專利名稱：微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出了微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器及其制備方法，屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
蘭格耦合器是用于微波功率分配或功率組合的無源器件，與基于耦合線的定向耦合器相比，具有更高的耦合因數(shù)。蘭格耦合器是一種具有方向性的四端口功率耦合器件，它具有輸入端口、直通輸出端口、耦合輸出端口以及隔離端口。傳統(tǒng)的蘭格耦合器采用多個(gè)并聯(lián)平行的傳輸線，達(dá)到充分利用邊緣雜散場，實(shí)現(xiàn)更加緊的電磁耦合。然而對(duì)于這樣的器件，一旦制造完成，其主要性能參數(shù)將不會(huì)改變。隨著微波集成電路相關(guān)技術(shù)的提高，現(xiàn)代電子通訊系統(tǒng)朝著芯片面積越來越小，功能越來越多的方向發(fā)展，這就不僅要求耦合器具有高的隔離度、好的方向性和低的損耗，而且需要其實(shí)現(xiàn)不同工作模式。近年來，隨著MEMS 技術(shù)的快速發(fā)展，并對(duì)MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究，使基于MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)上述功能的懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器成為可能。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種基于MEMS技術(shù)的懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器及其制備方法，通過設(shè)計(jì)不同長度的主副微帶線和其之間的距離，可根據(jù)要求設(shè)計(jì)微波功率耦合器的耦合度；通過控制MEMS懸臂梁的驅(qū)動(dòng)電壓，使該微波功率耦合器實(shí)現(xiàn)緊耦合和松耦合兩種狀態(tài)。技術(shù)方案本發(fā)明的微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器以帶背金的砷化稼為襯底，在襯底上設(shè)有微帶信號(hào)線(Microstrip)、MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)、空氣橋和終端隔離電阻
在砷化鎵襯底背面有一層金屬，其用于實(shí)現(xiàn)微帶線結(jié)構(gòu)的共地面，采用金材料構(gòu)成。微帶信號(hào)線用于傳輸微波信號(hào)，生長在砷化鎵襯底上，是構(gòu)成耦合器的主要結(jié)構(gòu)， 微波信號(hào)通過平行微帶信號(hào)線之間的邊緣形成耦合。耦合器的四個(gè)端口均由微帶信號(hào)線構(gòu)成，其包括輸入端口、直通輸出端口、耦合輸出端口以及隔離端口。所述的輸入端口和直通輸出端口位于主微帶信號(hào)線上，而所述的耦合輸出端口和隔離端口位于副微帶信號(hào)線上。 通過設(shè)計(jì)平行微帶信號(hào)線的長度、寬度以及平行微帶線間的距離，可以根據(jù)要求設(shè)計(jì)該耦合器在松耦合工作狀態(tài)下的耦合度；微帶線結(jié)構(gòu)是由在砷化鎵襯底背面作為公共地的金屬和在襯底上微帶信號(hào)線組成，其中微帶信號(hào)線采用金材料構(gòu)成。該微波功率耦合器包含兩個(gè)相同的可動(dòng)的MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)，其屬于串聯(lián)直接接觸式MEMS開關(guān)的范疇。懸臂梁的錨區(qū)與主微帶信號(hào)線相連接；懸臂梁下方具有驅(qū)動(dòng)電極， 在驅(qū)動(dòng)電極上覆蓋氮化硅介質(zhì)層，驅(qū)動(dòng)電極由引線與壓焊塊相連接；在懸臂梁自由端下方具有帶凸點(diǎn)的過渡微帶信號(hào)線，且其凸點(diǎn)上沒有氮化硅介質(zhì)層。通過控制懸臂梁下方的驅(qū)動(dòng)電極有無驅(qū)動(dòng)電壓來控制該懸臂梁是否處于DOWN或UP狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)該微波功率耦合
