[发明专利]微电子机械微波频率检测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明提出了基于微电子机械系统(MEMS)技术的微波频率检测器，属于微电子机械系统的技术领域。

背景技术

在微波研究中，微波频率是表征微波信号特征的一个重要参数，微波频率的测量在微波无线应用和测量技术中具有非常重要的地位。传统的微波频率检测器是基于二极管的，它的缺点需要消耗直流功率、测量的信号幅度比较小。近20多年来，随着MEMS技术的飞速发展，对MEMS固支梁结构进行了深入的研究，使得采用MEMS技术实现微波频率检测器成为可能。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于MEMS技术的微电子机械微波频率检测器及其制备方法，使得其结构非常简单，可对未知信号进行测量，测量信号的幅度范围大、不需要消耗直流功率，且便于集成。

技术方案：本发明的微电子机械微波频率检测器以砷化镓为衬底，在衬底上设计有一分三功率分配器、二合一功率合成器、共面波导传输线、固支梁结构和热耦结构：

功率分配器、功率合成器由共面波导(CPW)构成的输入端口、输出端口、不对称共面带线和氮化钽电阻组成。本发明中使用到一分三功率分配器，如图2所示，端口一通过不对称共面带线分别接端口二和端口四，通过共面波导结构接端口三，在与端口二、端口三之间和端口三、端口四之间的连接线中间连接有氮化钽电阻；本发明中使用的二合一功率合成器，如图3所示，端口一、端口二通过不对称共面带线分别接端口三，在与端口一和端口二相接的两不对称共面带线之间连接有氮化钽电阻，从端口一和端口二输入，从端口三输出时为二合一功率合成器。

对于大信号测量，采用固支梁结构测量；对于小信号采用热耦结构测量。两种测量选择加大了可测得微波信号范围。

固支梁结构：如图4所示，以砷化镓为衬底，在衬底上的中间设计有信号输入端口，在CPW的信号线两旁分别设有CPW的地线，在CPW的地线上分别设有桥墩，在桥墩上设有固支梁，在CPW的信号线的两旁分别设有传感电极，传感电极通过传感电极引线接电容检测端口的一个端，CPW的地线接电容检测端口的另一个端，在固支梁下方CPW的信号线、CPW的地线和传感电极上表面设有氮化硅介质层。

热耦结构：如图4所示，在共面波导的末端并联两个热阻，两个并联的电阻吸收输入的信号，通过热耦对将吸收的微波功率的转化为可测的电压差值，热耦的冷端连接了一块大面积的金属，热耦的冷热段分别连接到两个电压测试端口上。

待测信号加到一分三功率分配器的端口一，在其端口二、端口三和端口四处产生了三个新的信号；其中第一被测信号作为参考信号输出到固支梁结构的信号输入端，以测试未知信号的有效值大小；对于第二被测信号和第三被测信号，先将第三被测信号接到长度为L的共面波导传输线，然后将该共面波导传输线的另一端与第二被测信号分别接到二合一功率合成器的端口一和端口二处，在二合一功率合成器的端口三形成了第二信号，把该第二信号接到固支梁结构的信号输入端。CPW由CPW的地线和CPW的信号线共同组成。

微波信号通过固定长度的传输线会所产生一个相应的固定相移，当所产生的相移在0°～180°内时，信号的频率与所产生的相移是一一对应的，利用固支梁结构或者热耦结构测出这个相移量就可以测出这个信号的频率。