[發明專利]一種低溫雙層隔離補償式MEMS微波功率傳感器

有效

• 申請號: 201310066826.3
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103197137A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 廖小平;周銳
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R21/02
• 分類號: G01R21/02;G01R3/00;B81C1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種低溫雙層隔離補償式MEMS微波功率傳感器，屬于微電子機械系統領域。

背景技術

在微波領域發展中，微波信號的功率是微波系統三大參數之一。微波功率檢測在任何微波研究(如雷達系統、現代單兵通信系統、車載雷達等)中是必不可少的。最常見的微波功率檢測器是基于熱電轉換原理的微波功率傳感器，即基于熱電堆的Seebeck效應，具有響應快、頻帶寬等特點。

如圖1所示，現有的MEMS微波功率傳感器由共面波導傳輸線1、氮化鉭電阻3、熱電堆4、砷化鎵襯底5和壓焊塊6。共面波導傳輸線1接收來自微波功率源的功率，并傳導到位于共面波導傳輸線1末端氮化鉭電阻3。通過氮化鉭電阻3將功率吸收并轉化為熱。熱電堆4由于seeback效應，能夠將熱轉為電壓輸出。

但缺點在于熱量可以通過襯底和空氣散失，其中襯底散失的熱量最多。輸出的直流電壓與溫度有較強的依賴關系，尤其在低溫環境下嚴重影響檢測的精確度，限制了適用范圍。

發明內容

發明目的：本發明提出一種低溫雙層隔離補償式MEMS微波功率傳感器，減少了微波功率傳感器通過襯底散失的熱量，且降低環境溫度的影響，提高了傳感器對微波功率的測試精度。

技術方案：本發明采用的技術方案為一種低溫雙層隔離補償式MEMS微波功率傳感器，包括微波功率傳感器一、微波功率傳感器二、微波功率傳感器三，在微波功率傳感器一外圍設有位于內側的內隔離環和位于外側的外隔離環，在所述內隔離環內側還設有第一加熱電路和第二加熱電路；

還包括功率分配器、溫度補償模塊以及運算電路；所述功率分配器將輸入微波功率的三分之一分配給微波功率傳感器三，輸入微波功率的三分之二分配給溫度補償模塊；溫度補償模塊通過運算電路對微波功率傳感器三的輸出電壓進行溫度補償。

作為本發明的進一步改進，所述溫度補償模塊包括微波功率傳感器二，和被隔離環包圍的微波功率傳感器一；微波功率傳感器一和微波功率傳感器二各輸入三分之一的輸入微波功率；微波功率傳感器一、微波功率傳感器二和微波功率傳感器三均輸出到運算電路。所述運算電路包括對微波功率傳感器一和微波功率傳感器二輸出電壓求差的減法器，將減法器輸出電壓與微波功率傳感器三相加的加法器，對加法器輸出信號乘以三的乘法器。

作為本發明的更進一步改進，所述第一加熱電路包括第二十一熱電阻至第二十四熱電阻，第一加熱電路與開關十九、外接電源構成一個完整回路；所述第二加熱電路包括第二十五熱電阻至第三十二熱電阻，第二加熱電路與開關二十、外接電源構成一個完整回路。所述內隔離環與外隔離環之間間隔60um距離。

一種制造本發明一種低溫雙層隔離補償式MEMS微波功率傳感器的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)外延生成摻雜濃度10¹⁸cm^-3，方塊電阻100-130Ω/□的砷化鎵襯底；

2)在砷化鎵襯底上依次外延生長鋁鎵砷薄膜和N⁺砷化鎵；

3)反刻N⁺砷化鎵，形成摻雜濃度10¹⁷cm^-3的熱電堆半導體熱偶臂；

4)光刻并去除熱電堆金屬臂處的光刻膠，形成熱電堆金屬臂圖案；

5)濺射金鍺鎳/金，金鍺鎳/金的厚度為270nm；

6)剝離多余的金屬，形成熱電堆的金屬熱偶臂；

7)光刻并去除氮化鉭電阻處的光刻膠；

8)淀積氮化鉭，形成共面波導傳輸線末端的熱電阻以及內隔離環內側的熱電阻，厚度為2um，電阻為25Ω/□；

9)剝離多余的氮化鉭以形成氮化鉭電阻；

10)光刻并去除共面波導傳輸線處的光刻膠；

11)蒸發第一層金，其厚度為0.3um；

12)濺射鈦/金/鈦，作為共面波導傳輸線的種子層，厚度為50/150/30nm；

13)光刻并去除共面波導傳輸線處的光刻膠；

14)去除頂層的鈦層，然后電鍍2um厚的金，形成共面波導傳輸線；

15)減薄砷化鎵襯底至100μm；

16)背面光刻，并去除在砷化鎵背面形成膜結構地方的光刻膠；

17)刻蝕減薄終端電阻和熱電堆的熱端下方的砷化鎵襯底，背面刻蝕至鋁鎵砷薄膜；

18)沿著功率傳感器的外圍，正面通過等離子體干法刻蝕工藝刻蝕內隔離環和外隔離環。