微機(jī)械高精度懸臂梁式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微機(jī)械高精度懸臂梁式微波 功率檢測(cè)系統(tǒng)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在微電子機(jī)械系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱：MEMS)的微波研宄中，微波功率是表征微波信號(hào)的一個(gè) 重要參數(shù)。在微波信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸及接收各個(gè)環(huán)節(jié)的研宄中，微波功率的檢測(cè)是必不可少 的。最常見的微波功率檢測(cè)器是基于熱電轉(zhuǎn)換原理的微波功率傳感器，它把微波信號(hào)通過 負(fù)載電阻轉(zhuǎn)化成熱，然后再利用熱電堆的Seebeck效應(yīng)把此熱轉(zhuǎn)換成與待測(cè)微波功率成正 比的直流電壓輸出。在線式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)是通過耦合電容耦合出10%的功率提供給熱 電式微波功率傳感器進(jìn)行檢測(cè)的。但是制作后的耦合電容易彎曲導(dǎo)致在線式微波功率檢測(cè) 系統(tǒng)沒有很高的精度，另外在線式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)靈敏度也不高，而本發(fā)明能夠很好地 解決上面的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的在于提供了一種微機(jī)械高精度懸臂梁式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)，本發(fā)明可 對(duì)微波信號(hào)的功率進(jìn)行高精度的測(cè)量，而且跟傳統(tǒng)的在線式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)相比，大大 的提高了其靈敏度。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明提供了一種微機(jī)械高精度懸 臂梁式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由砷化鎵為襯底，在襯底上設(shè)有中心信號(hào)傳輸線、懸臂 梁耦合器、校正電極以及熱電式微波功率傳感器組成。當(dāng)微波信號(hào)在中心信號(hào)傳輸線上從 A端口向B端口傳輸時(shí)，懸臂梁耦合器在傳輸線上耦合出10%的微波信號(hào)，該信號(hào)通過共面 波導(dǎo)傳輸線傳輸至后端的熱電式微波功率傳感器，待測(cè)功率由后端的熱電式微波功率傳感 器檢測(cè)。當(dāng)前端懸臂梁耦合微波信號(hào)時(shí)，由于本發(fā)明制作后的懸臂梁易彎曲，那么就可以通 過調(diào)節(jié)校正電極來使得懸臂梁恢復(fù)平整。
[0005] 本發(fā)明所述系統(tǒng)的懸臂梁耦合器是在中心信號(hào)傳輸線1上設(shè)有懸臂梁4,當(dāng)微波 信號(hào)從中心信號(hào)傳輸線端口 A向端口 B傳輸時(shí)，懸臂梁4會(huì)耦合出10%的微波信號(hào)。
[0006] 本發(fā)明所述系統(tǒng)的校正電極，當(dāng)制作后的懸臂梁4彎曲，當(dāng)懸臂梁4處于上翹狀態(tài) 時(shí)，就在壓焊塊5上加正電壓，反之，當(dāng)懸臂梁4處于下拉狀態(tài)時(shí)，在壓焊塊5上加負(fù)電壓， 最終使得懸臂梁4恢復(fù)平整，從而提高了微波功率的檢測(cè)精準(zhǔn)度。
[0007] 本發(fā)明所述系統(tǒng)的熱電式微波功率傳感器是由共面波導(dǎo)傳輸線2、兩對(duì)并聯(lián)電阻 9、熱電堆8、輸出電壓端口 10和穩(wěn)定熱電堆冷端溫度的金屬塊11組成。
