CN107369896A - 天线结构及其制备方法、超薄手机及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种天线结构及其制备方法、超薄手机及其制备方法,该天线结构至少包括:防串扰隔离层;位于防串扰隔离层上的多个石墨烯薄膜天线图案,用于接收和发射不同的信号;以及防串扰隔离层具有凸起,凸起位于相邻石墨烯薄膜天线图案之间,凸起内部具有封闭的微空腔。微空腔的设置使得防串扰隔离层以多个微空腔构成多个屏蔽线路,从而有效屏蔽石墨烯薄膜天线图案之间的串扰以及屏蔽外界对石墨烯薄膜天线图案的串扰。并且,石墨烯薄膜天线图案具有较薄的厚度,使得天线结构可以呈薄膜状,有利于应用于器件中,实现器件的轻薄化。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,具体涉及一种天线结构及其制备方法和超薄手机及其制备方法。
背景技术
石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性最好的一种新型纳米材料,其抗拉强度约为普通钢的100倍,可以承受大约2吨的重量,并且具有良好的柔韧性。石墨烯的电子迁移率为硅中电子迁移率的140倍,温度稳定性高,面电阻比铜、银更低,是室温下导电最好的材料。石墨烯的比表面积大,热导率是硅的36倍,使得石墨烯在柔性导电薄膜方面具有重要应用。在光学方法,单层石墨烯对可见光及近红外波段光垂直的吸收率仅为2.3%,对所有波段的光无选择性吸收,对从可见光到太赫兹宽波段的光都有吸收等。由于石墨烯的上述特性,石墨烯在移动设备、航空航天、新能源电池等诸多领域具有应用潜力。
在移动手机里,天线直接影响了手机的可通讯能力,并且决定这手机的收发性能。手机日趋轻薄化,为了使手机就有更多的功能,来尽可能压缩天线所占的空间,导致天线的性能达不到要求。而为了提高天线的性能,天线需要具有一定的空间,天线满足足够的空间时必然会影响手机整体的体积,不利于轻薄化。
发明内容
为了克服以上问题,本发明旨在提供一种天线结构和超薄手机,从而在确保天线性能的前提下,实现天线零空间的目的。
为了达到上述目的,本发明提供了一种天线结构,包括:
防串扰隔离层;
位于防串扰隔离层上的多个石墨烯薄膜天线图案,用于接收和发射不同的信号;以及
防串扰隔离层具有凸起,凸起位于相邻石墨烯薄膜天线图案之间,凸起内部具有封闭的微空腔。
优选地,所述凸起封闭环绕每个石墨烯薄膜天线图案侧壁设置。
优选地,所述凸起由凸起主体、位于凸起主体内的微空腔和微空腔顶部的盖帽构成;其中微空腔的顶部与凸起顶部齐平。
优选地,所述微空腔的底部低于所述石墨烯薄膜天线图案的底部。
优选地,所述微空腔的横截面尺寸的宽度不大于10nm。
优选地,所述凸起的顶部拐角呈圆滑的曲线。
优选地,在石墨烯薄膜天线图案底部的所述防串扰隔离层内部还设置有一层封闭空腔夹层。
优选地,所述防串扰隔离层底部设置沿多个石墨烯薄膜天线图案排列方向的主馈线,每个所述石墨烯薄膜天线图案底部对应的防串扰隔离层中设置有导电接触孔,与每个所述石墨烯薄膜天线图案底部的导电接触孔相对应的主馈线上具有馈线接口,导电接触孔一端与相应的石墨烯薄膜天线图案相接触,导电接触孔的另一端与相应的馈线接口相连接,使得每个所述石墨烯薄膜天线图案通过相应的导电接触孔与主馈线相连接,且每个所述石墨烯薄膜天线图案通过导电接触孔和主馈线来接收和发送信号。
优选地,所述导电接触孔垂直于所述主馈线设置。
优选地,多个所述石墨烯薄膜天线图案的尺寸不相同,多个所述石墨烯薄膜天线图案呈阵列排布且其尺寸按照从小到大顺序排布,位于石墨烯薄膜天线图案周围的所述凸起之间的间距也随着相应石墨烯薄膜天线图案的尺寸变大或变小。
优选地,多个所述石墨烯薄膜天线图案分布呈镂空封闭阵列。
优选地,多个所述石墨烯薄膜天线图案按照尺寸顺时针或逆时针从小到大的顺序排布,即“ABCD”型;或者,多个所述石墨烯薄膜天线图案按照尺寸从小到大相间排布,即“ACBD”型。
优选地,所述石墨烯薄膜天线图案呈阿基米德螺旋型、对称蝴蝶型、或多叉指型。
为了达到上述目的,本发明还提供了一种上述的天线结构的制备方法,其包括以下步骤:
步骤01:提供第一层隔离层薄膜;
步骤02:利用光刻和刻蚀工艺,在第一层隔离层薄膜中刻蚀出多个沟槽,相邻沟槽之间形成凸起;
步骤03:利用光刻和刻蚀工艺,在凸起中刻蚀出微空腔;
步骤04:在完成步骤03的第一层隔离层薄膜上再沉积第二层隔离层薄膜,第二层隔离层薄膜将微空腔顶部封闭住,从而使构成封闭的微空腔且第二层隔离层薄膜依多个沟槽而形成相应的凹陷区域,凹陷区域用于放置石墨烯薄膜天线图案;所述第一层隔离层薄膜和所述第二层隔离层薄膜共同构成防串扰隔离层;
步骤05:在第二隔离层薄膜表面覆盖一层石墨烯薄膜;
步骤06:采用刻蚀工艺,对石墨烯薄膜进行图案化处理,从而在凹陷区域形成石墨烯薄膜天线图案,并且去除凹陷区域之外的石墨烯薄膜。
优选地,步骤04中,在沉积另一层隔离层薄膜之后还包括:采用光刻和刻蚀工艺,保留微空腔顶部的第二隔离层薄膜且去除微空腔顶部所在平面上非微空腔顶部的第二隔离层薄膜,从而在微空腔顶部形成盖帽。
优选地,所述步骤04之后还包括:对凸起的顶部拐角进行圆化处理,使得凸起的顶部拐角呈圆滑的曲线。
优选地,所述步骤01中具体包括:提供一牺牲衬底;在牺牲衬底上嵌入固定有沿多个石墨烯薄膜天线图案排列方向的主馈线;主馈线上制备多个馈线接口,用于与后续的多个导电接触孔相对应;然后在牺牲衬底上形成第一层隔离层薄膜;第一层隔离层薄膜将主馈线覆盖住;
所述步骤04之后且在所述步骤05之前,还包括:
首先,在凹陷区域对应于主馈线的各个接口上方的第二层隔离层薄膜和第一层隔离层薄膜中刻蚀出相应的接触孔;接触孔穿透第二层隔离层薄膜和第一层隔离层薄膜,并且与主馈线的馈线接口相对应;
然后,在接触孔中填充满导电材料,以形成导电接触孔,使得各个导电接触孔的底部与主馈线上相应的馈线接口相连接;
所述步骤05中,在第二隔离层薄膜表面覆盖一层石墨烯薄膜后,向石墨烯薄膜施加高压,同时加热第一隔离层薄膜、第二隔离层薄膜和各个接触孔,使得石墨烯薄膜与各个导电接触孔中的导电材料相键合。
为了达到上述目的,本发明还提供了一种超薄手机,具有储能电池、机身、机身背面壳体、主机电路和天线电路;储能电池、主机电路和天线电路都设置于机身内部;主机电路和天线电路相电连,用于向主机电路和天线电路提供电路;其中,手机机身背面壳体由权利要求1~13任意一项所述的天线结构和在所述天线结构表面覆盖的非金属性的薄膜壳构成,所述天线结构与所述天线电路相电连;所述天线结构用于接收信号并传输给天线电路,或者天线电路将信号通过天线结构发射出去。
优选地,所述非金属性薄膜壳为非金属性的氧化石墨烯薄膜。
