專利名稱：三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出了三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器及制備方法，屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在微波技術(shù)研究中，微波功率是表征微波信號(hào)特征的一個(gè)重要參數(shù)，微波功率的測(cè)量在無(wú)線技術(shù)應(yīng)用中具有重要的地位。微波功率傳感器類似于低頻電路中的電壓電流表。近年來(lái)，隨著MEMS技術(shù)的快速發(fā)展，基于熱電偶的微波功率傳感器是被廣泛應(yīng)用的器件之一。其工作原理為利用終端匹配電阻吸收輸入待測(cè)的微波功率而產(chǎn)生熱，并通過(guò)放置終端匹配電阻附近的熱電堆探測(cè)該匹配電阻附近的溫差，并將之轉(zhuǎn)化為熱電勢(shì)輸出，實(shí)現(xiàn)微波功率的測(cè)量。它具有低的損耗、高的靈敏度和好的線性度的優(yōu)點(diǎn)，然而其最大的不足是一個(gè)微波功率傳感器只能測(cè)量單一通道的輸入微波功率，當(dāng)測(cè)量多通道的微波功率時(shí)需要額外的電路或多個(gè)微波功率傳感器實(shí)現(xiàn)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代個(gè)人通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)要求一個(gè)微波功率傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)片上三通道輸入微波功率的測(cè)量，同時(shí)能夠檢測(cè)其中哪些通道輸入了微波功率及其功率大小的比例?，F(xiàn)如今對(duì)MEMS固支梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，使基于MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)上述功能的固支梁間接式微波功率傳感器成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種基于MEMS技術(shù)的三通道固支梁間接式微波功率傳感器及制備方法，通過(guò)對(duì)稱放置三個(gè)主線共面波導(dǎo)(CPW)，它們相互之間呈120°的角，在每個(gè)主線CPW的輸出端連接兩個(gè)終端匹配電阻，每個(gè)終端匹配電阻附近有一個(gè)熱電偶，將這三對(duì)熱電偶也成對(duì)稱放置并串聯(lián)連接形成熱電堆，這三對(duì)熱電偶相互之間也同樣呈120°的角，從而實(shí)現(xiàn)三通道微波功率的測(cè)量；并且在每個(gè)主線CPW信號(hào)線上橫跨一個(gè) MEMS固支梁，其固支梁下方有絕緣介質(zhì)層，MEMS固支梁的兩個(gè)錨區(qū)連接兩個(gè)副線CPW信號(hào)線，在每個(gè)副線CPW另一端并聯(lián)連接兩個(gè)終端匹配電阻，在這兩個(gè)終端匹配電阻附近有一個(gè)熱電堆，從而能夠檢測(cè)其中哪些通道輸入了微波功率及其微波功率大小的比例。技術(shù)方案本發(fā)明的三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器以砷化鎵 (GaAs)為襯底，在襯底上設(shè)有主線CPW、副線CPW、三個(gè)MEMS固支梁、固支梁的錨區(qū)、絕緣介質(zhì)層、終端匹配電阻、一個(gè)由六個(gè)熱電偶構(gòu)成三對(duì)熱電偶而組成的熱電堆、六個(gè)位于副線 CPW連接的終端匹配電阻附近的熱電堆、輸出壓焊塊、一個(gè)金屬散熱片、空氣橋以及連接線， 在襯底下形成MEMS襯底膜結(jié)構(gòu)
