[发明专利]太赫兹天线片上集成器件的转移键合结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料与器件技术领域，进一步涉及一种太赫兹天线片上集成器件的转移键合结构，以及其制备方法，以及包含该转移键合结构的太赫兹天线片上集成器件。

背景技术

太赫兹(terahertz，THz)辐射是指频率在0.1～10THz(波长在30～3000μm)之间的电磁波，其位于毫米波与红外线之间的电磁辐射区域，在低频段与毫米波相交叠，而在高频段则与红外线相交叉。太赫兹波所处的特殊位置决定了其表现出了一系列不同于其它频段电磁波的特殊性质，使它在许多方面都具有重大的科学价值和广阔的应用前景，例如雷达成像、材料分析、环境监测以及大容量通讯等。太赫兹波的独特性质主要有以下几方面：瞬态性，易于对各种材料进行时间分辨的研究，且有效地抑制背景辐射噪音的干扰；宽带性，有利于在大范围内分析物质光谱性质；太赫兹波与极性分子有很强的相互作用，可用于环境监测以及气体分析，探测X射线、可见光以及红外线不可探测的材料内部缺陷和隐藏物；太赫兹波的光子能量较低，可进行无损安全检测；具有“指纹”特性，研究材料在太赫兹频段的光谱对于揭示物质的结构及性质具有非常重要的意义。鉴于以上太赫兹的特性，决定了它在物理、化学、信息科学、天文学和生物学等基础研究领域，以及在通信、安全和材料处理等技术领域都具有非常重要的科学价值和广阔的应用前景。

THz一个重要的应用是自由空间辐射的太赫兹时域光谱系统(Terahertz-Time-Domain-Spectroscopy，THz-TDS)，它是利用飞秒激光对光电导材料或电光材料进行激发，发射出的太赫兹脉冲被聚焦后，照射到样品上，太赫兹脉冲被样品调制，携带了样品信息的太赫兹脉冲再次聚焦到探测器上，通过控制探测光和泵浦光的时间延迟来完成对整个太赫兹 脉冲在时域上的相干测量。然后对绘制的太赫兹时域谱进行傅里叶变换，最后得到样品的频域信息。其在半导体、药品、生物分子、光谱学等的研究发挥着重要作用。但已有的自由空间THz-TDS系统存在着诸多缺陷，要求的被检测样品太大，频谱分辨率低，系统尺寸大，空气中水的吸收减弱THz波。而太赫兹天线片上集成可有效弥补已有的自由空间THz-TDS的不足。

太赫兹天线片上集成器件将太赫兹的产生与接收端集成到同一基片上，在泵浦区与探测区之间用金属波导连接，当一定波长的飞秒激光脉冲聚焦于泵浦区的低温GaAs光电导开关上时，激发出太赫兹脉冲，脉冲通过波导传输至探测区，从而完成对太赫兹脉冲的相干探测。样品置于波导传输线上方，通过待测样品与波导传输线的消逝场相互作用来完成频谱的测量。因其器件长度远远低于衍射极限，所以对样品量要求极少。由于泵浦与接收在同一芯片上，这样不仅不用对太赫兹光路进行准直而且还可以很大程度上缩小整体仪器的尺寸和重量，从而便于实现较小型的便携式设备。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于，提出一种太赫兹天线片上集成器件的转移键合结构及其制备工艺。

为实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种太赫兹天线片上集成器件的转移键合结构的制备方法，包括步骤：

(1)在一半绝缘衬底上依次制作缓冲层、阻挡层、n型GaAs层和GaAs低温层；

(2)将所述GaAs低温层与一聚合物衬底键合；

(3)剥离所述半绝缘衬底和缓冲层；

(4)剥离所述阻挡层。

根据本发明的一具体实施方案，所述半绝缘衬底和缓冲层的材料为GaAs。

根据本发明的一具体实施方案，所述阻挡层的材料为Al_0.9Ga_0.1As。

根据本发明的一具体实施方案，步骤(1)中各层采用分子束外延法制作。

根据本发明的一具体实施方案，所述GaAs低温层制作时温度为200-500℃。

根据本发明的一具体实施方案，步骤(2)中所述键合为热压键合。

根据本发明的一具体实施方案，步骤(3)具体为：首先使用含HNO₃腐蚀液对半绝缘衬底和缓冲层进行快速剥离，然后使用含NH₃的腐蚀液对半绝缘衬底和缓冲层继续剥离，最后采用含C₃H₈O₇的腐蚀液进行慢速剥离。

根据本发明的一具体实施方案，步骤(4)具体为：采用含HCl的溶液剥离所述阻挡层。

根据本发明的一方面，提供一种太赫兹天线片上集成器件的转移键合结构，包括：

聚合物衬底；

GaAs低温层，其键合在所述聚合物衬底上；