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一种低温双层隔离式MEMS微波功率传感器制造技术

技术编号:8800220 阅读:167 留言:0更新日期:2013-06-13 05:07
本发明专利技术公开了一种低温双层隔离式MEMS微波功率传感器,其通过在现有MEMS微波功率传感器的外围,刻蚀内隔离环和外隔离环,将微波功率传感器包围起来形成隔离岛。同时又在内隔离环内侧设有第一加热电路和第二加热电路,利用热电阻加热,保持MEMS微波功率传感器工作在常温下,进一步减小了环境温度对现有MEMS微波功率传感器灵敏度的影响,从而提高了传感器对微波功率的测试精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低温双层隔离式MEMS微波功率传感器,属于微电子机械系统领域。
技术介绍
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,尤其在低温条件下,影响检测的精确度,限制了适用范围。
技术实现思路
专利技术目的:本专利技术提出一种低温双层隔离式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,同时减少了环境温度对灵敏度的影响,提高了传感器对微波功率的测试精度。技术方案:本专利技术米用的技术方案为一种低温双层隔离式MEMS微波功率传感器,其包括MEMS微波功率传感器,在MEMS微波功率传感器外围设有位于内侧的内隔离环和位于外侧的外隔离环,在所述内隔离环内侧还设有第一加热电路和第二加热电路。作为本专利技术的进一步改进,所述内隔离环与外隔离环之间间隔60um距离。所述第一加热电路包括第十二热电阻至第十五热电阻,第一加热电路与开关十、外接电源构成一个完整回路。所述第二加热电路包括第十六热电阻至第二十三热电阻,第二加热电路与开关十一、外接电源构成一个完整回路。一种制造本专利技术一种低温双层隔离式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/ □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,形成共面波导传输线末端的热电阻以及内隔离环内侧的热电阻,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内隔离环和外隔离环。作为上述制造本专利技术一种低温双层隔离式MEMS微波功率传感器的方法的改进,步骤18)中所述内隔离环和外隔离环的深度为90um,宽度为5um。有益效果:本专利技术通过在现有MEMS微波功率传感器的外围,刻蚀内隔离环和外隔离环,将微波功率传感器包围起来形成隔离岛。同时又在内隔离环内侧设有第一加热电路和第二加热电路,利用热电阻加热,使MEMS微波功率传感器工作在常温下,进一步减少了现有MEMS微波功率传感器通过衬底散失的热量,从而减小了环境温度对MEMS微波功率传感器灵敏度的影响,提高了传感器对微波功率的测试精度。附图说明图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为本专利技术一种双层隔离式MEMS微波功率传感器的结构示意图;图4为本专利技术和现有MEMS微波功率传感器中的热电堆在290K室温下的温度仿真比较图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本专利技术,应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围,在阅读了本专利技术之后,本领域技术人员对本专利技术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。现有的MEMS微波功率传感器A如图1和图2所示,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A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。如图3所示,本专利技术一种低温双层隔离式MEMS微波功率传感器在现有的MEMS微波功率传感器A外围刻蚀两个方形的隔离环,位于内侧的是内隔离环8,位于外侧的是外隔尚环7,内隔尚环8和外隔尚环7之间间隔60um。两个隔尚环的深度为90um,宽度为5um。特别地,在内隔离环8内侧淀积了十二个热电阻,分别是第十二热电阻12、第十三热电阻13、第十四热电阻14、第十五热电阻15、第十六热电阻16、第十七热电阻17、第十八热电阻18、第十九热电阻19、第二十热电阻20、第二十一热电阻21、第二十二热电阻22、第二十三热电阻23。其中第十二热电阻12至第十五热电阻15,这四个热电阻组成第一加热电路。第一加热电路与开关十10、外接电源33构成一个完整回路。第十六热电阻16至第二十三热电阻23组成第二加热电路。第二加热电路与开关i^一 11、外接电源33也构成一个完整回路。由于输出直流电压与衬底传热有较强的依赖关系,外隔离环7和内隔离环8使MEMS微波功率传感器A形成隔离岛结构。两个隔离环内充满空气,空气是较好的绝热介质,其减少了 MEMS微波功率传感器A通过衬底散失的热量。同时为了进一步减小环境温度对MEMS微波功率传感器灵敏度的影响,第一加热电路和第二加热电路能够给MEMS微波功率传感器A加热。开关十10跟开关十一 11可以分别控制第一加热电路和第二加热电路的通断。为了使MEMS微波功率传感器A工作在常温(27°C )的环境下,可根据具体情况,分步骤地启动第一加热电路和第二加热电路,逐次地增大加热功率。如图4所示,热电堆长度为200um。在环境温度290K的条件下,本专利技术减小了环境温度的影响,使MEMS微波功率传感器A工作在常温(27°C)的环境下,热电堆的温度明显高于无第一加热电路和第二加热电路的现有MEMS微波功率传感器,说明热电堆热量的耗散明显减少,提高了 MEMS微波功率传感器的灵敏度。一种制造本专利技术一种低温双层隔离式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1018cnT3,方块电阻100-130 Ω/ □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1O17CnT3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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温双层隔离式MEMS微波功率传感器,包括MEMS微波功率传感器(A),其特征在于,在MEMS微波功率传感器(A)外围设有位于内侧的内隔离环(8)和位于外侧的外隔离环(7),在所述内隔离环(8)内侧还设有第一加热电路和第二加热电路。

【技术特征摘要】
1.一种低温双层隔离式MEMS微波功率传感器,包括MEMS微波功率传感器(A),其特征在于,在MEMS微波功率传感器(A)外围设有位于内侧的内隔离环(8)和位于外侧的外隔离环(7 ),在所述内隔离环(8 )内侧还设有第一加热电路和第二加热电路。2.根据权利要求1所述的低温双层隔离式MEMS微波功率传感器,其特征在于,所述内隔离环(8)与外隔离环(7)之间间隔60um距离。3.根据权利要求1或...

【专利技术属性】
技术研发人员:廖小平周锐
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:

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