优选地,所述第一隔离层底部设置沿多个石墨烯薄膜天线图案排列方向的主馈线,每个所述石墨烯薄膜天线图案底部对应的防串扰隔离层中设置有导电接触孔,与每个所述石墨烯薄膜天线图案底部的导电接触孔相对应的主馈线上具有馈线接口,导电接触孔一端与相应的石墨烯薄膜天线图案相接触,导电接触孔的另一端与相应的馈线接口相连接,使得每个所述石墨烯薄膜天线图案通过相应的导电接触孔与主馈线相连接,且每个所述石墨烯薄膜天线图案通过导电接触孔和主馈线来接收和发送信号;
所述主馈线与所述天线电路相电连。
优选地,所述天线电路包括信号处理单元,信号处理单元将所述天线结构接收的信号进行识别和转换后发送给主机电路,并且,所述信号处理单元将主机电路需要发送出去的信号进行识别和转化后发送给所述天线结构,由天线结构发射出去。
优选地,所述信号处理单元还对多个所述石墨烯薄膜天线图案所接收的不同的信号进行识别和处理,然后发送给主机电路;以及所述信号处理单元还将所述主机电路发送给对应的石墨烯薄膜天线图案的不同的信号进行识别和处理,然后发送给相应的石墨烯薄膜天线图案。
优选地,所述天线电路还具有电压调控单元,电压调控单元具有多个调频电路分别与多个所述石墨烯薄膜天线图案一一对应相电连,从而向相应的石墨烯薄膜天线图案施加不同的电压;每个调频电路具有两条支路,一条支路与相应的石墨烯薄膜的正面相接触连接,另一条支路穿过相应石墨烯薄膜天线图案底部的防串扰隔离层并与相应石墨烯薄膜天线图案底部相接触连接,利用调频电路通过调整施加于每个石墨烯薄膜天线图案的电压来调节每个石墨烯薄膜天线图案的不同频率。
优选地,所述多个所述石墨烯薄膜天线图案分布呈镂空封闭阵列,且隔离层位于镂空封闭阵列的镂空区域底部和石墨烯薄膜天线图案底部;
在镂空区域底部的隔离层表面设置有光电转换电池,光电转换电池与储能电池相电连,光电转换电池将光能转换为电能并且传输给储能电池存储起来。
优选地,所述光电转换电池为光电转换薄膜电池,包括:第一底部石墨烯薄膜电极、垂直生长于第一底部透明石墨烯薄膜表面的第一纳米棒阵列、以及覆盖于第一纳米棒阵列顶部的第一顶部透明石墨烯薄膜电极。
优选地,所述第一纳米棒阵列中包含第一中空纳米棒和第一非中空纳米棒;第一非中空纳米棒分布于所述第一底部石墨烯薄膜电极的中心区域,所述第一非中空纳米棒围绕所述第一中空纳米棒设置。
优选地,所述储能电池为储能薄膜电池,设置于所述防串扰隔离层底部且与所述防串扰隔离层相接触,从而构成具有天线结构的光能薄膜电池手机背面壳体;
储能薄膜电池至少包括:与第一顶部透明石墨烯薄膜电极相电连的第二底部石墨烯薄膜电极、与第一底部石墨烯薄膜电极相电连的第二顶部石墨烯薄膜电极、夹在第二底部石墨烯薄膜电极和第一底部石墨烯薄膜电极之间的且与二者相垂直的第二纳米棒阵列和固态电解质,第二纳米棒阵列分布于固态电解质中;第二顶部石墨烯薄膜电极和第二底部石墨烯薄膜电极还分别设置有引出极,引出极均连接主机电路和天线电路。
为了达到上述目的,本发明还提供了一种上述的超薄手机的制备方法,包括制备储能电池、机身、主机电路和天线电路;其还包括:
步骤001,采用上述任意一项所述的方法来制备所述天线结构的过程;
步骤002,将天线结构与所述天线电路相电连的过程;
步骤003,在所述天线结构表面覆盖一层非金属性的薄膜壳,从而完成手机机身背面壳体的制备;
步骤004:将手机机身背面壳体与手机机身相连。
优选地,所述第一隔离层底部设置沿水平方向的主馈线,每个所述石墨烯薄膜天线图案底部对应的防串扰隔离层中设置有导电接触孔,与每个所述石墨烯薄膜天线图案底部的导电接触孔相对应的主馈线上具有馈线接口,导电接触孔一端与相应的石墨烯薄膜天线图案相接触,导电接触孔的另一端与相应的馈线接口相连接,使得每个所述石墨烯薄膜天线图案通过相应的导电接触孔与主馈线相连接,且每个所述石墨烯薄膜天线图案通过导电接触孔和主馈线来接收和发送信号;步骤002中,将主馈线与天线电路相连接。
优选地,所述多个所述石墨烯薄膜天线图案分布呈镂空封闭阵列,且隔离层位于镂空封闭阵列的镂空区域底部和石墨烯薄膜天线图案底部;
所述步骤002之后且在步骤003之前,还包括:在镂空区域底部的隔离层表面形成光电转换电池,并且将光电转换电池与储能电池相电连。
优选地,在镂空区域底部的防串扰隔离层表面形成光电转换电池之后,还包括将储能电池设置于所述防串扰隔离层底部且与所述防串扰隔离层相接触,以构成具有天线结构的光能薄膜电池手机背面壳体。
本发明的天线结构,通过在防串扰隔离层上设置多个石墨烯薄膜天线图案,在防串扰隔离层上设置凸起,凸起位于相邻石墨烯薄膜天线图案之间,凸起内部具有微空腔,微空腔的设置使得防串扰隔离层以多个微空腔构成多个屏蔽线路,从而有效屏蔽石墨烯薄膜天线图案之间的串扰以及屏蔽外界对石墨烯薄膜天线图案的串扰。并且,石墨烯薄膜天线图案具有较薄的厚度,使得天线结构可以呈薄膜状,有利于应用于器件中,实现器件的轻薄化。
附图说明
图1为本发明的实施例一的天线结构的俯视结构示意图
图2为图1所示的天线结构沿AA'方向的截面结构示意图
图3为图1所示的天线结构沿BB'方向的截面结构示意图
图4为本发明的实施例一的石墨烯薄膜天线图案排布呈“ABCD”型的示意图
图5为本发明的实施例一的石墨烯薄膜天线图案排布呈“ACBD”型的示意图
图6为本发明的实施例一的天线结构的制备方法的流程示意图
图7~24为本发明的实施例一的天线结构的制备方法的各个制备步骤示意图
图25为本发明的实施例一的超薄手机的俯视结构示意图
图26为图25的超薄手机沿BB'方向的截面结构示意图
图27为本发明的实施例一的超薄手机的方块图
图28为本发明的实施例一的超薄手机中的光电薄膜电池和储能薄膜电池的结构示意图
图29为图26中虚线圈中所示的结构放大示意图;其中,图29中虚线圈对应于图26中虚线圈,图29中虚线表示省略非金属薄膜壳其它区域的结构
图30为本实施例的实施例一的光电薄膜电池的俯视截面结构示意图
图31为本发明的实施例一的超薄手机的制备方法的流程示意图
图32~35为本发明的实施例一的超薄手机的制备方法的各个制备步骤示意图
图36为本发明的实施例二的制备的凸起结构的示意图
图37为本发明的实施例二的经圆化处理的凸起结构的示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂,以下结合说明书附图,对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例,本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
实施例一
以下结合附图1~35和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是,附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例,且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请参阅图1~3,图1中黑色方框表示凸起T,黑色方框中的白线框表示凸起T内的微空腔,为了便于表达,图1中剥去微空腔顶部的防串扰隔离层部分得到的示意图;图2和图3中,凸起T内部的空白矩形表示封闭的为微空腔。本实施例一的一种天线结构100至少包括:防串扰隔离层101,以及位于防串扰隔离层101上的多个石墨烯薄膜天线图案102,用于接收和发射不同的信号。这里的防串扰隔离层101采用的材料可以介质、聚氨酯、热塑性橡胶、金属化泡棉、压敏薄膜等。
