本發(fā)明提出了固支梁T型結(jié)直接加熱在線式已知頻率微波相位檢測(cè)器，屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

微波信號(hào)的相位檢測(cè)在相位調(diào)制器、相移鍵控(PSK)、鎖相環(huán)(PLL)、天線相位方向圖的測(cè)試、測(cè)量各種微波器件的相位特性等等方面都有極其廣泛的應(yīng)用。因此在微波頻段掌握并控制信號(hào)的相位是很有必要的，微波信號(hào)的相位也就成了一個(gè)重要的測(cè)量參數(shù)。本發(fā)明即是基于Si工藝設(shè)計(jì)一種實(shí)現(xiàn)在線式相位檢測(cè)的固支梁T型結(jié)直接加熱在線式已知頻率微波相位檢測(cè)器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：傳統(tǒng)的微波電路中的相位檢測(cè)器不僅具有直流功耗，而且完全消耗輸入的檢測(cè)信號(hào)；應(yīng)用六端口固支梁耦合器來耦合小部分信號(hào)進(jìn)行相位檢測(cè)，而大部分檢測(cè)信號(hào)可以輸入到下一級(jí)處理電路中，實(shí)現(xiàn)對(duì)已知頻率信號(hào)的0-360°相位在線檢測(cè)，且具有低功耗的益處。

技術(shù)方案：本發(fā)明的固支梁T型結(jié)直接加熱在線式已知頻率微波相位檢測(cè)器由六端口固支梁耦合器，第一直接加熱式微波功率傳感器和第二直接加熱式微波功率傳感器級(jí)聯(lián)構(gòu)成；

六端口固支梁耦合器的第一端口到第三端口、第四端口以及第一端口到第五端口、第六端口的功率耦合度分別相同，待測(cè)信號(hào)經(jīng)六端口固支梁耦合器的第一端口輸入，由第三端口和第五端口分別輸出到第一直接加熱式微波功率傳感器和第二直接加熱式微波功率傳感器，由第四端口和第六端口輸出到微波相位檢測(cè)器，由第二端口輸出到下級(jí)處理電路；

其中，六端口固支梁耦合器的結(jié)構(gòu)以其中心線左右對(duì)稱設(shè)置，由共面波導(dǎo)，介質(zhì)層，空氣層和固支梁構(gòu)成；共面波導(dǎo)制作在SiO₂層上，SiO₂層制作在Si襯底上，固支梁的錨區(qū)制作在共面波導(dǎo)上，固支梁的下方沉積介質(zhì)層，并與空氣層、固支梁共同構(gòu)成耦合電容結(jié)構(gòu)，兩個(gè)固支梁之間的共面波導(dǎo)長(zhǎng)度為λ/4。

有益效果：

1)本發(fā)明的固支梁T型結(jié)直接加熱在線式已知頻率微波相位檢測(cè)器將微波信號(hào)的相位、頻率測(cè)模塊集成到一起，應(yīng)用六端口固支梁耦合器來耦合小部分信號(hào)進(jìn)行頻率檢測(cè)和相位檢測(cè)，而大部分信號(hào)可以輸入到下一級(jí)處理電路中，實(shí)現(xiàn)對(duì)已知頻率信號(hào)的0-360°相位在線檢測(cè)。

2)本發(fā)明的固支梁T型結(jié)直接加熱在線式已知頻率微波相位檢測(cè)器采用直接加熱式微波功率傳感器檢測(cè)微波信號(hào)的功率，具有較高的靈敏度且無直流功耗；

3)本發(fā)明的固支梁T型結(jié)直接加熱在線式已知頻率微波相位檢測(cè)器采用T型結(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)微波信號(hào)的功率合成與分配，避免了傳統(tǒng)Wilkinson功率分配器中隔離電阻的加工對(duì)微波性能的影響；

4)本發(fā)明中的微波相位檢測(cè)模塊采用兩個(gè)T型結(jié)功率合成器，一個(gè)T型結(jié)功率分配器和兩個(gè)直接加熱式微波功率傳感器實(shí)現(xiàn)0-360°的相位檢測(cè)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明固支梁T型結(jié)直接加熱在線式已知頻率微波相位檢測(cè)器原理框圖，