4器的緊耦合或松耦合工作狀態(tài)。MEMS懸臂梁、驅(qū)動(dòng)電極、引線和壓焊塊均采用金材料構(gòu)成。終端電阻被連接到該微波功率耦合器的隔離端口，完全吸收當(dāng)微波功率耦合器因輸入端失配而從主微帶信號(hào)線耦合到副微帶信號(hào)線上隔離端口處的微波功率；當(dāng)該耦合器的輸入端匹配時(shí)，在任何頻率處耦合到副微帶信號(hào)線隔離端上的微波功率為零，即該耦合器完全隔離，這時(shí)被副微帶信號(hào)線耦合出的一定比例微波功率完全由副線的耦合輸出端輸出。終端隔離電阻采用氮化鉭材料構(gòu)成。空氣橋用于跨接被孤立的耦合微帶線和過渡微帶信號(hào)線，其空氣橋和耦合微帶線均采用金材料構(gòu)成。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，微帶信號(hào)線、MEMS懸臂梁、MEMS懸臂梁的錨區(qū)、驅(qū)動(dòng)電極、空氣橋、 被孤立的耦合微帶線、引線以及壓焊塊制作在同一塊砷化鎵襯底上。本發(fā)明的微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器是一個(gè)四端口微波器件，輸入端口與直通輸出端口之間由主微帶信號(hào)線相連接，耦合輸出端口與隔離端口由副微帶信號(hào)線相連接，在這些副線的間隙中有相對(duì)孤立的耦合微帶線，且與上述主副微帶線相互平行； 該孤立的耦合微帶線通過空氣橋與過渡微帶線實(shí)現(xiàn)電氣連接，其與副微帶線形成交叉指型幾何結(jié)構(gòu)。微波信號(hào)從主微帶線的輸入端口進(jìn)入，當(dāng)輸入端口匹配時(shí)，一部分功率被副微帶線耦合輸出，剩余功率從主微帶線的直通端口輸出，連接到副微帶線隔離端的終端電阻沒有吸收到被副微帶線耦合出來的微波功率，即該耦合器完全隔離；但當(dāng)輸入端口不匹配時(shí)， 除被耦合到副微帶線耦合輸出端處的微波功率和由主微帶線直通端輸出的微波功率外，此時(shí)副微帶線隔離端口也存在一部分微波功率，則連接到該隔離端口的終端電阻將吸收這部分微波功率。當(dāng)該微波功率耦合器處于緊耦合狀態(tài)時(shí)，由副微帶線和被孤立的耦合微帶線構(gòu)成的交叉指耦合部分把主微帶線上傳輸?shù)奈⒉üβ瘦^多地耦合到副微帶線上；然而當(dāng)該耦合器處于松耦合狀態(tài)時(shí)，靠近主微帶線的那條副微帶線把主微帶線上傳輸?shù)奈⒉üβ氏鄬?duì)較少地耦合到副微帶線上。該微波功率耦合器具有兩個(gè)相同的MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)，它們分別位于主微帶線與過渡微帶線之間；當(dāng)MEMS懸臂梁下方的驅(qū)動(dòng)電極不施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，懸臂梁的自由端不接觸到過渡微帶線的凸點(diǎn)，即MEMS懸臂梁處于UP態(tài)，此時(shí)主微帶線不通過過渡微帶線與被孤立的耦合微帶線形成電氣連接，所以一定比例的微波功率僅通過靠近主微帶線的那條副微帶線耦合，即該微波功率耦合器處于松耦合工作狀態(tài)，在主微帶線輸入端口進(jìn)入的微波信號(hào)中有相對(duì)較少的微波功率被耦合到副微帶線上；當(dāng)在驅(qū)動(dòng)電極上施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，懸臂梁被下拉接觸到過渡微帶線的凸點(diǎn)，即MEMS懸臂梁處于DOWN態(tài)，此時(shí)主微帶線通過過渡微帶線與被孤立的耦合微帶線形成電氣連接，所以由副微帶線和被孤立的耦合微帶線形成的交叉指型結(jié)構(gòu)均從主微帶線耦合微波功率，即該微波功率耦合器處于緊耦合工作狀態(tài)，在主微帶線輸入端口進(jìn)入的微波信號(hào)中有相對(duì)較多的微波功率被耦合到副微帶線上。如果主微帶線和副微帶線的長度均等于四分之一波長，當(dāng)MEMS懸臂梁處于UP 態(tài)，副微帶線的耦合輸出端口的最大微波功率可達(dá)到3dB ；當(dāng)MEMS懸臂梁處于DOWN態(tài)，副微帶線的耦合輸出端口的最大微波功率可達(dá)到6dB。微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器的制備方法為
