本發(fā)明涉及一種基于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的微帶天線，特別涉及一種方向性可重構(gòu)的微電子機械天線及其制備方法，屬于微電子機械系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

天線作為無線電系統(tǒng)中不可缺少且非常重要的部件，其本身的質(zhì)量直接影響著無線電系統(tǒng)的整體性能。天線的任務(wù)是將發(fā)射機輸出的高頻電流能量(傳導(dǎo)波)轉(zhuǎn)換成電磁波輻射出去，或者是將空間電波信號轉(zhuǎn)換成高頻電流能量送給接收機。

為了能良好的實現(xiàn)上述目的，經(jīng)典的單一模式天線已經(jīng)不能滿足雷達系統(tǒng)對波束賦形以及快速掃描等要求，這使得方向性可重構(gòu)天線得到廣泛重視和快速發(fā)展。

近20多年來，隨著MEMS技術(shù)的飛速發(fā)展，對MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)進行了深入的研究，使得采用MEMS技術(shù)重構(gòu)天線方向性成為可能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種方向性可重構(gòu)的微電子機械天線及其制備方法，通過MEMS技術(shù)對天線方向性的實現(xiàn)可重構(gòu)，使得其結(jié)構(gòu)簡單，操作便利。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供一種方向性可重構(gòu)的微電子機械天線，該微電子機械天線以砷化鎵為襯底，在襯底上設(shè)有微帶天線饋線、星型結(jié)構(gòu)微帶天線輻射元、MEMS懸臂梁、懸臂梁橋墩；所述星型結(jié)構(gòu)微帶天線輻射元的任四個輻射端分別與一個懸臂梁橋墩連接，每個懸臂梁橋墩連接一個MEMS懸臂梁，其中，在每個MEMS懸臂梁的下方在懸臂梁橋墩的兩側(cè)各設(shè)置一個懸臂梁下拉電極，每個懸臂梁下拉電極上設(shè)有介質(zhì)層，每個懸臂梁下拉電極上的介質(zhì)層與相應(yīng)的MEMS懸臂梁之間設(shè)有犧牲層；未連接懸臂梁橋墩的星型結(jié)構(gòu)微帶天線輻射元的輻射端與微帶天線饋線連接。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，每個懸臂梁下拉電極、懸臂梁橋墩均與襯底連接。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述介質(zhì)層為SiN，所述犧牲層為聚酰亞胺犧牲層。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，四個所述懸臂梁橋墩相同，四個所述MEMS懸臂梁相同。

另一方面，本發(fā)明還提供一種如上所述微電子機械天線的制備方法，具體步驟如下：

1)選用未摻雜的半絕緣砷化鎵作為襯底；

2)去除在懸臂梁下拉電極、微帶天線饋線和星型結(jié)構(gòu)微帶天線輻射元處的光刻膠；

3)濺射金，形成懸臂梁下拉電極、微帶天線饋線和星型結(jié)構(gòu)微帶天線輻射元；

4)在懸臂梁下拉電極的上方淀積氮化硅介質(zhì)層；

5)光刻并刻蝕氮化硅介質(zhì)層，保留位于懸臂梁及其下方的懸臂梁下拉電極之間的氮化硅介質(zhì)層；

6)在砷化鎵襯底上涂覆聚酰亞胺犧牲層，再光刻聚酰亞胺犧牲層，保留懸臂梁下方的犧牲層；

7)濺射鈦/金/鈦，形成濺射用于懸臂梁及相應(yīng)的懸臂梁橋墩；

8)去除懸臂梁及相應(yīng)的懸臂梁橋墩處的光刻膠；

9)電鍍懸臂梁及相應(yīng)的懸臂梁橋墩；

10)釋放犧牲層：用顯影液釋放懸臂梁結(jié)構(gòu)下方的聚酰亞胺犧牲層，并用無水乙醇脫水，形成懸浮的懸臂梁結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，步驟3)中，金的厚度為0.3μm。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，步驟4)中，用等離子體增強化學(xué)氣相淀積法工藝生長的氮化硅介質(zhì)層。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，步驟6)中，聚酰亞胺犧牲層的厚度為1.6μm。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，步驟7)中，

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，步驟9)中，電鍍的懸臂梁的厚度為2μm。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的基于MEMS的技術(shù)的方向性可重構(gòu)的微電子機械天線具有以下顯著的優(yōu)點：

1、微電子機械天線的星型輻射結(jié)構(gòu)從四個方向設(shè)置了MEMS懸臂梁，四個懸臂梁下方兩側(cè)各設(shè)置了下拉電極，從而很有效的可重構(gòu)微波天線的方向性；

2、通過對懸臂梁同一側(cè)下拉電極施加極性相同大小不同的電壓，MEMS懸臂梁就會有不同程度的彎曲，從而實現(xiàn)對微波天線方向性的小重構(gòu)；

3、通過對懸臂梁左右兩側(cè)下拉電極施加極性相反的電壓，MEMS懸臂梁就會產(chǎn)生方向相反的彎曲，從而實現(xiàn)對微波天線方向性的大重構(gòu)；

4、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是基于MEMS技術(shù)的，具有MEMS的基本優(yōu)點，如體積小、重量輕、功耗低等；

5、本發(fā)明的天線與單片微波集成電路(MMIC)工藝完全兼容，便于集成，這一系列優(yōu)點是傳統(tǒng)的微帶天線無法比擬的，因此它具有很好的研究和應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1是方向性可重構(gòu)的微電子機械天線的俯視圖。

