[發(fā)明專利]帶人工磁導體結構的高增益太赫茲天線

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510733273.1
• 申請日: 2015-10-30
• 公開（公告）號: CN105305034B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設計）人: 紀小麗;廖軼明;鄭挺;閆鋒
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q19/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

帶人工磁導體結構的太赫茲天線，利用CMOS工藝后端的多層金屬工藝制造人工磁導體結構；天線具有六層金屬，從最底到最上層分別為M1～M6層；使用M6制作天線，并通過通孔連接到由MOSEFTs器件構成的太赫茲傳感器上；使用M1和M2制作人工磁導體底板來代替原有的光滑底板；底板M1為金屬平板，M2金屬層制備成周期性金屬結構，M2層為正方形周期性金屬塊結構，正方形金屬塊邊長L為5?8μm，正方形金屬塊周期間隔約為43?45μm，正方形金屬塊中心通過中心柱與底板相連，中心柱的尺寸是正方形金屬塊邊長的1/10?1/5；M2金屬層制備成周期性金屬結構和M1平板之間組成一個等效的LC振蕩電路。

技術領域

本發(fā)明涉及太赫茲電學天線領域，也包含了人工磁導體結構的太赫茲天線。相關內容。同時涉及了如何在現有的集成電路工藝的基礎上，利用接地板上的微結構提高太赫茲電學天線的方向性增益。

背景技術

太赫茲探測器是太赫茲技術的重點研究方向。利用集成電路制造技術，開發(fā)低成本的微小太赫茲探測器件是未來實現太赫茲技術實用化的重要途徑。使用集成電路工藝制作的CMOS太赫茲探測器包括CMOS傳感器，太赫茲天線兩個主要模塊和一個接收放大電路輔助模塊。目前報道的基于集成電路工藝的太赫茲電波天線主要利用集成電路工藝中后端材料Al，Cu等金屬材料制備，形狀包括蝴蝶結型，領結狀和偶極子型等[1]。圖1為標準集成電路工藝制備的的領結型太赫茲天線示意圖，其中(a)為頂視圖，(b)為側視圖。該結構是在半導體硅襯底105上利用底層(第一層)Al金屬作為天線底板(ground plane)102，頂層金屬作為領結狀天線101，金屬層之間填充二氧化硅絕緣材料104，天線101經過通孔與MOSFETs組成的CMOS傳感器103連接。

合理的天線結構和幾何參數設計可以獲得高增益，低噪聲的太赫茲天線，但在標準集成電路工藝制備的太赫茲天線中，太赫茲波在平滑的底板金屬表面形成表面波，太赫茲波的能量有一部分通過這種表面波形式在底板邊緣處輻射至空間中并流失，使得天線的輻射效率大大降低；另一方面，由于后端工藝中底層金屬與頂層金屬之間的間距小于1/4太赫茲波長，底板中存在較大的鏡像電流，進一步降低了天線的傳輸效率[2]。因此，采用傳統(tǒng)結構獲得高增益太赫茲天線十分困難。在不增加加工成本的基礎上，尋找新的天線結構和集成方法獲得高增益的太赫茲天線，進而改善太赫茲探測器的性能是目前該領域面臨的最大技術問題。

參考文獻：

[1]Richard Al Hadi,Hani Sherry,Janusz Grzyb,Yan Zhao,Wolfgang Hans M.Keller,Andreia Cathelin,Andreas Kaiser and Ullrich R.Pfeiffer,“A 1 k-Pixel Video Camera for 0.7–1.1 Terahertz Imaging Applications in 65-nm CMOS”,

IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,vol.47,no.12,pp.2999-3012,December.2012

[2]Dan Sievenpiper,Member,IEEE,Lijun Zhang,Romulo F.Jimenez Broas,Nicholas G.Alex′opolous,Fellow,IEEE,and Eli Yablonovitch,Fellow,IEEE，“High-Impedance Electromagnetic Surfaces with a Forbidden Frequency Band”,IEEETRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES,vol.47,no.11,pp.2059-2074,November.1999

發(fā)明內容