[发明专利]三通道微机械悬臂梁间接式微波功率传感器及制备方法

说明书

技术领域

本发明提出了三通道微机械悬臂梁间接式微波功率传感器及制备方法，属于微电子机械系统（MEMS）的技术领域。

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。在微波信号的产生、传输及接收等各个环节的研究中，微波功率的测量是必不可少的，它已成为电磁测量的重要组成部分。近年来，随着MEMS技术的快速发展，国外提出了基于热电偶的终端式微波功率传感器，其工作原理为利用终端匹配电阻吸收输入待测的微波功率而产生热，并通过放置终端匹配电阻附近的热电堆探测该匹配电阻附近的温差，并将之转化为热电势输出，实现微波功率的测量。它具有结构简单、体积小、性能较优良，且与硅或砷化镓微机械加工工艺兼容等优点。本发明即为基于此工作原理的微波功率传感器。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于MEMS技术的三通道悬臂梁间接式微波功率传感器及制备方法，通过把三个主线共面波导（CPW）相互之间呈120o的角放置，在每个主线CPW的输出端连接两个终端匹配电阻，每个终端匹配电阻附近有一个热电偶，将这三对热电偶相互之间也同样呈120o的角放置并串联连接形成热电堆，从而实现三通道微波功率的测量；同时在每个主线CPW信号线上横跨一个MEMS悬臂梁，其悬臂梁下方有绝缘介质层，MEMS悬臂梁的一端未被固定而另一端通过固定在锚区上与副线CPW信号线相连接，在这副线CPW另一端也连接两个终端匹配电阻，在这两个终端匹配电阻附近有一个热电堆，从而能够检测其中哪些通道输入了微波功率及其微波功率大小的比例。

技术方案：本发明的三通道微机械悬臂梁间接式微波功率传感器，包括砷化镓（GaAs）衬底、CPW、三个MEMS悬臂梁结构、绝缘介质层、热电堆、终端匹配电阻、一个金属散热片、空气桥以及MEMS衬底膜结构：所述CPW包括主线CPW和副线CPW；所述MEMS悬臂梁结构包括MEMS悬臂梁和锚区；所述热电堆包括一个由六个热电偶构成三对热电偶而组成的热电堆、六个位于副线CPW连接的终端匹配电阻附近的热电堆、输出压焊块和连接线。

所述CPW用于实现微波信号的传输，以及测试仪器、MEMS悬臂梁结构和终端匹配电阻的电路连接。CPW是由CPW的信号线和地线组成。

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。

所述三个MEMS悬臂梁分别横跨在对称放置的三个主线CPW信号线上，这三个MEMS悬臂梁相互之间呈120o的角，MEMS悬臂梁的一端未被固定而另一端固定在锚区上，所述锚区通过副线CPW信号线与两个终端匹配电阻相连接，所述MEMS悬臂梁下方设有绝缘介质层。被副线CPW信号线隔开的CPW地线通过空气桥连接，其空气桥下方的副线CPW信号线被聚酰亚胺绝缘介质层覆盖。

所述终端匹配电阻被连接到主副线CPW的输出端，完全吸收由主副线CPW输入端传输的微波功率，并转换为热量。

所述热电堆是由热电偶串联连接而组成的，每个热电偶靠近终端匹配电阻，但不与该终端匹配电阻连接；热电堆靠近终端电阻的一端吸收到这种热量，并引起这端温度的升高，即为热电堆的热端，然而热电堆的另一端的温度被作为环境温度，即为热电堆的冷端，由于热电堆热冷两端温度的不同，根据Seebeck效应，在热电堆的输出压焊块上产生热电势的输出。

所述金属散热片被由六个热电偶构成三对热电偶而组成的热电堆的冷端环绕，用于维持该热电堆的冷端温度为环境温度，从而提高该热电堆热冷两端的温差。

所述连接线用于热电偶之间以及热电堆与输出压焊块之间的连接。

所述MEMS衬底膜结构位于终端匹配电阻和热电堆的热端下方，在其下方的GaAs衬底通过MEMS背面刻蚀技术去掉一部分，形成MEMS衬底膜结构，提高了热量由终端电阻向热电堆热端的传输效率从而提高热电堆热冷两端的温差。