[發明專利]五端口基于微機械固支梁電容型微波功率傳感器及制備

有效

• 申請號: 201110229120.5
• 申請日: 2011-08-11
• 公開（公告）號: CN102411086A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 廖小平;張志強
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R21/02
• 分類號: G01R21/02;B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

1.一種五端口基于微機械固支梁電容型微波功率傳感器，制作在砷化鎵襯底（21）上，在其上設有五個CPW（6）、五個MEMS固支梁（7）、固支梁的錨區（8）、傳感電極（9）、傳感電極的壓焊塊（12）、十個終端匹配電阻（13）、一個由十個熱電偶（14）構成五對熱電偶（14）而組成的熱電堆、兩個輸出壓焊塊（18）、一個金屬散熱片（17）、空氣橋（10）以及連接線（19），在襯底（21）下形成一個MEMS襯底膜結構（20），其特征在于該結構具有五個用于傳輸微波信號的CPW輸入端（1、2、3、4和5），每個CPW（6）上方有一個MEMS固支梁（7），在每個CPW（6）的輸出端連接兩個終端匹配電阻（13），每個終端匹配電阻（13）附近有一個熱電偶（14），將這五對熱電偶（14）也成對稱放置并串聯連接形成熱電堆；金屬散熱片（17）被熱電堆的冷端環繞；MEMS襯底膜結構（20）位于終端匹配電阻（13）和熱電堆的熱端下方。

2.根據權利要求1所述的五端口基于微機械固支梁電容型微波功率傳感器，其特征在于每個MEMS固支梁（7）的兩端分別固定在固支梁的兩個錨區（8）上。

3.根據權利要求1所述的五端口基于微機械固支梁電容型微波功率傳感器，其特征在于五個MEMS固支梁（7）分別橫跨在五個CPW（6）上且相互之間成對稱放置，其固支梁的錨區（8）均不與CPW地線相連接，而位于CPW地線的外側；每個固支梁（7）下方有兩個傳感電極（9），傳感電極（9）位于在CPW信號線和地線之間，固支梁（7）下方的CPW（6）和傳感電極（9）被氮化硅介質層（11）覆蓋；傳感電極（9）通過連接線（19）與CPW地線外側的傳感電極的壓焊塊（12）相連接，被連接線（19）隔開的CPW地線通過空氣橋（10）連接，其空氣橋（10）下方的連接線（19）被氮化硅介質層（11）覆蓋。

4.根據權利要求1所述的五端口基于微機械固支梁電容型微波功率傳感器，其特征在于對稱放置的五個CPW（6），五個橫跨在CPW（6）上的MEMS固支梁（7）以及構成一個熱電堆的五對熱電偶彼此相互之間分別呈72o的角。

5.一種如權利要求1所述的五端口基于微機械固支梁電容型微波功率傳感器的制備，其特征在于制備方法為：

1）準備砷化鎵襯底（21）：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摻雜，其重摻雜的濃度一般大于等于10¹⁸cm^-3；

2）光刻并隔離外延的N^＋?砷化鎵，形成熱電堆的半導體熱偶臂的圖形和歐姆接觸區；

3）反刻由熱電堆的半導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10¹⁸cm^-3）的熱電堆的半導體熱偶臂（15），其輕摻雜的濃度一般小于10¹⁸cm^-3；

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（16）；

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）蒸發第一層金；

12）剝離，初步形成CPW（6）、MEMS固支梁的錨區（8）、傳感電極（9）、傳感電極的壓焊塊（12）、金屬散熱片（17）、輸出壓焊塊（18）以及連接線（19）；

13）反刻氮化鉭，形成與CPW輸出端相連接的終端匹配電阻（13），其方塊電阻為25Ω/?；

14）淀積氮化硅：用等離子體增強型化學氣相淀積法工藝生長氮化硅介質層；

15）光刻并刻蝕氮化硅介質層（11）：保留MEMS固支梁（7）下方CPW（6）、傳感電極（9）、以及空氣橋（10）下方連接線（19）上的氮化硅；

16）淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層：在砷化鎵襯底（21）上涂覆聚酰亞胺犧牲層，光刻聚酰亞胺犧牲層，僅保留MEMS固支梁（7）和空氣橋（10）下方的犧牲層；

17）蒸發鈦/金/鈦：蒸發用于電鍍的底金；

18）光刻：去除要電鍍地方的光刻膠；

19）電鍍金；

20）去除光刻膠：去除不需要電鍍地方的光刻膠；

21）反刻鈦/金/鈦，腐蝕底金，形成CPW（6）、MEMS固支梁（7）、固支梁的錨區（8）、空氣橋（10）、傳感電極的壓焊塊（12）、金屬散熱片（17）、輸出壓焊塊（18）以及連接線（19）；

22）將該砷化鎵襯底（21）背面減薄，其厚度一般在50μm和150μm之間；

23）背面光刻：去除在砷化鎵背面形成膜結構地方的光刻膠；

24）刻蝕減薄終端電阻（13）和熱電堆的熱端下方的砷化鎵襯底（21），形成膜結構（20）；

25）釋放聚酰亞胺犧牲層：顯影液浸泡，去除MEMS固支梁（7）和空氣橋（10）下方的聚酰亞胺犧牲層，去離子水稍稍浸泡，無水乙醇脫水，常溫下揮發，晾干。