專利名稱：具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅基天線及其制造方法，特別是涉及關(guān)于一種具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線及其制造方法。
背景技術(shù)：
頻帶介于3. IGHz 10. 6GHz的超寬頻帶(Ultra-wideband，UWB)技術(shù)常應(yīng)用于影像、車用雷達(dá)、通訊與測量等系統(tǒng)，作為短距離且兼具高速多媒體資訊的無線傳輸界面，形成了無縫隙通訊的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。近年來，無線個(gè)人網(wǎng)絡(luò)(WPAN)系統(tǒng)將其頻帶訂定于超寬頻帶中，主要應(yīng)用于10公尺以內(nèi)個(gè)人空間范圍的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。此外，超寬頻除了頻寬高、 傳送速率快(最高可達(dá)500Mbps)以外，還具有低耗電量、安全性高、高速傳輸、低干擾、定位功能精準(zhǔn)、低成本芯片結(jié)構(gòu)等特色，適合無線個(gè)人網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字家電產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境的需求。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，例如于PCB基板上制作平面式天線，其所制得的天線頻寬較窄且輻射效率較低。并且，由于微帶天線本身具有混附波(Spurious wave)與表面漏波 (Surface Wave)效應(yīng)，當(dāng)現(xiàn)有微帶天線于通訊系統(tǒng)收發(fā)信號(hào)時(shí)，會(huì)造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的判別錯(cuò)誤或是影響整體的收發(fā)效率。另外，另一種現(xiàn)有天線，其是在一硅基板(高介電常數(shù))上制作，相似地，該種現(xiàn)有天線的頻寬同樣很窄，且輻射效率也較低。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種創(chuàng)新且富有進(jìn)步性的具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線及其制造方法，以解決上述問題。為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線的實(shí)施例，該硅基懸浮天線包括一硅基板及一無線通訊單元。該硅基板具有相對(duì)的一第一側(cè)面及一第二側(cè)面，該第一側(cè)面具有多個(gè)規(guī)則性排列的凹穴，該第二側(cè)面具有一長度側(cè)邊。該無線通訊單元，設(shè)置于該第二側(cè)面，該無線通訊單元包括一電極層、一間隔部及一 F型結(jié)構(gòu)。該電極層具有一平板部、一第一基部及至少一第二基部，該平板部的一側(cè)面具有一槽口，該第一基部、該第二基部及該槽口間隔設(shè)置于該第二側(cè)面且實(shí)質(zhì)上平行該第二側(cè)面的該長度側(cè)邊， 該第一基部具有一本體及一延伸部，該延伸部自該本體延伸至該槽口中。該間隔部設(shè)置于該本體及該第二基部上。該F型結(jié)構(gòu)具有一縱部，該縱部設(shè)置于該間隔部上，該F型結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上平行該第二側(cè)面。