专利名称：一种热隔离式mems微波功率传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热隔离式MEMS微波功率传感器，属于微电子机械系统领域。
背景技术：
在微波领域发展中，微波信号的功率是微波系统三大参数之一。微波功率检测在任何微波研究(如雷达系统、现代单兵通信系统、车载雷达等)中是必不可少的。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，即基于热电堆的Seebeck效应，具有响应快、频带宽等特点。如图1所示，现有的MEMS微波功率传感器由共面波导传输线1、氮化钽电阻3、热电堆4、砷化镓衬底5和压焊块6。共面波导传输线I接收来自微波功率源的功率，并传导到位于共面波导传输线I末端氮化钽电阻3。通过氮化钽电阻3将功率吸收并转化为热。热电堆4由于seeback效应,能够将热转为电压输出。但缺点在于热量可以通过衬底和空气散失，其中衬底散失的热量最多。输出的直流电压与温度有较强的依赖关系，从而影响检测的精确度，限制了适用范围。
发明内容
发明目的:本发明提出一种热隔离式MEMS微波功率传感器，减少了微波功率传感器通过衬底散失的热量，提高了传感器对微波功率的测试精度。技术方案:本发明米用的技术方案为一种热隔离式MEMS微波功率传感器,其在现有MEMS微波功率传感器设置有方形隔离环。所述隔离环深度为90um，宽度为5um。—种制造权利要求3所述的热隔离式MEMS微波功率传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤:I)外延生成掺杂浓度1018cnT3，方块电阻100-130 Ω / 口的砷化镓衬底；2)在砷化镓衬底上依次外延生长铝镓砷薄膜和N+砷化镓；3)反刻N+砷化镓，形成掺杂浓度IO17CnT3的热电堆半导体热偶臂；4)光刻并去除热电堆金属臂处的光刻胶，形成热电堆金属臂图案；5)溅射金锗镍/金，金锗镍/金的厚度为270nm ；6)剥离多余的金属，形成热电堆的金属热偶臂；7)光刻并去除氮化钽电阻处的光刻胶；8)淀积氮化钽形成电阻，厚度为2um，电阻为25 Ω / □;9)剥离多余的氮化钽以形成氮化钽电阻；10)光刻并去除共面波导传输线处的光刻胶；11)蒸发第一层金,其厚度为0.3um ；12)溅射钛/金/钛，作为共面波导传输线的种子层，厚度为50/150/30nm ；13)光刻并去除共面波导传输线处的光刻胶；14)去除顶层的钛层，然后电镀2um厚的金，形成共面波导传输线；
15)减薄砷化镓衬底至100 μ m ；16)背面光刻，并去除在砷化镓背面形成膜结构地方的光刻胶；17)刻蚀减薄终端电阻和热电堆的热端下方的砷化镓衬底，背面刻蚀至铝镓砷薄膜；18)沿着功率传感器的外围，正面通过等离子体干法刻蚀工艺刻蚀一个隔离环。作为上述制造本发明一种隔离式MEMS微波功率传感器的方法的改进，步骤18)中所述隔离环的深度为90um,宽度为5um。有益效果:本发明通过在现有MEMS微波功率传感器的外围，刻蚀一圈隔离环，将微波功率传感器包围起来形成隔离岛，减少了微波功率传感器通过衬底散失的热量，从而提高了传感器对微波功率的测试精度。
图1为现有MEMS微波功率传感器的结构示意图；图2为现有MEMS微波功率传感器的A-A面截面图；图3为本发明一种热隔离式MEMS微波功率传感器的原理图；图4为本发明一种热隔离式MEMS微波功率传感器的结构示意图；图5为本发明和现有MEMS微波功率传感器中的热电堆温度仿真比较图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图3和图4所示，本发明在现有的MEMS微波功率传感器外围刻蚀一个深度90um,宽度为5um的方形隔离环7。现有的MEMS微波功率传感器由共面波导传输线1、铝镓砷薄膜2、氮化钽电阻3、热电堆4、砷化镓衬底5和压焊块6组成。待测微波信号输入到MEMS微波功率传感器的共面波段传输线I上，在氮化钽电阻3处微波功率被完全吸收并转化为热，热电堆4基于seeback效应将热量转化为直流电压，通过压焊块6检测直流电压。由于输出直流电压与衬底传热有较强的依赖关系，于是在MEMS微波功率传感器外围刻蚀一个深度90um，宽度为5um的方形隔离环7。隔离环7使MEMS微波功率传感器形成隔离岛结构。