一种基于共面波导结合晶体管的太赫兹波快速调制器的制造方法
【技术领域】
[0001]该发明属于电磁功能器件技术领域，重点针对太赫兹波段的快速动态功能器件，用于太赫兹波调制器、太赫兹波开关、太赫兹移向器等。
【背景技术】
[0002]太赫兹波是指频率在0.l-10THz(lTHz = 1012Hz)范围内的电磁波，处于宏观电子学向微观光子学过渡区域，是电磁波谱中唯一尚处于开发的频段资源。它介于技术相对成熟的微波毫米波与红外可见光区域之间，具有独特的电磁特性；太赫兹波在物理、电子信息、化学、生命科学、材料科学、天文学、大气与环境监测、国家安全与反恐、通讯雷达等领域具有极重要的应用，是下一代信息产业的科学技术重要基础之一，对国民经济以及国防建设具有重大意义。
[0003]太赫兹无线通信作为太赫兹领域最重要的应用方向之一，目前受到了世界各国的重视。太赫兹通信系统与微波通信、光纤通信、光无线通信相比，具有独特优势。例如相比于微波通信，THz应用于此可提供更大的带宽、更高的传输速度，此外，天线的尺寸将会显著减小，适合于卫星间通信；THz可提供多路数据传输，其作用范围大于视距红外传输；相对于无线光通信，无线光通信的损耗来源于云、雨、尘埃等的散射和吸收，频率越高，散射越强，而相比于光波，THz的粒子散射要小得多，因此THz通信可用作光通信链路的备用系统，在浓烟，沙尘环境下依然保持近距离宽带通信。太赫兹无线通信技术一直受到西方大国的高度重视，例如卫星间星际通信、短程大气通信、短程地面无线局域网等。
[0004]而作为太赫兹通信系统中最为关键的核心技术之一，太赫兹波动态功能器件一太赫兹外部调制器如今成为太赫兹科学技术研究领域的重点。目前国际上均采用准光的方式对太赫兹外部调制器进行研究，但这种方式插损大、单元结构多、调制速率难以提高，因此目前为止，都未能实现对在空间中传播的太赫兹波的快速调制。
[0005]在现代信息和通信技术中，平面集成微波电路起到了巨大的作用。尤其在最近的25年里，随着像场效应管和异质场效应管等现代微波晶体管的发展，单片微波集成电路得以迅速发展。共面波导作为微波电路中的重要微带结构被看作槽线结构的变形，在槽结构中间加入信号线。槽内走的电磁波模式为准TEM模式，支持奇或偶的准TEM模，奇偶形式取决于两槽之间的电场是同向或反向。由于共面波导信号线与地处在同一平面上，无需在介质板上打孔，对于设计、加工器件和电路很方便，广泛应用于成电路(MICs)、单片毫米波集成电路(MMIC)、基于共面波导的滤波器、移相器、天线以及基于共面波导的MEMS将共面波导结合晶体管阵列用于太赫兹调制器首先可实现对太赫兹波的高通段以达到对太赫兹波的高效调制、其次该器件的插损小可减少太赫兹波功率损耗、器件中包含阵列单元数少，能有效控制电路时间常数以实现尚速调控太赫兹波。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是，提供一种通过外加电压信号实现对太赫兹波快速动态调控的调制器，可有效的对太赫兹波进彳丁尚效、快速幅度调制。
[0007]本发明解决所述技术问题采用的技术方案是:通过直波导腔体导入太赫兹波，然后通过探针结构将太赫兹波耦合到本器件的核心部分晶体管结合共面波导(CPW)的结构上，该结构是由三根金属线结合半导体衬底构成的悬置共面波导与共面波导相邻金属传输带之间加入的悬晶体管嵌套人工微结构阵列结构组成。通过控制晶体管阵列的通断改变太赫兹波在CPW中的传输特性，从而实现对太赫兹波的快速幅度调制，最终再通过探针-波导结构将调制后的THz传输出去。因为本发明一种基于共面波导结合晶体管的太赫兹波快速调制器，包括:输入直波导、共面波导、输出直波导；所述共面波导包括基板及位于基板上的馈线，馈线包括输入段、传播段、输出段；所述传播段包括:中央馈线、位于中央馈线两侧的谐振馈线；将馈线的输入段设置于输入直波导中，输出段设置于输出直波导中；其特征在于共面波导的中央馈线外接一电压输入线，谐振馈线与中央馈线之间设置至少1个晶体管，通过外接电压控制晶体管的通断。
[0008]进一步的，所述谐振馈线与中央馈线之间设置6个晶体管，其中3个位于中央馈线的同一侧，其余3个位于中央馈线的另一侧。
[0009]进一步的，所述晶体管为二极管或三极管或高电子迀移率晶体管。
[0010]进一步的，所述共面波导基板为半导体材料。
[0011]进一步的，所述共面波导基板为AsGa或AlGaN或SiC。
[0012]本发明的有益效果是，(1)、将晶体管置于共面波导中，并与谐振金属单元结构相结合调制特点频率太赫兹波，可有效控制太赫兹波的损耗，实现太赫兹波在尚速调制的同时插损低。(2)晶体管结合谐振单元的结构在共面波导中可只放置少数几个甚至是1个就可实现对太赫兹波的调制，因此其电路时间常数(RC常数)极小，调制速率可达到10GHz以上，调制速率大幅提升。(3)通过晶体管改变谐振单元特性从而改变共面波导对特定频率太赫兹波的传输特性，这可以大幅提升该调制器件的调制效率(调制深度)，可实现大于95%的调制深度。(4)、对于太赫兹波段的功能器件，立体结构的设计方案通过普通机械加工手段难以实现，而本发明中利用的是一种二维平面结构，可通过微细加工手段实现，工艺成熟、易于制作。(5)、本发明通过电控来进行工作而不需要外加光照、温度等激励，这对于该器件小型化、实用化与产量化具有很大的优势。(6)、通过改变调制单元的结构参数(长宽等)，可对不同大小的太赫兹波束进行控制，设计灵活、方便定制。(7)、本发明所设计的谐振结构与普通的开口环谐振器不同，电容片之间晶体管的通断即可实现太赫兹波传输参数的改变，最终实现宽频调制，这对太赫兹波段宽频带调制技术的发展具有很大帮助。(8)、本发明针对波导传播太赫兹电磁波，可工作于常温、常压、非真空条件下，易于封装、方便使用。
【附图说明】
[0013]图1为CPW调制器的整体结构俯瞰平面示意图。
[0014]图2为CPW调制器谐振单元结构俯瞰平面示意图。
[0015]图3为外加正方向电压(连