[發(fā)明專利]一種基于微機(jī)械間接熱電式功率傳感器的分頻器及制法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310245644.2
• 申請(qǐng)日: 2013-06-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103346789A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖小平;楊國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H03L7/18
• 分類號(hào): H03L7/18;H03L7/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于微機(jī)械間接熱電式功率傳感器的分頻器。

背景技術(shù)

分頻器（frequency?divider）是使輸出信號(hào)頻率為其輸入頻率整約數(shù)的電路。分頻器在眾多領(lǐng)域有應(yīng)用，如無(wú)線通信、雷達(dá)、數(shù)字電視、廣播等。當(dāng)前廣泛采用的鎖相環(huán)分頻器具有精度很高的優(yōu)點(diǎn)，但是也有著電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較大的缺點(diǎn)。隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，新材料、新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn)，促使對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)等電子設(shè)備的要求不斷提高：簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，較小的體積以及精度較高的分頻器電路成為一種趨勢(shì)。當(dāng)前，MEMS技術(shù)得到了快速發(fā)展，間接熱電式功率傳感器的研究日趨成熟，使基于微機(jī)械間接熱電式功率傳感器的分頻器成為可能，因此有必要設(shè)計(jì)一種基于微機(jī)械間接熱電式功率傳感器的分頻器。

發(fā)明內(nèi)容

為解決目前分頻器存在的不足，本發(fā)明提出一種基于微機(jī)械間接熱電式功率傳感器的分頻器，該分頻器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積更小、精度更高。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于微機(jī)械間接熱電式功率傳感器的分頻器，包括襯底、設(shè)置在襯底上的功合器和MEMS間接式微波功率傳感器、以及外接的壓控振蕩器和乘法器，在襯底上定義一條對(duì)稱軸線；功合器形成沿對(duì)稱軸線對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，包括地線、共面波導(dǎo)傳輸線、兩段不對(duì)稱共面帶線、隔離電阻、兩組固支梁和錨區(qū)；MEMS間接式微波功率傳感器包括兩組終端電阻、金屬熱偶臂、半導(dǎo)體熱偶臂、金屬連接線和兩個(gè)直流輸出塊。

所述地線形成沿對(duì)稱軸線對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，包括對(duì)稱位于對(duì)稱軸線兩側(cè)且不相接觸的兩段側(cè)邊地線、對(duì)稱位于對(duì)稱軸線上的一段公共地線。

所述共面波導(dǎo)傳輸線形成沿對(duì)稱軸線對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，包括位于對(duì)稱軸線兩側(cè)且不相連接的兩段輸入共面波導(dǎo)傳輸線、對(duì)稱位于對(duì)稱軸線上的一段輸出共面波導(dǎo)傳輸線；所述兩段輸入共面波導(dǎo)傳輸線分別與兩段不對(duì)稱共面帶線輸入端相連接；所述兩段不對(duì)稱共面帶線輸入端通過(guò)隔離電阻隔離，所述兩段不對(duì)稱共面帶線輸出端相連接后接入輸出共面波導(dǎo)傳輸線；所述兩段不對(duì)稱共面帶線和隔離電阻形成沿對(duì)稱軸線對(duì)稱的結(jié)構(gòu)；所述兩段輸入共面波導(dǎo)傳輸線分別作為參考信號(hào)輸入端口和反饋信號(hào)輸入端口，所述輸出共面波導(dǎo)傳輸線作為信號(hào)輸出端口。

所述兩組固支梁分別設(shè)置在對(duì)稱軸線的兩側(cè)且相對(duì)對(duì)稱軸線對(duì)稱，所述固支梁跨接在位于同一側(cè)的輸入共面波導(dǎo)傳輸部分的上方，兩端分別通過(guò)錨區(qū)固定在位于同一側(cè)的地線側(cè)邊地線和公共地線上。

所述輸出共面波導(dǎo)傳輸線分別與兩段側(cè)邊地線通過(guò)一組終端電阻相連接，所述兩組終端電阻分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有一組熱電偶；所述兩組熱電偶的一端通過(guò)金屬連接線串聯(lián)連接，另一端分別通過(guò)金屬連接線與直流輸出塊相連接；其中一個(gè)直流輸出塊與壓控振蕩器輸入端相連接，另一個(gè)直流輸出塊接地；所述熱電偶由金屬熱偶臂和半導(dǎo)體熱偶臂組成。

所述壓控振蕩器的輸出端與乘法器輸入端相連，所述乘法器的輸出端與反饋信號(hào)輸入端口相連。

功合器固支梁與下方的共面波導(dǎo)傳輸線構(gòu)成補(bǔ)償電容，該補(bǔ)償電容的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)電路阻抗匹配的同時(shí)縮小功分器的尺寸，使整個(gè)分頻器的集成度更高。壓控振蕩器的輸出信號(hào)通過(guò)一個(gè)乘法器（×N）再反饋到功合器的一個(gè)輸入端，參考信號(hào)加在功合器的另一個(gè)輸入端，經(jīng)間接熱電式功率傳感器檢測(cè)，得到與參考信號(hào)和壓控振蕩器輸出信號(hào)的相位差成比例的電壓，該電壓加到壓控振蕩器的輸入端，使壓控振蕩器的本振信號(hào)頻率隨著所輸入的電壓的變化而變化。恰當(dāng)?shù)沫h(huán)路設(shè)計(jì)，這種變化可以使壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率是參考信號(hào)的N分之一。

更進(jìn)一步的，所述共面波導(dǎo)傳輸線（3）和固支梁（12）之間設(shè)有氮化硅介質(zhì)層（11），所述氮化硅介質(zhì)層（11）覆蓋在共面波導(dǎo)傳輸線（3）上，使功合器固支梁與下方的共面波導(dǎo)傳輸線構(gòu)成補(bǔ)償電容。

本發(fā)明還提出一種基于微機(jī)械間接熱電式功率傳感器的分頻器的制備方法，包含如下步驟：

（1）制作砷化鎵襯底：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）光刻并隔離外延的N^＋砷化鎵，形成熱電堆的半導(dǎo)體熱偶臂的圖形和歐姆接觸區(qū)；

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

（4）光刻：去除將要保留金鍺鎳/金地方的光刻膠；