硅基悬臂梁T型结直接加热式未知频率毫米波相位检测器制造技术

本发明专利技术的硅基悬臂梁T型结直接加热式未知频率毫米波相位检测器，其实现结构主要包括悬臂梁耦合结构、T型结和直接加热式微波功率传感器和开关。悬臂梁耦合结构包括两组悬臂梁，每组悬臂梁由两个对称的悬臂梁构成，两个悬臂梁之间CPW传输线的电长度在所测信号频率范围内的中心频率35GHz处为λ/4。为实现未知频率毫米波相位的检测，首先对待测信号的频率进行检测。频率检测通过利用直接加热式微波功率传感器测量两路在所测信号频率范围内的中心频率35GHz处相位差为90度的耦合信号的合成功率实现；相位检测通过将两路相位差为90度的耦合信号分别同两路等分后的参考信号合成，同样利用直接加热式微波功率传感器检测合成功率，从而获得待测信号的相位。

Silicon cantilever beam type T junction direct heating type unknown frequency millimeter wave phase detector

The silicon cantilever beam type T junction of the invention directly heats an unknown frequency millimeter wave phase detector, and the actual structure mainly comprises a cantilever beam coupling structure, a T type junction and a direct heating microwave power sensor and a switch. The cantilever beam coupling structure includes two sets of each cantilever beam, cantilever beam is composed of two symmetrical cantilever beam, the electric length between the two cantilever beam of CPW transmission line in the center frequency of 35GHz signal in the frequency range for a /4. In order to detect the phase of an unknown frequency millimeter wave, the frequency of the measured signal is detected first. The frequency of detection is achieved by using measurement of two direct heating type microwave power sensor in the center frequency of 35GHz phase signal in the frequency range of the differential synthetic power coupling signal of 90 degrees; phase detection by two phase coupling signal 90 degrees respectively with two reference signal synthesis parts, also use direct heating type microwave power sensor for the detection of synthetic power, so as to obtain the phase of the signal.

【技术实现步骤摘要】
硅基悬臂梁T型结直接加热式未知频率毫米波相位检测器
本专利技术提出了一种硅基悬臂梁T型结直接加热式未知频率毫米波相位检测器，属于微电子机械系统(MEMS)的

