[发明专利]微电子机械悬臂梁开关式微波功率耦合器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明提出了微电子机械悬臂梁开关式微波功率耦合器及其制备方法，属于微电子机械系统(MEMS)的技术领域。 

背景技术

兰格耦合器是用于微波功率分配或功率组合的无源器件，与基于耦合线的定向耦合器相比，具有更高的耦合因数。兰格耦合器是一种具有方向性的四端口功率耦合器件，它具有输入端口、直通输出端口、耦合输出端口以及隔离端口。传统的兰格耦合器采用多个并联平行的传输线，达到充分利用边缘杂散场，实现更加紧的电磁耦合。然而对于这样的器件，一旦制造完成，其主要性能参数将不会改变。随着微波集成电路相关技术的提高，现代电子通讯系统朝着芯片面积越来越小，功能越来越多的方向发展，这就不仅要求耦合器具有高的隔离度、好的方向性和低的损耗，而且需要其实现不同工作模式。近年来，随着MEMS技术的快速发展，并对MEMS悬臂梁结构进行了深入的研究，使基于MEMS技术实现上述功能的悬臂梁开关式微波功率耦合器成为可能。 

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于MEMS技术的悬臂梁开关式微波功率耦合器及其制备方法，通过设计不同长度的主副微带线和其之间的距离，可根据要求设计微波功率耦合器的耦合度；通过控制MEMS悬臂梁的驱动电压，使该微波功率耦合器实现紧耦合和松耦合两种状态。 

技术方案：本发明的微电子机械悬臂梁开关式微波功率耦合器以带背金的砷化稼为衬底，在衬底上设有微带信号线（Microstrip）、MEMS悬臂梁结构、空气桥和终端隔离电阻： 

在砷化镓衬底背面有一层金属，其用于实现微带线结构的共地面，采用金材料构成。

微带信号线用于传输微波信号，生长在砷化镓衬底上，是构成耦合器的主要结构，微波信号通过平行微带信号线之间的边缘形成耦合。耦合器的四个端口均由微带信号线构成，其包括输入端口、直通输出端口、耦合输出端口以及隔离端口。所述的输入端口和直通输出端口位于主微带信号线上，而所述的耦合输出端口和隔离端口位于副微带信号线上。通过设计平行微带信号线的长度、宽度以及平行微带线间的距离，可以根据要求设计该耦合器在松耦合工作状态下的耦合度；微带线结构是由在砷化镓衬底背面作为公共地的金属和在衬底上微带信号线组成，其中微带信号线采用金材料构成。 

该微波功率耦合器包含两个相同的可动的MEMS悬臂梁结构，其属于串联直接接触式MEMS开关的范畴。悬臂梁的锚区与主微带信号线相连接；悬臂梁下方具有驱动电极，在驱动电极上覆盖氮化硅介质层，驱动电极由引线与压焊块相连接；在悬臂梁自由端下方具有带凸点的过渡微带信号线，且其凸点上没有氮化硅介质层。通过控制悬臂梁下方的驱动电极有无驱动电压来控制该悬臂梁是否处于DOWN或UP状态，从而实现该微波功率耦合器的紧耦合或松耦合工作状态。MEMS悬臂梁、驱动电极、引线和压焊块均采用金材料构成。 

终端电阻被连接到该微波功率耦合器的隔离端口，完全吸收当微波功率耦合器因输入端失配而从主微带信号线耦合到副微带信号线上隔离端口处的微波功率；当该耦合器的输入端匹配时，在任何频率处耦合到副微带信号线隔离端上的微波功率为零，即该耦合器完全隔离，这时被副微带信号线耦合出的一定比例微波功率完全由副线的耦合输出端输出。终端隔离电阻采用氮化钽材料构成。 

空气桥用于跨接被孤立的耦合微带线和过渡微带信号线，其空气桥和耦合微带线均采用金材料构成。 

在机械结构上，微带信号线、MEMS悬臂梁、MEMS悬臂梁的锚区、驱动电极、空气桥、被孤立的耦合微带线、引线以及压焊块制作在同一块砷化镓衬底上。