приведенным описанием также соответствуют знаниям специалиста в данной области и, таким образом, более подробно поясняться здесь не будут.The design of the elements of the proposed device is known to specialists in this field of technology and is not described separately in this document, unless otherwise indicated. The elements of the device may be made of any suitable material. These components can be made using known methods, including, by way of example only, machining on machines, investment casting, and crystal growth. Assembly, connection and other operations in accordance with the above description also correspond to the knowledge of a person skilled in the art and, therefore, will not be explained in more detail here.

Несмотря на то что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать настоящее изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку специалисту в данной области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники могут быть очевидны различные другие модификации и варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.Although exemplary embodiments have been described in detail and shown in the accompanying drawings, it should be understood that such embodiments are merely illustrative and not intended to limit the present invention, and that the present invention should not be limited to the particular arrangements and constructions shown and described, since In the art, based on the information set forth in the description and knowledge of the prior art, various other modifications may be apparent in Rianta of the invention without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (45)

1. Оптически–управляемый переключатель, содержащий снизу вверх:1. Optically controlled switch, containing from bottom to top: подложку, выполненную из полупроводникового материала, который при отсутствии внешнего воздействия выступает в качестве диэлектрика,a substrate made of a semiconductor material, which in the absence of external influences acts as a dielectric, первый проводящий слой линии передачи, выполненный из проводящего материала на верхней стороне подложки, иa first conductive layer of the transmission line made of conductive material on the upper side of the substrate, and лазер, содержащий снизу вверх:bottom-up laser: нижний распределенный брэгговский отражатель (DBR) лазера, выполненный частично светопрозрачным для обеспечения возможности светового излучения лазера через нижний DBR,lower distributed Bragg reflector (DBR) of the laser, made partially translucent to allow laser light emission through the lower DBR, активную область лазера, иactive area of the laser, and верхний DBR лазера, выполненный полностью отражающим,upper DBR laser, made completely reflective, причем в подложке в зоне падения луча выполнен фотопроводящий участок, который при освещении светом находится в состоянии проводника, а при отсутствии света находится в состоянии диэлектрика,moreover, in the substrate in the zone of incidence of the beam is made a photoconductive section, which when illuminated with light is in the state of the conductor, and in the absence of light is in the state of the dielectric в первом проводящем слое линии передачи в зоне падения луча выполнено по меньшей мере одно окно излучения для обеспечения прохождения светового излучения лазера к фотопроводящему участку.in the first conductive layer of the transmission line in the area of incidence of the beam, at least one radiation window is made to allow the passage of laser light to the photoconductive section. 2. Оптически-управляемый переключатель по п. 1, в котором подложка выполнена из высокорезистивного фотопроводящего материала.2. The optically controlled switch according to claim 1, wherein the substrate is made of highly resistive photoconductive material. 3. Оптически–управляемый переключатель по п. 1, в котором линией передачи является копланарный волновод (CPW),3. The optically controlled switch according to claim 1, wherein the transmission line is a coplanar waveguide (CPW), причем первый проводящий слой содержит копланарную линию, содержащую проходящий над фотопроводящим участком центральный сигнальный проводник и окружающие его полубесконечные земляные проводники,moreover, the first conductive layer contains a coplanar line containing a central signal conductor passing over the photoconductive section and the semi-infinite earth conductors surrounding it, причем диэлектрическим слоем для CPW служит упомянутая подложка.moreover, the dielectric layer for CPW is said substrate. 