[发明专利]基于微机械悬臂梁电容式功率传感器的锁相环及制备方法

权利要求书

1.基于微机械悬臂梁电容式功率传感器的锁相环，其特征在于：包括砷化镓衬底（1），设置在砷化镓衬底（1）上的地线、CPW信号线、功合器和MEMS悬臂梁电容式功率传感器，以及外接的电容三点式压控振荡器，在砷化镓衬底（1）上定义一条对称轴线；

所述地线包括上侧边地线（21）、下侧边地线（22）和一条公共地线（23），所述上侧边地线（21）和下侧边地线（22）分别设置在对称轴线的上侧和下侧，所述公共地线（23）位于称轴线上，所述上侧边地线（21）通过一个空气桥（10）与公共地线（23）连接，所述下侧边地线（22）通过一个空气桥（10）与公共地线（23）连接；

所述功合器包括对称位于对称轴线两侧的两条ACPS信号线（5）和隔离电阻（4），所述两条ACPS信号线（5）的输入端通过隔离电阻（4）隔离，所述两条ACPS信号线（5）的输入端作为功合器的输入端，所述两条ACPS信号线（5）的输出端相连后作为功合器的输出端；

所述CPW信号线包括第一CPW信号线（31）、第二CPW信号线（32）和第三CPW信号线（33），所述第一CPW信号线（31）和第二CPW信号线（32）对称位于对称轴线的两侧且不相连，所述第三CPW信号线（33）对称位于对称轴线上，所述第一CPW信号线（31）和第二CPW信号线（32）分别与功合器的两个输入端相连，分别作为参考信号和反馈信号的输入端，所述连接上侧边地线（21）和公共地线（23）的空气桥（10）横跨在第一CPW信号线（31）上，所述连接下侧边地线（22）和公共地线（23）的空气桥（10）横跨在第二CPW信号线（32）上，所述第三CPW信号线（33）与功合器的输出端相连，所述第三CPW信号线（33）的末端与上侧边地线（21）之间设有终端匹配电阻（6），所述第三CPW信号线（33）的末端与下侧边地线（22）之间也设有终端匹配电阻（6）；

所述MEMS悬臂梁电容式功率传感器的MEMS悬臂梁（12）横跨在第三CPW信号线（33）的上方，所述MEMS悬臂梁（12）的固定端固定在锚区（11）上，所述MEMS悬臂梁（12）的下方还设有传感电极（7），所述传感电极（7）与MEMS悬臂梁（12）组成的可变电容用以感应第三CPW信号线（33）传输而来的微波信号功率变化，所述传感电极（7）通过连接线（13）与压焊块（8）相连；

所述锚区（11）和压焊块（8）分别与外接的电容三点式压控振荡器的两个输入端相连，所述电容三点式压控振荡器输出信号接入到反馈信号的输入端。

2.根据权利要求1所述的基于微机械悬臂梁电容式功率传感器的锁相环，其特征在于：所述锚区（11）位于上侧边地线（21）/下侧边地线（22）的外侧，所述上侧边地线（21）/下侧边地线（22）、第三CPW信号线（33）和传感电极（7）位于MEMS悬臂梁（12）下方的表面上设置有氮化硅介质层（9）。

3.根据权利要求1所述的基于微机械悬臂梁电容式功率传感器的锁相环，其特征在于：所述压焊块（8）位于上侧边地线（21）/下侧边地线（22）的外侧，所述上侧边地线（21）/下侧边地线（22）上设有缺口，所述连接线（13）穿过缺口，所述缺口两端通过空气桥（10）连接，所述连接线（13）位于空气桥（10）下方的表面上设有氮化硅介质层（9）。

4.根据权利要求1所述的基于微机械悬臂梁电容式功率传感器的锁相环，其特征在于：所述第一CPW信号线和第二CPW信号线位于空气桥（10）下方的表面上设有氮化硅介质层（9）。

5.基于权利要求1所述的基于微机械悬臂梁电容式功率传感器的锁相环的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

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重掺杂，其方块电阻值为100Ω～130Ω；

2）光刻：去除将要保留氮化钽地方的光刻胶；

3）溅射氮化钽，其厚度为1μm；

4）剥离；

5）光刻：去除将要保留第一层金的地方的光刻胶；

6）蒸发第一层金，其厚度为0.3μm；

7）剥离，初步形成地线和CPW信号线、MEMS悬臂梁的锚区、传感电极、传感电极的压焊块以及连接线；

8）反刻氮化钽，形成功合器的隔离电阻和第三CPW信号线末端的终端匹配电阻，其电阻值为25Ω；

9）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；

10）光刻并刻蚀氮化硅介质层：保留MEMS悬臂梁下方第三CPW信号线和下侧边地线、传感电极、以及空气桥下方连接线上的氮化硅；

11）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；光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留MEMS悬臂梁和空气桥下方的牺牲层；

12）蒸发钛/金/钛，其厚度为蒸发用于电镀的底金；

13）光刻：去除要电镀地方的光刻胶；

14）电镀金，其厚度为2μm；

15）去除光刻胶：去除不需要电镀地方的光刻胶；

16）反刻钛/金/钛，腐蚀底金，形成地线和CPW信号线、MEMS悬臂梁、锚区、空气桥、传感电极的压焊块以及连接线；

17）将该砷化镓衬底背面减薄至100μm；

18）释放聚酰亚胺牺牲层：显影液浸泡，去除MEMS悬臂梁和空气桥下方的聚酰亚胺牺牲层，去离子水稍稍浸泡，无水乙醇脱水，常温下挥发，晾干；

19）外接电容三点式压控振荡器。