[发明专利]一种太赫兹级折叠波导行波管的电子束孔成形装置及方法

说明书

本发明公开了一种太赫兹级折叠波导行波管的电子束孔成形装置及方法，采用光刻蚀技术在固丝部上形成限位槽，通过阶段性的槽宽渐变实现成孔丝的限位及防摆动，保证电子束孔的位置精度以及高平行度；通过重力环将成孔丝绷直，且成孔丝无弹性形变，保证电子束孔的高直线度；在基板表面通过光刻胶形成高度限制台阶，辅以微电铸、光刻等半导体工艺最终形成电子束孔，保证电子束孔具有高的尺寸精度。

技术领域

本发明属于精密与超精密器件加工的技术领域，尤其涉及一种太赫兹级折叠波导行波管的电子束孔成形装置及方法。

背景技术

真空电子器件可以作为一种高功率的辐射源，在航天技术、雷达技术、电子对抗技术以及通讯技术中得到了广泛的应用，尤其在国防装备中，被誉为装备工程的“心脏”。因为目前制约通信系统工程化应用的主要瓶颈是大功率太赫兹功率源技术，基于固态功率合成方式的功率源技术目前主要还停留在数瓦级的输出功率水平。而后续远距离(84000km)、高速(单通道数Gbps～数十Gbps)的太赫兹星间通信系统，需要至少65W乃至100W的太赫兹功率源。因此，基于电真空器件的行波管放大技术逐渐成为解决太赫兹大功率源的研究重点。

行波管作为一种真空电子器件，是最重要的星地通讯电子元器件之一，折叠波导行波管做为一类重要的高频慢波互作用结构，可实现电磁场与电子的互作用，实现功率的放大，因而得到了广泛的重视。行波管让电子注穿过一个长慢波结构，慢波结构由折叠波导实现，电子注由中心的电子孔穿过，折叠波导尺寸及电子注孔径决定了行波管的性能，需精准控制。因此，行波管的精密制造成为太赫兹通信系统研制需要突破的关键技术，其结构形式、结构参数及加工精度直接影响系统性能的好坏。

随着真空器件进入太赫兹频段，折叠波导行波管慢波结构特别是电子束孔进入微米级领域，慢波结构的尺寸变得越来越小，使得折叠波导行波管难以采用传统的铣削、电火花等加工方式实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种太赫兹级折叠波导行波管的电子束孔成形装置及方法，可形成具有高直线度、高精度及平行度的微米级电子束孔。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种太赫兹级折叠波导行波管的电子束孔成形方法，包括：

抛光基板的表面；

在基板表面涂抹光刻胶并刻蚀形成成孔丝的支撑台及行波管图形；

截取预设长度的成孔丝，将成孔丝的两端系上重力环，并挂于一组位置相对的固丝部的限位槽中；

将基板置于位置调节部的顶面，调节位置调节部，使支撑台的顶面与成孔丝接触；

在支撑台与成孔丝的接触面上点光刻胶，光刻胶的厚度小于行波管的口径深度，且大于口径深度的二分之一；光刻胶固化后，断开基板周边的成孔丝；

移出基板，采用光刻胶刻蚀，使光刻胶包裹成孔丝，并刻蚀形成成孔丝结构及行波管结构；

电铸基板，填充刻蚀形成的刻蚀槽；

去除光刻胶并腐蚀成孔丝，形成电子束孔。

根据本发明一实施例，所述光刻胶为SU-8光刻胶。

根据本发明一实施例，采用激光熔断基板周边的成孔丝。

根据本发明一实施例，将基板置于位置调节部的顶面后，开启真空源，使基板真空吸附于位置调节部的顶面。

根据本发明一实施例，固丝部的限位槽采用表面机加工及激光刻蚀技术形成，且限位槽的宽度呈阶段性渐变。

根据本发明一实施例，所述成孔丝的直径范围为15微米～30微米，行波管的口径深度范围为160微米～300微米。

一种太赫兹级折叠波导行波管的电子束孔成形装置，包括：