[发明专利]一种太赫兹波段硅基片载端射天线装置

说明书

本发明公开了一种太赫兹波段硅基片载端射天线装置，包括衬底，其中衬底的上端面设有SiO₂层,所述SiO₂层内设有第一金属层、金属块、第二金属层，所述第一金属层设在所述SiO₂层的内底面，所述第一金属层上设有金属块，所述金属块的上端面设有第二金属层，所述第一金属层与所述第二金属层平行，所述金属块的上端面设有馈电端，所述馈电端连接有巴伦，所述第二金属层连接有偶极子，所述巴伦、偶极子与所述衬底分别平行，且巴伦、偶极子在所述馈电端的同侧，所述馈电端、巴伦、偶极子均设在SiO₂层内。该装置减少了天线辐射能量被衬底的吸收，与主流CMOS工艺全面兼容，适用于各种电阻率的硅基片，不需要额外的阻抗匹配部件；且其结构简单、尺寸小、效率高、增益高。

技术领域

本发明属于电学技术领域，尤其涉及一种太赫兹硅基片载端射天线。

背景技术

天线，作为接收端的第一个元件和发射端的最后一个元件，都必须与电路相连接，因此为了保证最大功率传输，阻抗匹配是必不可少的环节。此外，由于天线是常规PCB上实现，金丝键合用于将它们连接到集成电路，可以极大地影响匹配，尤其是在太赫兹频段，用金丝键合以及其他连接方式的可靠性低。相比之下，片载天线可以与前级电路一次集成，解决上述问题。

然而，在现有的低成本硅基半导体工艺中，衬底一般具有较低的电阻率（通常10Ω.cm），天线向空间辐射的能量更多的通过衬底的低电阻路径，从而导致增益下降。同时，衬底通常还具有高介电常数（ε_r=11.9），导致天线的辐射功率被限制在衬底里边，而不是被辐射到自由空间，进一步降低了辐射效率。

而且，片载天线受限于辐射面积以及辐射效率，其增益往往处于一个非常低的水平（通常小于0dB），无法满足对天线增益要求高的场合。为了减小衬底对天线辐射的影响，通常可以采用将衬底厚度减小到1/4λ_g（λ_g为介质波长）以下的方法，但是当频率达到300GHz以上时，需要将衬底厚度减薄到40um以下，导致芯片强度下降，容易破损。

发明内容

本发明的目的是提供一种太赫兹波段硅基片载端射天线装置，该装置减少了天线辐射能量被衬底的吸收，与主流CMOS工艺全面兼容，适用于各种电阻率的硅基片，不需要额外的阻抗匹配部件；且其结构简单、尺寸小、效率高、增益高。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是：

一种太赫兹波段硅基片载端射天线装置，包括衬底，其中：所述衬底的上端面设有SiO₂层,所述SiO₂层内设有第一金属层、金属块、第二金属层，所述第一金属层设在所述SiO₂层的内底面，所述第一金属层上设有金属块，所述金属块的上端面设有第二金属层，所述第一金属层与所述第二金属层平行，所述金属块的上端面设有馈电端，所述馈电端连接有巴伦，所述第二金属层连接有偶极子，所述巴伦、偶极子与所述衬底分别平行，且所述巴伦、偶极子在所述馈电端的同侧，所述馈电端、巴伦、偶极子均设在SiO₂层内。

为了进一步增加天线效率，减小低阻衬底对天线辐射效率的影响，上述衬底下端面的一端设有反射面，另一端的内底面设有槽，所述槽内填充有金属形成反射器，所述反射器与所述巴伦在所述馈电端的同侧。

进一步地，上述衬底由两层或两层以上的金属层组成，所述最顶层金属的厚度为2-3um，最底层金属的厚度为0.4-0.6um，各层金属层之间设有介质。

进一步地，上述反射器的长度为0.3-0.5λ，所述反射器的上表面距离SiO₂层的距离小于0.25λ_g；且所述反射面为方形，其长边、宽边的尺寸均大于2λ，所述反射面与所述偶极子的距离为0.3-0.4λ_g。

进一步地，上述馈电端采用CPW形式馈电。