渠道形電溫雙調控太赫茲波開關的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種渠道形電溫雙調控太赫茲波開關。它包括信號輸入端、第一輸出端、第二輸出端、基板；基板上設有第一直波導、U形波導、第二直波導、倒C形波導、第一C形波導、第一S形波導、第二S形波導、Y形裝置、第三直波導、第二C形波導、鐮刀形波導、圓角矩形環(huán)狀波導、N型半導體、P型半導體；信號從信號輸入端輸入，當N型、P型半導體沒有加電壓且Y形裝置內的溫控裝置的溫度沒有改變時，信號從第一輸出端輸出，此時開關狀態(tài)設為“開”；當N型半導體、P型半導體加電壓或者Y形裝置內的溫控裝置的溫度改變時，信號從第二輸出端輸出，此時開關狀態(tài)設為“關”，從而實現開關的效果。本發(fā)明具有結構緊湊、易于制作、成本低等優(yōu)點。
【專利說明】渠道形電溫雙調控太赫茲波開關
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及開關，尤其涉及一種渠道形電溫雙調控太赫茲波開關。
【背景技術】
[0002]太赫茲波通常定義為從0.1-10太赫茲范圍內的電磁波。現在研究較多的通常在
0.3-3太赫茲范圍內。太是兆兆(Tera)的英文音譯，所以太赫茲電磁波也被稱為T射線，屬于遠紅外線和亞毫米波范疇。雖然早在上世紀20年代就有人對太赫茲輻射產生了濃厚的興趣，但其產生和探測技術與十分成熟的微波、光學技術相比仍然十分落后，苦于未能找到具有高能量、高效率、低造價且能在室溫下穩(wěn)定運轉的太赫茲波輻射源，所以在上個世紀80年代中期以前，人們對這個頻段的電磁波特性知之甚少，形成了遠紅外線和毫米波之間所謂的“太赫茲空隙”。近年來，隨著太赫茲波輻射源和探測器的巨大突破，太赫茲波技術逐漸成為國內外研究的熱點。由于物質在太赫茲波頻段的發(fā)射、反射和透射光譜中包含有豐富的物理和化學信息，并且太赫茲波輻射源與傳統(tǒng)光源相比，具有相干性、低能性、高穿透性等獨特優(yōu)異的特性，使得太赫茲波在物理、化學、天文學、生命科學、通信等領域有巨大的研究價值和應用前景。
[0003]太赫茲波器件的研究是太赫茲波技術發(fā)展中的一項重要內容。目前國內外已投入大量人力物力研究太赫茲波功能器件，太赫茲波開關便是太赫茲波器件研究中一類重要的功能器件。然而，現有的太赫茲波開關性能十分有限，且存在結構復雜、損耗大、成本高等諸多缺點，因此迫切需要設計出結構緊湊、成本低、損耗低的太赫茲波開關以滿足太赫茲波通信系統(tǒng)的需求。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現有技術的不足，提供一種渠道形電溫雙調控太赫茲波開關。
[0005]渠道形電溫雙調控太赫茲波開關包括信號輸入端、第一輸出端、第二輸出端、基板；基板上設有第一直波導、U形波導、第二直波導、倒C形波導、第一 C形波導、第一 S形波導、第二 S形波導、Y形裝置、第三直波導、第二 C形波導、鐮刀形波導、圓角矩形環(huán)狀波導、N型半導體、P型半導體；U形波導的左端與第一直波導的右端相連，U形波導的右端與第二直波導的左端相連，第二直波導的右端與倒C形波導的上端部相連，倒C形波導的下端部與第一 C形波導的上端部相連，第一 C形波導的下端部與Y形裝置的左端相連，第一 S形波導的右上端與Y形裝置的左端相連，第一 S形波導的左下端與第二 S形波導的右上端相連，第
