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

文档序号:9325571
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
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