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    重庆时时彩360走势: T形结悬臂梁在线式微波相位检测器.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201710052710.2

    申请日:

    2017.01.24

    公开号:

    CN106771603A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01R 25/00申请日:20170124|||公开
    IPC分类号: G01R25/00; G01R21/02; G01R15/00 主分类号: G01R25/00
    申请人: 东南大学
    发明人: 廖小平; 严德洋
    地址: 211189 江苏省南京市江宁区东南大学路2号
    优先权:
    专利代理机构: 南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙) 32249 代理人: 杨晓玲
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201710052710.2

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    T形结悬臂梁在线式微波相位检测器,检测器制备在高阻硅衬底上,由共面波导传输线、两个关于共面波导传输线的信号线对称的悬臂梁结构、T形结以及两个直接加热式微波功率传感器所构成。其中共面波导传输线包括共面波导传输线的信号线和地线;悬臂梁结构包括悬臂梁和锚区,悬于信号线上的绝缘介质层上方;T型结由共面波导传输线的信号线、地线以及空气桥构成,为三端口器件;直接加热式微波功率传感器包括终端电阻、半导体热偶臂、直流输出块和隔绝直流电容。本发明检测器结构简单,电路尺寸较小,可实现微波相位的在线式检测。

    权利要求书

    1.一种T形结悬臂梁在线式微波相位检测器,其特征是在高阻硅衬底(1)上制作SiO2层
    (24),在SiO2层(24)上设有共面波导传输线、悬臂梁结构1和悬臂梁结构2、T形结以及直接
    加热式微波功率传感器1和直接加热式微波功率传感器2,所述的共面波导传输线由共面波
    导传输线的信号线(2)和地线(3)构成,所述的悬臂梁结构1包括悬臂梁(4)和锚区(5),悬臂
    梁结构2包括悬臂梁(6)和锚区(7),悬臂梁结构1和悬臂梁结构2悬于共面波导传输线的信
    号线(2)上的绝缘介质层(7)的上方,共面波导传输线的信号线(2)上侧的悬臂梁结构1的锚
    区(5)通过直接加热式微波功率传感器1的共面波导传输线的信号线(13)连接直接加热式
    微波功率传感器1,共面波导传输线的信号线(2)下侧的悬臂梁结构2的锚区(7)通过T形结
    的第一共面波导传输线的信号线(17)连接T形结的一个输入端口,另一个输入端口通过T形
    结的第二共面波导传输线的信号线(18)连接到参考信号输入端口,T形结的输出端通过T形
    结的第三共面波导传输线的信号线(19)连接直接加热式微波功率传感器2。
    2.根据权利要求1所述的T形结悬臂梁在线式微波相位检测器,其特征是采用T形结进
    行功率合成,所述的T形结由第一空气桥(14)、第二空气桥(15)、第三空气桥(16)、第一共面
    波导传输线的信号线(17)、第二共面波导传输线的信号线(18)和第三共面波导传输线的信
    号线(19)构成,为三端口器件,可用于功率合成,无需隔离电阻,其中第一空气桥(14)、第二
    空气桥(15)、第三空气桥(16)用于共面波导传输线的地线(3)之间的互连,同时为了方便这
    三个空气桥的释放,在其上制作了一组小孔阵列。
    3.根据权利要求1所述的T形结悬臂梁在线式微波相位检测器,其特是采用直接加热式
    微波功率传感器进行功率检测,所述的直接加热式微波功率传感器1包括半导体热偶臂
    (9)、终端电阻(10)、直流输出块(11)、隔绝直流电容(12)和共面波导传输线的信号线(13);
    所述的直接加热式微波功率传感器2包括半导体热偶臂(20)终端电阻(21)、直流输出块
    (22)、隔绝直流电容(23)。

    说明书

    T形结悬臂梁在线式微波相位检测器

    技术领域

    本发明提出了T形结悬臂梁在线式微波相位检测器,属于微电子机械系统(MEMS)
    的技术领域。

    背景技术

    微波信号相位测量在微波测量中占有十分重要的地位。微波信号相位检测系统在
    相位调制器、相移键控、微波定位、天线相位方向图的测试和近场诊断等方面都有着极其广
    泛的应用。现有的微波相位检测技术是基于二极管、乘法器结构和矢量运算原理,它们具有
    低损耗、高灵敏度和宽频带的优点,然而其最大的缺点是结构相对复杂,并且无法实现在线
    式的微波相位检测。随着微电子技术的发展,现代个人通信系统和雷达系统对微波相位检
    测器的要求也越来越高。简单的结构、小的体积以及小的直流功耗成为微波相位检测器的
    发展趋势。随着M EMS技术的快速发展,并对高阻硅金属半导体场效应晶体管进行了的深入
    研究,使基于微机械高阻硅基的悬臂梁结构实现上述功能的在线式微波相位检测器成为可
    能。

