本发明属于射频开关，具体涉及一种基于光波导激光加热的相变射频开关及其制备方法。
背景技术：
1、近年来，基于相变材料的射频开关因其毫米波频段优异的射频性能和非易失特性受到了广泛关注。相变射频开关利用焦耳热控制相变材料在晶态和非晶态之间进行转变，进而控制通断。相变材料处于晶态时，为低电阻状态，开关导通；处于非晶态时，为高电阻状态，开关断开。相变射频开关包含直接加热型和间接加热型两种，直接加热型开关通过对射频传输电极施加电压脉冲，利用相变材料自身的焦耳热效应控制相变材料的状态切换；间接加热型开关利用微加热器的焦耳热效应，通过施加电压脉冲使微加热器产生的热量传输到相变材料，控制相变材料晶化或非晶化。
2、间接加热型相变射频开关包含衬底、电隔离层、微加热器、微加热器隔离层、相变材料、射频传输电极和钝化层组成。其晶化和非晶化过程发生的较为完全，关开比大，且功率容量较高，在较低的毫米波频段展现了优异的性能。然而，由于引入微加热器导致在射频传输电极和微加热器之间产生了寄生电容，导致开关的开态插入损耗增大，难以满足更高频毫米波的应用需求，且使用微加热器方式加热部分热量散失到衬底和隔离层中，热传输损耗较为严重，功耗较高。因此，如何优化器件加热结构，采用非微加热器加热方式解决寄生电容问题，并进一步降低器件功耗对于相变射频开关的发展具有重要意义。
3、现有方案通过对相变射频开关施加外部激光驱动，导致器件集成度较低，封装较为困难。也有通过在开关器件顶部制备光波导结构进行激光驱动，这种方案的制备存在一些挑战，且单晶硅或是其他介质的光波导难以实现片上有效制备，过高的制备温度会导致相变材料的挥发或是损坏，其次，仅依靠光波导自身倾斜面的耦合结构，存在倾斜面不平整导致部分激光透过斜面的问题，耦合效率低。因此，在合适的位置设计光波导结构解决上述缺陷显得尤为必要。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷和改进需求，其目的在于解决基于传统微加热器驱动相变射频开关时，微加热器产生的寄生电容以及散热问题，其次解决现有技术中通过激光加热时仅仅依靠光波导自身斜面结构导致的耦合效率低的问题。
2、本发明提供了一种基于光波导激光加热的相变射频开关，包括：
3、衬底，位于半导体基材上；
4、衬底隔离层，设置于所述衬底之上；
5、光波导下包层，设置于所述衬底隔离层之上；
6、光波导芯层和光波导上包层组合后，设置于所述光波导下包层之上，其中所述光波导芯层内嵌于所述光波导上包层之中，所述光波导芯层中包括光栅耦合器，激光通过光栅耦合器衍射；
7、相变层，设置于所述光波导上包层之上，激光通过所述光栅耦合器衍射加热相变层，改变相变层的状态，包括从高阻态变为低阻态或从低阻态变为高阻态；
8、第一射频传输层与第二射频传输层，第一射频传输层与第二射频传输层在同一水平面上，分别设置在相变层的两端且不接触，当所述相变层从高阻态变为低阻态时，第一射频传输层与第二射频传输层通过相变层相连，当相变层从低阻态变为高阻态时，第一射频传输层与第二射频传输层断开，其中第一射频传输层为相变射频开关的输入端，第二射频传输层为相变射频开关的输出端。
9、本发明还公开了上述的基于光波导激光加热的相变射频开关的制备方法，包括：
10、s1:在衬底上沉积衬底隔离层，采用等离子体增强化学气相沉积方法在硅衬底表面沉积衬底隔离层，其中衬底包括硅、金刚石、蓝宝石、碳化硅、磷化铟、砷化镓、氮化镓、石英、玻璃中的一种或多种；衬底隔离层为二氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝中的一种或多种；
11、s2：在衬底隔离层上沉积光波导下包层，采用pecvd或磁控溅射的方法在衬底隔离层光波导下包层，所述光波导下包层为二氧化硅、氮化硅、铌酸锂中的一种或者多种；
12、s3：在光波导下包层上沉积光波导芯层，其中光波导芯层中包括光栅耦合器，选用纯硅片，采用等离子体清洗表面进行表面活化处理，采用键合的方法使纯硅片在具有光波导下包层的晶片上键合，通过退火的方法增强两个晶片间的键合力度，通过研磨、抛光来减薄纯硅片得到光波导下包层上的单晶硅层，通过光刻在单晶硅层上制作波导和光栅图案，通过干法刻蚀形成波导结构和光栅耦合器，去胶后完成光波导芯层的制备；
