專利名稱：微電子機械獨立下拉電極式微波天線及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明提出了基于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的獨立下拉電極式微波天線，屬于微電子機械系統(tǒng)的技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
天線作為無線電系統(tǒng)中不可缺少且非常重要的部件，其本身的質(zhì)量直接影響著無線電系統(tǒng)的整體性能。盡管各種通信系統(tǒng)的任務不盡相同，但天線在系統(tǒng)中所起的作用大致是相同的。天線的任務是將發(fā)射機輸出的高頻電流能量(傳導波)轉(zhuǎn)換成電磁波輻射出去，或者是將空間電波信號轉(zhuǎn)換成高頻電流能量送給接收機。為了能良好的實現(xiàn)上述目的， 要求天線具有一定的方向性，較高的轉(zhuǎn)換效率，能滿足系統(tǒng)正常工作的頻帶寬度。近20多年來，隨著MEMS技術(shù)的飛速發(fā)展，對MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)進行了深入的研究，使得采用MEMS技術(shù)調(diào)節(jié)天線的方向性成為可能。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種微電子機械獨立下拉電極式微波天線及其制備方法，通過MEMS懸臂梁技術(shù)調(diào)節(jié)天線的方向性，使得其操作簡便，性能優(yōu)良。技術(shù)方案本發(fā)明的微電子機械獨立下拉電極式微波天線是以砷化鎵為襯底，在襯底上設計有微波天線饋線、微波天線輻射元、MEMS懸臂梁、懸臂梁橋墩、懸臂梁下拉電極、 氮化硅介質(zhì)層和聚酰亞胺犧牲層如圖1所示，微波天線通過天線饋線接收待發(fā)射的微波信號，然后通過微波天線輻射元和MEMS懸臂梁將微波信號向外發(fā)射，并且可以根據(jù)需要通過對八個懸臂梁下拉電極施加不同的直流偏置電壓，產(chǎn)生等效的靜電力，使得八個MEMS懸臂梁產(chǎn)生不同的變形，這樣就可以改變微波天線輻射的方向。MEMS懸臂梁、懸臂梁橋墩和懸臂梁下拉電極組成了調(diào)節(jié)微波天線方向性的部分。MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)的截面圖如圖2所示，在懸臂梁橋墩上設有MEMS懸臂梁，在MEMS 懸臂梁下面設有懸臂梁下拉天極，在懸臂梁下拉電極上覆有氮化硅介質(zhì)層，在MEMS懸臂梁和氮化硅介質(zhì)層之間覆有聚酰亞胺犧牲層。釋放聚酰亞胺犧牲層后的MEMS懸臂梁截面圖如圖3所示。微電子機械獨立下拉電極式微波天線的制備方法為
1)準備砷化鎵襯底選用的是未摻雜的半絕緣砷化鎵襯底；
2)光刻去除在懸臂梁下拉電極、微波天線饋線和微波天線的輻射元處的光刻膠；
3)濺射金剝離去除光刻膠，形成懸臂梁下拉電極、微波天線饋線和微波天線的輻射元，金的厚度為0.3 ；
4)淀積氮化硅介質(zhì)層用等離子體增強化學氣相淀積法工藝生長1000A的氮化硅介質(zhì)層；
5)光刻并刻蝕氮化硅介質(zhì)層；保留位于MEMS懸臂梁和懸臂梁下拉電極之間的氮化硅；
6)淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層；在砷化鎵襯底上涂覆1.6厚的聚酰亞胺犧牲層，要求填滿凹坑，聚酰亞胺犧牲層的厚度決定了 MEMS懸臂梁與氮化硅介質(zhì)層之間的高度，光刻聚酰亞胺犧牲層，僅保留懸臂梁下的犧牲層；
7)濺射鈦/金/鈦；濺射用于懸臂梁及其橋墩的鈦/金/鈦=500/1500/300A ；
8)光刻；去除MEMS懸臂梁及其懸臂梁橋墩處的光刻膠；
9)電鍍金；電鍍MEMS懸臂梁及其橋墩，金的厚度為2；
