一种微电子机械固支梁式定向微波功率耦合器及其制备方法，耦合器为四端口微波器件，包括主线和副线，四端口为主线输入端口、主线输出端口、副线耦合输出端口和副线隔离端口，以砷化镓衬底为基底，在基底上设置主线和副线，副线与主线耦合的部分设有MEMS固支梁，MEMS固支梁作为副线的一段耦合线段；MEMS固支梁下方设有驱动电极，对应驱动电极在副线外侧设有压焊块，通过引线与驱动电极连接。本发明专利技术的微电子机械固支梁式定向微波功率耦合器不但具有传统定向微波功率耦合器的低损耗、高隔离度和良好的方向性的特点，而且通过控制MEMS固支梁的驱动电压使该微波功率耦合器能够实现耦合和不耦合两种状态，减少不必要的功率损耗。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子机械系统MEMS的
，涉及微波功率耦合器，具体为一种。
技术介绍
微波功率耦合器是用于微波功率定向分配或功率组合的无源器件，通常使用定向耦合器对微波功率进行耦合。定向微波功率耦合器是一种具有方向性的四端口功率耦合器件，包含主传输线(主线)和副传输线(副线)两部分，主副线之间通过耦合机构，如缝隙、 孔和耦合线段等，把主线功率的一部分耦合到副线中去。传统的定向微波功率耦合器是由波导、同轴线和微带线等构成的，它们具有低的损耗、高的隔离度和良好的方向性等优点，然而其最大的缺点是，主线传输微波信号无论副线要不要求分配微波功率，总是会有一定的微波功率被耦合到副线中去，造成了不必要的功率损耗。随着微波集成电路的发展，现代个人通信系统和雷达系统不仅要求微波功率耦合器在功率耦合过程时具有传统定向微波功率耦合器的优点，如低的损耗、高的隔离度和良好的方向性，而且要求微波功率耦合器能够实现耦合与不耦合两种工作状态，减小不必要的功率损耗。近年来，随着MEMS技术的快速发展，并对MEMS固支梁结构进行了深入的研究，使基于MEMS技术实现上述功能的固支梁式定向微波功率耦合器成为可能。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是现有定向微波功率耦合器的耦合状态不受控制，无论是否需要进行耦合，总是会有一定的微波功率从主线被耦合到副线中去，造成不必要的功率损耗。本专利技术的技术方案为一种微电子机械固支梁式定向微波功率耦合器，为四端口微波器件，包括主线和副线，四端口为主线输入端口、主线输出端口、副线耦合输出端口和副线隔离端口，以砷化镓衬底为基底，在基底上设置主线和副线，副线与主线耦合的部分设有MEMS固支梁，MEMS固支梁作为副线的一段耦合线段，并位于副线中部；MEMS固支梁下方设有驱动电极，对应驱动电极在副线外侧设有压焊块，通过弓丨线与驱动电极连接。主线包括由共面波导CPW构成主线输入端口、主线输出端口，和由不对称共面带线ACPS构成功率传输部分；副线包括由CPW构成副线耦合输出端口、副线隔离端口，和由 ACPS构成功率耦合部分；CPW由一个信号线和两个地线组成，ACPS由一个信号线和一个地线组成，CPff和ACPS的信号线组合构成主线信号线、副线信号线；MEMS固支梁通过MEMS固支梁锚区与副线的功率耦合部分固定连接，驱动电极的两端不与MEMS固支梁的锚区相连接，副线外侧设有两个电输入压焊块，分别通过引线与驱动电极和副线ACPS的地线相连接，其中，连接驱动电极和电输入压焊块的引线隔开副线ACPS的地线，耦合器中所有被隔开的地线通过空气桥相连接；驱动电极、所述引线的隔开地线的部分、以及空气桥下方非地线的部分被氮化硅介质层覆盖。主线和副线CPW、主线和副线ACPS、MEMS固支梁、MEMS固支梁锚区、驱动电极、空气桥、引线和电输入压焊块的材料均为金。本专利技术耦合器隔离端口设有氮化钽材料构成的终端电阻，终端电阻上覆盖氮化硅介质层。上述微电子机械固支梁式定向微波功率耦合器的制备方法，基于GaAs MMIC工艺， 包括以下步骤1)准备衬底，选用半绝缘砷化镓衬底作为基底，在衬底正面制备耦合器；2)在衬底上涂覆光刻胶，并去除预备制作氮化钽终端电阻的位置处的光刻胶；3)在衬底上溅射氮化钽，其厚度为Iym;4)将步骤2)中留下的光刻胶剥离去除，连带去除光刻胶上面的氮化钽；5)在衬底正面涂覆光刻胶，再去除预备制作主线和副线CPW、主线和副线ACPS、 MEMS固支梁的锚区、驱动电极、引线以及电输入压焊块地方的光刻胶；6)在步骤5)处理后的砷化镓衬底上，通过蒸发方式生长一层金，其厚度为 0. 