方向性可重构的微电子机械天线及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种方向性可重构的微电子机械天线及其制备方法，该微电子机械天线以砷化镓为衬底，在衬底上设有微带天线馈线、星型结构微带天线辐射元、MEMS悬臂梁、悬臂梁桥墩。通过对悬臂梁同侧下拉电极施加极性相同大小不同的电压，这样MEMS悬臂梁就会有不同程度的弯曲，从而实现对微波天线方向性的小重构；通过对悬臂梁左右两侧下拉电极施加极性相反的电压，这样MEMS悬臂梁两侧就会产生方向相反的弯曲，从而实现对微波天线方向性的大重构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于微电子机械系统(MEMS)技术的微带天线，特别涉及一种方向性可重构的微电子机械天线及其制备方法，属于微电子机械系统领域。
技术介绍
天线作为无线电系统中不可缺少且非常重要的部件，其本身的质量直接影响着无线电系统的整体性能。天线的任务是将发射机输出的高频电流能量(传导波)转换成电磁波辐射出去，或者是将空间电波信号转换成高频电流能量送给接收机。为了能良好的实现上述目的，经典的单一模式天线已经不能满足雷达系统对波束赋形以及快速扫描等要求，这使得方向性可重构天线得到广泛重视和快速发展。近20多年来，随着MEMS技术的飞速发展，对MEMS悬臂梁结构进行了深入的研究，使得采用MEMS技术重构天线方向性成为可能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种方向性可重构的微电子机械天线及其制备方法，通过MEMS技术对天线方向性的实现可重构，使得其结构简单，操作便利。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供一种方向性可重构的微电子机械天线，该微电子机械天线以砷化镓为衬底，在衬底上设有微带天线馈线、星型结构微带天线辐射元、MEMS悬臂梁、悬臂梁桥墩；所述星型结构微带天线辐射元的任四个辐射端分别与一个悬臂梁桥墩连接，每个悬臂梁桥墩连接一个MEMS悬臂梁，其中，在每个MEMS悬臂梁的下方在悬臂梁桥墩的两侧各设置一个悬臂梁下拉电极，每个悬臂梁下拉电极上设有介质层，每个悬臂梁下拉电极上的介质层与相应的MEMS悬臂梁之间设有牺牲层；未连接悬臂梁桥墩的星型结构微带天线辐射元的辐射端与微带天线馈线连接。作为本专利技术的进一步优化方案，每个悬臂梁下拉电极、悬臂梁桥墩均与衬底连接。作为本专利技术的进一步优化方案，所述介质层为SiN，所述牺牲层为聚酰亚胺牺牲层。作为本专利技术的进一步优化方案，四个所述悬臂梁桥墩相同，四个所述MEMS悬臂梁相同。另一方面，本专利技术还提供一种如上所述微电子机械天线的制备方法，具体步骤如下：1)选用未掺杂的半绝缘砷化镓作为衬底；2)去除在悬臂梁下拉电极、微带天线馈线和星型结构微带天线辐射元处的光刻胶；3)溅射金，形成悬臂梁下拉电极、微带天线馈线和星型结构微带天线辐射元；4)在悬臂梁下拉电极的上方淀积氮化硅介质层；5)光刻并刻蚀氮化硅介质层，保留位于悬臂梁及其下方的悬臂梁下拉电极之间的氮化硅介质层；6)在砷化镓衬底上涂覆聚酰亚胺牺牲层，再光刻聚酰亚胺牺牲层，保留悬臂梁下方的牺牲层；7)溅射钛/金/钛，形成溅射用于悬臂梁及相应的悬臂梁桥墩；8)去除悬臂梁及相应的悬臂梁桥墩处的光刻胶；9)电镀悬臂梁及相应的悬臂梁桥墩；10)释放牺牲层：用显影液释放悬臂梁结构下方的聚酰亚胺牺牲层，并用无水乙醇脱水，形成悬浮的悬臂梁结构。