本發(fā)明另提供一種具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線的制造方法的實(shí)施例，其包括以下步驟提供一硅基板，該硅基板具有相對(duì)的一第一側(cè)面及一第二側(cè)面，該第二側(cè)面具有一長度側(cè)邊；分別于該第一側(cè)面及該第二側(cè)面定義一第一圖樣及一第二圖樣；根據(jù)該第二圖樣于該第二側(cè)面形成一電極層，該電極層具有一平板部、一第一基部及至少一第二基部， 該平板部的一側(cè)面具有一槽口，該第一基部、該第二基部及該槽口間隔設(shè)置于該第二側(cè)面且實(shí)質(zhì)上平行該第二側(cè)面的該長度側(cè)邊，該第一基部具有一本體及一延伸部，該延伸部自該本體延伸至該槽口中；形成一間隔部于該本體及該第二基部上；形成一 F型結(jié)構(gòu)，該F型結(jié)構(gòu)具有一縱部，該縱部設(shè)置于該間隔部上，該F型結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上平行該第二側(cè)面；及根據(jù)該第一圖樣于該第一側(cè)面形成多個(gè)規(guī)則性排列的凹穴。
圖IA至圖9為本發(fā)明的實(shí)施例，其顯示具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線的制造步驟示意圖；其中圖8B為本發(fā)明的實(shí)施例，其具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線的剖視圖；圖8C為本發(fā)明的實(shí)施例，其顯示具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線的仰視圖；圖8D為本發(fā)明的實(shí)施例，其顯示具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線的F型結(jié)構(gòu)局部放大圖；圖9為本發(fā)明的實(shí)施例，其顯示具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線的立體圖；圖10顯示本發(fā)明三種不同類型天線結(jié)構(gòu)的輻射效率結(jié)果圖；圖11顯示本發(fā)明三種不同類型天線結(jié)構(gòu)的頻寬與反射系數(shù)結(jié)果圖；圖12顯示本發(fā)明三種不同類型天線結(jié)構(gòu)的最大增益結(jié)果圖；及圖13A、圖1 顯示本發(fā)明具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線的方向增益場型圖。主要元件符號(hào)說明1 具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線10 硅基板11 第一側(cè)面12 第二側(cè)面13 二氧化硅層14氮化物層15第一圖樣16第二圖樣17第一光致抗蝕劑18第二光致抗蝕劑19 電極層20 間隔部21第三光致抗蝕劑22 第三圖樣23 種子層24F型結(jié)構(gòu)25第四光致抗蝕劑26第四圖樣30無線通訊單元111 凹穴121第二側(cè)面的一長度側(cè)邊191平板部
192 第一基部193 第二基部194 槽口195 本體196 延伸部197、198、199 導(dǎo)電層211 槽孔221 凹口241 縱部242 第一橫部243 第二橫部244縱部的第一端245縱部的第二端
具體實(shí)施例方式圖IA至圖9為本發(fā)明的實(shí)施例，其顯示具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線的制造步驟示意圖。配合參考圖IA及圖1B，其中圖IA為本發(fā)明的實(shí)施例，其顯示硅基板的俯視圖， 圖IB顯示圖IA中沿1B-1B的剖視圖。首先，提供一硅基板10，該硅基板10具有相對(duì)的一第一側(cè)面11及一第二側(cè)面12，該第二側(cè)面12具有一長度側(cè)邊121。在本實(shí)施例中，該第一側(cè)面11及該第二側(cè)面12分別由內(nèi)而外具有一層二氧化硅層13及一氮化物(nitride)層 14。配合參考圖2及圖3，分別于該第一側(cè)面11及該第二側(cè)面12定義一第一圖樣15 及一第二圖樣16。在本實(shí)施例中，是于該第一側(cè)面11利用一第一光致抗蝕劑(photoresist mask) 17定義該第一圖樣15(圖2)；接著，利用反應(yīng)式離子蝕刻系統(tǒng)(STS-RIE)進(jìn)行干式蝕亥IJ，移除該第二側(cè)面12的該氮化物(nitride)層14，且根據(jù)該第一圖樣15移除該第一側(cè)面11的部分該二氧化硅層13及該氮化物層14 ；利用一第二光致抗蝕劑18定義該第二圖樣16，然后再移除該第一光致抗蝕劑17(圖3)。