1)準(zhǔn)備砷化鎵襯底選用半絕緣的砷化鎵襯底；
2)光刻去除不制作凸點(diǎn)地方的光刻膠；
3)刻蝕，形成帶凸點(diǎn)形狀的砷化鎵襯底；4)光刻去除將要保留氮化鉭地方的光刻膠；
5)濺射氮化鉭，其厚度為Izzm；
6)剝離;
7)光刻去除將要保留第一層金的地方的光刻膠；
8)蒸發(fā)第一層金，其厚度為0.3// m ；
9)剝離，初步形成微帶信號(hào)線、MEMS懸臂梁的錨區(qū)、引線以及壓焊塊和完全形成過渡微帶信號(hào)線上的凸點(diǎn)和驅(qū)動(dòng)電極；
10)反刻氮化鉭，形成由副微帶線隔離端相連接的終端隔離電阻；
11)淀積氮化硅用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積法工藝(PECVD)生長1000A厚的氮化硅介質(zhì)層；
12)光刻并刻蝕氮化硅介質(zhì)層保留在MEMS懸臂梁下方驅(qū)動(dòng)電極和空氣橋下方副微帶信號(hào)線上的氮化硅；
13)淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層在砷化鎵襯底上涂覆1.6// m厚的聚酰亞胺犧牲層， 要求填滿凹坑，聚酰亞胺犧牲層的厚度決定了 MEMS懸臂梁以及空氣橋的高度；光刻聚酰亞胺犧牲層，僅保留MEMS懸臂梁和空氣橋下方的犧牲層；
14)蒸發(fā)鈦/金/鈦，其厚度為500/1500/300A蒸發(fā)用于電鍍的底金；
15)光刻去除要電鍍地方的光刻膠；
16)電鍍金，其厚度為2//m;
17)去除光刻膠去除不需要電鍍地方的光刻膠；
18)反刻鈦/金/鈦，腐蝕底金，完全形成MEMS懸臂梁、空氣橋、微帶信號(hào)線、引線以及壓焊塊；
19)將砷化鎵襯底減薄至100"m ；
19)襯底背面干法刻蝕制作通孔；
20)在該砷化鎵襯底背面蒸發(fā)一層金，形成微帶線的共地面；
21)釋放聚酰亞胺犧牲層顯影液浸泡，去除MEMS懸臂梁和空氣橋下的聚酰亞胺犧牲層，去離子水稍稍浸泡，無水乙醇脫水，常溫下?lián)]發(fā)，晾干。有益效果本發(fā)明的微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器不但具有低損耗、 高隔離度和良好的方向性，而且通過控制MEMS懸臂梁的驅(qū)動(dòng)電壓使該微波功率耦合器能夠?qū)崿F(xiàn)緊耦合和松耦合兩種工作狀態(tài)。
圖1是微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器的示意圖； 圖2是該微波功率耦合器的MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)的俯視圖3是該微波功率耦合器的MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)的A-A剖面圖中包括輸入端口 1，直通輸出端口 2，耦合端口 3，隔離端口 4，主微帶信號(hào)線5，副微帶信號(hào)線6，過渡微帶信號(hào)線7，過渡微帶線上的凸點(diǎn)8，MEMS懸臂梁9，MEMS懸臂梁的錨區(qū) 10，驅(qū)動(dòng)電極11，引線12，壓焊塊13，氮化硅介質(zhì)層14，空氣橋15，終端隔離電阻16，通孔 17，砷化鎵襯底18，背金19，孤立的耦合微帶線20。具體實(shí)施方案本發(fā)明的微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器的具體實(shí)施方案如下 在砷化稼襯底18上設(shè)有主微帶信號(hào)線5，副微帶信號(hào)線6，過渡微帶信號(hào)線7，過渡微帶
