基于Ge-Te基相变薄膜的多层多通道立体开关矩阵及制备方法

本发明涉及相变射频开关矩阵制备，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一种基于ge-te基相变薄膜的多层多通道立体开关矩阵及制备方法。

背景技术：

1、相变射频开关矩阵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，多层多通道结构呈现出的高集成度将会进一步满足相变射频开关矩阵器件的需求。

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ge-te基相变薄膜的多层多通道立体开关矩阵及制备方法，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，同时利用多层多通道结构使不同层信号传输时可以独立传输，并且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，从而提高了整体矩阵的射频传输性能。本发明可以通过多层多通道结构完成信号传输，并可以借助多层结构有效地规避在某一层出现故障时，仍然可以在另外一层完成传输的局部要求，且可通过构建新传输层完成对矩阵信号传输功能的修复。

2、实现本发明目的的具体技术方案是：

3、一种基于ge-te基相变薄膜的多层多通道立体开关矩阵的制备方法，特点是实现多通道的同时以多层立体结构保证不同层间的独立运行且便于维护，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10~100 nm厚的cr/au或w金属底电极和下一层套刻的标记，利用丙酮去胶清洗获得第一底电极层；

5、步骤2：对沉积有底电极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50~100 nm厚的gete相变材料和下一层套刻的标记，去胶清洗获得第一相变层；

6、步骤3：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w或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或w层厚度为50～100 nm，去胶清洗后获得第一顶电极层；

7、步骤4：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；

8、步骤5：在绝缘层上表面上，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w或cr/au作为第二底电极层；

9、步骤6：对沉积绝缘层上表面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50~100 nm厚的gete相变材料和下一层套刻的标记，去胶清洗获得第二相变层；

10、步骤7：在第二相变层上表面上，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w或cr/au作为顶电极，去胶清洗后获得第二顶电极层；

11、步骤8：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；

12、步骤9：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；

13、步骤10：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；

14、步骤11：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ge-te基相变薄膜的多层多通道立体开关矩阵。

15、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。

16、所述相变层在第二底电极与第一顶电极进行连珠式错层分布。

17、所述ge-te基相变材料为ge2te、ge3te2或gete。

18、第一顶电极与第二底电极通过控制沉积厚度完成单信号输入不同层信号输出。

19、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。

20、一种上述方法制得的基于ge-te基相变薄膜的多层多通道立体开关矩阵，所述相变开关矩阵至少拥有4个分立的相变射频开关。

21、本发明与现有技术相比，最大的优势在于本发明实施例中针对相变层与电极层成连珠式错层排布。不同功能的电极层通过绝缘层隔开有效避免发生短路以及信号之间相互干扰的问题，同时多层多通道结构保证了当矩阵中某一层通道皆出现损毁时，仍能够保证信号在另一层通道上正常传输。并且通过进一步堆叠设计，在不维修损毁层开关的前提下，仍能够实现多层多通道立体开关矩阵的信号传输。

技术特征：

1.一种基于ge-te基相变薄膜的多层多通道立体开关矩阵的制备方法，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所述的制备方法，其特征在于，所述相变层在第二底电极与第一顶电极进行连珠式错层分布。

4.如权利要求1所述的制备方法，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所述的制备方法，其特征在于，下层顶电极与上层底电极通过控制沉积厚度完成单信号输入不同层信号输出。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属，其材料是cu、au或ag。

7.一种权利要求1所述方法制得的基于ge-te基相变薄膜的多层多通道立体开关矩阵。

8.如权利要求7所述的基于ge-te基相变薄膜的多层多通道立体开关矩阵，其特征在于，所述相变开关矩阵至少拥有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Ge‑Te基相变薄膜的多层多通道立体开关矩阵及制备方法，所述的开关矩阵包括衬底，相变层、电极层、地导体层、绝缘层和钝化层。针对相变层与电极层成连珠式错层排布。不同功能的电极层通过绝缘层隔开有效避免发生短路以及信号之间相互干扰的问题，同时多层多通道结构保证了当矩阵中某一层通道皆出现损毁时，仍能够保证信号在另一层通道上正常传输。并且通过进一步堆叠设计，在不维修损毁层开关的前提下，仍能够实现多层多通道立体开关矩阵的信号传输。

技术研发人员：胡志高,唐建立,金师磊,周星辰,王家宁,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：2024/8/13