[發(fā)明專利]四輸入微機(jī)械懸臂梁熱電式微波功率傳感器及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110229462.7
• 申請(qǐng)日: 2011-08-11
• 公開（公告）號(hào): CN102645579A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖小平;張志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R21/02
• 分類號(hào): G01R21/02;B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

1.一種四輸入微機(jī)械懸臂梁熱電式微波功率傳感器，制作在砷化鎵襯底（19）上，在其上設(shè)有CPW、四個(gè)MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)、絕緣介質(zhì)層（8）、空氣橋（9）、隔直電容（10）、終端匹配電阻（11）、熱電堆、金屬散熱片（15）、以及MEMS襯底膜結(jié)構(gòu)（18），所述CPW包括主線CPW（5）和副線CPW（5），所述MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)包括MEMS懸臂梁（6）和錨區(qū)（7），所述熱電堆包括一個(gè)由八個(gè)熱電偶（12）構(gòu)成四對(duì)熱電偶（12）而組成的熱電堆、八個(gè)由副線CPW（5）輸出端并聯(lián)連接兩個(gè)阻抗為100Ω的熱電偶（12）而組成的熱電堆、輸出壓焊塊（16）和連接線（17），其特征在于該結(jié)構(gòu)具有四個(gè)用于引入微波信號(hào)的主線CPW輸入端（1、2、3和4），將四個(gè)主線CPW（5）對(duì)稱放置且相互之間呈90o角，主線CPW（5）的特征阻抗均為50Ω，在每個(gè)主線CPW（5）的輸出端并聯(lián)兩個(gè)100Ω終端匹配電阻（11），每個(gè)終端匹配電阻（11）附近有一個(gè)熱電偶（12），將這四對(duì)熱電偶（12）相互之間呈90o的角放置并串聯(lián)連接形成熱電堆；金屬散熱片（15）被由八個(gè)熱電偶（12）構(gòu)成四對(duì)熱電偶（12）而組成的熱電堆的冷端環(huán)繞；四個(gè)MEMS懸臂梁（6）分別橫跨在對(duì)稱放置的四個(gè)主線CPW信號(hào)線上，這四個(gè)MEMS懸臂梁（6）相互之間呈90o的角，所述MEMS懸臂梁（6）下方設(shè)有絕緣介質(zhì)層（8）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四輸入微機(jī)械懸臂梁熱電式微波功率傳感器，其特征在于MEMS懸臂梁（6）的一端未被固定而另一端固定在懸臂梁的錨區(qū)（7）上，其懸臂梁的錨區(qū)（7）與副線CPW信號(hào)線相連接；被副線CPW信號(hào)線隔開的CPW地線通過(guò)空氣橋（9）連接，其空氣橋（9）下方的副線CPW信號(hào)線被聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層（8）覆蓋。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四輸入微機(jī)械懸臂梁熱電式微波功率傳感器，其特征在于副線CPW（5）輸出端并聯(lián)連接兩個(gè)阻抗為100Ω的熱電偶（12）。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四輸入微機(jī)械懸臂梁熱電式微波功率傳感器，其特征在于連接線（17）用于熱電偶（12）之間以及熱電堆與輸出壓焊塊（16）之間的連接；MEMS襯底膜結(jié)構(gòu)（18）分別位于終端匹配電阻（11）和由八個(gè)熱電偶（12）構(gòu)成四對(duì)熱電偶（12）而組成的熱電堆的熱端下方，以及由每個(gè)副線CPW（5）輸出端并聯(lián)連接的兩個(gè)熱電偶（12）的中間部分的下方。

5.一種如權(quán)利要求1所述的四輸入微機(jī)械懸臂梁熱電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（19）：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為10¹⁸cm^-3，其方塊電阻值為100～130Ω/?；

2）在外延的N^＋?砷化鎵襯底涂覆光刻膠，保留預(yù)備制作歐姆接觸區(qū)和初步形成熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂（13）的光刻膠，然后去除光刻膠地方的外延的N^＋?砷化鎵被隔離，形成歐姆接觸區(qū)和初步形成熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂（13）；

