砷化镓基低漏电流双固支梁开关双栅倍频器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了GaAs(砷化镓）基低漏电流双固支梁开关双栅HEMT(高电子迀移率 晶体管）倍频器，属于微电子机械系统的技术领域。
【背景技术】
[0002] 倍频器是频率合成器的一种，它能将一参考信号经过功能电路的作用，产生参考 信号频率整数倍的目标频率信号。利用锁相环和除法器可构成倍频器。倍频器已经成为 电子技术、空间技术和通信技术中的一个重要的组成部分。然而，与传统倍频器电路中的 MOSFET结构相比，高电子迀移率晶体管HEMT显示出更多的优势，比如更高的电子迀移率， 速度更快，效率更高，也能够降低功耗等。另外，MEMS梁结构方便可控，也推动着电路向结 构简单，体积变小的方向发展。
[0003] 本发明正式要结合HEMT结构与MEMS技术，提出一种GaAs基低漏电流双固支梁开 关双栅HEMT倍频器。
【发明内容】
[0004] 技术问题：本发明的目的是提供一种GaAs基低漏电流双固支梁开关双栅HEMT倍 频器，两个栅极位于两个固支梁开关正下方，参考信号和参考信号分别加载在两个固支梁 开关上，固支梁开关在电路中控制HEMT的导通，通过对两个固支梁开关的控制以及外接电 路的作用，实现对参考信号频率的运算，得到目标频率。
[0005] 技术方案：本发明的砷化镓基低漏电流双固支梁开关双栅倍频器的HEMT为生长 在GaAs衬底上的增强型HEMT，包括本征GaAs层，本征AlGaAs层，N+AlGaAs层，源极，漏极， 栅极，锚区，固支梁开关，下拉极板，绝缘层，通孔，引线；在GaAs衬底上有本征GaAs层，本征 GaAs层上有本征AlGaAs层，本征AlGaAs层上有N+AlGaAs层，源极，漏极位于两个固支梁开 关的两侧，源极接地，两个栅极并列设置，与两个固支梁开关一一对应，固支梁开关的两端 固定在锚区上，固支梁开关的中部悬浮在栅极之上，下拉极板设置在锚区和栅极之间，下拉 极板接地，绝缘层覆盖在下拉极板之上，直流偏置通过高频扼流圈和锚区作用在固支梁开 关上，固支梁开关的下拉电压设计为HEMT的阈值电压；引线分别通过通孔接本征GaAs层；
[0006]HEMT漏极输出信号有两种不同的工作方式，一种是选择第一端口输入至低通滤波 器，低通滤波器输出接入压控振荡器，压控振荡器输出通过第三端口接入除法器，除法器输 出信号作为反馈信号通过锚区加载到一个固支梁开关上，构成反馈回路，参考信号通过锚 区加载到另一个固支梁开关上，HEMT漏极输出信号的另一种工作方式是选择第二端口直接 输出放大信号。
[0007]固支梁开关的闭合或断开通过直流偏置控制，当两个固支梁开关均在达到或大于 下拉电压的直流偏置下实现下拉，与栅极接触，开关闭合时，在栅电压的作用下，形成二维 电子气沟道，HEMT导通，参考信号和反馈信号通过HEMT实现相乘，漏极输出包含两信号的 相位差信息，选择第一端口输入低通滤波器，滤除高频部分，输出包含相位差信息的直流电 压，直流电压作为控制电压输入压控振荡器，压控振荡器的输出频率被调节，调节频率后的 信号经第三端口传输至除法器，除法器输出信号作为反馈信号加载到固支梁开关上，环路 循环反馈的结果是反馈信号与参考信号的频率相等，压控振荡器第四端口输出频率f。为参 考信号频率的N倍：NXfMf，实现参考信号的倍频；
[0008] 当直流偏置小于下拉电压，两个固支梁开关均不与栅极接触，开关断开时，栅电压 为0,HEMT截止，能够有效的减小栅极漏电流，降低功耗；
[0009] 当只有一个固支梁开关闭合，另一个固支梁开关处于断开状态时，闭合的固支梁 开关下方形成二维电子气沟道，断开的固支梁开关下方形成高阻区，沟道与高阻区串联的 结构有利于提高HEMT的反向击穿电压，只有闭合的固支梁开关上的选通信号可以通过 HEMT放大，放大信号经第二端口输出，当只有加载参考信号的固支梁开关闭合时，参考信号 通过HEMT放大，第二端口输出参考信号频率fMf的放大信号，当只有加载反馈信号的固支 梁开关闭合时，反馈信号通过HEMT放大，反馈信号频率为压控振荡器输出频率f。经除法器 后除以N的结果：f；/N，第二端口输出频率为f/N的放大信号，断开的固支梁开关也有利于 减小栅极漏电流，降低功耗。
[0010] 有益效果：本发明的GaAs基低漏电流双固支梁开关双栅HEMT倍频器具有以下显 著的优点：
[0011] 1、两个固支梁开关在电路中起到开关的作用，方便控制HEMT的导通。
[0012] 2、固支梁开关结构使电路方便可控，通过对单个固支梁开关的控制，实现对单个 信号的处理，使电路多功能化，扩展应用范围。
[0013] 3、HEMT与MEMS技术相结合，使得电路效率提升，功耗降低，结构简单化，体积小型 化。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的GaAs基低漏电流双固支梁开关双栅HEMT倍频器的俯视图。
