JP2861497B2 - モノリシック・ミリ波アンテナおよびその製造方法 - Google Patents
モノリシック・ミリ波アンテナおよびその製造方法Info
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- JP2861497B2 JP2861497B2 JP3180687A JP18068791A JP2861497B2 JP 2861497 B2 JP2861497 B2 JP 2861497B2 JP 3180687 A JP3180687 A JP 3180687A JP 18068791 A JP18068791 A JP 18068791A JP 2861497 B2 JP2861497 B2 JP 2861497B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体を用いたモ
ノリシック・ミリ波アンテナおよびその製造方法に関す
るものである。
ノリシック・ミリ波アンテナおよびその製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】近年化合物半導体集積回路の発展は目覚
ましく、ミリ波レーダ装置等の送受信モジュールのみな
らずアンテナ素子をも含めてモノリシック集積化するた
めの研究開発が活発に行われている。このようなモノリ
シック化を行うと、４インチ程度のＧａＡｓウェハー上
に数百のミリ波送受信モジュール付きアンテナ素子をア
レイ状に配置できフェイズド・アレイ・アンテナ・モジ
ュールが実現される。
ましく、ミリ波レーダ装置等の送受信モジュールのみな
らずアンテナ素子をも含めてモノリシック集積化するた
めの研究開発が活発に行われている。このようなモノリ
シック化を行うと、４インチ程度のＧａＡｓウェハー上
に数百のミリ波送受信モジュール付きアンテナ素子をア
レイ状に配置できフェイズド・アレイ・アンテナ・モジ
ュールが実現される。
【０００３】従来例のモノリシック・ミリ波アンテナは
マイクロウェーブ・ジャーナル（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ
Ｊｏｕｒｎａｌ）誌１９８６年７月号１１９ページにま
とめられている。
マイクロウェーブ・ジャーナル（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ
Ｊｏｕｒｎａｌ）誌１９８６年７月号１１９ページにま
とめられている。
【０００４】図４は従来例のモノリシック・ミリ波アン
テナを示す図である。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）
は断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ基板５１の表面に接
地導体５２，比誘電率εｒの誘電体５４，パッチアンテ
ナ導体５３からなるパッチアンテナが構成され、アンテ
ナ給電線５５とへテロ接合ＦＥＴのドレイン電極５６と
の間にインピーダンス整合用スタブ６０が設けられてい
る。５７，５８は各々へテロ接合ＦＥＴのゲート電極、
ソース電極、５９はチャンネル層である。アンテナ長を
Ｌとすると、λｇ≒２Ｌなる波長λｇに対してアンテナ
は共振し効率よく電磁波を空間に放射する。ここでλｇ
は、周波数をｆ、真空中の光の速さをｃとすると、
テナを示す図である。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）
は断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ基板５１の表面に接
地導体５２，比誘電率εｒの誘電体５４，パッチアンテ
ナ導体５３からなるパッチアンテナが構成され、アンテ
ナ給電線５５とへテロ接合ＦＥＴのドレイン電極５６と
の間にインピーダンス整合用スタブ６０が設けられてい
る。５７，５８は各々へテロ接合ＦＥＴのゲート電極、
ソース電極、５９はチャンネル層である。アンテナ長を
Ｌとすると、λｇ≒２Ｌなる波長λｇに対してアンテナ
は共振し効率よく電磁波を空間に放射する。ここでλｇ
は、周波数をｆ、真空中の光の速さをｃとすると、
【０００５】
【数１】
【０００６】となる。ｆ＝９０ＧＨｚ，εr ＝３とする
と、λｇは約２ｍｍとなる。したがってＬ＝１ｍｍのと
き９０ＧＨｚ用のアンテナとなる。
と、λｇは約２ｍｍとなる。したがってＬ＝１ｍｍのと
き９０ＧＨｚ用のアンテナとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図４の従来例のパッチ
アンテナにおいては、Ｌ＝１ｍｍで９０ＧＨｚ帯で共振
するが、９０ＧＨｚにおける自由空間波長は３．３３ｍ
ｍ、１／２波長で１．６６ｍｍである。すなわちεｒ＝
３の誘電体を用いた場合のアンテナ長１ｍｍ（λｇ／
２）は、自由空間における１／２波長の約６０％である
ため、アンテナの電流密度が上昇し損失が大きくなり、
