[发明专利]一种基于微机械间接热电式功率传感器的倍频器及制法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械系统（MEMS）的技术领域，尤其是涉及一种基于微机械间接热电式功率传感器的倍频器。

背景技术

倍频器（frequency multiplier）是使输出信号频率等于输入信号频率整数倍的电路。利用非线性电路产生高次谐波或者利用频率控制回路都可以构成倍频器。倍频器也可由一个压控振荡器和控制环路构成。倍频器在众多领域有应用，如无线通信、雷达、数字电视、广播等。当前广泛采用的锁相环倍频器具有精度很高的优点，但是也有着电路结构复杂、尺寸较大的缺点。随着微电子技术的突飞猛进，新材料、新技术、新工艺不断涌现，促使对无线通信系统和雷达系统等电子设备的要求不断提高：简单的结构，较小的体积以及精度较高的倍频器电路成为一种趋势。当前，MEMS技术得到了快速发展，间接热电式功率传感器的研究日趋成熟，因此有必要设计一种基于微机械间接热电式功率传感器的倍频器。

发明内容

为解决目前倍频器存在的不足，本发明提出一种基于微机械间接热电式功率传感器的倍频器，该倍频器结构简单、体积更小、精度更高。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于微机械间接热电式功率传感器的倍频器，包括衬底、设置在衬底上的功合器和MEMS间接式微波功率传感器、以及外接的压控振荡器和除法器，在衬底上定义一条对称轴线；功合器形成沿对称轴线对称的结构，包括地线、共面波导传输线、两段不对称共面带线、隔离电阻、两组固支梁和锚区；MEMS间接式微波功率传感器包括两组终端电阻、金属热偶臂、半导体热偶臂、金属连接线和两个直流输出块。

所述地线形成沿对称轴线对称的结构，包括对称位于对称轴线两侧且不相接触的两段侧边地线、对称位于对称轴线上的一段公共地线。

所述共面波导传输线形成沿对称轴线对称的结构，包括位于对称轴线两侧且不相连接的两段输入共面波导传输线、对称位于对称轴线上的一段输出共面波导传输线；所述两段输入共面波导传输线分别与两段不对称共面带线输入端相连接；所述两段不对称共面带线输入端通过隔离电阻隔离，所述两段不对称共面带线输出端相连接后接入输出共面波导传输线；所述两段不对称共面带线和隔离电阻形成沿对称轴线对称的结构；所述两段输入共面波导传输线分别作为参考信号输入端口和反馈信号输入端口，所述输出共面波导传输线作为信号输出端口。

所述两组固支梁分别设置在对称轴线的两侧且相对对称轴线对称，所述固支梁跨接在位于同一侧的输入共面波导传输部分的上方，两端分别通过锚区固定在位于同一侧的地线侧边地线和公共地线上。

所述输出共面波导传输线分别与两段侧边地线通过一组终端电阻相连接，所述两组终端电阻分别对应设置有一组热电偶；所述两组热电偶的一端通过金属连接线串联连接，另一端分别通过金属连接线与直流输出块相连接；其中一个直流输出块与压控振荡器输入端相连接，另一个直流输出块接地；所述热电偶由金属热偶臂和半导体热偶臂组成。

所述压控振荡器的输出端与除法器输入端相连，所述除法器的输出端与反馈信号输入端口相连。

功合器固支梁与下方的共面波导传输线构成补偿电容，该补偿电容的设计可以实现电路阻抗匹配的同时缩小功分器的尺寸，使整个倍频器的集成度更高。压控振荡器的输出信号通过一个除法器（÷N）再反馈到功合器的一个输入端，参考信号加在功合器的另一个输入端，经间接热电式功率传感器检测，得到与参考信号和压控振荡器输出信号的相位差成比例的电压，该电压加到压控振荡器的输入端，使压控振荡器的本振信号频率随着所输入的电压的变化而变化。恰当的环路设计，这种变化可以使压控振荡器输出信号的频率是参考信号的N倍。

更进一步的，所述共面波导传输线（3）和固支梁（12）之间设有氮化硅介质层（11），所述氮化硅介质层（11）覆盖在共面波导传输线（3）上，使功合器固支梁与下方的共面波导传输线构成补偿电容。

本发明还提出一种基于微机械间接热电式功率传感器的倍频器的制备方法，包含如下步骤：

（1）制作砷化镓衬底：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）光刻并隔离外延的N^＋砷化镓，形成热电堆的半导体热偶臂的图形和欧姆接触区；

（3）反刻N^＋砷化镓，形成其掺杂浓度为10¹⁷cm^-3的热电堆的半导体热偶臂；