[发明专利]用于辐射或接收电磁波的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于辐射或接收电磁波的装置，尤其涉及一种用于辐射或接收其频率在太赫兹范围(即，30GHz到30THz的范围，下文被称为“THz范围”)中的电磁波的装置，

背景技术

通常，用于辐射或接收电磁波的装置包括通过金属结构形成的辐射元件以及用于信号处理的电子电路。辐射元件的大小通常与要被接收的或者要被辐射的电磁波的波长相同。当电磁波的频率达到THz范围时，辐射元件的大小在亚毫米范围中，从而辐射元件可直接集成到其上已经集成有电子电路的基板上。VLSI制造技术可被用于制造辐射元件和电子电路两者。

用于接收电磁波的装置的辐射元件的电阻需要匹配信号处理电路的电阻，以便获得高灵敏度。这里，随着有效频率能力提高，信号处理电路需要精细图案化，导致信号处理电路的电阻增大。作为结果，辐射元件的电阻需要高以便该装置以高灵敏度接收高频电磁波

这里，信号处理电路通常使用VLSI技术被制造，从而信号处理电路被集成到半导体基板上。在此情况中，简单的用于制造天线的辐射元件的方法是通过使用相同的VLSI技术在半导体基板上制造金属图案(金属部)。但是，半导体的相对介电常数通常大。例如，硅的相对介电常数是12.1。高的相对介电常数意味着在此介质中比在具有较低相对介电常数的材料中更容易生成电场。作为结果，其中辐射元件被放置在具有高的相对介电常数的半导体上的天线的辐射电阻低于相同元件被置于具有较低相对介电常数的介质之中或之上的天线的辐射电阻。因此，一些发明已经被报告以增大集成电线的辐射效率。

Rebiez，et al.的美国专利No.4888597(PTL 1)报告了一种用于发射或接收毫米或亚毫米电磁波的集成天线。如图12所示，集成天线是通过将两个基板(35和40)相组合以形成具有棱锥形状的喇叭(horn)结构的阵列。隔膜45作为这两个基板之间的连接部在每个喇叭内扩展。此隔膜电气透明。隔膜上存在用作天线(辐射元件)54的金属图案。处理电路被安装在基板之间。此装置的目的在于通过借助于喇叭的棱锥形状来聚集电磁能量，加强通过天线生成的电磁图案。

集成天线的第二目的是减小天线之间的电磁耦合。但是，尽管此发明改进了天线的电磁波图案并且减小了电磁耦合，但是此发明没有特别地改进天线的辐射阻抗。例如，PTL 1没有论述天线(辐射元件)与处理电路15之间的电连接。根据PTL 1，天线被置于隔膜的中心，并且处理电路被置于这两个基板之间。结果，天线和处理电路彼此远离。在被置于基板之间的处理电路与辐射元件存在连接部。此连接部特别地在基板内部辐射电磁波，从而辐射元件的辐射阻抗偏离其理想值。

此发明的制造过程复杂。集成天线使用必须组装的两个基板。这可能需要复杂的技术，诸如晶片结合以及晶片对齐。此外，当前微制造加工技术难以准确地执行制造喇叭所需要的大深度的蚀刻。最后，最终的集成天线的形状是不均匀的(不平坦)。因此，难以集成诸如微透镜阵列的其它元件。

美国专利No.6061026(PTL 2)报告了单片式微波/毫米波天线装置。该装置包括基板、连同该基板一起被设置的电子电路、基板中的开口、位于该开口上方的带状线天线、连同该基板一起被设置的并且与该开口对齐的喇叭、以及在带状线天线上方的盖。在该装置中，对于喇叭可实现的形状度。但是，如果该装置的大小被减小为THz范围所需要的大小，则预计装置的制造将困难。例如，基板中的开口的深度大于被考虑的波长。实际上，在1THz的波长为300μm，但是4英寸晶片的标准厚度为525μm，并且在制造过程中较薄的厚度难以处理。此外，THz范围中的带状线天线的大小小于对于微波的大小，因此预计带状线天线和开口之间的对齐将困难。开口可能需要在沉积了带状线天线之后被蚀刻，并且此蚀刻必须从背面执行。在此情况中，适当地对齐带状线天线与在表面上显现的开口的外部形状是非常困难的。

日本专利特开No.2006-064679(PTL 3)公开了一种用于接收或生成电磁波的装置。此装置的一个目的是通过将天线置于远离基板的支撑部上来增强天线性能。

引文列表

专利文献

PTL 1美国专利No.4888597

PTL 2美国专利No.6061026

PTL 3日本专利特开No.2006-064679

发明内容

技术问题