CPW用于實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的傳輸，以及測(cè)試儀器、MEMS固支梁結(jié)構(gòu)和終端匹配電阻的電路連接。每個(gè)CPW由一條CPW的信號(hào)線和兩條地線組成。三個(gè)MEMS固支梁分別橫跨在對(duì)稱放置的三個(gè)主線CPW上，這三個(gè)MEMS固支梁相互之間呈120°的角，其固支梁的錨區(qū)均不與CPW地線相連接，而是與副線CPW信號(hào)線相連接，從而實(shí)現(xiàn)由MEMS固支梁耦合出一定比例的微波功率到副線CPW上。所述副線CPW是由MEMS固支梁的錨區(qū)所引出的旁路CPW，一般與相應(yīng)的主線CPW相垂直。在每個(gè)副線CPW另一端并聯(lián)連接兩個(gè)終端匹配電阻，在這兩個(gè)終端匹配電阻附近有一個(gè)熱電堆，從而通過(guò)測(cè)量是否有微波功率被MEMS固支梁耦合到副線CPW上來(lái)檢測(cè)該通道是否有微波功率的傳輸， 同時(shí)也可以通過(guò)測(cè)量多通道內(nèi)被MEMS固支梁耦合到副線CPW上的微波功率而轉(zhuǎn)化為熱電勢(shì)的比例來(lái)確定輸入到該主線CPW上微波功率量的比例。在每個(gè)MEMS固支梁下方有聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層。被副線CPW信號(hào)線隔開(kāi)的CPW地線通過(guò)空氣橋連接，其空氣橋下方的副線CPW信號(hào)線被聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層覆蓋。終端匹配電阻被連接到主副線CPW的輸出端，完全吸收由主副線CPW輸入端傳輸?shù)奈⒉üβ?，并轉(zhuǎn)換為熱量。熱電堆是由熱電偶串聯(lián)連接而組成的，每個(gè)熱電偶靠近終端匹配電阻，但不與該終端匹配電阻連接；熱電堆靠近終端電阻的一端吸收到這種熱量，并引起這端溫度的升高， 即為熱電堆的熱端，然而熱電堆的另一端的溫度被作為環(huán)境溫度，即為熱電堆的冷端，由于熱電堆熱冷兩端溫度的不同，根據(jù)Seebeck效應(yīng)，在熱電堆的輸出壓焊塊上產(chǎn)生熱電勢(shì)的輸出。金屬散熱片被由六個(gè)熱電偶構(gòu)成三對(duì)熱電偶而組成的熱電堆的冷端環(huán)繞，用于維持該熱電堆的冷端溫度為環(huán)境溫度，從而提高該熱電堆熱冷兩端的溫差。連接線用于熱電偶之間以及熱電堆與輸出壓焊塊之間的連接。MEMS襯底膜結(jié)構(gòu)位于終端匹配電阻和熱電堆的熱端下方，在其下方的GaAs襯底通過(guò)MEMS背面刻蝕技術(shù)去掉一部分，形成MEMS襯底膜結(jié)構(gòu)，提高了熱量由終端電阻向熱電堆熱端的傳輸效率從而提高熱電堆熱冷兩端的溫差。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，主副線CPW、MEMS固支梁、固支梁的錨區(qū)、終端匹配電阻、空氣橋、 熱電堆、熱電堆的輸出壓焊塊、金屬散熱片以及連接線制作在同一塊GaAs襯底上。本發(fā)明的三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器通過(guò)對(duì)稱放置三個(gè)主線 CPW，它們相互之間呈120°的角，在每個(gè)主線CPW的輸出端并聯(lián)連接兩個(gè)終端匹配電阻，每個(gè)終端匹配電阻附近有一個(gè)熱電偶，將這三對(duì)熱電偶也成對(duì)稱放置并串聯(lián)連接形成熱電堆，這三對(duì)熱電偶相互之間也同樣呈120°的角，從而實(shí)現(xiàn)三通道微波功率的測(cè)量；并且在每個(gè)主線CPW信號(hào)線上橫跨一個(gè)MEMS固支梁，在該固支梁下方有聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層，其固支梁的錨區(qū)均不與主線CPW地線相連接，而是與副線CPW信號(hào)線相連接，實(shí)現(xiàn)了由MEMS 固支梁從主線CPW上耦合出一定比例的微波功率到副線CPW上；在每個(gè)副線CPW輸出端也并聯(lián)連接兩個(gè)終端匹配電阻，在這兩個(gè)終端匹配電阻附近有一個(gè)熱電堆，從而能夠檢測(cè)其中哪些通道輸入了微波功率及其微波功率大小的比例。