線上的凸點(diǎn)8，MEMS懸臂梁9，MEMS懸臂梁的錨區(qū)10，驅(qū)動(dòng)電極11，引線12，壓焊塊13，氮化硅介質(zhì)層14，空氣橋15，終端隔離電阻16以及孤立的耦合微帶線20 ；在襯底18下形成一個(gè)通孔17和在襯底背面有一層背金19
在砷化鎵襯底18背面有一層金屬19，其用于實(shí)現(xiàn)微帶線結(jié)構(gòu)的共地面，采用金材料構(gòu)成。微帶信號(hào)線用于傳輸微波信號(hào)，生長在砷化鎵襯底18上，是構(gòu)成耦合器的主要結(jié)構(gòu)，微波信號(hào)通過平行微帶信號(hào)線之間的邊緣形成耦合。耦合器的四個(gè)端口均由微帶信號(hào)線構(gòu)成，其包括輸入端口 1、直通輸出端口 2、耦合輸出端口 3以及隔離端口 4。所述的輸入端口 1和直通輸出端口 2位于主微帶信號(hào)線5上，而所述的耦合輸出端口 3和隔離端口 4 位于副微帶信號(hào)線6上。通過設(shè)計(jì)平行微帶信號(hào)線的長度、寬度以及平行微帶線間的距離， 可以根據(jù)要求設(shè)計(jì)該耦合器在松耦合工作狀態(tài)下的耦合度；微帶線結(jié)構(gòu)是由在砷化鎵襯底 18背面作為公共地的金屬19和在襯底18上微帶信號(hào)線組成，其中微帶信號(hào)線采用金材料構(gòu)成。該微波功率耦合器包含兩個(gè)相同的可動(dòng)的MEMS懸臂梁9結(jié)構(gòu)，其屬于串聯(lián)直接接觸式MEMS開關(guān)的范疇。懸臂梁的錨區(qū)10與主微帶信號(hào)線5相連接；懸臂梁9下方具有驅(qū)動(dòng)電極11，在驅(qū)動(dòng)電極11上覆蓋氮化硅介質(zhì)層14，驅(qū)動(dòng)電極11由引線12與壓焊塊13相連接；在懸臂梁9自由端下方具有帶凸點(diǎn)8的過渡微帶信號(hào)線7，且其凸點(diǎn)8上沒有氮化硅介質(zhì)層14。通過控制懸臂梁9下方的驅(qū)動(dòng)電極11有無驅(qū)動(dòng)電壓來控制該懸臂梁9是否處于DOWN或UP狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)該微波功率耦合器的緊耦合或松耦合工作狀態(tài)。MEMS懸臂梁 9, MEMS懸臂梁的錨區(qū)10、驅(qū)動(dòng)電極11、引線12和壓焊塊13均采用金材料構(gòu)成。終端電阻16被連接到該微波功率耦合器的隔離端口 4，完全吸收當(dāng)微波功率耦合器因輸入端1失配而從主微帶信號(hào)線5耦合到副微帶信號(hào)線6上隔離端口 4處的微波功率； 當(dāng)該耦合器的輸入端1匹配時(shí)，在任何頻率處耦合到副微帶信號(hào)線6隔離端4上的微波功率為零，即該耦合器完全隔離，這時(shí)被副微帶信號(hào)線6耦合出的一定比例微波功率完全由副線的耦合輸出端3輸出。終端隔離電阻16采用氮化鉭材料構(gòu)成?？諝鈽?5用于跨接被孤立的耦合微帶線20和過渡微帶信號(hào)線7，其空氣橋15和耦合微帶線20均采用金材料構(gòu)成。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，微帶信號(hào)線、MEMS懸臂梁9、MEMS懸臂梁的錨區(qū)10、驅(qū)動(dòng)電極11、 空氣橋15、終端隔離電阻16、引線12、孤立的耦合微帶線20以及壓焊塊13制作在同一塊砷化鎵襯底上。本發(fā)明的微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器是一個(gè)四端口微波器件，輸入端口 1與直通輸出端口 2之間由主微帶信號(hào)線5相連接，耦合輸出端口 3與隔離端口 4由副微帶信號(hào)線6相連接，在這些副線6的間隙中有相對(duì)孤立的耦合微帶線20，且與上述主副微帶線6相互平行；該孤立的耦合微帶線20通過空氣橋15與過渡微帶線7實(shí)現(xiàn)電氣連接，其與副微帶線6形成交叉指型幾何結(jié)構(gòu)。