砷化鎵基低漏電流雙固支梁開(kāi)關(guān)雙柵分頻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提出了 GaAs基低漏電流雙固支梁開(kāi)關(guān)雙柵HEMT分頻器，屬于微電子機(jī)械 系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 分頻器是將一參考信號(hào)經(jīng)過(guò)功能電路的作用，產(chǎn)生所需的參考信號(hào)頻率N整除的 頻率信號(hào)。目前，頻率乘法器廣泛應(yīng)用于通信、信號(hào)處理等領(lǐng)域。利用鎖相環(huán)和乘法器可構(gòu) 成分頻器。與傳統(tǒng)電路中的MOSFET結(jié)構(gòu)相比，高電子迀移率晶體管HEMT有更高的電子迀 移率，速度更快，效率更高也能夠降低功耗等。當(dāng)前，MEMS技術(shù)也推動(dòng)電路向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體 積變小的方向發(fā)展。
[0003] 本發(fā)明正式要結(jié)合HEMT與MEMS技術(shù)，提出一種GaAs基低漏電流雙固支梁開(kāi)關(guān)雙 柵HEMT分頻器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是提供一種GaAs基低漏電流雙固支梁開(kāi)關(guān)雙柵HEMT分 頻器。兩個(gè)固支梁開(kāi)關(guān)下方各自對(duì)應(yīng)一個(gè)柵極，固支梁開(kāi)關(guān)通過(guò)直流偏置的作用，在電路中 控制HEMT的導(dǎo)通以及信號(hào)的傳輸。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明的一種砷化鎵基低漏電流雙固支梁開(kāi)關(guān)雙柵分頻器的HEMT為 生長(zhǎng)在GaAs襯底上的增強(qiáng)型HEMT，包括本征GaAs層，本征AlGaAs層，N+AlGaAs層，源極， 漏極，柵極，錨區(qū)，固支梁開(kāi)關(guān)，下拉極板，絕緣層，通孔，引線；在GaAs襯底上設(shè)有本征GaAs 層，在本征GaAs層上設(shè)有本征AlGaAs層，在本征AlGaAs層上設(shè)有N+AlGaAs層，源極、漏極 分別位于柵極的兩側(cè)，源極接地，兩個(gè)柵極并列設(shè)置在N+AlGaAs層上，與兩個(gè)固支梁開(kāi)關(guān) 一一對(duì)應(yīng)，固支梁開(kāi)關(guān)的兩端固定在錨區(qū)上，固支梁開(kāi)關(guān)的中部懸浮在柵極之上，下拉極板 設(shè)置在柵極與錨區(qū)之間，下拉極板接地，絕緣層覆蓋在下拉極板之上，直流偏置通過(guò)高頻扼 流圈和錨區(qū)作用在固支梁開(kāi)關(guān)上，固支梁開(kāi)關(guān)的下拉電壓設(shè)計(jì)為HEMT的閾值電壓；
[0006] HEMT的漏極輸出信號(hào)有兩種工作方式，一種是選擇第一端口輸入至低通濾波器， 低通濾波器輸出接入壓控振蕩器，壓控振蕩器輸出通過(guò)第三端口接入乘法器，乘法器輸出 信號(hào)作為反饋信號(hào)通過(guò)錨區(qū)加載到一個(gè)固支梁開(kāi)關(guān)上，構(gòu)成反饋回路，參考信號(hào)通過(guò)錨區(qū) 加載到另一個(gè)固支梁開(kāi)關(guān)上，HEMT的漏極輸出信號(hào)的另一種工作方式是選擇第二端口直接 輸出放大信號(hào)。
[0007] 所述的固支梁開(kāi)關(guān)的閉合或斷開(kāi)通過(guò)直流偏置控制，當(dāng)兩個(gè)固支梁開(kāi)關(guān)均在達(dá)到 或大于下拉電壓的直流偏置下實(shí)現(xiàn)下拉，與柵極接觸，開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，在柵電壓的作用下，形 成二維電子氣溝道，HEMT導(dǎo)通，參考信號(hào)和反饋信號(hào)通過(guò)HEMT實(shí)現(xiàn)相乘，漏極輸出包含兩 信號(hào)的相位差信息，選擇第一端口輸入低通濾波器，濾除高頻部分，輸出包含相位差信息的 直流電壓，直流電壓作為控制電壓輸入壓控振蕩器，調(diào)節(jié)壓控振蕩器的輸出頻率，調(diào)節(jié)頻率 后的信號(hào)經(jīng)第三端口傳輸至乘法器，乘法器輸出信號(hào)作為反饋信號(hào)加載到固支梁開(kāi)關(guān)上， 環(huán)路循環(huán)反饋的結(jié)果是反饋信號(hào)與參考信號(hào)的頻率相等，壓控振蕩器第四端口輸出頻率f。 為參考信號(hào)頻率的1/N AJN，實(shí)現(xiàn)參考信號(hào)的分頻；
[0008] 當(dāng)直流偏置小于下拉電壓，兩個(gè)固支梁開(kāi)關(guān)均不與柵極接觸，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，柵電壓 為0, HEMT截止，能夠有效的減小柵極漏電流，降低功耗；
