本发明专利技术的呈72?角五端口微电子机械微波功率传感器不但具有传统热电式微波功率传感器的优点，如低损耗、高灵敏度、好的线性度，而且具有实现五端口微波功率的测量、高的集成度以及与砷化镓单片微波集成电路兼容的优点。该结构在砷化镓衬底上，有五个用于传输微波信号的CPW输入端，它们彼此对称放置且相互之间呈72?的角，在每个CPW的输出端连接两个终端匹配电阻，每个终端匹配电阻附近有一个热电偶，将这五对热电偶也成对称放置并串联连接形成热电堆，这五对热电偶相互之间也同样呈72?的角；金属散热片被热电堆的冷端环绕；MEMS衬底膜结构位于终端匹配电阻和热电堆的热端下方。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术提出了，属于微电子机械系统(MEMS)的
技术介绍
在微波技术研究中，微波功率是表征微波信号特征的一个重要参数。传统的功率计采用波导形式的微波功率传感器，通常以铋-锑作为热电偶，采用同轴电缆作为传输线， 其主要的缺点是体积较大且无法实现与微波电路的集成。目前，最常见的微波功率传感器是基于热电转换原理的微波功率传感器。它的工作原理为输入的待测微波功率从共面波导传输线的一端被引入，在传输线另一端连接的终端匹配电阻吸收该微波功率而转化为热， 在终端匹配电阻附近放置热电堆探测终端匹配电阻附近的温差，基于kebeck效应，在热电堆的输出端产生直流热电势，实现微波功率的测量。它具有体积小、低的损耗、高的灵敏度、好的线性度以及与单片微波集成电路兼容的优点。本专利技术是基于此工作原理的微波功率传感器。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种基于MEMS技术的呈72°角五端口微波功率传感器及制备方法，通过对称放置五个共面波导(CPW)，它们相互之间呈72°的角，在每个共面波导的输出端连接两个终端匹配电阻，每个终端匹配电阻附近有一个热电偶，将这五对热电偶也成对称放置并串联连接形成热电堆，这五对热电偶相互之间也同样呈72°的角， 从而实现五端口微波功率的测量；它大大减小了芯片面积，提高了集成度。技术方案本专利技术的呈72°角五端口微电子机械微波功率传感器以砷化镓(GaAs) 为衬底，在衬底上设有五个CPW、十个终端匹配电阻、一个由十个热电偶构成五对热电偶而组成的热电堆、两个输出压焊块、一个金属散热片以及连接线，在衬底下形成一个MEMS衬底膜结构CPW用于实现微波信号的传输，以及测试仪器和终端匹配电阻的电路连接。每个CPW由一条CPW的信号线和两条地线组成。终端匹配电阻被连接到CPW的输出端，完全吸收由CPW输入端传输的微波功率，并转换为热量。热电堆是由十个热电偶构成五对热电偶而组成的，每个热电偶靠近一个终端匹配电阻，但不与该终端匹配电阻连接；热电堆靠近终端电阻的一端吸收到这种热量，并引起这端温度的升高，即为热电堆的热端，然而热电堆的另一端的温度被作为环境温度，即为热电堆的冷端，由于热电堆热冷两端温度的不同，根据Seebeck效应，在热电堆的输出压焊块上产生热电势的输出。金属散热片被热电堆的冷端环绕，用于维持热电堆的冷端温度为环境温度，从而提高热电堆热冷两端的温差。3连接线用于热电偶之间的互相连接以及热电堆与输出压焊块之间的连接。MEMS衬底膜结构位于终端匹配电阻和热电堆的热端下方，在其下方的GaAs衬底通过MEMS背面刻蚀技术去掉一部分，形成MEMS衬底膜结构，提高了热量由终端电阻向热电堆热端的传输效率从而提高热电堆热冷两端的温差。在机械结构上，CPW、终端匹配电阻、热电堆、输出压焊块、金属散热片以及连接线制作在同一块GaAs衬底上。本专利技术的呈72°角五端口微电子机械微波功率传感器通过对称放置五个CPW，它们相互之间呈72°的角，在每个CPW的输出端连接两个终端匹配电阻，每个终端匹配电阻附近有一个热电偶，将这五对热电偶也成对称放置并串联连接形成热电堆，这五对热电偶相互之间也同样呈72°的角，从而实现五端口微波功率的测量。