本發(fā)明涉及混頻器領(lǐng)域，具體涉及一種異構(gòu)集成太赫茲混頻器及其工藝實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
太赫茲(THz)波是指頻率在0.3-3THz范圍內(nèi)的電磁波。THz波在電磁波頻譜中占有很特殊的位置，THz技術(shù)是國際科技界公認(rèn)的一個(gè)非常重要的交叉前沿領(lǐng)域。
由于太赫茲頻段較高，直接對太赫茲頻段進(jìn)行檢測技術(shù)手段較為有限，目前能夠直接對太赫茲波進(jìn)行檢測的多為強(qiáng)度直檢型，若要在檢測強(qiáng)度的同時(shí)，保存太赫茲波的相位信息，基于混頻器的接收檢測可以實(shí)現(xiàn)，而且目前國際上主流的太赫茲檢測技術(shù)也多是基于固態(tài)的太赫茲混頻器來實(shí)現(xiàn)的。目前常用的太赫茲混頻器有兩種形式，一種是混合集成電路，該類型的混頻器是基于分立的肖特基二極管和電路來實(shí)現(xiàn)太赫茲的混頻接收，廣泛應(yīng)用于太赫茲頻段的低端，一般不超過500GHz，另外一種是基于單片集成電路的形式來制作太赫茲高端頻段的混頻器，該類型的混頻電路采用的較多的是薄膜GaAs電路，一般電路的厚度為10微米量級甚至更薄，該類型的太赫茲混頻電路制作工藝較為復(fù)雜，并且由于GaAs介電常數(shù)較大，并且其在太赫茲頻段的吸收損耗較為嚴(yán)重，影響了混頻單片的性能，該類型的單片由于長寬比較大，容易斷裂。因此在太赫茲的高端頻率需要開發(fā)出一種新型的混頻電路形式，并且該類型的混頻電路在工藝實(shí)現(xiàn)上要切實(shí)可行。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題提供一種異構(gòu)集成太赫茲混頻器及其工藝實(shí)現(xiàn)方法，其工作帶寬以及中頻輸出帶寬寬、損耗低、不易斷裂且工藝簡單。
本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
異構(gòu)集成太赫茲混頻器，包括石英基板，所述石英基板內(nèi)設(shè)置有依次連接的薄膜二極管、本振低通濾波器和中頻濾波器，所述薄膜二極管為薄膜GaAs太赫茲反向并聯(lián)肖特基混頻二極管。本發(fā)明的方案結(jié)構(gòu)既區(qū)別于現(xiàn)有的混合集成電路，又區(qū)別于單片集成電路形式，結(jié)合了混合集成電路和單片集成電路的優(yōu)勢，采用了低介電常數(shù)和低損耗的石英作為電路。采用本方案的混頻器，其可覆蓋范圍可在300GHz到3THz。與混合集成電路相比，二極管采用薄膜二極管，且不需要人工裝配，采用光刻對位代替人工對位，提高了電裝精度。與單片集成電路相比，采用石英構(gòu)成外圍電路，介電系數(shù)低，較單片相比，長度較短，不易彎折。
作為優(yōu)選，所述薄膜二極管兩端通過金微帶線分別與本振低通濾波器和射頻/中頻地端相連。
作為優(yōu)選，還包括射頻輸入端、本振輸入端，所述薄膜二極管的一端通過金微帶線橫跨在射頻輸入端上，所述本振低通濾波器通過金微帶線橫跨在本振輸入端上且與中頻濾波器相連。
進(jìn)一步的，所述金微帶線的厚度為3微米。
作為優(yōu)選，所述薄膜二極管的正面朝上。
作為優(yōu)選，所述石英基板的厚度為30微米至50微米。
異構(gòu)集成太赫茲混頻器的工藝實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：
a、薄膜二極管加工工藝，包括正面工藝和背面工藝，所述背面工藝包括減薄步驟；
b、將薄膜二極管連接在石英基板上；
c、將本振低通濾波器和中頻濾波器印刷在石英基板上。
所述減薄步驟具體為：將薄膜二極管原片倒裝放置在藍(lán)寶石襯底上，兩者之間通過高溫蠟的形式實(shí)現(xiàn)粘合，通過機(jī)械減薄和化學(xué)減薄的方式，將薄膜二極管的外圍襯底全部去除，只留下薄膜二極管的外延生長部分。
所述步驟c具體為：將藍(lán)寶石襯底及高溫蠟去除，將本振低通濾波器和中頻濾波器通過光刻、金屬化等步驟將電路印刷在石英電路上。
所述步驟b通過晶圓鍵合技術(shù)將薄膜二極管連接轉(zhuǎn)移到石英基板上。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
