一种热电式自检测MEMS微波功率分配器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种热电式自检测MEMS微波功率分配器及其制备方法，所述热电式自检测MEMS微波功率分配器包括位于砷化镓衬底上的微波功分器以及三个MEMS微波功率传感器；所述微波功分器为“T”型对称结构，包括三个端口；每个所述MEMS微波功率传感器通过CPW结构与所述微波功分器的一个端口相连，所述MEMS微波功率传感器用于测量三个所述端口处微波功率大小。本发明专利技术在线测量出输入和输出端口处微波功率大小，实现了MEMS微波功率分配器的实时在线功率自检测。

A thermoelectric self detecting MEMS Microwave power divider and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种热电式自检测MEMS微波功率分配器及其制备方法
本专利技术涉及微波系统电子器件
，具体涉及一种热电式自检测MEMS微波功率分配器及其制备方法。
技术介绍
功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件。将多路信号能量合成一路输出的器件称为功率合成器。随着通讯和物联网行业发展，微波/毫米波器件的需求日益增加，特别是微波功率分配器作为一种微波功率分配与合成的器件，在微波系统中广泛应用。并且，对微波功率分配器的性能和可靠性提出了更高要求。通过对传统微波功率分配器的应用调研发现，它们在微系统组件中因装配焊接的问题会造成其性能劣化以及长期工作在较大微波功率下易导致隔离电阻的老化等问题，引起其输出不等分，甚至造成器件失效。因而，迫切需求一种具有在线自检测功能的微波功率分配器，即实时在线监测微波功率分配器的三个端口微波功率大小，且要求微型化、单片集成、无需要额外的功耗等。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种热电式自检测MEMS微波功率分配器及其制备方法，在线测量出输入和输出端口处微波功率大小，实现了MEMS微波功率分配器的实时在线功率自检测。为了实现以上目的，本专利技术采取的一种技术方案是：一种热电式自检测MEMS微波功率分配器，包括位于砷化镓衬底上的微波功分器以及三个MEMS微波功率传感器；所述微波功分器为“T”型对称结构，包括三个端口；每个所述MEMS微波功率传感器通过CPW结构与所述微波功分器的一个端口相连，所述MEMS微波功率传感器用于测量三个所述端口处微波功率大小。进一步地，所述MEMS微波功率传感器包括主线、副线、第二空气桥、终端匹配电阻和热电堆；所述主线和所述副线由所述CPW信号线组成，所述主线与所述微波功分器的一端口相连接；所述主线和所述副线呈十字型交叠放置，在交叠处所述主线的上方的所述副线设有MEMS固支梁结构；所述终端匹配电阻并联设置在所述副线的两端口；所述热电堆设置在所述终端匹配电阻旁，在所述终端匹配电阻和所述热电堆的热端下方有一衬底薄膜结构；所述副线两侧的地线通过所述第二空气桥互连。进一步地，所述热电堆包括金属热偶臂、半导体热偶臂、金属连接线和直流输出压焊块，所述金属热偶臂、所述半导体热偶臂以及所述金属连接线采用欧姆接触连接，所述直流输出压焊块与所述金属连接线连接；所述MEMS固支梁结构位于所述副线中部，所述MEMS固支梁结构悬浮在所述主线的上方；所述MEMS固支梁结构包括MEMS固支梁以及所述锚区，所述锚区设于所述MEMS固支梁的两端；所述MEMS固支梁下方的所述主线上覆盖一层氮化硅绝缘介质层。进一步地，所述微波功分器还包括CPW信号线、ACPS信号线、第一空气桥以及隔离电阻；所述微波功分器中间部分由所述ACPS信号线组成，所述端口通过所述CPW信号线传输信号，所述ACPS信号线与所述CPW信号线电连接；所述第一空气桥横跨在所述微波功分器的三个端口处所述CPW信号线上方，所述第一空气桥的两端设置在所述CPW信号线两侧的地线上，所述第一空气桥下方的所述CPW信号线上覆盖氮化硅绝缘介质层；所述第一空气桥与其下方所述CPW信号线构成电容；所述端口包括第一端口、第二端口以及第三端口，所述第一端口为输入端，所述第二端口以及所述第三端口为输出端，所述隔离电阻设置在所述第二端口和所述第三端口之间。进一步地，所述ACPS信号线呈圆形结构，且所述ACPS信号线的拐角处均采用圆角设计。进一步地，所述隔离电阻和所述终端匹配电阻的材质均为氮化钽，所述隔离电阻和所述终端匹配电阻的方块电阻均为25±1欧姆/方块，所述终端匹配电阻和所述隔离电阻的电阻为100±1Ω。本专利技术还提供一种热电式自检测MEMS微波功率分配器的制备方法，包括如下步骤：S10提供砷化镓衬底，采用光刻、刻蚀以及隔离砷化镓，形成半导体热偶臂；S20采用光刻、溅射以及剥离工艺，形成热电堆的金属热偶臂，金属热偶臂与半导体热偶臂欧姆接触；S30采用光刻、溅射氮化钽、剥离工艺，形成终端匹配电阻和隔离电阻；S40采用光刻、蒸发第一层金、剥离，初步形成CPW结构、ACPS信号线、金属连接线和直流输出压焊块；S50淀积氮化硅绝缘介质层，光刻并刻蚀氮化硅绝缘介质层，淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层；S60依次蒸发钛、金、钛金属，采用光刻工艺及反刻工艺，完全形成CPW结构、ACPS信号线、MEMS固支梁、第一空气桥、第二空气桥、直流输出压焊块和金属连接线；以及S70将该砷化镓衬底光刻并刻蚀，形成衬底薄膜结构，释放聚酰亚胺牺牲层。进一步地，所述衬底为外延N+重掺杂砷化镓，掺杂量级为1*1018cm-3。进一步地，所述终端匹配电阻和所述隔离电阻的方块电阻均为25±1欧姆/方块，所述终端匹配电阻和所述隔离电阻的电阻均为100±1Ω。进一步地，所述CPW结构包括CPW信号线以及地线。本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：(1)本专利技术热电式自检测MEMS微波功率分配器及其制备方法，以砷化镓为衬底，在衬底上设计有一个基于共面传输线的微波功分器和三个完全相同的在线式MEMS微波功率传感器，在线式MEMS微波功率传感器耦合出一定比例的微波功率用于微波功率的测量，通过测量热电堆上热电压的大小，即可获得输入或输出微波功率的大小，实现在线测量出微波功率分配器上三个端口的微波功率大小，从而实现了热电式MEMS微波功率分配器的实时在线功率自检测。(2)在结构中，采用圆形的ACPS信号线，有利于减小结构尺寸；在微波功分器中的三端口处相应增加三个空气桥，这些空气桥具有电容补偿效应，能够缩短ACPS信号线的物理长度，减小微波功率分配器的结构尺寸，从而实现热电式自检测MEMS微波功率分配器的微型化；(3)在ACPS信号线的拐角处均采用圆角，改善了ACPS信号线的连续性，削弱了ACPS信号线的拐角对微波性能的影响，从而使其具有较小的微波损耗；(4)该热电式自检测MEMS微波功率分配器采用全无源结构构成，具有零的直流功耗，且其的制备方法与砷化镓单片微波集成电路兼容。附图说明下面结合附图，通过对本专利技术的具体实施方式详细描述，将使本专利技术的技术方案及其有益效果显而易见。图1所示为本专利技术一实施例的热电式自检测MEMS微波功率分配器的示意图；图2所示为图1A-A方向的剖面图；图3所示为图1B-B方向的剖面图；图4所示为本专利技术一实施例的MEMS微波功率传感器结构放大图；图5所示为本专利技术一实施例的热电式自检测MEMS微波功率分配器制备方法流程图；图6～12所示为本专利技术一实施例的所述步骤S10～S70详细制备方法流程图。附图标记1-微波功分器、11-CPW信号线、12-第一空气桥、13-ACPS信号线、14-隔离电阻、15-地线、16-第一端口、17-第二端口、18-第三端口、2-MEMS微波功率传感器、21-主线、22-副线、221-MEMS固支梁结构、222-MEMS固支梁、2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电式自检测MEMS微波功率分配器，其特征在于，包括位于砷化镓衬底(3)上的微波功分器(1)以及三个MEMS微波功率传感器(2)；/n所述微波功分器(1)为“T”型对称结构，包括三个端口；/n每个所述MEMS微波功率传感器(2)通过CPW结构与所述微波功分器(1)的一个端口相连，所述MEMS微波功率传感器(2)用于测量三个所述端口处微波功率大小。/n

