Advanced MEMS Technology for Terahertz Frequencies
Tid: Fr 2021-04-16 kl 10.00
Plats: zoom link for online defense (English)
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Zhao Xinghai , Mikro- och nanosystemteknik
Opponent: Professor Jan Stake, Chalmers University of Technology
Handledare: Professor Joachim Oberhammer, Mikro- och nanosystemteknik; Dr. Umer Shah, Mikro- och nanosystemteknik; Dr. Oleksandr Glubokov, Mikro- och nanosystemteknik
Abstract
I takt med utvecklingen av THz teknologi har behovet av en mängd applicationer växt explosionsartat, som t.ex höghastighetskommunikation, THz radars, miljömonitorering, medicinsk imaging och rymdutforskning. Tillverkningen, integreringen och förpackningstekniker kvarstår dock som stora utmaningar för THz-komponenter och system för att uppnå storskalig och kostnadseffektiv produktion. Nuvarande THz-teknologier förlitar sig på konventionella, dyra metoder för serietillverkning och förpackning, såsom computer numerical control (CNC) högprecisionsbearbetning, som enbart lämpar sig för avancerade forskningsinstrument eller engångsprototyper. Nu för tiden är THz MEMS en lovande kandidat för att realisera hög precision, låg kostnad och höga volymer vid tillverkning och integrering av miniatyriserade, passiva THz komponenter och system. I den här avhandlingen utvecklas flera nyckelkomponenter och teknologier inom THz MEMS till fördel för framtidens THz mikrosystem.
I ett av projekten har D-band filter och diplexer implementerats med hjälp av en avancerad mikrobearbetad vågledarteknologi som baseras på en frigörbar fyllnadsstruktur som uppnår geometrier med hög precision för THz vågledarenheter. Imperfektioner inom tillverkning är ett stort problem som påverkar prestationen hos enheter när det gäller inkopplingsförluster, bandbredd och operationsfrekvens. RFS-baserad SOI mikrobearbetningstekniker förbättrar deep reactive ion etching (DRIE) processens prestation och enhetlighet, särskilt inom sidväggs-vertikalitet, genom att utnyttja extra strukturer för att fylla de stora etsytorna och uppnå enhetliga aspect ratios av etsdiken.
En toppmodern MEMS fasväxlare baserad på en vågledar-integrerad SOI mikrobearbetningsteknik har framgångsrikt demonstrerats vid 220-330 GHz med karaktärisering av fullband med låg inkopplingsförlust. MEMS comb-drive aktuatorer är integrerade i device-lagret på SOI-skivan, vilka förflyttar kiselplattor i den rektangulära vågledaren för att förändra fortplantningskonstanten. Att integrera inställ- och konfigurerbarhet i THz-MEMS är en kritisk aspekt för att implementera signalmodulering, val av frekvensband, strålskanning och kalibrering i THz MEMS front-ends. Det demonstrerade arbetet banar väg för tredimensionella (3D) mikrobearbetade SOI-integrerade rektangulära vågledar-plattformar.
En serie multilager-filter med höga Q-värden har åstadkommits genom kiselbearbetningstekniker inom vertikala staplade kiselchip. Frekvenserna täcker 270, 300, 450, 687 och 700 GHz. Tillverkningsnoggrannheten och repeterbarheten av denna typ av THz-vågledarfilter baserade på vertikala staplade multilager har undersökts. En mångsidig axiell portintegrerad multilagerenhet har föreslagits för att möjliggöra den direkta standardiserade fläns-koaxial-kopplingen. H-plan vågledarfilter med detta mångsidiga koaxialgränssnitt har framgångsrikt demonstrerats. Denna kiselbearbetningsteknik inom vertikala staplade multilager uppvisar potential för att implementera integrerade, kompakta 3D-mikrosystem inom THz applikationer.