基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术公开了基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统及其制备方法，该方法用于在线式测量，在中心信号线传输过程中，MEMS悬臂梁与传输线之间会产生静电力，使悬臂梁下拉，那么悬臂梁与测试电极之间的间距变小，从而其电容值发生改变，通过测量变化的电容值，得到与之一一对应的微波功率。本发明专利技术的基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统包括砷化镓衬底，在衬底上设有面波导中心信号线(A)、并联的MEMS悬臂梁结构(B)以及电容式微波功率传感器(C)。当微波信号在面波导中心信号线上传输时，两个并联的MEMS悬臂梁在静电力的作用下产生位移，待测功率由电容式微波功率传感器检测。

【技术实现步骤摘要】
基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统及其制备方法
本专利技术涉及微电子机械系统
，特别涉及一种基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统及其制备方法。
技术介绍
在微电子机械系统(即：MEMS)的微波研究中，微波功率是表征微波信号的一个重要参数。在微波信号的产生、传输及接收各个环节的研究中，微波功率的检测是必不可少的。常见的在线式微波功率检测系统是基于热电转换原理的耦合式微波功率检测系统，但该检测系统动态范围小、灵敏低。由于MEMS悬臂梁结构对微波功率信号更加敏感，而且MEMS悬臂梁感应微波信号产生的位移较之MEMS固支梁更大，系统测量的动态范围由悬臂梁的位移决定，因此本专利技术能够很好地解决上述的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供了一种基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统，与传统的在线式微波功率检测系统相比，该系统大大的提高了微波功率检测的动态范围和灵敏度。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：本专利技术提供了一种基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统，该系统包括共面波导中心信号线1、悬臂梁2、测试电极3、压焊块一4、地线5、空气桥6、测试电极传输线7、压焊块二8、砷化镓衬底9；所述的砷化镓衬底9上方设有共面波导传输线，在共面波导中心信号线(1)上方设有悬臂梁2；悬臂梁2下方设有测试电极3，测试电极3通过金线连接测试电极传输线7；测试电极传输线7通过金线连接压焊块二8；压焊块一4通过金线连接悬臂梁2；空气桥6通过金线连接地线5；所述的共面波导传输线是由共面波导中心信号线1、共面波导地线5和空气桥6组成。本专利技术所述的测试电极(3)的传输线从悬臂梁(2)的平行方向引出。本专利技术还提供了一种基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统的制备方法，该方法包括如下步骤：步骤1：准备砷化镓衬底；选用的是未掺杂的砷化镓衬底；步骤2：溅射钛/金/钛；溅射用于电镀共面波导传输线、测试电极和并联结构MEMS悬臂梁的底金，钛/金/钛的厚度为步骤3：淀积氮化硅介质层；用等离子体增强化学气相淀积法方法生长的氮化硅介质层；步骤4：光刻并刻蚀氮化硅介质层；保留并联结构MEMS悬臂梁下方CPW的中心信号线、测试电极传输线上和测试电极上的氮化硅；步骤5：淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层；淀积1.6μm厚的聚酰亚胺牺牲层，聚酰亚胺牺牲层的厚度决定了并联结构MEMS悬臂梁与氮化硅介质层之间的高度，光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留并联结构MEMS悬臂梁下的牺牲层；步骤6：电镀金；电镀共面波导传输线和并联结构MEMS悬臂梁，厚度为2μm；步骤7：去除光刻胶、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，形成并联结构的MEMS悬臂梁。有益效果：1、本专利技术灵敏度很高，设计了两个并联的MEMS悬臂梁，由于MEMS悬臂梁结构对微波功率信号更加敏感，采用并联的MEMS悬臂梁结构从而可以大大提高器件的灵敏度。2、本专利技术匹配性很高，将MEMS悬臂梁的锚区设计在地线中间，减小了MEMS悬臂梁对共面波导特性阻抗的影响。另外，测试电极的传输线从与MEMS悬臂梁平行的方向引出，而不是从MEMS悬臂梁垂直方向引出，该设计减小了MEMS悬臂梁对共面波导特性阻抗的影响，提高了器件的匹配性能。3、本专利技术是基于微电子机械系统技术，具有微机械系统的基本优点，如：体积小、重量轻、功耗低等，另外它与单片微波集成电路(即：MMIC)方法完全兼容，便于集成，而且本专利技术是用于在线式测量，这一系列优点是传统的在线式微波功率检测系统无法比拟的，因此它具有很好地研究和应用价值。附图说明图1为本专利技术基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统的原理图。标识说明：A-共面波导中心信号线；B-并联MEMS悬臂梁结构；C-电容式微波功率传感器。图2为本专利技术基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统的结构示意图。标识说明：1-共面波导中心信号线；2-悬臂梁；3-测试电极；4-压焊块一；5-地线；6-空气桥；7-测试电极传输线；8-压焊块二；9-砷化镓衬底。图3为专利技术的方法流程图。具体实施方式以下结合说明书附图对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术提供了一种基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统，该系统包括砷化镓衬底，在衬底上设有共面波导传输线、并联MEMS悬臂梁结构和电容式微波功率传感器。当微波功率从共面波导中心信号线端口A向端口B传输时，并联MEMS悬臂梁结构与共面波导传输线之间会产生静电力，使并联MEMS悬臂梁结构下拉。那么并联MEMS悬臂梁结构与测试电极之间的间距变小，电容值发生改变，通过测量变化的电容值，得到与之一一对应的微波信号的功率幅度。本专利技术的并联MEMS悬臂梁结构是在共面波导中心信号线1上设有两个并联的悬臂梁2，当微波功率从共面波导中心信号线1的端口A向端口B传输时，并联MEMS悬臂梁结构与共面波导传输线之间会产生静电力，使悬臂梁2下拉。本专利技术的电容式微波功率传感器是由悬臂梁2、测试电极3、测试电极传输线7、压焊块4和压焊块8组成。本专利技术所述的压焊块包括压焊块一4和压焊块二8。如图2所示，本专利技术提供了一种基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统，该系统包括共面波导中心信号线1、悬臂梁2、测试电极3、压焊块一4、地线5、空气桥6、测试电极传输线7、压焊块二8、砷化镓衬底9；所述的砷化镓衬底9上方设有共面波导传输线，在共面波导中心信号线1上方设有悬臂梁2；悬臂梁2下方设有测试电极3，测试电极3通过金线连接测试电极传输线7；测试电极传输线7通过金线连接压焊块二8；压焊块一4通过金线连接悬臂梁2；空气桥6通过金线连接地线5。本专利技术所述的共面波导传输线是由共面波导中心信号线1、共面波导地线5和空气桥6组成。本专利技术所述系统的结构标准包括如下：1.本专利技术的系统是属于在线式测量检测系统，待测的微波功率是通过基于MEMS悬臂梁并联的电容式微波功率传感器得到。2.本专利技术是采用两个并联MEMS的悬臂梁设计，由于悬臂梁与共面波导中心信号线之间产生静电力，使MEMS悬臂梁下拉。从而使悬臂梁与测试电极之间的间距变小，电容值发生改变，这里两个MEMS的悬臂梁采用并联结构，使电容变化更加明显，从而大大提高测量的灵敏度。3.本专利技术是将MEMS悬臂梁的锚区设计在地线中间，减小了MEMS悬臂梁对共面波导特性阻抗的影响。另外，测试电极的传输线从与MEMS悬臂梁平行的方向引出，而不是从MEMS悬臂梁垂直方向引出。这些设计都减小了MEMS悬臂梁对共面波导特性阻抗的影响，提高了器件的匹配性能。满足以上条件的结构即视为本专利技术的基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统。如图3所示，本专利技术还提供了一种基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统的制备方法，所述方法包括如下步骤：1)准备砷化镓衬底：选用的是未掺杂的砷化镓衬底；2)采用等离子体增强化学气相沉积方法；溅射钛/金/钛：溅射用于电镀共面波导传输线、测试电极和并联结构MEMS悬臂梁的底金，钛/金/钛的厚度为3)淀积氮化硅介质层：用等离子体增强化学气相淀积法方法生长的氮化硅介质层；4)光刻并刻蚀氮化硅介质层；保留并联结构MEMS悬臂梁下方CPW的中心信号线、测试电极传输线上和测试电极上的氮化硅；5)淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层：淀积1.6μm厚的聚酰亚胺牺牲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统，其特征在于：所述系统包括共面波导中心信号线(1)、悬臂梁(2)、测试电极(3)、压焊块一(4)、地线(5)、空气桥(6)、测试电极传输线(7)、压焊块二(8)、砷化镓衬底(9)；所述的砷化镓衬底(9)上方设有共面波导传输线，在共面波导中心信号线(1)上方设有悬臂梁(2)；悬臂梁(2)下方设有测试电极(3)，测试电极(3)通过金线连接测试电极传输线(7)；测试电极传输线(7)通过金线连接压焊块二(8)；压焊块一(4)通过金线连接悬臂梁(2)；空气桥(6)通过金线连接地线(5)；所述的共面波导传输线是由共面波导中心信号线(1)、共面波导地线(5)和空气桥(6)组成。

