[發明專利]微電子機械微波頻率檢測器及其制備方法

無效

• 申請號: 200710022426.7
• 申請日: 2007-05-18
• 公開（公告）號: CN101059541A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 廖小平;焦永昌
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R23/12
• 分類號: G01R23/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明提出了基于微電子機械系統(MEMS)技術的微波頻率檢測器，屬于微電子機械系統的技術領域。

背景技術

在微波研究中，微波頻率是表征微波信號特征的一個重要參數，微波頻率的測量在微波無線應用和測量技術中具有非常重要的地位。傳統的微波頻率檢測器是基于二極管的，它的缺點需要消耗直流功率、測量的信號幅度比較小。近20多年來，隨著MEMS技術的飛速發展，對很多MEMS結構和器件如固支梁結構、MEMS開關等都進行了深入的研究，這些都使采用MEMS技術實現微波頻率檢測器成為可能。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種基于MEMS技術的微電子機械微波頻率檢測器及其制備方法，使得其結構非常簡單，測量信號的幅度變大、不需要消耗直流功率，且便于集成。

技術方案：本發明的微電子機械微波頻率檢測器以砷化鎵為襯底，在襯底上設有功率分配器、功率合成器、共面波導傳輸線、固支梁結構：

功率分配器、功率合成器由共面波導構成的端口一、端口二、端口三、不對稱共面帶線、氮化鉭電阻組成，端口一通過不對稱共面帶線分別接端口二、端口三，在與端口二、端口三相接的兩不對稱共面帶線之間連接有氮化鉭電阻；

固支梁結構以砷化鎵為襯底、在襯底上的中間設有信號輸入端口，在CPW(共面波導)的信號線的兩旁分別設有CPW的地線，在CPW的地線外的兩旁分別設有傳感電極，傳感電極通過傳感電極引線接電容檢測端口的一個端，CPW的地線接電容檢測端口的另一個端，在傳感電極外的兩旁分別設有橋墩，在橋墩上設有固支梁，在固支梁下方CPW的信號線、CPW的地線、傳感電極上表面設有氮化硅介質層。

被測信號加到功率分配器的端口一，在其端口二、端口三處產生了兩個新的信號，即第一被測信號和第二被測信號；先將第二被測信號接到長度為L的共面波導傳輸線，然后將該共面波導傳輸線的另一端與第一被測信號分別接到功率合成器的端口三、端口二處，在功率合成器的端口一形成了第一信號，把該第一信號接到固支梁結構的信號輸入端。CPW由CPW的地線、CPW的信號線共同組成。

微波信號通過固定長度的傳輸線會所產生一個相應的固定相移，當所產生的相移在0°～180°內時，信號的頻率與所產生的相移是一一對應的，利用固支梁結構測出這個相移量就可以測出這個信號的頻率。

假設被測微波信號的幅度已知，被測信號通過功率分配器產生了兩個信號，即形成了被測信號一～被測信號(U_s1～U_s2)，U_s1與U_s2是完全相同的兩個信號，其電壓幅度的有效值為被測信號電壓有效值的U_s1傳輸到功率合成器的第三端口，U_r2通過一段長度為L的傳輸線，得到被測信號二它與U_s1之間存在一個固定的相位差，這個相位差就是由長度為L的傳輸線產生的，將接到功率合成器的第二端口。在功率合成器的第一端口得到一個新信號，稱為第一信號，其大小由U_s1及它們之間的相位差決定。第一信號在通過帶有固支梁結構的共面波導(CPW)時，會產生靜電力，從而將固支梁下拉，引起固支梁與傳感電極之間電容發生變化，通過電容檢測電路測出電容，其值是與第一信號電壓的有效值的平方是一一對應的，這樣就得到了第一信號電壓有效值的平方這個數值，由U_s1及第一信號組成的三角形的三邊長度都已知了，根據幾何知識可知，三角形的形狀也就確定下來了，根據余弦定理就可以確定U_s1之間的相位差為。由于與信號的頻率是一一對應的，所以信號的頻率也就可以測量出來。

功率分配器和功率合成器在結構形式上完全相同，當從端口1輸入，從端口2、3輸出時為功率分配器；當從端口2、3輸入，從端口1輸出時為功率合成器。

微電子機械微波頻率檢測器的制備方法為：

1)準備砷化鎵襯底；選用的是未摻雜的半絕緣砷化鎵襯底，

2)淀積氮化鉭，

3)光刻并刻蝕氮化鉭，形成功率分配器、功率合成器的匹配電阻，即氮化鉭電阻，

4)光刻；去除在功率分配器、功率合成器、共面波導傳輸線、傳感電極、固支梁結構的橋墩結構處的光刻膠，

5)濺射金，剝離去除光刻膠；形成功率分配器、功率合成器、共面波導傳輸線、傳感電極、固支梁結構的橋墩，金的厚度為0.3μm，

6)淀積氮化硅介質層；用等離子體增強化學氣相淀積法工藝生長1000埃的氮化硅介質層，