[发明专利]基于硅基悬臂梁T型结直接加热在线式毫米波相位检测器

说明书

本发明的基于硅基悬臂梁T型结直接加热在线式毫米波相位检测器，主要由悬臂梁耦合结构、T型结和直接加热式微波功率传感器构成。悬臂梁耦合结构中，两个悬臂梁在CPW中央信号线上方，结构相同，用于耦合部分待测信号，通过锚区与T型结相连，两个悬臂梁之间CPW传输线的电长度为λ/8。悬臂梁下方的CPW中央信号线上覆盖了一层Si₃N₄介电层，用于防止电学短路。参考信号通过T型结分成两路信号，分别与两路悬臂梁耦合的信号通过T型结合成，T型结的输出端连接到直接加热式微波功率传感器进行功率检测。最后根据两个直接加热式微波功率传感器的输出热电势得到待测信号的相位信息。

技术领域

本发明提出了一种基于硅基悬臂梁T型结直接加热在线式毫米波相位检测器，属于微电子机械系统(MEMS)的技术领域。

背景技术

在微波技术领域，相位是微波信号的重要参数之一，微波信号相位检测在微波信号的产生、传播和接收的各个环节中都有着极其重要的作用，是电磁测量不可缺少的一部分。在实际应用中，微波信号相位检测系统可用于测量物体的方位角、提取运动物体的多普勒频移、相控阵雷达以及测量器件的相位特性等。微波信号相位检测的方法主要有两种：信号分解法和矢量合成法。矢量合成法同信号分解法相比，具有结构原理简单、工作频带宽、无源检测等优点，同时易通过已经成熟的MEMS工艺实现，实现微波信号检测系统的小型化和集成化。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提供一种基于硅基悬臂梁T型结直接加热在线式毫米波相位检测器，通过悬臂梁耦合结构耦合部分待测信号，直接式微波功率传感器检测微波功率大小，实现了毫米波相位的在线测试，具有结构简单的优点。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于硅基悬臂梁T型结直接加热在线式毫米波相位检测器。该相位检测器的实现结构选择高阻Si为衬底，传输线材料为Au，主要由悬臂梁耦合结构、T型结和直接加热式微波功率传感器构成；悬臂梁耦合结构左右对称，由CPW中央信号线、传输线地线、悬臂梁、悬臂梁锚区构成，在悬臂梁的下方有一层Si₃N₄介电层；悬臂梁耦合结构的第三端口和第四端口分别与第一T型结的第八端口和第二T型结的第十一端口相连，待测信号从第三T型结的第五端口输入，第三T型结的第六端口和第一T型结的第九端口相连，第七端口与第二T型结的第十二端口相连，第一T型结的第十端口接第一直接加热式微波功率传感器，第二T型结的第十三端口接第二直接加热式微波功率传感器。

T型结由CPW中央信号线、传输线地线以及空气桥构成，其中空气桥用于地线之间的互连，为了方便空气桥的释放，在空气桥上制作了一组小孔阵列。直接加热式微波功率传感器由CPW中央信号线、传输线地线、MIM电容、终端电阻、输出Pad构成，用于检测微波信号的功率大小，终端电阻设计为CPW传输线的匹配负载，同时作为热电偶的半导体臂，MIM电容作为隔直电容，起到阻断直流通路和微波通路的作用，在终端电阻热端下方的Si衬底被刻蚀，用于增大传感器的灵敏度，为了提高冷热端的温差，终端电阻设计为梯形。

待测毫米波信号从悬臂梁耦合结构第一端口输入，从第二端口输出；两个悬臂梁耦合的微波信号幅度相等，相位相差45度，分别同参考信号等分后的两路信号合成，通过检测两路合成信号的功率大小，联立方程可以求解待测微波信号的相位，可实现整个周期范围内相位角的测量。

有益效果：本发明相对于现有的相位检测器具有以下优点：

1.本发明的相位检测器采用悬臂梁耦合方式，能够实现在线式的相位检测，待测信号经过检测后可以继续输出到下一级使用；

2.原理和结构简单，版图面积较小，全部由无源器件组成因而不存在直流功耗；

3.本发明的相位检测器由于采用直接加热式微波功率传感器进行功率检测，灵敏度大，工艺简单。

4.采用T型结取代常用的威尔逊功分器实现功率合成与分配，无需隔离电阻，简化了结构和工艺。