[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

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统MEMS的技术领域，涉及微波功率耦合器，具体为一种微电子机械固支梁式定向微波功率耦合器及其制备方法。

背景技术

微波功率耦合器是用于微波功率定向分配或功率组合的无源器件，通常使用定向耦合器对微波功率进行耦合。定向微波功率耦合器是一种具有方向性的四端口功率耦合器件，包含主传输线(主线)和副传输线(副线)两部分，主副线之间通过耦合机构，如缝隙、孔和耦合线段等，把主线功率的一部分耦合到副线中去。

传统的定向微波功率耦合器是由波导、同轴线和微带线等构成的，它们具有低的损耗、高的隔离度和良好的方向性等优点，然而其最大的缺点是，主线传输微波信号无论副线要不要求分配微波功率，总是会有一定的微波功率被耦合到副线中去，造成了不必要的功率损耗。随着微波集成电路的发展，现代个人通信系统和雷达系统不仅要求微波功率耦合器在功率耦合过程时具有传统定向微波功率耦合器的优点，如低的损耗、高的隔离度和良好的方向性，而且要求微波功率耦合器能够实现耦合与不耦合两种工作状态，减小不必要的功率损耗。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定向微波功率耦合器成为可能。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有定向微波功率耦合器的耦合状态不受控制，无论是否需要进行耦合，总是会有一定的微波功率从主线被耦合到副线中去，造成不必要的功率损耗。

本发明的技术方案为：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，包括主线和副线，四端口为主线输入端口、主线输出端口、副线耦合输出端口和副线隔离端口，以砷化镓衬底为基底，在基底上设置主线和副线，副线与主线耦合的部分设有MEMS固支梁，MEMS固支梁作为副线的一段耦合线段，并位于副线中部；MEMS固支梁下方设有驱动电极，对应驱动电极在副线外侧设有压焊块，通过引线与驱动电极连接。

主线包括由共面波导CPW构成主线输入端口、主线输出端口，和由不对称共面带线ACPS构成功率传输部分；副线包括由CPW构成副线耦合输出端口、副线隔离端口，和由ACPS构成功率耦合部分；CPW由一个信号线和两个地线组成，ACPS由一个信号线和一个地线组成，CPW和ACPS的信号线组合构成主线信号线、副线信号线；MEMS固支梁通过MEMS固支梁锚区与副线的功率耦合部分固定连接，驱动电极的两端不与MEMS固支梁的锚区相连接，副线外侧设有两个电输入压焊块，分别通过引线与驱动电极和副线ACPS的地线相连接，其中，连接驱动电极和电输入压焊块的引线隔开副线ACPS的地线，耦合器中所有被隔开的地线通过空气桥相连接；驱动电极、所述引线的隔开地线的部分、以及空气桥下方非地线的部分被氮化硅介质层覆盖。

主线和副线CPW、主线和副线ACPS、MEMS固支梁、MEMS固支梁锚区、驱动电极、空气桥、引线和电输入压焊块的材料均为金。

本发明耦合器隔离端口设有氮化钽材料构成的终端电阻，终端电阻上覆盖氮化硅介质层。

上述微电子机械固支梁式定向微波功率耦合器的制备方法，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、驱动电极、引线以及电输入压焊块地方的光刻胶；

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，形成驱动电极和引线，并初步形成主线和副线CPW、主线和副线ACPS、MEMS固支梁的锚区以及电输入压焊块；

8)反刻氮化钽，形成与副线隔离端口相连接的终端电阻，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、空气桥下方的CPW信号线、引线和终端电阻上的氮化硅介质层；