[0009] 當(dāng)只有一個(gè)固支梁開(kāi)關(guān)閉合，另一個(gè)固支梁開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，閉合的固支梁 開(kāi)關(guān)下方形成二維電子氣溝道，斷開(kāi)的固支梁開(kāi)關(guān)下方形成高阻區(qū)，溝道與高阻區(qū)串聯(lián)的 結(jié)構(gòu)有利于提高HEMT的反向擊穿電壓，只有閉合的固支梁開(kāi)關(guān)上的選通信號(hào)可以通過(guò) HEMT放大，放大信號(hào)經(jīng)第二端口輸出，當(dāng)只有加載參考信號(hào)的固支梁開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，參考信號(hào) 通過(guò)HEMT放大，第二端口輸出參考信號(hào)頻率f raf的放大信號(hào)，當(dāng)只有加載反饋信號(hào)的固支 梁開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，反饋信號(hào)通過(guò)HEMT放大，反饋信號(hào)頻率為壓控振蕩器輸出頻率經(jīng)乘法器 后乘以N的結(jié)果=NXf ci,第二端口輸出頻率為NXfci的放大信號(hào)，斷開(kāi)的固支梁開(kāi)關(guān)有利于 減小柵極漏電流，降低功耗。
[0010] 有益效果：本發(fā)明的GaAs基低漏電流雙固支梁開(kāi)關(guān)雙柵HEMT分頻器具有以下顯 著的優(yōu)點(diǎn)：
[0011] 1、固支梁在電路中起到開(kāi)關(guān)的作用，下拉電壓設(shè)計(jì)為HEMT的閾值電壓，方便控制 HEMT的導(dǎo)通與信號(hào)的傳輸；
[0012] 2、通過(guò)對(duì)固支梁開(kāi)關(guān)的控制，不僅可以實(shí)現(xiàn)參考信號(hào)的分頻，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè) 信號(hào)的放大，使電路多功能化，擴(kuò)展應(yīng)用范圍；
[0013] 3、HEMT與MEMS技術(shù)相結(jié)合，使得電路效率提升，功耗降低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，體積小型 化。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的GaAs基低漏電流雙固支梁開(kāi)關(guān)雙柵HEMT分頻器的俯視圖。
[0015] 圖2為圖I GaAs基低漏電流雙固支梁開(kāi)關(guān)雙柵HEMT分頻器的A-A'向剖面圖。
[0016] 圖3為圖I GaAs基低漏電流雙固支梁開(kāi)關(guān)雙柵HEMT分頻器的B-B'向剖面圖。
[0017] 圖4為圖I GaAs基低漏電流雙固支梁開(kāi)關(guān)雙柵HEMT兩個(gè)固支梁開(kāi)關(guān)均閉合時(shí)的 溝道示意圖。
[0018] 圖5為圖I GaAs基低漏電流雙固支梁開(kāi)關(guān)雙柵HEMT閉合一個(gè)固支梁開(kāi)關(guān)時(shí)的溝 道示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明的GaAs基低漏電流雙固支梁開(kāi)關(guān)雙柵HEMT分頻器。包括GaAs襯底、增強(qiáng) 型HEMT，以及外接的低通濾波器、壓控振蕩器、乘法器、高頻扼流圈；其中HEMT生長(zhǎng)在GaAs 襯底上，包括本征GaAs層，本征AlGaAs層，N+AlGaAs層；源極，漏極和兩個(gè)柵極。柵極與 N+AlGAs層形成肖特基接觸，本征GaAs層與本征AlGaAs層形成異質(zhì)結(jié)。錨區(qū)位于柵極兩 偵牝固支梁開(kāi)關(guān)通過(guò)錨區(qū)橫跨于柵極之上。錨區(qū)和柵極之間設(shè)置下拉極板，下拉極板接地， 絕緣層覆蓋在下拉極板之上。
[0020] 參考信號(hào)和反饋信號(hào)分別通過(guò)錨區(qū)加載到兩個(gè)固支梁開(kāi)關(guān)上。直流偏置通過(guò)高頻 扼流圈和錨區(qū)作用在固支梁開(kāi)關(guān)上，高頻扼流圈保證直流偏置與交流信號(hào)隔開(kāi)。
[0021] 固支梁開(kāi)關(guān)的下拉電壓設(shè)計(jì)為HEMT的閾值電壓。當(dāng)直流偏置小于下拉電壓，兩個(gè) 固支梁開(kāi)關(guān)均懸浮斷開(kāi)，不與柵極接觸時(shí)，柵電壓為〇,不能形成二維電子氣溝道，HEMT無(wú) 法導(dǎo)通，能夠減小柵極漏電流，降低功耗。