微波信號(hào)從主微帶線5的輸入端口 1進(jìn)入，當(dāng)輸入端口 1匹配時(shí)，一部分功率被副微帶線6耦合輸出，剩余功率從主微帶線5的直通端口2輸出，連接到副微帶線5隔離端4的終端電阻16沒有吸收到被副微帶線6耦合出來的微波功率，即該耦合器完全隔離；但當(dāng)輸入端口 1不匹配時(shí)，除被耦合到副微帶線6耦合輸出端3處的微波功率和由主微帶線5直通端輸出2的微波功率外，此時(shí)副微帶線6隔離端口 4也存在一部分微波功率，則連接到該隔離端口的終端電阻16將吸收這部分微波功率。當(dāng)該微波功率耦合器處于緊耦合狀態(tài)時(shí)，由副微帶線6和被孤立的耦合微帶線20構(gòu)成的交叉指耦合部分把主微帶線5上傳輸?shù)奈⒉üβ瘦^多地耦合到副微帶線6上；然而當(dāng)該耦合器處于松耦合狀態(tài)時(shí)，靠近主微帶線的那條副微帶線6把主微帶線5上傳輸?shù)奈⒉üβ氏鄬?duì)較少地耦合到副微帶線6上。該微波功率耦合器具有兩個(gè)相同的MEMS懸臂梁9結(jié)構(gòu)，它們分別位于主微帶線5與過渡微帶線7之間；當(dāng)MEMS懸臂梁9下方的驅(qū)動(dòng)電極11不施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，懸臂梁9的自由端不接觸到過渡微帶線7的凸點(diǎn)8，即MEMS懸臂梁9處于UP態(tài)， 此時(shí)主微帶線5不通過過渡微帶線7與被孤立的耦合微帶線20形成電氣連接，所以一定比例的微波功率僅通過靠近主微帶線的那條副微帶線6耦合，即該微波功率耦合器處于松耦合工作狀態(tài)，在主微帶線5輸入端口 1進(jìn)入的微波信號(hào)中有相對(duì)較少的微波功率被耦合到副微帶線6上；當(dāng)在驅(qū)動(dòng)電極11上施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，懸臂梁9被下拉接觸到過渡微帶線的凸點(diǎn)8，即MEMS懸臂梁9處于DOWN態(tài)，此時(shí)主微帶線5通過過渡微帶線7與被孤立的耦合微帶線20形成電氣連接，所以由副微帶線6和被孤立的耦合微帶線20形成的交叉指型結(jié)構(gòu)均從主微帶線5耦合微波功率，即該微波功率耦合器處于緊耦合工作狀態(tài)，在主微帶線5 輸入端口 1進(jìn)入的微波信號(hào)中有相對(duì)較多的微波功率被耦合到副微帶線6上。如果主微帶線5和副微帶線6的長度均等于四分之一波長，當(dāng)MEMS懸臂梁9處于UP態(tài)，副微帶線的耦合輸出端口 3的最大微波功率可達(dá)到3dB ；當(dāng)MEMS懸臂梁9處于DOWN態(tài)，副微帶線的耦合輸出端口 3的最大微波功率可達(dá)到6dB。 微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器的制備方法為
1)準(zhǔn)備砷化鎵襯底18選用半絕緣的砷化鎵襯底；
2)光刻去除不制作凸點(diǎn)8地方的光刻膠；
3)刻蝕，形成帶凸點(diǎn)形狀的砷化鎵襯底18；
4)光刻去除將要保留氮化鉭地方的光刻膠；
5)濺射氮化鉭，其厚度為Izzm；
6)剝離;
7)光刻去除將要保留第一層金的地方的光刻膠；
8)蒸發(fā)第一層金，其厚度為0.3// m ；
9)剝離，初步形成微帶信號(hào)線、MEMS懸臂梁的錨區(qū)10、引線12以及壓焊塊13，和完全形成過渡微帶信號(hào)線上的凸點(diǎn)8和驅(qū)動(dòng)電極11 ；
10)反刻氮化鉭，形成由副微帶線隔離端4相連接的終端隔離電阻16；
11)淀積氮化硅用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積法工藝(PECVD)生長1000A厚的氮化硅介質(zhì)層；
12)光刻并刻蝕氮化硅介質(zhì)層14保留在MEMS懸臂梁9下方驅(qū)動(dòng)電極11和空氣橋15 下方副微帶信號(hào)線6上的氮化硅；
13)淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層在砷化鎵襯底18上涂覆1.6// m厚的聚酰亞胺犧牲層，要求填滿凹坑，聚酰亞胺犧牲層的厚度決定了 MEMS懸臂梁9以及空氣橋15的高度；光刻聚酰亞胺犧牲層，僅保留MEMS懸臂梁9和空氣橋15下方的犧牲層；