配合參考圖3、圖4A及圖4B，其中圖4A為本發(fā)明的實(shí)施例，其顯示形成一電極層于硅基板的俯視圖，圖4B顯示圖4A中沿4B-4B的剖視圖。根據(jù)該第二圖樣16于該第二側(cè)面12形成一電極層19。其中，所形成的該電極層19具有一平板部191、一第一基部192 及至少一第二基部193。在本實(shí)施例中，該電極層19具有二第二基部193?？衫斫獾氖?，該電極層19可僅具有一第二基部193，例如僅具有轉(zhuǎn)角位置之第二基部193而不具有中間部分之第二基部193。該平板部191的一側(cè)面具有一槽口 194，該第一基部192、該等第二基部193及該槽口 194間隔設(shè)置于該第二側(cè)面12且實(shí)質(zhì)上平行該第二側(cè)面12的該長度側(cè)邊 121，該第一基部192具有一本體195及一延伸部196，該延伸部196自該本體195延伸至該槽口 194中。在本實(shí)施例中，該第一基部192及該等第二基部193沿該第二側(cè)面12的該長度側(cè)邊121間隔設(shè)置于該第二側(cè)面12，然而，該第一基部192及該等第二基部193與該第二側(cè)面 12的該長度側(cè)邊121可相隔一間距，且該第一基部192及該等第二基部193實(shí)質(zhì)上平行該
6長度側(cè)邊121。較佳地，該電極層19利用掀離(life-off)制作工藝制作。在本實(shí)施例中，制作該電極層19包括以下步驟根據(jù)該第二圖樣16(圖幻以沉積方法依序形成多個(gè)導(dǎo)電層197、 198、199(氮化鉭(TaN)層、鉭(Ta)層、銅(Cu)層)于該第二側(cè)面12 ；及移除該第二光致抗蝕劑18 (圖4B)，以形成該電極層19。其中，沉積的導(dǎo)電層197、198、199原覆蓋該第二光致抗蝕劑18及該第二圖樣16顯露的二氧化硅層13，在進(jìn)行掀離制作工藝以移除該第二光致抗蝕劑18時(shí)(利用丙酮)，位于該第二光致抗蝕劑18表面上的部分導(dǎo)電層197、198、199即會(huì)連同該第二光致抗蝕劑18被掀離移除，而留下的部分導(dǎo)電層197、198、199形成該電極層 19的該平板部191、該第一基部192及該等第二基部193。參考圖5及圖6，形成一間隔部20于該第一基部192的該本體195及該等第二基部193上。在本實(shí)施例中，形成該間隔部20包括以下步驟利用一第三光致抗蝕劑21于該第二側(cè)面12及該電極層19定義一第三圖樣22，該第三光致抗蝕劑21具有兩個(gè)槽孔211， 該等槽孔211位于該本體195及該等第二基部193上方相對(duì)位置；及以電鍍沉積方法于該等槽孔211中形成該間隔部20，其中該間隔部20未填滿該等槽孔211。配合參考圖6及圖7A至圖7C，形成一 F型結(jié)構(gòu)M，其中圖7A為本發(fā)明的實(shí)施例， 其顯示形成一具F型圖樣的光致抗蝕劑于種子層的剖視圖，圖7B顯示形成該F型結(jié)構(gòu)M后的剖視圖，圖7C顯示圖7B局部的俯視圖。該F型結(jié)構(gòu)M具有一縱部M1，其中該縱部Ml 設(shè)置于該間隔部20上，且該F型結(jié)構(gòu)M實(shí)質(zhì)上平行該第二側(cè)面12。該電極層19、該間隔部20及該F型結(jié)構(gòu)M形成一無線通訊單元30。在本實(shí)施例中，形成該F型結(jié)構(gòu)M包括以下步驟形成一種子層^，該種子層23覆蓋該第三光致抗蝕劑21及該間隔部20，該種子層 23于該間隔部20上方相對(duì)位置具有三個(gè)凹口 221 ；利用一第四光致抗蝕劑25于該種子層 23上定義一第四圖樣沈，該第四圖樣沈相應(yīng)該F型結(jié)構(gòu)M的圖樣；及根據(jù)該第四圖樣沈以電鍍沉積方法于該種子層23上形成該F型結(jié)構(gòu)M。配合參考圖2、圖7C、圖8A及圖8B、圖9，其中圖8A為本發(fā)明的實(shí)施例，其顯示具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線的俯視圖，圖8B顯示圖8A中沿8B-8B的剖視圖；圖9為本發(fā)明的實(shí)施例，其顯示具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線的立體圖。