有关的电流信号，与频率检测输出端口 15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 16对应。
[0026] 当两个偏置端12和13加上一定的直流偏置电压，使两个悬臂梁9都处于下拉状 态，MOSFET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，此时电路处于频 率检测状态，MOSFET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：
[0027]
[0028] 相位差与待测微波信号的频率的关系可以表示为：
[0029]
[0030] 两路信号分别输入到MOSFET两个悬臂梁9上，经过MOSFET的混频，源极7和漏极 8之间的饱和电流包含了两路信号的乘积分量，可以表示为：
[0031]
[0032] 通过低通滤波器14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。
[0033] 为使电路处于信号放大状态，偏置端口 12施加一定的直流偏置电压使连接 λ/100延迟线的悬臂梁9处于下拉状态，对应的栅极下方出现反型层电子沟道，如图5所 示，控制λ/4延迟线末端是否接地的开关处于闭合状态。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9栅极上。此时输入和输出信号的关系可以表示为
[0034] U1' = AvU1 (4)
[0035] MOSFET对输入信号进行放大后通过信号放大输出端口 16输出。由于只有一个悬 臂梁9处于下拉状态，另一个悬臂梁9处于悬浮状态，MOSFET在信号放大状态时在悬浮的 悬臂梁9下方存在着高阻区域，提高了 MOSFET的反向击穿电压。
[0036] 当两个悬臂梁9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9处于悬浮态，减小了栅极漏电流，功耗被有效地降低。
[0037] 本发明的硅基双悬臂梁可动栅结构的N型MOSFET制备方法如下：
[0038] 1)准备P型Si衬底1 ;
[0039] 2)底氧生长；
[0040] 3)沉淀氮化硅和有源区光刻；
[0041] 4)场氧化；
[0042] 5)去除氮化硅和底氧层；
[0043] 6)进行栅氧化，形成栅氧层2,调整阈值电压，使N型MOSFET为增强型；
[0044] 7)沉淀多晶硅并光刻、刻蚀多晶硅图形，形成悬臂梁锚区6和输入引线5。
[0045] 8)蒸发生长Al ;
[0046] 9)涂覆光刻胶，保留下拉电极4上方的光刻胶；
[0047] 10)反刻A1，形成下拉电极4;
[0048] 11)外延生长一层0· 1 μπι的SixN1 ,绝缘层；
[0049] 12)涂覆光刻胶，保留下拉电极4上的光刻胶；
[0050] 13)利用反应离子刻蚀，形成下拉电极4上的氮化硅介质层3 ;
[0051] 14)通过旋涂方式形成PMGI牺牲层，然后光刻牺牲层，仅保留MOSFET沟道上的光 刻胶；
[0052] 15)蒸发生长Al;
[0053] 16)涂覆光刻胶，保留悬臂梁9位置的光刻胶；
[0054] 17)反刻A1，形成悬臂梁9栅；
[0055] 18)磷（P)离子注入形成N+源区7和漏区8 ;
[0056] 19)制作源漏区通孔10和引线11 :涂覆光刻胶，去除源漏电极接触区的光刻胶， 真空蒸发金锗镍/金，剥离，合金化形成欧姆接触；
[0057] 20)释放聚酰亚胺牺牲层：显影液浸泡，去除MEMS悬臂梁9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。
[0058] 区分是否为该结构的标准如下：
[0059] 本发明的基于硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET的频率检测器，具有两个可 动的悬臂梁作为栅极，共同控制N型MOSFET的工作状态。悬臂梁下方各有一个下拉电极， 下拉电极上覆盖一层绝缘的氮化硅介质层，通过施加直流偏置电压来控制悬臂梁的状态， 其下拉电压的大小设置为MOSFET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 到悬臂梁栅极上，直流偏置信号通过高频扼流圈输入到悬臂梁栅极上。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，输入到悬臂梁栅极上，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，由于悬浮的悬臂梁下方存在高 阻区，有利于增大MOSFET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。
[0060] 满足以上条件的结构即视为本发明的硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET的频 率检测器。
【主权项】
1. 一种基于硅基低漏电流双悬臂梁可动栅的频率检测器，其特征是：N型MOSFET制作 在P型硅衬底（1)上，沟道栅氧化层（2)设置在P型硅衬底（1)上，在沟道栅氧化层（2)的 上方设有两个悬臂梁（9)，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（9)横跨在锚区（6)上，锚区（6)与输入引线（5)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A/100延迟线和A/4延迟线输入到两个悬臂梁（9)上，直流偏置信号由第一偏 置端口（12)和第二偏置端口（13)输入，通过高频扼流圈分别输入到两个悬臂梁（9)上， 锚区（6)和输入引线（5)的制备材料为多晶硅，悬臂梁（9)的下面各分布着一个下拉电极 (4)，下拉电极（4)接地，下拉电极上覆盖一层绝缘的氮化硅介质层（3) ;M0SFET源区（7)， MOSFET漏区（8)分别设置在P型硅衬底（1)上，源漏引线（11)分别通过有源区引线孔（10) 与MOSFET源区（7)，MOSFET漏区⑶连接。2. 根据权利要求1所述的基于硅基低漏电流双悬臂梁可动栅的频率检测器，其特征是 该频率检测器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（9)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MOSFET的悬臂梁（9)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（15)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 (9)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（9)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（16)输出，由于存在一个悬浮的悬臂梁（9)，下面对应的区域为高阻区，有利于提高反 向击穿电压。3. 根据权利要求1或2所述的基于硅基低漏电流双悬臂梁可动栅的频率检测器，其特 征是该频率检测器在非工作状态时，两个悬臂梁（9)都处于悬浮态，与栅氧化层（2)没有接 触，减小了栅极漏电流，功耗被有效地降低。
【专利摘要】本发明的基于硅基低漏电流双悬臂梁可动栅的频率检测器，原理和结构简单，该结构同时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。由于悬臂梁结构在非工作状态时的漏电流极低，有效地降低了功耗。频率检测时，施加直流偏置电压使两个悬臂梁处于下拉状态，待测微波信号经过λ/4延迟线和λ/100延迟线后，产生两路频率相等但存在一定相位差的信号，输入到悬臂梁栅极，检测源漏极饱和电流，由相位差得到待测微波信号的频率。信号放大时，施加偏置电压使连接λ/100延迟线的悬臂梁被下拉，λ/4延迟线末端被短路，始端相当于开路，信号完全经过λ/100延迟线输入到MOSFET栅极并被放大，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。
【IPC分类】G01R23/12
【公开号】CN105044454
【申请号】CN201510378149
【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