1、本發(fā)明采用異構(gòu)集成，結(jié)合了混合集成電路和單片集成電路的優(yōu)勢，采用了低介電常數(shù)和低損耗的石英作為基板電路，其工作帶寬以及中頻輸出帶寬寬、損耗低、不易斷裂。
2、基于本發(fā)明結(jié)構(gòu)的制作工藝，其工藝方法簡單。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中標(biāo)記及對應(yīng)的零部件名稱：
1、石英基板，2、薄膜二極管，3、本振低通濾波器，4、中頻濾波器，5、射頻/中頻地端，6、射頻輸入端，7、本振輸入端。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。
實(shí)施例1
如圖1所示的一種異構(gòu)集成太赫茲混頻器，包括石英基板1，石英基板1內(nèi)設(shè)置有依次連接的薄膜二極管2、本振低通濾波器3和中頻濾波器4，薄膜二極管2作為混頻器件采用薄膜GaAs太赫茲反向并聯(lián)肖特基混頻二極管。中頻濾波器可采用SMA接頭輸出中頻信號。
二極管采用正面朝上，便于加工，即便于通過光刻定位實(shí)現(xiàn)與其他部件的電性連接。
所述薄膜二極管兩端通過金微帶線分別與本振低通濾波器和射頻/中頻地端5相連。
作為優(yōu)選，還包括射頻輸入端6、本振輸入端7，所述薄膜二極管的一端通過金微帶線橫跨在射頻輸入端上，所述本振低通濾波器通過金微帶線橫跨在本振輸入端上且與中頻濾波器相連。
進(jìn)一步的，所述金微帶線的厚度為3微米。
作為優(yōu)選，從加工難度和損耗方面綜合考慮，所述石英基板的厚度為30微米至50微米。
本實(shí)施例的本振低通濾波器3和中頻濾波器4等電路結(jié)構(gòu)均可采用現(xiàn)有的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
實(shí)施例2
本發(fā)明提出的異構(gòu)集成太赫茲混頻器其工藝難度比結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大的多。具體的，異構(gòu)集成太赫茲混頻器的工藝實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：
a、薄膜二極管加工工藝，包括正面工藝和背面工藝，所述背面工藝包括減薄步驟；
b、將薄膜二極管連接在石英基板上；
c、將本振低通濾波器和中頻濾波器印刷在石英基板上。
其中，混頻所用的薄膜二極管的正面工藝在國內(nèi)外都比較成熟。較難的為背面工藝，背面工藝涉及減薄工藝，具體的，減薄步驟為：將薄膜二極管原片倒裝放置在藍(lán)寶石襯底上，兩者之間通過高溫蠟的形式實(shí)現(xiàn)粘合，通過機(jī)械減薄和化學(xué)減薄的方式，將薄膜二極管的外圍襯底全部去除，只留下薄膜二極管的外延生長部分，這樣的好處是極大的降低了二極管的寄生參量，提高了二極管的工作性能。此時(shí)薄膜二極管還粘在藍(lán)寶石襯底上，下一步通過晶圓鍵合技術(shù)，將薄膜二極管和石英基板連接在一起。通過晶圓鍵合的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)薄膜二極管轉(zhuǎn)移到石英基板上，也就實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的異構(gòu)集成。下一步，將藍(lán)寶石襯底及高溫蠟去除，將本振低通濾波器和中頻濾波器通過光刻、金屬化等步驟將電路印刷在石英電路上。最終薄膜二極管的襯底由原來的GaAs變成了現(xiàn)在的低介電常數(shù)和損耗的石英。本發(fā)明提出設(shè)計(jì)和工藝解決方案，可以極大的提升混頻器的性能，降低混頻器的變頻損耗。
該異構(gòu)集成混頻器具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。采用本發(fā)明提出的異構(gòu)集成解決方案，減少了人工電裝過程中難度最大的二極管電裝，同時(shí)極大的提高了電裝精度，這在一定程度上改善了混頻器的性能。采用異構(gòu)集成的解決方案，二極管與電路的連接不再通過導(dǎo)電膠來連接，連接強(qiáng)度更好，可應(yīng)用于環(huán)境更加苛刻的復(fù)雜環(huán)境條件。
以上所述的具體實(shí)施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。