可调功率分配比的MEMS五端口环形结及其制备方法技术

本发明专利技术的一种可调功率分配比的MEMS五端口环形结及其制备方法，其主要由五端口环形结和MEMS悬臂梁构成。其中，五端口环形结的第一端口为输入端，第二端口、第三端口、第四端口、第五端口分别位于第一端口两侧且为输出端；MEMS悬臂梁位于第四端口和第五端口在环形结上的等分处，在下极板上施加驱动电压，基于静电原理MEMS悬臂梁的高度下降，即MEMS悬臂梁会与环形结信号线发生接触，使得信号线发生接地短路，从而改变整体电路的拓扑结构，进而调整输出端口的功率分配比。该可调功率分配比的MEMS五端口环形结属于无源器件，且具有微型化和可调节功率分配比等特点，与硅基CMOS工艺兼容，便于集成，成本低廉。成本低廉。成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
可调功率分配比的MEMS五端口环形结及其制备方法


[0001]本专利技术属于微电子机械系统(MEMS)的
，尤其涉及一种可调功率分配比的MEMS五端口环形结及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着智能移动终端的高速发展，无线数据流量呈指数级增长，人们对于通信业务的需求在不同程度上都呈现了急剧增长的趋势，这使得能够极大地提高信道容量的多进多出(MIMO)无线通讯系统得到广泛应用。功分器作为无线通讯系统中的重要器件之一，它是一种能够将一路信号能量分成两路或多路输出的器件，几种常用的功分器分别为正交混合网络、180度混合网络和Wilkinson功分器。随着微波系统的集成化程度的提高，通信系统的可调性和小型化是射频/微波
面临的巨大挑战，然而，目前现有的功分器具有通道数目固定、功率分配比不可调等缺点，因此需要研制出一中可调功率分配比和输出通道数量的功率分配器件，以满足特定情况的需求。随着MEMS技术的深入研究，使基于MEMS技术实现上述功能的功率分配器件成为可能。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于提供一种可调功率分配比的MEMS五端口环形结及其制备方法,以解决现有的功分器具有通道数目固定、功率分配比不可调的技术问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：
[0005]一种可调功率分配比的MEMS五端口环形结，包括硅衬底以及设置在硅衬底上的基于CPW的端口、环形结、MEMS悬臂梁、引线、压焊块、空气桥和下极板；
[0006]基于CPW的端口和环形结放置在硅衬底上，组成环形定向耦合器的主体结构；基于CPW的端口特征阻抗为50Ω，环形结的特征阻抗为70.7Ω；基于CPW的端口包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第五端口，基于CPW的端口末端与环形结相连；其中第一端口为输入端，第二端口、第三端口、第四端口和第五端口为输出端，第四端口和第二端口、第二端口和第一端口、第一端口和第三端口、第三端口和第五端口在环形结上相距的电长度均为四分之一波长；MEMS悬臂梁包括锚区；MEMS悬臂梁位于第四端口和第五端口在环形结上的等分处，且分别与第四端口和第五端口在环形结上相距的电长度均为四分之一波长，MEMS悬臂梁一端悬浮在环形结的信号线上且一端通过锚区固定在第四端口和第五端口之间的CPW地线上，下极板位于MEMS悬臂梁下方环形结的信号线和悬臂梁的锚区之间，下极板通过引线引出并连接压焊块，空气桥悬浮于引线之上，连接第四端口和第五端口之间分离的CPW地线；MEMS悬臂梁、下极板、引线和压焊块组成MEMS开关。
[0007]进一步的，第一端口、第二端口、第三端口、第四端口和第五端口是相同的。
[0008]本专利技术还公开了一种可调功率分配比的MEMS五端口环形结的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1、准备硅衬底：选用400μm厚的高阻硅作为衬底；
[0010]步骤2、热氧化SiO2介质层：在硅衬底上生长一层SiO2，形成SiO2介质层；
[0011]步骤3、溅射并光刻Cr/Au层：在硅衬底和步骤2加工的SiO2介质层这两层之上涂覆光刻胶，去除预备制作环形结、基于CPW的端口、下极板、引线和压焊块地方的光刻胶；然后，通过溅射方式生长Cr/Au；最后，利用剥离技术去除保留的光刻胶，连带去除光刻胶上的Cr/Au，形成环形结、基于CPW的端口、下极板、引线和压焊块；
[0012]步骤4、沉积并光刻聚酰亚胺牺牲层：在步骤3得到的衬底上涂覆聚酰亚胺牺牲层，光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留空气桥和MEMS悬臂梁下方的聚酰亚胺牺牲层；
[0013]步骤5、蒸发种子层：在步骤4得到的衬底上通过蒸发的方式生长用于电镀的种子层，蒸发钛/金/钛，作为种子层；
[0014]步骤6、电镀金：在步骤5得到的衬底上涂覆光刻胶，去除预备制作MEMS悬臂梁和空气桥上的光刻胶；然后，电镀一层金；最后，利用剥离技术去除保留的光刻胶，连带去除光刻胶上的金，通过反刻技术，腐蚀钛/金/钛种子层，形成MEMS悬臂梁和空气桥；
