[发明专利]微机械太赫兹波导、太赫兹波导式谐振腔及制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于毫米波、亚毫米波和太赫兹(THz)波谱技术领域所用的金属波导的加 工工艺，具体涉及一种微机械太赫兹(THz)波导、太赫兹波导式谐振腔及制备方法。

背景技术

目前微波电子器件的工作频率正在向亚毫米波(W波段)、太赫兹频段(THz，频率 范围约300-3000GHz，波长0.1～1mm)扩展。其中THz频段上的电磁波有时也称为T射线。 与目前利用得较多的S到Ka波段相比，这些高频端的电磁波具有如下的特点：1)波长短， 分辨率高，可以获得对象清晰、丰富的细节信息，并可直接成像；2)可用频带宽，在高 速数据通讯方面可以和光波进行竞争，而且保密性很好；3)该频段电磁波的频率和光子 能量等与多种分子的旋转能级等物理/化学特征相对应，故可以用来提供多种分子和等离子 体的成分及微观结构信息。近年来在物理等基础研究领域对THz电磁波进行的探索性研究 表明：THz技术是揭示多种天文现象、核聚变等离子体现象、分子微观结构以及物质质谱 分析、地球勘探、生物医学成像、气象学、环境保护研究等方面的重要工具，另外，该技 术在工程应用上具有如下广阔的潜在应用前景：1)可精确识别目标特征和对其成像的新 型武器装备的感测模块，以及大容量移动通信模块；2)战场上以及人群高度密集的机场、 车站、球场和公共建筑等区域对化学和生物制品进行快速有效的预警和遥感探测的技术； 3)医疗成像(利用其辐射损伤小，而空间分辨率高)；4)粮食和菌种选种。由于半导体 等技术的限制，与微波频段和光频段相比，人们过去对太赫兹频段的研究相对较少，而且 主要集中在如何利用这一频段进行光谱分析、地球遥感和天体物质构成分析等基础性研究 上，器件和电路技术及其应用方面的研究几乎为空白。从目前的调研来看，相应的器件或 电路的研制尚处于起步阶段，相应的仪器极为稀缺，价格昂贵，而且一般必须在受控环境 (如有精确调温的实验室)中使用。

传统的金属波导一般是由左右或上下对称的分体结构组装而成的管道结构(在波长较 长的微波或毫米波波段工作的波导)，或者在整块金属上通过钻孔等方法形成的管道结构 (在波长较短的亚毫米波及以上波段)；其基体材料是刚度较高但电导率较低的铝或者钢， 在波导壁面上则通过电镀等方法涂覆一层高电导率的Au或者Ag，以降低信号损耗和泄漏， 同时降低波导的成本；基体材料也可以是具备高电导率和较高刚度的Cu材料，此时其内壁 无需涂覆高电导率的金属，但鉴于材料成本很高，所以波导的横向尺寸不能很大，一般不 超过10cm；其轴线形状可以根据信号互连需求来确定，考虑到加工难度，一般为圆形、半 圆形；金属波导的截面为矩形或者圆形、椭圆性及其改型，其中绝大多数为矩形截面。

在W到THz频段，电磁波的波长缩小到0.1毫米、微米量级，甚至接近光波波长，此时 Ka以下频段常用的微带线和共面波导等平面传输线结构必然出现损耗和色散大的问题，将 逐渐为填充空气或其他电介质的各种截面的金属波导所取代。传统的金属波导设计已经很 难满足要求。其原因主要在于：

1)THz频段的有源器件通常为利用IC(集成电路)工艺制作的平面化器件；传统金属 波导设计是采用精密机械切削方法加工而成的三维结构，与有源器件接口时，需要利用高 精度的夹具将有源器件放置于截面尺寸在不超过5mm的波导内部特定部位，然而再焊接相 应引线，故存在组装对准困难等问题，这影响了其接口的损耗特性，而且每次连接过程耗 时长，从目前的研究报道来看，这种组装很难保证随后电路的工作特性和成品率，使得加 工成本大大提升；

2)在THz频段，传输的电磁波波长大大缩短，相应的传输波导的尺寸必然大大缩小， 其加工精度要求很高，难度相应上升，在金属材料上利用线切割等精密机械加工方法加工 出对称分体结构然后再组装的方法很难满足尺寸精度要求，而且相应的加工和组装工艺在 刀具和夹具等方面要求很高，提高了波导的整体成本。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种内嵌于微系统或微电子封装基板中的微 机械太赫兹(THz)波导、太赫兹波导式谐振腔及制备方法。

本发明的技术方案是：