[發明專利]一種基于MEMS工藝THz波段EMXT腔體濾波器

無效

• 申請號: 201210580434.4
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103107394A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 劉埇;司黎明;周凱;鄭超;盧宏達;朱思衡
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01P1/208
• 分類號: H01P1/208
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于MEMS工藝THz波段EMXT腔體濾波器，適用于太赫茲波段，屬于太赫茲技術領域。

背景技術

近年來，太赫茲技術發展越來越快，應用也越來越廣。太赫茲波在頻段上介于微波與紅外之間，屬于電子學與光子學的交叉區域。太赫茲波具有瞬態性、相干性、帶寬寬、光子能量低、對非金屬非極性材料穿透性強等獨特性質，因此，在成像、檢測、通信、射電天文等方面具有廣泛應用前景。但是太赫茲波領域目前仍缺乏如濾波器、放大器等低成本的高性能器件。其中，濾波器是雷達、通信和成像系統中的關鍵器件，傳統濾波器在太赫茲頻段的設計與實現是一項重大的挑戰。在太赫茲技術中，光子晶體可以用來設計各種功能器件，光子晶體是指具有光子帶隙特性(Photonic?BandGap，簡稱PBG)的人造周期性結構的材料，具有光學禁帶和通帶。

然而在太赫茲波段，電磁波波長很短，無源器件絕對尺寸小，受限于材料特性和制備工藝，采用常規加工工藝已無法完全滿足復雜結構或精細結構的設計。

發明內容

本發明針對上述缺陷，解決了太赫茲波段濾波器，尤其是波導或腔體濾波器的插入損耗大以及加工制作困難的問題，提供一種相對現有技術可以實現的結構緊湊、可批量生產、易于集成、成本低、體積小、基于MEMS工藝THz波段Electromagnetic?Crystals(簡稱EMXT)腔體濾波器。

本發明是通過以下技術方案實現的。

本發明的基于MEMS工藝THz波段EMXT腔體濾波器，包括上層硅圓片、下層硅圓片和主體部分；上層硅圓片有定位槽和盲文標示；主體部分包括PBG結構和波導腔，PBG結構由硅柱組成，硅柱之間填充有空氣；PBG結構位于波導腔的腔體內；所述的硅柱的表面濺射有金層，金層的厚度為200nm；

在PBG結構中引入了線缺陷和點缺陷，線缺陷形成PBG波導，位于波導腔的腔體內左右兩側，多個點缺陷形成中間三個諧振腔結構；

濾波器可外接WR1.9(483μm×241μm)或WR2.2(560μm×280μm)標準金屬波導。濾波器中諧振腔結構的大小通過缺陷結構的設計和硅柱尺寸的改變來控制，調節諧振腔結構的參數可以控制濾波器的中心頻率；濾波器中晶格常數a=120μm，硅柱直徑d=48μm，兩側PBG波導端口的寬度w=483μm，PBG波導9、10端口的高度為241μm；中間諧振腔結構的半徑為R=357μm，腔體的徑向間距a1＝120μm；

濾波器采用上層硅圓片和下層硅圓片為材料進行加工；上層硅圓片和下層硅圓片的基片厚度為400μm。

有益效果

本發明中的濾波器采用體硅MEMS工藝中的電感耦合等離子體(ICP)刻蝕技術、表面加工工藝中的金濺射工藝和金-金熱壓鍵合技術相結合的工藝路線，采用的硅晶圓的基片厚度為400μm，綜合考慮金的趨膚深度、降低成本和提高加工精度，為了保證THz波高效傳輸，金表面厚度選在200nm左右。

MEMS技術加工高精度高，可批量生產，加工的器件體積小便于集成，且硅的機械電氣性能優良。本發明中的THz波段EMXT腔體濾波器由硅襯底材料通過體硅MEMS工藝中的電感耦合等離子體(ICP)刻蝕技術、表面加工工藝中的金濺射工藝和金-金熱壓鍵合技術相結合的工藝路線加工得到，采用的硅圓片的基片厚度為400μm。

本發明中的EMXT腔體濾波器是太赫茲波段基于光子晶體結構的帶通濾波器，工作的頻帶范圍在0.45THz-0.55THz內。該濾波器具備的功能是使規定頻帶的太赫茲波通過，使帶外的太赫茲波截止。光子晶體是指具有光子帶隙特性(Photonic?Band?Gap，簡稱PBG)的人造周期性結構的材料，具有光學禁帶和通帶，可以用來設計各種功能器件。0.5THz?EMXT腔體濾波器由PBG波導和3個諧振腔體組成，即引入線缺陷和點缺陷。PBG結構采用的是濺射金層的硅柱，中間填充的部分為空氣。濾波器可外接WR1.9(483μm×241μm)或WR2.2(560μm×280μm)標準金屬波導，以便在測試時與矢量網絡分析儀的頻率擴展模塊連接。太赫茲波能量由標準波導以TE₁₀模的形式饋入通過諧振腔體并傳導到另一端口的波導。