    发明内容

    技术问题:本发明的目的是提出一种T形结悬臂梁在线式微波相位检测器,本发明
    采用了悬臂梁耦合微波信号,微波信号功率检测采用直接加热式微波功率传感器,微波相
    位检测采用矢量合成法,从而实现了微波相位的在线式检测。

    技术方案:T形结悬臂梁在线式微波相位检测器,在高阻硅衬底上设有共面波导传
    输线、两个关于共面波导传输线的信号线对称的悬臂梁结构、T形结以及两个直接加热式微
    波功率传感器,共面波导传输线由共面波导传输线的信号线和地线构成,待测微波信号通
    过共面波导传输线,两个关于共面波导传输线的信号线对称的悬臂梁结构悬于待测信号传
    输线的信号线上方,上侧悬臂梁结构的锚区通过直接加热式微波功率传感器1的共面波导
    传输线的信号线连接直接加热式微波功率传感器1,下侧悬臂梁结构的锚区通过T形结的第
    一共面波导传输线的信号线连接T形结的一个输入端,另一个输入端通过T形结的第二共面
    波导传输线的信号线连接参考信号输入端口,T形结的输出端通过第三共面波导传输线的
    信号线连接直接加热式微波功率传感器2。

    T型结由第一空气桥、第二空气桥、第三空气桥、第一共面波导传输线的信号线、第
    二共面波导传输线的信号线和第三共面波导传输线的信号线构成,为三端口器件,可用于
    功率合成,无需隔离电阻,其中第一空气桥、第二空气桥和第三空气桥用于地线之间的互
    连,为了方便这些空气桥的释放,在其上制作了一组小孔阵列。

    直接加热式微波功率传感器由半导体热电偶臂、终端电阻、直流输出块11、隔绝直
    流电容和共面波导传输线的信号线构成,其作用是基于塞贝克效应对微波功率的大小进行
    检测,并以直流电压的形式输出检测结果。

    本发明提供了一种T形结悬臂梁在线式微波相位检测器,位于共面波导传输线的
    信号线上方的两个完全对称的悬臂梁在线耦合出部分微波信号,上侧的悬臂梁结构的锚区
    连接直接加热式微波功率传感器检测功率大小,下侧的悬臂梁结构的锚区将耦合信号输入
    T形结并与参考信号进行矢量合成,T形结输出端连接一个直接加热式微波功率传感器检查
    合成信号功率大小。根据直接加热式微波功率传感器直流输出电压的大小,推断出待测信
    号的相位。本发明的T形结悬臂梁在线式微波相位检测器,不但具有易于测量的优点,而且
    能够实现对微波信号相位的在线式检测,易于集成以及与高阻硅单片微波集成电路兼容的
    优点。

    同时,由于悬臂梁耦合出来的信号功率很小,大部分的信号能够继续通过共面波
    导传输线向后传播并进行后续的信号处理,从而实现了在线式微波相位的检测。

    有益效果:本发明是T形结悬臂梁在线式微波相位检测器,采用了结构简单的悬臂
    梁结构耦合微波信号,并利用这部分耦合小信号实现微波相位的在线式检测,而大部分的
    信号能够继续在共面波导上传播并进行后续信号处理。

    附图说明

    图1为本发明的T形结悬臂梁在线式微波相位检测器俯视图;

    图2为图1 T形结悬臂梁在线式微波相位检测器的A-A’剖面图;

    图3为图1T形结悬臂梁在线式微波相位检测器的B-B’剖面图;

    图中包括:高阻硅衬底1,共面波导传输线的信号线2和地线3,悬臂梁结构1的悬臂
    梁4和锚区5,悬臂梁结构2的悬臂梁6和锚区7,绝缘介质层8,直接加热式微波功率传感器1
    的半导体热电偶臂9、终端电阻10、直流输出块11、隔绝直流电容12和共面波导传输线的信
    号线13,T形结的第一空气桥14、第二空气桥15、第三空气桥16、第一共面波导传输线的信号
    线17、第二共面波导传输线的信号线18和第三共面波导传输线的信号线19,直接加热式微
    波功率传感器2的半导体热电偶臂20、终端电阻21、直流输出块22、隔绝直流电容23,SiO2层
    24。在高阻硅衬底1上制备一次SiO2层24,在SiO2层24上设有共面波导传输线、两个关于共面
    波导传输线的信号线对称的悬臂梁结构1和悬臂梁结构2、T形结以及直接加热式微波功率
    传感器1和直接加热式微波功率传感器2。

