基于硅基懸臂梁T型結(jié)間接加熱在線式毫米波相位檢測器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)的基于硅基懸臂梁T型結(jié)間接加熱在線式毫米波相位檢測器，主要由懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)、T型結(jié)和間接加熱式微波功率傳感器構(gòu)成。懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)中，兩個懸臂梁在CPW中央信號線上方，結(jié)構(gòu)相同，用于耦合部分待測信號，通過錨區(qū)與T型結(jié)相連，兩個懸臂梁之間CPW傳輸線的電長度為λ/8。懸臂梁下方的CPW中央信號線上覆蓋了一層Si

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于硅基懸臂梁T型結(jié)間接加熱在線式毫米波相位檢測器
本專利技術(shù)提出了一種基于硅基懸臂梁T型結(jié)間接加熱在線式毫米波相位檢測器，屬于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的

技術(shù)介紹
在微波
，相位是表征微波信號的一個重要的參數(shù)，微波信號相位檢測系統(tǒng)在相位調(diào)制器、相移鍵控(PSK)、微波定位、天線相位方向圖的測試和近場診斷等方面都有著極其廣泛的應用。實現(xiàn)微波信號相位的在線式檢測是一個重要的課題，同終端式檢測相比，在線式檢測后的微波信號可以繼續(xù)輸入到下一級電路使用，避免了信號的浪費。在線式檢測可通過耦合部分待測信號的方式實現(xiàn)，隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，對懸臂梁結(jié)構(gòu)有了比較深入的研究和認識，使得本專利技術(shù)利用懸臂梁進行微波信號耦合成為可能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
技術(shù)問題：本專利技術(shù)的目的是提供一種基于硅基懸臂梁T型結(jié)間接加熱在線式毫米波相位檢測器，通過懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)耦合部分待測信號，間接式微波功率傳感器檢測微波功率大小，實現(xiàn)了毫米波相位的在線測試，具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提出了一種基于硅基懸臂梁T型結(jié)間接加熱在線式毫米波相位檢測器。該相位檢測器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)選擇高阻Si為襯底，傳輸線材料為Au，主要由懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)、T型結(jié)和間接加熱式微波功率傳感器構(gòu)成；懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)左右對稱，由CPW中央信號線、傳輸線地線、懸臂梁、懸臂梁錨區(qū)構(gòu)成，在懸臂梁的下方有一層Si3N4介電層；懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)的第三端口和第四端口分別與第一T型結(jié)的第八端口和第二T型結(jié)的第十一端口相連，待測信號從第三T型結(jié)的第五端口輸入，第三T型結(jié)的第六端口和第一T型結(jié)的第九端口相連，第七端口與第二T型結(jié)的第十二端口相連，第一T型結(jié)的第十端口接第一間接加熱式微波功率傳感器，第二T型結(jié)的第十三端口接第二間接加熱式微波功率傳感器。T型結(jié)由CPW中央信號線、傳輸線地線以及空氣橋構(gòu)成，其中空氣橋用于地線之間的互連，為了方便空氣橋的釋放，在空氣橋上制作了一組小孔陣列。間接加熱式微波功率傳感器由CPW中央信號線、傳輸線地線、終端電阻、P型半導體臂、N型半導體臂、熱電堆金屬互連線、輸出Pad構(gòu)成。在終端電阻和熱電堆的下方，高阻硅襯底被刻蝕，形成SiO2薄膜結(jié)構(gòu)，用于增大熱電堆的輸出靈敏度。