[发明专利]一种具有辐射限制框结构的太赫兹天线芯片及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有辐射限制框结构的太赫兹频率天线芯片及其制备方法，其中芯片包括：衬底、太赫兹辐射材料层、天线结构、绝缘增透层和辐射限制框结构；其中，辐射限制框结构以露出衬底的部分下表面和太赫兹辐射材料层的部分上表面的方式包围芯片基底，辐射限制框结构在衬底的下表面露出的部分形成背面透过区，辐射限制框结构在太赫兹辐射材料层的上表面露出的部分形成正面透过区，背面透过区形成辐射透过区；天线结构位于正面透过区内的太赫兹辐射材料层的上表面；绝缘增透层以露出天线结构的方式包围天线结构，辐射限制框结构与天线结构相互电绝缘。本发明提出的芯片及其制备方法可以紧凑、高效地实现太赫兹辐射的发射，并改善辐射的方向性。

技术领域

本发明属于太赫兹频率天线领域，具体涉及一种具有辐射限制框结构的太赫兹频率天线芯片及其制备方法。

背景技术

近年来，随着新材料和新技术的发展，特别是超快技术和半导体量子器件的发展，太赫兹(Terahertz,1THz＝10¹²Hz)技术得以迅速发展，在全世界范围内也涌现了太赫兹技术的研究热潮。在可以预见的未来，太赫兹技术将在很多领域发挥很重要的应用，例如，药物工业中的监控与光谱分析、医疗成像、材料的光谱分析及其传感探测技术、公共安全以及超高速的电子路线与通讯等领域。

现阶段太赫兹波发射源的发展是太赫兹技术中急需解决的关键技术之一。太赫兹波发射源主要基于三种技术路线：光学技术、电子学技术以及超快光电子学技术。光电导天线(Photoconductive Antenna,PCA)是目前广泛使用的太赫兹波发射源之一。目前，制作在基底上的天线在太赫兹频段时，基底的厚度通常与波长相等，有时甚至大于波长，导致产生表面波或基底模式。表面波或基底模式可导致光电导天线产生的太赫兹波的功率和效率较低、方向性差等问题。为了解决这一问题，在实际应用中，通常采用在光电导天线输出端加载硅透镜或者锥形喇叭结构这两种方法提高太赫兹波的功率，改善太赫兹波的方向性，但是这两种方法都不可避免地增加了天线的尺寸，增大了制作工艺的难度。

发明内容

为了解决上述光电导天线产生的太赫兹功率和效率较低、方向性差的问题，本发明提供了一种具有辐射限制框结构的太赫兹频率天线芯片及其制备方法，可以紧凑、高效地实现太赫兹辐射的发射，并改善辐射的方向性。

一种具有辐射限制框结构的太赫兹频率天线芯片，所述太赫兹频率天线芯片包括：衬底、太赫兹辐射材料层、天线结构、绝缘增透层和辐射限制框结构；

其中，太赫兹辐射材料层位于衬底的上表面，衬底和太赫兹辐射材料层夹合而成的结构构成芯片基底；

辐射限制框结构以露出衬底的部分下表面和太赫兹辐射材料层的部分上表面的方式包围芯片基底，辐射限制框结构在衬底的下表面露出的部分形成背面透过区，辐射限制框结构在太赫兹辐射材料层的上表面露出的部分形成正面透过区，背面透过区形成辐射透过区；

天线结构位于正面透过区内的太赫兹辐射材料层的上表面，天线结构与辐射限制框结构之间留有空隙；

绝缘增透层位于正面透过区内的太赫兹辐射材料层的上表面，并以露出天线结构的方式包围天线结构，辐射限制框结构与天线结构相互电绝缘；绝缘增透层的外侧区域形成光学透过区。

进一步地，绝缘增透层与辐射限制框结构之间留有空隙。

进一步地，所述太赫兹频率天线芯片还包括绝缘保护层，绝缘保护层位于绝缘增透层和在太赫兹辐射材料层的上表面的辐射限制框结构的上方，并填充绝缘增透层与辐射限制框结构之间的空隙，绝缘增透层未被绝缘保护层覆盖的区域形成所述光学透过区。

进一步地，背面透过区和正面透过区的形状是圆形或者方形，两者的形状相同或者不同；背面透过区和正面透过区的大小相同或者不同。

进一步地，天线结构由多块金属电极组成。

进一步地，天线结构具有偶极、蝶形、螺旋或多极的分布结构。