X波段MEMS硅腔折叠基片集成波导环行器芯片

通信系统向小型化、高性能、集成化的快速发展对射频组件的体积和电性能提出了苛刻的要求。设计了一种X波段硅腔折叠基片集成波导(FSIW)环行器芯片。当基片集成波导(SIW)工作于主模时,将中央的对称面等效为虚拟磁壁,沿着窄边对电磁场进行多次折叠,形成FSIW。以该技术作为设计思路,提高空间利用率,实现了FSIW整体结构的小型化。将FSIW的优势融入环行器中心结设计,使设计的环行器芯片具有高功率容量、低插入损耗、体积小、质量轻的优点。基于微电子机械系统(MEMS)工艺,以高阻硅为衬底材料,制备了该硅腔FSIW环行器芯片,芯片整体尺寸为6.5 mm×6 mm×2.5 mm,工作频率为8.5~11.5 GHz,回波损耗>18.5 dB,带内插入损耗<0.4 dB,隔离度>20 dB。

基于自支撑多孔硅微腔的DNA光学检测

用电化学蚀刻在单晶硅表面制备了多孔硅微腔(PSM),并通过大电流脉冲分离制成了一种自支撑多孔硅微腔结构.将该结构用于8个碱基对的DNA片段检测,根据折射率变化引起透射角度谱的移动量检测与探针DNA分子发生偶联反应的目标DNA分子的不同浓度.目标DNA分子在0.1~1.0μmol/L的浓度区间,透射角度谱红移量随着目标DNA分子浓度的增加而增大,并且有较好的线性关系,检测限达0.037μmol/L.自支撑多孔硅微腔检测生物分子时表现出灵敏度高、响应时间快、免标记、成本低等优点,可应用于便携式光学传感器.

一种基于多孔硅微腔光学特性的气体传感器的研究

当有机物分子吸附到多孔硅表面时,由于有机物分子在多孔硅的孔内的毛细冷凝作用,将引起多孔硅层有效折射率的变化,从而导致多孔硅微腔反射谱吸收峰峰位的变化.本文主要利用Bruggeman介电常数近似理论与传输矩阵的方法,建立了多孔硅微腔的传感模型.使用多孔硅微腔的反射谱实验装置对多孔硅微腔进行了传感实验,结果证明多孔硅微腔传感元件可以实现对有机物蒸汽的检测,且分辨率较高,响应时间和恢复时间短,可重复性好.

镶嵌于多孔硅微腔中8-羟基喹啉铝的窄峰发射

利用浸渍法将 8 羟基喹啉铝 (Alq3)镶嵌到多孔硅微腔中 ,制备了多孔硅微腔—Alq3镶嵌膜 ,研究了多孔硅微腔对镶嵌其中的Alq3自发发射的微腔效应 ,观察到了光谱窄化、发光强度增强等现象。镶嵌于多孔硅微腔中的Alq3荧光光谱的半峰全宽只有 1 5nm ,而非微腔样品 ,即镶嵌于普通的单层多孔硅中Alq3荧光谱半峰全宽在 85nm以上。并且有微腔时Alq3发光强度比没有微腔时Alq3发光强度增强一个数量级。随机改变微腔中Bragg反射镜高折射率层的几何厚度可使高反射区展宽 ,从而更加有效地抑制了多孔硅本身的发光模 ,使发光色度更纯 ,但由于峰值透射率减小 ,导致共振峰强度有所减小。

多孔硅微腔微结构的AFM和SEM研究

多孔硅微腔是采用交替变化脉冲腐蚀电流密度的方法制成的多孔度周期性变化的多孔硅结构。用原子力显微镜 (AFM )和扫描电子显微镜 (SEM )对多孔硅微腔的侧向解理的截面进行了观测 ,得到了不同多孔层及其界面处的图像。微腔截面的扫描电镜图像清楚地显现出第Ⅱ型多孔硅微腔的“三明治”结构 ,即中心发光层被夹在两个Bragg反射镜之间。

