基于硅基低漏电流双悬臂梁可动栅的频率检测器的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明提出了基于硅基双悬臂梁MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管）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] 频率作为微波信号的基本参数，其检测在微波通信和雷达监测等领域都有着重要 的作用。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，与其他方法相比具有频带宽、结构简单、易通过MEMS技术实现等优 点。
[0003] 随着微电子与微波通信技术的发展，人们对微波集成电路的性能、功耗以及占有 的芯片面积都提出了更高的要求。近年来由于MEMS技术的快速发展，对梁结构有了比较深 入的研究，使基于硅基COMS (互补金属氧化物半导体）工艺设计的低漏电流双悬臂梁可动 栅MOSFET成为可能，实现了低漏电流、多功能的频率检测器。
【发明内容】
[0004] 技术问题：本发明的目的是提供一种基于硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET 的频率检测器，双悬臂梁作为MOSFET的可动栅，通过施加直流偏置电压实现对悬臂梁状态 的控制，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；在MOSFET处于非工作状态时，由于悬臂梁处于悬浮 态，栅极漏电流极小，降低了静态功耗。
[0005] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种基于硅基低漏电流双悬臂梁可动 栅的频率检测器中：N型MOSFET制作在P型硅衬底上，沟道栅氧化层设置在P型硅衬底上， 在沟道栅氧化层的上方设有两个悬臂梁，材料为Au，作为MOSFET的可动栅，其下拉电压设 置为MOSFET的阈值电压，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，直流偏置信号由第一偏置端 口和第二偏置端口输入，通过高频扼流圈分别输入到两个悬臂梁上，锚区和输入引线的制 备材料为多晶硅，悬臂梁的下面各分布着一个下拉电极，下拉电极接地，下拉电极上覆盖一 层绝缘的氮化硅介质层；MOSFET源区，MOSFET漏区分别设置在P型硅衬底上，源漏引线分别 通过有源区引线孔与MOSFET源区，MOSFET漏区连接。
[0006] 该频率检测器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MOSFET的悬臂梁可动栅上，经MOSFET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（14)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栅极上，源漏极输出放大后的电流信号，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，有利于提高反向击穿电压。
[0007] 该频率检测器在非工作状态时，两个悬臂梁都处于悬浮态，与栅氧化层没有接触， 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的电路能够实现频率检测和信号放大两种功能，有效的节 约了芯片的面积，降低了成本；
[0010] 2.本发明的频率检测器原理、结构简单，易于利用MEMS工艺实现，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；
[0011] 3.信号放大状态时，由于存在高阻区，增大了 MOSFET的反向击穿电压值；
[0012] 4.本发明由于采用悬臂梁结构，使频率检测器在非工作状态时栅极的漏电流大大 减小，从而有效地降低了功耗。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET的俯视图。
[0014] 图2为本发明硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET的P-P '向的剖面图。
[0015] 图3为本发明硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET的Α-Α'向的剖面图。
[0016] 图4为硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET在两个悬臂梁处于下拉状态时的沟 道示意图。
[0017] 图5为硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET在一个悬臂梁处于下拉状态时的沟 道示意图。
[0018] 图中包括：P型Si衬底1，栅氧化层2,氮化硅介质层3,下拉电极4,输入引线5， 悬臂梁锚区6, MOSFET源区7, MOSFET漏区8,悬臂梁9,有源区引线孔10,源漏引线11，第 一四偏置端口 12,第二偏置端口 13,低通滤波器14,频率检测输出端口 15,信号放大输出端 □ 16。
【具体实施方式】
[0019] 本发明提供一种基于硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET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、双悬 臂梁可动栅结构的N型MOSFET构成；N型MOSFET制作在硅衬底上，沟道栅氧化层的上方有 两个悬臂梁，材料为Au，作为MOSFET的可动栅，其下拉电压设置为MOSFET的阈值电压，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，锚区和输入引线的制备材料为多晶硅，悬臂梁的下面各分布着一个下拉电极，下拉电 极上覆盖一层绝缘的氮化硅介质层。
[0020] 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。MOSFET对输入信号进行放大，通过隔直电容后输出。由于只 有一个悬臂梁处于下拉状态，MOSFET在信号放大状态时悬浮的悬臂梁下方存在着高阻区 域，提高了 MOSFET的反向击穿电压。
[0021] 当两个悬臂梁都没有加偏置电压而处于悬浮态时，硅基MOSFET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。
[0022] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步说明。
[0023] 参见图1-3,本发明提出了一种基于硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET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14、双悬臂梁可动栅结构的N型M0SFET。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14,滤去输出信号的高频成分，得到与频率相关的电流信号。
[0024] 双悬臂梁可动栅结构的N型M0SFET，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P型Si作为衬底1，通过COMS工艺和MEMS表面微机械加工实现双 悬臂梁可动栅结构的N型MOSFET，MOSFET为增强型。悬臂梁9作为MOSFET的可动栅，制作 在MOSFET的栅氧化层2上方，材料为Au，悬臂梁9的锚区6与输入引线5相连，材料为多 晶娃，下拉电压设置为MOSFET的阈值电压。悬臂梁9下方各有一个下拉电极4,下拉电极4 接地，下拉电极4上覆盖有绝缘介质氮化硅3。
[0025] 悬臂梁9的输入引线5作为MOSFET微波信号和直流偏置信号的输入端口。隔直 电容与λ/1〇〇延迟线、λ/4延迟线的始端相连，延迟线的末端与悬臂梁9输入引线5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9输入引线5相连，作为直流偏置信号的输入通道；MOSFET的源极7 和下拉电极4接地，通过在偏置端口 12和偏置端口 13施加直流偏置电压到悬臂梁9栅极 上，可以使悬臂梁9处于下拉状态，同时在栅氧化层2下方出现反型层，MOSFET处于导通态。 MOSFET的漏极8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14后输出和 待测信号频率