[發(fā)明專利]基于微電子機械懸臂梁通過式微波功率檢測器及制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810020839.6
• 申請日: 2008-07-29
• 公開（公告）號: CN101332971A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖小平;許映林
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00;G01R21/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出了一種基于懸臂梁的通過式微波功率檢測器及其制備方法，屬于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微波功率是表征微波信號特性的重要參數(shù)之一，如標定微波發(fā)射機的輸出功率、測量微波接收機的靈敏度以及確定放大器的增益等參數(shù)，都離不開微波功率的測量。在直流和低頻段，電信號的功率可由測量它的電壓、電流得到，但是到了射頻/微波頻段，信號以波的形式存在，電壓、電流已經(jīng)失去了意義，信號功率的測量都是經(jīng)過其他間接方法得到的。總的看來，這些用來測量微波信號功率的方法的思路都是使用一種器件(即微波功率傳感器)把微波功率轉(zhuǎn)化為可方便測量的低頻信號，通過測量此低頻信號的某些參量來得到待測微波信號的功率。

微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的飛速發(fā)展使得MEMS微波功率傳感器的出現(xiàn)成為可能，其原理是：終端電阻吸收待測的微波功率并將其轉(zhuǎn)化為焦耳熱，從而在熱電堆兩端產(chǎn)生溫差，熱電堆的輸出端便會輸出基于塞貝克效應(yīng)而產(chǎn)生的熱電勢，用該熱電勢表征輸入的微波功率。在該功率傳感器的前端制作了微波功率耦合器，使得微波功率通過式檢測成為可能。與傳統(tǒng)的功率計相比較，基于MEMS技術(shù)的微波功率傳感器具有許多獨特的優(yōu)點，如體積小、結(jié)構(gòu)簡單、損耗小、靈敏度高、與硅(Si)工藝或砷化鎵(GaAs)工藝相兼容等，本發(fā)明即為基于此工作原理的檢測器。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種基于MEMS技術(shù)懸臂梁通過式微波功率檢測器及其制備方法。利用多層材料梁釋放后存在的殘余應(yīng)力，使梁產(chǎn)生向上彎曲，從而在不檢測時獲得極低的插入損耗。通過改變懸臂梁的長度以及寬度，就可以改變微波功率耦合器的耦合度；將終端電阻制作成半環(huán)狀，將熱電堆的熱端嵌入其中，進一步提高傳熱效率。該微波功率檢測器實現(xiàn)了微波功率的通過式檢測。

技術(shù)方案：本發(fā)明提出的基于微電子機械懸臂梁通過式微波功率檢測器以砷化鎵為襯底，在砷化鎵襯底上設(shè)一層鋁鎵砷薄膜，在鋁鎵砷薄膜的上表面設(shè)有基于懸臂梁結(jié)構(gòu)的微波功率耦合器和微波功率傳感器。微波功率耦合器包括第一CPW地線、中心信號線、介質(zhì)層、下拉電極、懸臂梁、懸臂梁錨區(qū)，鉻金屬層；其中，第一CPW地線、中心信號線、下拉電極順序并排排列，中心信號線、下拉電極上表面的中部設(shè)有介質(zhì)層，懸臂梁固定在中心信號線上的懸臂梁錨區(qū)處，在懸臂梁的上表面設(shè)有鉻金屬層，懸臂梁的活動端位于介質(zhì)層的上方。微波功率傳感器包括第二CPW地線、中心信號線、終端電阻、熱電堆、壓焊塊、金屬散熱片；其中，中心信號線橫向位于中間，中心信號線通過終端電阻分別與兩側(cè)的第二CPW地線連接，熱電堆位于終端電阻與金屬散熱片之間。

基于微電子機械懸臂梁通過式微波功率檢測器的制備方法為：

步驟1.準備砷化鎵襯底，使用未摻雜的砷化鎵，厚度為500μm；

步驟2.外延生長鋁鎵砷薄膜，用作腐蝕自停止層，厚度為1000

步驟3.在鋁鎵砷薄膜上制備熱電堆：外延生長砷化鎵，生長范圍為熱電堆砷化鎵臂，厚度為0.25μm；濺射金鍺鎳/金，生長熱電堆金屬臂，金鍺鎳/金的厚度為300/1800

步驟4.在鋁鎵砷薄膜上淀積氮化鉭形成終端電阻，淀積厚度為2μm；在鋁鎵砷薄膜上濺射并光刻鈦/金/鈦，濺射范圍為共面波導(dǎo)傳輸線即第一CPW地線、中心信號線、第二CPW地線、中心信號線、金屬散熱片、下拉電極，濺射厚度為500/1500/300

步驟5.電鍍金，電鍍范圍為共面波導(dǎo)傳輸線、金屬散熱片、下拉電極，厚度為2μm；

步驟6.在中心信號線、下拉電極上表面的中部淀積SiN介質(zhì)層，厚度為1000

步驟7.淀積聚酰亞胺犧牲層，厚度為1.6μm；

步驟8.在聚酰亞胺層上采用熱蒸發(fā)工藝淀積0.5μm的鋁層，在鋁層上采用電子束蒸發(fā)工藝淀積0.1μm的鉻金屬層；

步驟9.釋放聚酰亞胺犧牲層，形成懸臂梁結(jié)構(gòu)；

步驟10.減薄砷化鎵襯底至100μm并背面刻蝕至鋁鎵砷薄膜。

有益效果：通過控制MEMS懸臂梁在Up態(tài)與Down態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，就可以實現(xiàn)微波功率的通過式檢測。在Up態(tài)下，懸臂梁向上彎曲，遠離中心信號線，幾乎不耦合中心信號線上的微波功率，微波功率耦合器的插入損耗小；在Down態(tài)，微波功率耦合器的耦合度大小主要由MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)的C_down電容決定，易于改變耦合度。此外，終端電阻制作成半環(huán)狀，使熱電堆的熱端嵌入其中，提高了傳熱效率，從而提高了靈敏度。該基于MEMS懸臂梁通過式微波功率檢測器的工藝與傳統(tǒng)GaAs工藝兼容，增加了本發(fā)明的實用性。

區(qū)分是否為該結(jié)構(gòu)的標準如下：