專利名稱：電容式微波功率傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是利用共面波導上傳輸?shù)奈⒉üβ蕦EMS懸臂梁的吸引導致梁的位移，通過測量懸臂梁與傳感電極之間電容變化的方式測得共面波導上傳輸?shù)奈⒉üβ实慕Y(jié)構(gòu)，屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在微波技術(shù)研究中，微波功率是表征微波信號特征的一個重要參數(shù)。在微波無線應用和測量技術(shù)中，微波功率的探測是一個非常重要的部分。傳統(tǒng)的測量微波功率的技術(shù)是基于熱敏電阻、熱偶或二極管實現(xiàn)，而這些均為終端器件，微波信號將會在功率測量中被完全消耗掉。近年來，國外提出了兩類基于MEMS技術(shù)的在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)一種是利用共面波導信號線上的歐姆損耗，通過放置在附近的熱堆將其轉(zhuǎn)化為熱電勢輸出；另一種是在共面波導的上方放置MEMS膜，通過測量膜因共面波導上傳輸?shù)奈⒉üβ蕦ζ涞奈a(chǎn)生的位移實現(xiàn)微波功率的測量。這兩種類型的在線式微波功率傳感器在對微波信號的功率進行測量后，微波信號仍然可以使用，而且具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、與Si工藝或GaAs工藝相兼容等優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種電容式微波功率傳感器，應用該結(jié)構(gòu)的傳感器可以提高功率傳感器的靈敏度和簡化結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)了在材料、工藝、可重復性和生產(chǎn)成本等諸多方面的問題。
技術(shù)方案本發(fā)明中的電容式微波功率傳感器以GaAs或Si為襯底，在GaAs或Si襯底上設(shè)有共面波導，在共面波導地線上連接一條與共面波導相垂直的懸臂梁，該懸臂梁懸空于共面波導的上方，在懸臂梁的端部的下方連接有一個傳感電極。懸臂梁與傳感電極之間構(gòu)成一個電容結(jié)構(gòu)，從而使得懸臂梁的位移可以轉(zhuǎn)化為電容的變化。該結(jié)構(gòu)將懸臂梁置于共面波導上方感應微波功率，并在懸臂梁自由端下方放置一傳感器電極以將位移變化轉(zhuǎn)化為電容變化加以測量。
整個技術(shù)方案中需要注意一些問題，其中包括懸臂梁中應力的控制，這對于整個器件結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)具有十分重要的意義；懸臂梁高度與器件的靈敏度和反射系數(shù)都有關(guān)系，因此需要選取合適的高度以便在靈敏度和反射系數(shù)之間做一折中。通常選取懸臂梁的高度為1～3微米。
應用本發(fā)明中的電容式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)功率測量結(jié)構(gòu)在集成電路中的產(chǎn)業(yè)化應用，進而推動整個集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
本發(fā)明中的電容式微波功率傳感器也是基于MEMS技術(shù)，但不同于上述的在線式微波功率傳感器，該結(jié)構(gòu)利用懸臂梁感應共面波導上傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘柈a(chǎn)生位移，并將之轉(zhuǎn)化為電容變化。相比而言，電容式微波功率傳感器具有以下主要特點一、懸臂梁結(jié)構(gòu)對微波信號更加敏感，且懸臂梁自由端感應微波信號產(chǎn)生位移較之MEMS膜更大，因此可以提高靈敏度；二、懸臂梁結(jié)構(gòu)幾乎不消耗微波功率；三、懸臂梁結(jié)構(gòu)更易于壓焊塊的引出；四、電容式微波功率傳感器的制作無需特殊的材料并且與Si或GaAs MMIC工藝完全兼容。
基于以上電容式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的特點，很明顯的可以看出本發(fā)明與MEMS膜結(jié)構(gòu)微波功率傳感器相比提高了性能，結(jié)構(gòu)更加簡單，并具有體積小、與Si或GaAs MMIC工藝兼容、高重復性、低生產(chǎn)成本等優(yōu)點，很好的滿足了集成電路對器件的基本要求。因此，電容式微波功率傳感器的結(jié)構(gòu)具有較好的應用價值和廣闊的市場潛力。
