[发明专利]一种热偶式高灵敏度微波功率传感芯片及传感器

说明书

本发明提供了一种热偶式高灵敏度微波功率传感芯片，包括：衬底，在衬底上刻蚀背腔，在背腔上方设有热电堆，所述热电堆的上方设有共面波导，所述共面波导包括中央导带线和接地板，所述中央导带线中复合嵌套薄膜电阻，构成中央导带复合嵌套薄膜电阻结构，所述中央导带复合嵌套薄膜电阻结构与所述接地板连接。所述热电堆由若干个相邻热电偶彼此相互串联沿共面波导接地板内轮廓等间隔顺序排列构成，并引出直流电压连接线。

技术领域

本发明属于微电子机械系统技术领域，具体涉及一种热偶式高灵敏度微波功率传感芯片及传感器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

微波功率测量在微波信号的产生、传输及接收等各环节中必不可少，基于热偶式的微波功率传感芯片是微波功率计常用的传感芯片，在通信、科研等领域存在广泛的需求，目前，国内热偶式功率传感芯片研究尚不成熟，现有文献报道中的热偶式微波功率传感芯片普遍存在灵敏度低的问题，中国科学院研究了一种微梁结构热偶微波功率传感器芯片，工作频率范围DC～18GHz，芯片灵敏度为1.1mV/mW。东南大学研究了一种DC-25GHz的热偶功率传感器，在10GHz工作频率点处灵敏度为81.68uV/mW。南京邮电大学提出一种渐变结构的热电式MEMS微波功率传感器，实验表明8GHz～12GHz频率范围内具有良好的匹配特性，在工作频率为8GHz时，灵敏度为0.23mV/mW；在工作频率为10GHz处，灵敏度为0.22mV/mW。目前，热偶式功率传感芯片通常采用在共面波导终端处的中央信号线与两侧接地板之间并联两个薄膜电阻条，待测微波信号通过微波传输线在负载电阻处转换为热量，利用热电偶的赛贝克效应将热量转换为直流输出电压，通过测量直流电压的大小实现微波功率信号大小的测量，采用此方式，受限于薄膜电阻热传输区域，仅能放置数目有限的热偶对数，输出直流电压较低，芯片灵敏度较低，这对于检测电路的设计提出了较高的要求，使得检测电路放大电路设计复杂。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种热偶式高灵敏度微波功率传感芯片及传感器，本发明通过改变功率传感芯片中薄膜电阻的加载方式，增加热偶对的数目，优化共面波导的金属层、衬底结构设计，实现一种高灵敏度的热偶式功率传感芯片。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

第一个方面，本发明提供了一种热偶式高灵敏度微波功率传感芯片。

一种热偶式高灵敏度微波功率传感芯片，包括：衬底，在衬底上刻蚀背腔，在背腔上方设有热电堆，在所述热电堆的上方设有共面波导，所述共面波导包括中央导带线和接地板，所述中央导带线中复合嵌套薄膜电阻，构成中央导带复合嵌套薄膜电阻结构，所述中央导带复合嵌套薄膜电阻结构与所述接地板连接。所述热电堆由若干个相邻热电偶彼此相互串联沿共面波导接地板内轮廓等间隔顺序排列构成，并引出直流电压连接线。

第二个方面，本发明提供了一种热偶式高灵敏度微波功率传感器。

一种热偶式高灵敏度微波功率传感器，包括，采用第一个方面所述的热偶式高灵敏度微波功率传感芯片。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明采用小面积的共面波导接地板设计方式以及基底背腔刻蚀的方式，增加热偶区域的热阻，使得薄膜电阻释放的热量有效的传输到热偶的热端，增大热偶冷端与热端的温度差，根据赛贝克效应，温差增大，相应输出的直流电压增大，提高了芯片灵敏度。

同时，热电偶沿共面波导中接地板内轮廓顺序排列，彼此相互串联而形成热电堆，热电偶的数目可根据设计的薄膜电阻的数目相应增加，增大输出电压，提高灵敏度。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。