技术介绍
在微波
，相位是表征微波信号的一个重要的参数，微波信号相位检测系统在相位调制器、相移键控(PSK)、微波定位、天线相位方向图的测试和近场诊断等方面都有着极其广泛的应用。实现微波信号相位的在线式检测是一个重要的课题，同终端式检测相比，在线式检测后的微波信号可以继续输入到下一级电路使用，避免了信号的浪费。在线式检测可通过耦合部分待测信号的方式实现，随着MEMS技术的发展，对悬臂梁结构有了比较深入的研究和认识，使得本专利技术利用悬臂梁进行微波信号耦合成为可能。
技术实现思路
技术问题:本专利技术的目的是提供一种硅基悬臂梁T型结直接加热式未知频率毫米波相位检测器，通过悬臂梁耦合结构耦合部分待测号，分别用于耦合功率、频率和相位检测，从而完成未知频率毫米波相位的检测，具有结构简单、功耗低的优势。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种硅基悬臂梁T型结直接加热式未知频率毫米波相位检测器。该相位检测器的实现结构选择高阻Si为衬底，由悬臂梁耦合结构、功率合成器/分配器、直接加热式微波功率传感器和开关构成；其中，悬臂梁耦合结构上下、左右对称，由CPW中央信号线、传输线地线、悬臂梁、悬臂梁锚区构成，悬臂梁置于CPW中央信号线的上方，在悬臂梁的下方有一层Si3N4介电层覆盖中央信号线；待测信号由悬臂梁耦合结构的第一端口输入，从第二端口输出到下级电路；上方两个悬臂梁耦合的信号由第三端口和第四端口输出，第三端口与第一开关的第七端口相连，第四端口与第二开关的第十端口相连，第一开关的第八端口与第一直接加热式微波功率传感器相连，第九端口与第一T型结的第十三端口相连，第二开关的第十一端口与第二直接加热式微波功率传感器相连，第十二端口与第一功率合成器的第十四端口相连，最后，第一功率合成器的第十五端口接第三直接加热式微波功率传感器；下方两个悬臂梁耦合的信号由第五端口和第六端口输出，第五端口与第三T型结的第十九端口相连，第六端口与第四T型结的第二十二端口相连，待测信号从第二T型结的第十六端口输入，第二T型结的第十七端口与第三T型结的第二十端口相连，第十八端口与第四T型结的第二十三端口相连，第三T型结的第二十一端口接第四直接加热式微波功率传感器，第四T型结的第二十四端口接第五直接加热式微波功率传感器。开关由CPW中央信号线、传输线地线、悬臂梁、悬臂梁锚区和下拉电极构成，下拉电极上覆盖有一层Si3N4介电层，未施加直流电压时，两个支路处于断开状态，通过在下拉电极上施加一定的直流偏置，可实现对应支路的导通，进一步实现耦合功率检测和频率检测两种状态的转换。待测毫米波信号从第一端口输入，参考信号由第十六端口输入；进行毫米波频率和相位检测时，首先通过开关将耦合信号输入到直接加热式微波功率传感器测出耦合信号的功率大小，接着通过开关将两路所测信号频率范围内的中心频率35GHz处相位差为90度的耦合信号输入到T型结，同样使用直接加热式微波功率传感器检测合成信号功率大小，由耦合信号和合成信号的大小可以推算出毫米波信号的频率；另外两路所测信号频率范围内的中心频率35GHz处相位差为90度的耦合信号分别和功率等分后的参考信号合成，由直接加热式微波功率传感器检测出两路合成信号功率的大小，联立方程可以求解待测毫米波信号的相位，可实现未知频率毫米波在整个周期范围内相位角的测量。有益效果：本专利技术相对于现有的相位检测器具有以下优点：1.本专利技术的相位检测器采用悬臂梁耦合方式，能够实现在线式的相位检测，待测信号经过检测后可以继续输出到下一级使用；2.同时可以进行频率检测，从而能够实现未知频率信号的相位检测；3.原理和结构简单，版图面积较小，全部由无源器件组成因而不存在直流功耗；4.本专利技术的信号检测器由于采用直接加热式微波功率传感器进行功率检测，灵敏度大，工艺简单。附图说明图1为本专利技术硅基悬臂梁T型结直接加热式毫米波相位检测器的实现结构示意图；图2为本专利技术悬臂梁耦合结构的A-A’向的剖面图；图3为本专利技术功T型结的俯视图；图4为本专利技术直接加热式微波功率传感器的俯视图；图5为本专利技术直接加热式微波功率传感器的B-B’向的剖面图；图6为本专利技术开关的俯视图；图7为本专利技术开关的C-C’向的剖面图图中包括：高阻Si衬底1，SiO2层2，CPW中央信号线3，传输线地线4，悬臂梁5，悬臂梁锚区6，空气桥7，MIM电容8，Si3N4介电层9，终端电阻10，输出Pad11，下拉电极12，悬臂梁耦合结构13，第一开关14，第二开关15，第一端口1-1，第二端口1-2，第三端口1-3，第四端口1-4，第五端口1-5，第六端口1-6，第七端口2-1，第八端口2-2，第九端口2-3，第十端口3-1，第十一端口3-2，第十二端口3-3，第十三端口4-1，第十四端口4-2，第十五端口4-3，第十六端口5-1，第十七端口5-2，第十八端口5-3，第十九端口6-1，第二十端口6-2，第二十一端口6-3，第二十二端口7-1，第二十三端口7-2，第二十四端口7-3。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步说明。参见图1-4，本专利技术提出了一种硅基悬臂梁T型结直接加热式毫米波相位检测器。主要包括：悬臂梁耦合结构13、T型结、直接加热式微波功率传感器、开关。其中，悬臂梁耦合结构13用于耦合待测信号的部分功率，用于相位检测；T型结为三端口器件，可用于功率分配和功率合成，无需隔离电阻；直接加热式微波功率传感器用于检测微波信号的功率，原理是基于焦耳效应和塞贝克(Seebeck)效应；开关用于转换耦合功率检测和频率检测两种状态。悬臂梁耦合结构13由CPW中央信号线3、传输线地线4、悬臂梁5、悬臂梁锚区6构成。两组悬臂梁5悬于CPW中央信号线3上方，中间隔有Si3N4介质层11和空气，等效一个双介质层的MIM电容，悬臂梁5末端通过悬臂梁锚区6同耦合分支的CPW中央信号线3相连，每组悬臂梁5包括两个对称设计的悬臂梁5，两组悬臂梁5之间的CPW传输线电长度在所测信号频率范围内的中心频率35GHz处为λ/4。通过调整悬臂梁5附近的传输线地线4的形状，改变CPW传输线的阻抗，用于补偿悬臂梁5的引入带来的电容变化。T型结由CPW中央信号线3、传输线地线4以及空气桥7构成，其中空气桥用于地线之间的互连，为了方便空气桥的释放，在空气桥上制作了一组小孔阵列。直接加热式微波功率传感器由CPW中央信号线3、传输线地线4、MIM电容8、终端电阻10、输出Pad11构成，用于检测微波信号的功率大小，终端电阻10设计为CPW传输线的匹配负载，同时作为热电偶的半导体臂，MIM电容8作为隔直电容，起到阻断直流通路和微波通路的作用，在终端电阻10热端下方的Si衬底被刻蚀，用于增大传感器的灵敏度，为了提高冷热端的温差，终端电阻10设计为梯形。开关由CPW中央信号线3、传输线地线4、悬臂梁5、悬臂梁锚区6和下拉电极12构成，下拉电极12上覆盖有一层Si3N4介电层9，未施加直流电压时，两个支路处于断开状态，通过在下拉电极12上施加一定的直流偏置，可实现对应支路的导通，进一步实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基悬臂梁T型结直接加热式未知频率毫米波相位检测器，其特征是：该相位检测器由悬臂梁耦合结构(13)、功率合成器/分配器、直接加热式微波功率传感器和开关构成；其中，悬臂梁耦合结构(13)上下、左右对称，由CPW中央信号线(3)、传输线地线(4)、悬臂梁(5)、悬臂梁锚区(6)构成，悬臂梁(5)置于CPW中央信号线(3)的上方，在悬臂梁(5)的下方有一层Si3N4介电层(15)覆盖中央信号线(3)；待测信号由悬臂梁耦合结构(13)的第一端口(1‑1)输入，从第二端口(1‑2)输出到下级电路；上方两个悬臂梁(5)耦合的信号由第三端口(1‑3)和第四端口(1‑4)输出，第三端口(1‑3)与第一开关(14)的第七端口(2‑1)相连，第四端口(1‑4)与第二开关(15)的第十端口(3‑1)相连，第一开关(14)的第八端口(2‑2)与第一直接加热式微波功率传感器相连，第九端口(2‑3)与第一T型结的第十三端口(4‑1)相连，第二开关(15)的第十一端口(3‑2)与第二直接加热式微波功率传感器相连，第十二端口(3‑3)与第一功率合成器的第十四端口(4‑2)相连，最后，第一功率合成器的第十五端口(4‑3)接第三直接加热式微波功率传感器；下方两个悬臂梁(5)耦合的信号由第五端口(1‑5)和第六端口(1‑6)输出，第五端口(1‑5)与第三T型结的第十九端口(6‑1)相连，第六端口(1‑6)与第四T型结的第二十二端口(7‑1)相连，待测信号从第二T型结的第十六端口(5‑1)输入，第二T型结的第十七端口(5‑2)与第三T型结的第二十端口(6‑2)相连，第十八端口(5‑3)与第四T型结的第二十三端口(7‑2)相连，第三T型结的第二十一端口(6‑3)接第四直接加热式微波功率传感器，第四T型结的第二十四端口(7‑3)接第五直接加热式微波功率传感器。...