三個(gè)主線CPW輸入端都被連接到射頻電路中，如果微波信號(hào)功率被MEMS固支梁從主線CPW上耦合出一定比例到副線CPW上， 在MEMS固支梁的錨區(qū)相連接的副線CPW上的微波功率完全被其相應(yīng)的終端電阻吸收轉(zhuǎn)為熱量，靠近該終端電阻的熱電堆吸收到這種熱量，引起熱電堆熱冷兩端存在溫差，則在該熱電堆上產(chǎn)生熱電勢(shì)的輸出，從而通過(guò)測(cè)量是否有微波功率被MEMS固支梁從主線CPW耦合到副線CPW上來(lái)檢測(cè)該通道是否有微波功率的傳輸；當(dāng)一個(gè)、兩個(gè)或者三個(gè)待測(cè)的微波信號(hào)分別通過(guò)一個(gè)、兩個(gè)或者三個(gè)主線CPW輸入端引入時(shí)，在這些主線CPW輸出端并聯(lián)的終端匹配電阻分別吸收這些微波功率而產(chǎn)生熱量，使終端電阻周圍的溫度升高，放置在該終端電阻附近的熱電偶分別測(cè)量其溫度差，基于kebeck效應(yīng)，在主線CPW相連接的終端電阻附近的熱電堆的輸出壓焊塊上產(chǎn)生熱電勢(shì)的輸出，從而實(shí)現(xiàn)單輸入、雙輸入或者三輸入微波功率的測(cè)量；同時(shí)也可以通過(guò)測(cè)量多通道內(nèi)分別被MEMS固支梁耦合到副線CPW上的微波功率而轉(zhuǎn)化為熱電勢(shì)的比例來(lái)確定輸入到該主線CPW上微波功率量的比例。三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器的制備方法為
1)準(zhǔn)備砷化鎵襯底選用外延的半絕緣砷化鎵襯底，其中外延N+砷化鎵的摻雜濃度為重?fù)诫s(一般濃度大于等于IO18CnT3)；
2)光刻并隔離外延的N+砷化鎵，形成熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂的圖形和歐姆接觸區(qū)；
3)反刻由熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂的圖形組成的N+砷化鎵，形成輕摻雜(一般濃度小于IO18CnT3)的熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂；
4)光刻去除將要保留金鍺鎳/金地方的光刻膠；
5)濺射金鍺鎳/金；
6)剝離，形成熱電堆的金屬熱偶臂；
7)光刻去除將要保留氮化鉭地方的光刻膠；
8)濺射氮化鉭；
9)剝離;
10)光刻去除將要保留第一層金的地方的光刻膠；
11)蒸發(fā)第一層金；
12)剝離，初步形成主副線CPW、MEMS固支梁的錨區(qū)、金屬散熱片、輸出壓焊塊以及連接線.
一入 ，
13)反刻氮化鉭，形成與主副線CPW輸出端相連接的終端匹配電阻，其方塊電阻為 25 Ω / ；
14)淀積并光刻聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層在砷化鎵襯底上涂覆聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層，光刻聚酰亞胺層，僅保留MEMS固支梁和空氣橋下方的絕緣介質(zhì)層；
15)蒸發(fā)鈦/金/鈦蒸發(fā)用于電鍍的底金；
16)光刻去除要電鍍地方的光刻膠；
17)電鍍金；
18)去除光刻膠去除不需要電鍍地方的光刻膠；
19)反刻鈦/金/鈦，腐蝕底金，形成主副線CPW、MEMS固支梁、固支梁的錨區(qū)、空氣橋、 金屬散熱片、輸出壓焊塊以及連接線；
20)將該砷化鎵襯底背面減薄(一般在50//m和150// m之間)；
21)背面光刻去除在砷化鎵背面形成膜結(jié)構(gòu)地方的光刻膠；
22)刻蝕減薄終端電阻和熱電堆的熱端下方的砷化鎵襯底，形成膜結(jié)構(gòu)。有益效果本發(fā)明的三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器不但具有傳統(tǒng)熱電式微波功率傳感器的優(yōu)點(diǎn)，如低損耗、高靈敏度和好的線性度，而且實(shí)現(xiàn)了三通道微波功率的測(cè)量，同時(shí)也能夠檢測(cè)其中哪些通道輸入了微波功率及其微波功率大小的比例，具有高的集成度以及與砷化鎵單片微波集成電路兼容的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器的示意圖；圖2是三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器的A-A剖面圖； 圖3是三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器的B-B剖面圖； 圖中包括微波信號(hào)輸入端1、2和3，主副線CPW 4，MEMS固支梁5，固支梁的錨區(qū) 6，聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層7，空氣橋8，終端匹配電阻9，熱電偶10，半導(dǎo)體熱偶臂11，金屬熱偶臂12，金屬散熱片13，輸出壓焊塊14，連接線15，MEMS襯底的膜結(jié)構(gòu)16，砷化鎵襯底17。