这里,请参阅图2和图3,防串扰隔离层101具有凸起T,凸起T位于相邻石墨烯薄膜天线图案102之间,凸起T内部具有封闭的微空腔(图中凸起T内部的空白矩形)。请参阅图1,凸起T封闭环绕每个石墨烯薄膜天线图案102侧壁设置,凸起T封闭环绕形成封闭的正方形、圆形等图形,从而使得凸起T内部的微空腔也随之呈封闭环绕图形,例如封闭的正方形或圆形等,为了提高微空腔的防串扰效果,微空腔的横截面的宽度不大于10nm,从而使得呈封闭环绕图形的微空腔构成有效的空气侧墙隔离。本实施例中,微空腔的底部低于石墨烯薄膜天线图案102的底部,从而使得微空腔能够环绕石墨烯薄膜天线图案102,并且,在相邻的石墨烯薄膜天线图案102之间的凸起内具有两个平行的微空腔,以对相邻石墨烯薄膜天线图案102间进行有效的防串扰屏蔽。
请参阅图2和图3,为了使不同角度的入射光能够入射到凸起T所围绕的石墨烯薄膜天线图案102上,凸起T的顶部拐角设置呈圆滑的曲线,这样,如图2中倾斜虚线箭头所示,凸起T顶部拐角呈圆滑曲线,增加了入射角度,而且,由于石墨烯薄膜天线图案102的尺寸不同,因此,不同的石墨烯薄膜天线图案102的极限入射角度和入射范围不同。此外,可以通过调整凸起T顶部高度与石墨烯薄膜天线图案102表面的高度和线宽的比例,来控制入射角进而控制入射到石墨烯薄膜天线图案102上的入射电磁波,也能够从一定程度上削弱不同频率的入射电磁波对石墨烯薄膜天线图案102之间的串扰。例如,在石墨烯薄膜天线图案102线宽一定的条件下,控制凸起T顶部到石墨烯薄膜天线图案102表面的高度与石墨烯薄膜天线图案102的线宽的比例在(1~31/3):1之间,从而控制入射的电磁波角度为45~60度之间。
本实施例中,请参阅图2和3,在石墨烯薄膜天线图案102底部的防串扰隔离层102内部还设置有一层封闭空腔夹层(图中101内部的空白长矩形),封闭空腔夹层与凸起T内部的微空腔互不接触,封闭空腔夹层能够进一步有效屏蔽底部功能结构对天线结构100的干扰。此外,防串扰隔离层101底部设置沿多个石墨烯薄膜天线图案102排列方向的主馈线103,每个石墨烯薄膜天线图案102底部对应的防串扰隔离层101中设置有导电接触孔104,与每个石墨烯薄膜天线图案102底部的导电接触孔104相对应的主馈线103上具有馈线接口K,导电接触孔104一端与相应的石墨烯薄膜天线图案102相接触,导电接触孔104的另一端与相应的馈线接口K相连接,使得每个石墨烯薄膜天线图案102通过相应的导电接触孔104与主馈线103相连接,且每个石墨烯薄膜天线图案102通过导电接触孔104和主馈线103来接收和发送信号。较佳的,导电接触孔104中填充的材料可以与主馈线103芯部材料相同,馈线接口K主要设计思路是将主馈线103芯部暴露,使得主馈线103芯部能够与导电接触孔104中的填充材料相接触或融合连接。主馈线103芯部的材料可以为铜包铝、纯铜或其它导电材料,这里的主馈线103组成可以采用常规手机内置天线所相匹配的馈线组成,例如,主馈线103从内到外依次包括芯部导体、包裹芯部导体的绝缘层、包裹绝缘层的铝箔或铜箔、包括铝箔或铜箔的绝缘有机材料。
这里,将导电接触孔104垂直于主馈线103设置,从而可以使得对石墨烯薄膜天线图案102与主馈线103的连接与CMOS工艺相兼容,无需额外增设工艺设备,降低成本。
请再次参阅图1,本实施例中,为了实现针对不同频率波段的收发,设置多个石墨烯薄膜天线图案的尺寸不相同,同时,可以设置多个石墨烯薄膜天线图案102呈阵列排布且其尺寸按照从小到大顺序排布,并且位于石墨烯薄膜天线图案102周围的凸起T之间的间距也随着相应石墨烯薄膜天线图案102的尺寸变大或变小。这里,如图4所示,多个石墨烯薄膜天线图案102可以按照尺寸顺时针或逆时针从小到大的顺序排布,即“ABCD”型,这样,使得对不同频率波段的收发也随之依序排列,有利于对不同频率波段的调制;或者,如图5所示,多个石墨烯薄膜天线图案也可以按照尺寸从小到大相间排布,即“ACBD”型,这样,仍然可以对不同频率波段实现从高频到低频的调制,还可以避免相邻波段由于太接近而产生的较为强烈的交叉串扰。这里所说的石墨烯薄膜天线图案的尺寸包括石墨烯薄膜天线的线宽和长度。此外,这里的石墨烯薄膜天线图案可以根据实际需要灵活设计成不同的图案,例如呈阿基米德螺旋型、对称蝴蝶型、或多叉指型。
此外,如图1所示,这里的多个石墨烯薄膜天线图案102可以分布呈镂空封闭阵列,从而可以允许石墨烯薄膜天线图案102与其它功能结构相兼容设置,由于本实施例中采用了如上述的凸起T,因此,当本实施例的石墨烯薄膜天线图案102与其它功能结构设置在同一层时或其它功能结构贯穿于多个石墨烯薄膜天线图案102的镂空封闭阵列中时,石墨烯薄膜天线图案102不会受到其它功能结构的影响,还能够缩小设计空间,为器件的微型化和轻薄化提供有力条件。
请参阅图6和图7~24,需要说明的是,图7~24中仅以简化的方式只示出了其中四个石墨烯薄膜天线图案及其周围的凸起结构的制备的示意,其它的石墨烯薄膜天线图案及周围的凸起结构的制备方法可以参考图7~24,只为了便于方便表达,没有都一一画出。请参阅图6,本实施例一的上述的天线结构的制备方法包括以下步骤:
步骤01:请参阅图7~15,提供第一层隔离层薄膜101';
具体的,本步骤01中具体包括:
步骤011:请参阅图7,提供一牺牲衬底S;这里的牺牲衬底S用于对制备第一层隔离层薄膜101'进行支撑,并且,后续可以在制备完毕本实施例的天线结构之后,将牺牲衬底S去除,牺牲衬底S的材料可以采用常规的牺牲层材料,利用释放工艺即可去除。
步骤012:请再次参阅图8,在牺牲衬底S上嵌入固定有沿多个石墨烯薄膜天线图案排列方向的主馈线103;具体的,这里,可以对牺牲衬底S上相对于多个石墨烯薄膜天线图案下方的位置进行开槽工艺,然后将主馈线103置于所开的槽中,主馈线103的顶部可以与牺牲衬底S顶部齐平,也高于牺牲衬底S顶部,也可以低于牺牲衬底S顶部,较佳的,主馈线103的顶部与牺牲衬底S顶部齐平或高于牺牲衬底S顶部,这样可以使得后续衬底的防串扰隔离层工艺和刻蚀接触孔的工艺更易于进行,并且,使得接触孔更有效地与主馈线103的馈线接口接触。
步骤013:请参阅图9~11,主馈线103上制备多个馈线接口K,用于与后续的多个接触孔相对应;
具体的,关于馈线接口K的制备,可以采用如下过程:
首先,请参阅图9,在主馈线103和牺牲衬底S上沉积另一层牺牲层105;
