[发明专利]微电子机械固支梁式定向微波功率耦合器及其制备方法

权利要求书

1.一种微电子机械固支梁式定向微波功率耦合器，为四端口微波器件，包括主线(5)和副线(6)，四端口为主线输入端口(1)、主线输出端口(2)、副线耦合输出端口(3)和副线隔离端口(4)，其特征是以砷化镓衬底(19)为基底，在基底上设置主线(5)和副线(6)，副线(6)与主线(5)耦合的部分设有MEMS固支梁(9)，MEMS固支梁(9)作为副线(6)的一段耦合线段，并位于副线(6)中部；MEMS固支梁(9)下方设有驱动电极(11)，对应驱动电极(11)在副线(6)外侧设有电输入压焊块(18)，通过引线(17)与驱动电极(11)连接。

2.根据权利要求1所述的微电子机械固支梁式定向微波功率耦合器，其特征是主线(5)包括由共面波导CPW构成主线输入端口(1)、主线输出端口(2)，和由不对称共面带线ACPS构成功率传输部分(7)；副线(6)包括由CPW构成副线耦合输出端口(3)、副线隔离端口(4)，和由ACPS构成功率耦合部分(8)；CPW由一个信号线和两个地线(16)组成，ACPS由一个信号线和一个地线(16)组成，CPW和ACPS的信号线组合构成主线信号线(15)、副线信号线(15′)；MEMS固支梁(9)通过MEMS固支梁锚区(10)与功率耦合部分(8)固定连接，驱动电极(11)的两端不与MEMS固支梁的锚区(10)相连接，副线(6)外侧设有两个电输入压焊块(18)，分别通过引线(17)与驱动电极(11)和副线ACPS的地线(16)相连接，其中，连接驱动电极(11)和电输入压焊块(18)的引线(17)隔开副线ACPS的地线(16)，耦合器中所有被隔开的地线通过空气桥(13)相连接；驱动电极(11)、所述引线(17)隔开地线(16)的部分、以及空气桥(13)下方非地线的部分被氮化硅介质层(12)覆盖。

3.根据权利要求2所述的微电子机械固支梁式定向微波功率耦合器，其特征是主线和副线CPW、主线和副线ACPS、MEMS固支梁(9)、MEMS固支梁锚区(10)、驱动电极(11)、空气桥(13)、引线(17)和电输入压焊块(18)的材料均为金。

4.根据权利要求1或2或3所述的微电子机械固支梁式定向微波功率耦合器，其特征是副线隔离端口(4)设有氮化钽材料构成的终端电阻(14)，终端电阻(14)上覆盖氮化硅介质层(12)。

5.权利要求1-4任一项所述的微电子机械固支梁式定向微波功率耦合器的制备方法，其特征是基于GaAs MMIC工艺，包括以下步骤：

1)准备衬底，选用半绝缘砷化镓衬底(19)作为基底，在衬底正面制备耦合器；

2)在衬底上涂覆光刻胶，并去除预备制作氮化钽终端电阻(14)的位置处的光刻胶；

3)在衬底上溅射氮化钽，其厚度为1μm；

4)将步骤2)中留下的光刻胶剥离去除，连带去除光刻胶上面的氮化钽；

5)在衬底正面涂覆光刻胶，再去除预备制作主线和副线CPW、主线和副线ACPS、MEMS固支梁的锚区(10)、驱动电极(11)、引线(17)以及电输入压焊块(18)地方的光刻胶；

6)在步骤5)处理后的砷化镓衬底上，通过蒸发方式生长一层金，其厚度为0.3μm；

7)将步骤5)中留下的光刻胶去除，连带去除了光刻胶上面的金，形成驱动电极(11)和引线(17)，并初步形成主线和副线CPW、主线和副线ACPS、MEMS固支梁的锚区(10)以及电输入压焊块(18)；

8)反刻氮化钽，形成与副线隔离端口(4)相连接的终端电阻(14)，其方块电阻为25Ω/□；

9)淀积氮化硅：在前面步骤处理得到的砷化镓衬底(19)上用等离子体增强型化学气相淀积法工艺PECVD生长厚的氮化硅介质层；

10)光刻并刻蚀氮化硅介质层，保留在驱动电极(11)、空气桥(13)下方的CPW信号线、引线(17)和终端电阻(14)上的氮化硅介质层；

11)淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层：在砷化镓衬底(19)上涂覆1.6μm厚的聚酰亚胺牺牲层，填满所有凹坑，其中，聚酰亚胺牺牲层的厚度决定了MEMS固支梁(9)与其下方驱动电极(11)上的氮化硅介质层(12)之间的距离，以及空气桥(13)的高度；光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留MEMS固支梁(9)和空气桥(13)下方的牺牲层；

12)通过蒸发方式生长用于电镀的底金：蒸发钛/金/钛，作为底金，其厚度为500/1500/

13)涂覆光刻胶，去除预备制作MEMS固支梁(9)、空气桥(13)、MEMS固支梁的锚区(10)、主线和副线CPW、主线和副线ACPS以及电输入压焊块(18)地方的光刻胶；

14)电镀一层金，其厚度为2μm；

15)去除在步骤13)中留下的光刻胶；

16)反刻钛/金/钛，腐蚀底金，形成MEMS固支梁(9)、空气桥(13)、以及完整的MEMS固支梁的锚区(10)、主线和副线CPW、主线和副线ACPS以及电输入压焊块(18)；

17)将该砷化镓衬底(19)背面减薄至100μm；

18)释放聚酰亚胺牺牲层：显影液浸泡，去除MEMS固支梁(9)和空气桥(13)下的聚酰亚胺牺牲层，去离子水浸泡，无水乙醇脱水，常温下挥发，晾干，得到微电子机械固支梁式定向微波功率耦合器。