[发明专利]一种多路太赫兹脉冲波导工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲波导工艺方法，特别是一种多路太赫兹脉冲波导工艺方法。

背景技术

太赫兹波是指频率在0.1～10THz（1THz=10E+12Hz）范围内，波长为3000～30μm的电磁波，而太赫兹脉冲则指其频谱范围包含了太赫兹波的电磁脉冲。太赫兹波在电磁波谱中的位置很特殊，介于毫米波和红外光之间。太赫兹波有许多特殊优点，量子能量和黑体辐射温度低，其能量与大分子的振动和转动能级吻合，它能够穿透陶瓷、脂肪、塑料和墙壁等材料，且比X射线更加安全，太赫兹脉冲还具有带宽宽和频谱信噪比高等优点。但是长期以来，由于太赫兹波的产生和探测问题未能有效解决，使得这一频段的应用潜能未能发挥出来。近年来，伴随着太赫兹源和探测器的出现，人们对这一频段电磁波的研究非常活跃，连续的太赫兹波和太赫兹脉冲在雷达、成像技术、时域光谱、空间探测、无损探伤、安防反恐、工业生产监测、医学诊断、环境监测和无线通信等领域都有着广阔的前景。

以往太赫兹脉冲是通过光导开关或光导天线产生，并辐射到空间进行传输，其存在一些不足之处，例如产生的太赫兹脉冲脉宽比较宽，只能辐射到空间传输，损耗比较大，开关耐压和散热效果都不理想，而且不方便在“路”中传输和使用太赫兹脉冲等。近年来，低温生长的砷化镓材料由于其载流子寿命比半绝缘砷化镓等更短，可达亚皮秒量级，采用波长800nm附近的掺钛蓝宝石飞秒激光激励，能够产生脉宽皮秒甚至亚皮秒的太赫兹脉冲。利用低温生长的砷化镓材料制作的光导天线已经比较成熟，产生的太赫兹脉冲通过高阻硅透镜直接向自由空间辐射，在结合电光和光导延时取样测量的方法，广泛用于时域光谱、成像和无损探伤等领域。但太赫兹脉冲在“路”中传输是一个难点，研究太赫兹脉冲在共面传输线和共面波导等器件中的传输一直是研究热点。超宽带通信是未来通信的发展方向，在此类通信体制中，基带信号是调制到快脉冲信号上，随着通信带宽需求的发展，所需脉冲宽度已达皮秒量级，带宽数百吉赫兹，此类脉冲源的实现日益困难。另外，宽带取样示波器的带宽已达0.1THz，而且不断向着更高的带宽发展，校准此类仪器的上升时间和带宽也越来越困难。

发明内容

本发明目的在于提供一种多路太赫兹脉冲波导工艺方法，解决现有的太赫兹脉冲产生和传输分离，并且不能在路中传输并应用于校准宽带取样示波器上升时间的问题。

一种多路太赫兹脉冲波导工艺方法的具体步骤为：

第一步  选取衬底

选取500μm~1000μm厚度的半绝缘砷化镓SI-GaAs衬底。

第二步  生长吸收层

用分子束外延在半绝缘砷化镓衬底上生长一层低温生长的砷化镓吸收层。生长温度为150oC-300oC，在半绝缘砷化镓衬底上入射镓和砷的束流，生长速度控制在小于等于1μm/hour。在以上条件下生长的低温砷化镓载流子寿命在0.5ps-1.5ps之间，所生长的低温砷化镓吸收层的厚度范围为1μm-5μm。当吸收层生长完成后，在富砷1%～2%的环境下，退火温度在480oC-690oC之间，对低温砷化镓吸收层进行原位10分钟～20分钟的退火处理，使之结合更紧密。

第三步  选择金属电极

根据可选金属电极种类，如Ni/Ge/Au和Ti/Au，Ni/Ge/Au电极与衬底为欧姆接触，而Ti/Au电极与衬底则为势垒接触。选用Ni/Ge/Au材料作为电极，需要生长一层接触层，接触层的厚度为10nm-20nm，使金属电极与吸收层材料结合。选用势垒接触的Ti/Au作为电极，则无需生长接触层，直接在吸收层上制作Ti/Au电极。

第四步  制作共面波导信号电极

衬底材料制作完毕后，制作共面波导信号电极，信号电极宽度为30μm，产生信号的间隙宽度在5μm-20μm之间，共面波导结构特性阻抗为50Ω，误差小于等于2%。选用Ni/Ge/Au电极则使用蒸镀工艺，经过光刻、蒸镀、剥离流程后完成金属信号电极的加工。而Ti/Au电极则使用溅射工艺加工，经过溅射、光刻、刻蚀流程后完成金属信号电极的加工。金属信号电极厚度为100nm-500nm。

第五步  制作共面波导接地电极