アンテナに入力されたエネルギー効率よく空間に放射で
きないという欠点があった。
アンテナにおいては、Ｌ＝１ｍｍで９０ＧＨｚ帯で共振
するが、９０ＧＨｚにおける自由空間波長は３．３３ｍ
ｍ、１／２波長で１．６６ｍｍである。すなわちεｒ＝
３の誘電体を用いた場合のアンテナ長１ｍｍ（λｇ／
２）は、自由空間における１／２波長の約６０％である
ため、アンテナの電流密度が上昇し損失が大きくなり、
アンテナに入力されたエネルギー効率よく空間に放射で
きないという欠点があった。
【０００８】本発明の目的は、この欠点を除去した高効
率のモノリシック・ミリ波アンテナおよびその製造方法
を提供することにある。
率のモノリシック・ミリ波アンテナおよびその製造方法
を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、ミリ波アンテ
ナおよびミリ波能動素子が同一半導体基板上に形成され
たモノリシック・ミリ波アンテナにおいて、半絶縁性化
合物半導体基板上に形成された接地導体上に複数の誘電
体支柱に支えられたパッチアンテナ導体を備えているこ
とを特徴とする。
ナおよびミリ波能動素子が同一半導体基板上に形成され
たモノリシック・ミリ波アンテナにおいて、半絶縁性化
合物半導体基板上に形成された接地導体上に複数の誘電
体支柱に支えられたパッチアンテナ導体を備えているこ
とを特徴とする。
【００１０】また本発明のモノリシック・ミリ波アンテ
ナの製造方法は、半絶縁性化合物半導体基板上に接地金
属を形成する工程と、誘電体膜を全面に形成する工程
と、前記誘電体膜の支柱となるべき部分を除いた残りを
異方性ドライエッチングする工程と、ホトレジストを基
板全面に塗布し、ホトレジスト表面を平坦化する工程
と、異方性ドライエッチングにより前記誘電体の頭出し
をした後、能動素子電極上のホトレジストを部分的に除
去する工程と、金メッキ用給電金属を蒸着し、さたにパ
ッチアンテナ導体およびアンテナ給電線となる部分が開
口されたホトレジストパターンを形成する工程と、金メ
ッキをする工程と、前記レジストパターン、前記金メッ
キ用給電金属、および前記ホトレジストを除去する工程
とを含むことを特徴とする。
ナの製造方法は、半絶縁性化合物半導体基板上に接地金
属を形成する工程と、誘電体膜を全面に形成する工程
と、前記誘電体膜の支柱となるべき部分を除いた残りを
異方性ドライエッチングする工程と、ホトレジストを基
板全面に塗布し、ホトレジスト表面を平坦化する工程
と、異方性ドライエッチングにより前記誘電体の頭出し
をした後、能動素子電極上のホトレジストを部分的に除
去する工程と、金メッキ用給電金属を蒸着し、さたにパ
ッチアンテナ導体およびアンテナ給電線となる部分が開
口されたホトレジストパターンを形成する工程と、金メ
ッキをする工程と、前記レジストパターン、前記金メッ
キ用給電金属、および前記ホトレジストを除去する工程
とを含むことを特徴とする。
【００１１】
【作用】このような本発明においては、複数の誘電体支
柱により、パッチアンテナ導体が空気中に支えられた構
造となるため、実行誘電率が低下する。このため共振に
必要なアンテナ長が、自由空間波長の１／２に近づき、
アンテナの効率を大幅に増大できる。
柱により、パッチアンテナ導体が空気中に支えられた構
造となるため、実行誘電率が低下する。このため共振に
必要なアンテナ長が、自由空間波長の１／２に近づき、
アンテナの効率を大幅に増大できる。
【００１２】さらに本発明の製造方法においては、支柱
となるべき誘電体の寸法が数μｍオーダーであり、また
その個数が複数であっても、ホトレジストによる平坦化
工程、異方性ドライエッチングによう頭出し工程を含む
ため容易にモノリシック・ミリ波アンテナを製造でき
る。
となるべき誘電体の寸法が数μｍオーダーであり、また
その個数が複数であっても、ホトレジストによる平坦化
工程、異方性ドライエッチングによう頭出し工程を含む
ため容易にモノリシック・ミリ波アンテナを製造でき
る。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明のモノリシック・ミリ波アン
テナの実施例を示す図である。図１（ａ）は平面図、図
１（ｂ）は断面図である。この実施例では、半絶縁性Ｇ
ａＡｓ基板１の表面に接地導体２，比誘電率εｒの誘電
体支柱４，パッチアンテナ導体３からなるモノリシック
・パッチアンテナが構成され、アンテナ給電線５とへテ
ロ接合ＦＥＴのドレイン電極６との間にインピーダンス
整合用スタブ１０が設けられている。７および８は各々
へテロ接合ＦＥＴのゲート電極，ソース電極、９はチャ
ンネル層である。
テナの実施例を示す図である。図１（ａ）は平面図、図
１（ｂ）は断面図である。この実施例では、半絶縁性Ｇ
ａＡｓ基板１の表面に接地導体２，比誘電率εｒの誘電
体支柱４，パッチアンテナ導体３からなるモノリシック
・パッチアンテナが構成され、アンテナ給電線５とへテ
ロ接合ＦＥＴのドレイン電極６との間にインピーダンス