圖2為六端口固支梁耦合器的俯視圖，

圖3為圖2六端口固支梁耦合器的AA’方向剖面圖，

圖4為T型結(jié)功率分配/合成器的俯視圖，

圖5為直接加熱式微波功率傳感器的俯視圖，

圖6為圖5直接加熱式微波功率傳感器的AA’方向剖面圖，

圖7為圖5直接加熱式微波功率傳感器的BB’方向剖面圖。

圖中包括：六端口固支梁耦合器1，微波相位檢測(cè)器2，第一直接加熱式微波功率傳感器3-1，第二直接加熱式微波功率傳感器3-2，第三直接加熱式微波功率傳感器3-3，第四直接加熱式微波功率傳感器3-4，第一T型結(jié)功率合成器4-1，第二T型結(jié)功率合成器4-2，T型結(jié)功率分配器5，Si襯底6，SiO₂層7，共面波導(dǎo)8，錨區(qū)9，介質(zhì)層10，固支梁11，空氣層12，空氣橋13，隔直電容上極板14，輸出電極15，半導(dǎo)體臂16，金屬臂17，熱端18，冷端19，隔直電容下極板20，襯底薄膜結(jié)構(gòu)21，終端電阻22，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1-5，第六端口1-6，第七端口4-1，第八端口4-2，第九端口4-3。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明固支梁T型結(jié)間接加熱在線式已知頻率微波相位檢測(cè)器由六端口固支梁耦合器1、微波相位檢測(cè)器2、第一間接加熱式微波功率傳感器3-1和和第二間接加熱式微波功率傳感器3-2級(jí)聯(lián)構(gòu)成；

六端口固支梁耦合器1的第一端口1-1到第三端口1-3、第四端口1-4以及第一端口1-1到第五端口1-5、第六端口1-6的功率耦合度分別相同，待測(cè)信號(hào)經(jīng)六端口固支梁耦合器1的第一端口1-1輸入，由第三端口1-3和第五端口1-5分別輸出到第一間接加熱式微波功率傳感器3-1和第二間接加熱式微波功率傳感器3-2，由第四端口1-4和第六端口1-6輸出到微波相位檢測(cè)器2，由第二端口1-2輸出到下級(jí)處理電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)已知頻率信號(hào)的相位檢測(cè)，且檢測(cè)后的信號(hào)可以用于其他處理電路。

微波相位檢測(cè)器2由第三間接加熱式微波功率傳感器3-3，第四間接加熱式微波功率傳感器3-4，第一T型結(jié)功率合成器4-1，第二T型結(jié)功率合成器4-2，T型結(jié)功率分配器5構(gòu)成；第一T型結(jié)功率合成器4-1，第二T型結(jié)功率合成器4-2和T型結(jié)功率分配器5的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同，由共面波導(dǎo)8和空氣橋13構(gòu)成，信號(hào)從第七端口4-1輸入為T型結(jié)功率分配器5，信號(hào)從第八端口4-2，第九端口4-3輸入為第一T型結(jié)功率合成器4-1或第二T型結(jié)功率合成器4-2；其間接加熱式微波功率傳感器和微波相位的檢測(cè)原理可以解釋如下：

直接加熱式微波功率傳感器：如圖5所示微波功率從輸入端口輸入，通過共面波導(dǎo)8輸入到終端電阻22消耗轉(zhuǎn)化成熱量；半導(dǎo)體臂16和金屬臂17構(gòu)成熱電偶，熱電偶的中間區(qū)域作為熱端18，熱電偶的邊緣區(qū)域作為冷端19；根據(jù)Seebeck效應(yīng)，通過測(cè)量輸出電極15的熱電勢(shì)可知輸入微波功率大??；隔直電容上極板14，隔直電容下極板20及介質(zhì)層10構(gòu)成隔直電容來防止輸出電極15短路；熱電偶的熱端18背部將襯底減薄構(gòu)成襯底薄膜結(jié)構(gòu)21用以提高檢測(cè)靈敏度。

相位檢測(cè)器：如圖1所示微波信號(hào)經(jīng)六端口固支梁耦合器1的第三端口1-3和第五端口1-5分別輸入到第一直接加熱式微波功率傳感器3-1和第二直接加熱式微波功率傳感器3-2進(jìn)行耦合功率檢測(cè)，微波信號(hào)經(jīng)六端口固支梁耦合器1的第四端口1-4和第六端口1-6輸入到微波相位檢測(cè)器2進(jìn)行相位檢測(cè)；六端口固支梁耦合器1的兩個(gè)固支梁11之間的共面波導(dǎo)8長(zhǎng)度為λ/4，此時(shí)通過第四端口1-4和第六端口1-6的兩路微波信號(hào)相位差為90°；輸入功率已知為P_r，與待測(cè)信號(hào)頻率相同f(頻率已知)的參考信號(hào)，參考信號(hào)經(jīng)T型結(jié)功率分配器5分成兩路功率和相位相同的信號(hào)與第四端口1-4和第六端口1-6的兩路待測(cè)信號(hào)分別經(jīng)第一T型結(jié)功率合成器4-1和第二T型結(jié)功率合成器4-2進(jìn)行功率合成；第三直接加熱式微波功率傳感器3-3和第四直接加熱式微波功率傳感器3-4對(duì)左右兩路合成后的功率P_cs1，P_cs2進(jìn)行檢測(cè)，并通過公式(3)得出待測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)之間的相位差