14)蒸發(fā)鈦/金/鈦，其厚度為500/1500/300A蒸發(fā)用于電鍍的底金；
15)光刻去除要電鍍地方的光刻膠；
16)電鍍金，其厚度為2//m;
17)去除光刻膠去除不需要電鍍地方的光刻膠；
18)反刻鈦/金/鈦，腐蝕底金，完全形成MEMS懸臂梁9、空氣橋15、微帶信號(hào)線、引線 12以及壓焊塊13 ；
19)將砷化鎵襯底18減薄至100//m ；
19)襯底18背面干法刻蝕制作通孔17；
20)在該砷化鎵襯底18背面蒸發(fā)一層金，形成微帶線的共地面19；
21)釋放聚酰亞胺犧牲層顯影液浸泡，去除MEMS懸臂梁9和空氣橋15下的聚酰亞胺犧牲層，去離子水稍稍浸泡，無水乙醇脫水，常溫下?lián)]發(fā)，晾干。區(qū)分是否為該結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)如下
本發(fā)明的微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器，在該微波功率耦合器處于緊耦合狀態(tài)時(shí)，通過由副微帶線6與被孤立的耦合微帶線20構(gòu)成的交叉指型將主微帶線5上微波功率按一定比例較多地耦合到副微帶線6中去；然而當(dāng)該耦合器處于松耦合狀態(tài)時(shí)，靠近主微帶線的那條副微帶線6把主微帶線5上傳輸?shù)奈⒉üβ氏鄬?duì)較少地耦合到副微帶線6 上；通過控制MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)有無驅(qū)動(dòng)電壓，使MEMS懸臂梁處于DOWN或UP態(tài)，從而該微波功率耦合器實(shí)現(xiàn)緊耦合或松耦合狀態(tài)。滿足以上條件的結(jié)構(gòu)即視為本發(fā)明的微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器。
權(quán)利要求
1.一種微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器，制作在砷化鎵襯底(18)上，在其上設(shè)有主微帶信號(hào)線(5)，副微帶信號(hào)線(6)，過渡微帶信號(hào)線(7)，過渡微帶信號(hào)線上的凸點(diǎn) (8)，MEMS懸臂梁(9)，MEMS懸臂梁的錨區(qū)(10)，驅(qū)動(dòng)電極(11)，引線(12)，壓焊塊(13)， 氮化硅介質(zhì)層(14)，空氣橋(15)，終端隔離電阻(16)以及被孤立的耦合微帶線(20)，在襯底(18)下形成一個(gè)通孔(17)和在襯底背面有一層背金(19)，其特征該結(jié)構(gòu)是該微波功率耦合器是一個(gè)四端口微波器件，其包括在主微帶線( 上的輸入端口(1)和直通輸出端口 O)，在副微帶線(6)上的耦合輸出端口(3)和隔離端口⑷；該耦合器具有兩個(gè)MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)，它位于主微帶線(5)和過渡微帶線(7)之間的空隙中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器，其特征在于具有兩個(gè)相同的MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)，其MEMS懸臂梁的錨區(qū)(10)與主微帶信號(hào)線(5)相連接；懸臂梁(9)下方具有驅(qū)動(dòng)電極(11)，在驅(qū)動(dòng)電極(11)上覆蓋氮化硅介質(zhì)層(14)，驅(qū)動(dòng)電極 (11)由引線(12)與壓焊塊(13)相連接；在懸臂梁(9)自由端下方具有帶凸點(diǎn)⑶的過渡微帶信號(hào)線(7)，且其凸點(diǎn)(8)上沒有氮化硅介質(zhì)層(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器，其特征在于終端隔離電阻(16)被連接到副微帶線(6)的隔離端口 G)，該終端隔離電阻(16)的另一端通過通孔(17)與砷化鎵襯底(18)背面的共地面金屬(19)相連接；空氣橋(1 用于跨接被孤立的耦合微帶線00)和過渡微帶信號(hào)線(7)，空氣橋(15)下方的副微帶線(6)被氮化硅介質(zhì)層覆蓋(14)。
