基于硅基低漏電流雙懸臂梁可動(dòng)?xùn)诺念l率檢測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明提出了基于硅基雙懸臂梁MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）的頻 率檢測(cè)器，屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 頻率作為微波信號(hào)的基本參數(shù)，其檢測(cè)在微波通信和雷達(dá)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域都有著重要 的作用?，F(xiàn)有的微波頻率檢測(cè)方法可以分為計(jì)數(shù)法、光子法、諧振法和矢量合成法。其中矢 量合成法屬于無源法，與其他方法相比具有頻帶寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易通過MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)等優(yōu) 點(diǎn)。
[0003] 隨著微電子與微波通信技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)微波集成電路的性能、功耗以及占有 的芯片面積都提出了更高的要求。近年來由于MEMS技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)梁結(jié)構(gòu)有了比較深 入的研究，使基于硅基COMS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）工藝設(shè)計(jì)的低漏電流雙懸臂梁可動(dòng) 柵MOSFET成為可能，實(shí)現(xiàn)了低漏電流、多功能的頻率檢測(cè)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種基于硅基低漏電流雙懸臂梁可動(dòng)?xùn)臡OSFET 的頻率檢測(cè)器，雙懸臂梁作為MOSFET的可動(dòng)?xùn)?，通過施加直流偏置電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)懸臂梁狀態(tài) 的控制，通過改變梁的狀態(tài)和λ/4延遲線的設(shè)計(jì)，電路可以實(shí)現(xiàn)頻率檢測(cè)和信號(hào)放大兩種 功能，節(jié)約了芯片的面積，降低了成本；在MOSFET處于非工作狀態(tài)時(shí)，由于懸臂梁處于懸浮 態(tài)，柵極漏電流極小，降低了靜態(tài)功耗。
[0005] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種基于硅基低漏電流雙懸臂梁可動(dòng) 柵的頻率檢測(cè)器中：N型MOSFET制作在P型硅襯底上，溝道柵氧化層設(shè)置在P型硅襯底上， 在溝道柵氧化層的上方設(shè)有兩個(gè)懸臂梁，材料為Au，作為MOSFET的可動(dòng)?xùn)牛湎吕妷涸O(shè) 置為MOSFET的閾值電壓，懸臂梁橫跨在錨區(qū)上，錨區(qū)與輸入引線相連，作為微波信號(hào)和直 流偏置信號(hào)的輸入端，其中，微波信號(hào)由微波信號(hào)輸入端口輸入，通過隔直電容后分為兩 路，分別經(jīng)λ/100延遲線和λ/4延遲線輸入到兩個(gè)懸臂梁上，直流偏置信號(hào)由第一偏置端 口和第二偏置端口輸入，通過高頻扼流圈分別輸入到兩個(gè)懸臂梁上，錨區(qū)和輸入引線的制 備材料為多晶硅，懸臂梁的下面各分布著一個(gè)下拉電極，下拉電極接地，下拉電極上覆蓋一 層絕緣的氮化硅介質(zhì)層；MOSFET源區(qū)，MOSFET漏區(qū)分別設(shè)置在P型硅襯底上，源漏引線分別 通過有源區(qū)引線孔與MOSFET源區(qū)，MOSFET漏區(qū)連接。
