硅外延金刚石介质高增益片上偶极天线对传播结构

摘要

片上偶极天线被广泛应用于CMOS芯片片内或者片间的无线互连中，片上偶极天线的传输增益决定了无线互连系统的性能。但目前集成在低电阻率硅衬底上的片上偶极天线衬底损耗过大，易受散热金属干扰，因此片上偶极天线的传输增益普遍较低。针对这个问题，本发明公开了一种在低电阻率硅衬底外延金刚石介质的高增益片上偶极天线对传播结构，使片上偶极天线对的传输增益获得了大幅度提升。本发明详细说明了硅外延金刚石介质后片上偶极天线对之间的电磁波传播路径。本发明中的结构至上而下由钝化层、氧化层(包含片上偶极天线)、硅衬底、金刚石介质层和散热金属组成。

主权项

一种硅外延金刚石介质高增益片上偶极天线对传播结构，包括：片上偶极天线对的传输增益高低决定了无线互连的距离远近，在普通低电阻率硅衬底上外延一层厚度适中、介电常数和导热系数都较大的金刚石介质既可以削弱硅衬底损耗、隔离散热金属的干扰又能有效地散热，从而使集成在低电阻率硅衬底上片上偶极天线对的传输增益获得大幅度提升；硅外延金刚石介质层后，片上偶极天线对传播结构由上至下包括钝化层、氧化层(包含片上偶极天线)、硅衬底、金刚石介质层和散热金属；硅外延金刚石介质层后，片上偶极天线对之间的电磁波传播路径包括以下四条；第一条路径(1)是直接传播路径，即电磁波由其中一个片上偶极天线发射后在氧化层中传输并直接到达另一个片上偶极天线；第二条路径(2)中，电磁波首先射入有损耗的硅衬底，然后再射入金刚石介质层中，最后被散热器反射沿着对称路径传播最终到达另一个片上偶极天线；第三条路径(3)和第二条路径(2)比较相似，不同之处在于第三条路径(3)中的电磁波在到达另一个片上偶极天线之前可能会在有损耗硅衬底中多次反射以致于被严重削弱；第四条路径(4)中，电磁波首先穿透钝化层然后射入空气，因此这部分电磁波不会被另一个片上偶极天线接收，鉴于钝化层非常薄，介电常数比空气大很多，第四条路径(4)可以忽略；这种情况下，只有第一条路径(1)和第二条路径(2)起主导传播作用。