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤3)中，金的厚度为0.3μm。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤4)中，用等离子体增强化学气相淀积法工艺生长的氮化硅介质层。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤6)中，聚酰亚胺牺牲层的厚度为1.6μm。作为本专利技术的进一步优化方案，步骤7)中，作为本专利技术的进一步优化方案，步骤9)中，电镀的悬臂梁的厚度为2μm。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，本专利技术的基于MEMS的技术的方向性可重构的微电子机械天线具有以下显著的优点：1、微电子机械天线的星型辐射结构从四个方向设置了MEMS悬臂梁，四个悬臂梁下方两侧各设置了下拉电极，从而很有效的可重构微波天线的方向性；2、通过对悬臂梁同一侧下拉电极施加极性相同大小不同的电压，MEMS悬臂梁就会有不同程度的弯曲，从而实现对微波天线方向性的小重构；3、通过对悬臂梁左右两侧下拉电极施加极性相反的电压，MEMS悬臂梁就会产生方向相反的弯曲，从而实现对微波天线方向性的大重构；4、本专利技术的结构是基于MEMS技术的，具有MEMS的基本优点，如体积小、重量轻、功耗低等；5、本专利技术的天线与单片微波集成电路(MMIC)工艺完全兼容，便于集成，这一系列优点是传统的微带天线无法比拟的，因此它具有很好的研究和应用价值。附图说明图1是方向性可重构的微电子机械天线的俯视图。图2是悬臂梁释放前的截面图。图3是悬臂梁释放后的截面图。图中：1-微带天线馈线，2-星型结构天线辐射元，3-MEMS悬臂梁，4-悬臂梁下拉电极，5-悬臂梁桥墩，6-聚酰亚胺牺牲层，7-SiN介质层，8-GaAs衬底。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术的方向性可重构的微电子机械天线是一种方向性可重构的微波天线，以GaAs为衬底，如图1至3所示，该微电子机械天线以砷化镓为衬底8，在衬底上设有微带天线馈线1、星型结构微带天线辐射元2、MEMS悬臂梁3、悬臂梁桥墩5、悬臂梁下拉电极4、SiN介质层7和聚酰亚胺牺牲层6。所述星型结构微带天线辐射元2的任四个辐射端分别与一个悬臂梁桥墩5连接，每个悬臂梁桥墩5连接一个MEMS悬臂梁3，每个MEMS悬臂梁3的下方在悬臂梁桥墩5的两侧各设置一个悬臂梁下拉电极4，每个悬臂梁下拉电极4上设有SiN介质层7，每个悬臂梁下拉电极4上的SiN介质层7与相应的MEMS悬臂梁3之间设有聚酰亚胺牺牲层6；未连接悬臂梁桥墩5的星型结构微带天线辐射元2的辐射端与微带天线馈线1连接。本专利技术中，微带天线馈线1接收到待发射的微波信号给星型结构微带天线辐射元2，星型结构微带天线辐射元2连接到四个相同的悬臂梁桥墩5，四个相同的悬臂梁桥墩5连接四个相同的MEMS悬臂梁3，在每个MEMS悬臂梁3下方两侧各设有一个悬臂梁下拉电极4，在每个下拉电极4上设有SiN介质层7，在每个SiN介质层7和每个MEMS悬臂梁3之间设有聚酰亚胺牺牲层6。微带天线馈线接收到待发射的微波信号，通过星型结构微波天线辐射元和四个相同的悬臂梁将微波信号发射出去。由于在MEMS悬臂梁结构下方两侧各设置了下拉电极，从而实现调节微波天线的方向性的可重构。