基於廢棄單片的異構集成太赫茲混頻器及其實現方法與流程

2023-05-05 05:17:01

本發明涉及混頻器領域，具體涉及一種基於廢棄單片的異構集成太赫茲混頻器及其實現方法。

背景技術：

太赫茲(THz)波是指頻率在0.3-3THz範圍內的電磁波。THz波在電磁波頻譜中佔有很特殊的位置，THz技術是國際科技界公認的一個非常重要的交叉前沿領域。

由於太赫茲頻段較高，直接對太赫茲頻段進行檢測技術手段較為有限，目前能夠直接對太赫茲波進行檢測的多為強度直檢型，若要在檢測強度的同時，保存太赫茲波的相位信息，基於混頻器的接收檢測可以實現，而且目前國際上主流的太赫茲檢測技術也多是基於固態的太赫茲混頻器來實現的。目前常用的太赫茲混頻器有兩種形式，一種是混合集成電路，該類型的混頻器是基於分立的肖特基二極體和電路來實現太赫茲的混頻接收，廣泛應用於太赫茲頻段的低端，一般不超過500GHz，另外一種是基於單片集成電路的形式來製作太赫茲高端頻段的混頻器，該類型的混頻電路採用的較多的是薄膜GaAs電路，一般電路的厚度為10微米量級甚至更薄，該類型的太赫茲混頻電路製作工藝較為複雜，並且由於GaAs介電常數較大，並且其在太赫茲頻段的吸收損耗較為嚴重，影響了混頻單片的性能，該類型的單片由於長寬比較大，容易斷裂。因此在太赫茲的高端頻率需要開發出一種新型的混頻電路形式，並且該類型的混頻電路在工藝實現上要切實可行。

技術實現要素：

本發明為了解決上述技術問題提供基於廢棄單片的異構集成太赫茲混頻器及其實現方法，其工作帶寬以及中頻輸出帶寬寬、損耗低、不易斷裂且工藝簡單。

本發明通過下述技術方案實現：

異構集成太赫茲混頻器，包括石英基板，所述石英基板內設置有依次連接的薄膜二極體、本振低通濾波器和中頻濾波器，所述薄膜二極體為薄膜GaAs太赫茲反向並聯肖特基混頻二極體，所述薄膜二極體採用廢棄單片上取下來的二極體。本發明的方案結構既區別於現有的混合集成電路，又區別於單片集成電路形式，結合了混合集成電路和單片集成電路的優勢，採用了低介電常數和低損耗的石英作為電路。採用本方案的混頻器，其可覆蓋範圍可在300GHz到3THz。與混合集成電路相比，二極體採用薄膜二極體，且不需要人工裝配，採用光刻對位代替人工對位，提高了電裝精度。與單片集成電路相比，採用石英構成外圍電路，介電係數低，較單片相比，長度較短，不易彎折。本方案的薄膜二極體採用廢棄單片上的二極體，其既可以提高廢棄單片的利用率，由於從廢棄單片上取下來的二極體襯底薄，器件的寄生參數小，其可大大提高混頻器的性能，且可減小混頻器的製作工藝。

作為優選，所述薄膜二極體兩端通過金微帶線分別與本振低通濾波器和射頻/中頻地端相連。

作為優選，還包括射頻輸入端、本振輸入端，所述薄膜二極體的一端通過金微帶線橫跨在射頻輸入端上，所述本振低通濾波器通過金微帶線橫跨在本振輸入端上且與中頻濾波器相連。

進一步的，所述金微帶線的厚度為3微米。

作為優選，所述薄膜二極體的正面朝上。

作為優選，所述石英基板的厚度為30微米至50微米。

一種基於廢棄單片的異構集成太赫茲混頻器的實現方法，包括以下步驟：

a、採集廢棄單片上的反向並聯肖特基二極體；

b、將反向並聯肖特基二極體倒樁焊接在石英基板上；

c、將本振低通濾波器和中頻濾波器印刷在石英基板上。

步驟a具體採用切片工具將廢棄單片上核心器件當做分立器件進行操作，僅留下可實現混頻功能的反向並聯肖特基二極體對。

混頻的製作工藝直接採用廢棄單片上反向並聯肖特基二極體，其可大大減小混頻器的製作工藝，薄膜二極體原片背面工藝的減薄工藝相當有難度，這也是混頻器製作工藝中相當耗時耗力耗財的一個環節，本方案採用廢棄單片上的反向並聯肖特基二極體即可避免該環節，大大簡化了製作工藝，也提高了廢棄單片的利用率。

