MEMS终端式热电微波功率传感器的研究

摘要

微波功率是表征微波信号特征的一个重要参数,微波功率测试在现代无线通信系统中有着广泛的应用。传统的微波功率探头只能测试芯片端口的功率,且需专门的测试设备配合使用,价格昂贵。本文提出了两种与GaAs MMIC标准工艺兼容的终端式微波功率传感器,可以将微波功率传感器嵌入到微波和毫米波单片集成电路中,直接进行功率的测试,输出信号为直流电压,易于测量。加入功率耦合器,可对电路中功率进行在线监测。 从技术发展的角度来看,由于硅制作工艺较为成熟且对硅的材料特性研究深入,所以现在MEMS器件大多是制作在硅衬底上的。GaAs材料的热导率比硅小,是制作热MEMS的理想衬底材料。GaAsMEMS器件可以与GaAs MMIC电路实现单片集成。 文中讨论了直接加热式微波功率传感器和间接加热式微波功率传感器两种结构。分析了工作原理,并用COVENTOR软件进行了模拟,分析了输出特性与传感器结构尺寸和背面刻蚀的关系,用HFSS软件模拟了其微波性能。 本文设计的传感器的性能指标：直接加热式：输入功率为0.1～160mw,输出电压范围0.022～35.2mV频率范围8～12GHz,灵敏度约为0.22mV/mW,反射系数为小于-24dB;间接加热式结构的输入功率为0.1～50mW,输出电压范围0.075～37.5mV,频率范围8～12GHz,灵敏度约为0.75mV/mW,反射系数为小于-20dB。 本文中的传感器在信息产业部55所进行流片测试,在结构设计的基础上,根据55所的工艺条件,对本文的终端式微波功率传感器进行了工艺和版图设计,设计出了几组可以对比的试验结构,以得出各种设计参数对传感器性能的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.1 MEMS的综述

1.2课题的研究背景及进展

1.2.1微波功率测量的概述

1.2.2 MEMS终端式微波功率传感器的进展

1.3课题的主要工作

1.4本章小结

第二章 终端式微波功率传感器的原理和结构

2.1基本理论

2.1.1传热学的基本原理

2.1.2共面波导的微波特性

2.1.3热电效应

2.2终端式热电微波功率传感器的工作原理和结构分析

2.2.1直接加热式微波功率传感器工作原理

2.2.2间接加热式工作原理和基本结构

2.3本章小结

第三章GaAs基终端式微波功率传感器的设计与分析

3.1直接加热式微波功率传感器的设计与分析

3.1.1温度场的模拟

3.2.2反射系数的模拟

3.2 间接加热式微波功率传感器的设计与分析

3.2.1 温度场的模拟

3.2.2反射系数的模拟

3.3本章小结

第四章GaAs基终端式微波功率传感器的工艺与版图设计

4.1工艺设计

4.1.1直接加热式传感器的工艺流程

4.1.2 间接式加热式传感器的工艺流程

4.2版图设计

4.2.1直接加热式结构的版图

4.2.2间接加热式结构的版图

4.3小结

第五章结束语

5.1总结

5.2对后续工作展望

致谢

参考文献

作者简介、硕士期间发表的论文及专利