。漏极6输出信号包含了两信号之间的相位差信 息，选择第一端口 14输入低通滤波器，低通滤波器将漏极输出中的高频分量滤除，向压控 振荡器输送一个直流电压，直流电压可以表示为：
[0030]
(1)
[0031] 其中K为HEMT增益系数，为参考信号频率，fbadt为反馈信号频率，巾为固有相 位差。压控振荡器在直流电压的控制下，调节输出信号频率的大小。压控振荡器输出频率 可以通过以下微分表示式表达：
[0032]
[0033] 其中，f。为压控振荡器输出频率，Kv为压控振荡器灵敏度。经过除法器后，频率变 为原来的1/N，并作为反馈信号，重新输入HEMT。也就是：
[0034]
(3)
[0035] 经过反馈循环作用，反馈信号的频率最终和参考信号一致。即：
[0036]
⑷
[0037] 所以，最终压控振荡器第三端口 17输出的信号频率为参考信号频率的N倍，实现 参考信号的倍频。
[0038] 只有一个固支梁开关9被下拉闭合，另一个固支梁开关9处于悬浮断开状态时，闭 合的固支梁开关9下方形成二维电子气沟道，断开的固支梁开关9下方为高阻区，如图5所 示，沟道与高阻区串联，有利于提高反向击穿电压。此时，只有闭合的固支梁开关9上的选 通信号可以通过HEMT放大，放大信号通过第二端口 15输出。当只有加载参考信号的固支 梁开关9闭合时，参考信号通过HEMT放大，第二端口 15输出频率为fMf的放大信号。当只 有加载反馈信号的固支梁开关9闭合时，反馈信号频率为压控振荡器频率经过除法器后的 结果，即f/N，所以，第二端口 15输出频率为f/N的放大信号。从而通过对一个固支梁开 关9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。此外，对于断开的固支 梁开关9,能够减小栅极漏电流，降低功耗。
[0039] 本发明的GaAs基低漏电流双固支梁开关双栅HEMT倍频器的制备方法如下：
[0040] 1)在半绝缘P型GaAs衬底；
[0041] 2)外延生长本征GaAs层约500nm;
[0042] 3)外延生长本征AlGaAs隔离层约50nm;
[0043] 4)生长N+型AlGaAs层约20nm，掺杂浓度为1X1018cm3,控制厚度与掺杂浓度，使 得HEMT管为增强型；
[0044] 5)生长N+型GaAs层厚约300nm，掺杂浓度为3. 5X1018cnT3;
[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，刻出源漏极域，进行N+离子注入，形成源极和漏极，去除氮化 娃；
[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，合金化形成源、漏欧姆接触电极；
[0051] 12)涂覆光刻胶，光刻去除栅极位置的光刻胶；
[0052] 13)生长厚度为0?5ymTi/Pt/Au;
[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；
[0054] 15)涂覆光刻胶，光刻出引线，下拉极板和固支梁锚区的窗口；
[0055] 16)生长一层厚度为0. 3ym的Au;
[0056] 17)去除光刻胶，形成引线、下拉极板、固支梁的锚区；
[0057] 18)沉积绝缘层，应用外延工艺生长0. 1ym的SixNh的绝缘层；
[0058] 19)光刻去除多余的绝缘层，仅保留下拉极板上方的绝缘层；
[0059] 20)通过旋涂方式形成PMGI牺牲层，然后光刻牺牲层，仅保留固支梁下方的牺牲 层；
[0060] 21)生长一层用于电镀的底金：蒸发Ti/Au/Ti，作为种子层厚度50/150/30nm;
[0061] 22)涂覆光刻胶，光刻出固支梁，锚区和连接线的窗口；
[0062] 23)电镀一层金，其厚度为2ym;
[0063] 24)去除光刻胶，同时去除光刻胶上的金层；
[0064] 25)反刻钛/金/钛，腐蚀种子层，形成固支梁及以及连接线；
[0065] 26)去除聚酰亚胺牺牲层，释放MEMS固支梁；
[0066] 27)将制备的HEMT与外部电路连接，构成倍频器。
[0067] 区分是否为该结构的标准如下：
[0068] 本发明的GaAs基低漏电流双固支梁开关双栅HEMT倍频器，两个栅极并列设置，两 个固支梁开关通过锚区分别悬浮在两个栅极上。参考信号和反馈信号分别通过锚区加载 在两个固支梁开关上。固支梁开关的闭合或断开状态通过直流偏置控制，下拉电压设计为 HEMT的阈值电压。当固支梁开关断开时，栅电压为0,HEMT截止。当两个固支梁开关均通 过直流偏置下拉闭合与栅极接触时，二维电子气沟道形成，HEMT导通，参考信号和反馈信号 通过HEMT相乘，漏极输出包含两信号的相位信息，经过低通滤波器，压控振荡器、除法器反 馈循环，最终压控振荡器输出参考信号乘以N的频率信号。另外，下拉闭合单个固支梁开关 可以实现对单个信号的放大，同时，另一个不被下拉闭合的固支梁开关下方形成高阻区，能 有效的提高HEMT的反向击穿电压。