[0022] 當(dāng)直流偏置達(dá)到或大于下拉電壓，兩個(gè)固支梁開(kāi)關(guān)均在直流偏置作用下下拉閉 合，與柵極接觸時(shí)，柵電壓即為直流偏置，肖特基勢(shì)皇寬度在柵電壓作用下變窄，異質(zhì)結(jié)表 面形成二維電子氣溝道，HEMT導(dǎo)通，參考信號(hào)和反饋信號(hào)通過(guò)HEMT相乘。漏極輸出信號(hào)包 含了兩信號(hào)之間的相位差信息，經(jīng)過(guò)低通濾波器后，高頻分量被濾除，并向壓控振蕩器輸送 一個(gè)直流電壓，調(diào)節(jié)壓控振蕩器的輸出頻率。壓控振蕩器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)乘法器之后，在頻率 上對(duì)應(yīng)發(fā)生N倍的改變，并作為反饋信號(hào)，重新輸入HEMT，經(jīng)過(guò)環(huán)路的作用，反饋信號(hào)和參 考信號(hào)頻率相等。所以，最終壓控振蕩器輸出的信號(hào)頻率為參考信號(hào)頻率的1/N，實(shí)現(xiàn)參考 信號(hào)的分頻。
[0023] 當(dāng)只有一個(gè)固支梁開(kāi)關(guān)閉合與柵極接觸時(shí)，此固支梁開(kāi)關(guān)下方形成二維電子氣溝 道，另一個(gè)斷開(kāi)的固支梁開(kāi)關(guān)下方為高阻區(qū)，溝道與高阻區(qū)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)有利于提高HEMT的 反向擊穿電壓。只有下拉固支梁上的選通信號(hào)可以通過(guò)HEMT放大輸出，從而通過(guò)對(duì)一個(gè)固 支梁開(kāi)關(guān)的單獨(dú)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)信號(hào)的放大，電路具有多功能。
[0024] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的GaAs基低漏電流雙固支梁開(kāi)關(guān)雙柵HEMT分頻器做進(jìn)一 步解釋。
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明的GaAs基低漏電流雙固支梁開(kāi)關(guān)雙柵HEMT分頻器包括GaAs 襯底1，設(shè)置在GaAs襯底上的增強(qiáng)型HEMT，外接的低通濾波器，壓控振蕩器，乘法器、高頻扼 流圈。
[0026] HEMT包括本征GaAs層2,本征AlGaAs層3, N+AlGaAs層4,源極5,漏極6,柵極7， 錨區(qū)8,固支梁開(kāi)關(guān)9,下拉極板10,絕緣層11，通孔12,引線13。其中，源極5接地，錨區(qū)8 設(shè)置在柵極7兩側(cè)，下拉極板10設(shè)置柵極7與錨區(qū)8之間，固支梁開(kāi)關(guān)9通過(guò)錨區(qū)橫跨在 柵極7上方。在HEMT結(jié)構(gòu)中，柵極7與N+AlGaAs層4形成肖特基接觸，本征AlGaAs層3 與本征GaAs層2形成異質(zhì)結(jié)。對(duì)于增強(qiáng)型HEMT，柵電壓為0時(shí)，肖特基接觸勢(shì)皇耗盡了異 質(zhì)結(jié)界面的二維電子氣，沒(méi)有導(dǎo)通溝道。
[0027] HEMT漏極6輸出可以選擇兩種不同工作方式，一種通過(guò)第一端口 14連接低通濾波 器，低通濾波器輸出接入壓控振蕩器，壓控振蕩器輸出通過(guò)第三端口 16接入乘法器，乘法 器的輸出作為反饋信號(hào)通過(guò)錨區(qū)8加載到一個(gè)固支梁開(kāi)關(guān)9上，構(gòu)成反饋回路，參考信號(hào)通 過(guò)錨區(qū)8加載到另一個(gè)固支梁開(kāi)關(guān)9上。直流偏置通過(guò)高頻扼流圈和錨區(qū)8作用在固支梁 開(kāi)關(guān)9上。HEMT漏極6輸出的另一種工作方式是選擇第二端口 15直接輸出放大信號(hào)。
[0028] 固支梁開(kāi)關(guān)9的下拉電壓設(shè)計(jì)為HEMT的閾值電壓。當(dāng)直流偏置小于下拉電壓，固 支梁開(kāi)關(guān)9處于懸浮斷開(kāi)狀態(tài)，不與柵極7接觸時(shí)，柵電壓為0,沒(méi)有二維電子氣溝道，HEMT 截止。
[0029] 當(dāng)直流偏置達(dá)到或大于下拉電壓，兩個(gè)固支梁開(kāi)關(guān)9均下拉與柵極7接觸，開(kāi)關(guān) 閉合時(shí)，在柵電壓的作用下，二維電子氣在異質(zhì)結(jié)界面聚集，形成溝道，如圖4所示，HEMT導(dǎo) 通。參考信號(hào)和反饋信號(hào)通過(guò)HEMT相乘。漏極6輸出信號(hào)包含了兩信號(hào)之間的相位差信 息，選擇第一端口 14輸入低通濾波器，濾除高頻部分，并向壓控振蕩器輸送一個(gè)直流電壓， 直流電壓可以表示為：
[0030]
[0031] 其中K為HEMT增益系數(shù)，fraf為參考信號(hào)頻率，f badi為反