单片G波段三倍频器的制作方法

本发明涉及太赫兹器件技术领域，尤其涉及一种新型单片g波段三倍频器。

背景技术：

太赫兹（thz）波从广义上来讲，是指频率在0.1thz-10thz范围内的电磁波，其中1thz=1000ghz，也有人认为太赫兹频率是指0.3thz-3thz范围内的电磁波。thz波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，thz技术是国际科技界公认的一个非常重要的交叉前沿领域。g波段是指220ghz-325ghz之间的电磁频率。

g波段由于其频率较高，在高速通信等领域拥有非常巨大的潜在应用价值。若要实现该波段的应用，首要工作是研制g波段的频率源，由于其频率高，目前常采用基于倍频的形式将低端频率倍乘至该频段，其中利用w波段进行三倍频，可以将频率扩展至g波段。目前，国际上该频段倍频器基本都采用混合集成电路的实现方式，其核心电子器件多采用分立的gaas肖特基二极管和分立的外围太赫兹无源电路，最终将太赫兹外围电路和分立的肖特基二极管安装在太赫兹模块上。

单片集成电路采用半导体平面工艺，在一个整体基片上将电阻、电容、地孔、二极管等制作为一体成型且不可分割的一种集成电路，可免去分立二极管器件再次装配于外围电路的步骤，达到一体化设计目的，极大提升电路的一致性和成品率。

国际上对高频太赫兹倍频器单片电路研究较少，一是由于晶圆级衬底减薄难度大，二是单片工艺复杂，基于单片工艺制作全g波段的太赫兹倍频器，从未见到过。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种频带宽，具有更高的一致性和成品率，便于批量生产的单片g波段三倍频器。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种单片g波段三倍频器，其特征在于：包括gaas衬底，所述gaas衬底上形成有输入压点，所述输入压点一端与第一传输微带线的一端连接，所述第一传输微带线的另一端经低通滤波器与第二传输微带线的一端连接，所述第二传输微带线的另一端经输入微带线匹配结构与gaas基高截止频率肖特基二极管对的一端连接，所述gaas基高截止频率肖特基二极管对的一端连接经并联接地结构与输出微带线匹配结构的一端连接，所述输出微带线匹配结构的另一端经输出带通滤波器与射频输出压点连接。

优选的，所述低通滤波器为cmrc低通滤波器。

优选的，gaas基高截止频率肖特基二极管对包括两个反向并联的gaas肖特基二极管。

优选的，所述gaas肖特基二极管的外延层掺杂浓度为3e17cm^-3，阳极圆形直径为1.5um，结电容为10ff，电阻为5欧姆。

优选的，所述输出带通滤波器为5阶或7阶微带耦合线带通滤波器。

优选的，所述gaas衬底的厚度为30微米到50微米。

优选的，射频与直流接地回路采用上下对称结构。

优选的，所述射频输入信号压点以及射频输出信号压点的两侧形成有接地压点。

优选的，射频输入信号压点大小为70um×70um，与接地压点间距100um，

优选的，射频输出信号压点大小为50um×30um，与接地压点间距50um。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用单片电路形式，实现整个倍频电路全部集成于一颗芯片上，免去分立二极管器件再次装配于外围电路的步骤，达到一体化设计目的，极大提升电路的一致性和成品率，芯片可进行探针台在片测试筛选，便于批量生产。电路整体采用平衡式三倍频方案，实现了220ghz-325ghz整个g波段的超宽带倍频，输入采用紧凑型cmrc低通滤波器，减小版图尺寸，阻止二次谐波和三次谐波信号。输出采用5阶或7阶微带耦合线带通滤波器，主要滤除基波信号。输出接地回路采用完全对称结构，提高倍频器整体平衡性，从而达到提升偶次谐波抑制效果，整个晶圆衬底减薄至50um以下，抑制高次传输模式。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例所述三倍频器的结构示意图；

其中：101、射频输入压点；102、射频输出压点；103、第一传输微带线；104、第二传输微带线；105、输入低通滤波器；106、输出带通滤波器；107、输入微带匹配结构；108、输出微带匹配结构；109、对称接地结构；110、gaas基高截止频率肖特基二极管对；111、gaas衬底；112、接地压点。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明实施例公开了一种单片g波段三倍频器，包括gaas衬底111，所述gaas衬底111上形成有输入压点101，通过射频输入压点101可将基波输入信号过度到gaas基芯片的微带电路上；所述输入压点101一端与第一传输微带线103的一端连接，所述第一传输微带线103的另一端经低通滤波器105与第二传输微带线104的一端连接，所述第二传输微带线104的另一端经输入微带线匹配结构107与gaas基高截止频率肖特基二极管对110的一端连接，所述gaas基高截止频率肖特基二极管对110的一端连接经并联接地结构109与输出微带线匹配结构108的一端连接，所述输出微带线匹配结构108的另一端经输出带通滤波器106与射频输出压点102连接，将所需要的三次谐波信号从射频输出压点102输出。

所述g波段三倍频器采用单片集成形式，实现整个倍频电路全部集成于一颗芯片上。所述g波段三倍频器采用平衡式三倍频技术。所述gaas基高截止频率肖特基二极管对110包括两个gaas基二极管，两个二极管采取反向并联形式。所述gaas肖特基二极管的外延层掺杂浓度为3e17cm^-3，阳极圆形直径为1.5um，结电容为10ff，电阻为5欧姆。优选的，所述输入低通滤波器105为改良型cmrc（紧凑型微带共振单元）滤波器。所述输出带通滤波器106为5阶或7阶微带耦合线带通滤波器。所述gaas衬底111的厚度可以为30微米到50微米。本申请中射频与直流接地回路采用上下对称结构。此外，射频输入信号压点101以及射频输出信号压点102的两侧设置有接地压点112，射频输入信号压点101大小为70um×70um，与接地压点112间距可以为100um，射频输出信号压点102大小为50um×30um，与接地压点112间距可以50um。

工作原理：基波输入信号通过微波探针由射频输入压点101进入微带电路上，首先经过第一传输微带线103和输入低通滤波器105，低通滤波器105采用改良的紧凑型cmrc低通滤波器，减小版图尺寸，可使基波顺畅通过，同时阻止二次谐波和三次谐波信号泄露至输入端。经过输入微带匹配结构107信号到达gaas基高截止频率肖特基二极管对110，所述二极管对采用反向并联的形式，实现了平衡式三倍频结构，可对偶次谐波进行有效的抑制。由于二极管的非线性i-v特性，产生各次谐波，其中三次谐波经输出微带匹配结构108传输至输出带通滤波器106，带通滤波器106可使三次谐波顺畅通过，同时抑制基波和其他无用的谐波信号，最终三次谐波信号通过射频输出压点102输出。在二极管对和输出微带匹配结构之间增加了片上的接地回路109，保证了射频信号和直流信号的良好接地，同时接地回路采用了完全对称的设计结构，增加了电路的整体平衡性，有助于提高电路对偶次谐波的抑制度。整个晶圆衬底减薄至50um以下，有效抑制高次传输模式，保证了三倍频器单片的可实现性。

本申请通过单片电路形式使得所述各部分功能结构全部集成于一颗芯片上，免去分立二极管器件再次装配于外围电路的步骤，达到一体化设计目的，极大提升电路的一致性和成品率，芯片可进行探针台在片测试筛选，便于批量生产和工程化应用。