硅微机械F-P腔结构及电场的有限元分析

提出一种硅基底微机械 F- P腔结构 ,通过作为上反射镜的弹性膜的移动改变 F- P腔的腔长 ,从而实现调谐的目的 .利用有限元软件对其不同参数下的力学性能、电场耦合特性进行了有限元的计算机模拟与分析 .从分析结果可知 ,弹性膜在所要求的工作范围内有足够的强度承受外加电压所产生的电场力的作用 ,而且弹性膜移动时仍然能够与下反射镜保持平行 ,从而保证了 F- P腔的平行度 ,保证其作为滤波器或衰减器时的工作精度 ,为硅微机械 F-

多孔硅微腔研究进展

材料的自发辐射特性可通过将其置入微型光学腔体中而得到控制。详细论述了多孔硅微腔的制备方法和光学特性研究进展 ,讨论了多孔硅微腔发光的时间、温度、能量效应及其影响因素 。

消除硅通孔侧壁刻蚀损伤的方法

硅通孔刻蚀是TSV技术的重要工序步骤,采用标准博世(Bosch)工艺刻蚀硅通孔(宽为150μm),发现硅通孔侧壁出现多处刻蚀损伤。通过优化Bosch工艺参数增加沉积保护,消除了硅通孔侧壁刻蚀损伤问题,通孔开口差值,即通孔下开口宽度与通孔上开口宽度的差,从原来的22μm减小到13μm。利用优化后的工艺配方对硅通孔和硅腔(宽为1 500μm)同时进行刻蚀时,发现硅腔刻蚀后会产生硅针,不能应用到实际生产。经过多轮次Bosch工艺参数调整,把Bosch工艺沉积步骤的偏置功率设置为10 W,同时解决了硅通孔侧壁刻蚀损伤和硅腔刻蚀出现硅针问题,最终成功应用到MEMS环形器系列产品当中。

用光电流谱研究多孔硅微腔的光电特性

利用光电流谱对全硅基多孔硅微腔的吸收特性进行了研究 ,在光电流谱中观察到 λ1 =742 nm主峰 .同时也对多孔硅微腔的 PL 谱和单层多孔硅的光电流谱进行了测量 ,结合有效折射率方法和菲涅耳公式 ,对照 PL 谱和单层多孔硅的光电流谱 ,对常温下多孔硅微腔的光电流谱进行解释 .

硅基微环腔用于广播发射机温度测量的技术研究

温度实时监测是保障大功率广播发射机安全运行的重要监视手段。但是由于广播发射机中多数电路和器件工作在高频高电压环境,使得传统的测温方法用于发射机测量时存在灵敏度低,不能长时间工作于高温环境下的问题。本文利用硅基材料的热学特性,通过研究硅基材料折射率与波长及输出光强度间的关系,提出利用硅基微环腔对广播发射机中的关键电路和元器件进行实时温度测量。仿真用于DX-600发射机温度监控系统证明,该方法具有灵敏度高,抗高压高频的优点,值得推广。

硅基微环腔相关光子对光源输出特性研究

硅基微环腔的结构参数、半导体特性和工艺形貌会对相关光子对输出重复频率产生重要影响。将晶体硅非线性损耗计入输出重复频率的仿真计算,推导出全通型硅基微环腔自发四波混频效应模型,并利用该模型研究了全通型硅基微环腔品质因数、微环腔半径、晶体硅自由载流子寿命等参数对输出重复频率的影响.结果表明,当外品质因数取值5×10~4,抽运功率达到15 mW且继续升高时,输出重复频率反而降低;理想情况下微环腔半径越小,输出重复频率越高;对硅基微环腔相关光子对光源而言,提高输出重复频率的首选方案是降低自由载流子寿命。

基于微腔光学晶体生物传感器的研究进展

多孔硅(PS)与多孔硅微腔晶体(PSM)作为新型功能材料,其独特的光学特性、微电子相容性、滤过性、纳米微孔生长可控性及大的比表面积为生物信号传感提供了一个较为理想的平台,已制备成多种生物传感器应用于血液,细菌,病毒,DNA等的快速检测中。在分析了PS与PSM的结构和性能的基础上,重点介绍了PS与PSM生物传感器的研究现状,并提出开发微型芯片、集成器件和市场化产品将是PS与PSM生物传感器的发展趋势。

多孔硅发光研究

发光多孔硅的发现为长期追求的硅基发光材料的研究开辟了一条新路.硅基发光材料的研究日益受到重视.为了实现硅基全色光显示,探寻硅基蓝光发射材料是十分必要的,然而它一般不易获得.所以,研究硅基蓝光发射材料是一个意义深、难度大的课题.本文重点阐述了多孔硅的发光机理,并介绍了多孔硅材料的潜在的应用前景.