    具体实施方式

    本发明的T形结悬臂梁在线式微波相位检测器制作在高阻硅衬底1上,在高阻硅衬
    底上制备有一层SiO2层24,在SiO2层24上设有共面波导传输线、两个关于共面波导传输线的
    信号线对称的悬臂梁结构1和悬臂梁结构2、T形结以及直接加热式微波功率传感器1和直接
    加热式微波功率传感器2。共面波导传输线作为本发明相位检测器的信号传输线,用于待测
    微波信号的传输,共面波导传输线由共面波导传输线的信号线的信号线2和地线3构成。悬
    臂梁结构1和悬臂梁结构2悬于共面波导传输线的信号线2上的绝缘介质层8的上方。悬臂梁
    结构1包括悬臂梁4和锚区5,悬臂梁结构2包括悬臂梁6和锚区7。共面波导传输线的信号线2
    上侧的悬臂梁结构1的锚区5通过直接加热式微波功率传感器1的共面波导传输线的信号线
    13连接直接加热式微波功率传感器1,共面波导传输线的信号线2下侧的悬臂梁结构2的锚
    区7通过T形结的第一共面波导传输线的信号线1)连接T形结的一个输入端口,另一个输入
    端口通过T形结的第二共面波导传输线的信号线18连接到参考信号输入端口,T形结的输出
    端通过T形结的第三共面波导传输线的信号线19连接直接加热式微波功率传感器2。

    当待测微波信号通过待测信号传输线时,悬臂梁结构1和悬臂梁结构2耦合出部分
    微波信号,并且分别由悬臂梁结构1的锚区5和悬臂梁结构2的锚区7输出。上侧悬臂梁结构1
    的锚区5通过直接加热式微波功率传感器的共面波导传输线的信号线13将耦合微波信号输
    向直接加热式微波功率传感器1,并检测出其功率为P1;下侧悬臂梁结构2的锚区7通过T形
    结的第一共面波导传输线的信号线17将耦合微波信号输向T形结,其通过T形结与功率为P2
    的参考信号矢量合成,合成后的信号功率为P3。记待测微波信号和参考信号的相位差为
    则经T形结输出的合成信号的功率与相位差存在余弦函数关系,通过计算最终实现待测微
    波信号相位的在线式检测。

    本发明的T形结悬臂梁在线式微波相位检测器的具体实施方案如下:

    如图1,图2,图3所示,包括高阻硅衬底1,共面波导传输线的信号线2和地线3,悬臂
    梁结构1的悬臂梁4和锚区5,悬臂梁结构2的悬臂梁6和锚区7,绝缘介质层8,直接加热式微
    波功率传感器1的半导体热电偶臂9、终端电阻10、直流输出块11、隔绝直流电容12和共面波
    导传输线的信号线13,T形结的第一空气桥14、第二空气桥15、第三空气桥16、第一共面波导
    传输线的信号线17、第二共面波导传输线的信号线18和第三共面波导传输线的信号线19,
    直接加热式微波功率传感器2的半导体热电偶臂20、终端电阻21、直流输出块22、隔绝直流
    电容23,SiO2层24。在高阻硅衬底1上制备一次SiO2层24,在SiO2层24上设有共面波导传输
    线、两个关于共面波导传输线的信号线对称的悬臂梁结构1和悬臂梁结构2、T形结以及直接
    加热式微波功率传感器1和直接加热式微波功率传感器2。

    悬臂梁结构1包括悬臂梁4和锚区5,悬臂梁结构2包括悬臂梁6和锚区7,悬臂梁结
    构1和悬臂梁结构2悬于共面波导传输线的信号线2上绝缘介质层8的上方。

    T形结由第一空气桥(14)、第二空气桥(15)、第三空气桥(16)、第一共面波导传输
    线的信号线(17)、第二共面波导传输线的信号线(18)和第三共面波导传输线的信号线(19)
    构成,为三端口器件,可用于功率合成,无需隔离电阻,其中第一空气桥(14)、第二空气桥
    (15)、第三空气桥(16)用于共面波导传输线的地线(3)之间的互连,同时为了方便这三个空
    气桥的释放,在其上制作了一组小孔阵列。

    直接加热式微波功率传感器1由半导体热偶臂(9)、终端电阻(10)、直流输出块
    (11)、隔绝直流电容(12)和共面波导传输线的信号线(13)构成;所述的直接加热式微波功
    率传感器2由半导体热偶臂(20)终端电阻(21)、直流输出块(22)、隔绝直流电容(23)构成。

