微機(jī)械高精度固支梁式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及微機(jī)械高精度固支梁式微波功率 檢測(cè)系統(tǒng)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在微電子機(jī)械系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)：MEMS)的微波研宄中，微波功率是表征微波信號(hào)的一個(gè) 重要參數(shù)。在微波信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸及接收各個(gè)環(huán)節(jié)的研宄中，微波功率的檢測(cè)是必不可少 的。最常見(jiàn)的微波功率檢測(cè)器是基于熱電轉(zhuǎn)換原理的微波功率傳感器，它把微波信號(hào)通過(guò) 負(fù)載電阻轉(zhuǎn)化成熱，然后再利用熱電堆的Seebeck效應(yīng)把此熱轉(zhuǎn)換成與待測(cè)微波功率成正 比的直流電壓輸出。在線式微波功率傳感器是通過(guò)耦合電容耦合出10%的功率提供給熱電 式微波功率傳感器進(jìn)行檢測(cè)的。但是，制作后的耦合電易彎曲導(dǎo)致在線式微波功率傳感器 沒(méi)有很高的精度，另外在線式微波功率傳感器的靈敏度也不高，而本發(fā)明能夠很好地解決 上面的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的在于提供了一種微機(jī)械高精度固支梁式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能 對(duì)微波信號(hào)的功率進(jìn)行測(cè)量，并且該系統(tǒng)的校正電極及四組熱電堆的設(shè)計(jì)能大大提高微波 功率檢測(cè)的精確度和靈敏度。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明提供了一種微機(jī)械高精度固 支梁式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由砷化鎵為襯底，在襯底上設(shè)有共面波導(dǎo)傳輸線、固支 梁耦合器，校正電極和熱電式微波功率傳感器組成。當(dāng)微波信號(hào)在中心信號(hào)傳輸線上從A 端口向B端口傳輸時(shí)，固支梁耦合器在傳輸線上耦合出10%的微波功率，該功率通過(guò)共面 波導(dǎo)傳輸線傳輸至后端的熱電式微波功率傳感器，待測(cè)功率由后端的熱電式微波功率傳感 器檢測(cè)。當(dāng)前端固支梁耦合微波信號(hào)時(shí)，由于工藝制作后的固支梁易彎曲，那么就可以通過(guò) 調(diào)節(jié)校正電極來(lái)使得固支梁恢復(fù)平整。從而實(shí)現(xiàn)微波功率的精確檢測(cè)。
[0005] 本發(fā)明所述系統(tǒng)的固支梁耦合器是在中心信號(hào)傳輸線上上方設(shè)有固支梁，當(dāng)微波 信號(hào)從中心信號(hào)傳輸線端口A向端口B傳輸時(shí)，固支梁會(huì)耦合出10%的微波功率。
[0006] 本發(fā)明所述系統(tǒng)的校正電極是用來(lái)校正固支梁平坦程度，工藝制作后的固支梁易 彎曲，當(dāng)固支梁處于上翹狀態(tài)，就在壓焊塊上加正電壓，反之，當(dāng)固支梁處于下拉狀態(tài)時(shí)，在 壓焊塊上加負(fù)電壓，最終使得固支梁恢復(fù)平整，從而提高了微波功率的檢測(cè)精確度。
[0007] 本發(fā)明所述系統(tǒng)的熱電式微波功率傳感器是由共面波導(dǎo)傳輸線、并聯(lián)電阻、熱電 堆、輸出電壓端口和金屬塊組成。
[0008] 本發(fā)明還提供了一種微機(jī)械高精度固支梁式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)的制備方法，該方 法包括如下步驟：
[0009] 步驟1:準(zhǔn)備砷化鎵襯底：選用的是未摻雜的砷化鎵襯底；
[0010] 步驟2 :在襯底上離子注入N+型的GaAs，形成熱偶的GaAs臂；
[0011] 步驟3 :在襯底上淀積、刻蝕氮化鉭，形成共面波導(dǎo)末端的并聯(lián)電阻，即氮化鉭電 阻；
[0012] 步驟4 :在襯底上濺射金，剝離去除光刻膠：形成熱偶的金臂、共面波導(dǎo)傳輸線、校 正電極，濺射的厚度為〇. 3ym;
[0013] 步驟5:淀積氮化硅介質(zhì)層：用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法工藝生長(zhǎng)l〇〇〇A的 氮化娃介質(zhì)層；
[0014] 步驟6 :光刻并刻蝕氮化硅介質(zhì)層；保留固支梁下方CPW的中心信號(hào)線、耦合器下 方的連接線和傳感電極上的氮化娃；
[0015] 步驟7 :淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層：淀積1. 6 y m厚的聚酰亞胺犧牲層，聚酰亞胺 犧牲層的厚度決定了固支梁耦合器與氮化硅介質(zhì)層之間的高度，光刻聚酰亞胺犧牲層，僅 保留固支梁膜橋下的犧牲層；
[0016] 步驟8 :濺射鈦/金/鈦：濺射用于電鍍共面波導(dǎo)傳輸線和固支梁耦合器的底金， 鈦/金/鈦的厚度為500/1500/300A;
[0017] 步驟9 :電鍍金：電鍍共面波導(dǎo)傳輸線和固支梁耦合器，厚度為2 y m ;
[0018] 步驟10 :去除光刻膠、釋放犧牲層：用顯影液釋放固支梁結(jié)構(gòu)下方的聚酰亞胺犧 牲層，并用無(wú)水乙醇脫水，形成懸浮的固支梁耦合器。