整合用スタブ１０が設けられている。７および８は各々
へテロ接合ＦＥＴのゲート電極，ソース電極、９はチャ
ンネル層である。
【００１４】次に、本実施例のモノリシック・ミリ波ア
ンテナの製造方法について説明する。図２に、その製造
工程を説明するための断面図を示す。
ンテナの製造方法について説明する。図２に、その製造
工程を説明するための断面図を示す。
【００１５】まず、図２（ａ）に示すように、チャンネ
ル層９，ドレイン電極６，ゲート電極７，ソース電極８
から構成されるへテロ接合ＦＥＴが形成された半絶縁性
ＧａＡｓ基板１上に接地金属２を形成する。
ル層９，ドレイン電極６，ゲート電極７，ソース電極８
から構成されるへテロ接合ＦＥＴが形成された半絶縁性
ＧａＡｓ基板１上に接地金属２を形成する。
【００１６】次に、図２（ｂ）に示すように、基板全面
にＳｉＯ2 膜を成膜した後に、ホトレジスト等をマスク
として支柱４およびパッシベイション膜３４を残して異
方性ドライエッチングする。
にＳｉＯ2 膜を成膜した後に、ホトレジスト等をマスク
として支柱４およびパッシベイション膜３４を残して異
方性ドライエッチングする。
【００１７】次に、図２（ｃ）に示すように、ホトレジ
スト１５を全面にスピン塗布し、ホトレジスト１５の表
面を平坦化する。
スト１５を全面にスピン塗布し、ホトレジスト１５の表
面を平坦化する。
【００１８】次に、図（ｄ）に示すように、垂直方向か
らの異方性ドライエッチングにより、誘電体支柱４の頭
出しをした後、能動素子電極上１６のホトレジストを部
分的に除去する。
らの異方性ドライエッチングにより、誘電体支柱４の頭
出しをした後、能動素子電極上１６のホトレジストを部
分的に除去する。
【００１９】次に、図３（ｅ）に示すように、メッキ用
給電金属ＴｉＡｕ１７を全面に蒸着した後、パッチアン
テナ導体およびアンテナ給電線となる部分が開口された
ホトレジスト・パターン１８を形成する。
給電金属ＴｉＡｕ１７を全面に蒸着した後、パッチアン
テナ導体およびアンテナ給電線となる部分が開口された
ホトレジスト・パターン１８を形成する。
【００２０】次に、図３（ｆ）に示すように、金メッキ
層１９を選択的に形成する。
層１９を選択的に形成する。
【００２１】最後に、図３（ｇ）に示すように、ホトレ
ジスト層１８およびその下部にあるメッキ用給電線１
７、さらにホトレジスト１５を、それぞれ有機溶剤，イ
オンミリング，酸素プラズマによるアッシングにより除
去することにより、本実施例のモノリシック・ミリ波ア
ンテナが得られる。なお図３（ｇ）における２０は空気
を示している。
ジスト層１８およびその下部にあるメッキ用給電線１
７、さらにホトレジスト１５を、それぞれ有機溶剤，イ
オンミリング，酸素プラズマによるアッシングにより除
去することにより、本実施例のモノリシック・ミリ波ア
ンテナが得られる。なお図３（ｇ）における２０は空気
を示している。
【００２２】以上の実施例においては、支柱はアンテナ
の横方向に一様に伸びた形状（水平断面が長方形）にな
っているが、支柱の構造はこれに限らず水平断面が正方
形，円など別の形状であってもよいことはいうまでもな
い。
の横方向に一様に伸びた形状（水平断面が長方形）にな
っているが、支柱の構造はこれに限らず水平断面が正方
形，円など別の形状であってもよいことはいうまでもな
い。
【００２３】
【発明の効果】本発明のモノリシック・ミリ波アンテナ
においては、パッチアンテナ導体を間隔のあいた複数の
誘電体支柱により支持するため、実効誘電率が１に近づ
く。このため共振に必要なアンテナ長が自由空間波長の
１／２に近づき、アンテナの効率を大幅に増大できる。
においては、パッチアンテナ導体を間隔のあいた複数の
誘電体支柱により支持するため、実効誘電率が１に近づ
く。このため共振に必要なアンテナ長が自由空間波長の
１／２に近づき、アンテナの効率を大幅に増大できる。
【００２４】さらに本発明の製造方法によれば、数μｍ
オーダーの複数の誘電体支柱を有するモノリシック・ミ
リ波アンテナが製造できる。
オーダーの複数の誘電体支柱を有するモノリシック・ミ
リ波アンテナが製造できる。
【００２５】本発明により、ミリ波帯においてアンテナ
までを含んだ１チップ送受信機，ウェハースケール・フ
ェイズド・アレイレーダなどが実現でき、ミリ波工学上
意義が大きい。
までを含んだ１チップ送受信機，ウェハースケール・フ
ェイズド・アレイレーダなどが実現でき、ミリ波工学上
意義が大きい。
【図１】本発明の一実施例のモノリシック・ミリ波アン
テナを示す図である。
テナを示す図である。
【図２】図１のモノリシック・ミリ波アンテナの製造方
法を説明するための断面図である。
法を説明するための断面図である。
【図３】図１のモノリシック・ミリ波アンテナの製造方
法を説明するための断面図である。
法を説明するための断面図である。
【図４】従来例のモノリシック・ミリ波アンテナを示す
図である。
図である。