二S形波導的左下端與第三直波導的右端相連，第三直波導的左端與第二 C形波導的下端部相連，第二 C形波導的上端部與鐮刀形波導的左端相連，圓角矩形環(huán)狀波導在U形波導與鐮刀形波導之間，P型半導體設在圓角矩形環(huán)狀波導內，圓角矩形環(huán)狀波導左右外側分別設有一個N型半導體；第一直波導的左端為信號輸入端，Y形裝置右上端為第一輸出端，Y形裝置右下端為第二輸出端，所述U形波導由四個小四分之一圓環(huán)形波導、兩個第四直波導和一個第五直波導連接而成，倒C形波導由一個第六直波導兩端分別與兩個同向大四分之一圓環(huán)形波導連接而成，第一 S形波導由一個第七直波導兩端分別與兩個異向小四分之一圓環(huán)形波導連接而成，Y形裝置由溫控裝置與向上小四分之一圓環(huán)形波導、向下小四分之一圓環(huán)形波導、第七直波導相連的結構，和由溫控裝置與向下小四分之一圓環(huán)形波導、向上小四分之一圓環(huán)形波導、第七直波導相連的結構拼接而成，第二 C形波導由一個第七直波導兩端分別與兩個同向小四分之一圓弧形波導連接而成，鐮刀形波導由第五直波導和半圓環(huán)形波導連接而成，太赫茲波從信號輸入端水平輸入，當N型半導體、P型半導體沒有加電壓且Y形裝置內的溫控裝置的溫度沒有改變時，太赫茲波從第一輸出端輸出，此時開關狀態(tài)設為“開”；當N型半導體、P型半導體加電壓或者Y形裝置內的溫控裝置的溫度改變時，太赫茲波從第二輸出端輸出，此時開關狀態(tài)設為“關”，從而實現開關的效果。
[0006]所述的基板的材料為二氧化娃,基板的長為900 μ m~990 μ m,寬為900 μ m~990 μ m,高為60 μ m~80 μ m ;所述的第一直波導的材料為娃，第一直波導的長為80 μ m~90 μ m,寬為20μm~30μπι，高為20 μ m~30 μ m ;所述的第二直波導的材料為硅，第二直波導的長為100 μ m~?ΙΟ μ m,寬為20 μ m~30 μ m,高為20 μ m~30 μ m ;所述的第三直波導的材料為娃，第三直波導的長為120μm~?30μπι，寬為20μm~30μπι，高為20 μ m~30 μ m。所述的U形波導的材料為娃，小四分之一圓環(huán)形波導的外半徑為70 μ m~80 μ m,內半徑為50 μ m~60 μ m ;第四直波導的長為50 μ m~60 μ m,寬為20 μ m~30 μ m,高為20 μ m~30 μ m ;第五直波導的長為120μm~?30μπι，寬為20μm~30μπι，高為20 μ m~30 μ m。所述的倒C形波導和第一 C形波導的結構尺寸相同且材料均為硅，大四分之一圓環(huán)形波導的外半徑為80 μ m~90 μ m,內半徑為 60 μ m~70 μ m ;第六直波導的長為 40 μ m~50 μ m,寬為 20 μ m~30 μ m,高為 20 μ m~30 μ m。所述的第一 S形波導和第二 S形波導的結構尺寸相同且材料均為硅，第七直波導的長為80 μ m~90 μ m,寬為20 μ m~30 μ m,高為20 μ m~30 μ m。所述的溫控裝置的材料為鋪化銦，溫控裝置的長為ΙΟΟμm~?ΙΟμπι,寬為50 μ m~60 μ m,高為20 μ m~30 μ m。所述的第二 C形波導和鐮刀形波導的材料均為硅，半圓環(huán)形波導的外半徑為外半徑為70 μ m~80 μ m，內半徑為50 μ m~60 μ m。所述的圓角矩形環(huán)狀波導的材料為娃，圓角矩形環(huán)狀波導的長為300μm~320μπι，寬為200μm~220μπι，環(huán)的寬度為20μm~30μπι，圓角的中心角為90。，圓角的外半徑為70 μ m~80 μ m,內半徑為50 μ m~60 μ m。所述的N型半導體的材料為娃，N型半導體的長為300 μ m~320 μ m,寬為60 μ m~70 μ m,高為20 μ m~30 μ m ;所述的P型半導體的材料為硅，P型半導體長為300 μ m~320 μ m,寬為240 μ m~260 μ m,高為20 μ m~30 μ m。
[0007]本發(fā)明的渠道形電溫雙調控太赫茲波開關具有損耗低，性能好、結構簡單緊湊，尺寸小，易于制作，質量輕等優(yōu)點。