【技术特征摘要】
1.一种硅基悬臂梁T型结直接加热式未知频率毫米波相位检测器，其特征是：该相位检测器由悬臂梁耦合结构(13)、功率合成器/分配器、直接加热式微波功率传感器和开关构成；其中，悬臂梁耦合结构(13)上下、左右对称，由CPW中央信号线(3)、传输线地线(4)、悬臂梁(5)、悬臂梁锚区(6)构成，悬臂梁(5)置于CPW中央信号线(3)的上方，在悬臂梁(5)的下方有一层Si3N4介电层(15)覆盖中央信号线(3)；待测信号由悬臂梁耦合结构(13)的第一端口(1-1)输入，从第二端口(1-2)输出到下级电路；上方两个悬臂梁(5)耦合的信号由第三端口(1-3)和第四端口(1-4)输出，第三端口(1-3)与第一开关(14)的第七端口(2-1)相连，第四端口(1-4)与第二开关(15)的第十端口(3-1)相连，第一开关(14)的第八端口(2-2)与第一直接加热式微波功率传感器相连，第九端口(2-3)与第一T型结的第十三端口(4-1)相连，第二开关(15)的第十一端口(3-2)与第二直接加热式微波功率传感器相连，第十二端口(3-3)与第一功率合成器的第十四端口(4-2)相连，最后...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖小平，严嘉彬，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32