有益效果長期以來由于基于MEMS技術(shù)的微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的特殊性，對該類器件的研究開發(fā)僅局限于科研領(lǐng)域?；贛EMS結(jié)構(gòu)的微波功率傳感器應用于集成電路的大規(guī)模生產(chǎn)存在著與主流工藝不兼容、可重復性差、生產(chǎn)成本高等一系列障礙。本發(fā)明中的電容式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)，突破了傳統(tǒng)的熱偶結(jié)構(gòu)的熱電功率傳感器和工藝的思維限制，尋找到了基于Si或GaAs MMIC工藝的實現(xiàn)方法，兼容性和可重復性都有較大的提高。同時，電容式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、頻率范圍寬、靈敏度高、線性度好、可測量較小功率等優(yōu)點。電容式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)為真正實現(xiàn)基于MEMS技術(shù)的功率測量結(jié)構(gòu)在集成電路中的產(chǎn)業(yè)化應用提供了支持和保證。


圖1是電容式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
其中有GaAs或Si襯底1，共面波導2，共面波導地線21，懸臂梁3，傳感電極4。
具體實施例方式
本發(fā)明的電容式微波功率傳感器以GaAs或Si襯底1為襯底，在GaAs或Si襯底1上設(shè)有共面波導2，在共面波導地線21上連接一條與共面波導2相垂直的懸臂梁3，該懸臂梁3懸空于共面波導2的上方，在懸臂梁3的端部的下方放置有一個傳感電極4。懸臂梁3高度與器件的靈敏度和反射系數(shù)都有關(guān)系，因此選取懸臂梁3的高度為1～3微米。
電容式微波功率傳感器的制作工藝與標準Si工藝或GaAs MMIC工藝完全兼容。
電容式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)不同于以往的基于MEMS技術(shù)的在線式微波功率傳感器，該結(jié)構(gòu)利用懸臂梁感應共面波導上傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘柈a(chǎn)生位移，并將之轉(zhuǎn)化為電容變化。電容式微波功率傳感器具有以下主要特征一、懸臂梁結(jié)構(gòu)對微波信號更加敏感，且懸臂梁自由端感應微波信號產(chǎn)生位移較之MEMS膜更大，因此靈敏度較高；二、懸臂梁結(jié)構(gòu)幾乎不消耗微波功率；三、懸臂梁結(jié)構(gòu)更易于壓焊塊的引出；四、電容式微波功率傳感器的制作工藝與Si或GaAs MMIC工藝完全兼容。除此以外，電容式微波功率傳感器為功率傳感器件尺寸的縮小和集成化提供了基礎(chǔ)和保證，同時為進一步在線精確測量微波功率提供了支持。
區(qū)分是否為該結(jié)構(gòu)的標準如下(a)采用共面波導傳輸功率，(b)懸臂梁放置在共面波導上方，(c)在懸臂梁自由端下方放置有傳感電極。
滿足以上三個條件的結(jié)構(gòu)即應視為該電容式微波功率傳感器的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種電容式微波功率傳感器，其特征在于該傳感器以GaAs或Si襯底(1)為襯底，在GaAs或Si襯底(1)上設(shè)有共面波導(2)，在共面波導地線(21)上連接一條與共面波導(2)相垂直的懸臂梁(3)，該懸臂梁(3)懸空于共面波導(2)的上方，在懸臂梁(3)端部的下方放置有一個傳感電極(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式微波功率傳感器，其特征在于懸臂梁(3)高度與器件的靈敏度和反射系數(shù)都有關(guān)系，因此選取懸臂梁(3)的高度為1～3微米。
全文摘要
電容式微波功率傳感器是利用共面波導上傳輸?shù)奈⒉üβ蕦EMS懸臂梁的吸引導致梁的位移，通過測量懸臂梁與傳感電極之間電容變化的方式測得共面波導上傳輸?shù)奈⒉üβ实慕Y(jié)構(gòu)，該傳感器以GaAs或Si襯底(1)為襯底，在GaAs或Si襯底(1)上設(shè)有共面波導(2)，在共面波導地線(21)上連接一條與共面波導(2)相垂直的懸臂梁(3)，該懸臂梁(3)懸空于共面波導(2)的上方，在懸臂梁(3)的端部的下方連接有一個傳感電極(4)。該電容式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)利用懸臂梁感應共面波導上傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘柈a(chǎn)生位移，并將之轉(zhuǎn)化為電容變化，可以提高功率傳感器的靈敏度和簡化結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)了在材料、工藝、可重復性和生產(chǎn)成本等諸多方面的問題。
文檔編號G01R31/00GK1858601SQ200610085329
公開日2006年11月8日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者黃慶安, 韓磊, 廖小平 申請人:東南大學