当一个、两个、三个、四个或者五个待测的微波信号分别通过一个、两个、三个、四个或者五个CPW输入端引入时，在其CPW 输出端并联的终端匹配电阻分别吸收这些微波功率而产生热量，使终端电阻周围的温度升高，放置在该终端电阻附近的热电偶分别测量其温度差，基于kebeck效应，在热电堆的输出压焊块上产生热电势的输出，从而实现单输入、双输入、三输入、四输入或者五输入微波功率的测量。呈72°角五端口微电子机械微波功率传感器的制备方法为1)准备砷化镓衬底选用外延的半绝缘砷化镓衬底，其中外延N+砷化镓的掺杂浓度为重掺杂(一般浓度大于等于IO18CnT3)；2)光刻并隔离外延的N+砷化镓，形成热电堆的半导体热偶臂的图形和欧姆接触区；3)反刻由热电堆的半导体热偶臂的图形组成的N+砷化镓，形成轻掺杂(一般浓度小于IO18CnT3)的热电堆的半导体热偶臂；4)光刻去除将要保留金锗镍/金地方的光刻胶；5)溅射金锗镍/金；6)剥离，形成热电堆的金属热偶臂；7)光刻去除将要保留氮化钽地方的光刻胶；8)溅射氮化钽；9)剥离;10)光刻去除将要保留第一层金的地方的光刻胶；11)蒸发第一层金；12)剥离，初步形成CPW，金属散热片、输出压焊块以及连接线；13)反刻氮化钽，形成与CPW输出端相连接的终端匹配电阻，其方块电阻为25Ω / ；14)蒸发钛/金/钛蒸发用于电镀的底金；15)光刻去除要电镀地方的光刻胶；16)电镀金；17)去除光刻胶去除不需要电镀地方的光刻胶；18)反刻钛/金/钛，腐蚀底金，形成CPW，金属散热片、输出压焊块以及连接线；19)将该砷化镓衬底背面减薄(一般在50//m和150// m之间)；20)背面光刻去除在砷化镓背面形成膜结构地方的光刻胶；21)刻蚀减薄终端电阻和热电堆的热端下方的砷化镓衬底，形成膜结构。4有益效果本专利技术的呈72°角五端口微电子机械微波功率传感器不但具有传统热电式微波功率传感器的优点，如低损耗、高灵敏度、好的线性度，而且具有实现五端口微波功率的测量、高的集成度以及与砷化镓单片微波集成电路兼容的优点。附图说明图1是呈72°角五端口微电子机械微波功率传感器的示意图； 图2是呈72°角五端口微电子机械微波功率传感器的A-A剖面图； 图3是呈72°角五端口微电子机械微波功率传感器的B-B剖面图中包括五个微波信号输入端1、2、3、4和5，CPW 6，终端匹配电阻7，由十个热电偶8 构成的热电堆，半导体热偶臂9，金属热偶臂10，金属散热片11，输出压焊块12，MEMS衬底的膜结构13，连接线14，砷化镓衬底15。具体实施例方式本文专利技术的呈72°角五端口微电子机械微波功率传感器的具体实施方案如下 在砷化镓衬底15上设有五个CPW 6、十个终端匹配电阻7、一个由十个热电偶8构成五对热电偶8而组成的热电堆、两个输出压焊块12、一个金属散热片11以及连接线14，在衬底15下形成一个MEMS衬底膜结构12 CPff 6用于实现微波信号的传输，以及测试仪器和终端匹配电阻7的电路连接。每个 CPff 6由一条CPW的信号线和两条地线组成。终端匹配电阻7被连接到CPW 6的输出端，完全吸收由CPW 6输入端1、2、3、4和 5传输的微波功率，并转换为热量。热电堆是由十个热电偶8构成五对热电偶8而组成的，每个热电偶8靠近一个终端匹配电阻7，但不与该终端电阻7连接；热电堆靠近终端电阻7的一端吸收到这种热量， 并引起这端温度的升高，即为热电堆的热端，然而热电堆的另一端的温度被作为环境温度， 即为热电堆的冷端，由于热电堆热冷两端温度的不同，根据kebeck效应，在热电堆的输出压焊块12上产生热电势的输出。金属散热片11被热电堆的冷端环绕，用于维持热电堆的冷端温度为环境温度，从而提高热电堆热冷两端的温差。连接线14用于热电偶8之间的互相连接以及热电堆与输出压焊块12之间的连接。MEMS衬底膜结构13位于终端匹配电阻7和热电堆的热端下方，在其下方的GaAs 衬底15通过MEMS背面刻蚀技术去掉一部分，形成MEMS衬底膜结本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：
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