[发明专利]一种基于CMOS工艺的可调谐超材料器件

说明书

本发明实施例提供一种基于CMOS工艺的可调谐超材料器件，该器件包括：CMOS兼容电路系统和多个金属层，相邻金属层之间设置有介质层；至少有一个金属层为超材料结构层；超材料结构层与至少一个CMOS器件集成，CMOS器件用于调整超材料结构层的电磁响应特性；CMOS兼容电路系统用于将不同控制电压传送至CMOS器件，以动态调谐可调谐超材料器件。通过将超材料与CMOS器件进行集成，并通过CMOS兼容电路系统控制CMOS器件的偏置电压，加工制造工艺为标准CMOS工艺，工艺简单，稳定性高，易于实现规模化生产，能够大大降低生产成本；且该器件具有设计流程标准，不依赖工艺、材料等特点，并可利用不同CMOS工艺节点实现较宽的可调谐超材料响应频段。

技术领域

本发明涉及超材料技术领域，尤其涉及一种基于CMOS工艺的可调谐超材料器件。

背景技术

超材料，又称人工特异性材料，是按照一定规律进行排列分布的人工电磁媒质。这种人工加工制造的复合材料凭借其材料的本征性质、单元排列方式及其亚波长结构，能够实现天然材料无法实现的电磁特性。其相关研究覆盖了从微波到可见光波段，在实现太赫兹波的控制与研发相关太赫兹功能器件领域中尤为重要。

现有技术中，基于半导体材料的可调超导体的工作原理主要是：通过光、电、温度等外加激励，改变超材料结构底部半导体材料的载流子的注入与耗尽，从而实现对电磁波的幅度、共振频率、相位等进行实时调谐，其中半导体材料可以是肖特基二极管或高电子迁移率晶体管等。

由上述方法获取的可调超导体器件，具有以下不足：

(1)前数字可调超材料器件基本都是应用分立器件结合超材料对超材料单元器件进行调谐，无法实现标准CMOS工艺兼容，降低了集成器件的成品率，工艺研发成本较高，受到工艺尺寸影响，频率适应范围较小；

(2)目前模拟可调超材料基本通过调谐三五族半导体载流子浓度实现，标准CMOS工艺兼容性差；

(3)目前可调谐超材料基本采用单层超材料金属层，无法实现多层金属层3D超材料的设计实现，限制了超材料的设计应用适应性。

发明内容

本发明实施例提供一种基于CMOS工艺的可调谐超材料器件，用以解决或部分解决现有技术中超材料器件存在的不足。

本发明实施例提供一种基于CMOS工艺的可调谐超材料器件，包括：CMOS兼容电路系统和多个金属层，相邻金属层之间设置有介质层；至少有一个所述金属层为超材料结构层；所述超材料结构层与至少一个CMOS器件集成，所述CMOS器件用于调整所述超材料结构层的电磁响应特性；CMOS兼容电路系统用于将不同控制电压传送至CMOS器件，以对所述可调谐超材料器件进行可控动态调谐。

进一步地，CMOS兼容电路系统包括：至少一个偏置电路单元，该偏置电路单元用于控制CMOS器件的导通或截止。

进一步地，CMOS兼容电路系统还包括：信号处理单元、接收单元和输出单元，该接收单元用于接收控制信号指令，并将控制信号指令输入至信号处理单元；信号处理单元用于根据控制信号指令，输出偏置控制电压，并通过输出单元输出至偏置电路单元。

进一步地，若偏置电路单元为多个，信号处理单元还用于：根据获取的控制信号指令，选取出待处理偏置电路单元，并将偏置控制电压，通过输出单元输出至待处理偏置电路单元。

进一步地，超材料结构层的形状可以是：线形结构、十字形结构、渔网形结构、矩形环结构、开口谐振环结构中的一种或多种的组合。

进一步地，上述偏置电路单元还用于调整CMOS器件的栅极电压，以调整CMOS器件的源极和漏极的导通电阻阈值。

进一步地，可调谐超材料器件是基于3nm、7nm、14nm、28nm、65nm、90nm或180nmCMOS工艺制成。