[發明專利]基于微機械直接熱電式功率傳感器的相位檢測器及制法

有效

• 申請號: 201310244226.1
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103344831A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 廖小平;吳昊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R25/00
• 分類號: G01R25/00;B81C1/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.基于微機械直接熱電式功率傳感器的相位檢測器，其特征在于：包括襯底（1）、設置在襯底（1）上的地線（2）、MEMS功合器、共面波導傳輸線（3）、兩組MEMS固支梁結構和MEMS直接熱電式微波功率傳感器、以及外接的壓控振蕩器和頻率計，在襯底（1）上定義一條對稱軸線；

所述地線（2）形成沿對稱軸線對稱的結構，包括對稱位于對稱軸線兩側且不相接觸的兩段側邊地線、以及對稱位于對稱軸線上的一段公共地線；

所述MEMS功合器形成沿對稱軸線對稱的結構，包括對稱位于對稱軸線兩側的兩段不對稱共面帶線（4）和隔離電阻（5），所述兩段不對稱共面帶線（4）的輸入端通過隔離電阻（5）隔離、輸出端相連接；

所述共面波導傳輸線（3）形成沿對稱軸線對稱的結構，包括位于對稱軸線兩側且不相連接的兩段輸入共面波導傳輸線、以及對稱位于對稱軸線上的一段輸出共面波導傳輸線；所述兩段輸入共面波導傳輸線分別與兩段不對稱共面帶線（4）的輸入端相連接，分別作為第一信號輸入端口和第二信號輸入端口；所述兩段不對稱共面帶線（4）的輸出端相連接后接入輸出共面波導傳輸線，作為信號輸出端口；

所述兩組MEMS固支梁結構分別設置在對稱軸線的兩側且相對對稱軸線對稱，所述MEMS固支梁結構包括MEMS固支梁（10）和錨區（11），所述MEMS固支梁（10）跨接在位于同一側的輸入共面波導傳輸線的上方、兩端分別通過錨區（11）固定在位于同一側的側邊地線和公共地線上；所述MEMS固支梁（10）和位于其下方的輸入共面波導傳輸線構成補償電容；

所述MEMS直接熱電式微波功率傳感器包括兩組氮化鉭電阻（7）、半導體熱電偶臂（6）和直流輸出塊（8），所述信號輸出端口分成兩路分別通過一組氮化鉭電阻（7）和半導體熱電偶臂（6）與兩段側邊地線相連接，其中一段側邊地線通過一個直流輸出塊（8）接入壓控振蕩器，另一段側邊地線通過另一個直流輸出塊（8）接地；所述兩組氮化鉭電阻（7）和半導體熱電偶臂（6）形成串聯結構；

所述壓控振蕩器的輸出信號接入頻率計。

2.根據權利要求1所述的基于微機械直接熱電式功率傳感器的相位檢測器，其特征在于：所述輸入共面波導傳輸線上位于MEMS固支梁（10）下方的部分表面覆蓋有氮化硅介質層（9）。

3.根據權利要求1所述的基于微機械直接熱電式功率傳感器的相位檢測器，其特征在于：其中一個直流輸出塊（8）和側邊地線之間的連接線的兩層金屬之間有氮化硅介質層（9）。

4.根據權利要求1所述的基于微機械直接熱電式功率傳感器的相位檢測器，其特征在于：所述MEMS直接熱電式微波功率傳感器基于Seebeck原理對MEMS功合器輸出的合成微波信號的功率進行檢測，并在直流輸出塊（8）上以直流電壓的形式輸出測量結果。

5.一種基于微機械直接熱電式功率傳感器的相位檢測器的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

（1）準備砷化鎵襯底：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10¹⁸cm^-3，其方塊電阻值為100～130Ω/□；

（2）光刻并隔離外延N^＋砷化鎵，形成熱電堆的半導體熱偶臂的圖形；

（3）反刻N^＋砷化鎵，形成摻雜濃度為10¹⁷cm^-3的熱電堆的半導體熱偶臂；

（4）光刻：去除將要保留氮化鉭地方的光刻膠；

（5）濺射氮化鉭，厚度為1μm；

（6）剝離；

（7）光刻：去除將要保留第一層金的地方的光刻膠；

（8）蒸發第一層金，厚度為0.3μm；

（9）剝離，形成共面波導傳輸線和地線，MEMS固支梁的錨區；

（10）反刻氮化鉭，形成氮化鉭電阻和隔離電阻，其方塊電阻為25Ω/□；

（11）淀積氮化硅：用等離子體增強型化學氣相淀積法工藝生長厚的氮化硅介質層；

（12）光刻并刻蝕氮化硅介質層：保留在MEMS固支梁下方共面波導傳輸線上的氮化硅介質層，以及隔離MEMS直接熱電式功率傳感器輸出端和地線連接處的氮化硅介質層；

（13）淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層：在砷化鎵襯底上涂覆1.6μm厚的聚酰亞胺犧牲層，要求填滿凹坑，通過聚酰亞胺犧牲層的厚度決定MEMS固支梁與其下方氮化硅介質層之間的距離；光刻聚酰亞胺犧牲層，僅保留MEMS固支梁下方的犧牲層；

（14）蒸發鈦/金/鈦，厚度為蒸發用于電鍍的底金；

（15）光刻：去除要電鍍地方的光刻膠；

（16）電鍍金，厚度為2μm；

（17）去除光刻膠：去除不需要電鍍地方的光刻膠；

（18）反刻鈦/金/鈦，腐蝕底金，形成共面波導傳輸線、地線、MEMS固支梁、直流輸出塊；

（19）將該砷化鎵襯底背面減薄至100μm；

（20）釋放聚酰亞胺犧牲層：顯影液浸泡，去除MEMS固支梁下的聚酰亞胺犧牲層，去離子水稍稍浸泡，無水乙醇脫水，常溫下揮發，晾干；

（21）外接壓控振蕩器和頻率計。