具體實(shí)施例方式本文發(fā)明的三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器的具體實(shí)施方案如下 在砷化鎵襯底17上設(shè)有主副線CPW 4、三個(gè)MEMS固支梁5、固支梁的錨區(qū)6、聚酰亞
胺絕緣介質(zhì)層7、終端匹配電阻9、一個(gè)由六個(gè)熱電偶10構(gòu)成三對(duì)熱電偶10而組成的熱電堆、六個(gè)位于副線CPW 4連接的終端匹配電阻9附近的熱電堆、輸出壓焊塊14、一個(gè)金屬散熱片13、空氣橋8以及連接線15，在襯底17下形成MEMS襯底膜結(jié)構(gòu)16:
CPff 4用于實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的傳輸，以及測(cè)試儀器、MEMS固支梁5結(jié)構(gòu)和終端匹配電阻 9的電路連接。每個(gè)CPW 4由一條CPW的信號(hào)線和兩條地線組成。三個(gè)MEMS固支梁5分別橫跨在對(duì)稱放置的三個(gè)主線CPW 4上，這三個(gè)MEMS固支梁5相互之間呈120°的角，其固支梁的錨區(qū)6均不與主線CPW 4地線相連接，而是與副線CPW 4信號(hào)線相連接，從而實(shí)現(xiàn)由MEMS固支梁5耦合出一定比例的微波功率到副線 CPff 4上。所述副線CPW 4是由MEMS固支梁的錨區(qū)6所引出的旁路CPW 4，一般與相應(yīng)的主線CPW 4相垂直。在每個(gè)副線CPW 4另一端并聯(lián)連接兩個(gè)終端匹配電阻9，在這兩個(gè)終端匹配電阻9附近有一個(gè)熱電堆，從而通過(guò)測(cè)量是否有微波功率被MEMS固支梁5耦合到副線CPW 4上來(lái)檢測(cè)該通道是否有微波功率的傳輸，同時(shí)也可以通過(guò)測(cè)量多通道內(nèi)被 MEMS固支梁5耦合到副線CPW 4上的微波功率而轉(zhuǎn)化為熱電勢(shì)的比例來(lái)確定輸入到該主線CPW 4上微波功率量的比例。在每個(gè)MEMS固支梁5下方有聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層7。 被副線CPW 4信號(hào)線隔開(kāi)的CPW 4地線通過(guò)空氣橋8連接，其空氣橋8下方的副線CPW 4信號(hào)線被聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層7覆蓋。終端匹配電阻9被連接到主副線CPW 4的輸出端，完全吸收由主副線CPW 4輸入端傳輸?shù)奈⒉üβ?，并轉(zhuǎn)換為熱量。熱電堆是由熱電偶10串聯(lián)連接而組成的，每個(gè)熱電偶10靠近終端匹配電阻 9，但不與該終端匹配電阻9連接；熱電堆靠近終端電阻9的一端吸收到這種熱量，并引起這端溫度的升高，即為熱電堆的熱端，然而熱電堆的另一端的溫度被作為環(huán)境溫度，即為熱電堆的冷端，由于熱電堆熱冷兩端溫度的不同，根據(jù)kebeck效應(yīng)，在熱電堆的輸出壓焊塊14上產(chǎn)生熱電勢(shì)的輸出。金屬散熱片13被由六個(gè)熱電偶10構(gòu)成三對(duì)熱電偶10而組成的熱電堆的冷端環(huán)繞，用于維持該熱電堆的冷端溫度為環(huán)境溫度，從而提高該熱電堆熱冷兩端的溫差。連接線15用于熱電偶10之間以及熱電堆與輸出壓焊塊14之間的連接。MEMS襯底膜結(jié)構(gòu)16位于終端匹配電阻9和熱電堆的熱端下方，在其下方的 GaAs襯底17通過(guò)MEMS背面刻蝕技術(shù)去掉一部分，形成MEMS襯底膜結(jié)構(gòu)16，提高了熱量由終端電阻9向熱電堆熱端的傳輸效率從而提高熱電堆熱冷兩端的溫差。