１，５１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 ２，５２ 接地導体 ４，５４ 誘電体 ３，５３ パッチアンテナ導体 ５，５５ 給電線 １０，６０ スタブ ６，５６ ドレイン電極 ７，５７ ゲート電極 ８，５８ ソース電極 ９，５９ チャンネル送 ３４ パッシベイション膜
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01Q 13/08 H01Q 23/00
Claims (2)
- 【請求項１】ミリ波アンテナおよびミリ波能動素子が同
一半導体基板上に形成されたモノリシック・ミリ波アン
テナにおいて、 半絶縁性化合物半導体基板上に形成された接地導体上に
複数の誘電体支柱に支えられたパッチアンテナ導体を備
えていることを特徴とするモノリシック・ミリ波アンテ
ナ。 - 【請求項２】半絶縁性化合物半導体基板上に接地金属を
形成する工程と、 誘電体膜を全面に形成する工程と、 前記誘電体膜の支柱となるべき部分を除いた残りを異方
性ドライエッチングする工程と、 ホトレジストを基板全面に塗布し、ホトレジスト表面を
平坦化する工程と、 異方性ドライエッチングにより前記誘電体の頭出しをし
た後、能動素子電極上のホトレジストを部分的に除去す
る工程と、 金メッキ用給電金属を蒸着し、さたにパッチアンテナ導
体およびアンテナ給電線となる部分が開口されたホトレ
ジストパターンを形成する工程と、 金メッキをする工程と、 前記レジストパターン、前記金メッキ用給電金属、およ
び前記ホトレジストを除去する工程とを含むことを特徴
とするモノリシック・ミリ波アンテナの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3180687A JP2861497B2 (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | モノリシック・ミリ波アンテナおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3180687A JP2861497B2 (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | モノリシック・ミリ波アンテナおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0529826A JPH0529826A (ja) | 1993-02-05 |
| JP2861497B2 true JP2861497B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=16087554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3180687A Expired - Fee Related JP2861497B2 (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | モノリシック・ミリ波アンテナおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2861497B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0730323A (ja) * | 1993-07-15 | 1995-01-31 | Nec Corp | アクティブアンテナ |
| JP2750268B2 (ja) * | 1993-12-21 | 1998-05-13 | 株式会社エイ・ティ・アール光電波通信研究所 | マイクロ波集積回路付きアンテナ装置の製造方法 |
| JP3728961B2 (ja) * | 1999-01-14 | 2005-12-21 | 富士電機機器制御株式会社 | ノイズフィルタ、および、その製造方法 |
| JP3680627B2 (ja) * | 1999-04-27 | 2005-08-10 | 富士電機機器制御株式会社 | ノイズフィルタ |
| JP4892498B2 (ja) * | 2008-02-05 | 2012-03-07 | 国立大学法人 名古屋工業大学 | マイクロストリップアンテナ |
| JP7005357B2 (ja) * | 2017-02-21 | 2022-01-21 | 京セラ株式会社 | アンテナ基板 |
-
1991
- 1991-07-22 JP JP3180687A patent/JP2861497B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0529826A (ja) | 1993-02-05 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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