[0008]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是渠道形電溫雙調控太赫茲波開關的俯視結構示意圖；
圖2是U形波導的二維結構示意圖；
圖3是倒C形波導的二維結構示意圖；
圖4是S形波導的二維結構示意圖；
圖5是Y形裝置的二維結構示意圖；
圖6是無施加電壓且溫度未改變時渠道形電溫雙調控太赫茲波開關第一輸出端、第二輸出端的傳輸曲線圖；圖7是施加電壓或者溫度改變時渠道形電溫雙調控太赫茲波開關第一輸出端、第二輸出端的傳輸曲線圖。
【具體實施方式】
[0009]如圖1飛所示，渠道形電溫雙調控太赫茲波開關包括信號輸入端1、第一輸出端
2、第二輸出端3、基板4 ;基板4上設有第一直波導5、U形波導6、第二直波導7、倒C形波導
8、第一 C形波導9、第一 S形波導10、第二 S形波導11、Y形裝置12、第三直波導13、第二 C形波導14、鐮刀形波導15、圓角矩形環(huán)狀波導16、N型半導體17、P型半導體18 ；U形波導6的左端與第一直波導5的右端相連，U形波導6的右端與第二直波導7的左端相連，第二直波導7的右端與倒C形波導 8的上端部相連，倒C形波導8的下端部與第一 C形波導9的上端部相連，第一 C形波導9的下端部與Y形裝置12的左端相連，第一 S形波導10的右上端與Y形裝置12的左端相連，第一 S形波導10的左下端與第二 S形波導11的右上端相連，第二 S形波導11的左下端與第三直波導13的右端相連，第三直波導13的左端與第二 C形波導14的下端部相連，第二 C形波導14的上端部與鐮刀形波導15的左端相連，圓角矩形環(huán)狀波導16在U形波導6與鐮刀形波導15之間，P型半導體18設在圓角矩形環(huán)狀波導16內，圓角矩形環(huán)狀波導16左右外側分別設有一個N型半導體17 ;第一直波導5的左端為信號輸入端1，Y形裝置12右上端為第一輸出端2，Y形裝置12右下端為第二輸出端3，所述U形波導6由四個小四分之一圓環(huán)形波導19、兩個第四直波導20和一個第五直波導21連接而成，倒C形波導8由一個第六直波導23兩端分別與兩個同向大四分之一圓環(huán)形波導22連接而成，第一 S形波導10由一個第七直波導24兩端分別與兩個異向小四分之一圓環(huán)形波導19連接而成，Y形裝置12由溫控裝置25與向上小四分之一圓環(huán)形波導19、向下小四分之一圓環(huán)形波導19、第七直波導24相連的結構，和由溫控裝置25與向下小四分之一圓環(huán)形波導19、向上小四分之一圓環(huán)形波導19、第七直波導24相連的結構拼接而成，第二 C形波導14由一個第七直波導24兩端分別與兩個同向小四分之一圓弧形波導19連接而成，鐮刀形波導15由第五直波導21和半圓環(huán)形波導26連接而成，太赫茲波從信號輸入端I水平輸入，當N型半導體17、P型半導體18沒有加電壓且Y形裝置12內的溫控裝置25的溫度沒有改變時，太赫茲波從第一輸出端2輸出，此時開關狀態(tài)設為“開”；當N型半導體17、P型半導體18加電壓或者Y形裝置12內的溫控裝置25的溫度改變時，太赫茲波從第二輸出端3輸出，此時開關狀態(tài)設為“關”，從而實現開關的效果。
