[发明专利]呈120°角三通道微电子机械微波功率传感器及制备方法

说明书

技术领域

本发明提出了呈120o角三通道微电子机械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，微波功率的测量在无线技术应用中具有重要的地位。近年来，随着MEMS技术的快速发展，基于热电偶的微波功率传感器是被广泛应用的器件之一。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。它具有低的损耗、高的灵敏度和好的线性度的优点，然而其最大的不足是一个微波功率传感器只能测量单一通道的输入微波功率，当测量多通道的微波功率时需要额外的电路或多个微波功率传感器实现。随着微电子技术的发展，现代个人通信系统和雷达系统要求一个微波功率传感器能够实现片上三通道输入微波功率的测量而且具有较小的芯片面积。现如今对MEMS技术的深入研究，使基于MEMS技术实现上述功能的呈120o角三通道微波功率传感器成为可能。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于MEMS技术的呈120o角三通道微波功率传感器及制备方法，通过对称放置三个共面波导（CPW），它们相互之间呈120o的角，在每个共面波导的输出端并联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，将这三对热电偶也成对称放置并串联连接形成热电堆，这三对热电偶相互之间也同样呈120o的角，从而实现三通道微波功率的测量；它大大减小了芯片面积，提高了集成度。

技术方案：本发明的呈120o角三通道微电子机械微波功率传感器以砷化镓（GaAs）为衬底，在衬底上设有三个CPW、六个终端匹配电阻、一个由六个热电偶构成三对热电偶而组成的热电堆、两个输出压焊块、一个金属散热片以及连接线，在衬底下形成一个MEMS衬底膜结构：

CPW用于实现微波信号的传输，以及测试仪器和终端匹配电阻的电路连接。每个CPW由一条CPW的信号线和两条地线组成。

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

热电堆是由六个热电偶构成三对热电偶而组成的，每个热电偶靠近一个终端匹配电阻，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。

金属散热片被热电堆的冷端环绕，用于维持热电堆的冷端温度为环境温度，从而提高热电堆热冷两端的温差。

连接线用于热电偶之间的互相连接以及热电堆与输出压焊块之间的连接。

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。

在机械结构上，CPW、终端匹配电阻、热电堆、输出压焊块、金属散热片以及连接线制作在同一块GaAs衬底上。

本发明的呈120o角三通道微电子机械微波功率传感器通过对称放置三个CPW，它们相互之间呈120o的角，在每个共面波导的输出端并联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，将这三对热电偶也成对称放置并串联连接形成热电堆，这三对热电偶相互之间也同样呈120o的角，从而实现三通道微波功率的测量。当一个待测的微波信号通过任意一个CPW输入端引入时，在该CPW输出端并联的两个终端匹配电阻吸收这个微波功率而产生热量，使终端电阻周围的温度升高，放置在该终端电阻附近的两个热电偶测量其温度差，基于Seebeck效应，在热电堆的输出压焊块上产生热电势的输出，从而实现单输入微波功率的测量；当两个待测的微波信号通过任意两个CPW输入端引入时，在这两个CPW输出端并联的终端匹配电阻分别吸收这两个微波功率而产生热量，使终端电阻周围的温度升高，放置在该终端电阻附近的热电偶分别测量其温度差，基于Seebeck效应，在输出压焊块上产生热电势的输出，从而实现双输入微波功率的测量；当三个待测的微波信号通过三个CPW输入端引入时，在CPW输出端并联的终端匹配电阻分别吸收这三个微波功率而产生热量，使终端电阻周围的温度升高，放置在该终端电阻附近的热电偶分别测量其温度差，基于Seebeck效应，在输出压焊块上产生热电势的输出，从而实现三输入微波功率的测量。