3μ ；7)将步骤5)中留下的光刻胶去除，连带去除了光刻胶上面的金，形成驱动电极和引线，并初步形成主线和副线CPW、主线和副线ACPS、MEMS固支梁的锚区以及电输入压焊块；8)反刻氮化钽，形成与副线隔离端口相连接的终端电阻，其方块电阻为25Ω/ □；9)淀积氮化硅在前面步骤处理得到的砷化镓衬底上用等离子体增强型化学气相淀积法工艺PECVD生长1000Α厚的氮化硅介质层；10)光刻并刻蚀氮化硅介质层，保留在驱动电极、空气桥下方的CPW信号线、引线和终端电阻上的氮化硅介质层；11)淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层在砷化镓衬底上涂覆1.6 μ m厚的聚酰亚胺牺牲层，填满所有凹坑，其中，聚酰亚胺牺牲层的厚度决定了 MEMS固支梁与其下方驱动电极上的氮化硅介质层之间的距离，以及空气桥的高度；光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留MEMS固支梁和空气桥下方的牺牲层；12)通过蒸发方式生长用于电镀的底金蒸发钛/金/钛，作为底金，其厚度为 500/1500/300A；13)涂覆光刻胶，去除预备制作MEMS固支梁、空气桥、MEMS固支梁的锚区、主线和副线CPW、主线和副线ACPS以及电输入压焊块地方的光刻胶；14)电镀一层金，其厚度为2 μ m ；15)去除在步骤13)中留下的光刻胶；16)反刻钛/金/钛，腐蚀底金，形成MEMS固支梁、空气桥、以及完整的MEMS固支梁的锚区、主线和副线CPW、主线和副线ACPS以及电输入压焊块；17)将该砷化镓衬底背面减薄至100 μ m ；18)释放聚酰亚胺牺牲层显影液浸泡，去除MEMS固支梁和空气桥下的聚酰亚胺牺牲层，去离子水浸泡，无水乙醇脱水，常温下挥发，晾干，得到微电子机械固支梁式定向微波功率耦合器。本专利技术提供了一种基于MEMS技术的固支梁式定向微波功率耦合器及其制备方法，为了实现微波功率耦合器具有耦合和不耦合两种工作状态，该耦合器具有一个MEMS固支梁结构，位于由ACPS构成的副线耦合部分并作为耦合部分的一段耦合线段；当耦合器副线上MEMS固支梁结构的驱动电极未施加驱动电压，那么固支梁结构处于UP状态，此时作为副线耦合部分的一段耦合线段的固支梁，与主线传输部分不在同一平面且存在一定的高度差，通过设计由ACPS构成的主线传输部分与副线耦合部分的长度和两者之间的间距以及 MEMS固支梁的高度，使副线耦合部分几乎不会从主线耦合微波功率到副线中去，因而微波功率耦合器处于不耦合状态；当耦合器副线上MEMS固支梁结构的驱动电极施加驱动电压， 固支梁受驱动电极上电荷吸引而贴近驱动电极，固支梁结构处于DOWN状态，此时固支梁被吸合到驱动电极的氮化硅介质层表面上，作为副线耦合部分的一段耦合线段，并且此时固支梁与主线传输部分几乎在同一平面内，通过设计MEMS固支梁的长度，使副线耦合部分从主线耦合一定比例的微波功率到副线中去，即可以根据要求设计在固支梁结构处于DOWN 状态时定向微波功率耦合器的耦合度，因而微波功率耦合器处于耦合状态。本专利技术通过设计耦合器主线、副线的长度和间距，以及可动的MEMS固支梁在副线上的长度和高度，可以根据要求设计微波功率耦合器在耦合状态时的耦合度，所述可动的 MEMS固支梁是指固支梁具有UP和DOWN两种状态；通过驱动电极控制MEMS固支梁的驱动电压，控制MEMS固支梁结构是否处于DOWN或UP状态，对应副线耦合部分是否从主线耦合一定比例的微波功率到副线中去，也就是该微波功率耦合器实现耦合和不耦合两种状态。在机械结构上，主线和副线CPW、主线和副线ACPS、MEMS固支梁结构、终端电阻、空气桥结构、引线以及压焊块制作在同一块砷化镓衬本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种微电子机械固支梁式定向微波功率耦合器，为四端口微波器件，包括主线（５）和副线（６），四端口为主线输入端口（１）、主线输出端口（２）、副线耦合输出端口（３）和副线隔离端口（４），其特征是以砷化镓衬底（１９）为基底，在基底上设置主线（５）和副线（６），副线（６）与主线（５）耦合的部分设有ＭＥＭＳ固支梁（９），ＭＥＭＳ固支梁（９）作为副线（６）的一段耦合线段，并位于副线（６）中部；ＭＥＭＳ固支梁（９）下方设有驱动电极（１１），对应驱动电极（１１）在副线（６）外侧设有电输入压焊块（１８），通过引线（１７）与驱动电极（１１）连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：廖小平，张志强，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84
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