在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，主副線CPW 4、MEMS固支梁5、固支梁的錨區(qū)6、終端匹配電阻9、 空氣橋8、熱電堆、熱電堆的輸出壓焊塊14、金屬散熱片13以及連接線15制作在同一塊GaAs襯底17上。本發(fā)明的三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器通過(guò)對(duì)稱放置三個(gè)主線CPW 4，它們相互之間呈120°的角，在每個(gè)主線CPW 4的輸出端并聯(lián)連接兩個(gè)終端匹配電阻9， 每個(gè)終端匹配電阻9附近有一個(gè)熱電偶10，將這三對(duì)熱電偶10也成對(duì)稱放置并串聯(lián)連接形成熱電堆，這三對(duì)熱電偶10相互之間也同樣呈120°的角，從而實(shí)現(xiàn)三通道微波功率的測(cè)量；并且在每個(gè)主線CPW信號(hào)線上橫跨一個(gè)MEMS固支梁5，在該固支梁5下方有聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層7，其固支梁的錨區(qū)6均不與主線CPW 4地線相連接，而是與副線CPW 4信號(hào)線相連接，實(shí)現(xiàn)了由MEMS固支梁5從主線CPW 4上耦合出一定比例的微波功率到副線CPW 4上；在每個(gè)副線CPW 4輸出端也并聯(lián)連接兩個(gè)終端匹配電阻9，在這兩個(gè)終端匹配電阻9附近有一個(gè)熱電堆，從而能夠檢測(cè)其中哪些通道輸入了微波功率及其微波功率大小的比例。三個(gè)主線CPW輸入端1、2和3都被連接到射頻電路中，如果微波信號(hào)功率被MEMS固支梁5從主線CPW 4上耦合出一定比例到副線CPW 4上，在MEMS固支梁的錨區(qū)6相連接的副線CPW 4上的微波功率完全被其相應(yīng)的終端電阻9吸收轉(zhuǎn)為熱量，靠近該終端電阻9的熱電堆吸收到這種熱量，引起熱電堆熱冷兩端存在溫差，則在該熱電堆上產(chǎn)生熱電勢(shì)的輸出，從而通過(guò)測(cè)量是否有微波功率被MEMS固支梁5從主線CPW 4耦合到副線CPW 4上來(lái)檢測(cè)該通道是否有微波功率的傳輸；當(dāng)一個(gè)、兩個(gè)或者三個(gè)待測(cè)的微波信號(hào)分別通過(guò)一個(gè)、兩個(gè)或者三個(gè)主線CPW輸入端1、2和3引入時(shí)，在這些主線CPW 4輸出端并聯(lián)的終端匹配電阻9分別吸收這些微波功率而產(chǎn)生熱量，使終端電阻9周圍的溫度升高，放置在該終端電阻9附近的熱電偶10分別測(cè)量其溫度差，基于kebeck效應(yīng)，在主線CPW 4相連接的終端電阻9附近的熱電堆的輸出壓焊塊14上產(chǎn)生熱電勢(shì)的輸出， 從而實(shí)現(xiàn)單輸入、雙輸入或者三輸入微波功率的測(cè)量；同時(shí)也可以通過(guò)測(cè)量多通道內(nèi)分別被MEMS固支梁5耦合到副線CPW 4上的微波功率而轉(zhuǎn)化為熱電勢(shì)的比例來(lái)確定輸入到該主線CPW 4上微波功率量的比例。三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器的制備方法為
1)準(zhǔn)備砷化鎵襯底17:選用外延的半絕緣砷化鎵襯底，其中外延N+砷化鎵的摻雜濃度為重?fù)诫s(一般濃度大于等于IO18CnT3)；
2)光刻并隔離外延的N+砷化鎵，形成熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂11的圖形和歐姆接觸
區(qū)；
3)反刻由熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂11的圖形組成的N+砷化鎵，形成輕摻雜(一般濃度小于IO18cnT3)的熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂11 ；
4)光刻去除將要保留金鍺鎳/金地方的光刻膠；
5)濺射金鍺鎳/金；
6)剝離，形成熱電堆的金屬熱偶臂12;
7)光刻去除將要保留氮化鉭地方的光刻膠；
8)濺射氮化鉭；
9)剝離;
10)光刻去除將要保留第一層金的地方的光刻膠；
811)蒸發(fā)第一層金；
12)剝離，初步形成主副線CPW4、MEMS固支梁的錨區(qū)6、金屬散熱片13、輸出壓焊塊 14以及連接線15 ；
13)反刻氮化鉭，形成與主副線CPW4輸出端相連接的終端匹配電阻9，其方塊電阻為 25 Ω / ；
14)淀積并光刻聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層7:在砷化鎵襯底17上涂覆聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層7，光刻聚酰亞胺層7，僅保留MEMS固支梁5和空氣橋8下方的絕緣介質(zhì)層7;