根據(jù)該第一圖樣15于該第一側(cè)面11形成多個(gè)規(guī)則性排列的凹穴111。在本實(shí)施例中，其是根據(jù)該第一圖樣15于該第一側(cè)面11移除部分該氮化物層14、部分該二氧化硅層13及部分硅基板10，以形成該等凹穴111，并利用丙酮溶液以浸泡方式移除該第三光致抗蝕劑21及該第四光致抗蝕劑25。其中，該種子層23極薄(小于1微米)，因此在移除該第三光致抗蝕劑21及該第四光致抗蝕劑25的同時(shí)，相應(yīng)該第四圖樣沈以外的部分該種子層23會(huì)連同該第三光致抗蝕劑21及該第四光致抗蝕劑25被掀離移除(效果與掀離制作工藝相同)，以制作完成本發(fā)明的具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線1。再配合參考圖8A、圖8B及圖9，在本發(fā)明的具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線1中， 該F型結(jié)構(gòu)M通過該間隔部20、該第一基部192及該等第二基部193支撐，使得該F型結(jié)構(gòu)M懸浮于該二氧化硅層13的上方一距離。在本實(shí)施例中，該等凹穴111是利用氫氧化鉀(KOH)以蝕刻方式形成，且相對(duì)于垂直該第一側(cè)面11的剖面，該等凹穴111的形狀為梯形(如圖8B所示)。其中，該等凹穴111 作為該硅基懸浮天線1的光子帶隙結(jié)構(gòu)。配合參考圖8A至圖8D為本發(fā)明的實(shí)施例，其分別顯示具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線的俯視圖、剖視圖、仰視圖及F型結(jié)構(gòu)局部放大圖。該硅基懸浮天線1包括一硅基板 10及一無線通訊單元30。該硅基板10具有相對(duì)的一第一側(cè)面11及一第二側(cè)面12，該第一側(cè)面11具有多個(gè)規(guī)則性排列的凹穴111，該第二側(cè)面12具有一長度側(cè)邊121。其中，相對(duì)于垂直該第一側(cè)面11的剖面，該等凹穴111的形狀為梯形(圖8C)。在本實(shí)施例中，該等凹穴111的開口為正方形，每一凹穴111的開口的邊長r為 1.764至2. 156毫米(mm)之間，每一凹穴111的開口的邊長r較佳為1.96毫米；每一凹穴 111具有一深度t，該深度t為315至385微米(μ m)之間，該凹穴111的深度t較佳為350 微米。相對(duì)于該第一側(cè)面11的長度方向，相鄰凹穴111間具有一第一間隔k ；相對(duì)于該第一側(cè)面111的寬度方向相鄰凹穴111間具有一第二間隔P ；該等凹穴111與該第一側(cè)面11 的相對(duì)兩個(gè)長度側(cè)邊及一寬度側(cè)邊間分別具有一第三間隔q、一第四間隔S及一第五間隔 y。在本實(shí)施例中，該第一間隔k及該第二間隔ρ分別為0. 306至0. 374毫米之間及0. 126 至0. 154毫米之間；該第三間隔q、該第四間隔S及該第五間隔y分別為0. 306至0. 374毫米之間、0. 45至0. 55毫米之間及0. 54至0. 66毫米之間。較佳地，該第一間隔k及該第二間隔P分別為0. 34毫米及0. 14毫米；該第三間隔q、該第四間隔s及該第五間隔y分別為 0. 34,0. 50毫米及0. 6毫米。該無線通訊單元30設(shè)置于該第二側(cè)面12，該無線通訊單元30包括一電極層 19、一間隔部20及一 F型結(jié)構(gòu)24。在本實(shí)施例中，該電極層19為接地-訊號(hào)-接地 (Ground-Signal-Ground, GSG)底電極，其依序包括多個(gè)導(dǎo)電層197、198、199 (氮化鉭(TaN) 層、鉭(Ta)層、銅(Cu)層)，其中該等導(dǎo)電層197、198、199較佳的厚度分別為900-1100埃 (A)、150-250 埃及 1800-2200 埃。在本實(shí)施例中，該電極層19具有一平板部191、一第一基部192及一第二基部 193。