[发明专利]太赫兹频段对数周期形混频天线

说明书

技术领域

本领域涉及太赫兹波探测技术领域，特别是涉及太赫兹频段对数周期形混频天线、太赫兹频段对数周期形亚谐波混频天线以及太赫兹频段对数周期形亚谐波可偏置混频天线。

背景技术

太赫兹是最后一段被开发的电磁频谱。太赫兹辐射的独特性能使得太赫兹成像技术成为当今研究热点之一。太赫兹探测器是太赫兹成像的关键部件之一，其核心是太赫兹天线与混频器。为了实现探测器的小型化并易于形成大规模阵列，可以将天线与混频器集成起来，即混频天线；可以广泛应用于成像、射电天文、通信等领域。尤其是在焦平面成像领域，混频天线是一种低成本、小体积、易于形成阵列的方案，因此具有广泛的应用前景，是太赫兹波探测装置方面的一个有效选择。

传统的混合集成方式不利于实现太赫兹混频天线的高一致性和小体积。此外，为了实现宽频带的太赫兹信号检测，需要使用宽频带的天线，对于某些应用来说，还需要能够实现线极化信号的耦合。

由于太赫兹频段本振信号源仍是一个技术问题，因此希望利用比射频信号频率更低的本振源实现太赫兹信号的混频。

此外，传统的亚谐波混频中拓扑结构难以实现两个二极管的同时偏置，因而不利于提高变频效率。

发明内容

本发明是鉴于上述问题所提出的，其目的是提出一种太赫兹频段对数周期形混频天线，可以实现空间太赫兹信号的宽频带、线极化信号耦合和检测。

本发明的另一个目的是提出一种太赫兹频段对数周期形亚谐波混频天线，可以实现空间太赫兹信号的宽频带、线极化信号耦合和检测，并且降低对本振频率的需求。

本发明的另一个目的是提出一种太赫兹频段对数周期形亚谐波可偏置混频天线，可以实现空间太赫兹信号的宽频带、线极化信号耦合和检测，并且降低对本振频率和功率的需求。

根据本发明的第一方便，提供了一种太赫兹频段对数周期形混频天线，包括对数周期形天线和肖特基二极管，肖特基二极管包括肖特基接触电极、欧姆接触电极和电镀引线，肖特基二极管位于对数周期形天线的射频馈电端口位置；肖特基二极管的肖特基接触电极通过电镀引线与对数周期形天线的一极相连；肖特基二极管的欧姆接触电极与对数周期形天线的另一极相连；采用半导体工艺制作肖特基二极管和对数周期形天线，肖特基二极管和对数周期形天线以同一半绝缘砷化镓层为衬底。

在半绝缘砷化镓层上形成重掺杂n+型砷化镓层，在重掺杂n+型砷化镓层上形成轻掺杂n-型砷化镓层；所述的重掺杂n+型砷化镓层的掺杂浓度为10¹⁸量级；所述的轻掺杂n-型砷化镓层的掺杂浓度为10¹⁶～10¹⁷量级；所掺杂质为硅。

在轻掺杂n-GaAs层上形成二氧化硅层，在二氧化硅层开有小孔，肖特基接触电极位于小孔中，肖特基接触电极与轻掺杂n-型砷化镓层接触形成肖特基结；欧姆接触电极形成在重掺杂n+型砷化镓层上；电镀引线形成在二氧化硅层和肖特基接触电极上；太赫兹肖特基二极管还包括沟道，沟道形成在重掺杂n+GaAs层、轻掺杂n-GaAs层和二氧化硅层中，沟道中重掺杂n+GaAs层、轻掺杂n-GaAs层和二氧化硅层被除去；沟道的形状为反锥形，沟道的下表面与半绝缘GaAs材料接触，沟道的上表面与电镀引线接触，沟道的侧面从沟道的下表面相对于半绝缘GaAs材料成预定的角度延伸到上表面，沟道的上表面大于沟道的下表面；对数周期形天线的金属形成在半绝缘砷化镓层或重掺杂n+型砷化镓层上。

根据本发明的第二方面，提供了一种太赫兹频段对数周期形亚谐波混频天线，包括对数周期形天线、第一肖特基二极管、第二肖特基二极管；所述每一个肖特基二极管都包括肖特基接触电极、欧姆接触电极、电镀引线；所述第一肖特基二极管和第二肖特基二极管位于对数周期形天线的射频馈电端口位置；所述的第一肖特基二极管的肖特基接触电极通过电镀引线与所述的第二肖特基二极管的欧姆接触电极相连，并与对数周期形天线的一极相连；所述的第二肖特基二极管的肖特基接触电极通过电镀引线与所述的第一肖特基二极管的欧姆接触电极相连，并与所述天线的另一极相连；采用半导体工艺制作所述肖特基二极管和对数周期形天线，所述肖特基二极管和对数周期形天线以同一半绝缘砷化镓层为衬底。

在半绝缘砷化镓层上形成重掺杂n+型砷化镓层，在重掺杂n+型砷化镓层上形成轻掺杂n-型砷化镓层；所述的重掺杂n+型砷化镓层的掺杂浓度为10¹⁸量级；轻掺杂n-型砷化镓层的掺杂浓度为10¹⁶～10¹⁷量级；所掺杂质为硅。