15)蒸發(fā)鈦/金/鈦蒸發(fā)用于電鍍的底金；
16)光刻去除要電鍍地方的光刻膠；
17)電鍍金；
18)去除光刻膠去除不需要電鍍地方的光刻膠；
19)反刻鈦/金/鈦，腐蝕底金，形成主副線CPW4、MEMS固支梁5、固支梁的錨區(qū)6、 空氣橋8、金屬散熱片13、輸出壓焊塊14以及連接線15 ；
20)將該砷化鎵襯底17背面減薄(一般在50//m和150// m之間)；
21)背面光刻去除在砷化鎵17背面形成膜結(jié)構(gòu)地方的光刻膠；
22)刻蝕減薄終端電阻9和熱電堆的熱端下方的砷化鎵襯底17，形成膜結(jié)構(gòu)16。
區(qū)分是否為該結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)如下
本發(fā)明的三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器，通過(guò)對(duì)稱放置三個(gè)主線CPW 4， 它們相互之間呈120°的角，在每個(gè)主線CPW 4的輸出端并聯(lián)連接兩個(gè)終端匹配電阻9，每個(gè)終端匹配電阻9附近有一個(gè)熱電偶10，將這三對(duì)熱電偶10也成對(duì)稱放置并串聯(lián)連接形成熱電堆，這三對(duì)熱電偶10相互之間也同樣呈120°的角，從而實(shí)現(xiàn)三通道微波功率的測(cè)量；并且在每個(gè)主線CPW信號(hào)線上橫跨一個(gè)MEMS固支梁5，其固支梁5下方有絕緣介質(zhì)層7，MEMS固支梁的兩個(gè)錨區(qū)6連接兩個(gè)副線CPW 4，在每個(gè)副線CPW 4另一端也并聯(lián)連接兩個(gè)終端匹配電阻9，在這兩個(gè)終端匹配電阻9附近有一個(gè)熱電堆，從而能夠檢測(cè)其中哪些通道輸入了微波功率及其微波功率大小的比例；滿足以上條件的結(jié)構(gòu)即視為本發(fā)明的三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器。
權(quán)利要求
1.一種三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器，制作在砷化鎵襯底(17)上，在其上設(shè)有主副線CPW(4)、MEMS固支梁(5)、MEMS固支梁的錨區(qū)(6)、聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層(7)、 終端匹配電阻(9)、一個(gè)由六個(gè)熱電偶(10)構(gòu)成三對(duì)熱電偶(10)而組成的熱電堆、六個(gè)位于副線CPW (4)連接的終端匹配電阻(9)附近的熱電堆、輸出壓焊塊(14)、一個(gè)金屬散熱片 (13)、空氣橋(8)以及連接線(15)，在襯底(17)下形成MEMS襯底膜結(jié)構(gòu)(16)，其特征在于該結(jié)構(gòu)具有三個(gè)用于引入微波信號(hào)的主線CPW輸入端(1、2和3)，它們彼此對(duì)稱放置且相互之間呈120°的角，每個(gè)主線CPW (4)上方有一個(gè)MEMS固支梁(5)，在每個(gè)主線CPW (4)的輸出端并聯(lián)連接兩個(gè)終端匹配電阻(9)，每個(gè)終端匹配電阻(9)附近有一個(gè)熱電偶(10)，將這三對(duì)熱電偶(10)也成對(duì)稱放置并串聯(lián)連接形成熱電堆，這三對(duì)熱電偶(10)相互之間也同樣呈120°的角；金屬散熱片(13)被熱電堆的冷端環(huán)繞；MEMS襯底膜結(jié)構(gòu)(16)位于終端匹配電阻(9)和熱電堆的熱端下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器，其特征在于三個(gè)MEMS固支梁(5)分別橫跨在對(duì)稱放置的三個(gè)主線CPW (4)上，這三個(gè)MEMS固支梁(5)相互之間呈120°的角，其固支梁的錨區(qū)(6)均不與主線CPW (4)地線相連接，而是與副線CPW (4)信號(hào)線相連接，在每個(gè)副線CPW (4)另一端并聯(lián)連接兩個(gè)終端匹配電阻(9)，在這兩個(gè)終端匹配電阻(9)附近有一個(gè)熱電堆；在每個(gè)MEMS固支梁(5)下方有聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層 (7)，被副線CPW (4)信號(hào)線隔開(kāi)的CPW (4)地線通過(guò)空氣橋(8)連接，其空氣橋(8)下方的副線CPW (4)信號(hào)線被聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層(7)覆蓋。