10)釋放犧牲層；用顯影液釋放MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)下方的聚酰亞胺犧牲層，并用無水乙醇脫水，形成懸浮的MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)。有益效果與現(xiàn)有的微波天線相比，這種新型的基于MEMS的技術(shù)的獨立下拉電極式微波天線具有以下顯著的優(yōu)點
1、采用MEMS技術(shù)制作了八個相同的懸臂梁，工藝成熟，可靠性高；
2、通過獨立地對八個相同的MEMS懸臂梁施加不同的直流偏置電壓進行不同程度的變形，從而很容易的調(diào)節(jié)微波天線的方向性；
3、方向性好，微波天線從8個方向有效的調(diào)節(jié)微波天線的方向性。而且這種結(jié)構(gòu)是基于MEMS技術(shù)的，具有MEMS的基本優(yōu)點，如體積小、重量輕、功耗低等。且與單片微波集成電路(MMIC)工藝完全兼容，便于集成，這一系列優(yōu)點是傳統(tǒng)的微波天線無法比擬的，因此它具有很好的研究和應用價值。
圖1是獨立下拉電極式微波天線的俯視圖。圖2是MEMS懸臂梁釋放前的截面圖。圖3是MEMS懸臂梁釋放后的截面圖。圖中包括微波天線饋線1，微波天線輻射元2，MEMS懸臂梁3，懸臂梁橋墩4，懸臂梁下拉電極5，聚酰亞胺犧牲層6，氮化硅介質(zhì)層7，GaAs襯底8。
具體實施例方式本發(fā)明的微電子機械獨立下拉電極式微波天線是一種方向性可調(diào)的微波天線，以 GaAs為襯底，具體實施方案如下
在GaAs襯底8上設計有微波天線饋線1、微波天線輻射元2，MEMS懸臂梁3，懸臂梁橋墩4，懸臂梁下拉電極5，聚酰亞胺犧牲層6，SiN介質(zhì)層7
微波天線饋線1接收到待發(fā)射的微波信號給微波天線輻射元2，微波天線輻射元2連接到八個相同的懸臂梁橋墩4，八個相同的懸臂梁橋墩4連接八個相同的MEMS懸臂梁3，在每個MEMS懸臂梁3下方設有一個下拉電極5，在每個下拉電極5上設有SiN介質(zhì)層7，在每個 SiN介質(zhì)層7和每個MEMS懸臂梁3之間設有聚酰亞胺犧牲層6。微波天線饋線接收到待發(fā)射的微波信號，通過微波天線輻射元和八個相同的MEMS 懸臂梁將微波信號發(fā)射出去。并且可以根據(jù)設計要求可以獨立對八個相同的懸臂梁下拉電極施加不同的直流偏置電壓，產(chǎn)生等效靜電力，從而將八個MEMS懸臂梁進行不同程度的形變，從而調(diào)節(jié)微波天線的方向性。微電子機械獨立下拉電極式微波天線的制備方法為 1)準備砷化鎵襯底選用的是未摻雜的半絕緣砷化鎵襯底；2)光刻去除在懸臂梁下拉電極、微波天線饋線和微波天線的輻射元處的光刻膠；
3)濺射金剝離去除光刻膠，形成懸臂梁下拉電極、微波天線饋線和微波天線的輻射元，金的厚度為0.3 ；
4)淀積氮化硅介質(zhì)層用等離子體增強化學氣相淀積法工藝生長1000A的氮化硅介質(zhì)層；
5)光刻并刻蝕氮化硅介質(zhì)層；保留位于MEMS懸臂梁和懸臂梁下拉電極之間的氮化硅；
6)淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層；在砷化鎵襯底上涂覆1.6厚的聚酰亞胺犧牲層，要求填滿凹坑，聚酰亞胺犧牲層的厚度決定了 MEMS懸臂梁與氮化硅介質(zhì)層之間的高度，光刻聚酰亞胺犧牲層，僅保留懸臂梁下的犧牲層；
7)濺射鈦/金/鈦；濺射用于懸臂梁及其橋墩的鈦/金/鈦=500/1500/300A ；
8)光刻；去除MEMS懸臂梁及其懸臂梁橋墩處的光刻膠；
9)電鍍金；電鍍MEMS懸臂梁及其橋墩，金的厚度為2；
10)釋放犧牲層；用顯影液釋放MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)下方的聚酰亞胺犧牲層，并用無水乙醇脫水，形成懸浮的MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)。區(qū)分是否為該結(jié)構(gòu)的標準如下