4. Оптически–управляемый переключатель по п. 1, дополнительно содержащий:4. The optically controlled switch according to claim 1, further comprising: соединительный слой, выполненный из светопрозрачного диэлектрика между первым проводящим слоем и нижним DBR.a connecting layer made of a translucent dielectric between the first conductive layer and the lower DBR. 5. Оптически–управляемый переключатель по п. 4, в котором соединительный слой выполнен из диэлектрической пленки.5. The optically controlled switch according to claim 4, wherein the connecting layer is made of a dielectric film. 6. Оптически–управляемый переключатель по п. 4, в котором линией передачи является копланарный волновод (CPW),6. The optically controlled switch according to claim 4, wherein the transmission line is a coplanar waveguide (CPW), причем первый проводящий слой содержит копланарную линию, содержащую проходящий над фотопроводящим участком центральный сигнальный проводник и окружающие его полубесконечные земляные проводники,moreover, the first conductive layer contains a coplanar line containing a central signal conductor passing over the photoconductive section and the semi-infinite earth conductors surrounding it, причем диэлектрическим слоем для CPW служит соединительный слой.moreover, the dielectric layer for CPW is the connecting layer. 7. Оптически–управляемый переключатель по п. 4, дополнительно содержащий:7. An optically controlled switch according to claim 4, further comprising: второй проводящий слой, выполненный из проводящего материала между соединительным слоем и нижним DBR,a second conductive layer made of conductive material between the connecting layer and the lower DBR, причем во втором проводящем слое линии передачи в зоне падения луча выполнено по меньшей мере одно окно излучения для обеспечения прохождения светового излучения лазера к фотопроводящему участку,moreover, in the second conductive layer of the transmission line in the zone of incidence of the beam made at least one radiation window to ensure the passage of laser light to the photoconductive section, причем первый проводящий слой является сигнальным слоем линии передачи, а второй проводящий слой является земляным слоем линии передачи.wherein the first conductive layer is a signal layer of a transmission line, and the second conductive layer is an earth layer of a transmission line. 8. Оптически–управляемый переключатель по п. 7, в котором линией передачи является копланарный волновод с земляным слоем (GCPW),8. The optically controlled switch according to claim 7, in which the transmission line is a coplanar ground-layer waveguide (GCPW), причем сигнальный слой содержит копланарную линию, содержащую проходящий над фотопроводящим участком центральный сигнальный проводник и окружающие его полубесконечные земляные проводники.moreover, the signal layer contains a coplanar line containing the central signal conductor passing over the photoconductive section and the semi-infinite earth conductors surrounding it. 9. Оптически–управляемый переключатель по п. 7, в котором линией передачи является микрополосковая линия,9. The optically controlled switch according to claim 7, in which the transmission line is a microstrip line, причем сигнальный слой содержит два отрезка микрополосковой линии, разделенные между собой фотопроводящим участком.moreover, the signal layer contains two segments of the microstrip line, separated by a photoconductive section. 10. Оптически–управляемый переключатель по п. 1, дополнительно содержащий:10. An optically controlled switch according to claim 1, further comprising: второй проводящий слой, выполненный из проводящего материала на нижней стороне подложки,a second conductive layer made of conductive material on the lower side of the substrate, причем линией передачи является волновод со штырьевыми стенками (SIW),moreover, the transmission line is a waveguide with pin walls (SIW), причем первый проводящий слой является верхней стенкой SIW, а второй проводящий слой является нижней стенкой SIW,moreover, the first conductive layer is the upper wall of the SIW, and the second conductive layer is the lower wall of the SIW, причем диэлектрическим слоем для SIW служит упомянутая подложка.moreover, the dielectric layer for SIW is said substrate. 11. Оптически–управляемый переключатель по п. 10, дополнительно содержащий:11. An optically controlled switch according to claim 10, further comprising: боковые стенки, сформированные рядами переходных металлизированных отверстий (VIA), выполненных в подложке между первым и вторым проводящими слоями по разные стороны от фотопроводящего участка.side walls formed by rows of transition metallized holes (VIA) made in the substrate between the first and second conductive layers on opposite sides of the photoconductive section. 12. Оптически–управляемый переключатель по п. 11, дополнительно содержащий:12. An optically controlled switch according to claim 11, further comprising: по меньшей мере один дополнительный лазер и по меньшей мере один соответствующий ему дополнительный фотопроводящий участок, расположенные рядом с упомянутым лазером и упомянутым фотопроводящим участком между боковыми стенками SIW для формирования отражающей стенки.at least one additional laser and at least one additional photoconductive portion corresponding thereto located adjacent to said laser and said photoconductive portion between the side walls of the SIW to form a reflective wall. 13. Оптически–управляемый переключатель по п. 1, дополнительно содержащий:13. An optically controlled switch according to claim 1, further comprising: соединительную пленку, выполненную между активной областью лазера и нижним DBR.a connecting film made between the active region of the laser and the lower DBR. 14. Оптически–управляемый переключатель по п. 1, в котором толщина подложки равна глубине поглощения света на рабочей длине волны лазера с учетом диффузионной длины носителей заряда на фотопроводящем участке.14. The optically controlled switch according to claim 1, wherein the thickness of the substrate is equal to the depth of light absorption at the working laser wavelength, taking into account the diffusion length of the charge carriers in the photoconductive section. 