4.一種如權(quán)利要求1所述的微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器的制備方法，其特征在于制備方法為1)準(zhǔn)備砷化鎵襯底(18)選用半絕緣的砷化鎵襯底；2)光刻去除不制作凸點(diǎn)(8)地方的光刻膠；3)刻蝕，形成帶凸點(diǎn)形狀的砷化鎵襯底(18)；4)光刻去除將要保留氮化鉭地方的光刻膠；5)濺射氮化鉭，其厚度為Izzm；6)剝離;7)光刻去除將要保留第一層金的地方的光刻膠；8)蒸發(fā)第一層金，其厚度為0.3// m ；9)剝離，初步形成微帶信號(hào)線、MEMS懸臂梁的錨區(qū)(10)、引線(12)以及壓焊塊(13)， 和完全形成過渡微帶信號(hào)線上的凸點(diǎn)(8)和驅(qū)動(dòng)電極(11)；10)反刻氮化鉭，形成由副微帶線隔離端⑷相連接的終端隔離電阻(16)；11)淀積氮化硅用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積法工藝(PECVD)生長1000A厚的氮化硅介質(zhì)層；12)光刻并刻蝕氮化硅介質(zhì)層(14):保留在MEMS懸臂梁(9)下方驅(qū)動(dòng)電極(11)和空氣橋(1 下方副微帶信號(hào)線(6)上的氮化硅；13)淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層在砷化鎵襯底(18)上涂覆1.6// m厚的聚酰亞胺犧牲層，要求填滿凹坑，聚酰亞胺犧牲層的厚度決定了 MEMS懸臂梁(9)以及空氣橋(15)的高度；光刻聚酰亞胺犧牲層，僅保留MEMS懸臂梁(9)和空氣橋(15)下方的犧牲層；14)蒸發(fā)鈦/金/鈦，其厚度為500/1500/300A蒸發(fā)用于電鍍的底金；15)光刻去除要電鍍地方的光刻膠；16)電鍍金，其厚度為2//m;17)去除光刻膠去除不需要電鍍地方的光刻膠；18)反刻鈦/金/鈦，腐蝕底金，完全形成MEMS懸臂梁(9)、空氣橋(15)、微帶信號(hào)線、 引線(12)以及壓焊塊(13)；19)將砷化鎵襯底(18)減薄至100//m ；19)襯底(18)背面干法刻蝕制作通孔(17)；20)在該砷化鎵襯底(18)背面蒸發(fā)一層金，形成微帶線的共地面(19)；21)釋放聚酰亞胺犧牲層顯影液浸泡，去除MEMS懸臂梁(9)和空氣橋(15)下的聚酰亞胺犧牲層，去離子水稍稍浸泡，無水乙醇脫水，常溫下?lián)]發(fā)，晾干。
全文摘要
本發(fā)明的微電子機(jī)械懸臂梁開關(guān)式微波功率耦合器不但具有低損耗、高隔離度和良好的方向性，而且該微波功率耦合器具有緊耦合和松耦合兩種工作狀態(tài)。該結(jié)構(gòu)以砷化鎵為襯底，具有兩個(gè)MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)，它位于主微帶線和過渡微帶線之間的空隙中，其MEMS懸臂梁的錨區(qū)與主微帶信號(hào)線相連接；懸臂梁下方具有驅(qū)動(dòng)電極，在驅(qū)動(dòng)電極上覆蓋氮化硅介質(zhì)層；在懸臂梁自由端下方具有帶凸點(diǎn)的過渡微帶信號(hào)線，且其凸點(diǎn)上沒有氮化硅介質(zhì)層。通過控制MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)有無驅(qū)動(dòng)電壓，使MEMS懸臂梁處于DOWN或UP態(tài)，實(shí)現(xiàn)主微帶線和過渡微帶線是否形成電氣連接，從而該微波功率耦合器實(shí)現(xiàn)緊耦合或松耦合狀態(tài)。
文檔編號(hào)B81C1/00GK102403561SQ20111028367
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者劉合超, 廖小平, 張志強(qiáng) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)