[发明专利]一种微电子机械双通道微波功率检测系统及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械系统技术领域，特别涉及一种基于固支梁结构双通道微波功率检测系统及其制备方法。

背景技术

在微电子机械系统（MEMS）的微波研究中，微波功率是表征微波信号的一个重要参数。在微波信号的产生、传输及接收各个环节的研究中，微波功率的检测是必不可少的。最常见的微波功率检测器是基于热电转换原理的微波功率传感器，它把微波信号通过负载电阻转化成热，然后再利用热电堆的Seebeck效应把此热转换成与待测微波功率成正比的直流电压输出。但是，传统微波功率传感器的缺点在于测量的信号幅度比较小，测量幅度较大的信号需要外置的耦合器或者衰减器。而本发明能够很好地解决上面的问题。

发明内容

本发明目的在于提供了一种微电子机械双通道微波功率检测系统，该系统可对微波信号的功率进行测量，测量信号的幅度范围大、不需要消耗直流功率，而且便于集成。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：本发明的微电子机械双通道微波功率检测系统是由砷化镓为衬底，在衬底上设有共面波导传输线、MEMS固支梁电容式微波功率传感器和热电式MEMS微波功率传感器组成。当待测微波功率较小时，MEMS固支梁无法下拉，通过共面波导传输线连接到热电式MEMS微波功率传感器，待测微波功率由热电式MEMS微波功率传感器检测；当待测微波功率较大时，MEMS固支梁下拉，通过共面波导传输线连接到MEMS固支梁电容式微波功率传感器，待测微波功率由MEMS固支梁电容式微波功率传感器检测。本发明的共面波导传输线是由中心信号线和地线组成。

本发明所述的MEMS固支梁电容式微波功率传感器，在砷化镓衬底上的中间设有CPW的信号线1，在CPW的信号线1的两旁分别设有CPW的地线2，固支梁4下面设有传感电极3，传感电极3通过膜桥连接线5连接到电容检测端口的一个端6，CPW地线2连接电容检测端口的另一个端7，在膜桥下方的连接线5与固支梁4下方的CPW信号线1、传感电极5上都设有氮化硅介质层8。

本发明所述的热电式MEMS微波功率传感器是由共面波导末端并联的两个电阻9，热电堆10，热电堆输出端口11和增加冷端温度稳定性的金属块12组成。

本发明的MEMS固支梁电容式微波功率传感器以砷化镓为衬底，在衬底上的中间设有CPW的信号线，在CPW的信号线的两旁分别设有CPW的地线，固支梁下方的传感电极。在CPW的地线由膜桥连接，传感电极通过膜桥下方的连接线连接到电容检测端口的一个端，CPW的地线连接电容检测端口的另一个端，在膜桥下方的连接线与固支梁下方的CPW的信号线、传感电极上都设有氮化硅介质层；

本发明的热电式MEMS微波功率传感器是由共面波导末端并联的两个电阻、热电堆、输出电压检测端口和稳定热电堆冷端温度的金属块组成。

本发明还提供了一种微电子机械微波功率检测系统的制备方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：准备砷化镓衬底：选用的是未掺杂的砷化镓衬底；

步骤2：在衬底上离子注入N⁺型的GaAs，形成热偶的GaAs臂；

步骤3：在衬底上淀积、刻蚀氮化钽，形成共面波导末端的并联电阻，即氮化钽电阻；

步骤4：在衬底上溅射金，剥离去除光刻胶：形成热偶的金臂、共面波导传输线、传感电极，溅射的厚度为0.3μm；

步骤5：淀积氮化硅介质层：用等离子体增强化学气相淀积法工艺生长的氮化硅介质层；

步骤6：光刻并刻蚀氮化硅介质层；保留固支梁下方CPW的中心信号线、膜桥下方的连接线和传感电极上的氮化硅；

步骤7：淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层：淀积1.6μm厚的聚酰亚胺牺牲层，聚酰亚胺牺牲层的厚度决定了固支梁膜桥与氮化硅介质层之间的高度，光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留固支梁膜桥下的牺牲层；

步骤8：溅射钛/金/钛：溅射用于电镀共面波导传输线和固支梁膜桥的底金，钛/金/钛的厚度为

步骤9：电镀金：电镀共面波导传输线和固支梁膜桥，厚度为2μm；

步骤10：去除光刻胶、释放牺牲层：用显影液释放固支梁结构下方的聚酰亚胺牺牲层，并用无水乙醇脱水，形成悬浮的固支梁膜桥。

有益效果：

1、动态范围大：MEMS固支梁电容式微波功率传感器适用于检测大功率信号，热电式MEMS微波功率传感器适用于检测小功率信号；

2、可靠性能高：当微波信号功率很大时，MEMS固支梁电容式微波功率传感器类似于一个并联电容，它会耦合出绝大部分微波功率，可以起到保护热电式MEMS微波功率传感器不被烧毁的作用；