[0008] 本發(fā)明所述系統(tǒng)的懸臂梁耦合器是在中心信號(hào)傳輸線上設(shè)有懸臂梁，當(dāng)微波信號(hào) 從中心信號(hào)傳輸線端口 A向端口 B傳輸時(shí)，懸臂梁會(huì)耦合出10%的微波信號(hào)。
[0009] 本發(fā)明所述系統(tǒng)的校正電極，當(dāng)制作后的懸臂梁彎曲，當(dāng)懸臂梁處于上翹狀態(tài)時(shí)， 就在壓焊塊上加正電壓，反之，當(dāng)懸臂梁處于下拉狀態(tài)時(shí)，在壓焊塊上加負(fù)電壓，最終使得 懸臂梁恢復(fù)平整，從而提高了微波功率測(cè)量的精確度。
[0010] 本發(fā)明所述系統(tǒng)的熱電式微波功率傳感器是由共面波導(dǎo)傳輸線末端的兩對(duì)并聯(lián) 電阻、熱電堆、輸出電壓端口和穩(wěn)定熱電堆冷端溫度的金屬塊組成。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種微機(jī)械高精度懸臂梁式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)的制備方法，該方 法包括如下步驟：
[0012] 步驟1 :準(zhǔn)備砷化鎵襯底：選用的是未摻雜的砷化鎵襯底；
[0013] 步驟2 :在襯底上離子注入N+型的GaAs，形成熱偶的GaAs臂；
[0014] 步驟3 :在襯底上淀積、刻蝕氮化鉭，形成共面波導(dǎo)末端的并聯(lián)電阻，即氮化鉭電 阻；
[0015] 步驟4 :在襯底上濺射金，剝離去除光刻膠：形成熱偶的金臂、共面波導(dǎo)傳輸線、校 正電極，濺射的厚度為〇. 3 μL? ;
[0016] 步驟5 :淀積氮化硅介質(zhì)層：用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法工藝方法生長(zhǎng) 1000Α的氮化硅介質(zhì)層；
[0017] 步驟6 :光刻并刻蝕氮化硅介質(zhì)層；保留懸臂梁下方CPW的中心信號(hào)線、耦合器下 方的連接線和校正電極上的氮化硅；
[0018] 步驟7 :淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層：淀積1. 6 μ m厚的聚酰亞胺犧牲層，聚酰亞胺 犧牲層的厚度決定了懸臂梁耦合器與氮化硅介質(zhì)層之間的高度，光刻聚酰亞胺犧牲層，僅 保留懸臂梁耦合器下的犧牲層；
[0019] 步驟8 :濺射鈦/金/鈦：濺射用于電鍍共面波導(dǎo)傳輸線和懸臂梁耦合器的底金， 鈦/金/鈦的厚度為500/] 500/300A;
[0020] 步驟9 :電鍍金：電鍍共面波導(dǎo)傳輸線和懸臂梁耦合器，厚度為2 μ m ;
[0021] 步驟10 :去除光刻膠、釋放犧牲層：用顯影液釋放懸臂梁結(jié)構(gòu)下方的聚酰亞胺犧 牲層，并用無水乙醇脫水，形成懸臂梁耦合器。
[0022] 有益效果：
[0023] 1、本發(fā)明精度高：在懸臂梁耦合器中，制作的懸臂梁易彎曲，如果不加以調(diào)節(jié)，那 么耦合出微波信號(hào)傳輸至后端熱電式微波功率傳感器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，此時(shí)，本發(fā)明 校正電極的設(shè)計(jì)可以減小測(cè)量誤差。當(dāng)懸臂梁處于上翹狀態(tài)時(shí)，那么在壓焊塊上加上正電 壓，當(dāng)懸臂梁處于下拉狀態(tài)時(shí)，在壓焊塊上加上負(fù)電壓，這樣就使得懸臂梁在耦合微波信號(hào) 時(shí)處于平整狀態(tài)，從而提高了檢測(cè)精度。
[0024] 2、本發(fā)明靈敏度高：本發(fā)明所設(shè)計(jì)的熱電式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相 比，增加了一組熱電堆，從而提高了靈敏度。