該平板部191的一側(cè)面具有一槽口 194，該第一基部192、該等第二基部193及該槽口 194間隔設(shè)置于該第二側(cè)面12且實(shí)質(zhì)上平行該第二側(cè)面12的一長度側(cè)邊121，該第一基部 192具有一本體195及一延伸部196，該延伸部196自該本體195延伸至該槽口 194中。其中，兩個(gè)接地點(diǎn)G設(shè)置于該平板部191且位于該槽口 194的兩個(gè)側(cè)，且該硅基懸浮天線1的一共面波導(dǎo)(Coplanar Waveguide, CPff)饋入點(diǎn)S設(shè)置于該延伸部196(參考圖4A)。較佳地，該平板部191的長度m及寬度η分別為16. 2至19. 8毫米之間及6. 3至 7. 7毫米之間；該延伸部196的長度f及寬度e分別為0. 54至0. 66毫米之間及0. 05至 0. 15毫米之間。在本實(shí)施例中，該平板部191的長度m及寬度η分別為18毫米及7. 0毫米；該延伸部196的長度f及寬度e分別為0. 6毫米及0. 1毫米。該槽口 194與該第二表面12的該長度側(cè)邊121距離u較佳為0. 09至0. 11毫米之間；該槽口 194的寬度w及深度ζ分別為0. 18至0. 30毫米之間及0. 135至0. 165毫米之間。在本實(shí)施例中，該槽口 194與該第二表面12的該長度側(cè)邊121距離u為0. 10毫米之間；該槽口 194的寬度w及深度ζ分別為0.20毫米及0. 15毫米。另外，該延伸部196與該槽口 194之間具有一等距間距g，該等距間距g較佳為0.03至0.08毫米之間，在本實(shí)施例中，該等距間距g為0. 05毫米。該間隔部20設(shè)置于該本體195及該等第二基部193上，較佳地，該間隔部20為銅材質(zhì)。該F型結(jié)構(gòu)M具有一縱部Ml、一第一橫部242及一第二橫部M3。其中，該縱部 241通過一種子層23 (在此為銅材質(zhì))設(shè)置于該間隔部20上，且該F型結(jié)構(gòu)M實(shí)質(zhì)上平行該第二側(cè)面12。較佳地，該F型結(jié)構(gòu)M為銅材質(zhì)。 該F型結(jié)構(gòu)M具有一厚度、一最大長度a及一最大寬度b，較佳地，該厚度、該最大長度a及該最大寬度b分別為5. 0至7. 0微米之間、6. 3至7. 7毫米之間及3. 4至3. 8毫米之間。在本實(shí)施例中，該厚度、該最大長度a及該最大寬度b分別為6. 0微米、7. 0毫米及3. 6毫米，并且，該F型結(jié)構(gòu)M與該硅基板10的該二氧化硅層13的間隔h為11. 88至 14. 52微米之間，較佳地，該F型結(jié)構(gòu)M與該硅基板10的該二氧化硅層13的間隔h為13. 2 微米。該F型結(jié)構(gòu)M的該縱部241另包括相對(duì)的一第一端244及一第二端M5，其中該第一橫部242連接于該縱部241的該第二端M5，該第二橫部243連接于該縱部241的該第一端244與該第二端245之間。較佳地，該第二橫部M3的寬度d為0. 45至0. 55毫米之間，在本實(shí)施例中，該第二橫部M3的寬度d為0. 5毫米；該第二橫部243與該縱部Ml的該第一端M4的端面間的距離c為0. 81至0. 99毫米之間，在本實(shí)施例中，該第二橫部M3 與該縱部Ml的該第一端M4的端面間的距離c為0. 9毫米。本發(fā)明的具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線1可適用于3. IGHz 10. 6GHz的超寬頻帶(Ultra-wideband，UWB)的應(yīng)用(應(yīng)用于影像、車用雷達(dá)、通訊與測量等系統(tǒng))，在商業(yè)上可開發(fā)作為短距離且兼具高速多媒體資訊的無線傳輸界面，例如，無線個(gè)人網(wǎng)絡(luò)(WPAN) 系統(tǒng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。此外，本發(fā)明的具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線1具有超寬頻帶的頻寬高、傳送速率快、低耗電量、安全性高、高速傳輸、低干擾、定位功能精準(zhǔn)、低成本芯片結(jié)構(gòu)等特色。