基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关频率检测器的制造方法

文档序号:9325569
基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关频率检测器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT(高电子迀移率晶体管) 的频率检测器,属于微电子机械系统(MEMS)的技术领域。
【背景技术】
[0002] HEMT,即高电子迀移率晶体管,有被称为调制掺杂场效应晶体管、二维电子气场效 应晶体管和选择掺杂异质结晶体管。与普通的场效应管相比,HEMT具有截止频率高、工作 速度快、短沟道效应小和噪声性能好的优点,非常适合应用于微波领域。
[0003] 频率作为微波信号的三大基本参数之一,其检测在微波通信、雷达监测、导航技术 等领域扮演着非常重要的角色。现有的微波频率检测方法可以分为计数法、光子法、谐振法 和矢量合成法。其中矢量合成法属于无源法,具有频带宽、结构简单、易通过MEMS技术实现 等特点,相对其他方法具有较大优势。随着MEMS技术的快速发展,对梁结构有了比较深入 的研究和认识,结合MEMS表面微机械加工技术和常规HEMT工艺使本发明基于GaAs基低漏 电流双悬臂梁开关HEMT的频率检测器成为了可能。

【发明内容】

[0004] 技术问题:本发明的目的是提供一种基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的 频率检测器,两个悬臂梁在HEMT栅极的上方,由偏置电压控制其状态,作用相当于开关,在 HEMT处于非工作状态时,由于悬臂梁处于悬浮态,栅极漏电流减小,降低了静态功耗。通过 改变梁的状态和λ/4延迟线的设计,电路可以实现频率检测和信号放大两种功能,节约了 芯片的面积,降低了成本。
[0005] 技术方案:为解决上述技术问题,本发明提出了一种基于GaAs基低漏电流双悬臂 梁开关频率检测器,GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT以半绝缘的GaAs为衬底,在衬底 上设有本征GaAs层,本征GaAs层上设有本征AlGaAs层、源区和漏区,本征AlGaAs层上设 有N +AlGaAs层,N+AlGaAs层上设有栅极金属层,栅极金属层上设有两个悬臂梁;悬臂梁材料 为Au,横跨在锚区上,锚区和输入引线连,作为HEMT微波信号和直流偏置信号的输入端;其 中,微波信号由微波信号输入端口输入,通过隔直电容后分为两路,分别经λ /100延迟线 和λ /4延迟线输入到两个悬臂梁上,直流偏置信号由偏置端口和偏置端口输入,通过高频 扼流圈分别输入到两个悬臂梁上,在悬臂梁的下方各有一个下拉电极,下拉电极接地,下拉 电极的上面覆盖一层绝缘的氮化硅介质层,悬臂梁的下拉电压设置为HEMT的阈值电压;本 征GaAs层和本征AlGaAs层间的异质结形成的二维电子气通道,在非工作状态时被肖特基 接触的耗尽区阻断,在施加偏置电压使悬臂梁下拉时,肖特基接触的耗尽区变窄,二维电子 气通道处于导通状态。
[0006] 该频率检测器电路通过施加直流偏置电压和控制λ /4延迟线是否接地实现频率 检测和信号放大两种功能;频率检测时施加直流偏置电压使两个悬臂梁都处于下拉状态, 待测微波信号经过λ/4延迟线和λ/100延迟线后产生两路频率相等和存在一定相位差的 信号,输入到HEMT的栅极金属层上,经HEMT实现信号混频,输出的源漏极饱和电流包含了 相位信息的电流分量,通过低通滤波器滤去源漏极饱和电流中的高频分量,由相位检测输 出端口输出,从而得到两路信号的相位差,最后通过相位差反推出待测微波信号的频率;电 路处于信号放大状态时,施加直流偏置电压使λ /100延迟线连接的悬臂梁处于下拉状态, λ/4延迟线的末端接地,延迟线始端相当于开路,信号完全经过λ/100延迟线输入到对应 的悬臂梁上,源漏极输出放大后的电流信号,最后由信号放大输出端口输出,由于存在一个 悬浮的悬臂梁,下面对应的区域为高阻区,有利于增大反向击穿电压。
[0007] 该频率检测器非工作状态时,两个悬臂梁都处于悬浮态,与栅极金属层没有接触, 减小了栅极漏电流,功耗被有效地降低。
[0008] 有益效果:本发明相对于现有的频率检测器具有以下优点:
[0009] 1.本发明的频率检测器原理、结构简单,利用MEMS工艺易于实现,输出电流包含 两个栅电压的乘积分量,起到了频率检测的作用;
[0010] 2.本发明采用ΗΕΜΤ,具有截止频率高、工作速度快、短沟道效应小和噪声性能好 的优点本发明;
[0011] 3.由于采用悬臂梁结构,使频率检测器在非工作状态的漏电流减小,从而有效地 降低了功耗;
[0012] 4.本发明的频率检测器同时可以实现频率检测和信号放大的作用,有效地减小了 芯片的面积,降低了成本。
[0013] 5.信号放大状态时,在悬浮的悬臂梁下方存在高阻区域,增大了 HEMT的反向击穿 电压值。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的频率检测器俯视图。
[0015] 图2为本发明GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的P-P '向的剖面图。
[0016] 图3为本发明GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的Α-Α'向的剖面图。
