微机械高精度悬臂梁式微波功率检测系统及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微电子机械系统技术领域，特别涉及一种微机械高精度悬臂梁式微波 功率检测系统及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 在微电子机械系统（简称：MEMS)的微波研宄中，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宄中，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。在线式微波功率检测系统是通过耦合电容耦合出10%的功率提供给热 电式微波功率传感器进行检测的。但是制作后的耦合电容易弯曲导致在线式微波功率检测 系统没有很高的精度，另外在线式微波功率检测系统灵敏度也不高，而本发明能够很好地 解决上面的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明目的在于提供了一种微机械高精度悬臂梁式微波功率检测系统，本发明可 对微波信号的功率进行高精度的测量，而且跟传统的在线式微波功率检测系统相比，大大 的提高了其灵敏度。
[0004] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：本发明提供了一种微机械高精度悬 臂梁式微波功率检测系统，该系统是由砷化镓为衬底，在衬底上设有中心信号传输线、悬臂 梁耦合器、校正电极以及热电式微波功率传感器组成。当微波信号在中心信号传输线上从 A端口向B端口传输时，悬臂梁耦合器在传输线上耦合出10%的微波信号，该信号通过共面 波导传输线传输至后端的热电式微波功率传感器，待测功率由后端的热电式微波功率传感 器检测。当前端悬臂梁耦合微波信号时，由于本发明制作后的悬臂梁易弯曲，那么就可以通 过调节校正电极来使得悬臂梁恢复平整。
[0005] 本发明所述系统的悬臂梁耦合器是在中心信号传输线1上设有悬臂梁4,当微波 信号从中心信号传输线端口 A向端口 B传输时，悬臂梁4会耦合出10%的微波信号。
[0006] 本发明所述系统的校正电极，当制作后的悬臂梁4弯曲，当悬臂梁4处于上翘状态 时，就在压焊块5上加正电压，反之，当悬臂梁4处于下拉状态时，在压焊块5上加负电压， 最终使得悬臂梁4恢复平整，从而提高了微波功率的检测精准度。
[0007] 本发明所述系统的热电式微波功率传感器是由共面波导传输线2、两对并联电阻 9、热电堆8、输出电压端口 10和稳定热电堆冷端温度的金属块11组成。
[0008] 本发明所述系统的悬臂梁耦合器是在中心信号传输线上设有悬臂梁，当微波信号 从中心信号传输线端口 A向端口 B传输时，悬臂梁会耦合出10%的微波信号。
[0009] 本发明所述系统的校正电极，当制作后的悬臂梁弯曲，当悬臂梁处于上翘状态时， 就在压焊块上加正电压，反之，当悬臂梁处于下拉状态时，在压焊块上加负电压，最终使得 悬臂梁恢复平整，从而提高了微波功率测量的精确度。
[0010] 本发明所述系统的热电式微波功率传感器是由共面波导传输线末端的两对并联 电阻、热电堆、输出电压端口和稳定热电堆冷端温度的金属块组成。
[0011] 本发明还提供了一种微机械高精度悬臂梁式微波功率检测系统的制备方法，该方 法包括如下步骤：
[0012] 步骤1 :准备砷化镓衬底：选用的是未掺杂的砷化镓衬底；
[0013] 步骤2 :在衬底上离子注入N+型的GaAs，形成热偶的GaAs臂；
[0014] 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；
[0015] 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、校 正电极，溅射的厚度为〇. 3 μL? ;
[0016] 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方法生长 1000Α的氮化硅介质层；
[0017] 步骤6 :光刻并刻蚀氮化硅介质层；保留悬臂梁下方CPW的中心信号线、耦合器下 方的连接线和校正电极上的氮化硅；