一种在深硅刻蚀工艺中减小底部圆角的方法

由于存在化学刻蚀的各向同性作用,不可避免地会在等离子体深硅刻蚀工艺中出现底部圆角,而过大的底部圆角给许多工艺应用带来不利影响。为了减小在等离子体深硅刻蚀中的底部圆角,对埋入式扇出型封装中的硅微腔刻蚀和2.5D封装中的硅通孔(TSV)刻蚀进行了研究。通过在BOSCH工艺中引入偏置电极功率递增和单步沉积时间递增的组合,硅微腔和TSV中的底部圆角高度分别从13.6μm和12μm减小到了6.6~10.0μm和8.4μm。该方法有望实际应用于微电子机械系统(MEMS)器件的制造和电子器件的先进封装等领域。

一维多孔硅光子晶体及其缺陷模的DBR结构透射光谱计算机模拟

本文利用计算机模拟出一维光子晶体具有缺陷模态DBR结构的多孔硅在自然光下的透射谱,并对其做为潜在传感器的应用提出看法。本文同时揭示多孔硅不同DBR堆垛结构对于自然光的反射原理,其计算机模拟结果就是不同介电常数多孔硅材质的不同DBR堆垛结构透射可见光范围内的特定频率透射谱线。

有机吸附物对多孔硅微腔发光的影响

理论上,采用Bruggeman有效介质近似,研究了有机吸附物对多孔硅微腔的折射率及其光致发光谱的影响.实验上,采用计算机控制的电化学腐蚀法制备了多孔硅微腔样品,并利用机械泵油的蒸气分子与该微腔样品进行相互作用.研究发现,多孔硅微腔发射的窄化光致发光谱对泵油蒸气分子的吸附与脱附很敏感,与之伴随的是该窄化光致发光谱发生明显的峰位移动(可达71 nm)和强度变化.结合Bruggeman近似和表面态对多孔硅发光的影响,对实验结果进行了定性解释.实验结果与理论模拟结果符合较好.

一种缺陷态光子晶体的气敏传感理论研究

利用Bruggeman介电常数近似理论,毛细冷凝作用以及一维光子晶体传输矩阵的理论分析方法,对多孔硅微腔被一定浓度的有机物蒸汽吸附时的传感特性进行了深入地研究,建立了其光学传感模型,并用计算机数值模拟的方法对多孔硅微腔的传感模型进行了理论仿真,得出了饱和情况下有机物蒸汽折射率与峰位漂移量间的线性关系以及乙醇蒸汽浓度与微腔反射谱透射峰峰位漂移量间的函数关系曲线,为多孔硅微腔传感元件的设计和应用提供了理论基础.

电致发光色纯性增强的硅基有机微腔

报道了硅基有机微腔的电致发光 (EL) .该微腔由上半透明金属膜、中心有源多层膜和多孔硅分布Bragg反射镜(PS DBR)组成 .半透明金属膜由Ag( 2 0nm)构成 ,充当发光器件的负电极和微腔的上反射镜 .有源多层膜由Al ( 1nm) LiF( 0 5nm) Alq3 Alq3:DCJTB NPB CuPc ITO SiO2 组成 ,其中的Al LiF为电子注入层 ,ITO为正电极 ,SiO2 为使正、负电极电隔离的介质层 .该PS DBR是采用设备简单、成本低廉且非常省时的电化学腐蚀法用单晶Si来制备的 ;该PS DBR的反射谱的高反射区 (阻止带 )宽 160nm且其反射率可达 99% .此硅基有机多层膜的反射谱图中出现了标志此结构为微腔的共振腔膜 .被测样品EL谱的半高宽可由无微腔的 70nm窄化为有微腔时的 12nm ,且为单峰发射 ,非共振模得到有效抑制 ;与非微腔器件相比 ,该微腔在谐振波长处EL的强度增强了 4倍 ;对微腔器件的电流 -亮度 -电压特性以及影响器件寿命的因素也进行了讨论 .