隔离环7中充满空气，空气是较好的绝热介质，其减少了 MEMS微波功率传感器通过衬底散失的热量。如图5所示，热电堆长度为200um。在室温下，对于有隔离环7的衬底上的MEMS微波功率传感器的热电堆冷热两端的温差为27.5K，无隔离环7的衬底上的MEMS微波功率传感器的热电堆冷热两端的温差为25K。隔离环7减少了热电堆4热端通过衬底耗散的热量，提高热端和冷端的温差。因此隔离环7明显提高了 MEMS微波功率传感器的灵敏度。—种制造本发明一种热隔离式MEMS微波功率传感器的方法,其特征在于,包括以下步骤:I)外延生成掺杂浓度1018cm_3，方块电阻100-130 Ω / 口的砷化镓衬底5 ；2)在砷化镓衬底5上依次外延生长铝镓砷薄膜2和N+砷化镓；
3)反刻N+砷化镓，形成掺杂浓度IO17CnT3的热电堆4半导体热偶臂；4)光刻并去除热电堆4金属臂处的光刻胶，形成热电堆4金属臂图案；5)溅射金锗镍/金，金锗镍/金的厚度为270nm ；6)剥离多余的金属，形成热电堆4的金属热偶臂；7)光刻并去除氮化钽电阻3处的光刻胶；8)淀积氮化钽形成电阻,厚度为2um,电阻为25 Ω / 口 ；9)剥离多余的氮化钽以形成氮化钽电阻3 ；10)光刻并去除共面波导传输线I处的光刻胶；11)蒸发第一层金,其厚度为0.3um ；12)溅射钛/金/钛，作为共面波导传输线I的种子层，厚度为50/150/30nm ；13)光刻并去除共面波导传输线I处的光刻胶；14)去除顶层的钛层，然后电镀2um厚的金，形成共面波导传输线I ;15)减薄砷化镓衬底5至100 μ m ；16)背面光刻，并去除在砷化镓衬底5背面形成膜结构地方的光刻胶；17)刻蚀减薄氮化钽电阻3和热电堆4的热端下方的砷化镓衬底5，背面刻蚀至铝镓砷薄膜2 ；18)沿着MEMS微波功率传感器的外围，正面通过等离子体干法刻蚀工艺刻蚀一个深度为90um，宽度为5um隔离环7。
权利要求
1.一种热隔离式MEMS微波功率传感器，包括MEMS微波功率传感器，其特征在于，在MEMS微波功率传感器外围设置有隔尚环。
2.根据权利要求1所述的热隔离式MEMS微波功率传感器，其特征在于，所述隔离环深度为90um,宽度为5um。
3.根据权利要求2所述的热隔离式MEMS微波功率传感器，其特征在于，所述隔离环为方形。
4.一种制造权利要求3所述的热隔离式MEMS微波功率传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)外延生成掺杂浓度1018cm_3，方块电阻100-130Ω/ □的砷化镓衬底； 2)在砷化镓衬底上依次外延生长铝镓砷薄膜和N+砷化镓； 3)反刻N+砷化镓，形成掺杂浓度IO17CnT3的热电堆半导体热偶臂； 4)光刻并去除热电堆金属臂处的光刻胶，形成热电堆金属臂图案； 5)溅射金锗镍/金，金锗镍/金的厚度为270nm； 6)剥离多余的金属，形成热电堆的金属热偶臂； 7)光刻并去除氮化钽电阻处的光刻胶； 8)淀积氮化钽形成电阻，厚度为2um，电阻为25Ω/ □; 9)剥离多余的氮化钽以形成氮化钽电阻； 10)光刻并去除共面波导传输线处的光刻胶； 11)蒸发第一层金，其厚度为0.3um ； 12)溅射钛/金/钛，作为共面波导传输线的种子层，厚度为50/150/30nm; 13)光刻并去除共面波导传输线处的光刻胶； 14)去除顶层的钛层，然后电镀2um厚的金，形成共面波导传输线； 15)减薄砷化镓衬底至100μ m ; 16)背面光刻，并去除在砷化镓背面形成膜结构地方的光刻胶； 17)刻蚀减薄终端电阻和热电堆的热端下方的砷化镓衬底，背面刻蚀至铝镓砷薄膜； 18)沿着功率传感器的外围，正面通过等离子体干法刻蚀工艺刻蚀一个隔离环。
5.根据权利要求4所述的一种制造权利要求3所述的热隔离式MEMS微波功率传感器的方法，其特征在于，步骤18)中所述隔离环的深度为90um，宽度为5um。
全文摘要
本发明公开了一种热隔离式MEMS微波功率传感器，其在现有MEMS微波功率传感器设置有方形隔离环，所述隔离环深度为90um，宽度为5um，以减少了微波功率传感器通过衬底散失的热量，提高了传感器对微波功率的测试精度。
文档编号B81C1/00GK103149424SQ20131006661
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者廖小平, 周锐 申请人:东南大学