然后,请参阅图10,采用光刻和刻蚀工艺在牺牲层105中刻蚀出开口,开口对应于主馈线103上方的接触孔的位置,开口底部的主馈线103暴露出来;然后,继续对主馈线103上相对于接触孔的位置进行刻蚀,去除主馈线103的外层直至暴露出主馈线103的内芯导体材料的方式。刻蚀工艺可以但不限于为等离子体干法刻蚀工艺或者是湿法腐蚀。
最后,请参阅图11,利用牺牲层释放工艺,去除牺牲层105。牺牲层105的材料可以为无机牺牲材料或有机牺牲材料。牺牲层释放工艺可以采用常规释放工艺,这是本领域技术人员可以知晓的,这里不再赘述。
步骤014:请参阅图12~15,在牺牲衬底S上形成第一层隔离层薄膜101';第一层隔离层薄膜101'将主馈线103覆盖住。具体的,可以但不限于采用等离子体化学气相沉积工艺来沉积第一层隔离层薄膜101',第一层隔离层薄膜101'将主馈线103覆盖住,便于后续进行对第一层隔离层薄膜101'的刻蚀工艺,不仅可以在第一层隔离层薄膜101'中刻蚀出所需结构,还能够保护其底部的主馈线103和馈线接口K不受到刻蚀损伤。这里,如图2和图3所示,由于本实施例一在石墨烯薄膜天线图案102底部的防串扰隔离层101内部还具有一层封闭空腔夹层,因此,本步骤014还具体包括:
步骤01401:请参阅图12,在牺牲衬底S上形成一层底部隔离层薄膜106;这里需要说明的是,由于馈线接口的尺寸较小,其上沉积的底部隔离层薄膜106可能会沉积于馈线接口上,也可能只是部分沉积于馈线接口上,从而与馈线接口之间形成小空隙,然则,这些都不影响本实施例的最终的防串扰隔离层的结构,这是因为后续还要刻蚀打开馈线接口上方的隔离层。
步骤01402:请参阅图13,在底部隔离层薄膜106中刻蚀出长沟槽;长沟槽的尺寸为封闭空腔夹层的尺寸,由于封闭空腔夹层的高度较小,长沟槽呈在高度上呈扁沟槽;
步骤01403:请参阅图14,在长沟槽中沉积满牺牲层材料107;
步骤01404:请参阅图15,在牺牲层材料107和底部隔离层薄膜106表面沉积顶部隔离层薄膜108;底部隔离层薄膜106和顶部隔离层薄膜108共同构成第一层隔离层薄膜101';顶部隔离层薄膜108的厚度由后续的步骤02的沟槽的深度来决定,用于放置石墨烯薄膜天线图案。这里底部隔离层薄膜106和顶部隔离层薄膜108的材料相同,使得界面处能够良好的融合,从而减少界面处的缺陷。
步骤02:请参阅图16,利用光刻和刻蚀工艺,在第一层隔离层薄膜101'中刻蚀出多个沟槽,相邻沟槽之间形成凸起T;
具体的,这里,在整个沟槽周围形成凸起T包括相邻沟槽之间;这里的刻蚀工艺可以但不限于采用等离子体干法刻蚀工艺来制备,沟槽的设置时为了后续形成凹陷来容纳石墨烯薄膜天线图案。
步骤03:请参阅图17,利用光刻和刻蚀工艺,在凸起T中刻蚀出微空腔;
具体的,这里的刻蚀工艺可以但不限于采用等离子体干法刻蚀工艺或湿法腐蚀工艺,由于微空腔的尺寸十分小,因此,这里采用传统的光刻和刻蚀工艺的难度会相对较大,光刻工艺可以采用双重图形化工艺,利用两次曝光叠加来形成微空腔图案,而且,再加上光刻胶中微空腔图案的尺寸可能也较小,而且光刻胶有比较厚,使得刻蚀工艺所刻蚀的微空腔的实际尺寸会远小于微空腔图案的尺寸,在一些场合下,微空腔只要呈现出来即可,对微空腔的尺寸要求不高,此时,可以采用光刻胶作为掩膜;在另一些场合下,对微空腔的尺寸要求较高,则可以采用光刻胶+较薄的中间掩膜层的作为掩膜,首先,利用光刻胶中的微空腔图案来图形化中间掩膜层,使得中间掩膜层具有微空腔图案,然后利用抗中间掩膜层来刻蚀凸起T,由于中间掩膜层相对光刻胶较薄,从而可以确保凸起Y中得到的微空腔尺寸与抗反射层中的微空腔图案的尺寸相接近,而不会缩小太多。这里,中间掩膜层的厚度较佳的设置为所需形成微空腔的尺寸的1~2倍。
步骤04:请参阅图18,在完成步骤03的第一层隔离层薄膜101'上再沉积第二层隔离层薄膜109,第二层隔离层薄膜109将微空腔顶部封闭住,从而使构成封闭的微空腔且第二层隔离层薄膜109依多个沟槽而形成相应的凹陷区域,凹陷区域用于放置石墨烯薄膜天线图案;第一层隔离层薄膜101'和第二层隔离层薄膜109共同构成防串扰隔离层101;
具体的,可以但不限于采用化学气相沉积工艺来制备第二层隔离层薄膜109,由于微空腔的尺寸很小,第二隔离层薄膜109的厚度远大于微空腔的尺寸,由于窗口限制,第二层隔离层薄膜109将微空腔顶部封闭住,不会将微空腔结构填实而失去微空腔;同时,由于第一层隔离层薄膜101'中具有多个沟槽,再加上薄膜沉积的保型性,第二层隔离层薄膜109会依形状而沉积于沟槽底部和侧壁从而形成凹陷区域,这个凹陷区域用于容纳后续的石墨烯薄膜天线图案。
本实施例中,在步骤04之后且在步骤05之前,还包括:
首先,请参阅图19,在凹陷区域对应于主馈线103的各个馈线接口K上方的第二层隔离层薄膜109和第一层隔离层薄膜101'中刻蚀出相应的接触孔;接触孔穿透第二层隔离层薄膜109和第一层隔离层薄膜101',并且与主馈线103的馈线接口K相对应;
具体的,在第二层隔离层薄膜109形成之后,进行接触孔的刻蚀,接触孔在凹陷区域底部的第二层隔离层薄膜109和第一层隔离层薄膜101'中并且穿透这两层,而暴露出底部的主馈线103上的馈线接口K;可以但不限于采用光刻和刻蚀工艺来刻蚀出接触孔。
在接触孔刻蚀好之后,且在填充导电材料之前,还包括:请参阅图20,采用释放工艺利用接触孔将步骤01403的牺牲层材料107释放掉。释放工艺可以采用常规释放方法,这是本领域技术人员可以知晓的,这里不再赘述。
然后,请参阅图21,在接触孔中填充满导电材料,从而形成导电接触孔104,使得各个导电接触孔104的底部与主馈线103上相应的馈线接口K相连接;
具体的,可以但不限于采用物理气相沉积法或电镀法在接触孔中填充满导电材料,例如,铜、铝等,此外,针对主馈线103的芯部采用铜包铝的结构,可以在接触孔中先沉积一层铝,然后将接触孔周围放大刻蚀,使得接触孔侧壁出现空心环槽,再在空心环槽结构中填充铜金属即可。这里需要说明的是,上述步骤013中已经将主馈线103的馈线接口K中暴露出主馈线103的芯部,接触孔刻蚀后底部也暴露出馈线接口K的主馈线103的芯部,因此,在接触孔中填充导电材料时导电材料会直接沉积在馈线接口K的主馈线103的芯部,从而实现导电接触孔104与主馈线103的良好的连接。
本实施例中,步骤04之后还包括:请参阅图22,对凸起T的顶部拐角进行圆化处理,使得凸起T的顶部拐角呈圆滑的曲线。圆化处理可以但不限于采用等离子体物理轰击法来进行。
步骤05:请参阅图23,在第二隔离层薄膜109表面覆盖一层石墨烯薄膜102';
具体的,石墨烯薄膜02'可以为单原子层石墨烯薄膜或多个原子层石墨烯薄膜,如果需要天线结构100为透明状态,则较佳的采用单原子层石墨烯薄膜,单原子层石墨烯薄膜与凹陷区域的第二隔离层薄膜109表面形成谐振腔,或者,采用多个原子层石墨烯薄膜,也可以保持较好的透明态,例如2~5层原子层石墨烯薄膜,多原子层石墨烯薄膜之间也可以形成多个谐振腔,从而实现信号的增强。