[0010]所述的基板4的材料為二氧化硅，基板4的長為900 μ ml990 μ m，寬為900 μ ml990 μ m,高為60 μ ml80 μ m ;所述的第一直波導5的材料為娃，第一直波導5的長為80 μ ml90 μ m,寬為20 μ ml30 μ m,高為20 μ ml30 μ m ;所述的第二直波導7的材料為娃，第二直波導7的長為100 μ mlΙΟ μ m,寬為20 μ ml30 μ m,高為20 μ ml30 μ m ;所述的第三直波導13的材料為硅，第三直波導13的長為120μml30μπι，寬為20 μ ml30 μ m，高為20 μ ml30 μ m。所述的U形波導6的材料為娃，小四分之一圓環(huán)形波導19的外半徑為70 μ ml80 μ m,內半徑為50 μml60 μ m ;第四直波導20的長為50 μ ml60 μ m,寬為20 μ ml30 μ m,高為20 μ ml30 μ m ;第五直波導21的長為120 μml?30 μ m,寬為20 μ ml30 μ m,高為20 μ ml30 μ m。所述的倒C形波導8和第一 C形波導9的結構尺寸相同且材料均為娃，大四分之一圓環(huán)形波導22的外半徑為80 μ ml90 μ m,內半徑為60 μ ml70 μ m ；第六直波導23的長為40μη50μηι,寬為20 μ η30 μ m,高為20 μ η30 μ m。所述的第一 S形波導10和第二 S形波導11的結構尺寸相同且材料均為硅，第七直波導24的長為80 μ π90 μ m,寬為20 μ η30 μ m,高為20 μ η30 μ m。所述的溫控裝置25的材料為鋪化銦，溫控裝置25的長為100 μ π?ΙΟ μ m,寬為50 μ η60 μ m,高為20 μ η30 μ m。所述的第二 C形波導14和鐮刀形波導15的材料均為硅，半圓環(huán)形波導26的外半徑為外半徑為70 μ π80 μ m,內半徑為50 μ π60 μ m。所述的圓角矩形環(huán)狀波導16的材料為娃，圓角矩形環(huán)狀波導16的長為300μπ320μπι，寬為200 μ π220 μ m，環(huán)的寬度為20 μ π30 μ m，圓角的中心角為90° ,圓角的外半徑為70 μ π80 μ m,內半徑為50 μ π60 μ m。所述的N型半導體17的材料為硅，N型半導體17的長為300μπ320μπι，寬為60μπ70μπι，高為20 μ π30 μ m ;所述的P型半導體18的材料為硅，P型半導體18長為300 μ π320 μ m,寬為240 μ m~260 μ m,高為 20 μ m~30 μ m。
[0011]實施例1
基板的材料為二氧化硅，基板的長為900 μ m,寬為900 μ m，高為60 μ m ;第一直波導的材料為娃，第一直波導的長為80 μ m,寬為20 μ m,高為20 μ m ;第二直波導的材料為娃,第二直波導的長為100 μ m，寬為20 μ m，高為20 μ m ;第三直波導的材料為硅，第三直波導的長為120 μ m,寬為20 μ m,高為20 μ m。U形波導的材料為娃,小四分之一圓環(huán)形波導的外半徑為70 μ m,內半徑為50 μ m ;第四直波導的長為50 μ m,寬為20 μ m,高為20 μ m ;第五直波導的長為120 μ m,寬為20 μ m,高為20 μ m。倒C形波導和第一 C形波導的結構尺寸相同且材料均為硅，大四分之一圓環(huán)形波導的外半徑為80 μ m,內半徑為60 μ m ;第六直波導的長為40 μ m，寬為20 μ m，高為20 μ m。第一 S形波導和第二 S形波導的結構尺寸相同且材料均為娃，第七直波導的長為80 μ m,寬為20 μ m,高為20 μ m。溫控裝置的材料為鋪化銦,溫控裝置的長為100 μ m,寬為50 μ m,高為20 μ m。第二 C形波導和鐮刀形波導的材料均為娃,半圓環(huán)形波導的外半徑為外半徑為70 μ m,內半徑為50 μ m。圓角矩形環(huán)狀波導的材料為娃，圓角矩形環(huán)狀波導的長為300 μ m，寬為200 μ m，環(huán)的寬度為20 μ m，圓角的中心角為90°，圓角的外半徑為70 μ m,內半徑為50 μ m。N型半導體的材料為娃,N型半導體的長為300 μ m,寬為60 μ m，高為20 μ m ;P型半導體的材料為硅，P型半導體18長為300 μ m,寬為240 μ m，高為20 μ m。