基于超低晶态电阻Ge-Te基相变薄膜射频开关阵列及制备方法

本发明涉及相变射频开关阵列制备，具体地，是具有成本低、开关速度快、寿命长、结构简单、集成度高以及易封装等优点的超低晶态电阻ge-te基相变射频开关阵列及其制备方法。

背景技术：

1、相变射频开关阵列是利用硫系化合物在晶态与非晶态之间巨大的电阻率变化的特性，从而在射频电路集成中达到多信号传输切换的效果。相变薄膜在非晶态时电阻率很高，而在晶态时电阻率很低，电阻率变化值可达四到五个数量级。当薄膜处于高阻态时，可以将射频信号隔离，使其反射回输入端，无法继续传输，开关处于断开状态。当薄膜处于低阻态时，射频信号可以顺利通过相变薄膜，开关处于导通状态。鉴于对射频通信的日益依赖，高性能且集成度高的相变射频开关阵列器件的需求也与日俱增。相变射频开关单片集成有效方式，如数控电容、切换滤波以及可调滤波等。然而，使多功能电路关键在于相变开关阵列的通道数量以及信号保真度。因此在制造相变射频开关阵列一般都是以保证各个通道信号传输性能的前提下，提高整体阵列的集成度。

技术实现思路

1、鉴于现有射频开关阵列排布方式的缺点，本发明的目的在于提供一种基于超低晶态电阻ge-te基相变薄膜射频开关阵列及制备方法，为射频开关提高整体集成度提供了新的思路。本发明的相变射频开关单元的加热方式是单电极加热，同时利用微型交指结构和经纬线排布方式配合通孔技术，保证加热元件通路、相变材料层和射频传输通路在信号传输时减少外界与不同通路信号干扰，进一步提升整体信号传输度，从而提高了整体阵列的射频传输性能。本发明可以可靠地改善不同信号通路信号传输性能，使相变射频开关阵列在各个通路运转过程中具有低插入损耗和高稳定性。

2、实现本发明目的的具体技术方案是：

3、一种基于超低晶态电阻ge-te基相变薄膜射频开关阵列制备方法，特点是晶态电阻降低信号传输的损耗，该方法包括以下具体步骤：

4、步骤1：选取单面氧化的高阻单晶si/sio2作为衬底，清洗后进行正性光刻胶的旋涂和烘干，经电子束光刻图案化后显影定影，磁控溅射沉积50~250 nm厚的pt或w金属底电极和下一层套刻的标记，其中底电极层的电极加热区域为齿状，具体尺寸：长l1为5~15 μm，宽l2为1~2 μm，间隙宽l3为1~2 μm，利用丙酮去胶清洗获得底电极层即加热元件层；

5、步骤2：对沉积有底电极层的衬底进行光刻胶的旋涂和烘干，利用电子束光刻通过十字标记对准进行相变层的图案化，显影定影后磁控溅射50~150 nm厚的gete相变材料和下一层套刻的标记，去胶清洗获得相变层；

6、步骤3：根据十字标记对准，利用电子束光刻绝缘层的图案化，显影定影后射频磁控溅射沉积50~200 nm厚的si3n4或aln绝缘层，去胶清洗获得绝缘层；

7、步骤4：在相变层上表面上，根据十字标记对准进行电子束光刻套刻图案化后磁控溅射cr/au作为顶电极，其中cr层厚度为7～20 nm其作用为增加电极粘附性，au层厚度为100～200 nm，去胶清洗后获得射频传输层；

8、步骤5：在电极层两侧根据十字标记对准，进行电子束光刻图案化后沉积溅射250~650 nm金属作为地导体层；

9、步骤6：在地导体层表面上通过十字标记对准，进行电子束光刻套刻图案化后磁控溅射50~200 nm厚的sio2或aln后，去胶清洗获得钝化层；

10、步骤7：在钝化层表面根据十字标记对准，进行电子束光刻图案化后，通过反应离子刻蚀至地导体层获得sio2或aln通孔；

11、步骤8：在钝化层上通过十字标记对准，进行电子束光刻套刻图案化，通过磁控溅射沉积金属填满通孔并获得共地金属连接层，完成地导体层的连接，制得所述基于超低晶态电阻ge-te基相变薄膜射频开关阵列。

12、所述高阻单晶si/sio2作为衬底，其电阻率至少10000 ω·cm，表面sio2厚度为300nm。

13、所述底电极层即加热元件层与射频传输层在相变层交界处采用微型交指结构。

14、所述ge-te基相变材料为ge2te、ge3te2或gete。

15、所述射频传输电极层与加热元件层在各个交接处均呈微型交指结构。

16、所述金属，其材料是cu、au或ag；所述通过磁控溅射沉积金属填满通孔，其通孔处与地导体层的接触圆半径至少5 μm。

17、一种上述方法制得的基于超低晶态电阻ge-te基相变薄膜射频开关阵列。

18、所述相变开关阵列至少拥有4个分立的相变射频开关。

19、本发明与现有技术相比，最大的优势在于本发明实施例中的相变射频开关阵列是采用经纬排布以及微型交指结构进行加工，器件加热方式为单极加热，利用硅通孔技术使加热器通路与相变材料层和射频传输通路在信号传输时减少外界与不同通路信号干扰，进一步提升整体信号传输度，最终保证各个通道信号传输性能的前提下，提高整体阵列的集成度。

技术特征：

1.一种基于超低晶态电阻ge-te基相变薄膜射频开关阵列制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：

2.如权利要求1所述的相变薄膜射频开关阵列制备方法，其特征在于，所述高阻单晶si/sio2作为衬底，其电阻率至少10000 ω·cm，表面sio2厚度为300 nm。

3.如权利要求1所述的相变薄膜射频开关阵列制备方法，其特征在于，所述底电极层即加热元件层与射频传输层在相变层交界处采用微型交指结构。

4.如权利要求1所述的相变薄膜射频开关阵列制备方法，其特征在于，所述ge-te基相变材料为ge2te、ge3te2或gete。

5.如权利要求1所述的相变薄膜射频开关阵列制备方法，其特征在于，所述射频传输电极层与加热元件层在各个交接处均呈微型交指结构。

6.如权利要求1所述的相变薄膜射频开关阵列制备方法，其特征在于，所述金属，其材料是cu、au或ag；所述通过磁控溅射沉积金属填满通孔，其通孔处与地导体层的接触圆半径至少5 μm。

7.一种权利要求1所述方法制得的基于超低晶态电阻ge-te基相变薄膜射频开关阵列。

8.如权利要求7所述的相变薄膜射频开关阵列，其特征在于，所述相变开关阵列至少拥有4个分立的相变射频开关。

技术总结本发明公开了一种基于超低晶态电阻Ge‑Te基相变薄膜射频开关阵列及制备方法，所述的射频开关包括衬底、底电极层即加热元件层，相变层、绝缘层、顶电极层即射频传输层、地导体层、钝化层和共地金属连接层。处于相变层之下的加热元件通过经纬线方式有序排布，且利用硅通孔技术向下穿透钝化层，将地导体层地连接。加热元件层和射频传输层通过绝缘层隔开有效避免信号之间相互干扰，提高了整体器件的射频传输性能。技术研发人员：胡志高,唐建立,王家宁,金师磊,李树兵,侯张晨,商丽燕,李亚巍,龚士静受保护的技术使用者：华东师范大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15