參考圖10，其顯示三種不同類型天線結(jié)構(gòu)的輻射效率結(jié)果圖，其中該三種不同類型天線結(jié)構(gòu)分別為未具周期性結(jié)構(gòu)的平面天線(A天線)、未具周期性結(jié)構(gòu)的懸浮天線(B天線)及本發(fā)明具光子帶隙結(jié)構(gòu)(周期性結(jié)構(gòu))的硅基懸浮天線1(C天線)。曲線Ll至L3 分別表示A天線至C天線的輻射效率曲線。結(jié)果顯示，在共振頻率為5. IGHz下C天線(本發(fā)明)的輻射效率高達(dá)91%，優(yōu)于A天線的84% (共振頻率為4. 9GHz)及B天線的87% (共振頻率為5. IGHz)。參考圖11，其顯示A天線至C天線的頻寬與反射損失(Sll，Return loss)結(jié)果圖。 曲線L4至L6分別表示A天線至C天線的反射損失曲線。結(jié)果顯示，在共振頻率約為4. 9GHz 下，A天線的反射損失約為-15. 9dB，頻寬約為(4. 6GHz 6. IGHz)；在共振頻率約為 5. IGHz下，B天線的反射損失約為-15. 8dB，頻寬約為31% (4. 6GHz 6. 3GHz)；在共振頻率約為5. IGHz下，C天線(本發(fā)明)的反射損失約為-41. 6dB，頻寬約為36% 6GHz 6.6GHz)。因此，C天線(本發(fā)明)的反射損失及頻寬皆優(yōu)于A天線及B天線。參考圖12，其顯示該三種不同類型天線結(jié)構(gòu)的最大增益結(jié)果圖。曲線L7至L9分別表示A天線至C天線的最大增益曲線。結(jié)果顯示，在共振頻率約為4. 9GHz下，A天線的最大增益約為1. SdB ；在共振頻率約為5. IGHz下，B天線的最大增益約為2. OdB ；在共振頻率約為5. IGHz下，C天線(本發(fā)明)的最大增益約為2. 3dB。因此，C天線(本發(fā)明)的最大增益優(yōu)于A天線及B天線。參考圖13A、圖13B，其顯示本發(fā)明具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線的方向增益場型圖。圖13A表示球座標(biāo)中x-z平面的方向增益場型，曲線LlO至Lll分別表示相應(yīng)球座標(biāo)中的Ψ角及θ角的增益曲線；圖1 表示球座標(biāo)中y-z平面的方向增益場型，曲線L112 至L13分別表示相應(yīng)球座標(biāo)中的Ψ角及θ角的增益曲線。由圖13Α、圖13Β的方向增益場型結(jié)果顯示，本發(fā)明的具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線1，在χ-ζ平面及在y_z平面中皆具有對(duì)稱的增益，其為極佳的全向性天線。本發(fā)明的具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線可利用集成電路薄膜制作工藝、面型微加工(Surface Micromachining)制作工藝及體型微加工(BulkMicromachining)制作工藝，于該硅基板的第一側(cè)面形成多個(gè)規(guī)則性排列的凹穴(光子帶隙結(jié)構(gòu))，其具有以下增進(jìn)功效1.懸浮的F型結(jié)構(gòu)可增加天線的頻寬，且可提高元件的輻射效率。2.通過硅基板的凹穴(光子帶隙結(jié)構(gòu))的最佳化設(shè)計(jì)，可抑制天線的混附波 (Spurious wave)，以提升天線的輻射效率與增益。3.運(yùn)用體型微加工(Bulk Micromachining)技術(shù)蝕刻硅基板以形成具有所需深度(空氣層深度)的多個(gè)規(guī)則性排列的凹穴，以降低硅基板的等效介電常數(shù)，進(jìn)而增加天線的頻寬。上述實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的原理及其功效，并非限制本發(fā)明。因此熟悉此技術(shù)的人士對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改及變化仍不脫本發(fā)明的精神。本發(fā)明的權(quán)利范圍應(yīng)如附上的權(quán)利要求所列。
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權(quán)利要求