本發明與現有技術相比，至少具有如下的優點和有益效果：

1、本發明採用異構集成，結合了混合集成電路和單片集成電路的優勢，採用了低介電常數和低損耗的石英作為基板電路，其工作帶寬以及中頻輸出帶寬寬、損耗低、不易斷裂。

2、基於本發明結構的製作工藝，其工藝方法簡單。

3、本發明利用廢棄單片上的反向並聯肖特基二極體來生產混頻器，其不僅可提高廢棄單片的利用率，也大大減小了混頻器的製作工藝。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發明的結構示意圖。

附圖中標記及對應的零部件名稱：

1、石英基板，2、薄膜二極體，3、本振低通濾波器，4、中頻濾波器，5、射頻/中頻地端，6、射頻輸入端，7、本振輸入端。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本發明，並不作為對本發明的限定。

實施例1

如圖1所示的一種基於廢棄單片的異構集成太赫茲混頻器，包括石英基板1，石英基板1內設置有依次連接的薄膜二極體2、本振低通濾波器3和中頻濾波器4，薄膜二極體2作為混頻器件採用薄膜GaAs太赫茲反向並聯肖特基混頻二極體，中頻濾波器可採用SMA接頭輸出中頻信號，薄膜二極體2採用廢棄單片上取下來的二極體。

二極體採用正面朝上，便於加工，即便於通過光刻定位實現與其他部件的電性連接。

所述薄膜二極體兩端通過金微帶線分別與本振低通濾波器和射頻/中頻地端5相連。

作為優選，還包括射頻輸入端6、本振輸入端7，所述薄膜二極體的一端通過金微帶線橫跨在射頻輸入端上，所述本振低通濾波器通過金微帶線橫跨在本振輸入端上且與中頻濾波器相連。

進一步的，所述金微帶線的厚度為3微米。

作為優選，從加工難度和損耗方面綜合考慮，所述石英基板的厚度為30微米至50微米。

本實施例的本振低通濾波器3和中頻濾波器4等電路結構均可採用現有的電路結構實現。

本方案的混頻器採用異構集成，且採用廢棄單片上的反向並聯肖特基二極體實現混頻。

實施例2

由於採用了廢棄單片上的反向並聯肖特基二極體，使的本混頻器的製作工藝得到極大簡化，具體的如下。

一種基於廢棄單片的異構集成太赫茲混頻器的實現方法，包括以下步驟：

a、採集廢棄單片上的反向並聯肖特基二極體；

b、將反向並聯肖特基二極體倒樁焊接在石英基板上；

c、將本振低通濾波器和中頻濾波器印刷在石英基板上。

步驟a具體採用切片工具將廢棄單片上核心器件圍的無用電路切掉，僅留下可實現混頻功能的反向並聯肖特基二極體對，此時，把核心器件當做分立器件進行操作，具體的，可採用切片機完成該步驟。

與直接採用分立器件的混合集成電路相比，基於廢棄單片製作的混頻器性能優異，製作過程更簡單。

該異構集成混頻器具有體積小，結構緊湊，穩定性好等優點。採用本發明提出的異構集成解決方案，減少了人工電裝過程中難度最大的二極體電裝，同時極大的提高了電裝精度，這在一定程度上改善了混頻器的性能。採用異構集成的解決方案，二極體與電路的連接不再通過導電膠來連接，連接強度更好，可應用於環境更加苛刻的複雜環境條件。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。