这里,在第二隔离层薄膜109表面覆盖一层石墨烯薄膜102'后,可以采用气体冲压的方式向石墨烯薄膜102'施加高压,同时加热第一隔离层薄膜101'、第二隔离层薄膜109和各个导电接触孔104,使得石墨烯薄膜102'与各个导电接触孔104中的导电材料相键合。石墨烯薄膜102'与各个导电接触孔104相键合,不仅可以实现石墨烯薄膜102'与主馈线103的连接,还可以使得石墨烯薄膜102'更加牢固的吸附在凹陷区域。
步骤06:请参阅图24,采用刻蚀工艺,对石墨烯薄膜进行图案化处理,从而在凹陷区域形成石墨烯薄膜天线图案102,并且去除凹陷区域之外的石墨烯薄膜。
具体的,可以但不限于采用等离子体干法刻蚀工艺来刻蚀石墨烯薄膜,从而得到石墨烯薄膜天线图案102,在刻蚀过程中,还同时去除凹陷区域之外的石墨烯薄膜。需要说明的是,如果先采用光刻工艺,然后采用刻蚀工艺,最后还需要进行清洗,去除残留光刻胶。为了避免光刻胶与石墨烯薄膜的直接接触,可以在光刻胶涂覆之前,在石墨烯薄膜上沉积的中间释放材料,中间释放材料可以具有导电性,从而即使中间释放材料具有残留,也不会影响石墨烯薄膜天线图案的整体性能,中间释放材料还可以在石墨烯薄膜上建立谐振腔,从而增加单个石墨烯薄膜天线图案的收发频率。
请参阅图25~27,为了便于表达,图25为将非金属性薄膜壳03剥离后的结构示意图;本实施例一还提供一种超薄手机,具有储能电池02、机身、机身背面壳体、主机电路和天线电路;储能电池02、主机电路和天线电路都设置于机身内部;主机电路和天线电路相电连,用于向主机电路和天线电路提供电路;如图26所示,本实施例的超薄手机的手机机身背面壳体由本实施例一上述图1的天线结构100和在天线结构100表面覆盖的非金属性薄膜壳03构成,天线结构100与天线电路相电连;天线结构100用于接收信号并传输给天线电路,或者天线电路将信号通过天线结构100发射出去。为了实现超薄手机背面壳体的轻薄化,较佳的非金属性薄膜壳03可以为非金属性的氧化石墨烯薄膜。本实施例的主馈线103与天线电路相电连。
本实施例中,如图27所示,天线电路还具有信号处理单元,信号处理单元将天线结构接收的信号进行识别和转换后发送给主机电路,并且,信号处理单元将主机电路需要发送出去的信号进行识别和转化后发送给天线结构,由天线结构发射出去。
信号处理单元还对多个石墨烯薄膜天线图案102所接收的不同的信号进行识别和处理,然后发送给主机电路;以及信号处理单元还将主机电路发送给对应的石墨烯薄膜天线图案102的不同的信号进行识别和处理,然后发送给相应的石墨烯薄膜天线图案102。针对本实施例的多个石墨烯薄膜天线图案102按照尺寸顺时针或逆时针从小到大的顺序排布,如图4所示,即“ABCD”型;或者,多个所述石墨烯薄膜天线图案按照尺寸从小到大相间排布,如图5所示,即“ACBD”型;信号处理单元可以依序对多个石墨烯薄膜天线图案所接收的不同的信号进行识别和处理,并且由于多个石墨烯薄膜天线图案102的尺寸排布有序,从而可以实现对多个石墨烯薄膜天线图案102的频率波段的调节,还可以在每个石墨烯薄膜天线图案102的表面和从凹陷区域的底部分别设置导线,对每个石墨烯薄膜天线图案102施加电压,利用电压来调控每个石墨烯薄膜天线图案102的频率波段。较佳的,如图27所示,本实施例的天线电路还具有电压调控单元,电压调控单元具有多个调频电路分别与多个石墨烯薄膜天线图案102一一对应相电连,从而向相应的石墨烯薄膜天线图案102施加不同的电压;每个调频电路具有两条支路,一条支路与相应的石墨烯薄膜天线图案102的正面相接触连接,另一条支路穿过相应石墨烯薄膜天线图案102底部的防串扰隔离层101并与相应石墨烯薄膜天线图案102底部相接触连接,利用调频电路通过调整施加于每个石墨烯薄膜天线图案102的电压来调节每个石墨烯薄膜天线图案102的不同频率。
本实施例中,如图25和26所示,当多个石墨烯薄膜天线图案102分布呈镂空封闭阵列,且防串扰隔离层101为连续的且同时位于镂空封闭阵列的镂空区域底部和石墨烯薄膜天线图案102底部时,在镂空区域底部的防串扰隔离层101表面还可以设置光电转换电池01,光电转换电池01与储能电池02相电连,光电转换电池01将光能转换为电能并且传输给储能电池02存储起来。
此外,请再次参阅图26并结合图1~3,储能电池02还可以设置于防串扰隔离层101底部且与防串扰隔离层101相接触,从而构成具有天线结构100的光能薄膜电池手机背面壳体。由于本实施例一的防串扰隔离层101的具有微空腔的凸起T以及位于石墨烯薄膜天线图案102底部,从而可以有效隔离从石墨烯薄膜天线图案102的底部和侧面的信号干扰,而无需考虑储能电池02和光能转换电池01的影响。
较佳的,光电转换电池01为光电转换薄膜电池,如图28所示,至少包括:第一底部石墨烯薄膜电极012、垂直生长于第一底部石墨烯薄膜012表面的第一纳米棒阵列N1、以及覆盖于第一纳米棒阵列N1顶部的第一顶部透明石墨烯薄膜电极011。为了避免第一纳米棒阵列N1发生断裂或倒塌,在第一纳米棒阵列N1之间填充绝缘有机材料P,例如PMMA。如图30所示,这里的第一纳米棒阵列中包含第一中空纳米棒N12和第一非中空纳米棒N11;第一非中空纳米棒N11分布于第一底部石墨烯薄膜电极012的中心区域,第一非中空纳米棒N11围绕第一中空纳米棒N12设置。
为了实现薄膜手机背面壳体的轻薄化,储能电池02为储能薄膜电池,请再次参阅图28,储能薄膜电池02至少包括:与第一顶部透明石墨烯薄膜电极011相电连的第二底部石墨烯薄膜电极022、与第一底部石墨烯薄膜电极012相电连的第二顶部石墨烯薄膜电极021、夹在第二底部石墨烯薄膜电极022和第一底部石墨烯薄膜电极021之间的且与二者相垂直的第二纳米棒阵列N2和固态电解质D,第二纳米棒阵列N2分布于固态电解质D中;第二顶部石墨烯薄膜电极012和第二底部石墨烯薄膜电极022还分别设置有引出极,引出极均连接主机电路和天线电路。
本实施例一中,第一底部石墨烯薄膜电极012和第二顶部石墨烯薄膜电极021之间通过防串扰隔离层101相互隔离,而第一底部石墨烯薄膜电极012和第二顶部石墨烯薄膜电极021之间的电连可以通过导线或其它半导体互连方式相电连。较佳的,防串扰隔离层101的材料可以为无机介质、有机介质等。或者,请结合图1~3和图28,当多个石墨烯薄膜天线图案102分布呈镂空封闭阵列,且防串扰隔离层101为仅位于石墨烯薄膜天线图案102底部且不位于镂空封闭阵列的镂空区域底部时,第一底部石墨烯薄膜电极012与第二顶部石墨烯薄膜电极021可以直接接触而相电连,这种情况下,第一底部石墨烯薄膜电极012与第二顶部石墨烯薄膜电极021为同一层薄膜。
这里,第一顶部透明石墨烯薄膜电极011和第一底部石墨烯薄膜电极012的厚度可以相同,也可以不相同,为了确保第一顶部透明石墨烯薄膜电极011的良好的光透过率,第一顶部透明石墨烯薄膜电极011可以为单原子层石墨烯薄膜或者2~3个原子层石墨烯薄膜。在不要求光电转换薄膜电池01和储能电池02为透明时,第一底部石墨烯薄膜电极012的透明度也可以不做要求,第一底部石墨烯薄膜电极012的厚度不局限于单个或几个原子层的厚度,甚至第一底部石墨烯薄膜电极012的厚度导致第一底部石墨烯薄膜电极012的光透过率下降也是允许的。