[0006] 該頻率檢測(cè)器通過施加直流偏置電壓和控制λ /4延遲線是否接地實(shí)現(xiàn)頻率檢測(cè) 和信號(hào)放大兩種功能；頻率檢測(cè)時(shí)施加直流偏置電壓使兩個(gè)懸臂梁都處于下拉狀態(tài)，待測(cè) 微波信號(hào)經(jīng)過λ/4延遲線和λ/100延遲線后產(chǎn)生兩路頻率相等和存在一定相位差的信 號(hào)，輸入到MOSFET的懸臂梁可動(dòng)?xùn)派?，?jīng)MOSFET實(shí)現(xiàn)信號(hào)混頻，輸出的源漏極飽和電流包 含了相位信息的電流分量，通過低通濾波器（14)濾去源漏極飽和電流中的高頻分量，由相 位檢測(cè)輸出端口輸出，從而得到兩路信號(hào)的相位差，最后通過相位差反推出待測(cè)微波信號(hào) 的頻率；電路處于信號(hào)放大狀態(tài)時(shí)，施加直流偏置電壓使λ/100延遲線連接的懸臂梁處于 下拉狀態(tài)，λ/4延遲線的末端接地，延遲線始端相當(dāng)于開路，信號(hào)完全經(jīng)過λ/100延遲線 輸入到對(duì)應(yīng)的懸臂梁柵極上，源漏極輸出放大后的電流信號(hào)，由信號(hào)放大輸出端口輸出，由 于存在一個(gè)懸浮的懸臂梁，下面對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)楦咦鑵^(qū)，有利于提高反向擊穿電壓。
[0007] 該頻率檢測(cè)器在非工作狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)懸臂梁都處于懸浮態(tài)，與柵氧化層沒有接觸， 減小了柵極漏電流，功耗被有效地降低。
[0008] 有益效果：本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有的頻率檢測(cè)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0009] 1.本發(fā)明的頻率檢測(cè)器的電路能夠?qū)崿F(xiàn)頻率檢測(cè)和信號(hào)放大兩種功能，有效的節(jié) 約了芯片的面積，降低了成本；
[0010] 2.本發(fā)明的頻率檢測(cè)器原理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于利用MEMS工藝實(shí)現(xiàn)，輸出電流包含 兩個(gè)柵電壓的乘積分量，起到了頻率檢測(cè)的作用；
[0011] 3.信號(hào)放大狀態(tài)時(shí)，由于存在高阻區(qū)，增大了 MOSFET的反向擊穿電壓值；
[0012] 4.本發(fā)明由于采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，使頻率檢測(cè)器在非工作狀態(tài)時(shí)柵極的漏電流大大 減小，從而有效地降低了功耗。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明硅基低漏電流雙懸臂梁可動(dòng)?xùn)臡OSFET的俯視圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明硅基低漏電流雙懸臂梁可動(dòng)?xùn)臡OSFET的P-P '向的剖面圖。
[0015] 圖3為本發(fā)明硅基低漏電流雙懸臂梁可動(dòng)?xùn)臡OSFET的Α-Α'向的剖面圖。
[0016] 圖4為硅基低漏電流雙懸臂梁可動(dòng)?xùn)臡OSFET在兩個(gè)懸臂梁處于下拉狀態(tài)時(shí)的溝 道示意圖。
[0017] 圖5為硅基低漏電流雙懸臂梁可動(dòng)?xùn)臡OSFET在一個(gè)懸臂梁處于下拉狀態(tài)時(shí)的溝 道示意圖。
[0018] 圖中包括：P型Si襯底1，柵氧化層2,氮化硅介質(zhì)層3,下拉電極4,輸入引線5， 懸臂梁錨區(qū)6, MOSFET源區(qū)7, MOSFET漏區(qū)8,懸臂梁9,有源區(qū)引線孔10,源漏引線11，第 一四偏置端口 12,第二偏置端口 13,低通濾波器14,頻率檢測(cè)輸出端口 15,信號(hào)放大輸出端 □ 16。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明提供一種基于硅基低漏電流雙懸臂梁可動(dòng)?xùn)臡OSFET的頻率檢測(cè)器。該頻 率檢測(cè)器由隔直電容、λ/100延遲線，λ/4延遲線、高頻扼流線圈、開關(guān)、低通濾波器、雙懸 臂梁可動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的N型MOSFET構(gòu)成；N型MOSFET制作在硅襯底上，溝道柵氧化層的上方有 兩個(gè)懸臂梁，材料為Au，作為MOSFET的可動(dòng)?xùn)?，其下拉電壓設(shè)置為MOSFET的閾值電壓，懸臂 梁橫跨在錨區(qū)上，錨區(qū)與輸入引線相連，作為微波信號(hào)和直流偏置信號(hào)的輸入端，其中，微 波信號(hào)通過隔直電容和延遲線輸入到懸臂梁上，直流偏置信號(hào)通過高頻扼流圈輸入到懸臂 梁上，錨區(qū)和輸入引線的制備材料為多晶硅，懸臂梁的下面各分布著一個(gè)下拉電極，下拉電 極上覆蓋一層絕緣的氮化硅介質(zhì)層。
