[發(fā)明專(zhuān)利]微電子機(jī)械定向耦合式微波功率傳感器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010240182.1
• 申請(qǐng)日: 2010-07-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102243268A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖小平;張志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R21/02
• 分類(lèi)號(hào): G01R21/02;B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 南京天翼專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)MEMS的技術(shù)領(lǐng)域，涉及微波功率耦合器和基于熱電堆的終端式微波功率傳感器，具體為一種微電子機(jī)械定向耦合式微波功率傳感器及其制備方法。

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。現(xiàn)有的微波功率傳感器包括兩種：基于二極管、熱敏電阻和熱電堆的終端式微波功率傳感器，它們具有低損耗和高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)，然而其最大的缺點(diǎn)是在測(cè)量微波功率時(shí)完全消耗輸入信號(hào)功率；基于MEMS技術(shù)的在線式微波功率傳感器，其最大的優(yōu)點(diǎn)是在功率測(cè)量過(guò)程時(shí)微波信號(hào)仍是可用的，即在線微波功率測(cè)量。這兩種微波功率傳感器最大的不足是功率傳感器傳輸微波信號(hào)時(shí)無(wú)論要不要求監(jiān)測(cè)功率，總是會(huì)有全部的(終端式微波功率傳感器)或一定的(在線式微波功率傳感器)功率被消耗，造成了不必要的功率損耗。

目前傳統(tǒng)的微波功率耦合器得到了廣泛地研究，這就為利用微波功率耦合器的原理來(lái)研究微波功率傳感器奠定了基礎(chǔ)。微波功率耦合器是用于微波功率定向分配或功率組合的無(wú)源器件，通常使用定向耦合器對(duì)微波功率進(jìn)行耦合。定向微波功率耦合器是一種具有方向性的四端口功率耦合器件，包含主傳輸線(主線)和副傳輸線(副線)兩部分，主副線之間通過(guò)耦合機(jī)構(gòu)，如縫隙、孔和耦合線段等，把主線功率的一部分耦合到副線中去。傳統(tǒng)的定向微波功率耦合器是由波導(dǎo)、同軸線和微帶線等構(gòu)成的，它們具有低的損耗、高的隔離度和良好的方向性等優(yōu)點(diǎn)，然而與前面所述的微波功率傳感器相同，其最大的缺點(diǎn)也是不必要的功率損耗，主線傳輸微波信號(hào)無(wú)論副線要不要求分配微波功率，總是會(huì)有一定的微波功率被耦合到副線中去，造成了不必要的功率損耗。近年來(lái)，隨著MEMS技術(shù)和微波功率耦合器的快速發(fā)展，并對(duì)MEMS固支梁結(jié)構(gòu)和定向微波功率耦合器進(jìn)行了深入的研究，使基于MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有低損耗、高靈敏度、寬頻帶、良好的線性度以及在線監(jiān)測(cè)與不監(jiān)測(cè)功能的定向耦合式微波功率傳感器成為可能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問(wèn)題是：現(xiàn)有微波功率的傳感測(cè)量中，功率傳感器傳輸微波信號(hào)時(shí)無(wú)論要不要求監(jiān)測(cè)功率，總是會(huì)有全部的(終端式微波功率傳感器)或一定的(在線式微波功率傳感器)功率被消耗，造成了不必要的功率損耗。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：微電子機(jī)械定向耦合式微波功率傳感器，由一個(gè)四端口的定向微波功率耦合器和一個(gè)基于熱電堆的終端式微波功率傳感器組成，以砷化鎵襯底為基底；在基底上設(shè)置定向微波功率耦合器的主線和副線，所述四端口分別為主線輸入端口、主線輸出端口、副線耦合輸出端口和副線隔離端口，副線與主線耦合的部分設(shè)有MEMS固支梁，MEMS固支梁作為副線的一段耦合線段，并位于副線中部；MEMS固支梁下方設(shè)有驅(qū)動(dòng)電極，對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電極在副線外側(cè)設(shè)有電輸入壓焊塊，通過(guò)引線與驅(qū)動(dòng)電極連接；定向微波功率耦合器的耦合輸出端口設(shè)有終端發(fā)熱電阻，熱電堆設(shè)置在終端發(fā)熱電阻旁，由共面波導(dǎo)CPW構(gòu)成的副線耦合輸出端口、終端發(fā)熱電阻以及靠近終端發(fā)熱電阻的熱電堆構(gòu)成了基于熱電堆的終端式微波功率傳感器。

定向耦合式微波功率傳感器的主線包括由共面波導(dǎo)CPW構(gòu)成主線輸入端口、主線輸出端口，和由不對(duì)稱(chēng)共面帶線ACPS構(gòu)成功率傳輸部分；副線包括由CPW構(gòu)成副線耦合輸出端口、副線隔離端口，和由ACPS構(gòu)成功率耦合部分；CPW由一個(gè)信號(hào)線和兩個(gè)地線組成，ACPS由一個(gè)信號(hào)線和一個(gè)地線組成，CPW和ACPS的信號(hào)線組合構(gòu)成主線信號(hào)線、副線信號(hào)線；MEMS固支梁通過(guò)MEMS固支梁錨區(qū)與功率耦合部分固定連接，驅(qū)動(dòng)電極的兩端不與MEMS固支梁的錨區(qū)相連接，副線外側(cè)設(shè)有兩個(gè)電輸入壓焊塊，分別通過(guò)引線與驅(qū)動(dòng)電極和副線ACPS的地線相連接，其中，連接驅(qū)動(dòng)電極和電輸入壓焊塊的引線隔開(kāi)副線ACPS的地線，耦合器中所有被隔開(kāi)的地線通過(guò)空氣橋相連接；基于熱電堆的終端式微波功率傳感器由CPW構(gòu)成的副線耦合輸出端、終端發(fā)熱電阻和熱電堆組成，副線耦合輸出端連接終端發(fā)熱電阻，熱電堆靠近但不與終端發(fā)熱電阻連接；驅(qū)動(dòng)電極、所述引線隔開(kāi)地線的部分、基于熱電堆的終端式微波功率傳感器的熱電堆部分、氮化鉭材料構(gòu)成的終端發(fā)熱電阻、以及空氣橋下方非地線的部分被氮化硅介質(zhì)層覆蓋。

其中，主線和副線CPW、主線和副線ACPS、MEMS固支梁、MEMS固支梁的錨區(qū)、驅(qū)動(dòng)電極、空氣橋、引線和電輸入壓焊塊的材料均為金。

本發(fā)明中的定向微波功率耦合器的副線隔離端口設(shè)有氮化鉭材料構(gòu)成的終端隔離電阻，終端隔離電阻上覆蓋氮化硅介質(zhì)層。

上述微電子機(jī)械定向耦合式微波功率傳感器的制備方法，基于GaAs?MMIC工藝，包括以下步驟：