氮化鎵基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)或非門的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提出了GaN(氮化鎵）基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)MESFET(金屬一半導(dǎo)體場 效應(yīng)晶體管）或非門，屬于微電子機械系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，射頻集成電路的芯片也迅速發(fā)展，集成規(guī)模不斷擴大， 工作頻率不斷提高，傳統(tǒng)的硅基材料已經(jīng)不能滿足要求?；诘壱r底的MESFET就是在 這種背景下被提出應(yīng)用，由于氮化鎵材料良好的特性使得由它制造的晶體管具有很高的電 子迀移率，很強的抗輻射能力，較大的工作溫度范圍。由于芯片中晶體管的數(shù)量越來越多， 隨之而來的就是集成電路的功耗問題。隨著集成電路的發(fā)展，芯片的規(guī)模變得很大，人們對 于芯片的功耗越來越重視。太高的功耗會對芯片的散熱材料提出更高的要求，還會使芯片 的性能受到影響。所以，對于器件的低功耗的設(shè)計在集成電路的設(shè)計中顯得越來越重要。
[0003]或非門電路能夠?qū)崿F(xiàn)兩個輸入端所輸入的數(shù)字信號的或非邏輯功能，或非門作為 數(shù)字電路的重要組成部分，有著巨大的應(yīng)用，所以對或非門電路的功耗和溫度的控制就顯 得十分重要，由常規(guī)MESFET組成的或非門，隨著集成度的提升，功耗變得越來越嚴重，功耗 過大帶來的芯片過熱問題會嚴重影響集成電路的性能，MEMS技術(shù)的發(fā)展使得制造具有可動 懸臂梁開關(guān)的MESFET成為可能，具有可動懸臂梁開關(guān)的MESFET可以有效降低柵極漏電流， 進而降低或非門電路的功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種GaN基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)MESFET或非 門，將或非門中采用的兩個傳統(tǒng)MESFET換為一個具有雙懸臂梁開關(guān)結(jié)構(gòu)的MESFET，在該或 非門處于工作狀態(tài)時，可以有效地降低晶體的柵極漏電流，從而降低或非門的功耗。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明的一種砷化鎵基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)或非門由具有雙懸臂梁 開關(guān)N型MESFET，電阻和電源組成，該雙懸臂梁開關(guān)MESFET是制作在GaN襯底上，該雙懸臂 梁開關(guān)MESFET的源極和漏極由金屬和重摻雜N區(qū)形成歐姆接觸構(gòu)成，柵極由鈦/鉑/金合 金和N型有源層形成肖特基接觸構(gòu)成，在懸臂梁開關(guān)N型MESFET的柵極上方懸浮著兩個用 鈦/金/鈦制作而成的對稱設(shè)計的懸臂梁開關(guān)，兩個懸臂梁開關(guān)的懸浮端之間留有一定縫 隙以保證兩個懸臂梁開關(guān)下拉時互不干擾，兩個懸臂梁開關(guān)的位置關(guān)于該MESFET源-漏 方向?qū)ΨQ，懸臂梁開關(guān)的錨區(qū)制作在半絕緣GaN襯底上，在懸臂梁開關(guān)與襯底之間存在下 拉電極，下拉電極由氮化硅材料覆蓋，懸臂梁開關(guān)N型MESFET的下拉電極接地，該雙懸臂梁 開關(guān)MESFET的源極接地，漏極通過電阻與電源VCC相連，源極和漏極分別與引線連接，引線 用金制作，兩路輸入信號即信號A和信號B分別在雙懸臂梁開關(guān)MESFET的兩個懸臂梁開關(guān) 輸入，輸出信號Y在該雙懸臂梁開關(guān)MESFET的漏極與電阻之間輸出，電阻的阻值遠大于該 MESFET導(dǎo)通的阻抗，從而保證在懸臂梁開關(guān)N型MESFET導(dǎo)通時由電阻分壓得到輸出為低電 平。
[0006] 所述的兩個懸臂梁開關(guān)是依靠錨區(qū)的支撐懸浮在柵極上方，柵極與襯底之間形成 了肖特基接觸；該N型MESFET的兩個懸臂梁開關(guān)的下拉電壓設(shè)計的與該N型MESFET的閾 值電壓相等，只有當(dāng)N型MESFET的懸臂梁開關(guān)上所加的電壓大于N型MESFET的閾值電壓 時，其懸臂梁開關(guān)才能下拉并接觸柵極從而使雙懸臂梁開關(guān)MESFET導(dǎo)通，當(dāng)所加電壓小于 N型MESFET的閾值電壓時懸臂梁開關(guān)就不能下拉，MESFET關(guān)斷，在或非門工作時，當(dāng)N型 MESFET處于關(guān)斷時其懸臂梁開關(guān)就處于懸浮態(tài)，降低了柵極漏電流，從而降低了電路的功 耗。