    当待测信号从共面波导传输线的信号线2经过时,悬臂梁结构1和悬臂梁结构2在
    线耦合出部分微波信号。为了检测其耦合出的功率,上侧悬臂梁结构1的锚区5通过直接加
    热式微波功率传感器1的共面波导传输线的信号线13连接直接加热式微波功率传感器1,并
    检测出其功率P1;下侧悬臂梁结构2的锚区7通过T形结的第一共面波导传输线的信号线17
    连接T形结的一个输入端,另一个输入端通过第二共面波导传输线的信号线18连接参考信
    号输入端口,功率为P2的参考信号从参考信号输入端口输入,合成后的信号通过T形结的第
    三共面波导传输线的信号线19传输向直接加热式微波功率传感器2,并检测得功率为P3。记
    待测微波信号和参考信号的相位差为则经T形结输出的合成信号的功率P3与相位差存
    在余弦函数关系:


    基于公式(1)最终可以推导出:


    同时,由于悬臂梁耦合出来的信号功率很小,大部分的信号能够继续通过共面波
    导传输线向后传播并进行后续的信号处理,从而实现了在线式微波相位的检测。

    本发明的T形结悬臂梁在线式微波相位检测器的制备方法为:

    1)准备4英寸高阻Si衬底,电阻率为4000Ω·cm,厚度为400mm;

    2)热生长一层厚度为1.2mm的SiO2层;

    3)化学气相淀积(CVD)生长一层多晶硅,厚度为0.4mm;

    4)涂覆一层光刻胶并光刻,除多晶硅电阻区域以外,其他区域被光刻胶?;?,并注
    入磷(P)离子,掺杂浓度为1015cm-2,形成终端电阻;

    5)涂覆一层光刻胶,光刻多晶硅电阻图形涂覆一层光刻胶,光刻多晶硅电阻图形,
    再通过干法刻蚀形成终端电阻;

    6)涂覆一层光刻胶,光刻去除共面波导传输线和输出电极处的光刻胶;

    7)电子束蒸发(EBE)形成第一层金(Au),厚度为0.3mm,去除光刻胶以及光刻胶上
    的Au,剥离形成共面波导传输线、隔直电容下极板以及输出电极;

    8)淀积(LPCVD)一层Si3N4,厚度为0.1mm;

    9)涂覆一层光刻胶,光刻并保留空气桥、隔直电容和悬臂梁下方的光刻胶,干法刻
    蚀Si3N4,形成Si3N4介质层;

    10)均匀涂覆一层聚酰亚胺并光刻图形,厚度为2mm,保留空气桥和悬臂梁下方的
    聚酰亚胺作为牺牲层;

    11)涂覆光刻胶,光刻去除空气桥、悬臂梁、悬臂梁结构的锚区、共面波导传输线、
    隔直电容以及输出电极位置的光刻胶;

    12)蒸发500/1500/300 A°的Ti/Au/Ti的种子层,去除顶部的Ti层后再电镀一层厚
    度为2mm的Au层;

    13)去除光刻胶以及光刻胶上的Au,形成空气桥、悬臂梁、悬臂梁结构的锚区、共面
    波导传输线、隔直电容上极板和输出电极;

    14)深反应离子刻蚀(DRIE)衬底材料背面,制作终端电阻、半导体热偶臂下方的薄
    膜结构;

    15)释放聚酰亚胺牺牲层:显影液浸泡,去除空气桥和悬臂梁下的聚酰亚胺牺牲
    层,去离子水稍稍浸泡,无水乙醇脱水,常温下挥发,晾干。

    区别是否为本发明结构的标准如下:

    本发明的T形结悬臂梁在线式微波相位检测器采用两个完全对称的悬臂梁结构耦
    合微波信号,同时拥有共面波导传输线、T形结和两个直接加热式微波功率传感器。当待测
    微波信号通过共面波导传输线时,悬臂梁结构耦合出部分微波信号,并且分别由悬臂梁结
    构的两侧锚区输出。上侧悬臂梁结构的锚区通过共面波导传输线的信号线将耦合微波信号
    输向直接加热式微波功率传感器;下侧悬臂梁结构的锚区通过共面波导传输线的信号线将
    耦合微波信号输向T形结,其通过T形结与参考信号矢量合成。合成信号的功率与微波信号
    间的相位差存在余弦函数关系,最终利用矢量合成原理来实现微波信号相位的在线式检
    测。

    满足以上条件的结构即视为本发明的T形结悬臂梁在线式微波相位检测器。

    关 键 词:
    悬臂梁 在线 式微 相位 检测器
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