圖2是懸臂梁釋放前的截面圖。

圖3是懸臂梁釋放后的截面圖。

圖中：1-微帶天線饋線，2-星型結(jié)構(gòu)天線輻射元，3-MEMS懸臂梁，4-懸臂梁下拉電極，5-懸臂梁橋墩，6-聚酰亞胺犧牲層，7-SiN介質(zhì)層，8-GaAs襯底。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明：

本發(fā)明的方向性可重構(gòu)的微電子機械天線是一種方向性可重構(gòu)的微波天線，以GaAs為襯底，如圖1至3所示，該微電子機械天線以砷化鎵為襯底8，在襯底上設(shè)有微帶天線饋線1、星型結(jié)構(gòu)微帶天線輻射元2、MEMS懸臂梁3、懸臂梁橋墩5、懸臂梁下拉電極4、SiN介質(zhì)層7和聚酰亞胺犧牲層6。

所述星型結(jié)構(gòu)微帶天線輻射元2的任四個輻射端分別與一個懸臂梁橋墩5連接，每個懸臂梁橋墩5連接一個MEMS懸臂梁3，每個MEMS懸臂梁3的下方在懸臂梁橋墩5的兩側(cè)各設(shè)置一個懸臂梁下拉電極4，每個懸臂梁下拉電極4上設(shè)有SiN介質(zhì)層7，每個懸臂梁下拉電極4上的SiN介質(zhì)層7與相應(yīng)的MEMS懸臂梁3之間設(shè)有聚酰亞胺犧牲層6；未連接懸臂梁橋墩5的星型結(jié)構(gòu)微帶天線輻射元2的輻射端與微帶天線饋線1連接。

本發(fā)明中，微帶天線饋線1接收到待發(fā)射的微波信號給星型結(jié)構(gòu)微帶天線輻射元2，星型結(jié)構(gòu)微帶天線輻射元2連接到四個相同的懸臂梁橋墩5，四個相同的懸臂梁橋墩5連接四個相同的MEMS懸臂梁3，在每個MEMS懸臂梁3下方兩側(cè)各設(shè)有一個懸臂梁下拉電極4，在每個下拉電極4上設(shè)有SiN介質(zhì)層7，在每個SiN介質(zhì)層7和每個MEMS懸臂梁3之間設(shè)有聚酰亞胺犧牲層6。

微帶天線饋線接收到待發(fā)射的微波信號，通過星型結(jié)構(gòu)微波天線輻射元和四個相同的懸臂梁將微波信號發(fā)射出去。由于在MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)下方兩側(cè)各設(shè)置了下拉電極，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)微波天線的方向性的可重構(gòu)。通過對懸臂梁同側(cè)下拉電極施加極性相同大小不同的電壓，這樣MEMS懸臂梁就會有不同程度的彎曲，從而實現(xiàn)對微波天線方向性的小重構(gòu)；通過對懸臂梁左右兩側(cè)下拉電極施加極性相反的電壓，這樣MEMS懸臂梁就會產(chǎn)生方向相反的彎曲，從而實現(xiàn)對微波天線方向性的大重構(gòu)。最終，實現(xiàn)調(diào)節(jié)微波天線的方向性的可重構(gòu)。

本發(fā)明設(shè)計的方向性可重構(gòu)的微電子機械天線的制備方法為：

1)準備砷化鎵襯底：選用的是未摻雜的半絕緣砷化鎵襯底；

2)光刻：去除在懸臂梁下拉電極、微帶天線饋線和星型結(jié)構(gòu)微帶天線輻射元處的光刻膠；

3)濺射金：形成懸臂梁下拉電極、微帶天線饋線和星型結(jié)構(gòu)微帶天線輻射元，其中，金的厚度為0.3μm；

4)在懸臂梁下拉電極的上方淀積氮化硅介質(zhì)層：用等離子體增強化學(xué)氣相淀積法工藝生長的氮化硅介質(zhì)層；

5)光刻并刻蝕氮化硅介質(zhì)層；保留位于懸臂梁及其下拉電極之間的氮化硅介質(zhì)層；

6)淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層：在砷化鎵襯底上涂覆1.6μm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懸臂梁與氮化硅介質(zhì)層之間的高度，光刻聚酰亞胺犧牲層，僅保留懸臂梁下的犧牲層；

7)濺射鈦/金/鈦：濺射用于懸臂梁及其橋墩的

8)光刻：去除懸臂梁及其橋墩處的光刻膠；

9)電鍍金：電鍍懸臂梁及其橋墩，金的厚度為2μm；

10)釋放犧牲層：用顯影液釋放懸臂梁結(jié)構(gòu)下方的聚酰亞胺犧牲層，并用無水乙醇脫水，形成懸浮的懸臂梁結(jié)構(gòu)。

區(qū)分是否為該結(jié)構(gòu)的標準如下：

該微帶天線結(jié)構(gòu)采用星型結(jié)構(gòu)微帶天線輻射元和四個相同的MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)。工作原理為：通過對懸臂梁同側(cè)下拉電極施加極性相同大小不同的電壓，這樣MEMS懸臂梁就會有不同程度的彎曲，從而實現(xiàn)對微波天線方向性的小重構(gòu)；通過對懸臂梁左右兩側(cè)下拉電極施加極性相反的電壓，這樣MEMS懸臂梁兩側(cè)就會產(chǎn)生方向相反的彎曲，從而實現(xiàn)對微波天線方向性的大重構(gòu)。由于在MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)下方兩側(cè)各設(shè)置了下拉電極，從而實現(xiàn)微波天線的方向性的可重構(gòu)。滿足以上條件的結(jié)構(gòu)即視為本發(fā)明的方向性可重構(gòu)的微電子機械天線。

以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。