P₄，P₆為第四端口1-4與第六端口1-6耦合的功率，并且P₄＝P₃，P₄＝P₃。

固支梁T型結(jié)直接加熱在線式已知頻率微波相位檢測(cè)器的制備方法包括以下幾個(gè)步驟：

1)準(zhǔn)備4英寸高阻Si襯底6，電阻率為4000Ω·cm，厚度為400mm；

2)熱生長(zhǎng)一層厚度為1.2mm的SiO₂層7；

3)化學(xué)氣相淀積(CVD)生長(zhǎng)一層多晶硅，厚度為0.4mm；

4)涂覆一層光刻膠并光刻，除多晶硅電阻區(qū)域以外，其他區(qū)域被光刻膠保護(hù)，并注入磷(P)離子，摻雜濃度為10¹⁵cm^-2，形成終端電阻22；

5)涂覆一層光刻膠，光刻多晶硅電阻圖形涂覆一層光刻膠，光刻多晶硅電阻圖形，再通過干法刻蝕形成終端電阻22和半導(dǎo)體臂16；

6)涂覆一層光刻膠，光刻去除共面波導(dǎo)8、金屬互連線以及輸出電極15處的光刻膠；

7)電子束蒸發(fā)(EBE)形成第一層金(Au)，厚度為0.3mm，去除光刻膠以及光刻膠上的Au，剝離形成共面波導(dǎo)的第一層Au、熱電堆金屬互連線，隔直電容下極板20以及輸出電極15；

8)淀積(LPCVD)一層Si₃N₄，厚度為0.1mm；

9)涂覆一層光刻膠，光刻并保留隔直電容，固支梁11下方的光刻膠，干法刻蝕Si₃N₄，形成介質(zhì)層10；

10)均勻涂覆一層空氣層12并光刻圖形，厚度為2mm，保留固支梁11下方的聚酰亞胺作為犧牲層；

11)涂覆光刻膠，光刻去除固支梁12、錨區(qū)9、共面波導(dǎo)8、隔直電容上極板14以及輸出電極15位置的光刻膠；

12)蒸發(fā)500/1500/300A°的Ti/Au/Ti的種子層，去除頂部的Ti層后再電鍍一層厚度為2mm的Au層；

13)去除光刻膠以及光刻膠上的Au，形成固支梁12、錨區(qū)9、共面波導(dǎo)8、隔直電容上極板14和輸出電極15；

14)深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)襯底材料背面，制作薄膜結(jié)構(gòu)21；

15)釋放聚酰亞胺犧牲層：顯影液浸泡，去除固支梁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。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于：

本發(fā)明采用了新穎的六端口固支梁耦合結(jié)構(gòu)，其中六端口固支梁耦合器的第一端口1-1到第三端口1-3和第四端口1-4以及第一端口1-1到第五端口1-5、第六端口1-6的功率耦合度相同；這種固支梁耦合結(jié)構(gòu)從共面波導(dǎo)傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)中耦合出小部分的信號(hào)來檢測(cè)微波信號(hào)的相位大小，而大部分信號(hào)可以輸入到下一級(jí)處理電路中；采用T型結(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)微波信號(hào)的功率合成與分配，避免了傳統(tǒng)Wilkinson功率分配器中隔離電阻的加工對(duì)微波性能的影響；采用直接加熱式微波功率傳感器來檢測(cè)信號(hào)的微波功率，具有較高的靈敏度且無直流功耗；本發(fā)明的固支梁T型結(jié)直接加熱在線式已知頻率微波相位檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)已知頻率信號(hào)的0-360°相位在線檢測(cè)。

滿足以上條件的結(jié)構(gòu)即視為本發(fā)明的固支梁T型結(jié)直接加熱在線式已知頻率微波相位檢測(cè)器。