此外,本实施例的第一顶部透明石墨烯薄膜电极011表面还可以覆盖上一层光增透膜(未示出),用于提高光的入射效率。
本实施例中,请再次参阅图28,还在第一顶部透明石墨烯薄膜电极011底部表面设置了一层连续钛合金薄膜M,同时第一纳米棒阵列N1的顶部与连续钛合金薄膜M相接触,这层钛合金薄膜M可以是直接在第一顶部透明石墨烯薄膜电极011底部表面沉积或生长得到的。为了增加光透过率,钛合金薄膜M为透明的,其厚度可以不大于10nm。钛合金薄膜M设置于第一顶部透明石墨烯薄膜电极011与第一纳米棒阵列N1之间,能够使第一顶部透明石墨烯薄膜电极011与第一纳米棒阵列N1形成良好的欧姆接触,还能够进一步增强第一顶部透明石墨烯薄膜电极011的强度。
较佳的,这里的第一纳米棒阵列N1的材料可以为n型半导体纳米线,例如II-VI族的化合物半导体材料,而这里的第一底部石墨烯薄膜电极012作为高功函数高导电率电极,与第一纳米棒阵列N1之间形成一定的欧姆接触,提高了光能电池的光电转换效率。此外,如图2所示,本实施例的第一纳米棒阵列N1中还包含有第一中空纳米棒N11和第一非中空纳米棒N12。第一中空纳米棒N11和第一非中空纳米棒N12的混合分布能够扩宽对光的吸收范围并且能够延伸至近红外波段,从而提高光电薄膜电池01的光转换效率,使光生电流最大化。由于光能电池呈薄膜态,光电薄膜电池01也呈薄膜态,甚至有些场合需要光能电池进行变形来适应不同需要,而薄膜态的中心位置最容易受力变形,为了提高光电薄膜电池01的变形能力、柔韧性和使用寿命,避免发生弯曲断裂等问题,这里,请参阅图2,将第一非中空纳米棒N12分布于第一底部石墨烯薄膜电极012的中心区域,第一非中空纳米棒011围绕第一中空纳米棒012设置。
这里,光电转换电池01和储能电池02共同构成光能电池;为了使光能电池可以直接作为外壳使用,请再次参阅图29并结合图1和图26,非金属性薄膜壳03附着在光电转换电池01的表面和天线结构100的上方;此外,非金属性薄膜壳03的边缘设置有多个凹陷和凸起,如图26所示,不仅能够起到对手机背面支撑作用,还能够缓冲对天线结构100以及对光能电池的挤压,提高天线结构100和光能电池的抗冲击力、柔韧度。
同时,还可以在第一顶部透明石墨烯薄膜电极011表面设置多个凹陷,使得第一纳米棒阵列N1随之呈高低起伏状,能够提高第一顶部透明石墨烯薄膜电极011的柔韧性和支撑力,同时还能够增加对光的透过率,具有多个凹陷的第一顶部透明石墨烯薄膜电极011具有较高的散射效果,可以增加光透过率。此外,请再次参阅图28,本实施例的第二底部石墨烯薄膜电极022表面还形成有一层活性金属化合物层或聚阴离子材料层A,第二纳米棒阵列N2形成于活性金属化合物层或聚阴离子材料层A表面,从而构成活性离子和石墨烯薄膜的混合储能结构,利用活性离子来提高储能薄膜电池02的电容值和充放电速度。需要说明的是,当石墨烯薄膜基光能电池需要呈透明态时,本实施例的第二顶部石墨烯薄膜电极021和第二底部石墨烯薄膜电极022均可以为单层石墨烯薄膜或2~3层石墨烯薄膜。
请再次参阅图28,本实施例一的第二纳米棒阵列N2中也可以包含有第二中空纳米棒和第二非中空纳米棒。为了提高第二纳米棒阵列对活性离子的吸附和释放速率,以及活性离子的存储量,第二纳米棒的材料的材料可以为过渡元素氧化物,例如可以为钛酸、氧化锌、氧化钛、氧化镍、氧化钴等金属氧化物或合金氧化物。采用第二中空纳米棒和第二非中空纳米棒混合设置的第二纳米棒阵列应用于储能薄膜电池02中,可以有效降低活性离子在第二纳米棒内部的迁移距离,提高迁移率,由于第二中空纳米棒的赝电容动力学特征,使得第二中空纳米棒和第二非中空纳米棒混合的第二纳米棒阵列N2、第二顶部石墨烯薄膜电极021和第二底部石墨烯薄膜电极022构成的储能薄膜电池02兼具超级电容器的高功率、优异的循环寿命和高能量密度的复合型电池。
进一步的,本实施例一中,还包括多个串联的上述的光电转换薄膜电池01、以及位于多个串联的上述的光电薄膜电池01的多个串联的上述的储能薄膜电池02,多个串联的光电转换薄膜电池01中最底层的第一底层石墨烯薄膜电极012与多个并联的储能薄膜电池02中最顶层的第二顶层石墨烯薄膜电极21相电连;多个串联的光电薄膜电池01中最顶层的第一顶层石墨烯薄膜电极011与多个并联的下层储能结构02中最底层的第二底层石墨烯薄膜电极022相电连,串联的光电转换薄膜电池01提高光生电流量,并联的储能薄膜电池02提高电容量和电流输出量。需要说明的是,关于光电转换薄膜电池01之间还可以是并联,关于储能薄膜电池02之间还可以是串联,当然还可以包含光电转换薄膜电池01之间的串联或并联与储能薄膜电池02之间的串联或并联的任意组合。
请参阅图31,本实施例一还提供了一种上述的超薄手机的制备方法,包括制备储能电池、机身、主机电路和天线电路;还包括:
步骤001,采用上述的天线结构的制备方法来制备天线结构的过程;这里可以参见上述步骤01~06和图1~30,这里不再赘述。还可以在上述步骤06之后,不要将牺牲衬底去除,后续还要使用。
步骤002,将天线结构与天线电路相电连的过程;这里具体为将主馈线与天线电路相连接的过程。将主馈线与天线电路相连接的方法可以采用点焊工艺工艺、互连技术等。
步骤002之后且在步骤003之前,还包括:
当多个石墨烯薄膜天线图案分布呈镂空封闭阵列,且防串扰隔离层为连续的且同时位于镂空封闭阵列的镂空区域底部和石墨烯薄膜天线图案底部时,直接在镂空区域底部的隔离层表面形成光电转换电池,具体包括制备光电转换电池和储能电池两个过程,请参阅图32,制备光电转换电池包括:在镂空封闭阵列的镂空区域底部的防串扰隔离层101中制备用于与连通光电转换电池01和储能电池02的金属通孔和互连线;然后,在整个衬底上覆盖一层非导电掩膜并在非导电掩膜中刻蚀出开口以暴露出镂空封闭阵列的镂空区域底部的防串扰隔离层101;接着,在暴露的镂空封闭阵列的镂空区域底部的防串扰隔离层101上制备上述的光能转换电池01例如光能薄膜电池;再将剩余的非导电掩膜去除。请参阅图33,制备储能电池的过程包括:将上述制备好光能转换电池的整个衬底结构倒置过来;在牺牲衬底S中刻蚀出开口以暴露出镂空封闭阵列的镂空区域底部的防串扰隔离层101背面;在暴露的防串扰隔离层101背面制备上述的储能电池02例如储能薄膜电池。
需要说明的是,储能电池02还可以延伸至天线结构下方,以扩大储能电池的面积,针对这种情况,可以将上述制备好光能转换电池的整个衬底结构倒置过来;先将牺牲衬底S释放掉,此时防串扰隔离层101背面表面及其背面的主馈线103暴露出来;然后在整个防串扰隔离层101背面沉积一层介质层,介质层将防串扰隔离层101背面表面和主馈线103覆盖住;并在介质层中制备与防串扰隔离层101中的金属通孔导通的另一层金属通孔;然后在该介质层上制备储能电池02例如储能薄膜电池,通过防串扰隔离层中的金属通孔和介质层的另一层金属通孔从而将光电转换电池和储能电池相电连。