[0017] 图4为GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT在两个悬臂梁下拉时的沟道示意图。
[0018] 图5为GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT在一个悬臂梁下拉时的沟道示意图。
[0019] 图中包括:半绝缘GaAs衬底1,本征GaAs层2,本征AlGaAs层3, N+AlGaAs层4, 栅极金属层5,下拉电极6,氮化硅介质层7,悬臂梁锚区8,输入引线9,下拉电极引线10,压 焊块11,悬臂梁12,源区13,漏区14,有源区引线孔15,有源区引线16,第一偏置端口 17,第 二偏置端口 18,频率检测输出端口 19,信号放大输出端口 20。
【具体实施方式】
[0020] 本发明提出了一种基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的频率检测器。该频 率检测器由隔直电容、λ/100延迟线,λ/4延迟线、高频扼流线圈、开关、低通滤波器、GaAs 基低漏电流双悬臂梁开关HEMT构成;GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT选择半绝缘的 GaAs作为衬底,在衬底上含有本征GaAs层、本征AlGaAs层、N+AlGaAs层、源区、漏区、栅极 金属层和两个悬臂梁,在栅极上方的两个悬臂梁相当于开关,受直流偏置电压控制,其下拉 电压等于HEMT的阈值电压。悬臂梁下方各有一个下拉电极,下拉电极上覆盖有绝缘介质氮 化硅。栅极与本征AlGaAs层之间形成肖特基接触,本征GaAs层和本征AlGaAs层的异质结 接触形成二维电子气通道,二维电子气通道受到肖特基接触的耗尽层调制。HEMT为增强型, 当悬臂梁处于悬浮态时,肖特基势皇深入到本征GaAs层,本征GaAs层与AlGaAs层异质结 边界的二维电子气被耗尽,HEMT无法导通;当悬臂梁被下拉时,施加的偏置电压使肖特基 势皇的耗尽层变窄,二维电子气通道处于导通态。
[0021] 为实现频率检测,两个直流偏置端加上一定的偏置电压,使两个悬臂梁都处于下 拉状态,此时二维电子气通道处于导通态;控制λ/4延迟线末端是否接地的开关处于断开 状态,输入的待测微波信号经过隔直电容后,再经过λ/4和λ/100延迟线后产生频率相等 和存在一定相位差的两路信号,并输入到HEMT的两个栅极上,经HEMT实现信号混频,输出 的源漏极饱和电流包含了相位信息的电流分量,通过低通滤波器滤去源漏极饱和电流中的 高频分量,从而得到两路信号的相位差,最后通过相位差反推出待测微波信号的频率。
[0022] 当施加一定的直流偏置电压使连接λ/100延迟线的悬臂梁处于下拉状态,控制 λ/4延迟线末端是否接地的开关处于闭合状态时,电路可以实现信号放大功能。由于λ/4 延迟线末端接地,其始端相当于开路,没有信号经过,输入的微波信号完全通过λ /100延 迟线输入到对应的悬臂梁上,HEMT对输入信号进行放大。由于只有一个悬臂梁处于下拉状 态,HEMT在信号放大状态时存在着高阻区域,增大了 HEMT的反向击穿电压。
[0023] 当两个悬臂梁都没有加偏置电压而处于悬浮态时,HEMT处于非工作状态,此时由 于悬臂梁处于悬浮态,减小了栅极漏电流,功耗被有效地降低。
[0024] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0025] 参见图1-3,本发明提出了一种基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的频率检 测器。该频率检测器主要包括:隔直电容、λ/100延迟线,λ/4延迟线、高频扼流线圈、开 关、低通滤波器L、GaAs基低漏电流双悬臂梁开关ΗΕΜΤ。其中,隔直电容,用来隔离微波信 号和直流信号;λ/100延迟线,使微波信号信号产生一定的相位延迟;λ/4延迟线,频率检 测时使微波信号产生90度的相移,信号放大时末端被短路,等效于始端开路,使微波信号 从另一路延迟线输入;高频扼流线圈,用于隔离微波信号,避免微波信号对直流信号源的影 响;低通滤波器,滤去输出信号的高频成分,得到与频率相关的电流信号。
[0026] GaAs基低漏电流双悬臂梁开关ΗΕΜΤ,用于实现两路微波信号的运算,输出和频率 有关的电流信号。选择半绝缘的GaAs作为衬底1,在衬底1上含有本征GaAs层2、本征 AlGaAs层3、N+AlGaAs层4、源区13、漏区14、栅极金属层5和两个悬臂梁12。悬臂梁12横 跨在锚区8上方,锚区8和输入引线9相连,悬臂梁12的下方各有一个下拉电极6,下拉电极 6接地,下拉电极6上覆盖一层氮化娃介质层7。本征GaAs层2和本征AlGaAs层3之间的 异质结形成二维电子气通道,HEMT为增强型,非工作状态由于栅极金属层5与N +AlGaAs层 4形成肖特基接触,其耗尽区会阻断二维电子气通道;设置悬臂梁12的下拉电压等于HEMT 的阈值电压,当悬臂梁12处于下拉状态时,对应的肖特基接触耗尽区变窄,二维电子气处 于导通状态。
[0027] 悬臂梁12的输入引线9作为HEMT微波信号和直流偏置信号的输入端口。隔直电 容与λ/100延迟线、λ/4延迟线的始端相连,延迟线的末端与悬臂梁12输入引线9相连, 作为微波信号的传输通道,其中,λ/4延迟线的末端存在一个控制其是否接地的开关;高 频扼流圈与悬臂梁12输入引线9相连,作为直流偏置信号的输入通道;HEMT的源极13和 下拉电极6接地,通过在第一偏置端口 17和第二偏置端口 18施加直流偏置
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