待測毫米波信號從懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)的第一端口輸入，從第二端口輸出；兩個懸臂梁耦合的微波信號幅度相等，相位相差45度，分別同參考信號等分后的兩路信號合成，通過檢測兩路合成信號的功率大小，聯(lián)立方程可以求解待測微波信號的相位，可實現(xiàn)整個周期范圍內(nèi)相位角的測量。有益效果：本專利技術(shù)相對于現(xiàn)有的相位檢測器具有以下優(yōu)點：1.本專利技術(shù)的相位檢測器采用懸臂梁耦合方式，能夠?qū)崿F(xiàn)在線式的相位檢測，待測信號經(jīng)過檢測后可以繼續(xù)輸出到下一級使用；2.原理和結(jié)構(gòu)簡單，版圖面積較小，全部由無源器件組成因而不存在直流功耗；3.本專利技術(shù)的相位檢測由于采用間接加熱式微波功率傳感器實現(xiàn)耦合功率測量，線性度好，動態(tài)范圍大。4.兼容COMS工藝線，適合批量生產(chǎn)，成本低、可靠性高。附圖說明圖1為本專利技術(shù)基于硅基懸臂梁T型結(jié)間接加熱在線式毫米波相位檢測器實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的俯視圖圖2為本專利技術(shù)懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)的A-A’向的剖面圖；圖3為本專利技術(shù)T型結(jié)的俯視圖；圖4為本專利技術(shù)間接加熱式微波功率傳感器的俯視圖；圖5為本專利技術(shù)間接加熱式微波功率傳感器的B-B’向的剖面圖；圖中包括：高阻硅襯底1，SiO2層2，CPW中央信號線3，傳輸線地線4，懸臂梁5，懸臂梁錨區(qū)6，空氣橋7，終端電阻8，P型半導體臂9，N型半導體臂10，熱電堆金屬互連線11，輸出Pad12，Si3N4介電層13，懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)14，第一端口1-1，第二端口1-2，第三端口1-3，第四端口1-4，第五端口2-1，第六端口2-2，第七端口2-3，第八端口3-1，第九端口3-2，第十端口3-3，第十一端口4-1，第十二端口4-2，第十三端口4-3。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的具體實施方式做進一步說明。參見圖1-5，本專利技術(shù)提出了一種基于硅基懸臂梁T型結(jié)間接加熱在線式毫米波相位檢測器。實現(xiàn)結(jié)構(gòu)主要包括：懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)14、T型結(jié)、間接加熱式微波功率傳感器。其中，懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)14用于耦合待測信號的部分功率，用于相位檢測；T型結(jié)為三端口器件，可用于功率分配和功率合成，無需隔離電阻；間接加熱式微波功率傳感器用于檢測微波信號的功率，原理是基于焦耳效應和塞貝克(Seebeck)效應。懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)14由CPW中央信號線3、傳輸線地線4、懸臂梁5、懸臂梁錨區(qū)6構(gòu)成。兩個懸臂梁5懸于CPW中央信號線3上方，中間隔有Si3N4介質(zhì)層13和空氣，等效一個雙介質(zhì)層的MIM電容，懸臂梁5末端通過懸臂梁錨區(qū)6同耦合分支的CPW中央信號線3相連。兩個懸臂梁之間的CPW傳輸線電長度在所測信號頻率范圍內(nèi)的中心頻率35GHz為λ/8。通過調(diào)整懸臂梁5附近的傳輸線地線4的形狀，改變CPW傳輸線的阻抗，用于補償懸臂梁5的引入帶來的電容變化。T型結(jié)由CPW中央信號線3、傳輸線地線4以及空氣橋7構(gòu)成，其中空氣橋用于地線之間的互連，為了方便空氣橋的釋放，在空氣橋上制作了一組小孔陣列。間接加熱式微波功率傳感器由CPW中央信號線3、傳輸線地線4、終端電阻8、P型半導體臂9、N型半導體臂10、熱電堆金屬互連線11、輸出Pad12構(gòu)成。在終端電阻8和熱電堆的下方，高阻硅襯底1被刻蝕，形成SiO2薄膜結(jié)構(gòu)，用于增大熱電堆的輸出靈敏度。微波信號通過CPW傳輸?shù)浇K端電阻8耗散為熱，在薄膜上形成一定的溫度分布，由于熱電堆的冷熱兩端存在一定的溫度差，基于Seebeck效應輸出正比于溫度差的熱電勢。