[发明专利]一种低温双层隔离式MEMS微波功率传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温双层隔离式MEMS微波功率传感器，属于微电子机械系统领域。

背景技术

在微波领域发展中，微波信号的功率是微波系统三大参数之一。微波功率检测在任何微波研究（如雷达系统、现代单兵通信系统、车载雷达等）中是必不可少的。最常见的微波功率检测器是基于热电转换原理的微波功率传感器，即基于热电堆的Seebeck效应，具有响应快、频带宽等特点。

如图1所示，现有的MEMS微波功率传感器由共面波导传输线1、氮化钽电阻3、热电堆4、砷化镓衬底5和压焊块6。共面波导传输线1接收来自微波功率源的功率，并传导到位于共面波导传输线1末端氮化钽电阻3。通过氮化钽电阻3将功率吸收并转化为热。热电堆4由于seeback效应，能够将热转为电压输出。

但缺点在于热量可以通过衬底和空气散失，其中衬底散失的热量最多。输出的直流电压与温度有较强的依赖关系，尤其在低温条件下，影响检测的精确度，限制了适用范围。

发明内容

发明目的：本发明提出一种低温双层隔离式MEMS微波功率传感器，减少了微波功率传感器通过衬底散失的热量，同时减少了环境温度对灵敏度的影响，提高了传感器对微波功率的测试精度。

技术方案：本发明采用的技术方案为一种低温双层隔离式MEMS微波功率传感器，其包括MEMS微波功率传感器，在MEMS微波功率传感器外围设有位于内侧的内隔离环和位于外侧的外隔离环，在所述内隔离环内侧还设有第一加热电路和第二加热电路。

作为本发明的进一步改进，所述内隔离环与外隔离环之间间隔60um距离。所述第一加热电路包括第十二热电阻至第十五热电阻，第一加热电路与开关十、外接电源构成一个完整回路。所述第二加热电路包括第十六热电阻至第二十三热电阻，第二加热电路与开关十一、外接电源构成一个完整回路。

一种制造本发明一种低温双层隔离式MEMS微波功率传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）外延生成掺杂浓度10¹⁸cm^-3，方块电阻100-130Ω/□的砷化镓衬底；

2）在砷化镓衬底上依次外延生长铝镓砷薄膜和N⁺砷化镓；

3）反刻N⁺砷化镓，形成掺杂浓度10¹⁷cm^-3的热电堆半导体热偶臂；

4）光刻并去除热电堆金属臂处的光刻胶，形成热电堆金属臂图案；

5）溅射金锗镍/金，金锗镍/金的厚度为270nm；

6）剥离多余的金属，形成热电堆的金属热偶臂；

7）光刻并去除氮化钽电阻处的光刻胶；

8）淀积氮化钽，形成共面波导传输线末端的热电阻以及内隔离环内侧的热电阻，厚度为2um，电阻为25Ω/□；

9）剥离多余的氮化钽以形成氮化钽电阻；

10)光刻并去除共面波导传输线处的光刻胶；

11）蒸发第一层金，其厚度为0.3um；

12）溅射钛/金/钛，作为共面波导传输线的种子层，厚度为50/150/30nm；

13）光刻并去除共面波导传输线处的光刻胶；

14)去除顶层的钛层，然后电镀2um厚的金，形成共面波导传输线；

15）减薄砷化镓衬底至100μｍ；

16）背面光刻，并去除在砷化镓背面形成膜结构地方的光刻胶；

17）刻蚀减薄终端电阻和热电堆的热端下方的砷化镓衬底，背面刻蚀至铝镓砷薄膜；

18）沿着功率传感器的外围，正面通过等离子体干法刻蚀工艺刻蚀内隔离环和外隔离环。

作为上述制造本发明一种低温双层隔离式MEMS微波功率传感器的方法的改进，步骤18）中所述内隔离环和外隔离环的深度为90um，宽度为5um。

有益效果：本发明通过在现有MEMS微波功率传感器的外围，刻蚀内隔离环和外隔离环，将微波功率传感器包围起来形成隔离岛。同时又在内隔离环内侧设有第一加热电路和第二加热电路，利用热电阻加热，使MEMS微波功率传感器工作在常温下，进一步减少了现有MEMS微波功率传感器通过衬底散失的热量，从而减小了环境温度对MEMS微波功率传感器灵敏度的影响，提高了传感器对微波功率的测试精度。

附图说明

图1为现有MEMS微波功率传感器的结构示意图；

图2为现有MEMS微波功率传感器的A-A面截面图；

图3为本发明一种双层隔离式MEMS微波功率传感器的结构示意图；