【技术特征摘要】
1.一种热电式自检测MEMS微波功率分配器，其特征在于，包括位于砷化镓衬底(3)上的微波功分器(1)以及三个MEMS微波功率传感器(2)；
所述微波功分器(1)为“T”型对称结构，包括三个端口；
每个所述MEMS微波功率传感器(2)通过CPW结构与所述微波功分器(1)的一个端口相连，所述MEMS微波功率传感器(2)用于测量三个所述端口处微波功率大小。


2.根据权利要求1所述的热电式自检测MEMS微波功率分配器，其特征在于，所述MEMS微波功率传感器(2)包括主线(21)、副线(22)、第二空气桥(23)、终端匹配电阻(24)和热电堆(25)；
所述主线(21)和所述副线(22)由所述CPW信号线(11)组成，所述主线(21)与所述微波功分器(1)的一端口相连接；所述主线(21)和所述副线(22)呈十字型交叠放置，在交叠处所述主线(21)的上方的所述副线(22)设有MEMS固支梁结构(221)；
所述终端匹配电阻(24)并联设置在所述副线(22)的两端口；
所述热电堆(25)设置在所述终端匹配电阻(24)旁，在所述终端匹配电阻(24)和所述热电堆(25)的热端下方有一衬底薄膜结构(4)；所述副线(22)两侧的地线(15)通过所述第二空气桥(23)互连。


3.根据权利要求2所述的热电式自检测MEMS微波功率分配器，其特征在于，
所述热电堆(25)包括金属热偶臂(251)、半导体热偶臂(252)、金属连接线(253)和直流输出压焊块(254)，所述金属热偶臂(251)、所述半导体热偶臂(252)以及所述金属连接线(253)采用欧姆接触连接，所述直流输出压焊块(254)与所述金属连接线(253)连接；
所述MEMS固支梁结构(221)位于所述副线(22)中部，所述MEMS固支梁结构(221)悬浮在所述主线(21)的上方；所述MEMS固支梁结构(221)包括MEMS固支梁(222)以及所述锚区(223)，所述锚区(223)设于所述MEMS固支梁(222)的两端；所述MEMS固支梁(222)下方的所述主线(21)上覆盖一层氮化硅绝缘介质层(4)。


4.根据权利要求3所述的热电式自检测MEMS微波功率分配器，其特征在于，所述微波功分器(1)还包括CPW信号线(11)、ACPS信号线(13)、第一空气桥(12)以及隔离电阻(14)；
所述微波功分器(1)的中间部分设有所述ACPS信号线(13)，所述端口通过所述CPW信号线(11)传输信号，所述ACPS信号线(13)与所述CPW信号线(11)电连接；
所述第一空气桥(12)横跨在所述微波功分器(1)的三个端口处所述CPW信号线(11)上方，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，郑从兵，黄晓东，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32