懸臂梁耦合在線式微波相位檢測器的制作方法
本發明提出了懸臂梁耦合在線式微波相位檢測器，屬于微電子機械系統(MEMS)的技術領域。
背景技術：
在微波技術研究中，相位是表征微波信號的重要參數之一。微波信號相位檢測系統在相位調制器、相移鍵控、微波定位、天線相位方向圖的測試和近場診斷等方面都有著極其廣泛的應用。現有的微波相位檢測技術是基于二極管、乘法器結構和矢量運算原理，它們具有低損耗、高靈敏度和寬頻帶的優點，然而其最大的缺點是結構相對復雜，并且無法實現在線式的微波相位檢測。隨著微電子技術的發展，現代個人通信系統和雷達系統對微波相位檢測器的要求也越來越高。簡單的結構、小的體積以及小的直流功耗成為微波相位檢測器的發展趨勢。隨著MEMS技術的快速發展，并對高阻硅金屬半導體場效應晶體管進行了的深入研究，使基于微機械高阻硅基的懸臂梁結構實現上述功能的在線式微波相位檢測器成為可能。
技術實現要素：
技術問題：本發明的目的是提出一種懸臂梁耦合在線式微波相位檢測器，本發明采用了懸臂梁耦合微波信號，微波信號功率檢測采用直接加熱式微波功率傳感器，微波相位檢測采用矢量合成法，從而實現了微波相位的在線式檢測。
技術方案：懸臂梁耦合在線式微波相位檢測器，在高阻硅襯底上設有共面波導傳輸線、兩個關于共面波導傳輸線的信號線對稱的兩個懸臂梁結構1和懸臂梁結構2、功合器以及直接加熱式微波功率傳感器1和直接加熱式微波功率傳感器2。所述的懸臂梁結構包括懸臂梁和錨區，懸臂梁與下方的待測信號傳輸線的信號線之間設有絕緣介質層；所述的共面波導傳輸線由信號線和地線構成，待測微波信號通過共面波導傳輸線，兩個對稱的懸臂梁結構懸于待測信號傳輸線的信號線上方，上側懸臂梁結構1的錨區通過直接加熱式微波功率傳感器1的共面波導傳輸線的信號線連接直接加熱式微波功率傳感器1，下側懸臂梁結構2的錨區通過功合器的第一共面波導傳輸線的信號線連接至功合器的一個輸入端，功合器的另一個輸入端通過功合器的第二共面波導傳輸線的信號線連接至待測信號輸入端口，功合器的輸出端通過功合器的第三共面波導傳輸線的信號線連接直接加熱式微波功率傳感器2。
功合器包括ACPS信號線、共面波導傳輸線的信號線和隔離電阻，功合器的輸入端和輸出端之間為不對稱的共面帶線ACPS信號線，隔離電阻設置在兩個輸入端之間。
直接加熱式微波功率傳感器包括終端電阻、半導體熱電偶臂、直流輸出塊、隔絕直流電容和共面波導傳輸線的信號線。
本發明提供了一種懸臂梁耦合在線式微波相位檢測器，位于共面波導傳輸線上方的兩個完全對稱的懸臂梁在線耦合出部分微波信號，上側的懸臂梁結構1的錨區通過直接加熱式微波功率傳感器1的共面波導傳輸線的信號線連接直接加熱式微波功率傳感器1檢測功率大小，下側的懸臂梁結構2的錨區將耦合信號輸入功合器并與參考信號進行矢量合成，功合器輸出端連接直接加熱式微波功率傳感器2檢查合成信號功率大小。根據直接加熱式微波功率傳感器2直流輸出電壓的大小，推斷出待測信號的相位。本發明的懸臂梁耦合在線式微波相位檢測器，不但具有易于測量的優點，而且能夠實現對微波信號相位的在線式檢測，易于集成以及與高阻硅單片微波集成電路兼容的優點。
同時，由于懸臂梁耦合出來的信號功率很小，大部分的信號能夠繼續通過共面波導傳輸線向后傳播并進行后續的信號處理，從而實現了在線式微波相位的檢測。
有益效果：本發明是懸臂梁耦合在線式微波相位檢測器，采用了結構簡單的懸臂梁結構耦合微波信號，并利用這部分耦合小信號實現微波相位的在線式檢測，而大部分的信號能夠繼續在共面波導上傳播并進行后續信號處理。
附圖說明
圖1為本發明的懸臂梁耦合在線式微波相位檢測器俯視圖；
圖2為圖1懸臂梁耦合在線式微波相位檢測器的A-A’剖面圖；
圖3為圖1懸臂梁耦合在線式微波相位檢測器的B-B’剖面圖；
圖中包括：高阻硅襯底1，共面波導傳輸線的信號線2、地線3，懸臂梁結構1的懸臂梁4、錨區5，懸臂梁結構2的懸臂梁6、錨區7，絕緣介質層8，功合器的隔離電阻9、ACPS信號線10、第一共面波導傳輸線的信號線11、第二共面波導傳輸線的信號線12、第三共面波導傳輸線的信號線13，直接加熱式微波功率傳感器1的終端電阻14、半導體熱電偶臂15、直流輸出塊16、隔絕直流電容17、共面波導傳輸線的信號線18，直接加熱式微波功率傳感器2的終端電阻19、半導體熱電偶臂20、直流輸出塊21、隔絕直流電容22，SiO2層23。在高阻硅襯底1上制備一次SiO2層23，在SiO2層23上設有共面波導傳輸線、懸臂梁結構1和懸臂梁結構2、功合器以及直接加熱式微波功率傳感器1和直接加熱式微波功率傳感器2。
