[發明專利]一種具有輻射限制框結構的太赫茲天線芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 201810130080.0
• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN108461481B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 林琦;林中晞;徐玉蘭;陳景源;蘇輝;朱振國;薛正群;丘文夫
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所;中國科學院大學
• 主分類號: H01L23/58
• 分類號: H01L23/58;H01L21/50;H01Q1/22
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 張祖萍

1.一種具有輻射限制框結構的太赫茲頻率天線芯片，其特征在于，所述太赫茲頻率天線芯片包括：襯底、太赫茲輻射材料層、天線結構、絕緣增透層和輻射限制框結構；

其中，太赫茲輻射材料層位于襯底的上表面，襯底和太赫茲輻射材料層夾合而成的結構構成芯片基底；

輻射限制框結構以露出襯底的部分下表面和太赫茲輻射材料層的部分上表面的方式包圍芯片基底，輻射限制框結構在襯底的下表面露出的部分形成背面透過區，輻射限制框結構在太赫茲輻射材料層的上表面露出的部分形成正面透過區，背面透過區形成輻射透過區；

天線結構位于正面透過區內的太赫茲輻射材料層的上表面，天線結構與輻射限制框結構之間留有空隙；天線結構由多塊金屬電極組成；

絕緣增透層位于正面透過區內的太赫茲輻射材料層的上表面，并以露出天線結構的方式包圍天線結構，輻射限制框結構與天線結構相互電絕緣；

絕緣增透層與輻射限制框結構之間留有空隙；

所述太赫茲頻率天線芯片還包括絕緣保護層，絕緣保護層位于絕緣增透層和在太赫茲輻射材料層的上表面的輻射限制框結構的上方，并填充絕緣增透層與輻射限制框結構之間的空隙，絕緣增透層未被絕緣保護層覆蓋的區域形成光學透過區。

2.根據權利要求1所述的具有輻射限制框結構的太赫茲頻率天線芯片，其特征在于，絕緣增透層沿垂直于太赫茲輻射材料層的上表面的方向的厚度小于天線結構的厚度。

3.根據權利要求1所述的具有輻射限制框結構的太赫茲頻率天線芯片，其特征在于，背面透過區和正面透過區的形狀是圓形或者方形，兩者的形狀相同或者不同；背面透過區和正面透過區的大小相同或者不同。

4.根據權利要求1所述的具有輻射限制框結構的太赫茲頻率天線芯片，其特征在于，天線結構具有偶極的分布結構。

5.根據權利要求1所述的具有輻射限制框結構的太赫茲頻率天線芯片，其特征在于，天線結構具有蝶形、螺旋或多極的分布結構。

6.根據權利要求1所述的具有輻射限制框結構的太赫茲頻率天線芯片，其特征在于，襯底和太赫茲輻射材料層之間設置有緩沖層，襯底、緩沖層和太赫茲輻射材料層構成芯片基底。

7.根據權利要求1至6中任一項所述的具有輻射限制框結構的太赫茲頻率天線芯片，其特征在于，太赫茲輻射材料層上形成一個光照區，該光照區位于天線結構的中心間隙區。

8.根據權利要求7所述的具有輻射限制框結構的太赫茲頻率天線芯片，其特征在于，背面透過區和正面透過區在垂直于襯底上表面的方向上有重疊區域，背面透過區和光照區在垂直于襯底上表面的方向上有重疊區域。

9.一種如權利要求1至8中任一項所述的具有輻射限制框結構的太赫茲頻率天線芯片的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

在襯底上生長具有大暗電阻、高載流子遷移率、載流子壽命低于亞皮秒量級的太赫茲輻射材料，形成太赫茲輻射材料層；

光刻顯影后，用電子束蒸發工藝在太赫茲輻射材料層表面淀積一定厚度的金屬，并在金屬剝離后形成天線結構；

天線結構經退火處理與太赫茲輻射材料層形成歐姆接觸；

在太赫茲輻射材料層和天線結構的表面生長具有增透和絕緣保護作用的絕緣層；

進一步光刻、顯影、刻蝕、去殘膠后，在太赫茲輻射材料層上圍繞天線結構形成具有增透和絕緣保護作用的絕緣增透層；

正面光刻顯影后用電子束蒸發工藝淀積金屬，在金屬剝離后，在太赫茲輻射材料層上形成正面透過區；

去除光刻膠并減薄；

在襯底背面光刻顯影后，用電子束蒸發工藝淀積金屬，在金屬剝離后，在襯底上形成背面透過區，背面透過區形成輻射透過區；背面透過區和正面透過區有區域在垂直方向是重疊的；

芯片解個后，在芯片側面外圍表面用電子束蒸發工藝淀積金屬，除天線結構之外，正面、背面和側面所沉積的金屬相互連接，形成輻射限制框結構。

10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，在形成正面透過區后，在正面透過區一側光刻顯影，制備絕緣保護層；正面透過區未被絕緣保護層覆蓋的部分形成光學透過區。