[0019] 有益效果：
[0020] 1、本發(fā)明精度高：工藝制作后的固支梁易發(fā)生彎曲，如果不加以校正接收到的微 波信號(hào)傳至后端熱電式微波功率傳感器的時(shí)候會(huì)發(fā)生誤差，因此本發(fā)明設(shè)計(jì)了校正電極， 當(dāng)工藝制作后的固支梁上翹，在校正電極上加上正電壓；當(dāng)工藝制作后的固支梁下拉，在校 正電極上加上負(fù)電壓。最終經(jīng)過(guò)調(diào)整使得固支梁平坦，可以有效提高測(cè)量精度。
[0021] 2、本發(fā)明靈敏度高：當(dāng)微波信號(hào)傳至后端熱電式微波功率傳感器時(shí)候，信號(hào)通過(guò) 四對(duì)并聯(lián)電阻匹配，通過(guò)Seebeck效應(yīng)將微波功率轉(zhuǎn)換為電勢(shì)差，測(cè)試靈敏度和熱電堆數(shù) 量相關(guān)，由于本發(fā)明設(shè)計(jì)了四組熱電堆，從而提高了靈敏度。
[0022] 3、本發(fā)明是基于MEMS技術(shù)，具有MEMS的基本優(yōu)點(diǎn)，如體積小、重量輕、功耗低等； 且與單片微波集成電路（簡(jiǎn)稱(chēng)：麗1C)工藝完全兼容，便于集成。另本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是用于 在線式測(cè)量，在中心信號(hào)線傳輸過(guò)程中，校正電極的設(shè)計(jì)可以減小測(cè)量誤差。當(dāng)固支梁處 于上翹狀態(tài)時(shí)，那么在壓焊塊上加上正電壓，當(dāng)固支梁處于下拉狀態(tài)時(shí)，在壓焊塊上加上負(fù) 電壓，這樣就使得固支梁在耦合微波信號(hào)時(shí)處于恢復(fù)平整狀態(tài)，這樣通過(guò)固支梁來(lái)耦合出 10%的微波信號(hào)，再傳輸至后端熱電堆，通過(guò)Seebeck效應(yīng)將微波功率轉(zhuǎn)化成電勢(shì)差，最終 通過(guò)電勢(shì)差來(lái)得出微波功率幅度。可以大大提高了檢測(cè)精度。和傳統(tǒng)微波功率檢測(cè)器相比， 本發(fā)明采用四組熱電堆，大大提高測(cè)量靈敏度。這一系列優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)的在線式微波功率傳 感器無(wú)法比擬的，因此它具有很好的研宄和應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是本發(fā)明高精度固支梁式微波功率傳感器的原理圖。
[0024] 標(biāo)識(shí)說(shuō)明：A-共面波導(dǎo)傳輸線；B-固支梁耦合器；C-校正電極；D-熱電式微波功 率傳感器。
[0025]圖2是本發(fā)明高精度固支梁式微波功率傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 標(biāo)識(shí)說(shuō)明：1_CPW的地線；2-CPW的中心信號(hào)傳輸線；3-固支梁耦合器；4-校正電 極；5-壓焊塊；6-CPW信號(hào)傳輸線；7-熱電式微波功率傳感器電阻；8-熱電式微波功率傳感 器熱電堆；9-熱電式微波功率傳感器輸出端口； 10-增加冷端溫度穩(wěn)定性的金屬塊；11-空 氣橋。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0028] 如圖1所示，以砷化鎵為襯底，在襯底上的中間設(shè)計(jì)有信號(hào)輸入端口，在CPW的信 號(hào)線兩旁分別設(shè)有CPW的地線，在CPW的地線上設(shè)有橋墩，在橋墩上設(shè)有固支梁，固支梁的 彎曲由校正電極校正：當(dāng)固支梁上翹，在校正電極上加上正電壓使得固支梁平坦。當(dāng)固支梁 下拉，在校正電極上加上負(fù)電壓使得固支梁平坦。固支梁耦合器用來(lái)耦合出10%的微波信 號(hào)，通過(guò)共面波導(dǎo)傳輸線傳至后端的熱電式微波功率傳感器上，通過(guò)對(duì)輸出的電勢(shì)差的測(cè) 量，從而得出與之一一對(duì)應(yīng)的微波信號(hào)的功率幅度。
[0029] 如圖2所示微波信號(hào)在中心信號(hào)線上從端口A向端口B傳輸，此時(shí)，固支梁耦合器 耦合出10%的微波信號(hào)。校正電極用來(lái)實(shí)現(xiàn)固支梁平整。固支梁耦合器耦合的10%的功 率由共面波導(dǎo)傳輸線傳輸，在共面波導(dǎo)的末端并聯(lián)兩個(gè)電阻，兩個(gè)并聯(lián)的電阻吸收輸入的 微波功率，通過(guò)熱電堆將吸收的微波功率轉(zhuǎn)化為電勢(shì)差，電勢(shì)差是與信號(hào)功率幅度一一對(duì) 應(yīng)的，從而檢測(cè)出信號(hào)的功率幅度。為了使熱電堆的冷端與襯底溫度相同，在其旁邊連接了 一塊大面積的金屬，熱電堆的冷熱端分別連接在兩個(gè)檢測(cè)電勢(shì)差的端口上。
[0030] 本發(fā)明所述的微機(jī)械高精度固支梁式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)是由砷化鎵為襯底，在襯 底上設(shè)有中心信號(hào)傳輸線、固支梁耦合器、校正電極以及熱電式微波功率傳感器組成。當(dāng) 微波信號(hào)在中心信號(hào)傳輸線上從A端口向B端口傳輸時(shí)，固支梁耦合器在傳輸線上耦合出 10%的微波信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)共面波導(dǎo)傳輸線傳輸至后端的熱電式微波功率傳感器，四組