具體實施方式
本發明的懸臂梁耦合在線式微波相位檢測器制作在高阻硅襯底1上，在高阻硅襯底上制備有一層SiO2層23，在SiO2層23上設有共面波導傳輸線、兩個關于共面波導傳輸線的信號線2對稱的懸臂梁結構1和懸臂梁結構2、功合器以直接加熱式微波功率傳感器1和直接加熱式微波功率傳感器2。共面波導傳輸線作為本發明相位檢測器的信號傳輸線，用于待測微波信號的傳輸，以及懸臂梁結構、功合器和直接加熱式微波功率傳感器之間的信號傳輸，共面波導傳輸線由共面波導傳輸線的信號線2和地線3構成。
懸臂梁結構1和懸臂梁結構2位于待測信號傳輸線的共面波導傳輸線的信號線2上的絕緣介質層6的上方。當待測微波信號通過待測信號傳輸線時，懸臂梁結構1和懸臂梁結構2耦合出部分微波信號，并且分別由懸臂梁結構1的錨區5和懸臂梁結構2的錨區(7)輸出。上側懸臂梁結構1的錨區5通過直接加熱式微波功率傳感器1的共面波導傳輸線的信號線18將耦合微波信號輸向直接加熱式微波功率傳感器1，并檢測出其功率為P1；下側懸臂梁結構2的錨區7通過功合器的第一共面波導傳輸線的信號線11將耦合微波信號輸向功合器，其通過功合器與功率為P2的參考信號矢量合成，合成后的信號功率為P3。記待測微波信號和參考信號的相位差為則經功合器輸出的合成信號的功率與相位差存在余弦函數關系。待測微波信號與參考信號之間存在一個相位差功合器的合成信號的功率P3與該相位差存在一個余弦函數的關系：
其中P1、P2分別為懸臂梁結構的錨區一側的輸出功率和參考信號功率。基于公式(1)最終可以推導出:
同時，由于懸臂梁耦合出來的信號功率很小，大部分的信號能夠繼續通過共面波導傳輸線向后傳播并進行后續的信號處理，從而實現了在線式微波相位的檢測。
本發明的懸臂梁耦合在線式微波相位檢測器的制備方法為：
1)準備4英寸高阻Si襯底，電阻率為4000Ω·cm，厚度為400mm；
2)熱生長一層厚度為1.2mm的SiO2層；
3)化學氣相淀積(CVD)生長一層多晶硅，厚度為0.4mm；
4)涂覆一層光刻膠并光刻，除多晶硅電阻區域以外，其他區域被光刻膠保護，并注入磷(P)離子，摻雜濃度為1015cm-2，形成隔離電阻和終端電阻；
5)涂覆一層光刻膠，光刻多晶硅電阻圖形涂覆一層光刻膠，光刻多晶硅電阻圖形，再通過干法刻蝕形成隔離電阻和終端電阻；
6)涂覆一層光刻膠，光刻去除共面波導傳輸線、ACP信號線和輸出電極處的光刻膠；
7)電子束蒸發(EBE)形成第一層金(Au)，厚度為0.3mm，去除光刻膠以及光刻膠上的Au，剝離形成共面波導傳輸線、ACPS信號線的第一層Au和隔直電容下極板，以及輸出電極；
8)淀積(LPCVD)一層Si3N4，厚度為0.1mm；
9)涂覆一層光刻膠，光刻并保留隔直電容和懸臂梁下方的光刻膠，干法刻蝕Si3N4，形成Si3N4介質層；
10)均勻涂覆一層聚酰亞胺并光刻圖形，厚度為2mm，保留懸臂梁下方的聚酰亞胺作為犧牲層；
11)涂覆光刻膠，光刻去除懸臂梁、懸臂梁結構的錨區、共面波導傳輸線、ACPS信號線、隔直電容以及輸出電極位置的光刻膠；
12)蒸發500/1500/300A°的Ti/Au/Ti的種子層，去除頂部的Ti層后再電鍍一層厚度為2mm的Au層；
13)去除光刻膠以及光刻膠上的Au，形成懸臂梁、懸臂梁結構的錨區、共面波導傳輸線、ACPS信號線、隔直電容上極板和輸出電極；
14)深反應離子刻蝕(DRIE)襯底材料背面，制作終端電阻、半導體熱偶臂下方的薄膜結構；
15)釋放聚酰亞胺犧牲層：顯影液浸泡，去除懸臂梁下的聚酰亞胺犧牲層，去離子水稍稍浸泡，無水乙醇脫水，常溫下揮發，晾干。
區別是否為本發明結構的標準如下：
本發明的懸臂梁耦合在線式微波相位檢測器采用兩個完全對稱的懸臂梁結構耦合微波信號，具有兩個完全相同的直接加熱式微波功率傳感器和一個功合器。當待測微波信號通過共面波導傳輸線時，懸臂梁結構耦合出部分微波信號，并且分別由懸臂梁結構的兩側錨區輸出。上側懸臂梁結構的錨區通過共面波導傳輸線的信號線將耦合微波信號輸向直接加熱式微波功率傳感器；下側懸臂梁結構的錨區通過共面波導傳輸線的信號線將耦合微波信號輸向功合器，其通過功合器與參考信號矢量合成。合成信號的功率與微波信號間的相位差存在余弦函數關系，最終利用矢量合成原理來實現微波信號相位的在線式檢測。
滿足以上條件的結構即視為本發明的懸臂梁耦合在線式微波相位檢測器。
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