硅基悬臂梁T型结间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型结间接加热式未知频率毫米波相位检测器，实现结构主要由悬臂梁耦合结构、T型结和间接加热式微波功率传感器和开关构成。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在中心频率35GHz处相位差为90度的耦合信号，分别同两路等分后的参考信号合成，同样利用间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。

【技术实现步骤摘要】
硅基悬臂梁T型结间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型结间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
，相位是微波信号的重要参数之一，微波信号相位检测在微波信号的产生、传播和接收的各个环节中都有着极其重要的作用，是电磁测量不可缺少的一部分。在实际应用中，微波信号相位检测系统可用于测量物体的方位角、提取运动物体的多普勒频移、相控阵雷达以及测量器件的相位特性等。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。长为1～10毫米的电磁波称为毫米波，属于较高频率的微波，由于具有较大的带宽和较窄的波束，实现毫米波相位的检测有着重要的意义。
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间接加热式毫米波相位检测器，两组悬臂梁在CPW中央信号线的上方，耦合部分待测信号，两组悬臂梁耦合信号的相位差在所测信号频率范围内的中心频率35GHz处为90度；每组悬臂梁由两个对称的悬臂梁组成，两个悬臂梁耦合的功率相等，其中一个悬臂梁耦合的信号用于耦合功率和频率检测，两种状态转换通过开关实现，另一个悬臂梁耦合的信号用于相位检测，从而完成未知频率毫米波相位的检测。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间接加热式毫米波相位检测器。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、间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间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间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间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间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间接加热式微波功率传感器。T型结由CPW中央信号线、传输线地线以及空气桥构成，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。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间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，同样使用间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，由间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.本专利技术的相位检测由于采用间接加热式微波功率传感器实现耦合功率测量，线性度好，动态范围大。附图说明图1为本专利技术硅基悬臂梁T型结间接加热式未知频率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T型结的俯视图；图4为本专利技术间接加热式微波功率传感器的俯视图；图5为本专利技术间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，终端电阻8，P型半导体臂9，N型半导体臂10，热电堆金属互连线11，输出Pad12，Si3N4介电层13，下拉电极14，悬臂梁耦合结构15，第一开关16，第二开关17，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1-7，本专利技术提出了一种硅基微机械悬臂梁耦合间接加热式毫米波相位检测器。实现结构主要包括：悬臂梁耦合结构15、T型结、间接加热式微波功率传感器和开关。其中，悬臂梁耦合结构15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；间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15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13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。间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、终端电阻8、P型半导体臂9、N型半导体臂10、热电堆金属互连线11、输出Pad12构成。在终端电阻8和热电堆的下方，高阻Si衬底1被刻蚀形成SiO2薄膜结构，用于增大热电堆的输出灵敏度。微波信号通过CPW传输到终端电阻8耗散为热，在薄膜上形成一定的温度分布，由于热电堆的冷热两端存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基悬臂梁T型结间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(15)、功率合成器/分配器、间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(15)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Si

【技术特征摘要】
1.一种硅基悬臂梁T型结间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(15)、功率合成器/分配器、间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(15)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(15)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(16)的第七端口(2-1)相连，第四端口(1-4)与第二开关(17)的第十端口(3-1)相连，第一开关(16)的第八端口(2-2)与第一间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(17)的第十一端口(3-2)与第二间接加热式微波功率传...

【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