基于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)工藝,提出一種多層圓片堆疊的THz硅微波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及其制作方法。為了驗(yàn)證該結(jié)構(gòu)在制作THz無(wú)源器件中的優(yōu)勢(shì),基于6層圓片堆疊的硅微波導(dǎo)結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了一種中心頻率365 GHz、帶寬80 GHz的功率分配/合成結(jié)構(gòu),并對(duì)其進(jìn)行了仿真。研究了制作該結(jié)構(gòu)的工藝流程,攻克了工藝過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù),包括硅深槽刻蝕技術(shù)和多層熱壓鍵合技術(shù),并給出了工藝結(jié)果。最終實(shí)現(xiàn)了多層圓片堆疊功率分配/合成結(jié)構(gòu)的工藝制作和測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,盡管樣品的插入損耗較仿真值增加3 dB左右,考慮到加工誤差和夾具損耗等情況,樣品主要技術(shù)指標(biāo)與設(shè)計(jì)值較為一致。

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圖1 多層圓片級(jí)堆疊硅微波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖

多層圓片級(jí)堆疊硅微波導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，每一層具有金屬化腔體結(jié)構(gòu)的硅片是一層“基板”，下層硅片上表面的金屬化腔體結(jié)構(gòu)與上層硅片下表面金屬層共同構(gòu)成了閉合的矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)多層波導(dǎo)之間的信號(hào)傳輸，在硅片中制作了用于層間耦合的耦合窗。最終的多層圓片級(jí)堆疊硅微波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是根據(jù)設(shè)....

圖2 365 GHz功率分配/合成結(jié)構(gòu)示意圖

為了驗(yàn)證多層圓片級(jí)堆疊硅微波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可行性，本文基于6層圓片堆疊的硅微波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種中心頻率365GHz、帶寬80GHz硅微波導(dǎo)功率分配/合成結(jié)構(gòu)，其中包含2個(gè)波導(dǎo)T型結(jié)和4個(gè)波導(dǎo)H面轉(zhuǎn)接，輸入、輸出采用WR2.2的標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)口。為了便于測(cè)試，在硅片中制作有定位銷釘結(jié)構(gòu)�？�....

圖3 365 GHz波導(dǎo)T型功分器結(jié)構(gòu)與仿真結(jié)果

波導(dǎo)T型結(jié)是功率分配/合成結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵器件，該T型結(jié)中，匹配結(jié)構(gòu)對(duì)其性能有極大影響。在THz頻段下，考慮到THz頻段波導(dǎo)口尺寸微小，為實(shí)現(xiàn)較好的回波損耗和較低的插入損耗，設(shè)計(jì)了匹配切角結(jié)構(gòu)。T型結(jié)中的功率分配隔片尺寸對(duì)匹配性能也有極大影響，如圖3(a）所示，功率分配隔片位于T型結(jié)....

圖4 365 GHz功率分配/合成結(jié)構(gòu)仿真模型與曲線

在三維電磁場(chǎng)仿真軟件HFSS中建立365GHz硅微波導(dǎo)功率分配/合成結(jié)構(gòu)仿真模型，如圖4(a）所示，其仿真結(jié)果如圖4(b）所示，由仿真結(jié)果可知，在中心頻率365GHz、帶寬80GHz的頻段內(nèi)，硅微波導(dǎo)功率分配/合成結(jié)構(gòu)的插入損耗優(yōu)于1dB，回波損耗除低端外均優(yōu)于10dB....

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