1.一種具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線，包括硅基板，具有相對(duì)的一第一側(cè)面及一第二側(cè)面，該第一側(cè)面具有多個(gè)規(guī)則性排列的凹穴，該第二側(cè)面具有一長度側(cè)邊；及無線通訊單元，設(shè)置于該第二側(cè)面，該無線通訊單元包括電極層，具有平板部、第一基部及至少一第二基部，該平板部的一側(cè)面具有槽口，該第一基部、該第二基部及該槽口間隔設(shè)置于該第二側(cè)面且實(shí)質(zhì)上平行該第二側(cè)面的該長度側(cè)邊，該第一基部具有本體及延伸部，該延伸部自該本體延伸至該槽口中；間隔部，設(shè)置于該本體及該第二基部上；及F型結(jié)構(gòu)，具有縱部，該縱部設(shè)置于該間隔部上，該F型結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上平行該第二側(cè)面。
2.如權(quán)利要求1所述的硅基懸浮天線，其中該多個(gè)凹穴的開口為正方形，每一凹穴的開口的邊長為1.764至2. 156毫米之間。
3.如權(quán)利要求1所述的硅基懸浮天線，其中每一凹穴具有一深度，該深度為315至385 微米之間。
4.如權(quán)利要求3所述的硅基懸浮天線，其中該凹穴的深度為350微米。
5.如權(quán)利要求1所述的硅基懸浮天線，其中相對(duì)于該第一側(cè)面的長度方向，相鄰凹穴間具有第一間隔，相對(duì)于該第一側(cè)面的寬度方向相鄰凹穴間具有第二間隔；該多個(gè)凹穴與該第一側(cè)面的相對(duì)兩個(gè)長度側(cè)邊及一寬度側(cè)邊間分別具有第三間隔、第四間隔及第五間隔。
6.如權(quán)利要求5所述的硅基懸浮天線，其中該第一間隔及該第二間隔分別為0.306至 0. 374毫米之間及0. 126至0. 154毫米之間；該第三間隔、該第四間隔及該第五間隔分別為 0. 306至0. 374毫米之間、0. 45至0. 55毫米之間及0. 54至0. 66毫米之間。
7.如權(quán)利要求1所述的硅基懸浮天線，其中該電極層為接地-訊號(hào)-接地底電極，兩個(gè)接地點(diǎn)設(shè)置于該平板部且位于該槽口的兩側(cè)，一共面波導(dǎo)饋入點(diǎn)設(shè)置于該延伸部。
8.如權(quán)利要求1的硅基懸浮天線，其中該平板部的長度及寬度分別為16.2至19. 8毫米之間及6. 3至7. 7毫米之間；該延伸部的長度及寬度分別為0. 54至0. 66毫米之間及 0. 05至0. 15毫米之間。
9.如權(quán)利要求7所述的硅基懸浮天線，其中該槽口與該第二表面的該長度側(cè)邊距離為 0. 09至0. 11毫米之間。
10.如權(quán)利要求7所述的硅基懸浮天線，其中該槽口的寬度及深度分別為0.18至0.30 毫米之間及0. 135至0. 165毫米之間。
11.如權(quán)利要求10所述的硅基懸浮天線，其中該延伸部與該槽口間之間距為0.03至 0. 08毫米之間。
12.如權(quán)利要求7所述的硅基懸浮天線，其中該電極層包括多個(gè)導(dǎo)電層。
13.如權(quán)利要求12所述的硅基懸浮天線，其中該電極層依序包括一氮化鉭層、一鉭層、 一銅層，該氮化鉭層設(shè)置于該第二側(cè)面。
14.如權(quán)利要求1所述的硅基懸浮天線，其中該F型結(jié)構(gòu)與該硅基板的間隔為11.88至 14. 52微米之間。
15.如權(quán)利要求1所述的硅基懸浮天線，其中該F型結(jié)構(gòu)具有一厚度、一最大長度及一最大寬度，該厚度、該最大長度及該最大寬度分別為5. 0至7. 0微米之間、6. 0至8. 0毫米之間及3. 4至3. 8毫米之間。
16.如權(quán)利要求1所述的硅基懸浮天線，其中該F型結(jié)構(gòu)另包括第一橫部及第二橫部， 該無線通訊單的該縱部另包括相對(duì)的第一端及第二端，該第一橫部連接于該縱部的該第二端，該第二橫部連接于該縱部的該第一端與該第二端之間。
17.如權(quán)利要求16所述的天線，其中該第二橫部的寬度為0.45至0. 55毫米之間。
