[发明专利]一种太赫兹波阻抗易调谐空气共面波导结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种太赫兹波阻抗易调谐空气共面波导结构及其制备方法，该共面波导结构利用空气桥制作技术，实现了以空气介质层作为主要介质层的共面波导结构；同时在空气介质层和碳化硅基片层之间插入开关金属层，并在开关金属层上开有一定尺寸的沟槽Slot。本发明通过采用空气材料作为主要介质层，减小了太赫兹信号传输的损耗和色散，实现了一种高品质因数的共面波导结构，本发明通过采用高阻型碳化硅基片层，针对基于第三代半导体太赫兹器件和电路设计了一种新型传输线结构，通过加入开关金属层减小空气介质层厚度，降低了加工难度，另外调节金属开关层的开槽Slot尺寸，能够使阻抗更易调谐。

技术领域

本发明属于微电子领域，涉及太赫兹波段电路互连技术，具体涉及一种太赫兹波阻抗易调谐空气共面波导结构及其制备方法。

背景技术

太赫兹波具有重大的科学意义和潜在应用价值，太赫兹技术已经越来越受到各国政府和科学家的重视。由于太赫兹传输线是决定太赫兹电路性能的重要因素之一，因此研究具有低损耗，高Q值，高功率容量，易于集成的新型传输线结构成为研究太赫兹技术的重要一环。

在微波集成电路中传输线的通常类型是微带线和共面波导，然而当频率很高时共勉波导具有更低的色散和损耗，因此共勉波导对于高频段信号更具有优势。但是对太赫兹波段的信号，固态介质材料的极性分子吸收比较显著，这导致以固态材料作为介质材料层的传统共面波导会具有显著的色散和介质损耗。研究发现采用空气作为介质材料的共面波导会大大降低色散和损耗。为实现阻抗调谐，共面波导结构的空气介质层需要有足够的厚度。但是在现有加工技术中，若空气介质层过厚，其信号线金属层和正面接地金属层不易加工，实物易变形断裂，从而使结构不稳定，安装误差较大。然而若空气介质层过薄，则无法满足传输线的阻抗设计要求，造成性能下降。因此，在该技术领域存在着诸如上述的缺点和限制需要克服。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种太赫兹波阻抗易调谐空气共面波导结构及其制备方法，能够在降低传输线损耗和色散的同时，解决阻抗调谐以及结构稳定性方面的问题，同时满足太赫兹传输线的性能与阻抗设计要求。

为了实现上述目的，本发明太赫兹波阻抗易调谐空气共面波导结构采用的技术方案为：包括碳化硅基片层，所述的碳化硅基片层正面沉积开设有沟槽Slot的开关金属层，沟槽Slot 处的碳化硅基片层上通过信号线金属支撑柱设置信号线金属层，沟槽Slot两侧的开关金属层上分别通过正面接地金属层支撑柱设置有正面接地金属层；

所述的信号线金属层与正面接地金属层之间、信号线金属支撑柱与正面接地金属层支撑柱之间以及信号线金属支撑柱的底部与开关金属层之间形成空气介质层；所述的碳化硅基片层背面沉积有背面接地金属层，并且碳化硅基片层上开设有多个背面金属通孔，将开关金属层和背面接地金属层连通。

所述的碳化硅基片层采用高阻型碳化硅材料制成；所述的高阻型碳化硅材料为电阻率大于10⁵欧姆·厘米的碳化硅材料。

所述的开关金属层上的沟槽Slot宽度能够根据信号线金属层的宽度以及空气介质层的厚度进行调整，以获取不同大小的阻抗。

本发明太赫兹波阻抗易调谐空气共面波导结构制备方法采用的技术方案，包括以下步骤：

1)在碳化硅基片层上制作开关金属层；

首先在碳化硅基片层的上表面涂一层光刻胶，在烘箱中烘烤；光刻出开关金属层的图案区域，在显影液中浸泡，用惰气吹干；最后电镀制作出开关金属层；

2)在制得的开关金属层上制作牺牲层；