【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS悬臂梁并联的微波功率检测系统的制备方法，其特征在于，所述方法应用于微波功率检测系统，包括如下步骤：步骤1：准备砷化镓衬底：选用的是未掺杂的砷化镓衬底；步骤2：溅射钛/金/钛；溅射用于电镀共面波导传输线、测试电极和并联结构MEMS悬臂梁的底金，钛/金/钛的厚度为是利用辉光放电使氮化硅电离产生低温等离子体，增强反应物质的化学活性，从而进行外延形成氮化硅薄膜；步骤3：淀积氮化硅介质层：用等离子体增强化学气相淀积方法生长的氮化硅介质层；步骤4：光刻并刻蚀氮化硅介质层；保留并联结构MEMS悬臂梁下方共面波导中心信号线上、测试电极传输线上和测试电极上的氮化硅；步骤5：淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层；淀积1.6μm厚的聚酰亚胺牺牲层，聚酰亚胺牺牲层的厚度决定了并联结构MEMS悬臂梁与氮化硅介质层之间的高度，光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留并联结构MEMS悬臂梁下的牺牲层；步骤6：电镀金；电镀共面波导传输线和并联结构MEMS悬臂梁，厚度为2μm；步骤7：去除光刻胶、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，形成并联结构的MEMS悬臂梁；所述系统包括砷化镓衬底(9)、共面波...

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