基于十字形pin二極管的可編程控制的可重構(gòu)天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域和天線領(lǐng)域，特別涉及利用半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)基于十字形PIN 二極管的可編程控制的可重構(gòu)天線。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著無(wú)線電通信、雷達(dá)等工程系統(tǒng)和多媒體技術(shù)的高速發(fā)展，要求系統(tǒng)中的天線能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)和提供高達(dá)千兆級(jí)(GbpS)的數(shù)據(jù)傳輸速率。為了降低通信系統(tǒng)的成本、減輕重量、實(shí)現(xiàn)良好的電磁兼容性，要求通信系統(tǒng)中的天線根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)天線可重構(gòu)，這樣一個(gè)可重構(gòu)的天線可以具有多個(gè)傳統(tǒng)天線的功能，整個(gè)通信系統(tǒng)中的天線數(shù)量將大大減少。為了增強(qiáng)天線的方向性，提高天線的增益和方向系數(shù)，或者為了得到所需要的輻射特性，可以采用天線陣以形成陣列天線。傳統(tǒng)的可重構(gòu)天線設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，且很難實(shí)現(xiàn)天線的隱身。
[0003]等離子體獨(dú)特的物理性質(zhì)，在解決天線隱身與互耦等方面具有很大的發(fā)展?jié)摿?，已成為研宄的熱點(diǎn)。等離子體通過其中可以自由移動(dòng)的帶電粒子與外加電磁波之間的耦合共振實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波信號(hào)的傳輸，從而成為天線系統(tǒng)的重要組成部分接收和發(fā)射信號(hào)。
[0004]氣體等離子體通道雖然具有一定的隱身性和可重構(gòu)性，然而形成過程復(fù)雜且需要高能激發(fā)；由于電離度低且有效傳輸?shù)碾姶挪l率需低于等離子體頻率，大多工作在兆赫茲頻段，基本不能實(shí)現(xiàn)高頻率電磁波信號(hào)的傳輸、輻射或接收。為了克服上述氣體等離子天線的缺點(diǎn)，一種全新的具有良好隱身性和快速動(dòng)態(tài)可重構(gòu)性的硅基等離子天線的概念被提出，且已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證。由于硅材料的高折射率，硅基固體等離子天線的尺寸比相同特性的氣體等離子天線小了大約3倍，可以在保證精度的同時(shí)大規(guī)模批量生產(chǎn)。
[0005]硅基等離子天線的材料是單晶硅，且制備技術(shù)和現(xiàn)代硅集成電路工藝相兼容，工藝成本低?；谑中蜳IN 二極管的娃基等離子天線(Silicon-based Plasma Antenna)可用于下一代通信系統(tǒng)、高速無(wú)線設(shè)備與系統(tǒng)、低成本汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)、雷達(dá)成像系統(tǒng)、智能天線和定向高能武器等，在民用和軍用方面都有重要的應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于解決天線隱身、信息系統(tǒng)的天線數(shù)量和天線的可重構(gòu)問題，提供一種基于十字形PIN 二極管的可編程控制的可重構(gòu)天線，通過控制十字形PIN 二極管的各個(gè)臂上的PIN 二極管的導(dǎo)通與截止可實(shí)現(xiàn)可編程控制的頻率可重構(gòu)天線、可編程控制的方向圖可重構(gòu)天線和可編程控制的直線陣天線或平面陣列天線。