15. Оптически–управляемый переключатель по п. 1, в котором ширина проводников в первом проводящем слое, размер апертуры лазера и диффузионная длина носителей заряда на фотопроводящем участке имеют один и тот же порядок.15. The optically controlled switch according to claim 1, in which the width of the conductors in the first conductive layer, the size of the laser aperture and the diffusion length of the charge carriers in the photoconductive section are of the same order. 16. Оптически–управляемый переключатель по п. 1, в котором фотопроводящий участок выполнен в подложке с применением метода введения в полупроводник новых центров рекомбинации.16. The optically controlled switch according to claim 1, wherein the photoconductive section is made in the substrate using the method of introducing new recombination centers into the semiconductor. 17. Оптически–управляемый переключатель по п. 16, в котором подложка в целом имеет время жизни свободных носителей в полупроводнике, превышающее время жизни носителей, требуемое для формирования фотопроводящего участка с заданными характеристиками, и фотопроводящий участок выполнен в подложке с помощью метода введения в полупроводник новых центров рекомбинации в зоне падения луча.17. The optically controlled switch according to claim 16, wherein the substrate as a whole has a carrier lifetime of free carriers in the semiconductor exceeding the carrier lifetime required to form a photoconductive section with predetermined characteristics, and the photoconductive section is made in the substrate using the method of introducing into the semiconductor new centers of recombination in the zone of incidence of the beam. 18. Оптически–управляемый переключатель по п. 16, в котором подложка в целом имеет время жизни свободных носителей в полупроводнике, равное или меньшее, чем время жизни носителей, требуемое для формирования фотопроводящего участка с заданными характеристиками, и фотопроводящий участок выполнен в подложке с помощью метода введения в полупроводник новых центров рекомбинации вдоль границы вокруг зоны падения луча.18. The optically controlled switch according to claim 16, in which the substrate as a whole has a lifetime of free carriers in the semiconductor equal to or less than the lifetime of the carriers required to form a photoconductive section with predetermined characteristics, and the photoconductive section is made in the substrate using a method for introducing new recombination centers into the semiconductor along the boundary around the beam incidence zone. 19. Высокочастотное коммутирующее устройство, содержащее множество оптически–управляемых переключателей по п. 1, выполненных на основе единой подложки и содержащих связанные между собой линии передачи.19. A high-frequency switching device containing a plurality of optically controlled switches according to claim 1, made on the basis of a single substrate and containing interconnected transmission lines. 20. Реконфигурируемый оптически–управляемый коммутатор, содержащий решетку оптически–управляемых переключателей по п. 10, выполненных на основе единой подложки, в которой по меньшей мере часть соседних оптически–управляемых переключателей выполнены с возможностью, находясь во включенном состоянии, формировать собой боковые стенки SIW.20. A reconfigurable optically-controlled switch containing an array of optically-controlled switches according to claim 10, made on the basis of a single substrate, in which at least a portion of the adjacent optically-controlled switches are configured to form side walls SIW when turned on .
RU2019139304A 2019-12-03 2019-12-03 Optically-controlled switch of millimeter range with built-in light source, based on transmission line with semiconductor substrate RU2721303C1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139304A RU2721303C1 (en) 2019-12-03 2019-12-03 Optically-controlled switch of millimeter range with built-in light source, based on transmission line with semiconductor substrate
KR1020200165063A KR20210069580A (en) 2019-12-03 2020-11-30 Optically controlled switch and electronic device including the same
PCT/KR2020/017490 WO2021112568A1 (en) 2019-12-03 2020-12-02 Optical control switch and electronic device comprising same
US17/694,064 US20220199849A1 (en) 2019-12-03 2022-03-14 Optical control switch and electronic device comprising same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139304A RU2721303C1 (en) 2019-12-03 2019-12-03 Optically-controlled switch of millimeter range with built-in light source, based on transmission line with semiconductor substrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2721303C1 true RU2721303C1 (en) 2020-05-18

