[發明專利]一種利用聚焦離子束與MEMS工藝制備0.1THz的加脊喇叭天線方法

在審

• 申請號: 201510574493.4
• 申請日: 2015-09-11
• 公開（公告）號: CN105244624A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 吳文剛;毛逸飛;樊姣榮;諶灼杰
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01Q13/02
• 分類號: H01Q13/02;B81C1/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 賈曉玲

技術領域

本發明涉及一種應用聚焦離子束(FocusedIonBeam，FIB)以及MEMS工藝加工0.1THz的加脊喇叭天線的方法，適用于太赫茲短距離通信領域。

背景技術

太赫茲(THz)波通常是指頻率在0.1～10THz(波長介于微波與紅外波之間的0.03～3毫米范圍)的電磁波。目前，太赫茲成像和波譜技術將是太赫茲應用的主要方向。太赫茲成像系統一般采用的天線有平面螺旋天線、喇叭天線等，其特征尺寸在微米量級。因此，傳統的加工技術已經無法滿足加工這樣精細且復雜結構的要求。雖然現在已有太赫茲相關喇叭天線的加工研究，但是已研制出的喇叭天線正反面都有金屬，會對天線性能造成影響；且由于喇叭口角度固定，其天線特性單一，無法進行靈活調控。

FIB技術自其發明以來，一直來被廣泛應用在集成電路芯片制造和失效分析等領域。而近些年來，FIB技術又被應用在MEMS/NEMS加工和微零件制造等領域。FIB技術的傳統優勢在于納米尺度局域化的原位“定點加工”及實時觀測。

我們將FIB技術與MEMS工藝相結合，通過在喇叭天線內壁加工各類加脊結構，可以實現對太赫茲喇叭天線的特性調整和優化。

發明內容

本發明的目的是提供一種0.1THz加脊喇叭天線的制備方法。

本發明的喇叭天線的喇叭口方向角度固定，天線縱向厚度為400-550μm，天線內壁金屬層厚度在10-25μm；根據法蘭定位銷位置，在喇叭外一定位置腐蝕出正方形定位孔，便于與測試接口定位；喇叭材料為微米級厚度的銅，且正面喇叭口周圍沒有金屬干擾；喇叭口內壁可以定義各類加脊結構，以便于調整提高天線性能。

本發明所提供的加工喇叭天線的方法，包括如下步驟：

1)利用氫氧化鈉(KOH)各向異性腐蝕硅的特性，對硅襯底進行KOH穿通腐蝕，形成喇叭結構；

2)同時，在喇叭口外一定位置，通過KOH腐蝕，在硅襯底上制作出定位槽；

3)在硅襯底上下表面濺射鈦/銅種子層；

4)采用噴膠和光刻工藝，在具有喇叭狀深槽結構的襯底上表面定義出電鍍區域圖形；

5)采用電鍍銅工藝在硅襯底兩側電鍍銅，其中襯底上表面光刻膠覆蓋區域被保護；

6)通過金屬腐蝕去掉上表面的種子層；

7)通過FIB刻蝕技術，在制得的喇叭口內壁加工出各類加脊結構。

本發明具有如下優點：通過MEMS體硅工藝加工得到喇叭天線，具有微米級尺寸(喇叭天線縱向厚度為400-550μm，天線內壁金屬層厚度在10-25μm，背面波導接口尺寸為2.54mm×1.27mm)，突破了傳統工藝極限；該工藝特點為并行加工，將大大降低加工成本；通過噴膠和光刻工藝，將正面無需電鍍的區域保護住，有效避免了金屬對天線性能的干擾；通過波導定位槽的設計，有利于后續測試接口的連接；通過FIB刻蝕在喇叭內壁制作各類加脊結構，可以有效地調整天線性能，增加其適用性。

附圖說明

圖1為實施實例中1)-5)步形成喇叭天線的流程示意圖；

圖2為加工得到的喇叭天線三維示意圖；

圖3為在喇叭天線內壁上進行FIB刻蝕，形成加脊結構的過程；

圖4為加工得到的加脊喇叭天線三維示意圖；

圖5為加工得到的喇叭天線在光學顯微鏡下的實物圖；圖6為銅電鍍層在光學顯微鏡下的細節圖；

圖7為銅電鍍層在掃描電子顯微鏡(SEM)下的細節圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方法對本發明作進一步的詳細說明。

實施實例：銅0.1THz加脊喇叭天線。

具體步驟

1)準備并清洗所選用的硅襯底，硅選用N型(100)晶向，400μm雙拋硅片。

2)低壓化學氣相淀積(IPCVD)二氧化硅(SiO₂)和氮化硅(Si₃N₄)，在硅襯底雙面形成氫氧化鉀(KOH)腐蝕硅襯底的掩膜，見圖1a，其中二氧化硅厚度200nm，氮化硅厚度110nm。

3)正面光刻，然后反應離子刻蝕(RIE)Si₃N₄和SiO₂，形成掩模，KOH對硅襯底穿通腐蝕，見圖1b；用RIE去掉正反面SiO₂和Si₃N₄；用LPCVD雙面淀積一層50nm的SiO₂(見圖1c)，并在其上通過正反面兩步濺射，形成一層種子層(30nm鈦/100nm銅)，見圖1d-e。