电压到悬臂梁 12上，可以使悬臂梁12处于下拉状态，悬臂梁12与对应的栅极5接触，下方的二维电子气 处于导通态。HEMT的漏极14作为源漏极饱和电流的输出端口，频率检测时通过低通滤波器 后输出和待测信号频率有关的电流信号，与频率检测输出端口 19对应；信号放大时从源漏 极饱和电流中提取放大后的微波信号，与信号放大输出端口 20对应。
[0028] 当两个偏置端加上一定的直流偏置电压，使两个悬臂梁12都处于下拉状态，HEMT 导通，控制λ /4延迟线末端是否接地的开关处于断开状态时，电路处于频率检测状态，此 时HEMT的二维电子气沟道如图4所示。输入的待测微波信号，经过λ/4和λ/1〇〇延迟线 后产生存在一定相位差的两路信号，分别记为：
[0029]
[0030] 相位差与待测微波信号的频率的关系可以表示为：
[0031]
[0032] 两路信号分别输入到HEMT两个悬臂梁12上，源极13和漏极14之间的饱和电流 包含了两路信号的乘积分量，可以表不为：
[0033]
[0034] 通过低通滤波器滤去其输出信号的高频成分，得到与相位差:Δφ有关的直流分量， 从而得出两路信号的相位差，再根据相位差和待测微波信号频率的关系，最终得出待测微 波信号的频率。
[0035] 为使电路处于信号放大状态，控制λ/4延迟线末端是否接地的开关处于闭合状 态，在偏置端口 17施加一定的直流偏置电压使连接λ/100延迟线的悬臂梁12处于下拉状 态，对应的栅极下方二维电子气通道处于导通态，如图5所示。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12上。此时输入和输出信号的关系可以表示为
[0036] u ' I = A νι?ι (4)
[0037] HEMT对输入信号进行放大后通过信号放大输出端口输出。由于只有一个悬臂梁 12处于下拉状态，另一个悬臂梁12处于悬浮状态，HEMT在信号放大状态时在悬浮的悬臂梁 12下方存在着高阻区域，提高了 HEMT的反向击穿电压。
[0038] 当两个悬臂梁12都没有加偏置电压而处于悬浮态时，HMET处于非工作状态，此时 由于悬臂梁12处于悬浮态，减小了栅极漏电流，功耗被有效地降低。
[0039] 本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT制备方法如下：
[0040] 1)准备半绝缘GaAs衬底1 ;
[0041] 2)分子束外延法生长一层厚度为60nm的本征GaAs层2 ;
[0042] 3)分子束外延法生长一层厚度为20nm的本征AlGaAs层3 ;
[0043] 4)生长一层厚度为20nm的N+型AlGaAs层4,掺杂浓度为I X 10 lscm 3,控制厚度与 掺杂浓度，使得HEMT管为增强型；
[0044] 5)生长一层厚度为50nm的N+型GaAs层，掺杂浓度为3. 5 X 10 lscm 3;
[0045] 6)台面腐蚀隔离有源区；
[0046] 7)生长氮化硅；
[0047] 8)光刻氮化硅层，刻出源漏区域，进行磷⑵离子注入，掺杂浓度为 3. 5X10lscm-3,形成源区13和漏区14 ;
[0048] 9)涂覆光刻胶，光刻去除电极接触位置的光刻胶；
[0049] 10)真空蒸发金锗镍/金；
[0050] 11)剥离，合金化形成欧姆接触；
[0051 ] 12)涂覆光刻胶，光刻去除HEMT栅极5位置的光刻胶；
[0052] 13)生长一层 Ti/Pt/Au，厚度为 0· 5 μ m ;
[0053] 14)去除光刻胶以及光刻胶上的金属，形成肖特基接触的栅极5 ;
[0054] 15)涂覆光刻胶，光刻去除下拉电极6、下拉电极引线10和悬臂梁锚区8位置的光 刻胶；
[0055] 16)蒸发第一层金，厚度为0· 3 μ m ;
[0056] 17)去除光刻胶以及光刻胶上的金，形成下拉电极6和下拉电极引线10,以及悬臂 梁锚区8的第一层金；
[0057] 18)生长一层氮化娃介质层7,厚度为0. 2 μπι ;
[0058] 19)涂覆光刻胶，保留下拉电极6上的光刻胶；
[0059] 20)利用反应离子刻蚀，形成下拉电极6上的氮化硅介质层7 ;
[0060] 21)淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层：涂覆聚酰亚胺牺牲层，要求填满凹坑，聚酰亚胺 牺牲层的厚度决定了悬臂梁12与栅极5间的距离；光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留悬臂梁12 下方的牺牲层；
[0061] 22)涂覆光刻胶，光刻去除悬臂梁12、输入引线9、悬臂梁锚区8、压焊块11位置的 光刻胶；
[0062] 23)蒸发500/1500/300Α°的Ti/Au/Ti的种子层，去除顶部的Ti层后再蒸发一层 厚度为2 μπι的金层；
[0063] 24)去除光刻胶以及光刻胶上的金，形成悬臂梁12、输入引线9、悬臂梁锚区8、压 焊块11 ;
[0064] 25)释放聚酰亚胺牺牲层：显影液浸泡，去除悬臂梁12下的聚酰亚胺牺牲层，去离 子水稍稍浸泡，无水乙醇脱水，常温下挥发，晾干。
[0065] 区分是否为该结构的标准如下：
