专利名称：电容式微波功率传感器的制作方法
技术领域：
本发明是利用共面波导上传输的微波功率对MEMS悬臂梁的吸引导致梁的位移，通过测量悬臂梁与传感电极之间电容变化的方式测得共面波导上传输的微波功率的结构，属于微电子器件技术领域。
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，而这些均为终端器件，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技术的在线式微波功率传感器结构一种是利用共面波导信号线上的欧姆损耗，通过放置在附近的热堆将其转化为热电势输出；另一种是在共面波导的上方放置MEMS膜，通过测量膜因共面波导上传输的微波功率对其的吸引产生的位移实现微波功率的测量。这两种类型的在线式微波功率传感器在对微波信号的功率进行测量后，微波信号仍然可以使用，而且具有结构简单、体积小、与Si工艺或GaAs工艺相兼容等优点。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种电容式微波功率传感器，应用该结构的传感器可以提高功率传感器的灵敏度和简化结构，并实现了在材料、工艺、可重复性和生产成本等诸多方面的问题。
技术方案本发明中的电容式微波功率传感器以GaAs或Si为衬底，在GaAs或Si衬底上设有共面波导，在共面波导地线上连接一条与共面波导相垂直的悬臂梁，该悬臂梁悬空于共面波导的上方，在悬臂梁的端部的下方连接有一个传感电极。悬臂梁与传感电极之间构成一个电容结构，从而使得悬臂梁的位移可以转化为电容的变化。该结构将悬臂梁置于共面波导上方感应微波功率，并在悬臂梁自由端下方放置一传感器电极以将位移变化转化为电容变化加以测量。
整个技术方案中需要注意一些问题，其中包括悬臂梁中应力的控制，这对于整个器件结构的实现具有十分重要的意义；悬臂梁高度与器件的灵敏度和反射系数都有关系，因此需要选取合适的高度以便在灵敏度和反射系数之间做一折中。通常选取悬臂梁的高度为1～3微米。
应用本发明中的电容式微波功率传感器结构可以实现功率测量结构在集成电路中的产业化应用，进而推动整个集成电路产业的发展。
本发明中的电容式微波功率传感器也是基于MEMS技术，但不同于上述的在线式微波功率传感器，该结构利用悬臂梁感应共面波导上传输的微波信号产生位移，并将之转化为电容变化。相比而言，电容式微波功率传感器具有以下主要特点一、悬臂梁结构对微波信号更加敏感，且悬臂梁自由端感应微波信号产生位移较之MEMS膜更大，因此可以提高灵敏度；二、悬臂梁结构几乎不消耗微波功率；三、悬臂梁结构更易于压焊块的引出；四、电容式微波功率传感器的制作无需特殊的材料并且与Si或GaAs MMIC工艺完全兼容。
基于以上电容式微波功率传感器结构的特点，很明显的可以看出本发明与MEMS膜结构微波功率传感器相比提高了性能，结构更加简单，并具有体积小、与Si或GaAs MMIC工艺兼容、高重复性、低生产成本等优点，很好的满足了集成电路对器件的基本要求。因此，电容式微波功率传感器的结构具有较好的应用价值和广阔的市场潜力。
有益效果长期以来由于基于MEMS技术的微波功率传感器结构的特殊性，对该类器件的研究开发仅局限于科研领域。基于MEMS结构的微波功率传感器应用于集成电路的大规模生产存在着与主流工艺不兼容、可重复性差、生产成本高等一系列障碍。本发明中的电容式微波功率传感器结构，突破了传统的热偶结构的热电功率传感器和工艺的思维限制，寻找到了基于Si或GaAs MMIC工艺的实现方法，兼容性和可重复性都有较大的提高。同时，电容式微波功率传感器结构具有结构简单、频率范围宽、灵敏度高、线性度好、可测量较小功率等优点。电容式微波功率传感器结构为真正实现基于MEMS技术的功率测量结构在集成电路中的产业化应用提供了支持和保证。
图1是电容式微波功率传感器结构示意图。
其中有GaAs或Si衬底1，共面波导2，共面波导地线21，悬臂梁3，传感电极4。
具体实施例方式
本发明的电容式微波功率传感器以GaAs或Si衬底1为衬底，在GaAs或Si衬底1上设有共面波导2，在共面波导地线21上连接一条与共面波导2相垂直的悬臂梁3，该悬臂梁3悬空于共面波导2的上方，在悬臂梁3的端部的下方放置有一个传感电极4。悬臂梁3高度与器件的灵敏度和反射系数都有关系，因此选取悬臂梁3的高度为1～3微米。
电容式微波功率传感器的制作工艺与标准Si工艺或GaAs MMIC工艺完全兼容。
电容式微波功率传感器结构不同于以往的基于MEMS技术的在线式微波功率传感器，该结构利用悬臂梁感应共面波导上传输的微波信号产生位移，并将之转化为电容变化。电容式微波功率传感器具有以下主要特征一、悬臂梁结构对微波信号更加敏感，且悬臂梁自由端感应微波信号产生位移较之MEMS膜更大，因此灵敏度较高；二、悬臂梁结构几乎不消耗微波功率；三、悬臂梁结构更易于压焊块的引出；四、电容式微波功率传感器的制作工艺与Si或GaAs MMIC工艺完全兼容。除此以外，电容式微波功率传感器为功率传感器件尺寸的缩小和集成化提供了基础和保证，同时为进一步在线精确测量微波功率提供了支持。
区分是否为该结构的标准如下(a)采用共面波导传输功率，(b)悬臂梁放置在共面波导上方，(c)在悬臂梁自由端下方放置有传感电极。
满足以上三个条件的结构即应视为该电容式微波功率传感器的结构。
权利要求
1.一种电容式微波功率传感器，其特征在于该传感器以GaAs或Si衬底(1)为衬底，在GaAs或Si衬底(1)上设有共面波导(2)，在共面波导地线(21)上连接一条与共面波导(2)相垂直的悬臂梁(3)，该悬臂梁(3)悬空于共面波导(2)的上方，在悬臂梁(3)端部的下方放置有一个传感电极(4)。
2.根据权利要求1所述的电容式微波功率传感器，其特征在于悬臂梁(3)高度与器件的灵敏度和反射系数都有关系，因此选取悬臂梁(3)的高度为1～3微米。
全文摘要
电容式微波功率传感器是利用共面波导上传输的微波功率对MEMS悬臂梁的吸引导致梁的位移，通过测量悬臂梁与传感电极之间电容变化的方式测得共面波导上传输的微波功率的结构，该传感器以GaAs或Si衬底(1)为衬底，在GaAs或Si衬底(1)上设有共面波导(2)，在共面波导地线(21)上连接一条与共面波导(2)相垂直的悬臂梁(3)，该悬臂梁(3)悬空于共面波导(2)的上方，在悬臂梁(3)的端部的下方连接有一个传感电极(4)。该电容式微波功率传感器结构利用悬臂梁感应共面波导上传输的微波信号产生位移，并将之转化为电容变化，可以提高功率传感器的灵敏度和简化结构，并实现了在材料、工艺、可重复性和生产成本等诸多方面的问题。
文档编号G01R31/00GK1858601SQ200610085329
公开日2006年11月8日 申请日期2006年6月9日 优先权日2006年6月9日
发明者黄庆安, 韩磊, 廖小平 申请人:东南大学