Family

ID=70735319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019139304A RU2721303C1 (en) 2019-12-03 2019-12-03 Optically-controlled switch of millimeter range with built-in light source, based on transmission line with semiconductor substrate

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20210069580A (en)
RU (1) RU2721303C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2644629B1 (en) * 1989-03-15 1992-01-03 Champion Spark Plug Europ
SE501217C2 (en) * 1990-12-06 1994-12-12 Skandigen Ab Cell proliferation matrix and its use
US9716202B2 (en) * 2012-08-13 2017-07-25 The Curators Of The University Of Missouri Optically activated linear switch for radar limiters or high power switching applications
RU2685768C9 (en) * 2018-06-27 2019-08-01 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Millimeter optically controlling range

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2644629B1 (en) * 1989-03-15 1992-01-03 Champion Spark Plug Europ
SE501217C2 (en) * 1990-12-06 1994-12-12 Skandigen Ab Cell proliferation matrix and its use
US9716202B2 (en) * 2012-08-13 2017-07-25 The Curators Of The University Of Missouri Optically activated linear switch for radar limiters or high power switching applications
RU2685768C9 (en) * 2018-06-27 2019-08-01 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Millimeter optically controlling range

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210069580A (en) 2021-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5616338B2 (en) Waveguides and transmission lines in the gap between parallel conducting surfaces.
US10802375B2 (en) Optically-controlled switch
KR102615092B1 (en) Optically-controlled switch
Matekovits et al. Metamaterial-based millimeter-wave switchable leaky wave antennas for on-chip implementation in GaAs technology
Yashchyshyn et al. Development and investigation of an antenna system with reconfigurable aperture
Yashchyshyn et al. Investigation of the S-PIN diodes for silicon monolithic antennas with reconfigurable aperture
Pang et al. An optically controlled coplanar waveguide millimeter-wave switch
GB2546341A (en) Three terminal solid state plasma monolithic microwave integrated circuit
RU2691593C1 (en) High-frequency commutators with reduced number of switching elements
US11888223B2 (en) Steerable beam antenna
US10574358B2 (en) High-frequency signal transmission/reception device
RU2721303C1 (en) Optically-controlled switch of millimeter range with built-in light source, based on transmission line with semiconductor substrate
KR102664933B1 (en) Method for controlling transmission of electromagnetic wave based on light and apparatus thereof
EP3807937B1 (en) High frequency switch for high frequency signal transmitting/receiving devices
RU2644028C1 (en) High-frequency signal receiving / transmission device based on photoconducting elements
Yashchyshyn Reconfigurable antennas by RF switches technology
Wu Substrate integrated waveguide antenna applications
Javanbakht et al. Reconfigurable SIW-based leaky-wave antenna composed of longitudinal cells
Otter et al. Photoconductive photonic crystal switch
US20220199849A1 (en) Optical control switch and electronic device comprising same
US11233507B2 (en) High frequency switch for high frequency signal transmitting/receiving devices
Prikhodko et al. Unit cell model of a terahertz intelligent reflecting surface with Schottky microcontacts
CN117374605B (en) Intelligent omnidirectional super-surface integrating full-space amplification and filtering
US20240122083A1 (en) Switch based on a phase change material
Abdellatif High performance integrated beam-steering techniques for millimeter-wave systems