該獨立下拉電極式微波天線結(jié)構(gòu)采用八個相同的MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)和八個對應相同的下拉電極。工作原理為通過單獨對八個懸臂梁下拉電極施加不同的直流偏置電壓，產(chǎn)生等效的靜電力，驅(qū)使相應的MEMS懸臂梁發(fā)生不同程度的變形，從而調(diào)節(jié)微波天線的方向性。 由于在八個方向采用了八個相同的MEMS懸臂梁和八個對應相同的下拉電極結(jié)構(gòu)，從而可以很有效地調(diào)節(jié)微波天線的方向性。滿足以上條件的結(jié)構(gòu)即視為本發(fā)明的微電子機械獨立下拉電極式微波天線。
權(quán)利要求
1.一種微電子機械獨立下拉電極式微波天線，其特征在于該微波天線以砷化鎵為襯底，在襯底(8)上設計有微波天線饋線(1)、微波天線輻射元0)，MEMS懸臂梁(3)，懸臂梁橋墩G)，懸臂梁下拉電極(5)，聚酰亞胺犧牲層(6)，SiN介質(zhì)層(7)微波天線采用的是八個相同的MEMS懸臂梁和八個對應相同的下拉電極，通過獨立驅(qū)使八個相同的MEMS懸臂梁發(fā)生不同程度的形變可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)微波天線方向性的目的；在GaAs襯底(8)上設有天線輻射元O)，在天線輻射元(2)上設有懸臂梁橋墩G)，在懸臂梁橋墩(4)上設有MEMS懸臂梁 (3)，在MEMS懸臂梁C3)下面設有懸臂梁下拉天極(5)，在懸臂梁下拉電極( 上覆有SiN 介質(zhì)層(7)，在MEMS懸臂梁C3)和SiN介質(zhì)層(7)之間覆有聚酰亞胺犧牲層(6)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的微電子機械獨立下拉電極式微波天線的制備方法，其特征在于制備方法為1)準備砷化鎵襯底選用的是未摻雜的半絕緣砷化鎵襯底；2)光刻去除在懸臂梁下拉電極、微波天線饋線和微波天線的輻射元處的光刻膠；3)濺射金剝離去除光刻膠，形成懸臂梁下拉電極、微波天線饋線和微波天線的輻射元，金的厚度為0.3 ；4)淀積氮化硅介質(zhì)層用等離子體增強化學氣相淀積法工藝生長1000A的氮化硅介質(zhì)層；5)光刻并刻蝕氮化硅介質(zhì)層；保留位于MEMS懸臂梁和懸臂梁下拉電極之間的氮化硅；6)淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層；在砷化鎵襯底上涂覆1.6厚的聚酰亞胺犧牲層，要求填滿凹坑，聚酰亞胺犧牲層的厚度決定了 MEMS懸臂梁與氮化硅介質(zhì)層之間的高度，光刻聚酰亞胺犧牲層，僅保留懸臂梁下的犧牲層；7)濺射鈦/金/鈦；濺射用于懸臂梁及其橋墩的鈦/金/鈦=500/1500/300A ；8)光刻；去除MEMS懸臂梁及其懸臂梁橋墩處的光刻膠；9)電鍍金；電鍍MEMS懸臂梁及其橋墩，金的厚度為2；10)釋放犧牲層；用顯影液釋放MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)下方的聚酰亞胺犧牲層，并用無水乙醇脫水，形成懸浮的MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)。
全文摘要
微電子機械獨立下拉電極式微波天線及其制備方法是一種結(jié)構(gòu)非常簡單，操作容易，方向性可調(diào)，且便于集成的微電子機械微波天線及其制備方法。該微電子機械微波天線以砷化鎵為襯底，在襯底上設計有微波天線饋線、微波天線輻射元，MEMS懸臂梁，懸臂梁橋墩，懸臂梁下拉電極，聚酰亞胺犧牲層，SiN介質(zhì)層微波天線饋線接收到待發(fā)射的微波信號，通過微波天線輻射元和八個相同的MEMS懸臂梁將微波信號發(fā)射出去。根據(jù)設計要求可以單獨的對八個懸臂梁下拉電極施加不同的直流偏置電壓，產(chǎn)生等效的靜電力，引起對應的MEMS懸臂梁發(fā)生不同程度的形變，從而調(diào)節(jié)微波天線的方向性。
文檔編號H01Q1/36GK102176534SQ201110009358
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者廖小平, 王德波 申請人:東南大學