[發明專利]一種熱偶式高靈敏度微波功率傳感芯片及傳感器

在審

• 申請號: 202210338619.8
• 申請日: 2022-04-01
• 公開（公告）號: CN114759062A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 張亭;韓順利;于怡然;張文征;楊耀輝
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十一研究所
• 主分類號: H01L27/16
• 分類號: H01L27/16;H01L35/30;G01R21/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王雪

本發明提供了一種熱偶式高靈敏度微波功率傳感芯片，包括：襯底，在襯底上刻蝕背腔，在背腔上方設有熱電堆，所述熱電堆的上方設有共面波導，所述共面波導包括中央導帶線和接地板，所述中央導帶線中復合嵌套薄膜電阻，構成中央導帶復合嵌套薄膜電阻結構，所述中央導帶復合嵌套薄膜電阻結構與所述接地板連接。所述熱電堆由若干個相鄰熱電偶彼此相互串聯沿共面波導接地板內輪廓等間隔順序排列構成，并引出直流電壓連接線。

技術領域

本發明屬于微電子機械系統技術領域，具體涉及一種熱偶式高靈敏度微波功率傳感芯片及傳感器。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

微波功率測量在微波信號的產生、傳輸及接收等各環節中必不可少，基于熱偶式的微波功率傳感芯片是微波功率計常用的傳感芯片，在通信、科研等領域存在廣泛的需求，目前，國內熱偶式功率傳感芯片研究尚不成熟，現有文獻報道中的熱偶式微波功率傳感芯片普遍存在靈敏度低的問題，中國科學院研究了一種微梁結構熱偶微波功率傳感器芯片，工作頻率范圍DC～18GHz，芯片靈敏度為1.1mV/mW。東南大學研究了一種DC-25GHz的熱偶功率傳感器，在10GHz工作頻率點處靈敏度為81.68uV/mW。南京郵電大學提出一種漸變結構的熱電式MEMS微波功率傳感器，實驗表明8GHz～12GHz頻率范圍內具有良好的匹配特性，在工作頻率為8GHz時，靈敏度為0.23mV/mW；在工作頻率為10GHz處，靈敏度為0.22mV/mW。目前，熱偶式功率傳感芯片通常采用在共面波導終端處的中央信號線與兩側接地板之間并聯兩個薄膜電阻條，待測微波信號通過微波傳輸線在負載電阻處轉換為熱量，利用熱電偶的賽貝克效應將熱量轉換為直流輸出電壓，通過測量直流電壓的大小實現微波功率信號大小的測量，采用此方式，受限于薄膜電阻熱傳輸區域，僅能放置數目有限的熱偶對數，輸出直流電壓較低，芯片靈敏度較低，這對于檢測電路的設計提出了較高的要求，使得檢測電路放大電路設計復雜。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種熱偶式高靈敏度微波功率傳感芯片及傳感器，本發明通過改變功率傳感芯片中薄膜電阻的加載方式，增加熱偶對的數目，優化共面波導的金屬層、襯底結構設計，實現一種高靈敏度的熱偶式功率傳感芯片。

根據一些實施例，本發明采用如下技術方案：

第一個方面，本發明提供了一種熱偶式高靈敏度微波功率傳感芯片。

一種熱偶式高靈敏度微波功率傳感芯片，包括：襯底，在襯底上刻蝕背腔，在背腔上方設有熱電堆，在所述熱電堆的上方設有共面波導，所述共面波導包括中央導帶線和接地板，所述中央導帶線中復合嵌套薄膜電阻，構成中央導帶復合嵌套薄膜電阻結構，所述中央導帶復合嵌套薄膜電阻結構與所述接地板連接。所述熱電堆由若干個相鄰熱電偶彼此相互串聯沿共面波導接地板內輪廓等間隔順序排列構成，并引出直流電壓連接線。

第二個方面，本發明提供了一種熱偶式高靈敏度微波功率傳感器。

一種熱偶式高靈敏度微波功率傳感器，包括，采用第一個方面所述的熱偶式高靈敏度微波功率傳感芯片。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

本發明采用小面積的共面波導接地板設計方式以及基底背腔刻蝕的方式，增加熱偶區域的熱阻，使得薄膜電阻釋放的熱量有效的傳輸到熱偶的熱端，增大熱偶冷端與熱端的溫度差，根據賽貝克效應，溫差增大，相應輸出的直流電壓增大，提高了芯片靈敏度。

同時，熱電偶沿共面波導中接地板內輪廓順序排列，彼此相互串聯而形成熱電堆，熱電偶的數目可根據設計的薄膜電阻的數目相應增加，增大輸出電壓，提高靈敏度。

附圖說明

構成本發明的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。