[0007] 在工作時，該或非門的兩個數(shù)字信號輸入端A和B，只要有一路為高電平，該高電 平輸入信號通過錨區(qū)加在雙懸臂梁開關(guān)MESFET的懸臂梁開關(guān)上，能夠使懸臂梁開關(guān)下拉 并接觸柵極使雙懸臂梁開關(guān)MESFET導(dǎo)通，從而使輸出Y為低電平，只有當(dāng)兩個數(shù)字信號輸 入端都為低電平時，雙懸臂梁開關(guān)MESFET的兩個懸臂梁開關(guān)都不能下拉，該MESFET關(guān)斷， 則輸出Y為高電平，從而實現(xiàn)對輸入信號進行或非的功能)，該或非門中的雙懸臂 梁開關(guān)MESFET處于關(guān)斷態(tài)時其懸臂梁開關(guān)處于懸浮狀態(tài)，降低了柵極漏電流，從而降低了 電路的功耗，或非門的真值表：
[0008]
[0009]
[0010] 有益效果：本發(fā)明的GaN基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)MESFET或非門中的雙懸臂梁開 關(guān)MESFET的的兩個懸臂梁開關(guān)下拉與N型MESFET柵極相接觸時，N型MESFET導(dǎo)通。當(dāng)懸 臂梁開關(guān)與下拉電極之間所加電壓小于MESFET的閾值電壓時，懸臂梁開關(guān)不能下拉，N型 MESFET關(guān)斷，此時懸臂梁開關(guān)處于懸浮態(tài)，降低了柵極漏電流從而降低了該或非門的功耗。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明GaN基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)MESFET或非門的俯視圖，
[0012] 圖2為圖IGaN基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)MESFET或非門的P-P'向的剖面圖，
[0013] 圖3為圖IGaN基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)MESFET或非門的A-A'向的剖面圖，
[0014] 圖中包括：雙懸臂梁開關(guān)N型MESFET1，電阻2,半絕緣GaN襯底3,引線4,柵極5， 懸臂梁開關(guān)6,錨區(qū)7,下拉電極板8,氮化硅層9,源極10,N型有源層11，漏極12。
【具體實施方式】
[0015] 本發(fā)明的GaN基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)MESFET或非門由一個雙懸臂梁開關(guān)N型 MESFET和一個電阻組成，該GaN基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)MESFET的源極接地，兩路輸入信 號分別接在該MESFET的兩個懸臂梁開關(guān)上，漏極與電阻相連并與電源接在一起，輸出信號 在漏極與電阻之間輸出，該電阻遠大于MESFET導(dǎo)通阻抗從而在MESFET導(dǎo)通時輸出為低電 平。該MESFET的源極和漏極由金屬和重摻雜N區(qū)形成歐姆接觸構(gòu)成，柵極由鈦/鉑/金合 金和N型有源層形成肖特基接觸構(gòu)成，在懸臂梁開關(guān)N型MESFET的柵極上方懸浮著兩個用 鈦/金/鈦制作而成的對稱設(shè)計的懸臂梁開關(guān)，兩個懸臂梁開關(guān)的懸浮端留有一定縫隙以 保證兩個懸臂梁開關(guān)下拉時互不干擾，兩個懸臂梁開關(guān)的位置關(guān)于該N型MESFET源-漏 方向?qū)ΨQ。交流信號加載在兩個懸臂梁開關(guān)上，懸臂梁開關(guān)的錨區(qū)制作在半絕緣GaN襯底 上，在懸臂梁開關(guān)與襯底之間存在下拉電極，下拉電極由氮化硅材料覆蓋，懸臂梁開關(guān)N型 MESFET的下拉電極接地。
[0016] 本發(fā)明中的或非門所使用的雙懸臂梁開關(guān)N型MESFET的懸臂梁開關(guān)是懸浮在其 柵極之上的，N型MESFET的柵極與襯底之間形成了肖特基接觸，在柵極下方的襯底中形成 耗盡層，該N型MESFET的懸臂梁開關(guān)的下拉電壓設(shè)計得與MESFET的閾值電壓相等，當(dāng)加載 在懸臂梁開關(guān)與下拉電極之間的電壓大于MESFET的閾值電壓時，懸臂梁開關(guān)下拉與柵極 緊貼，N型MESFET導(dǎo)通。當(dāng)懸臂梁開關(guān)與下拉電極之間所加電壓小于MESFET的閾值電壓 時，懸臂梁開關(guān)不能下拉，N型MESFET關(guān)斷，此時懸臂梁開關(guān)處于懸浮態(tài)，降低了柵極漏電 流從而降低了該或非門的功耗。
[0017] 該或非門的兩個數(shù)字信號輸入端只要有一路為高電平，該高電平輸入信號通過錨 區(qū)加在雙懸臂梁開關(guān)N型MESFET的懸臂梁開關(guān)上，能夠使該懸臂梁開關(guān)下拉并且導(dǎo)通，從 而使輸出為低電平。只有當(dāng)兩個數(shù)字信號輸入端都為低電平時，雙懸臂梁開關(guān)N型M