[发明专利]基于微机械固支梁电容式功率传感器的分频器及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械系统（MEMS），尤其是基于微机械固支梁电容式功率传感器的分频器。

背景技术

随着频率合成技术的发展，基于锁相环的分频技术应运而生，在数字电视、音响、频率源、通信等领域有广泛的应用前景。锁相分频技术是指锁相环通过对参考信号与环路反馈分频信号进行相位比较来控制压控振荡器产生所需的频率。这种分频系统电路简单，具有频率稳定度好、相位噪声低、杂散抑制度好等优点。直接利用锁相环模块来设计分频器，降低了设计难度和系统调试难度，节约了时间成本。近年来，随着MEMS技术的快速发展，基于微机械固支梁结构电容式功率传感器的锁相环引起我们的注意，使基于微机械固支梁结构电容式功率传感器的分频器成为可能。

发明内容

要解决的技术问题：根据现有技术的不足，本发明提供一种基于微机械固支梁电容式功率传感器的分频器，解决现有技术中分频器设计难度高、调试难度大和时间成本高等缺陷。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

基于微机械固支梁电容式功率传感器的分频器，包括衬底、设置在衬底上的共面波导信号线、地线、两对MEMS固支梁结构、功合器、终端匹配电阻和MEMS固支梁结构电容式功率传感器，以及外接电容三点式压控振荡器和乘法器，在所述衬底上定义一条对称轴线；

所述地线以对称轴线为中心形成对称分布，包括对称分布于该对称轴线的两条侧边地线和一条位于对称轴线上的中心地线；所述两条侧边地线上各有一个对称分布的缺口；所述共面波导信号线以对称轴线为中心形成对称分布，包括对称分布于该对称轴线的两条输入共面波导信号线和一条位于对称轴线上的输出共面波导信号线；所述两条输入共面波导信号线分别作为输入信号和反馈信号的输入端；所述输出共面波导信号线与侧边地线之间设有终端匹配电阻；

所述功合器以对称轴线为中心形成对称分布，包括对称分布于该对称轴线的两条不对称共面带线信号线和隔离电阻；所述的两条不对称共面带线信号线的输入端通过隔离电阻隔离，且分别与两条输入共面波导信号线相连；所述的两条不对称共面带线信号线的输出端相连后接入所述输出共面波导信号线；所述输出共面波导信号线与侧边地线之间设有终端匹配电阻；

所述两对MEMS固支梁结构分别记为第一对固支梁结构和第二对固支梁结构；所述第一对MEMS固支梁结构包括相对对称轴线对称的两个第一固支梁，所述两个第一固支梁分别横跨在相应侧的输入共面波导信号线的上方，所述第一固支梁的两端分别通过锚区固定在中心地线和同一侧的侧边地线上；所述第二对MEMS固支梁结构包括相对对称轴线对称的两个第二固支梁，所述两个第二固支梁分别通过锚区连接同一侧的侧边地线的缺口两端；

所述MEMS固支梁结构电容式功率传感器，包括一个第三固支梁结构、两个传感电极、两个压焊块；所述第三固支梁结构中的第三固支梁位于所述输出共面波导信号线的上方、第三固支梁的两端分别通过锚区与两侧的侧边地线相连；所述两个传感电极均位于第三固支梁结构下方且对称分布于输出共面波导信号线和对应侧边地线之间，所述传感电极与其上方的第三固支梁之间形成可变电容；所述两个传感电极各自通过一条连接线与其同侧一个压焊块相连，与两个传感电极相连的两条连接线分别穿过两侧的侧边地线的缺口；所述另一个压焊块通过一条连接线与其中一条侧边地线相连；

所述外接电容三点式压控振荡器的两个输入端分别与所述两个压焊块相连；所述外接压控振荡器的输出信号经过乘法器后作为反馈信号连接至所述输入共面波导信号线；

在所述第一对MEMS固支梁结构中，第一固支梁对应下方的输入共面波导信号线上覆盖有绝缘介质层；在所述第二对MEMS固支梁结构中，第二固支梁下方的连接线上覆盖有绝缘介质层；在所述MEMS固支梁结构电容式功率传感器中的固支梁结构中，第三固支梁下方的传感电极和输出共面波导信号线上覆盖有绝缘介质层。

所述衬底的材料为砷化镓。所述绝缘介质层的材料为氮化硅。所述隔离电阻和终端匹配电阻的材料为氮化钽。

基于微机械固支梁电容式功率传感器的分频器的制备方法，包括以下步骤：

1）准备砷化镓衬底：选用外延的半绝缘砷化镓衬底，其中外延N^＋砷化镓的掺杂浓度为10¹⁸cm^-3，其方块电阻值为100～130Ω/□；

2）光刻：去除将要保留氮化钽地方的光刻胶；

3）溅射氮化钽，其厚度为1μm；

4）剥离；

5）光刻：去除将要保留第一层金的地方的光刻胶；