3）反刻步驟2）中初步形成的熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂（13），完全形成其摻雜濃度為10¹⁷cm^-3的熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂（13）；

4）在步驟3）得到的襯底上涂覆光刻膠，去除預(yù)備制作熱電堆的金屬熱偶臂處（14）的光刻膠；

5）在襯底上濺射金鍺鎳/金，其厚度共為2700?；

6）剝離去除步驟4）中留下的光刻膠，連帶去除了光刻膠上的金鍺鎳/金，形成熱電堆的金屬熱偶臂（14）；

7）在步驟6）得到的襯底上涂覆光刻膠，去除預(yù)備制作終端匹配電阻（11）處的光刻膠；

8）在襯底上濺射氮化鉭，其厚度為1μm；

9）將步驟7）中留下的光刻膠剝離去除，連帶去除光刻膠上面的氮化鉭，初步形成由氮化鉭構(gòu)成的終端匹配電阻（11）；

10）在砷化鎵襯底（19）上涂覆光刻膠，去除預(yù)備制作主副線CPW（5）、MEMS懸臂梁的錨區(qū)（7）、隔直電容（10）的下極板、金屬散熱片（15）、輸出壓焊塊（16）以及連接線（17）地方的光刻膠；

11）在襯底上通過(guò)蒸發(fā)方式生長(zhǎng)一層金，其厚度為0.3μm；

12）將步驟10）留下的光刻膠去除，連帶去除了光刻膠上面的金，初步形成主副線CPW（5）、MEMS懸臂梁的錨區(qū)（7）、隔直電容（10）的下極板、金屬散熱片（15）、輸出壓焊塊（16）以及連接線（17）；

13）反刻氮化鉭，形成與主線CPW（5）輸出端相連接的終端匹配電阻（11），其方塊電阻均為25Ω/?；

14）淀積并光刻聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層（8）：在前面步驟處理得到的砷化鎵襯底（19）上涂覆1.6μm厚的聚酰亞胺層，光刻聚酰亞胺層，僅保留MEMS懸臂梁（6）和空氣橋（9）下方以及隔直電容（10）處的聚酰亞胺絕緣介質(zhì)層（8）；

15）通過(guò)蒸發(fā)方式生長(zhǎng)用于電鍍的底金：蒸發(fā)鈦/金/鈦，作為底金，其厚度為500/1500/300?；

16）涂覆光刻膠，去除預(yù)備制作主副線CPW（5），MEMS懸臂梁（6）、MEMS懸臂梁的錨區(qū)（7）、隔直電容（10）的上極板、金屬散熱片（15）、輸出壓焊塊（16）、空氣橋（9）以及連接線（17）地方的光刻膠；

17）電鍍一層金，其厚度為2μm；

18）去除步驟16）中留下的光刻膠；

19）反刻鈦/金/鈦，腐蝕底金，形成主副線CPW（5），MEMS懸臂梁（6）、MEMS懸臂梁的錨區(qū)（7）、隔直電容（10）的上極板、金屬散熱片（15）、輸出壓焊塊（16）、空氣橋（9）以及連接線（17）；

20）將該砷化鎵襯底（19）背面減薄至100μm；

21）在砷化鎵襯底（19）的背面涂覆光刻膠，去除預(yù)備在砷化鎵（19）背面形成膜結(jié)構(gòu)（18）地方的光刻膠；

22）刻蝕減薄終端匹配電阻（11）和八個(gè)熱電偶（12）構(gòu)成四對(duì)熱電偶（12）而組成的熱電堆的熱端下方的砷化鎵襯底（19），和由副線CPW（5）輸出端并聯(lián)兩個(gè)熱電偶（12）的中間部分的下方的砷化鎵襯底（19），形成膜結(jié)構(gòu)（18），刻蝕80μm的襯底厚度，保留20μm的膜結(jié)構(gòu)（18）。