[0015] 图2为图IGaAs基低漏电流双固支梁开关双栅HEMT倍频器的A-A'向剖面图。
[0016] 图3为图IGaAs基低漏电流双固支梁开关双栅HEMT倍频器的B-B'向剖面图。
[0017] 图4为图IGaAs基低漏电流双固支梁开关双栅HEMT倍频器两个开关均下拉闭合 时的沟道示意图。
[0018] 图5为图IGaAs基低漏电流双固支梁开关双栅HEMT倍频器单个开关下拉闭合时 的沟道示意图。
【具体实施方式】
[0019] 本发明的GaAs基低漏电流双固支梁开关双栅HEMT倍频器包括GaAs衬底、增强 型HEMT，以及外接的低通滤波器、压控振荡器、除法器、高频扼流圈；其中HEMT生长在GaAs 衬底上，从下至上依次为本征GaAs层，本征AlGaAs层，N+AlGaAs层，两个并列的栅极位于 N+AlGaAs层之上；另外源极和漏极深入到本征GaAs层。本征GaAs层与本征AlGaAs层形 成异质结，栅极与N+AlGAs形成肖特基接触。两个固支梁开关通过锚区分别悬浮在两个栅 极正上方。栅极与锚区之间设置有下拉极板，下拉极板接地，绝缘层覆盖在下拉极板之上。
[0020] 参考信号和反馈信号分别通过锚区加载到两个固支梁开关上。直流偏置通过高频 扼流圈和锚区作用在固支梁开关上。高频扼流圈保证直流偏置和交流信号隔开。
[0021] 固支梁开关的下拉电压设计为HEMT的阈值电压。当直流偏置小于下拉电压，两个 固支梁开关均处于悬浮断开，不与栅极接触时，栅极电压为〇,对于增强型HEMT，肖特基势 皇深入到本征GaAs层，本征GaAs层与本征AlGaAs层异质结边界的二维电子气被耗尽，所 以HEMT无法导通。
[0022] 当直流偏置达到或者大于下拉电压，两个固支梁开关均下拉闭合与栅极接触时， 栅电压即为直流偏置的大小，此时肖特基势皇变窄，二维电子气浓度增加，HEMT导通，参考 信号和反馈信号通过HEMT相乘。漏极输出信号包含了参考信号和反馈信号之间的相位差 信息。低通滤波器将此信号中的高频分量滤除，并向压控振荡器输送一个直流电压，调节压 控振荡器的输出信号的频率。压控振荡器输出信号经过除法器之后，在频率上对应发生1/N 的改变，并作为反馈信号，重新输入HEMT，经过环路的作用，反馈信号和参考信号达到锁定， 即压控振荡器输出频率除以N后的频率和参考信号频率相等。所以，最终压控振荡器输出 的信号频率为参考信号频率的N倍，实现倍频。
[0023] 当只有一个固支梁开关闭合与对应的栅极接触时，闭合的固支梁开关下方形成二 维电子气沟道，另一个断开的固支梁下方为高阻区，沟道与高阻区串联的结构能够有效的 提高器件的反向击穿电压。只有对应固支梁开关上的选通信号可以通过HEMT放大输出。从 而通过对一个固支梁开关的单独控制，实现对单个信号的放大，扩大了电路的应用范围。
[0024] 下面结合附图对本发明的GaAs基低漏电流双固支梁开关双栅HEMT倍频器做进一 步解释。
[0025] 如图1所示，本发明的GaAs基低漏电流双固支梁开关双栅HEMT倍频器包括GaAs 衬底1，设置在GaAs衬底上的增强型HEMT，外接的低通滤波器，压控振荡器，除法器、高频扼 流圈。
[0026]HEMT包括本征GaAs层2,本征AlGaAs层3,N+AlGaAs层4,源极5,漏极6,两个栅 极7,锚区8,两个固支梁开关9,下拉极板10,绝缘层11，通孔12,引线13。其中，源极5接 地，固支梁开关9通过锚区8悬浮在栅极7上方，两个栅极7与两个固支梁开关9 一一对 应，下拉极板10设置在固支梁开关9下方，下垃极板10接地。在HEMT结构内部，栅极7与 N+AlGaAs层4形成肖特基接触，本征AlGaAs层3与本征GaAs层2形成异质结。对于增强 型HEMT，栅电压为0时，异质结界面的二维电子气沟道被肖特基接触耗尽。
[0027] HEMT漏极6输出信号可以选择两种工作方式，一种是选择第一端口 14接入低通滤 波器，低通滤波器输出接入压控振荡器，压控振荡器输出通过第三端口 16接入除法器，除 法器的输出信号作为反馈信号通过锚区8接入一个固支梁开关9,参考信号通过锚区8接入 另一个固支梁开关。HEMT漏极6输出信号的另一种工作方式是选择第二端口 15直接输出 放大信号。
[0028]直流偏置通过高频扼流圈和锚区8作用在固支梁开关上。高频扼流圈保证直流偏 置与交流信号隔开。固支梁开关9的下拉电压设计为HEMT的阈值电压，当直流偏置小于下 拉电压，固支梁开关不与栅极7接触，开关断开时，栅电压为0,异质结界面没有二维电子气 沟道，HEMT截止，能够有效的减小栅极漏电流，降低功耗。
[0029] 当直流偏置达到或大于下拉电压，两个固支梁开关9均下拉与栅极7接触，开关 闭合时，在栅电压的作用下，二维电子气在异质结界面聚集，形成沟道，如图4所示，HEMT导 通。参考信号和反馈信号通过HEMT相乘