[0020] 當(dāng)施加一定的直流偏置電壓使連接λ/100延遲線的懸臂梁處于下拉狀態(tài)，控制 λ/4延遲線末端是否接地的開關(guān)處于閉合狀態(tài)時(shí)，電路可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大功能。由于λ/4 延遲線末端接地，其始端相當(dāng)于開路，沒有信號(hào)經(jīng)過，輸入的微波信號(hào)完全通過λ /100延 遲線輸入到對(duì)應(yīng)的懸臂梁上。MOSFET對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，通過隔直電容后輸出。由于只 有一個(gè)懸臂梁處于下拉狀態(tài)，MOSFET在信號(hào)放大狀態(tài)時(shí)懸浮的懸臂梁下方存在著高阻區(qū) 域，提高了 MOSFET的反向擊穿電壓。
[0021] 當(dāng)兩個(gè)懸臂梁都沒有加偏置電壓而處于懸浮態(tài)時(shí)，硅基MOSFET處于非工作狀態(tài)， 此時(shí)由于懸臂梁處于懸浮態(tài)，減小了柵極漏電流，功耗被有效地降低。
[0022] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
[0023] 參見圖1-3,本發(fā)明提出了一種基于硅基低漏電流雙懸臂梁可動(dòng)?xùn)臡OSFET的頻率 檢測(cè)器。該頻率檢測(cè)器主要包括：隔直電容、λ/100延遲線，λ/4延遲線、高頻扼流線圈、 開關(guān)、低通濾波器14、雙懸臂梁可動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的N型M0SFET。其中，隔直電容，用來隔離微波 信號(hào)和直流信號(hào)；λ/100延遲線，使微波信號(hào)信號(hào)產(chǎn)生一定的相位延遲；λ/4延遲線，頻率 檢測(cè)時(shí)使微波信號(hào)產(chǎn)生90度的相移，信號(hào)放大時(shí)末端被短路，等效于始端開路，使微波信 號(hào)從另一路延遲線輸入；高頻扼流線圈，用于隔離微波信號(hào)，避免微波信號(hào)對(duì)直流信號(hào)源的 影響；低通濾波器14,濾去輸出信號(hào)的高頻成分，得到與頻率相關(guān)的電流信號(hào)。
[0024] 雙懸臂梁可動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的N型M0SFET，用于實(shí)現(xiàn)兩路微波信號(hào)的運(yùn)算，輸出和頻率 有關(guān)的電流信號(hào)。選擇P型Si作為襯底1，通過COMS工藝和MEMS表面微機(jī)械加工實(shí)現(xiàn)雙 懸臂梁可動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的N型MOSFET，MOSFET為增強(qiáng)型。懸臂梁9作為MOSFET的可動(dòng)?xùn)?，制?在MOSFET的柵氧化層2上方，材料為Au，懸臂梁9的錨區(qū)6與輸入引線5相連，材料為多 晶娃，下拉電壓設(shè)置為MOSFET的閾值電壓。懸臂梁9下方各有一個(gè)下拉電極4,下拉電極4 接地，下拉電極4上覆蓋有絕緣介質(zhì)氮化硅3。
[0025] 懸臂梁9的輸入引線5作為MOSFET微波信號(hào)和直流偏置信號(hào)的輸入端口。隔直 電容與λ/1〇〇延遲線、λ/4延遲線的始端相連，延遲線的末端與懸臂梁9輸入引線5相 連，作為微波信號(hào)的傳輸通道，其中，λ/4延遲線的末端存在一個(gè)控制其是否接地的開關(guān)； 高頻扼流圈與懸臂梁9輸入引線5相連，作為直流偏置信號(hào)的輸入通道；MOSFET的源極7 和下拉電極4接地，通過在偏置端口 12和偏置端口 13施加直流偏置電壓到懸臂梁9柵極 上，可以使懸臂梁9處于下拉狀態(tài)，同時(shí)在柵氧化層2下方出現(xiàn)反型層，MOSFET處于導(dǎo)通態(tài)。 MOSFET的漏極8作為源漏極飽和電流的輸出端口，頻率檢測(cè)時(shí)通過低通濾波器14后輸出和 待測(cè)信號(hào)頻率