一种基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面及制造方法与流程

本发明属于航空电磁功能结构,具体涉及一种基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面及制造方法。

背景技术：

1、频率选择表面(frequency selective surface，fss)是一种具有周期性阵列结构的人工电磁材料，在入射电磁波作用下fss会激励出表面电流，表面振荡电流会对外发生二次辐射，对某种特定频率、入射角度、极化方向的电磁波发生透射或者反射，从而表现出空间滤波器的功能。

2、为了适应现代航空装备中复杂多变的电磁环境，确保雷达性能不受制约，由滤波结构和激励源构成的有源电磁功能结构概念被提出，它可以通过控制外加激励，根据实际需要而改变自身通阻状态、谐振频率、带宽等特性，在时域和空间来调控透波频段和最佳的电磁特性，满足雷达工作状态灵活多变的需求，既可保证工作频段的传输性能，又能满足飞行器的低散射性能要求。相比无源fss的单层结构，有源电磁功能结构的设计及制造技术更复杂，通常是在无源fss单元内引入有源开关元件，例如pin二极管、变容二极管、mems开关等，通过控制外加偏置电压改变单元结构的通断或阻抗，实现电磁传输特性的可调谐。

3、现有商业化二极管元器件都是采用传统的集成电路封装工艺，其元器件尺寸较大，贴装后的器件凸起于基板表面，一般厚度超过0.3mm；对后续多层板胶接及整体结构强度造成不利影响。通过对大尺寸元器件进行平面化填充处理解决器件凸起带来的工艺问题，但是引入了多余的胶膜填充层，对电磁功能有不利影响。现有元器件的厚度尺寸主要受半导体层基板和封装基板尺寸影响，若通过基板减薄的方法降低元器件厚度，会导致器件抗压能力变差，表面贴装时易碎，而且曲面贴装工艺复杂、设备昂贵、贴装效率低。因此，为了从根源上解决器件凸起带来的工艺问题，本发明提出了一种基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面制造方法。

技术实现思路

1、发明目的：本发明提出了一种基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面制造方法，该方法适用于曲面有源电磁功能结构制造，通过平面化超薄非晶硅二极管器件制备、柔性薄膜转移工艺，实现基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面制造，从根源上解决有源电磁功能结构中开关、变容二极管等元器件尺寸较大，焊接后海量器件对结构强度造成不利影响等问题。

2、技术方案：为了达到上述发明目的，本发明一方面提出了一种基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面，包括柔性聚合物衬底、在衬底上周期性排列的非晶硅薄膜器件组成的功能层；所述功能层中非晶硅薄膜器件厚度小于20um。

3、进一步地，所述柔性聚合物衬底为聚酰亚胺、聚酯、聚烯烃薄膜中的一种。

4、本发明另一方面还提出了如上所述的基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面的制造方法，所述方法包括以下步骤：

5、第一步、在单晶硅衬底上通过气相沉积工艺制备非晶硅薄膜；

6、第二步、对非晶硅薄膜进行刻蚀，得到图案化的非晶硅二极管分立器件；

7、第三步、制备金属电极，将非晶硅二极管串联或并联，制备得到有源频率选择表面；

8、第四步、采用柔性薄膜转移工艺将基于非晶硅器件的有源频率选择表面转移到柔性聚合物衬底上，得到基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面。

9、进一步地，第二步中，通过光刻技术进行器件的图形化处理，利用光刻技术和离子干法刻蚀将使用的硅纳米薄膜刻蚀到埋氧层，实现硅薄膜的图形化处理。

10、进一步地，非晶硅薄膜包括p型掺杂层、本征层、n型掺杂层。

11、进一步地，对非晶硅薄膜进行刻蚀时采用光刻或离子干法刻蚀工艺。

12、进一步地，金属电极制备时采用真空蒸镀或磁控溅射工艺。

13、进一步地，非晶硅二极管器件为开关型或变容型二极管。

14、进一步地，金属电极材料为金、银、铜中的一种或几种。

15、有益技术效果：本发明提出了一种基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面制造方法，该方法适用于曲面有源电磁功能结构制造，通过平面化超薄非晶硅二极管器件制备、柔性薄膜转移工艺，实现基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面制造，从根源上解决有源电磁功能结构中开关、变容二极管等元器件尺寸较大，焊接后海量器件对结构强度造成不利影响等问题。为新一代航空有源电磁功能结构制造提供技术支持。

16、本发明中频选功能层中利用非晶硅薄膜低温沉积的优点(一般不大于200℃)，与电磁功能结构复合材料的耐热等级相近，有利于实现复合材料表面上非晶硅器件的原位制备；本发明提出的制造方法代替传统二极管曲面贴装工艺，可以实现海量器件一次性制造，大幅缩短产品制造周期，降低了制造成本。

技术特征：

1.一种基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面，其特征在于，包括柔性聚合物衬底、在衬底上周期性排列的非晶硅薄膜器件组成的功能层；所述功能层中非晶硅薄膜器件厚度小于20um。

2.如权利要求1所述的一种所述柔性聚合物衬底为聚酰亚胺、聚酯、聚烯烃薄膜中的一种。

3.如权利要求1或2所述基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

4.如权利要求3所述基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面的制造方法，其特征在于，所述的非晶硅薄膜包括p型掺杂层、本征层、n型掺杂层。

5.如权利要求3所述基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面的制造方法，其特征在于，对非晶硅薄膜进行刻蚀时采用光刻或离子干法刻蚀工艺。

6.如权利要求3所述基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面的制造方法，其特征在于，第二步中，通过光刻技术进行器件的图形化处理，利用光刻技术和离子干法刻蚀将使用的硅纳米薄膜刻蚀到埋氧层，实现硅薄膜的图形化处理。

7.如权利要求3所述基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面的制造方法，其特征在于，金属电极制备时采用真空蒸镀或磁控溅射工艺。

8.如权利要求3所述基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面的制造方法，其特征在于，非晶硅二极管器件为开关型或变容型二极管。

9.如权利要求3所述基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面的制造方法，其特征在于，金属电极材料为金、银、铜中的一种或几种。

技术总结本发明属于航空电磁功能结构技术领域,具体涉及一种基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面及制造方法。柔性有源频率选择表面，包括柔性聚合物衬底、在衬底上周期性排列的非晶硅薄膜器件组成的功能层；所述功能层中非晶硅薄膜器件厚度小于20um。制备时，在单晶硅衬底上通过气相沉积工艺制备非晶硅薄膜；对非晶硅薄膜进行刻蚀，得到图案化的非晶硅二极管分立器件；制备金属电极，将非晶硅二极管串联或并联，制备得到有源频率选择表面；采用柔性薄膜转移工艺将基于非晶硅器件的有源频率选择表面转移到柔性聚合物衬底上，得到基于非晶硅器件的柔性有源频率选择表面。本发明可以实现海量器件一次性制造，大幅缩短产品制造周期，降低了制造成本。技术研发人员：王志强,黄信佐,吴霄,苏韬,徐慧受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司济南特种结构研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/18