13、s4：在光波导芯层上沉积光波导上包层，采用pecvd的方法在光波导芯层光波导上包层，通过化学机械抛光对表面进行处理，平整化表面完成光波导上包层的制备；
14、s5：在光波导上包层上沉积相变层，采用磁控溅射的方法在光波导上包层上沉积相变材料作为相变层，采用光刻的方法对相变材料进行图案化，获取光栅耦合器正上方的相变材料做掩膜保护，采用刻蚀方法刻蚀掉图案区域外的相变材料，去胶后完成相变层的制备；
15、s6：在相变层上沉积第一射频传输层和第二射频传输层，采用光刻的方法在晶片上对第一射频传输层和第二射频传输层进行图案化，通过电子束蒸发镀膜的方法在晶片上依次沉积金属材料薄膜，利用湿法剥离工艺去除光刻胶及图形区域外的金属材料，完成第一射频传输层和第二射频传输层的制备。
16、s7：在第一射频传输层和第二射频传输层上沉积钝化层，采用pecvd的方法在晶片上沉积钝化层材料，采用光刻的方法对钝化层材料进行图案化，获取相变材料区域和射频传输电极区域，暴露出第一射频传输层和第二射频传输层的接口区域，通过刻蚀的方法刻蚀掉图案区域外的钝化层材料，去胶后完成钝化层的制备。
17、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
18、(1)解决了现有技术中利用光波导自身倾斜面的耦合结构，倾斜面不平整导致部分激光透过斜面的以及耦合效率低的问题，即提高了激光的耦合效率；
19、(2)解决了制备过程中，单晶硅或是其他介质的光波导难以实现片上有效制备以及过高的制备温度会导致相变材料的挥发或是损坏的问题，提高了制备的良率。
1.一种基于光波导激光加热的相变射频开关，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于光波导激光加热的相变射频开关，其特征在于，所述相变层设置在所述光栅耦合器的正上方，其中所述光栅耦合器的周期与锯齿宽度的比值w/p取值为0.4～0.6；衍射光与所述光栅耦合器法向的夹角θ范围为0～15°。
3.根据权利要求1所述的基于光波导激光加热的相变射频开关，其特征在于，所述光波导下包层与光波导上包层用于约束激光所产生的光场，使得通过所述光波导芯层的激光在光波导下包层和光波导上包层之间全反射，其中所述光波导下包层与所述光波导上包层为二氧化硅、氮化硅、su-8中的一种或者多种，所述光波导芯层为单晶硅、氮化硅、氧化铝中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的基于光波导激光加热的相变射频开关，其特征在于，所述光波导下包层中还包括反射层，所述反射层用于将散射到衬底的激光反射回所述光栅耦合器，其中所述反射层为金属材料。
5.根据权利要求1所述的基于光波导激光加热的相变射频开关，其特征在于，所述衬底包括硅、金刚石、蓝宝石、碳化硅、磷化铟、砷化镓、氮化镓、石英、玻璃中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的基于光波导激光加热的相变射频开关，其特征在于，所述衬底隔离层为二氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的基于光波导激光加热的相变射频开关，其特征在于，所述相变层为硫系化合物或者掺杂铟、铪、钇、钪、镓、钛中的一种或者多种的硫系化合物，其中硫系化合物包括碲化锗、碲化锑、锗锑碲中的一种或者多种。
8.根据权利要求1所述的基于光波导激光加热的相变射频开关，其特征在于，所述第一射频传输层与第二射频传输层为具有导电功能的金属材料。
9.根据权利要求1所述的基于光波导激光加热的相变射频开关，其特征在于，还包括钝化层，设置在所述第一射频传输层与第二射频传输层之上，用于隔离所述相变层，所述钝化层为二氧化硅、氮化硅、氮氧硅、氧化铝、氮化铝中的一种或多种。
10.一种权利要求1-9中任一项所述的基于光波导激光加热的相变射频开关的制备方法，其特征在于，包括：