當渠道形電溫雙調控太赫茲波開關的N型半導體、P型半導體沒有加電壓且溫控裝置溫度沒有改變時，渠道形電溫雙調控太赫茲波開關第一輸出端、第二輸出端的傳輸曲線如圖6所不，由圖可知，當信號輸入端輸入頻率為0.64THz的太赫茲波時,第一輸出端的傳輸參數為-0.07dB,第二輸出端的傳輸參數為-38.5dB,信號可以從第一輸出端輸出，不能從第二輸出端輸出。當渠道形電溫雙調控太赫茲波開關的N型半導體、P型半導體施加電壓或者溫控裝置溫度改變時，渠道形電溫雙調控太赫茲波開關第一輸出端、第二輸出端的傳輸曲線如圖7所示，由圖可知，當信號輸入端輸入頻率為0.64THz的太赫茲波時，第一輸出端的傳輸參數為-39.8dB,第二輸出端的傳輸參數為-0.23dB,信號可以從第二輸出端輸出，不能從第一輸出端輸出。
【權利要求】
1.一種渠道形電溫雙調控太赫茲波開關，其特征在于包括信號輸入端(I)、第一輸出端(2)、第二輸出端(3)、基板(4);基板(4)上設有第一直波導(5)、U形波導(6)、第二直波導(7)、倒C形波導(8)、第一 C形波導(9)、第一 S形波導(10)、第二 S形波導(11 )、Y形裝置(12)、第三直波導(13)、第二 C形波導(14)、鐮刀形波導(15)、圓角矩形環(huán)狀波導(16)、Ν型半導體(17)、Ρ型半導體(18);U形波導(6)的左端與第一直波導(5)的右端相連，U形波導(6)的右端與第二直波導(7)的左端相連，第二直波導(7)的右端與倒C形波導(8)的上端部相連，倒C形波導(8)的下端部與第一 C形波導(9)的上端部相連，第一 C形波導(9)的下端部與Y形裝置(12)的左端相連，第一 S形波導(10)的右上端與Y形裝置(12)的左端相連，第一 S形波導(10)的左下端與第二 S形波導(11)的右上端相連，第二 S形波導(11)的左下端與第三直波導(13)的右端相連，第三直波導(13)的左端與第二 C形波導(14)的下端部相連，第二 C形波導(14)的上端部與鐮刀形波導(15)的左端相連，圓角矩形環(huán)狀波導(16)在U形波導(6)與鐮刀形波導(15)之間，P型半導體(18)設在圓角矩形環(huán)狀波導(16)內，圓角矩形環(huán)狀波導(16)左右外側分別設有一個N型半導體(17);第一直波導(5)的左端為信號輸入端(I )，Y形裝置(12)右上端為第一輸出端(2)，Y形裝置(12)右下端為第二輸出端(3)，所述U形波導(6)由四個小四分之一圓環(huán)形波導(19)、兩個第四直波導(20)和一個第五直波導(21)連接而成，倒C形波導(8)由一個第六直波導(23)兩端分別與兩個同向大四分之一圓環(huán)形波導(22)連接而成，第一 S形波導(10)由一個第七直波導(24)兩端分別與兩個異向小四分之一圓環(huán)形波導(19)連接而成，Y形裝置(12)由溫控裝置(25)與向上小四分之一圓環(huán)形波導(19)、向下小四分之一圓環(huán)形波導(19)、第七直波導(24)相連的結構，和由溫控裝置(25)與向下小四分之一圓環(huán)形波導(19)、向上小四分之一圓環(huán)形波導(19)、第七直波導(24)相連的結構拼接而成，第二 C形波導(14)由一個第七直波導(24)兩端分別與兩個同向小四分之一圓弧形波導(19)連接而成，鐮刀形波導(15)由第五直波導(21)和半圓環(huán)形波導(26)連接而成，太赫茲波從信號輸入端(I)水平輸入，當N型半導體(17)、P型半導體(18)沒有加電壓且Y形裝置(12)內的溫控裝置(25)的溫度沒有改變時，太赫茲波從第一輸出端(2)輸出，此時開關狀態(tài)設為“開”;當N型半導體(17)、P型半導體(18)加電壓或者Y形裝置(12)內的溫控裝置(25)的溫度改變時，太赫茲波從第二輸出端(3)輸出，此時開關狀態(tài)設為“關”，從而實現開關的效果。
