硅基微机械悬臂梁耦合直接加热在线式毫米波相位检测器制造技术

本发明专利技术的硅基微机械悬臂梁耦合直接加热在线式毫米波相位检测器，实现结构包括悬臂梁耦合结构、功率合成/分配器和直接加热式微波功率传感器。悬臂梁耦合结构左右对称，两个悬臂梁在CPW中央信号线上方，结构相同，用于耦合部分待测信号，通过锚区与功率合成器相连，两个悬臂梁之间CPW传输线的电长度为λ/8。悬臂梁下方的CPW中央信号线上覆盖了一层Si

【技术实现步骤摘要】
硅基微机械悬臂梁耦合直接加热在线式毫米波相位检测器
本专利技术提出了一种硅基微机械悬臂梁耦合直接加热在线式毫米波相位检测器，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。微波信号相位检测的方法主要有两种：信号分解法和矢量合成法。矢量合成法同信号分解法相比，具有结构原理简单、工作频带宽、无源检测等优点，同时易通过已经成熟的MEMS工艺实现，实现微波信号检测系统的小型化和集成化。
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微机械悬臂梁耦合直接加热在线式毫米波相位检测器，通过悬臂梁耦合结构耦合部分待测信号，直接式微波功率传感器检测微波功率大小，实现了毫米波相位的在线测试，具有结构简单的优点。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微机械悬臂梁耦合直接加热在线式毫米波相位检测器，该相位检测器的实现结构选择高阻Si为衬底，传输线材料为Au，主要由悬臂梁耦合结构、功率合成/分配器和直接加热式微波功率传感器构成；悬臂梁耦合结构左右对称，由CPW中央信号线、传输线地线、悬臂梁、悬臂梁锚区构成，在悬臂梁的下方有一层Si3N4介电层；悬臂梁耦合结构的第三端口和第四端口分别与第一功率合成器的第八端口和第十一端口相连，待测信号从功率分配器的第五端口输入，功率分配器的第六端口和第一功率合成器的第九端口相连，第七端口与第二功率合成器的第十二端口相连，第一功率合成器的第十端口接第一直接加热式微波功率传感器，第二功率合成器的第十三端口接第二直接加热式微波功率传感器。功率分配/合成器由CPW中央信号线、传输线地线、ACPS信号线、MIM电容和隔离电阻构成。CPW传输线的特征阻抗为50Ω，ACPS传输线的特征阻抗为70.7Ω，电长度为λ/8，隔离电阻的阻值为100Ω；MIM电容横跨于两个地线之间，位于CPW中央信号线上方，介电层为一层Si3N4；传输线采用弯折结构，同时在拐角处进行了补偿，用于减小版图面积。直接加热式微波功率传感器由CPW中央信号线、传输线地线、MIM电容、终端电阻、输出Pad构成，用于检测毫米波信号的功率大小，终端电阻设计为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，终端电阻设计为梯形。待测毫米波信号从悬臂梁耦合结构的第一端口输入，从第二端口输出；两个悬臂梁耦合的信号幅度相等，相位相差45度，分别同参考信号等分后的两路信号合成，通过检测两路合成信号的功率大小，联立方程可以求解待测毫米波信号的相位，可实现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.本专利技术的相位检测器原理和结构简单，版图面积较小，全部由无源器件组成因而不存在直流功耗；3.本专利技术的相位检测由于采用直接加热式微波功率传感器实现耦合功率测量，灵敏度较大。4.兼容COMS工艺线，适合批量生产，成本低、可靠性高。附图说明图1为本专利技术的硅基微机械悬臂梁耦合直接加热在线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为本专利技术功率分配/合成器的俯视图；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，ACPS信号线7，MIM电容8，隔离电阻9，终端电阻10，Si3N4介电层11，输出Pad12，悬臂梁耦合结构13，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2-1，第六端口2-2，第七端口2-3，第八端口3-1，第九端口3-2，第十端口3-3，第十一端口4-1，第十二端口4-2，第十三端口4-3。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1-5，本专利技术提出了一种硅基微机械悬臂梁耦合直接加热在线式毫米波相位检测器。