一种THz天线的简易制作方法与流程

本发明属于thz天线技术领域，具体涉及一种thz天线的简易制作方法。

背景技术：

传统的thz薄膜天线制作时需要经历光电导材料lt-gaas腐蚀，电极结构掩膜版设计，光刻，后期处理等步骤，其中lt-gaas腐蚀时溶液具有一定毒性，操作起来不安全，且成功率较低。光刻步骤中还分为镀金-旋涂光刻胶-前烘-曝光-显影-后烘-等离子刻蚀-酒精洗涤等，周期较长，制作较为复杂。且天线会存在发热问题，或激光功率较大时容易造成薄膜的击穿，成品重复使用率不高。例如，2008年在《appliedphysicsletters》期刊上发表的“terahertzvibrationalabsorptionspectroscopyusingmicrostrip-linewaveguides”论文(93卷，18期)，采用的是腐蚀掉alas牺牲层的方法得到350nm后的lt-gaas薄膜，并将其转移到新衬底上作为光电导天线。牺牲层腐蚀需要使用10％的氢氟酸溶液，有一定毒性，且方法较为复杂，周期长，薄膜易破碎或与基底键合不够紧密。已有的技术(崔利杰,曾一平,王保强,等.天线几何结构对lt-gaas(lt-gaas)光电导thz发射的影响[j].半导体技术,2008(s1):52-54.)在制作天线结构时候均需要设计掩膜版，紫外光刻，以及后续的剥离过程，才可以得到μm量级的天线间隙。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种thz天线的简易制作方法，制备过程安全、简单，制得的thz光电导天线重复使用率高。

一种thz天线的制作方法，包括如下步骤：

步骤1、清洗低温gaas外延片；

步骤2、将低温gaas外延片固定在蒸发基板上；

步骤3、而后将直径200μm的铜线沿外延片的宽度方向或者长度方向的中心线，固定在外延片上，铜线长度贯穿低温gaas外延片的长度或者宽度；

步骤4、将低温gaas外延片放入真空蒸镀机中，在固定铜线的表面上先蒸镀20nm厚的铬层，后蒸镀200nm厚的金层；

步骤5、取出低温gaas外延片，再取下其上铜线，蒸镀的金层形成两个电极，得到了thz天线。

进一步的，还包括如下步骤：

步骤6、在pcb板上焊接两个电极；将低温gaas外延片放置在pcb板上，让低温gaas外延片上的两个电极分别与pcb板上的两个电极搭接，再使用导电银胶将电极连接起来；

步骤7、最后在pcb板的两个电极的接头处焊接上导线，用于外接其它器件。

较佳的，所述低温gaas外延片的制备方法为：

基于半绝缘gaas层，在580℃下上生长出缓冲gaas层，然后在200℃下生长光电导材料层，即得到低温gaas层。

较佳的，所述步骤1中，用酒精清洗低温gaas外延片。

较佳的，所述步骤2中，使用蒸镀专用胶带将低温gaas外延片固定在蒸发基板上。

本发明具有如下有益效果：

本发明的一种thz天线的简易制作方法，将直径200μm的铜线固定在lt-gaas外延片中间位置，用蒸镀的方法在外延片上镀上金层，完成镀金后取下铜线，即可形成两个电极，再进行后续焊接工作即可；本发明合理使用了一根直径200μm的铜线来辅助蒸镀金属金的步骤，用简便的方法形成了小孔径的thz天线间隙，该方法直接采用低温砷化镓(lt-gaas)外延片，省去了传统thz天线制作时薄膜腐蚀的步骤，有效避免了腐蚀溶液有一定毒性和表层光电导材料与基底间键合不紧密等问题，所得信号强度高，且完整性好，样品可重复利用率高，发热量小，不易损坏，可长期使用，材料安全，不会对实验人员造成伤害；制作的天线可以得到完整的thz信号，并且可多次重复使用。

附图说明

图1为thz天线lt-gaas外延片基底示意图。

图2为利用直径200μm铜线形成电极间隙过程示意图。

图3为thz天线性能测试光路。

图4为thz天线辐射信号示意图；

图5为使用本发明天线得到thz时域信号图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

一种thz天线的制作方法，其基本实施过程如下：

1、先在酒精中清洗lt-gaas外延片；

2、然后使用蒸镀专用胶带将外延片固定在蒸发基板上；

3、而后将直径200μm的铜线沿外延片的宽度方向或者长度方向的中心线，固定在外延片上，铜线长度贯穿整个中心线，确保最后蒸镀的金层被分成两部分，不发生短路。

4、放入真空蒸镀机中蒸镀金属电极，先蒸镀20nm厚铬(用于固定金)，后蒸镀200nm厚金。

5、取出蒸镀基板后，用镊子小心取下外延片，然后取下铜线，电极间隙即可形成，蒸镀的金层形成两个电极，由此形成了thz天线。

6、由于thz天线尺寸较小，不方便焊接导线，本发明在pcb板上焊接两个电极，将外延片放置在pcb板上，让外延片上的两个电极分别与pcb板上搭接，再使用导电银胶将电极连接起来。

