[实用新型]压阻式微波功率传感器

说明书

技术领域

本实用新型是利用终端电阻吸收微波功率发热产生薄膜应力，以压敏电阻的方式测得输入微波功率的结构，属于微电子器件技术领域。

背景技术

在微波技术研究中，微波功率是表征微波信号特征的一个重要参数。在微波无线应用和测量技术中，微波功率的探测是一个非常重要的部分。传统的功率计采用波导形式的热点功率传感器，常用铋-锑作热偶，采用同轴电缆作为传输线，它的主要缺点是响应慢、烧毁水平低、测量高功率时要用到衰减器，并且不能集成到电路中。近年来，国外提出了基于MEMS技术的终端式微波功率传感器，它分为直接式和间接式两种类型，原理是利用终端电阻吸收微波功率发热，并通过热偶或热堆探测终端电阻附近的温度差得到微波功率的大小，这种类型的微波功率传感器具有结构简单、体积小、性能较为优良、与Si工艺或GaAs工艺相兼容等优点。

长期以来由于基于MEMS技术的微波功率传感器结构的特殊性，对该类器件的研究开发仅局限于科研领域。基于MEMS结构的微波功率传感器应用于集成电路的大规模生产存在着与主流工艺不兼容、可重复性可靠性差、生产成本高等一系列障碍。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的是提供一种压阻式微波功率传感器，该传感器是一种利用终端电阻发热在双层膜上产生应力实现微波功率测量的结构。应用该结构可以提高功率传感器的灵敏度和减小输出电压的非线性，并实现了在材料、工艺、可靠性和可重复性等诸多方面的问题。

技术方案：本实用新型的压阻式微波功率传感器以Si衬底为衬底，Si3N4/SiO2层设在Si衬底的底部，在Si衬底上设有SiO2绝缘层，SiO2绝缘层与腐蚀Si衬底上的硅膜构成双层膜结构，在双层膜结构上设有共面波导，在共面波导的终端设有匹配电阻，在双层膜结构的边缘设有四个沿<110>方向的压敏电阻，压敏电阻通过接触金属由金属导线构成惠斯登电桥，惠斯登电桥的四个引线端分别与压焊块相接。终端匹配电阻放置在双层膜的中心位置以产生最大的应力变化。压敏电阻沿<110>方向放置，并且位于双层膜边缘的中心处，从而使得电阻阻值的变化量达到最大。

压阻式微波功率传感器的微波功率传感方法是通过将终端匹配电阻制作在具有不同热膨胀系数的双层膜结构上，利用终端匹配电阻吸收微波功率发热导致双层膜上下层之间产生不同的热膨胀，由放置在双层膜的边缘的压敏电阻测量膜的应力变化，最终得到输入微波功率的大小。

本实用新型的压阻式微波功率传感器采用Si衬底，并通过衬底背面腐蚀工艺得到一定厚度的硅膜，在Si衬底上设有SiO₂绝缘层，由硅膜和SiO₂绝缘层构成双层膜结构，在双层膜结构上设有共面波导，在共面波导的终端为匹配电阻，在双层膜结构的边缘设有四个沿<110>方向的压敏电阻，压敏电阻由金属导线连接构成惠斯登电桥，惠斯登电桥的四个引线端与压焊块相接。该传感器通过将终端匹配电阻制作在具有不同热膨胀系数的双层膜结构上，利用终端匹配电阻吸收微波功率发热导致双层膜上下层之间产生不同的热膨胀，由放置在膜的边缘的压敏电阻测量膜的应力变化，最终得到输入微波功率的大小。

应用本发明中的压阻式微波功率传感器结构可以实现功率测量结构在集成电路中的产业化应用，进而推动整个集成电路产业的发展。

有益效果：本实用新型中的压阻式微波功率传感器结构，突破了传统的热偶结构的热电功率传感器和工艺的思维限制，寻找到了基于主流Si工艺的实现方法，可重复性和可靠性都有较大的提高。同时，压阻式微波功率传感器结构具有线性度好、频率范围宽、灵敏度高、可测量较小功率等优点。

本实用新型中的压阻式微波功率传感器也是基于MEMS技术，但不同于上述的终端式微波功率传感器，该结构将终端电阻制作在具有不同热膨胀系数的双层膜结构上，由于终端电阻吸收微波功率发热会导致温度变化，从而使得双层膜上下层之间产生不同的热膨胀，在膜的边缘放置由压敏电阻构成的惠斯登电桥来测量由于热膨胀引起的应力，最终得到输入微波功率的大小。相比而言，压阻式微波功率传感器具有以下主要特点：一、压阻式结构较终端式结构的制作工艺简单且测量技术成熟；二、压阻式结构灵敏度高，可以得到理想的大输出且非线性较小。三、压阻式结构的制作无需特殊的材料并且与Si工艺相兼容。