當從第一端口1-1輸入一定功率的毫米波信號時，待測信號經(jīng)過CPW傳輸線，由第二端口1-2進入下一級。位于CPW中央信號線3上方的懸臂梁5會耦合部分毫米波信號，并輸入到T型結(jié)，與功率等分后的參考信號進行合成，合成信號的功率大小由間接加熱式微波功率傳感器進行檢測。由于兩個懸臂梁5結(jié)構(gòu)完全相同，且間隔的CPW傳輸線電長度在所測信號頻率范圍內(nèi)的中心頻率35GHz為λ/8，兩路耦合信號可分別表示為：其中a1和a2分別為兩路耦合信號的幅度，ω為輸入信號的角頻率，為初始相位。功率等分后的參考信號可以表示為：v3＝a2cos(ωt+φ)(3)由于參考信號已知，所以a2、φ已知。合成信號的功率大小分別為：P1和P2的大小由終端的微波功率傳感器進行檢測，因為(4)和(5)式中只存在a1和兩個未知量，所以可以根據(jù)(4)和(5)聯(lián)立方程組求得這兩個未知量，即可由間接加熱式微波功率傳感器的輸出熱電勢可以得到待測毫米波信號的相位，并可實現(xiàn)整個周期范圍內(nèi)相位角的測量。本專利技術(shù)的基于硅基懸臂梁T型結(jié)間接加熱在線式毫米波相位檢測器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的制備方法如下：1)準備4英寸高阻硅襯底1，電導率為4000Ωcm，厚度為400μm；2)熱生長一層SiO2層2，厚度為1.2μm；3)化學氣相淀積(CVD)生長一層多晶硅，厚度為0.4μm；4)涂覆一層光刻膠并光刻，除多晶硅電阻區(qū)域暴露以外，其他區(qū)域被光刻膠保護，接著注入磷(P)離子，摻雜濃度為1015cm-2，形成終端電阻8；5)涂覆一層光刻膠，用P+光刻板進行光刻，除P型半導體臂區(qū)域暴露以外，其他區(qū)域被光刻膠保護，接著注入硼(B)離子，摻雜濃本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于硅基懸臂梁T型結(jié)間接加熱在線式毫米波相位檢測器，其特征是：相位檢測器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)選擇高阻Si為襯底，傳輸線材料為Au，主要由懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)(14)、T型結(jié)和間接加熱式微波功率傳感器構(gòu)成；懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)(14)左右對稱，由CPW中央信號線(3)、傳輸線地線(4)、懸臂梁(5)、懸臂梁錨區(qū)(6)構(gòu)成，在懸臂梁(5)的下方有一層Si

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于硅基懸臂梁T型結(jié)間接加熱在線式毫米波相位檢測器，其特征是：相位檢測器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)選擇高阻Si為襯底，傳輸線材料為Au，主要由懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)(14)、T型結(jié)和間接加熱式微波功率傳感器構(gòu)成；懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)(14)左右對稱，由CPW中央信號線(3)、傳輸線地線(4)、懸臂梁(5)、懸臂梁錨區(qū)(6)構(gòu)成，在懸臂梁(5)的下方有一層Si3N4介電層(13)；懸臂梁耦合結(jié)構(gòu)(14)的第三端口(1-3)和第四端口(1-4)分別與第一T型結(jié)的第八端口(3-1)和第二T型結(jié)的第十一端口(4-1)相連，待測信號從第三T型結(jié)的第五端口(2-1)輸入，第三T型結(jié)的第六端口(2-2)和第一T型結(jié)的第九端口(3-2)相連，第七端口(2-3)與第二T型結(jié)的第十二端口(4-2)相連，第一T型結(jié)的第十端口(3-3)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：廖小平，嚴嘉彬，
申請(專利權(quán))人：東南大學，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32