[发明专利]微电子机械导热介质填充终端式微波功率传感器及制备方法

说明书

技术领域

本发明提出了基于微电子机械系统（MEMS）技术的微波功率传感器，属于微电子机械系统的技术领域。

背景技术

微波功率是表征微波信号特征最重要的参数之一。微波功率的检测在信号源输出电平及振荡器输出功率的测量、微波发射机/接收机的输入/输出功率水平的监视、增益控制、电路保护、交通控制等都有十分广泛的应用。基于Seebeck效应即热电转换原理的微波功率传感器，具有快速响应、高灵敏度、宽频带等诸多优点而被广泛研究。随着MEMS技术的飞速发展，MEMS技术与硅（Si）工艺或砷化镓（GaAs）工艺相兼容加速了微波功率传感器小型化，集成化和低成本化。本发明即为基于热电原理，与GaAs MMIC工艺相兼容的微波功率传感器。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种微电子机械导热介质填充终端式微波功率传感器及制备方法，利用填充的导热绝缘介质高的热传导性，从而提高微波功率传感器的灵敏特性。

技术方案：本发明的微电子机械导热介质填充终端式微波功率传感器采用砷化镓为衬底，在衬底上设计有共面波导传输线、终端电阻、导热绝缘介质层、薄膜热电堆和压焊块：

该传感器以砷化镓为衬底，在衬底上设有共面波导传输线、氮化钽电阻、导热绝缘介质层、热电堆、压焊块，其中，共面波导传输线有3根且位于衬底上的一边，在两根共面波导传输线之间设有氮化钽电阻，导热绝缘介质层的一边位于氮化钽电阻旁，热电堆位于导热绝缘介质层的另一边，压焊块位于热电

堆的外侧并与热电堆连接，AlGaAs薄膜位于氮化钽电阻、导热绝缘介质层、热电堆的下方。

如图1所示，微波功率传感器通过共面波导线输入微波功率信号，终端电阻吸收微波功率并转化为热，然后通过导热绝缘介质层热传导至热电堆，热电堆基于Seebeck效应，产生直流电压。

导热绝缘介质采用绝缘且高热导率的氮化硼(BN)材料。导热介质因其高绝缘性对共面波导线和热电堆的影响微小。

微电子机械导热介质填充终端式微波功率传感器的制备方法为：

本发明微电子机械导热介质填充终端式微波功率传感器的制备方法为：

1）衬底：选用未掺杂GaAs衬底厚度为500μm；

2）热电堆：在GaAs衬底上外延生长一层AlGaAs薄膜作为自停止腐蚀层，在AlGaAs薄膜上外延生长一层n+ GaAs厚2500?薄膜作为热电偶其中一臂，采用剥离技术，溅射一层AuGeNi/Au厚500/2200?薄膜作为热电偶另一臂，其中AuGeNi用来与GaAs形成欧姆接触；

3）氮化钽电阻：在衬底表面淀积一层TaN薄膜，然后通过掩膜，曝光，剥离技术留下图形区域的TaN电阻薄膜，电阻为25Ω/□；

4）导热绝缘介质层：在氮化钽电阻与热电堆热端间，通过剥离技术淀积一层导热绝缘介质层；

5）共面波导传输线：在GaAs衬底上溅射一层500/1500/300? Ti/Au/Ti的籽晶，用于加强Au和衬底的粘附性；然后去除Ti层，电镀一层Au厚2μm薄膜作为CPW传输线；

6）背面减薄：衬底减薄刻蚀至AlGaAs自停止层。

有益效果：与现有的微波功率传感器相比，这种新型的基于MEMS的技术的微波功率传感器具有以下显著的优点：

1、导热绝缘介质层，使得热电堆中每一个热电偶受热相对较为均匀，且可以增大热电偶组数；

2、相对于现有的空气和GaAs衬底热传导，导热绝缘介质层高的热导率，促进热流迅速传导，有利于降低热损耗，提高灵敏度和响应时间。

此结构基于MEMS技术，体积小、重量轻、功耗低，且与单片微波集成电路（MMIC）工艺相兼容，便于集成。这一系列优点是传统的微波功率传感器无法比拟的，因此它具有很好的研究和应用价值。

附图说明

图1是微波功率传感器俯视图。

图2是微波功率传感器截面图。

图中包括：共面波导传输线1，氮化钽（TaN）电阻2，导热绝缘介质层(BN)3，

热电堆4，压焊块5，砷化镓(GaAs)衬底6，铝镓砷(AlGaAs)薄膜7。

具体实施方式

本发明的微电子机械微波功率传感器是一种导热介质填充终端式功率传感器。具体实施方案如下：

采用砷化镓为衬底，在GaAs衬底6上设计有共面波导传输线1，氮化钽（TaN）电阻2，导热绝缘介质层(BN)3，热电堆4，压焊块5。