[0066] 本发明的基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的频率检测器，在HEMT栅极的 上方，设置有两个相当于开关的悬臂梁，其下方各有两个下拉电极，下拉电极上覆盖着一层 绝缘的氮化硅介质层。由偏置端施加直流电压控制悬臂梁的状态，下拉电压的大小设置为 HEMT的栅极工作电压。悬臂梁横跨在锚区上，锚区与输入引线相连，作为微波信号和直流偏 置信号的输入端，其中，微波信号通过隔直电容和延迟线输入到悬臂梁上，直流偏置信号通 过高频扼流圈输入到悬臂梁上。当两个悬臂梁处于下拉状态，待测信经过λ/100延迟线和 λ /4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的栅极上，为频率 检测状态；当λ/4延迟线末端接地，λ/1〇〇延迟线连接的悬臂梁处于下拉状态，另一悬臂 梁处于悬浮态，为信号放大状态，此时信号完全由λ/100延迟线输入到对应的悬臂梁而不 经过λ/4延迟线，由于存在高阻区，有利于增大HEMT的反向击穿电压。非工作状态时，两 个悬臂梁都处于悬浮态，栅极漏电流极低，有效地降低了功耗。
[0067] 满足以上条件的结构即视为本发明的基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的 频率检测器。
【主权项】
1. 一种基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关频率检测器，其特征是：GaAs基低漏电流 双悬臂梁开关HEMT以半绝缘的GaAs为衬底（1)，在衬底（1)上设有本征GaAs层（2)，本征 GaAs层（2)上设有本征AlGaAs层（3)、源区（13)和漏区（14)，本征AlGaAs层（3)上设有 N +AlGaAs层（4) ,N+AlGaAs层（4)上设有栅极金属层（5)，栅极金属层（5)上设有两个悬臂梁 (12);悬臂梁（12)材料为Au，横跨在锚区⑶上，锚区⑶和输入引线（9)相连，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A/100延迟线和A/4延迟线输入到两个悬臂梁（12)上，直流偏置 信号由第一偏置端口（17)和第二偏置端口（18)输入，通过高频扼流圈分别输入到两个悬 臂梁（12)上，在悬臂梁（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)的上面覆盖一层绝缘的氮化硅介质层（7)，悬臂梁（12)的下拉电压设置为HEMT的阈值 电压；本征GaAs层（2)和本征AlGaAs层（3)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（12)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。2. 根据权利要求1所述的基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关频率检测器，其特征是 该频率检测器电路通过施加直流偏置电压和控制A /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（12)都处于下拉状态，待测 微波信号经过A/4延迟线和A/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（5)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（19)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A/100延迟线连接的悬臂梁（12)处 于下拉状态，A/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A/100延迟 线输入到对应的悬臂梁（12)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 (20)输出，由于存在一个悬浮的悬臂梁（12)，下面对应的区域为高阻区，有利于增大反向 击穿电压。3. 根据权利要求1或2所述的基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关频率检测器，其特征 是该频率检测器非工作状态时，两个悬臂梁（12)都处于悬浮态，与栅极金属层（5)没有接 触，减小了栅极漏电流，功耗被有效地降低。
【专利摘要】本发明的基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关频率检测器，结构简单，静态功耗低，具有频率检测和信号放大两种功能，有效节约了芯片的面积。频率检测时，施加直流偏置电压使悬臂梁处于下拉状态，待测微波信号经过两段长度分别为λ/4和λ/100的延迟线后，产生两路信号分别加在两个悬臂梁的输入端，检测源漏极饱和电流，由相位差得到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连接λ/100延迟线的悬臂梁处于下拉状态，λ/4延迟线末端被接地短路，始端相当于开路，待测微波信号完全由另一路输出到悬臂梁上，实现信号的放大,由于悬浮的悬臂梁下方存在着高阻区域，增大了HEMT的反向击穿电压。
【IPC分类】G01R23/02
【公开号】CN105044452
【申请号】CN201510378246
【发明人】廖小平, 严嘉彬
【申请人】东南大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月1日