[0007]本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]基于十字形PIN 二極管的可編程控制的可重構(gòu)天線，包括:伺服電路、可編程電壓源和天線陣；所述天線陣是由M行N列(共計(jì)MXN個(gè))十字形PIN 二極管構(gòu)成的天線陣列，其中的每個(gè)十字形PIN 二極管為一個(gè)天線單元，每個(gè)十字形PIN 二極管具有四個(gè)臂，四個(gè)臂的末端以及中間十字形交叉點(diǎn)上各設(shè)有一個(gè)電極；伺服電路對(duì)可編程電壓源進(jìn)行編程控制，使可編程電壓源輸出符合編程要求的5 X M X N路電壓；可編程電壓源輸出的5 X M X N路電壓分別與天線陣中相應(yīng)的MXN個(gè)十字形PIN 二極管的5個(gè)電極相連，即可編程電壓源輸出的電壓與相同編號(hào)的十字形PIN 二極管的電極用導(dǎo)線連接在一起(如圖5所示)，控制各十字形PIN 二極管的各個(gè)臂上的PIN 二極管的導(dǎo)通與截止。
[0009]所述的十字形PIN 二極管依次包括由四個(gè)臂構(gòu)成的十字形單晶硅襯底、絕緣埋層、本征硅區(qū)和表面鈍化層，在十字形本征區(qū)和表面鈍化層的四個(gè)臂的末端各設(shè)置有一個(gè)P注入?yún)^(qū)(P區(qū))，在十字形交叉點(diǎn)處設(shè)置有一個(gè)N注入?yún)^(qū)(N區(qū))，在每個(gè)P注入?yún)^(qū)或N注入?yún)^(qū)上各設(shè)置有一個(gè)金屬電極，其中P注入?yún)^(qū)和N注入?yún)^(qū)的位置可以對(duì)調(diào)互換，絕緣埋層是氮化鋁，本征硅區(qū)與P區(qū)和N區(qū)各自上方的電極長(zhǎng)度之比等于100。
[0010]所述的十字形PIN 二極管，其中心(十字形交叉點(diǎn)處)為N區(qū)，4個(gè)臂的另一端即末端為P區(qū)(也可以中心為P區(qū)，4個(gè)臂的另一端為N區(qū))，當(dāng)某一臂兩端加正向偏置電壓(即P區(qū)電壓高于N區(qū)電壓一定數(shù)值)時(shí)，十字形PIN 二極管的該臂上的PIN 二極管導(dǎo)通；當(dāng)某一臂兩端加反向偏置電壓(即N區(qū)電壓大于等于P區(qū)電壓)時(shí)，十字形PIN 二極管的該臂上的PIN 二極管截止。正向偏置的PIN 二極管有一定恒定數(shù)值的電流通過，此時(shí)PIN二極管的本征區(qū)有一定濃度的易于運(yùn)動(dòng)的載流子，當(dāng)本征區(qū)載流子濃度達(dá)到118CnT3或以上時(shí)，此時(shí)本征區(qū)具有類似于金屬的導(dǎo)電特性。
[0011]所述的M行N列(MXN)的十字形PIN 二極管陣列中，各個(gè)十字形PIN 二極管中心位置的N區(qū)或P區(qū)復(fù)用，各個(gè)十字形PIN 二極管之間用二氧化硅隔離；各十字形PIN 二極管也可沿其自身中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，形成“X”形PIN 二極管。
[0012]所述的M行N列(MXN)的十字形PIN 二極管陣列中，各行十字形PIN 二極管之間的距離可以相等也可以不相等，各列十字形PIN 二極管之間的距離可以相等也可以不相等。
[0013]所述的M行N列(MXN)十字形PIN 二極管陣列中的各個(gè)十字形PIN 二極管的本征區(qū)長(zhǎng)度和寬度可以相等也可以不等，且每個(gè)十字形PIN 二極管的各個(gè)臂上的PIN 二極管的本征區(qū)長(zhǎng)度可以相等也可以不等。
[0014]所述的可編程電壓源在伺服電路的編程控制下，可以實(shí)時(shí)在線編程輸出多路電壓，可編程電壓源輸出的每一路電壓分別與相應(yīng)的十字形PIN 二極管的各個(gè)電極相連接，即可編程電壓源輸出的電壓與相同編號(hào)的十字形PIN二極管的電極用導(dǎo)線連接在一起(如圖5所示)，控制各個(gè)十字形PIN 二極管各個(gè)臂上的PIN 二極管的導(dǎo)通或截止，可實(shí)現(xiàn)可編程控制的頻率可重構(gòu)天線、可編程控制的方向圖可重構(gòu)天線和可編程控制的直線陣天線或平面陣列天線。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是:
[0016]上述基于十字形PIN 二極管的可編程控制的可重構(gòu)天線可以根據(jù)通信系統(tǒng)的需要，通過伺服電路對(duì)可編程電壓源輸出電壓的實(shí)時(shí)在線編程控制。控制各個(gè)十字形PIN 二極管各個(gè)臂上的PIN 二極管的導(dǎo)通或截止，可實(shí)現(xiàn)可編程控制的頻率可重構(gòu)天線、可編程控制的方向圖可重構(gòu)天線和可編程控制的直線陣天線或平面陣列天線。從而降低傳統(tǒng)可重構(gòu)天線和平面陣天線設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，降低通信系統(tǒng)的重量及成本。與傳統(tǒng)的基于橫向PIN二極管的天線陣相比實(shí)現(xiàn)相同功能的天線陣所需的偏置電壓更少，伺服電路更為簡(jiǎn)單、天線系統(tǒng)控制更加靈活，功耗更低。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是十字形PIN 二極管的三維立體示意圖。
[0018]圖2是十字形PIN 二極管的俯視圖。
[0019]圖3是伺服電路和可編程電壓源。
[0020]圖4是M行N列的十字形PIN 二極管陣列。
[0021]圖5是本發(fā)明提供的基于十字形PIN 二極管的可編程控制的可重構(gòu)天線原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0023]實(shí)施例1:
[0024]如圖5所示基于十字形PIN 二極管的可編程控制的可重構(gòu)天線，它包括伺服電路15、可編程電壓源16和M行N列(共計(jì)MXN個(gè))的十字形PIN 二極管構(gòu)成的天線陣列17。
[0025]伺服電路15對(duì)可編程電壓源16進(jìn)行編程控制(參見圖3)，使可編程電壓源16輸出符合編程要求的5XMXN路電壓；可編程電壓源輸出的5XMXN路電壓分別與天線陣列17 (參見圖4)中相應(yīng)M行N列(共計(jì)MXN個(gè))的十字形PIN 二極管14上的5個(gè)電極相連，即可編程電壓源16輸出的電壓與相同編號(hào)的十字形PIN 二極管14的電極用導(dǎo)線連接在一起(如輸出電壓\1(|，VupVu2, VuyVu4，分別與第i行第j列的十字形PIN 二極管14的5個(gè)電極連接)，如圖5所示，控制十字形PIN 二極管14的導(dǎo)通與截止，實(shí)現(xiàn)可編程控制的頻率可重構(gòu)天線。
[0026]如圖1、圖2所示，十字形PIN 二極管14依次包括由四個(gè)臂構(gòu)成的十字形單晶硅襯底1、絕緣埋層6、本征區(qū)(包括本征區(qū)2、本征區(qū)3、本征區(qū)4和本征區(qū)5構(gòu)成十字形)和表面鈍化層13，在十字形本征區(qū)和表面鈍化層的四個(gè)臂的末端各設(shè)置有一個(gè)P注入?yún)^(qū)(包括P注入?yún)^(qū)7、P注入?yún)^(qū)8、P注入?yún)^(qū)9和P注入?yún)^(qū)10)，在十字形交叉點(diǎn)處設(shè)置有一個(gè)N注入?yún)^(qū)11，在每個(gè)P注入?yún)^(qū)或N注入?yún)^(qū)上各設(shè)置有一個(gè)金屬電極12，其中的P注入?yún)^(qū)和N注入?yún)^(qū)的位置可以對(duì)調(diào)互換。
[0027]當(dāng)十字形PIN 二極管14的某一臂(此處以左臂為例，其他各臂結(jié)果相同)上的PIN 二極管兩端加正向偏置電壓時(shí)，即P區(qū)9的電壓高于N區(qū)11的電壓一定數(shù)值，十字形PIN 二極管14的左臂上的PIN 二極管導(dǎo)