【主权项】
1. 一种砷化镓基低漏电流双固支梁开关双栅倍频器，其特征在于该倍频器的HEMT为 生长在GaAs衬底（1)上的增强型HEMT，包括本征GaAs层（2)，本征AlGaAs层（3)，N+AlGaAs 层（4)，源极（5)，漏极（6)，栅极（7)，锚区（8)，固支梁开关（9)，下拉极板（10)，绝缘层 (11)，通孔（12)，引线（13);在GaAs衬底（1)上有本征GaAs层（2)，本征GaAs层（2)上有 本征AlGaAs层（3)，本征AlGaAs层（3)上有N+AlGaAs层（4)，源极（5)，漏极（6)位于两个 固支梁开关（9)的两侧，源极（5)接地，两个栅极（7)并列设置，与两个固支梁开关（9) 一一 对应，固支梁开关（9)的两端固定在锚区（8)上，固支梁开关（9)的中部悬浮在栅极（7)之 上，下拉极板（10)设置在锚区（8)和栅极（7)之间，下拉极板（10)接地，绝缘层（11)覆盖 在下拉极板（10)之上，直流偏置通过高频扼流圈和锚区（8)作用在固支梁开关（9)上，固 支梁开关（9)的下拉电压设计为HEMT的阈值电压；引线（13)分别通过通孔（12)接本征 GaAs层⑵； HEMT漏极（6)输出信号有两种不同的工作方式，一种是选择第一端口（14)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（16)接入除法 器，除法器输出信号作为反馈信号通过锚区（8)加载到一个固支梁开关（9)上，构成反馈回 路，参考信号通过锚区（8)加载到另一个固支梁开关（9)上，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。2. 根据权利要求1所述的砷化镓基低漏电流双固支梁开关双栅倍频器，其特征在于， 固支梁开关（9)的闭合或断开通过直流偏置控制，当两个固支梁开关（9)均在达到或大于 下拉电压的直流偏置下实现下拉，与栅极（7)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（6)输出包含 两信号的相位差信息，选择第一端口（14)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（16)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（9)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（17)输出频率f。为参考信号频率的N倍：NXfref,实现参考信号的倍频； 当直流偏置小于下拉电压，两个固支梁开关（9)均不与栅极（7)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； 当只有一个固支梁开关（9)闭合，另一个固支梁开关（9)处于断开状态时，闭合的固 支梁开关（9)下方形成二维电子气沟道，断开的固支梁开关（9)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（9)上的选通信 号可以通过HEMT放大，放大信号经第二端口（15)输出，当只有加载参考信号的固支梁开关 (9)闭合时，参考信号通过HEMT放大，第二端口（15)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（9)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。/1第二端口（15)输出频率为f/N的放 大信号，断开的固支梁开关（9)也有利于减小栅极漏电流，降低功耗。
【专利摘要】本发明的GaAs基低漏电流双固支梁开关双栅HEMT倍频器，由GaAs衬底，增强型HEMT，外接的低通滤波器，压控振荡器，除法器、高频扼流圈构成。两个固支梁开关悬浮在两个栅极上，作为参考信号和反馈信号的输入，固支梁开关下拉电压设计为HEMT阈值电压，在直流偏置下控制HEMT的导通。两个固支梁开关均断开时，栅电压为0，没有沟道，HEMT截止，有利于减小栅极漏电流。两个固支梁开关均下拉闭合与栅极接触时，二维电子气沟道形成，HEMT导通，参考信号和反馈信号通过HEMT放大，漏极输出经低通滤波器、压控振荡器以及除法器反馈循环后，得到倍频信号。只一个固支梁开关闭合时，可实现对选通信号的单独放大，电路具有多功能。
【IPC分类】H03B19/14
【公开号】CN104935256
【申请号】CN201510379436
【发明人】廖小平, 韩居正
【申请人】东南大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年7月1日