[0018] 步骤7 :淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层：淀积1. 6 μ m厚的聚酰亚胺牺牲层，聚酰亚胺 牺牲层的厚度决定了悬臂梁耦合器与氮化硅介质层之间的高度，光刻聚酰亚胺牺牲层，仅 保留悬臂梁耦合器下的牺牲层；
[0019] 步骤8 :溅射钛/金/钛：溅射用于电镀共面波导传输线和悬臂梁耦合器的底金， 钛/金/钛的厚度为500/] 500/300A;
[0020] 步骤9 :电镀金：电镀共面波导传输线和悬臂梁耦合器，厚度为2 μ m ;
[0021] 步骤10 :去除光刻胶、释放牺牲层：用显影液释放悬臂梁结构下方的聚酰亚胺牺 牲层，并用无水乙醇脱水，形成悬臂梁耦合器。
[0022] 有益效果：
[0023] 1、本发明精度高：在悬臂梁耦合器中，制作的悬臂梁易弯曲，如果不加以调节，那 么耦合出微波信号传输至后端热电式微波功率传感器时，会产生很大的误差，此时，本发明 校正电极的设计可以减小测量误差。当悬臂梁处于上翘状态时，那么在压焊块上加上正电 压，当悬臂梁处于下拉状态时，在压焊块上加上负电压，这样就使得悬臂梁在耦合微波信号 时处于平整状态，从而提高了检测精度。
[0024] 2、本发明灵敏度高：本发明所设计的热电式微波功率检测系统与传统的结构相 比，增加了一组热电堆，从而提高了灵敏度。
[0025] 3、本发明是基于微电子机械系统技术，具有微机械系统的基本优点，如：体积小、 重量轻、功耗低等，另外它与单片微波集成电路（MMIC)完全兼容，便于集成，而且本发明的 结构是用于在线式测量，在中心信号线传输过程中，直接通过悬臂梁来耦合出10%的微波 信号，再传输至后端热电堆，通过塞贝克效应将微波功率转化成电势差，最终通过电势差来 得出微波功率幅度。校正电极的设计可以减小测量误差。当悬臂梁处于上翘状态时，那么 在压焊块上加上正电压，当悬臂梁处于下拉状态时，在压焊块上加上负电压，这样就使得悬 臂梁在耦合微波信号时处于平整状态，从而提高了检测精度。这一系列优点是传统的在线 式微波功率检测系统无法比拟的，因此它具有很好的研宄和应用价值。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明微机械高精度悬臂梁式微波功率检测系统的原理图。
[0027] 标识说明：A-共面波导传输线；B-悬臂梁耦合器；C-校正电极；D-热电式微波功 率传感器。
[0028] 图2是本发明微机械高精度悬臂梁式微波功率检测系统的结构示意图。
[0029] 标识说明：1_中心信号传输线；2-共面波导传输线；3-地线；4-悬臂梁；5-压焊 块；6-传感电极；7-空气桥；8-热电堆；9-热电式微波功率传感器电阻；10热电式微波功 率传感器检测系统的输出端口；11-增加冷端温度稳定性的金属块。
【具体实施方式】
[0030] 以下结合说明书附图对本发明作进一步的详细说明。
[0031] 如图1所示，当微波信号在中心信号传输线上传输时，悬臂梁耦合器用来耦合出 10%的微波信号，通过共面波导传输线传至后端的热电式微波功率传感器，通过对输出的 电势差的测量，从而得出与之一一对应的微波信号的功率幅度。特别指出，本发明所设计的 校正电极的作用是使制作后的悬臂梁恢复平整，提高测量精度。
[0032] 如图2所示，微波信号在中心信号线上从端口 A向端口 B传输，此时，悬臂梁耦合 器耦合出10%的微波信号，由于耦合微波信号的悬臂梁在制作时易弯曲，如果不加以校正 使其恢复平整，那么会使耦合的信号出现较大的误差，会影响测量精度，本发明所设计的校 正电极改善了这方面问题。当悬臂梁处于上翘状态时，在压焊块上加正电压，当悬臂梁处于 下拉状态时，在压焊块上加负电压，最终使悬臂梁恢复平整。
[0033] 耦合出的微波信号通过共面波导传输线传至后端热电式微波功率传感器，两对并 联电阻吸收微波功率，通过热电堆将吸收的微波功率转化为电势差，电势差是与信号功率 幅度一一对应，从而检测出信号的功率幅度。为了使热电堆的冷端与衬底温度相同，在其旁 边连接了一块大面积的金属，热电堆的冷热两端分别连接在两个检测电势差的端口上。
[0034] 本发明的微机械高精度悬臂梁式微波功率检测系统是由砷化镓为衬底，在衬底上 设有中心信号传输线、悬臂梁耦合器、校正电极以及热