[发明专利]微电子机械独立下拉电极式微波天线及其制备方法

说明书

技术领域

本发明提出了基于微电子机械系统（MEMS）技术的独立下拉电极式微波天线，属于微电子机械系统的技术领域。

背景技术

天线作为无线电系统中不可缺少且非常重要的部件，其本身的质量直接影响着无线电系统的整体性能。尽管各种通信系统的任务不尽相同，但天线在系统中所起的作用大致是相同的。天线的任务是将发射机输出的高频电流能量(传导波)转换成电磁波辐射出去，或者是将空间电波信号转换成高频电流能量送给接收机。为了能良好的实现上述目的，要求天线具有一定的方向性，较高的转换效率，能满足系统正常工作的频带宽度。近20多年来，随着MEMS技术的飞速发展，对MEMS悬臂梁结构进行了深入的研究，使得采用MEMS技术调节天线的方向性成为可能。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提供一种微电子机械独立下拉电极式微波天线及其制备方法，通过MEMS悬臂梁技术调节天线的方向性，使得其操作简便，性能优良。

技术方案：本发明的微电子机械独立下拉电极式微波天线是以砷化镓为衬底，在衬底上设计有微波天线馈线、微波天线辐射元、MEMS悬臂梁、悬臂梁桥墩、悬臂梁下拉电极、氮化硅介质层和聚酰亚胺牺牲层：如图1所示，微波天线通过天线馈线接收待发射的微波信号，然后通过微波天线辐射元和MEMS悬臂梁将微波信号向外发射，并且可以根据需要通过对八个悬臂梁下拉电极施加不同的直流偏置电压，产生等效的静电力，使得八个MEMS悬臂梁产生不同的变形，这样就可以改变微波天线辐射的方向。MEMS悬臂梁、悬臂梁桥墩和悬臂梁下拉电极组成了调节微波天线方向性的部分。

MEMS悬臂梁结构的截面图如图2所示，在悬臂梁桥墩上设有MEMS悬臂梁，在MEMS悬臂梁下面设有悬臂梁下拉天极，在悬臂梁下拉电极上覆有氮化硅介质层，在MEMS悬臂梁和氮化硅介质层之间覆有聚酰亚胺牺牲层。释放聚酰亚胺牺牲层后的MEMS悬臂梁截面图如图3所示。

微电子机械独立下拉电极式微波天线的制备方法为：

1）准备砷化镓衬底：选用的是未掺杂的半绝缘砷化镓衬底；

2）光刻：去除在悬臂梁下拉电极、微波天线馈线和微波天线的辐射元处的光刻胶；

3）溅射金：剥离去除光刻胶，形成悬臂梁下拉电极、微波天线馈线和微波天线的辐射元，金的厚度为0.3；

4）淀积氮化硅介质层：用等离子体增强化学气相淀积法工艺生长1000 ?的氮化硅介质层；

5）光刻并刻蚀氮化硅介质层；保留位于MEMS悬臂梁和悬臂梁下拉电极之间的氮化硅；

6）淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层；在砷化镓衬底上涂覆1.6厚的聚酰亚胺牺牲层，要求填满凹坑，聚酰亚胺牺牲层的厚度决定了MEMS悬臂梁与氮化硅介质层之间的高度，光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留悬臂梁下的牺牲层；

7）溅射钛/金/钛；溅射用于悬臂梁及其桥墩的钛/金/钛＝500/1500/300 ?；

8）光刻；去除MEMS悬臂梁及其悬臂梁桥墩处的光刻胶；

9）电镀金；电镀MEMS悬臂梁及其桥墩，金的厚度为2；

10）释放牺牲层；用显影液释放MEMS悬臂梁结构下方的聚酰亚胺牺牲层，并用无水乙醇脱水，形成悬浮的MEMS悬臂梁结构。

有益效果：与现有的微波天线相比，这种新型的基于MEMS的技术的独立下拉电极式微波天线具有以下显著的优点：

1、采用MEMS技术制作了八个相同的悬臂梁，工艺成熟，可靠性高；

2、通过独立地对八个相同的MEMS悬臂梁施加不同的直流偏置电压进行不同程度的变形，从而很容易的调节微波天线的方向性；

3、方向性好，微波天线从8个方向有效的调节微波天线的方向性。

而且这种结构是基于MEMS技术的，具有MEMS的基本优点，如体积小、重量轻、功耗低等。且与单片微波集成电路（MMIC）工艺完全兼容，便于集成,这一系列优点是传统的微波天线无法比拟的，因此它具有很好的研究和应用价值。

附图说明

图1是独立下拉电极式微波天线的俯视图。

图2是MEMS悬臂梁释放前的截面图。

图3 是MEMS悬臂梁释放后的截面图。

图中包括：微波天线馈线1，微波天线辐射元2，MEMS悬臂梁3，悬臂梁桥墩4，悬臂梁下拉电极5，聚酰亚胺牺牲层6，氮化硅介质层7, GaAs衬底8。

具体实施方式

本发明的微电子机械独立下拉电极式微波天线是一种方向性可调的微波天线，以GaAs为衬底，具体实施方案如下：