[发明专利]基于微机械直接热电式功率传感器的相位检测器及制法

权利要求书

1.基于微机械直接热电式功率传感器的相位检测器，其特征在于：包括衬底（1）、设置在衬底（1）上的地线（2）、MEMS功合器、共面波导传输线（3）、两组MEMS固支梁结构和MEMS直接热电式微波功率传感器、以及外接的压控振荡器和频率计，在衬底（1）上定义一条对称轴线；

所述地线（2）形成沿对称轴线对称的结构，包括对称位于对称轴线两侧且不相接触的两段侧边地线、以及对称位于对称轴线上的一段公共地线；

所述MEMS功合器形成沿对称轴线对称的结构，包括对称位于对称轴线两侧的两段不对称共面带线（4）和隔离电阻（5），所述两段不对称共面带线（4）的输入端通过隔离电阻（5）隔离、输出端相连接；

所述共面波导传输线（3）形成沿对称轴线对称的结构，包括位于对称轴线两侧且不相连接的两段输入共面波导传输线、以及对称位于对称轴线上的一段输出共面波导传输线；所述两段输入共面波导传输线分别与两段不对称共面带线（4）的输入端相连接，分别作为第一信号输入端口和第二信号输入端口；所述两段不对称共面带线（4）的输出端相连接后接入输出共面波导传输线，作为信号输出端口；

所述两组MEMS固支梁结构分别设置在对称轴线的两侧且相对对称轴线对称，所述MEMS固支梁结构包括MEMS固支梁（10）和锚区（11），所述MEMS固支梁（10）跨接在位于同一侧的输入共面波导传输线的上方、两端分别通过锚区（11）固定在位于同一侧的侧边地线和公共地线上；所述MEMS固支梁（10）和位于其下方的输入共面波导传输线构成补偿电容；

所述MEMS直接热电式微波功率传感器包括两组氮化钽电阻（7）、半导体热电偶臂（6）和直流输出块（8），所述信号输出端口分成两路分别通过一组氮化钽电阻（7）和半导体热电偶臂（6）与两段侧边地线相连接，其中一段侧边地线通过一个直流输出块（8）接入压控振荡器，另一段侧边地线通过另一个直流输出块（8）接地；所述两组氮化钽电阻（7）和半导体热电偶臂（6）形成串联结构；

所述压控振荡器的输出信号接入频率计。

2.根据权利要求1所述的基于微机械直接热电式功率传感器的相位检测器，其特征在于：所述输入共面波导传输线上位于MEMS固支梁（10）下方的部分表面覆盖有氮化硅介质层（9）。

3.根据权利要求1所述的基于微机械直接热电式功率传感器的相位检测器，其特征在于：其中一个直流输出块（8）和侧边地线之间的连接线的两层金属之间有氮化硅介质层（9）。

4.根据权利要求1所述的基于微机械直接热电式功率传感器的相位检测器，其特征在于：所述MEMS直接热电式微波功率传感器基于Seebeck原理对MEMS功合器输出的合成微波信号的功率进行检测，并在直流输出块（8）上以直流电压的形式输出测量结果。

5.一种基于微机械直接热电式功率传感器的相位检测器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）准备砷化镓衬底：选用外延的半绝缘砷化镓衬底，其中外延N^＋砷化镓的掺杂浓度为10¹⁸cm^-3，其方块电阻值为100～130Ω/□；

（2）光刻并隔离外延N^＋砷化镓，形成热电堆的半导体热偶臂的图形；

（3）反刻N^＋砷化镓，形成掺杂浓度为10¹⁷cm^-3的热电堆的半导体热偶臂；

（4）光刻：去除将要保留氮化钽地方的光刻胶；

（5）溅射氮化钽，厚度为1μm；

（6）剥离；

（7）光刻：去除将要保留第一层金的地方的光刻胶；

（8）蒸发第一层金，厚度为0.3μm；

（9）剥离，形成共面波导传输线和地线，MEMS固支梁的锚区；

（10）反刻氮化钽，形成氮化钽电阻和隔离电阻，其方块电阻为25Ω/□；

（11）淀积氮化硅：用等离子体增强型化学气相淀积法工艺生长厚的氮化硅介质层；

（12）光刻并刻蚀氮化硅介质层：保留在MEMS固支梁下方共面波导传输线上的氮化硅介质层，以及隔离MEMS直接热电式功率传感器输出端和地线连接处的氮化硅介质层；

（13）淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层：在砷化镓衬底上涂覆1.6μm厚的聚酰亚胺牺牲层，要求填满凹坑，通过聚酰亚胺牺牲层的厚度决定MEMS固支梁与其下方氮化硅介质层之间的距离；光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留MEMS固支梁下方的牺牲层；

（14）蒸发钛/金/钛，厚度为蒸发用于电镀的底金；

（15）光刻：去除要电镀地方的光刻胶；

（16）电镀金，厚度为2μm；

（17）去除光刻胶：去除不需要电镀地方的光刻胶；

（18）反刻钛/金/钛，腐蚀底金，形成共面波导传输线、地线、MEMS固支梁、直流输出块；

（19）将该砷化镓衬底背面减薄至100μm；

（20）释放聚酰亚胺牺牲层：显影液浸泡，去除MEMS固支梁下的聚酰亚胺牺牲层，去离子水稍稍浸泡，无水乙醇脱水，常温下挥发，晾干；

（21）外接压控振荡器和频率计。