[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

本發明涉及一種具有輻射限制框結構的太赫茲頻率天線芯片及其制備方法，其中芯片包括：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，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；絕緣增透層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。本發明提出的芯片及其制備方法可以緊湊、高效地實現太赫茲輻射的發射，并改善輻射的方向性。

技術領域

本發明屬于太赫茲頻率天線領域，具體涉及一種具有輻射限制框結構的太赫茲頻率天線芯片及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著新材料和新技術的發展，特別是超快技術和半導體量子器件的發展，太赫茲(Terahertz,1THz＝10¹²Hz)技術得以迅速發展，在全世界范圍內也涌現了太赫茲技術的研究熱潮。在可以預見的未來，太赫茲技術將在很多領域發揮很重要的應用，例如，藥物工業中的監控與光譜分析、醫療成像、材料的光譜分析及其傳感探測技術、公共安全以及超高速的電子路線與通訊等領域。

現階段太赫茲波發射源的發展是太赫茲技術中急需解決的關鍵技術之一。太赫茲波發射源主要基于三種技術路線：光學技術、電子學技術以及超快光電子學技術。光電導天線(Photoconductive?Antenna,PCA)是目前廣泛使用的太赫茲波發射源之一。目前，制作在基底上的天線在太赫茲頻段時，基底的厚度通常與波長相等，有時甚至大于波長，導致產生表面波或基底模式。表面波或基底模式可導致光電導天線產生的太赫茲波的功率和效率較低、方向性差等問題。為了解決這一問題，在實際應用中，通常采用在光電導天線輸出端加載硅透鏡或者錐形喇叭結構這兩種方法提高太赫茲波的功率，改善太赫茲波的方向性，但是這兩種方法都不可避免地增加了天線的尺寸，增大了制作工藝的難度。

發明內容

為了解決上述光電導天線產生的太赫茲功率和效率較低、方向性差的問題，本發明提供了一種具有輻射限制框結構的太赫茲頻率天線芯片及其制備方法，可以緊湊、高效地實現太赫茲輻射的發射，并改善輻射的方向性。

一種具有輻射限制框結構的太赫茲頻率天線芯片，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；

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；絕緣增透層的外側區域形成光學透過區。

進一步地，絕緣增透層與輻射限制框結構之間留有空隙。

進一步地，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所述光學透過區。

進一步地，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。

進一步地，天線結構由多塊金屬電極組成。

進一步地，天線結構具有偶極、蝶形、螺旋或多極的分布結構。