一種新型MEMS微波功率傳感器的設(shè)計(jì)與模擬

3 傳感器的制備工藝

3．1 基本單元設(shè)計(jì)

微波功率傳感器中的終端負(fù)載電阻可用多種材料制備，如多晶硅電阻、鎳化鉻電阻、氮化鉭電阻等，但是由于電阻的發(fā)熱是傳感器熱傳導(dǎo)的核心環(huán)節(jié)，所以就要求電阻所采用材料的溫度系數(shù)要盡量小，而且為了整個(gè)傳感器的穩(wěn)定性，吸收電阻必須具有長期工作的能力。根據(jù)工藝條件，并考慮到電阻的精確度、穩(wěn)定性以及材料的溫度系數(shù)，采用了氮化鉭薄膜電阻作為終端負(fù)載。熱電堆的基本設(shè)計(jì)要求是要取得小的時(shí)間常數(shù)、高的響應(yīng)率及小的內(nèi)阻，熱電堆的這些參數(shù)由組成熱電堆的材料及其結(jié)構(gòu)決定。當(dāng)熱電堆的材料和熱電堆的結(jié)構(gòu)確定之后，熱電堆的性能主要由熱電偶的尺寸和對數(shù)決定。減小熱電偶的長度可以減小熱電堆內(nèi)阻和時(shí)間常數(shù)；增加熱電偶的長度可以增大冷熱端的溫差；增加熱電偶對數(shù)可以減小時(shí)間常數(shù)，增大響應(yīng)率，增大探測率，但同時(shí)增加了內(nèi)阻。在設(shè)計(jì)中應(yīng)該充分考慮這些熱電堆的性能參數(shù)，并進(jìn)行折中以獲得最佳結(jié)構(gòu)，考慮到工藝線的實(shí)際情況，這里我們采用摻雜的GaAs以及Au作為熱電偶的兩臂來形成熱電堆，這樣不僅可以擁有較高的Seebeck系數(shù)而且內(nèi)阻也比較小，并盡量加長臂長以獲得較高的溫差，同時(shí)使結(jié)構(gòu)中

熱電偶對數(shù)超過2O，以提高熱電堆的性能，相應(yīng)地也有利于提高傳感器的靈敏度。

3．2 制備工藝

這里采用GaAs單片微波集成電路(MMIC)Z藝來實(shí)現(xiàn)三明治型MEMS微波功率傳感器的結(jié)構(gòu)，同時(shí)使用MEMS加工工藝將熱電堆熱端下的襯底通過背面刻蝕的技術(shù)去除，以減少熱損耗，三明治微波功率傳感器的工藝流程示意圖如圖6((a)～(g))所示。

圖6 工藝流程示意圖