18.如權(quán)利要求16所述的天線，其中該第二橫部與該縱部的該第一端的端面間的距離為0.81至0. 99毫米之間。
19.一種具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線的制造方法，包括以下步驟提供一硅基板，該硅基板具有相對(duì)的一第一側(cè)面及一第二側(cè)面，該第二側(cè)面具有一長度側(cè)邊；分別于該第一側(cè)面及該第二側(cè)面定義一第一圖樣及一第二圖樣；根據(jù)該第二圖樣于該第二側(cè)面形成一電極層，該電極層具有平板部、第一基部及至少一第二基部，該平板部的一側(cè)面具有槽口，該第一基部、該第二基部及該槽口間隔設(shè)置于該第二側(cè)面且實(shí)質(zhì)上平行該第二側(cè)面的該長度側(cè)邊，該第一基部具有一本體及一延伸部，該延伸部自該本體延伸至該槽口中；形成一間隔部于該本體及該第二基部上；形成一 F型結(jié)構(gòu)，該F型結(jié)構(gòu)具有縱部，該縱部設(shè)置于該間隔部上，該F型結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上平行該第二側(cè)面；及根據(jù)該第一圖樣于該第一側(cè)面形成多個(gè)規(guī)則性排列的凹穴。
20.如權(quán)利要求19所述的制造方法，其中分別利用一第一光致抗蝕劑及一第二光致抗蝕劑定義該第一圖樣及該第二圖樣。
21.如權(quán)利要求20所述的制造方法，其中還包括以下步驟根據(jù)該第二圖樣形成多個(gè)導(dǎo)電層；及移除該第二光致抗蝕劑及其表面上的部分導(dǎo)電層，以形成該電極層。
22.如權(quán)利要求21所述的制造方法，其中以沉積方法依序形成一氮化鉭層、一鉭層、一銅層于該第二側(cè)面，以形成該多個(gè)導(dǎo)電層。
23.如權(quán)利要求19所述的制造方法，其中還包括以下步驟利用一第三光致抗蝕劑于該第二側(cè)面及該電極層定義一第三圖樣，該第三光致抗蝕劑具有兩個(gè)槽孔，該多個(gè)槽孔位于該本體及該第二基部上方相對(duì)位置；及以沉積方法于該多個(gè)槽孔中形成該間隔部。
24.如權(quán)利要求23所述的制造方法，其中還包括一形成一種子層的步驟，該種子層覆蓋該第三光致抗蝕劑及該間隔部，該種子層于該間隔部上方相對(duì)位置具有兩個(gè)凹口。
25.如權(quán)利要求M所述的制造方法，其中還包括以下步驟利用一第四光致抗蝕劑于該種子層上定義一第四圖樣，該第四圖樣相應(yīng)該F型結(jié)構(gòu)的圖樣；及根據(jù)該第四圖樣以沉積方法于該種子層上形成該F型結(jié)構(gòu)。
26.如權(quán)利要求M所述的制造方法，其中根據(jù)該第一圖樣于該第一側(cè)面移除部分硅基板，以形成該多個(gè)凹穴，并移除該第三光致抗蝕劑、該第四光致抗蝕劑及相應(yīng)該第四圖樣以外的部分該種子層。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線及其制造方法。揭露利用集成電路薄膜制作工藝、面型微加工(Surface Micromachining)制作工藝及體型微加工(Bulk Micromachining)制作工藝，在一硅基板的一側(cè)面形成多個(gè)規(guī)則性排列的凹穴(光子帶隙結(jié)構(gòu))，設(shè)置一電極層于該硅基板的另一側(cè)面，設(shè)置一間隔層于該電極層上，及設(shè)置一懸浮式F型結(jié)構(gòu)于該間隔層上，以構(gòu)成一具光子帶隙結(jié)構(gòu)的硅基懸浮天線。由此，本發(fā)明的硅基懸浮天線具有以下增進(jìn)功效增加天線的頻寬且輻射效率；抑制天線的混附波(Spuriouswave)，以提升天線的輻射效率與增益；降低硅基板的等效介電常數(shù)，進(jìn)而增加天線的頻寬。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK102468537SQ20101061748
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者孫健豪, 徐國益, 黃義佑 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院