一种盒状间接加热型相变开关器件的制备方法

本发明属于微波电子学和微波开关器件，具体涉及一种盒状间接加热型相变开关器件的制备方法。

背景技术：

1、开关器件是电路系统中不可或缺的重要组成部分，其可广泛应用于数字逻辑电路、存储计算领域、射频发射机系统接收或传输信号等领域。相变开关是一种特殊类型的电子开关，其主要用途是在射频和微波电路中切换或调制信号。由于射频和微波信号具有高频、高速和高精度等特点，因此相变开关需要具备快速、精确、可靠的开关性能，随着器件设计和应用研究的不断深入，相变开关的制作方法将有望成为电子器件领域的一项重要技术。

2、目前，pin二极管开关具有开关速度快，尺寸小等优点，但是需要提供偏置电流来维持其导通状态，这会导致较大的功耗。fet场效应管优点为直流和射频路可实现良好的隔离，同时它也具有低功耗、制作工艺简单和易于集成的特点；但是有时为了降低其导通电阻，需要增加晶体管沟道的宽度，这会导致开关的寄生(漏源)电容增大，从而降低开关的隔离度，致使其截止频率较低。rf-mems开关可以实现极低的插入损耗，极高的隔离度和线性度，具有广泛的应用前景，但rf-mems开关也存在需要较高的驱动电压来维持开关的机械运动、开关速度低、接触退化、难以与cmos集成、封装成本高等问题。

3、使用相变材料(pcm)制作的器件的工作原理是基于材料在短时间热脉冲的作用下从高电阻率(无定形)状态转变为低电阻率(晶体)状态的能力，反之亦然。其直流功耗可以忽略不计。随着纳秒电压脉冲的应用，pcm可以提供超过6个数量级的电阻变化，这使得该技术成为微波和毫米波频率下低损耗、高速开关的理想选择。

4、但是目前的相变开关具有加热速度过慢，加热不均匀等急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对背景技术存在的现有相变开关加热难、加热不均匀的问题，提出了一种盒状间接加热型相变开关器件的制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种盒状间接加热型相变开关器件的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1、在衬底上形成一层衬底隔离层；

5、步骤2、在衬底隔离层上进行光刻图形化并磁控溅射加热层薄膜，形成第一加热层；所述第一加热层为矩形，第一加热层与衬底隔离层为同心矩形；

6、步骤3、采用光刻工艺和沉积工艺在衬底隔离层上、第一加热层两侧形成第一加热隔离层；所述第一加热隔离层的一端与衬底隔离层的边缘齐平、另一端紧贴第一加热层，第一加热隔离层的宽度小于第一加热层的宽度；

7、步骤4、采用光刻工艺和沉积工艺在第一加热层上形成第二加热隔离层；所述第二加热隔离层为长条形，第二加热隔离层与第一加热隔离层垂直、且其两端与衬底隔离层的两端齐平，第二加热隔离层不完全覆盖第一加热层；

8、步骤5、采用光刻工艺和磁控溅射，在第二加热隔离层上形成相变层；所述相变层为矩形，相变层与第一加热层为同心矩形，且第一加热层与第二加热隔离层的重叠区域完全覆盖相变层；

9、步骤6、采用光刻工艺和磁控溅射，在相变层两侧形成信号传输电极层，信号传输电极层包括位于相变层一侧的第一信号传输电极和位于相变层另一侧的第二信号传输电极，第一信号传输电极和第二信号传输电极的一端与第二加热隔离层的边缘齐平、另一端紧贴相变层；

10、步骤7、采用光刻剥离工艺和磁控溅射，在相变层上形成第三加热隔离层；所述第三加热隔离层完全覆盖相变层；

11、步骤8、在第三加热隔离层上、第一加热隔离层上和部分第一加热层上沉积加热层薄膜，作为第二加热层；所述第二加热层与第一加热层连接，实现对相变材料的全包围；得到的结构经退火等工艺处理后，即可得到所述相变开关器件。

12、进一步的，所述衬底为硅(si)、砷化镓(gaas)或蓝宝石(al2o3)等；所述衬底隔离层为二氧化硅(sio2)、氮化铝(aln)、氮化硅(si3n4)等电学绝缘材料。

13、进一步的，所述第一加热层和第二加热层材料为镍铬硅(nicrsi)、镍铬(nicr)、钨(w)或钛钨(tiw)等。

14、进一步的，所述第一加热隔离层、第二加热隔离层和第三加热隔离层的材料为si3n4、aln、金刚石(c)等。

15、进一步的，所述相变层材料为碲化锗(gete)、碲化锗锑(gesbte)或碲化锗硒(gesete)等硫系化合物。

16、进一步的，所述信号传输电极层的材料为金(au)、铜(cu)或铝(al)等。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

18、本发明提供的一种盒状间接加热型相变开关器件的制备方法，采用光刻工艺和磁控溅射，形成了四端包围间接加热式器件，即实现了加热材料对相变层的全包围；当加热层材料在电脉冲控制作用下产生焦耳热后，相较于普通相变开关器件，会实现快速升温且能均匀加热相变层材料，大幅缩短了相变开关的处理信息周期时间，使相变材料的工作状态更加稳定，可以快速切换状态。

技术特征：

1.一种盒状间接加热型相变开关器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的盒状间接加热型相变开关器件的制备方法，其特征在于，所述衬底为硅、砷化镓或蓝宝石，所述衬底隔离层为二氧化硅、氮化铝或氮化硅。

3.根据权利要求1所述的盒状间接加热型相变开关器件的制备方法，其特征在于，所述第一加热层和第二加热层材料为镍铬硅、镍铬、钨或钛钨。

4.根据权利要求1所述的盒状间接加热型相变开关器件的制备方法，其特征在于，所述第一加热隔离层、第二加热隔离层和第三加热隔离层的材料为si3n4、aln或金刚石。

5.根据权利要求1所述的盒状间接加热型相变开关器件的制备方法，其特征在于，所述相变层材料为gete、gesbte或gesete。

6.根据权利要求1所述的盒状间接加热型相变开关器件的制备方法，其特征在于，所述信号传输电极层的材料为au、cu或al。

技术总结
一种盒状间接加热型相变开关器件的制备方法，属于微波电子学和微波开关器件技术领域。本发明提供的一种盒状间接加热型相变开关器件的制备方法，采用光刻工艺和磁控溅射，形成了四端包围间接加热式器件，即实现了加热材料对相变层的全包围；当加热层材料在电脉冲控制作用下产生焦耳热后，相较于普通相变开关器件，会实现快速升温且能均匀加热相变层材料，大幅缩短了相变开关的处理信息周期时间，使相变材料的工作状态更加稳定，可以快速切换状态。

技术研发人员：高莉彬,韩笑莘,孙延龙,陈宏伟,张继华
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10