3.—種如權(quán)利要求1所述的三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器的制備方法， 其特征在于制備方法為1)準(zhǔn)備砷化鎵襯底(17)選用外延的半絕緣砷化鎵襯底，其中外延N+砷化鎵的摻雜濃度為重?fù)诫s，重?fù)诫s的濃度一般大于等于IO18CnT3 ；2)光刻并隔離外延的N+砷化鎵，形成熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂(11)的圖形和歐姆接觸區(qū)；3)反刻由熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂(11)的圖形組成的N+砷化鎵，形成輕摻雜的熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂(11)，輕摻雜的濃度一般小于IO18CnT3 ；4)光刻去除將要保留金鍺鎳/金地方的光刻膠；5)濺射金鍺鎳/金；6)剝離，形成熱電堆的金屬熱偶臂(12)；7)光刻去除將要保留氮化鉭地方的光刻膠；8)濺射氮化鉭；9)剝離;10)光刻去除將要保留第一層金的地方的光刻膠；11)蒸發(fā)第一層金；12)剝離，初步形成主副線CPW(4)、MEMS固支梁的錨區(qū)(6)、金屬散熱片(13)、輸出壓焊塊(14)以及連接線(15);13)反刻氮化鉭，形成與主副線CPW(4)輸出端相連接的終端匹配電阻(9)，其方塊電阻為25 Ω / ；14)淀積并光刻聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層(7):在砷化鎵襯底(17)上涂覆聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層(7)，光刻聚酰亞胺層(7)，僅保留MEMS固支梁(5)和空氣橋(8)下方的絕緣介質(zhì)層(7)；15)蒸發(fā)鈦/金/鈦蒸發(fā)用于電鍍的底金；16)光刻去除要電鍍地方的光刻膠；17)電鍍金；18)去除光刻膠去除不需要電鍍地方的光刻膠；19)反刻鈦/金/鈦，腐蝕底金，形成主副線CPW(4)、MEMS固支梁(5)、固支梁的錨區(qū) (6)、空氣橋(8)、金屬散熱片(13)、輸出壓焊塊(14)以及連接線(15)；20)將該砷化鎵襯底(17)背面減薄，其厚度一般在50//m和150//m之間；21)背面光刻去除在砷化鎵(17)背面形成膜結(jié)構(gòu)地方的光刻膠；22)刻蝕減薄終端電阻(9)和熱電堆的熱端下方的砷化鎵襯底(17)，形成膜結(jié)構(gòu)(16)。
全文摘要
本發(fā)明的三通道微機(jī)械固支梁間接式微波功率傳感器不但具有傳統(tǒng)熱電式功率傳感器的優(yōu)點(diǎn)，如低損耗、高靈敏度和好的線性度，且實(shí)現(xiàn)了三通道微波功率的測(cè)量，同時(shí)也能夠檢測(cè)其中哪些通道輸入了微波功率及其微波功率大小的比例，具有高的集成度和與砷化鎵單片微波集成電路兼容的優(yōu)點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)在砷化鎵襯底上有三個(gè)用于引入微波信號(hào)的主線CPW，它們彼此對(duì)稱放置且相互之間呈120o的角，每個(gè)主線CPW的輸出端連接兩個(gè)終端匹配電阻，每個(gè)終端電阻附近有一個(gè)熱電偶，將這三對(duì)熱電偶也成對(duì)稱放置并串聯(lián)連接形成熱電堆，這三對(duì)熱電偶相互之間也呈120o的角；在每個(gè)主線CPW信號(hào)線上橫跨一個(gè)MEMS固支梁，MEMS固支梁下方有絕緣介質(zhì)層，其固支梁的錨區(qū)與副線CPW信號(hào)線相連接。
文檔編號(hào)B81C1/00GK102323475SQ20111022944
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者廖小平, 張志強(qiáng) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)