[发明专利]一种微波功率传感器及微波功率测量方法

说明书

本发明公开了一种微波功率传感器，其包括：衬底、设置在衬底上的共面波导单元与设置在共面波导结构一侧的测量单元，共面波导单元包括共面波导结构与吸收电阻，共面波导结构接收微波信号并传输到吸收电阻，微波信号在吸收电阻上产生损耗导致吸收电阻的温度升高，测量单元包括石墨烯薄膜与驱动电极，石墨烯薄膜感应吸收电阻的温度升高并使石墨烯薄膜的电阻值减小，改变施加于驱动电极上的调控电压使石墨烯薄膜的电阻值回复到初始值以实现微波信号的微波功率测量。上述基于电压调控石墨烯薄膜的微功率传感器具有结构简单、灵敏度高、测量范围大、测量精度高、体积小、与Si或GaAs工艺兼容、低成本等优点，满足集成电路对器件的要求，提高了适用性。

技术领域

本发明涉及微电子器件技术领域，特别涉及一种利用吸收电阻上损耗的微波功率引起温度升高导致石墨烯薄膜的电阻发生变化，通过改变驱动电极上施加的调控电压来补偿石墨烯薄膜电阻的变化，从而测得共面波导上传输的微波功率的微波功率传感器及微波功率测量方法。

背景技术

在微波技术研究中，微波功率是表征微波信号特征的一个重要参数。在微波无线应用和测量技术中，微波功率的探测是一个非常重要的部分。传统的测量微波功率的技术是基于热敏电阻、热偶或二极管实现，这些均为终端器件，微波信号将会在功率测量中被完全消耗掉。

近年来，国外提出了两类基于MEMS技术的终端式微波功率传感器结构：一种是利用匹配电阻将共面波导信号线上的微波信号损耗发热导致局部温度升高，通过放置在匹配电阻附近的热电堆感应温度变化将其转化为热电势输出实现微波功率测量，另一种是将一个热电偶同时设计成匹配电阻放置在共面波导线终端，匹配电阻吸收共面波导信号线上的微波信号损耗发热导致局部温度升高，同时作为匹配电阻的热电偶感应这种温度变化将其转化为热电势输出实现微波功率测量。上述两种类型的终端式微波功率传感器在一定程度上能够满足微波功率的测量。

然而，随着微电子器件在各领域的广泛应用，人们对微波功率传感器的灵敏度与测量精度提出了更高的要求，上述两种类型的终端式微波功率传感器受结构或材料影响无法进一步提升灵敏度与测量精度，在一定程度上限制了功率传感器的应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种微波功率传感器及微波功率测量方法，采用电压调控石墨烯电阻变化的原理，利用吸收电阻上损耗的微波功率引起温度升高导致石墨烯薄膜的电阻发生变化，通过改变驱动电极上施加的调控电压来补偿石墨烯薄膜电阻的变化，从而测得共面波导上传输的微波功率，有效提高了灵敏度和测量精度，进而提高了微波功率传感器的适用性。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种微波功率传感器，该传感器包括：衬底、设置在衬底上的共面波导单元与设置在共面波导结构一侧的测量单元，共面波导单元包括共面波导结构与吸收电阻，共面波导结构接收微波信号并传输到吸收电阻，微波信号在吸收电阻上产生损耗导致吸收电阻的温度升高，测量单元包括石墨烯薄膜与驱动电极，石墨烯薄膜感应吸收电阻的温度升高并使石墨烯薄膜的电阻值减小，改变施加于驱动电极上的调控电压使石墨烯薄膜的电阻值回复到初始值以实现微波信号的微波功率测量。

进一步的，共面波导结构包括设置在衬底上的共面波导信号线与相对于共面波导信号线对称设置的第一共面波导地线与第二共面波导地线。

进一步的，吸收电阻包括设置于共面波导信号线和第一共面波导地线之间的第一吸收电阻，以及设置于共面波导信号线和第二共面波导地线之间的第二吸收电阻。

进一步的，第一吸收电阻与第二吸收电阻相对于共面波导信号线对称设置。

进一步的，测量单元还包括设置于石墨烯薄膜与驱动电极之间的介质层。

进一步的，介质层的材质为SiO2或Si₃N₄，厚度为200nm-500nm。

进一步的，测量单元还包括相对于石墨烯薄膜对称设置的第一金属块与第二金属块。