[发明专利]MEMS固支梁式在线微波功率传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械(以下简称MEMS)，尤其涉及MEMS固支梁式在线微波功率传感器及其制备方法。

背景技术

在微波技术研究中，微波功率是表征微波信号特征的一个重要参数，微波功率的测量在无线技术应用中具有重要的地位。现有的微波功率传感器是基于二极管、热敏电阻和热电堆的终端功率传感器，它们具有低损耗和高灵敏度的优点，然而其最大的缺点是在测量微波功率时完全消耗输入信号功率。随着微电子技术的发展，现代个人通信系统和雷达系统不仅要求微波功率传感器在功率测量过程时微波信号仍是可用的，即在线微波功率测量，而且对微波功率传感器提出了更多功能的要求，如实现监测和不监测两种状态以及多耦合度在线功率传感器的集成。近年来，随着MEMS技术的快速发展，并对MEMS固支梁结构进行了深入的研究，使基于MEMS技术实现上述功能的固支梁式三耦合度的在线微波功率传感器成为可能。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于MEMS技术的固支梁式三耦合度的在线微波功率传感器及制备方法，通过控制MEMS固支梁驱动电压，使该微波功率传感器实现监测和不监测两种状态；通过设计不同宽度的MEMS固支梁和相应梁下方共面波导(以下简称CPW)信号线的宽度，来改变这些MEMS固支梁耦合度的大小，实现不同耦合度的在线微波功率传感器的集成。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种MEMS固支梁式在线微波功率传感器，包括砷化镓衬底、CPW、MEMS固支梁式结构和终端微波功率监测系统：所述CPW包括主线CPW信号线、副线CPW信号线和CPW地线，所述主线CPW信号线和CPW地线构成主线CPW，所述副线CPW信号线和CPW地线构成副线CPW；所述MEMS固支梁式结构包括固支梁和锚区，所述固支梁横跨在主线CPW信号线的上方，固支梁的两端固定在锚区上，所述锚区通过副线CPW信号线而不是CPW地线与终端微波功率监测系统相连接；所述固支梁结构下方设有驱动电极。

所述CPW主要用于实现微波信号的传输，采用金材料。通过主线CPW实现对待测功率的微波信号的输入和输出，通过副线CPW实现由固支梁结构耦合出一定比例的主线CPW微波功率到终端微波功率监测系统上。

通过对固支梁的宽度和位于相应固支梁下方的主线CPW信号线的宽度的设定，可以设计出不同的耦合度值(即副线CPW从主线CPW中耦合到的微波功率百分比)。

通过对驱动电极的供电与否控制可以实现对固支梁DOWN或UP状态的控制，当固支梁处于UP状态时，即固支梁与主线CPW信号线无接触，此时固支梁从主线CPW几乎不耦合微波功率到副线CPW中去，从而不对主线CPW进行功率监测；当固支梁处于DOWN状态时，即固支梁与CPW信号线有接触，此时固支梁从主线CPW中耦合相应比例的微波功率到副线CPW中去，从而对主线CPW进行功率监测。

所述固支梁式结构的个数为三个，采用金材料。不同固支梁式结构的固支梁宽度可以不同，相应固支梁下方的主线CPW信号线宽度亦可不相同，通过各固支梁宽度和相应的主线CPW信号线宽度的不同可以实现不同的耦合度，每一个固支梁式结构有各自独立的驱动电极。

一般副线CPW信号线的输入端部分和相应的主线CPW信号线成垂直关系。

所述固支梁下方的主线CPW信号线和驱动电极表面覆盖有氮化硅介质层。

所述CPW地线被隔断的地方可以通过空气桥实现连接。

所述终端微波功率监测系统包括终端电阻和吸收终端电阻热量的热电堆，所述副线CPW信号线的输出端连接终端电阻，热电堆靠近终端电阻，但不与终端电阻相连接。

终端电阻采用氮化钽材料制成，吸收由MEMS固支梁从主线CPW上耦合到副线CPW上的微波功率，并完全转化为热量，靠近终端电阻的热电堆的一端(即热端)吸收到这种热量后，引起吸收端温度的升高，远离终端电阻的热电堆的一端(即冷端)仍然保持环境温度，由于两端温度不同，根据Seebeck效应，产生热电势的输出，实现对微波功率的监测。

所述热电堆可由四个热电偶组成，所述热电偶包括半导体热偶臂和金属热偶臂，采用金和轻掺杂的砷化镓材料构成。

为了提高热量由终端电阻向热电堆的热端传输的效率，进而提高热电堆两端的温差，以提高微波功率传感器的灵敏度，可以将终端电阻和热电堆的热端下方的砷化镓衬底刻蚀减薄，形成衬底膜结构。终端电阻和热电堆被氮化硅介质层覆盖，其作用是保护终端电阻与副线CPW输出端以及热电堆的电路连接。