实现结构主要包括：悬臂梁耦合结构13、功率合成/分配器、直接加热式微波功率传感器。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；功率合成器用于两路信号的合成，功率分配器用于将一路信号等分成两路信号，两者具有相同的结构；直接加热式微波功率传感器用于检测毫米波信号的功率，原理是基于焦耳效应和赛贝克效应。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。两个悬臂梁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。两个悬臂梁之间的CPW传输线电长度在所测信号频率范围内的中心频率35GHz为λ/8。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。功率分配/合成器由CPW中央信号线3、传输线地线4、ACPS信号线7、MIM电容8和隔离电阻9构成。CPW传输线的特征阻抗为50Ω，ACPS传输线的特征阻抗为70.7Ω，电长度为λ/8，隔离电阻的阻值为100Ω。MIM电容8横跨于两个地线之间，位于CPW中央信号线3上方，介电层为一层Si3N4。传输线采用弯折结构，同时在拐角处进行了补偿，用于减小版图面积。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Pad12构成，用于检测毫米波信号的功率大小，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。当从第一端口1-1输入一定功率的毫米波信号时，待测信号经过CPW传输线，由第二端口1-2进入下一级。位于CPW中央信号线3上方的悬臂梁5会耦合部分毫米波信号，并输入到功率合成器，与功率等分后的参考信号进行合成，合成信号的功率大小由直接加热式微波功率传感器进行检测。由于两个悬臂梁5结构完全相同，且间隔的CPW传输线电长度在所测信号频率范围内的中心频率35GHz为λ/8，两路耦合信号可分别表示为：其中a1和a2分别为两路耦合信号的幅度，ω为输入信号的角频率，为初始相位。功率等分后的参考信号可以表示为：v3＝a2cos(ωt+φ)(3)由于参考信号已知，所以a2、φ已知。合成信号的功率大小分别为：P1和P2的大小由终端的微波功率传感器进行检测，因为(4)和(5)式中只存在a1和两个未知量，所以可以根据(4)和(5)联立方程组求得这两个未知量，即可由直接加热式微波功率传感器的输出热电势可以得到待测毫米波信号的相位，并可实现整个周期范围内相位角的测量。本专利技术的硅基微机械悬臂梁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基微机械悬臂梁耦合直接加热在线式毫米波相位检测器，其特征是：该相位检测器的实现结构选择高阻Si为衬底，传输线材料为Au，主要由悬臂梁耦合结构(13)、功率合成/分配器和直接加热式微波功率传感器构成；悬臂梁耦合结构(13)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，在悬臂梁(5)的下方有一层Si

【技术特征摘要】
1.一种硅基微机械悬臂梁耦合直接加热在线式毫米波相位检测器，其特征是：该相位检测器的实现结构选择高阻Si为衬底，传输线材料为Au，主要由悬臂梁耦合结构(13)、功率合成/分配器和直接加热式微波功率传感器构成；悬臂梁耦合结构(13)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，在悬臂梁(5)的下方有一层Si3N4介电层(11)；悬臂梁耦合结构(13)的第三端口(1-3)和第四端口(1-4)分别与第一功率合成器的第八端口(3-1)和第二功率合成器的第十一端口(4-1)相连，待测信号从功率分配器的第五端口(2-1)输入，功率分配器的第六端口(2-2)和第一功率合成器的第九端口(3-2)相连，第七端口(2-3)与第二功率合成器的第十二端口(4-2)相连，第一功率合成器的第十端口(3-3)接第一直接加热式微波功率传感器，第二功率合成器的第十三端口(4-3)接第二直接加热式微波功率传感器。2.根据权利要求1所述的硅基微机械悬臂梁耦合直接加热在线式毫米波相位...

【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