2.根據權利要求1所述的一種渠道形電溫雙調控太赫茲波開關，其特征在于所述的基板(4)的材料為二氧化硅，基板(4)的長為900μm-990μπι，寬為900 μ m-990 μ m，高為60 μm-80 μ m ;所述的第一直波導(5)的材料為娃，第一直波導(5)的長為80 μ m-90 μ m,寬為20 μ m-30 μ m,高為20 μ m-30 μ m ;所述的第二直波導(7)的材料為硅，第二直波導(7)的長為100 μ m-110 μ m,寬為20 μ m-30 μ m,高為20 μ m-30 μ m ;所述的第三直波導(13)的材料為娃，第三直波導(13)的長為120 μ m-?30 μ m,寬為20μm-30μm,高為20 μ m-30 μ m。
3.根據權利要求1所述的一種渠道形電溫雙調控太赫茲波開關，其特征在于所述的U形波導(6)的材料為娃，小四分之一圓環(huán)形波導(19)的外半徑為70 μ m-80 μ m,內半徑為50 μ m-60 μ m ;第四直波導(20)的長為 50 μ m-60 μ m,寬為 20 μ m-30 μ m,高為 20 μ m-30 μ m ；第五直波導(21)的長為120 μ m-?30 μ m,寬為20 μ m-30 μ m,高為20 μ m-30 μ m。
4.根據權利要求1所述的一種渠道形電溫雙調控太赫茲波開關，其特征在于所述的倒C形波導(8)和第一 C形波導(9)的結構尺寸相同且材料均為硅，大四分之一圓環(huán)形波導(22)的外半徑為80 μ m-90 μ m,內半徑為60 μ m-70 μ m ;第六直波導(23)的長為40 μ m-50 μ m,寬為 20 μ m-30 μ m,高為 20 μ m-30 μ m。
5.根據權利要求1所述的一種渠道形電溫雙調控太赫茲波開關，其特征在于所述的第一S形波導(10)和第二 S形波導(11)的結構尺寸相同且材料均為硅，第七直波導(24)的長為 80 μ m-90 μ m,寬為 20 μ m-30 μ m,高為 20 μ m-30 μ m。
6.根據權利要求1所述的一種渠道形電溫雙調控太赫茲波開關，其特征在于所述的溫控裝置(25)的材料為銻化銦，溫控裝置(25)的長為ΙΟΟμm-?ΙΟμπι，寬為50 μ m-60 μ m，高為 20 μ m-30 μ m。
7.根據權利要求1所述的一種渠道形電溫雙調控太赫茲波開關，其特征在于所述的第二C形波導(14)和鐮刀形波導(15)的材料均為娃,半圓環(huán)形波導(26)的外半徑為外半徑為70 μ m~80 μ m,內半徑為50 μ m~60 μ m。
8.根據權利要求1所述的一種渠道形電溫雙調控太赫茲波開關，其特征在于所述的圓角矩形環(huán)狀波導(16)的材料為娃，圓角矩形環(huán)狀波導(16)的長為300μm-320μηι,寬為200μm-220μπι，環(huán)的寬度為20μm-30μπι，圓角的中心角為90°，圓角的外半徑為70 μ m~80 μ m,內半徑為50 μ m~60 μ m。
9.根據權利要求1所述的一種渠道形電溫雙調控太赫茲波開關，其特征在于所述的N型半導體(17)的材料為硅，N型半導體(17)的長為300 μ m-320 μ m，寬為60 μ m-70 μ m,高為20μm-30μπι ;所述的P型半導體(18)的材料為硅，P型半導體(18)長為300 μ m-320 μ m，寬為 240 μ m~260 μ m,高為 20 μ m~30 μ m。
【文檔編號】G02F1/01GK103676215SQ201310599221
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權日:2013年11月25日
【發(fā)明者】李九生 申請人:中國計量學院