[0025] 3、本發(fā)明是基于微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)，具有微機(jī)械系統(tǒng)的基本優(yōu)點(diǎn)，如：體積小、 重量輕、功耗低等，另外它與單片微波集成電路（MMIC)完全兼容，便于集成，而且本發(fā)明的 結(jié)構(gòu)是用于在線式測(cè)量，在中心信號(hào)線傳輸過程中，直接通過懸臂梁來耦合出10%的微波 信號(hào)，再傳輸至后端熱電堆，通過塞貝克效應(yīng)將微波功率轉(zhuǎn)化成電勢(shì)差，最終通過電勢(shì)差來 得出微波功率幅度。校正電極的設(shè)計(jì)可以減小測(cè)量誤差。當(dāng)懸臂梁處于上翹狀態(tài)時(shí)，那么 在壓焊塊上加上正電壓，當(dāng)懸臂梁處于下拉狀態(tài)時(shí)，在壓焊塊上加上負(fù)電壓，這樣就使得懸 臂梁在耦合微波信號(hào)時(shí)處于平整狀態(tài)，從而提高了檢測(cè)精度。這一系列優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)的在線 式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)無法比擬的，因此它具有很好的研宄和應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明微機(jī)械高精度懸臂梁式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)的原理圖。
[0027] 標(biāo)識(shí)說明：A-共面波導(dǎo)傳輸線；B-懸臂梁耦合器；C-校正電極；D-熱電式微波功 率傳感器。
[0028] 圖2是本發(fā)明微機(jī)械高精度懸臂梁式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 標(biāo)識(shí)說明：1_中心信號(hào)傳輸線；2-共面波導(dǎo)傳輸線；3-地線；4-懸臂梁；5-壓焊 塊；6-傳感電極；7-空氣橋；8-熱電堆；9-熱電式微波功率傳感器電阻；10熱電式微波功 率傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的輸出端口；11-增加冷端溫度穩(wěn)定性的金屬塊。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 以下結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0031] 如圖1所示，當(dāng)微波信號(hào)在中心信號(hào)傳輸線上傳輸時(shí)，懸臂梁耦合器用來耦合出 10%的微波信號(hào)，通過共面波導(dǎo)傳輸線傳至后端的熱電式微波功率傳感器，通過對(duì)輸出的 電勢(shì)差的測(cè)量，從而得出與之一一對(duì)應(yīng)的微波信號(hào)的功率幅度。特別指出，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的 校正電極的作用是使制作后的懸臂梁恢復(fù)平整，提高測(cè)量精度。
[0032] 如圖2所示，微波信號(hào)在中心信號(hào)線上從端口 A向端口 B傳輸，此時(shí)，懸臂梁耦合 器耦合出10%的微波信號(hào)，由于耦合微波信號(hào)的懸臂梁在制作時(shí)易彎曲，如果不加以校正 使其恢復(fù)平整，那么會(huì)使耦合的信號(hào)出現(xiàn)較大的誤差，會(huì)影響測(cè)量精度，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的校 正電極改善了這方面問題。當(dāng)懸臂梁處于上翹狀態(tài)時(shí)，在壓焊塊上加正電壓，當(dāng)懸臂梁處于 下拉狀態(tài)時(shí)，在壓焊塊上加負(fù)電壓，最終使懸臂梁恢復(fù)平整。
[0033] 耦合出的微波信號(hào)通過共面波導(dǎo)傳輸線傳至后端熱電式微波功率傳感器，兩對(duì)并 聯(lián)電阻吸收微波功率，通過熱電堆將吸收的微波功率轉(zhuǎn)化為電勢(shì)差，電勢(shì)差是與信號(hào)功率 幅度一一對(duì)應(yīng)，從而檢測(cè)出信號(hào)的功率幅度。為了使熱電堆的冷端與襯底溫度相同，在其旁 邊連接了一塊大面積的金屬，熱電堆的冷熱兩端分別連接在兩個(gè)檢測(cè)電勢(shì)差的端口上。
[0034] 本發(fā)明的微機(jī)械高精度懸臂梁式微波功率檢測(cè)系統(tǒng)是由砷化鎵為襯底，在襯底上 設(shè)有中心信號(hào)傳輸線、懸臂梁耦合器、校正電極以及熱