7、最后在pcb板接头处焊接上导线，用于外接电源或锁相放大器。

自此，就实现了thz天线的全部制作过程。

具体的制备过程如下：

首先是lt-gaas外延片的制备，基于半绝缘砷化镓(si-gaas)层，在580℃下上生长出缓冲层砷化镓(gaas)，然后在200℃下生长光电导材料层，为2μm厚的lt-gaas，如图1所示。使用此外延片做基底，继续进行镀金步骤，镀金时，使用一根直径200μm的铜线辅助天线电极的形成。整个流程如图2所示，由于真空蒸镀机是垂直蒸镀的，所以铜线位置处不会镀上金属，蒸镀金属为20nm的铬和200nm的金。将样品拿出后取下铜线，200μm的天线电极就可形成，然后使用导电银胶将外延片上蒸镀的电极与pcb板相连，再从pcb板上引出导线与电源或锁相放大器连接，用做thz产生或探测天线。图3是基于800nm激光的天线测试光路图，激光入射到天线间隙处后辐射出thz波，如图4所示，然后经离轴抛物面镜聚焦后被探测天线收集到。图5所示为探测到的thz时域信号，可以证明利用此种方法制作的thz天线可以得到强度高且稳定的信号，并且样品可多次使用，耐用性强。且天线制作方法简单，体积小，可批量制作或与其他结构相结合。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种thz天线的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、清洗低温gaas外延片；

步骤2、将低温gaas外延片固定在蒸发基板上；

步骤3、而后将直径200μm的铜线沿外延片的宽度方向或者长度方向的中心线，固定在外延片上，铜线长度贯穿低温gaas外延片的长度或者宽度；

步骤4、将低温gaas外延片放入真空蒸镀机中，在固定铜线的表面上先蒸镀20nm厚的铬层，后蒸镀200nm厚的金层；

步骤5、取出低温gaas外延片，再取下其上铜线，蒸镀的金层形成两个电极，得到了thz天线。

2.如权利要求1所述的一种thz天线的制作方法，其特征在于，还包括如下步骤：

步骤6、在pcb板上焊接两个电极；将低温gaas外延片放置在pcb板上，让低温gaas外延片上的两个电极分别与pcb板上的两个电极搭接，再使用导电银胶将电极连接起来；

步骤7、最后在pcb板的两个电极的接头处焊接上导线，用于外接其它器件。

3.如权利要求1所述的一种thz天线的制作方法，其特征在于，所述低温gaas外延片的制备方法为：

基于半绝缘gaas层，在580℃下上生长出缓冲gaas层，然后在200℃下生长光电导材料层，即得到低温gaas层。

4.如权利要求1所述的一种thz天线的制作方法，其特征在于，所述步骤1中，用酒精清洗低温gaas外延片。

5.如权利要求1所述的一种thz天线的制作方法，其特征在于，所述步骤2中，使用蒸镀专用胶带将低温gaas外延片固定在蒸发基板上。

技术总结
本发明公开了一种THz天线的简易制作方法，将直径200μm的铜线固定在LT‑GaAs外延片中间位置，用蒸镀的方法在外延片上镀上金层，完成镀金后取下铜线，即可形成两个电极，再进行后续焊接工作即可；本发明合理使用了一根直径200μm的铜线来辅助蒸镀金属金的步骤，用简便的方法形成了小孔径的THz天线间隙，该方法直接采用低温砷化镓(LT‑GaAs)外延片，省去了传统THz天线制作时薄膜腐蚀的步骤，有效避免了腐蚀溶液有一定毒性和表层光电导材料与基底间键合不紧密等问题，所得信号强度高，且完整性好，样品可重复利用率高，发热量小，不易损坏，可长期使用，材料安全，不会对实验人员造成伤害；制作的天线可以得到完整的THz信号，并且可多次重复使用。

技术研发人员：吴蕊;赵亚平;苏波
受保护的技术使用者：首都师范大学
技术研发日：2020.08.03
技术公布日：2020.11.27