通过对悬臂梁同侧下拉电极施加极性相同大小不同的电压，这样MEMS悬臂梁就会有不同程度的弯曲，从而实现对微波天线方向性的小重构；通过对悬臂梁左右两侧下拉电极施加极性相反的电压，这样MEMS悬臂梁就会产生方向相反的弯曲，从而实现对微波天线方向性的大重构。最终，实现调节微波天线的方向性的可重构。本专利技术设计的方向性可重构的微电子机械天线的制备方法为：1)准备砷化镓衬底：选用的是未掺杂的半绝缘砷化镓衬底；2)光刻：去除在悬臂梁下拉电极、微带天线馈线和星型结构微带天线辐射元处的光刻胶；3)溅射金：形成悬臂梁下拉电极、微带天线馈线和星型结构微带天线辐射元，其中，金的厚度为0.3μm；4)在悬臂梁下拉电极的上方淀积氮化硅介质层：用等离子体增强化学气相淀积法工艺生长的氮化硅介质层；5)光刻并刻蚀氮化硅介质层；保留位于悬臂梁及其下拉电极之间的氮化硅介质层；6)淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层：在砷化镓衬底上涂覆1.6μm厚的聚酰亚胺牺牲层，要求填满凹坑，聚酰亚胺牺牲层的厚度决定了悬臂梁与氮化硅介质层之间的高度，光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留悬臂梁下的牺牲层；7)溅射钛/金/钛：溅射用于悬臂梁及其桥墩的8)光刻：去除悬臂梁及其桥墩处的光刻胶；9)电镀金：电镀悬臂梁及其桥墩，金的厚度为2μm；10)释放牺牲层：用显影液释放悬臂梁结构下方的聚酰亚胺本文档来自技高网...

【技术保护点】
方向性可重构的微电子机械天线，其特征在于，该微电子机械天线以砷化镓为衬底，在衬底上设有微带天线馈线、星型结构微带天线辐射元、MEMS悬臂梁、悬臂梁桥墩；所述星型结构微带天线辐射元的任四个辐射端分别与一个悬臂梁桥墩连接，每个悬臂梁桥墩连接一个MEMS悬臂梁，其中，在每个MEMS悬臂梁的下方在悬臂梁桥墩的两侧各设置一个悬臂梁下拉电极，每个悬臂梁下拉电极上设有介质层，每个悬臂梁下拉电极上的介质层与相应的MEMS悬臂梁之间设有牺牲层；未连接悬臂梁桥墩的星型结构微带天线辐射元的辐射端与微带天线馈线连接。

【技术特征摘要】
1.方向性可重构的微电子机械天线，其特征在于，该微电子机械天线以砷化镓为衬底，在衬底上设有微带天线馈线、星型结构微带天线辐射元、MEMS悬臂梁、悬臂梁桥墩；所述星型结构微带天线辐射元的任四个辐射端分别与一个悬臂梁桥墩连接，每个悬臂梁桥墩连接一个MEMS悬臂梁，其中，在每个MEMS悬臂梁的下方在悬臂梁桥墩的两侧各设置一个悬臂梁下拉电极，每个悬臂梁下拉电极上设有介质层，每个悬臂梁下拉电极上的介质层与相应的MEMS悬臂梁之间设有牺牲层；未连接悬臂梁桥墩的星型结构微带天线辐射元的辐射端与微带天线馈线连接。2.根据权利要求1所述的方向性可重构的微电子机械天线，其特征在于，每个悬臂梁下拉电极、悬臂梁桥墩均与衬底连接。3.根据权利要求1所述的方向性可重构的微电子机械天线，其特征在于，所述介质层为SiN，所述牺牲层为聚酰亚胺牺牲层。4.根据权利要求1所述的方向性可重构的微电子机械天线，其特征在于，四个所述悬臂梁桥墩相同，四个所述MEMS悬臂梁相同。5.如权利要求1至4中任一所述的方向性可重构的微电子机械天线的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1)选用未掺杂的半绝缘砷化镓作为衬底；2)去除在悬臂梁下拉电极、微带天线馈线和星型结构微带天线辐射元处的光刻胶；3)溅射金，形成悬臂梁下...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32