还需要说明的是,在其它实施例中,也可以不在防串扰隔离层中制备连通光电转换电池和储能电池的金属通孔和互连线,而是采用传统工艺,在光电转换电池和储能电池制备好之后将光电转换电池与储能电池相电连,例如可以采用点焊工艺工艺、互连技术等工艺。此外,储能电池也可以采用传统储能电池,同样可以采用常规的点连接方式将储能电池与光电转换电池相连。
步骤003,请参阅图34,在天线结构表面覆盖一层非金属性薄膜壳03,这里同时在天线结构和光能转换电池01表面覆盖一层非金属性薄膜壳03,从而完成手机机身背面壳体的制备;本实施例一种,非金属性薄膜壳03的材料可以为有机绝缘材料、氧化石墨烯薄膜等。此时,当牺牲衬底S还存在时,还需要将剩余的牺牲衬底S全部去除掉。至此,整个手机机身背面壳体制备完毕,如图35所示为去除牺牲衬底S后最终得到的手机机身背面壳体的结构示意图。
步骤004:将手机机身背面壳体与手机机身相连。这里,将手机机身背面壳体与手机机身相连,可以采用常规工艺,这是本领域技术人员可以知晓的,这里不再赘述。
实施例二
以下结合附图36~37和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是,附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例,且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
本实施例二的一种天线结构与实施例一的天线结构的不同之处在于凸起的结构。请参阅图36和37,本实施例二的凸起T由凸起主体、位于凸起主体内的微空腔和微空腔顶部的盖帽109'构成;其中微空腔的顶部与凸起T顶部齐平。
本实施例二的天线结构的制备方法,与上述实施例一的天线结构的制备方法的不同之处在于:
上述步骤04中,请再次参阅图18,在沉积第二隔离层薄膜109之后还包括:采用光刻和刻蚀工艺,保留微空腔顶部的第二隔离层薄膜109且去除微空腔顶部所在平面上非微空腔顶部的第二隔离层薄膜109,从而在微空腔顶部形成盖帽109',如图36所示。这里,保留微空腔顶部的第二隔离层薄膜109,将其余区域的第二隔离层薄膜109都去除,扩大了石墨烯薄膜天线图案102的沉积窗口和石墨烯薄膜天线图案102的占用面积。
上述步骤04盖帽109'形成之后,请参阅图37,还同时对凸起T这里为盖帽109'的顶部拐角进行圆化处理,使得凸起T这里为盖帽109'的顶部拐角呈圆滑的曲线。需要说明的是,本实施例二中对凸起进行圆化处理包括对盖帽109'的顶部拐角进行圆化处理。
关于本实施例二的其它结构和具体制备过程可以参见实施例一的描述,这里不再赘述。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然所述实施例仅为了便于说明而举例而已,并非用以限定本发明,本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰,本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (31)
1.一种天线结构,其特征在于,至少包括:
防串扰隔离层;
位于防串扰隔离层上的多个石墨烯薄膜天线图案,用于接收和发射不同的信号;以及
防串扰隔离层具有凸起,凸起位于相邻石墨烯薄膜天线图案之间,凸起内部具有封闭的微空腔。
2.根据权利要求1所述的天线结构,其特征在于,所述凸起封闭环绕每个石墨烯薄膜天线图案侧壁设置。
3.根据权利要求1所述的天线结构,其特征在于,所述凸起由凸起主体、位于凸起主体内的微空腔和微空腔顶部的盖帽构成;其中微空腔的顶部与凸起顶部齐平。
4.根据权利要求1所述的天线结构,其特征在于,所述微空腔的底部低于所述石墨烯薄膜天线图案的底部。
5.根据权利要求1所述的天线结构,其特征在于,所述微空腔的横截面尺寸的宽度不大于10nm。
6.根据权利要求1所述的天线结构,其特征在于,所述凸起的顶部拐角呈圆滑的曲线。
7.根据权利要求1所述的天线结构,其特征在于,在石墨烯薄膜天线图案底部的所述防串扰隔离层内部还设置有一层封闭空腔夹层。
8.根据权利要求1所述的天线结构,其特征在于,所述防串扰隔离层底部设置沿多个石墨烯薄膜天线图案排列方向的主馈线,每个所述石墨烯薄膜天线图案底部对应的防串扰隔离层中设置有导电接触孔,与每个所述石墨烯薄膜天线图案底部的导电接触孔相对应的主馈线上具有馈线接口,导电接触孔一端与相应的石墨烯薄膜天线图案相接触,导电接触孔的另一端与相应的馈线接口相连接,使得每个所述石墨烯薄膜天线图案通过相应的导电接触孔与主馈线相连接,且每个所述石墨烯薄膜天线图案通过导电接触孔和主馈线来接收和发送信号。
9.根据权利要求8所述的天线结构,其特征在于,所述导电接触孔垂直于所述主馈线设置。
10.根据权利要求1所述的天线结构,其特征在于,多个所述石墨烯薄膜天线图案的尺寸不相同,多个所述石墨烯薄膜天线图案呈阵列排布且其尺寸按照从小到大顺序排布,位于石墨烯薄膜天线图案周围的所述凸起之间的间距也随着相应石墨烯薄膜天线图案的尺寸变大或变小。
11.根据权利要求10所述的天线结构,其特征在于,多个所述石墨烯薄膜天线图案分布呈镂空封闭阵列。
12.根据权利要求11所述的天线结构,其特征在于,多个所述石墨烯薄膜天线图案按照尺寸顺时针或逆时针从小到大的顺序排布,即“ABCD”型;或者,多个所述石墨烯薄膜天线图案按照尺寸从小到大相间排布,即“ACBD”型。
13.根据权利要求1所述的天线结构,其特征在于,所述石墨烯薄膜天线图案呈阿基米德螺旋型、对称蝴蝶型、或多叉指型。
14.一种权利要求1所述的天线结构的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤01:提供第一层隔离层薄膜;
步骤02:利用光刻和刻蚀工艺,在第一层隔离层薄膜中刻蚀出多个沟槽,相邻沟槽之间形成凸起;
步骤03:利用光刻和刻蚀工艺,在凸起中刻蚀出微空腔;
步骤04:在完成步骤03的第一层隔离层薄膜上再沉积第二层隔离层薄膜,第二层隔离层薄膜将微空腔顶部封闭住,从而使构成封闭的微空腔且第二层隔离层薄膜依多个沟槽而形成相应的凹陷区域,凹陷区域用于放置石墨烯薄膜天线图案;所述第一层隔离层薄膜和所述第二层隔离层薄膜共同构成防串扰隔离层;
步骤05:在第二隔离层薄膜表面覆盖一层石墨烯薄膜;
步骤06:采用刻蚀工艺,对石墨烯薄膜进行图案化处理,从而在凹陷区域形成石墨烯薄膜天线图案,并且去除凹陷区域之外的石墨烯薄膜。
15.根据权利要求14所述的天线结构的制备方法,其特征在于,步骤04中,在沉积另一层隔离层薄膜之后还包括:采用光刻和刻蚀工艺,保留微空腔顶部的第二隔离层薄膜且去除微空腔顶部所在平面上非微空腔顶部的第二隔离层薄膜,从而在微空腔顶部形成盖帽。