[0015]步骤7、释放聚酰亚胺牺牲层：将步骤6得到的衬底进行划片，分批次将单元芯片放入显影液浸泡，去除MEMS悬臂梁和空气桥下方的聚酰亚胺牺牲层，去离子水浸泡，无水乙醇脱水，常温下挥发，晾干。
[0016]本专利技术的可调功率分配比的MEMS五端口环形结及其制备方法，具有以下优点：
[0017]1、本专利技术MEMS五端口环形结采用基于CPW的环形结来代替基于传统的微带线结构，实现了微波功率的传输和分配，可使得该MEMS五端口环形结在更高频段具有更低微波损耗，并且由于信号线和地线在同一平面上，便于串并联其它器件。
[0018]2、本专利技术在结构设计中，在MEMS五端口环形结的第四端口和第五端口的等分处设置一个MEMS悬臂梁，通过在下极板上施加驱动电压以实现MEMS悬臂梁在UP态和DOWN态下的切换，使得MEMS五端口环形结的电路拓扑结构发生改变，从而改变该MEMS五端口环形结的功率分配比。
[0019]3、本专利技术MEMS五端口环形结具有结构简单、微型化的特点，且与硅基CMOS工艺兼容，便于集成，成本低。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的可调功率分配比的MEMS五端口环形结的示意图；
[0021]图2为本专利技术的可调功率分配比的MEMS五端口环形结的A
‑
A剖面图；
[0022]图3(a)为本专利技术的可调功率分配比的MEMS五端口环形结的开关UP态的电路拓扑结构图；
[0023]图3(b)为本专利技术的可调功率分配比的MEMS五端口环形结的开关DOWN态的电路拓扑结构图；
[0024]图4(a)为本专利技术的可调功率分配比的MEMS五端口环形结的开关UP态的仿真结果图；
[0025]图4(b)为本专利技术的可调功率分配比的MEMS五端口环形结的开关DOWN态的仿真结果图；
[0026]图中标记说明：1、第一端口；2、压焊块；3、引线；4、空气桥；5、MEMS悬臂梁；6、下极板；7、硅衬底；8、SiO2介质层；9、环形结；10、第二端口；11、第三端口；12、第四端口；13、第五
端口；14、MEMS开关。
具体实施方式
[0027]为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，下面结合附图，对本专利技术一种可调功率分配比的MEMS五端口环形结及其制备方法做进一步详细的描述。
[0028]如图1和图2所示，可调功率分配比的MEMS五端口环形结采用高阻硅作为衬底，在硅衬底7上设有五个基于CPW的端口、环形结9、MEMS悬臂梁5、引线3、压焊块2、空气桥4和下极板6；
[0029]基于CPW的端口和环形结9放置在硅衬底7上，组成环形定向耦合器的主体结构；基于CPW的端口特征阻抗为50Ω，环形结(9)的特征阻抗为70.7Ω；基于CPW的端口包括第一端口1、第二端口10、第三端口11、第四端口12、第五端口13，基于CPW的端口末端与环形结9相连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调功率分配比的MEMS五端口环形结，其特征在于，包括硅衬底(7)以及设置在硅衬底(7)上的基于CPW的端口、环形结(9)、MEMS悬臂梁(5)、引线(3)、压焊块(2)、空气桥(4)和下极板(6)；基于CPW的端口和环形结(9)放置在硅衬底(7)上，组成环形定向耦合器的主体结构；基于CPW的端口特征阻抗为50Ω，环形结(9)的特征阻抗为70.7Ω；基于CPW的端口包括第一端口(1)、第二端口(10)、第三端口(11)、第四端口(12)、第五端口(13)，基于CPW的端口末端与环形结(9)相连；其中第一端口(1)为输入端，第二端口(10)、第三端口(11)、第四端口(12)和第五端口(13)为输出端，第四端口(12)和第二端口(10)、第二端口(10)和第一端口(1)、第一端口(1)和第三端口(11)、第三端口(11)和第五端口(13)在环形结(9)上相距的电长度均为四分之一波长；MEMS悬臂梁(5)包括锚区；MEMS悬臂梁(5)位于第四端口(12)和第五端口(13)在环形结(9)上的等分处，且分别与第四端口(12)和第五端口(13)在环形结(9)上相距的电长度均为四分之一波长，MEMS悬臂梁(5)一端悬浮在环形结(9)的信号线上且一端通过锚区固定在第四端口和第五端口之间的CPW地线上，下极板(6)位于MEMS悬臂梁(5)下方环形结(9)的信号线和悬臂梁(5)的锚区之间，下极板(6)通过引线(3)引出并连接压焊块(2)，空气桥(4)悬浮于引线(3)之上，连接第四端口(12)和第五端口(13)之间分离的CPW地线；MEMS悬臂梁(5)、下极板(6)、引线(3)和压焊块(2)组成MEMS开关(14)。2.根据权利要求1所述的可调功率分配比的MEMS五...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，蒋亦非，金建镇，李波，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：