16.根据权利要求14或15所述的天线结构的制备方法,其特征在于,所述步骤04之后还包括:对凸起的顶部拐角进行圆化处理,使得凸起的顶部拐角呈圆滑的曲线。
17.根据权利要求14所述的天线结构的制备方法,其特征在于,所述步骤01中具体包括:提供一牺牲衬底;在牺牲衬底上嵌入固定有沿多个石墨烯薄膜天线图案排列方向的主馈线;主馈线上制备多个馈线接口,用于与后续的多个导电接触孔相对应;然后在牺牲衬底上形成第一层隔离层薄膜;第一层隔离层薄膜将主馈线覆盖住;
所述步骤04之后且在所述步骤05之前,还包括:
首先,在凹陷区域对应于主馈线的各个接口上方的第二层隔离层薄膜和第一层隔离层薄膜中刻蚀出相应的接触孔;接触孔穿透第二层隔离层薄膜和第一层隔离层薄膜,并且与主馈线的馈线接口相对应;
然后,在接触孔中填充满导电材料,以形成导电接触孔,使得各个导电接触孔的底部与主馈线上相应的馈线接口相连接;
所述步骤05中,在第二隔离层薄膜表面覆盖一层石墨烯薄膜后,向石墨烯薄膜施加高压,同时加热第一隔离层薄膜、第二隔离层薄膜和各个接触孔,使得石墨烯薄膜与各个导电接触孔中的导电材料相键合。
18.一种超薄手机,具有储能电池、机身、机身背面壳体、主机电路和天线电路;储能电池、主机电路和天线电路都设置于机身内部;主机电路和天线电路相电连,用于向主机电路和天线电路提供电路;其特征在于,手机机身背面壳体由权利要求1~13任意一项所述的天线结构和在所述天线结构表面覆盖的非金属性的薄膜壳构成,所述天线结构与所述天线电路相电连;所述天线结构用于接收信号并传输给天线电路,或者天线电路将信号通过天线结构发射出去。
19.根据权利要求18所述的超薄手机,其特征在于,所述非金属性薄膜壳为非金属性的氧化石墨烯薄膜。
20.根据权利要求18所述的超薄手机,其特征在于,所述第一隔离层底部设置沿多个石墨烯薄膜天线图案排列方向的主馈线,每个所述石墨烯薄膜天线图案底部对应的防串扰隔离层中设置有导电接触孔,与每个所述石墨烯薄膜天线图案底部的导电接触孔相对应的主馈线上具有馈线接口,导电接触孔一端与相应的石墨烯薄膜天线图案相接触,导电接触孔的另一端与相应的馈线接口相连接,使得每个所述石墨烯薄膜天线图案通过相应的导电接触孔与主馈线相连接,且每个所述石墨烯薄膜天线图案通过导电接触孔和主馈线来接收和发送信号;
所述主馈线与所述天线电路相电连。
21.根据权利要求18所述的超薄手机,其特征在于,所述天线电路包括信号处理单元,信号处理单元将所述天线结构接收的信号进行识别和转换后发送给主机电路,并且,所述信号处理单元将主机电路需要发送出去的信号进行识别和转化后发送给所述天线结构,由天线结构发射出去。
22.根据权利要求21所述的超薄手机,其特征在于,所述信号处理单元还对多个所述石墨烯薄膜天线图案所接收的不同的信号进行识别和处理,然后发送给主机电路;以及所述信号处理单元还将所述主机电路发送给对应的石墨烯薄膜天线图案的不同的信号进行识别和处理,然后发送给相应的石墨烯薄膜天线图案。
23.根据权利要求18所述的超薄手机,其特征在于,所述天线电路还具有电压调控单元,电压调控单元具有多个调频电路分别与多个所述石墨烯薄膜天线图案一一对应相电连,从而向相应的石墨烯薄膜天线图案施加不同的电压;每个调频电路具有两条支路,一条支路与相应的石墨烯薄膜的正面相接触连接,另一条支路穿过相应石墨烯薄膜天线图案底部的防串扰隔离层并与相应石墨烯薄膜天线图案底部相接触连接,利用调频电路通过调整施加于每个石墨烯薄膜天线图案的电压来调节每个石墨烯薄膜天线图案的不同频率。
24.根据权利要求18所述的超薄手机,其特征在于,所述多个所述石墨烯薄膜天线图案分布呈镂空封闭阵列,且隔离层位于镂空封闭阵列的镂空区域底部和石墨烯薄膜天线图案底部;
在镂空区域底部的隔离层表面设置有光电转换电池,光电转换电池与储能电池相电连,光电转换电池将光能转换为电能并且传输给储能电池存储起来。
25.根据权利要求24所述的超薄手机,其特征在于,所述光电转换电池为光电转换薄膜电池,包括:第一底部石墨烯薄膜电极、垂直生长于第一底部透明石墨烯薄膜表面的第一纳米棒阵列、以及覆盖于第一纳米棒阵列顶部的第一顶部透明石墨烯薄膜电极。
26.根据权利要求25所述的超薄手机,其特征在于,所述第一纳米棒阵列中包含第一中空纳米棒和第一非中空纳米棒;第一非中空纳米棒分布于所述第一底部石墨烯薄膜电极的中心区域,所述第一非中空纳米棒围绕所述第一中空纳米棒设置。
27.根据权利要求25所述的超薄手机,其特征在于,所述储能电池为储能薄膜电池,设置于所述防串扰隔离层底部且与所述防串扰隔离层相接触,从而构成具有天线结构的光能薄膜电池手机背面壳体;
储能薄膜电池至少包括:与第一顶部透明石墨烯薄膜电极相电连的第二底部石墨烯薄膜电极、与第一底部石墨烯薄膜电极相电连的第二顶部石墨烯薄膜电极、夹在第二底部石墨烯薄膜电极和第一底部石墨烯薄膜电极之间的且与二者相垂直的第二纳米棒阵列和固态电解质,第二纳米棒阵列分布于固态电解质中;第二顶部石墨烯薄膜电极和第二底部石墨烯薄膜电极还分别设置有引出极,引出极均连接主机电路和天线电路。
28.一种权利要求18所述的超薄手机的制备方法,包括制备储能电池、机身、主机电路和天线电路;其特征在于,还包括:
步骤001,采用权利要求14~17任意一项所述的方法来制备所述天线结构的过程;
步骤002,将天线结构与所述天线电路相电连的过程;
步骤003,在所述天线结构表面覆盖一层非金属性的薄膜壳,从而完成手机机身背面壳体的制备;
步骤004:将手机机身背面壳体与手机机身相连。
29.根据权利要求28所述的超薄手机的制备方法,其特征在于,所述第一隔离层底部设置沿水平方向的主馈线,每个所述石墨烯薄膜天线图案底部对应的防串扰隔离层中设置有导电接触孔,与每个所述石墨烯薄膜天线图案底部的导电接触孔相对应的主馈线上具有馈线接口,导电接触孔一端与相应的石墨烯薄膜天线图案相接触,导电接触孔的另一端与相应的馈线接口相连接,使得每个所述石墨烯薄膜天线图案通过相应的导电接触孔与主馈线相连接,且每个所述石墨烯薄膜天线图案通过导电接触孔和主馈线来接收和发送信号;步骤002中,将主馈线与天线电路相连接。
30.根据权利要求28所述的超薄手机的制备方法,其特征在于,所述多个所述石墨烯薄膜天线图案分布呈镂空封闭阵列,且隔离层位于镂空封闭阵列的镂空区域底部和石墨烯薄膜天线图案底部;
所述步骤002之后且在步骤003之前,还包括:在镂空区域底部的隔离层表面形成光电转换电池,并且将光电转换电池与储能电池相电连。
31.根据权利要求30所述的超薄手机的制备方法,其特征在于,在镂空区域底部的防串扰隔离层表面形成光电转换电池之后,还包括将储能电池设置于所述防串扰隔离层底部且与所述防串扰隔离层相接触,以构成具有天线结构的光能薄膜电池手机背面壳体。
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