意图如图4所示。参考信号和反馈信号通过M0SFET实 现相乘。漏极3输出信号包含了两信号之间的相位差信息，选择端口 11输入至低通滤波器， 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包含相位差信息的直流 电压，直流电压可以采用下式来表示：
[0034]
⑴
[0035] 其中K为M0SFET增益系数，f,ef为参考信号频率，fbaek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：
[0036]
[0037] 其中，f。为压控振荡器输出频率，Kv为压控振荡器灵敏度。经过乘法器后，频率变 为原来的N倍，作为反馈信号重新加载到固支梁可动栅6上。也就是：
[0038]fback=NXf。 (3)
[0039] 经过环路的循环作用，反馈信号的频率最终和参考信号一致。即：
[0040]
[0041] 最终压控振荡器端口 14输出的信号频率为参考频率的1/N，实现参考信号的分 频。
[0042] 只有一个固支梁可动栅6被下拉，另一个固支梁可动栅6处于悬浮状态时，下拉的 固支梁可动栅6下方形成沟道，未被下拉的固支梁可动栅6下方为高阻区，如图5所示，沟 道与高阻区串联的结构有利于提高M0SFET的反向击穿电压。此时，只有下拉固支梁可动栅 6上的选通信号可以经M0SFET放大，放大信号选择端口 12输出。当只有加载参考信号的固 支梁可动栅6下拉时，参考信号通过M0SFET放大，端口 12输出频率为f,ef的放大信号。当 只有加载反馈信号的固支梁可动栅6下拉时，反馈信号频率为压控振荡器频率f。的N倍， 即NXf。，端口 12输出频率为NXf。的放大信号。从而通过对一个固支梁可动栅6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。
[0043] 本发明的硅基低漏电流双固支梁可动栅M0SFET分频器的制备方法如下：
[0044] 1)准备P型Si衬底；
[0045] 2)底氧生长
[0046] 3)沉积氮化硅；
[0047] 4)光刻、刻蚀氮化硅形成M0SFET源极和漏极；
[0048] 5)场氧化；
[0049]6)去除氮化硅和底氧层；
[0050] 7)进行栅氧化，调节阈值电压，使M0SFET为增强型；
[0051] 8)沉积多晶硅，并光刻，保留固支梁的锚区位置的多晶硅；
[0052] 9)电镀蒸发生长A1;
[0053] 10)涂覆光刻胶，保留下拉极板上方的光刻胶；
[0054]11)反刻A1，形成下拉极板；
[0055] 12)淀积绝缘层，外延生长0. 1ym的SiJh绝缘层；
[0056] 13)光刻窗口，刻蚀掉多余的SixN^:
[0057] 14)涂覆光刻胶，保留下拉极板的绝缘层；
[0058] 15)利用反应离子刻蚀，形成下拉极板上的氮化硅介质层；
[0059] 16)通过旋涂方式形成PMGI牺牲层，然后光刻牺牲层，仅保留固支梁可动栅下方 的牺牲层；
[0060] 17)电镀蒸发生长A1;
[0061] 18)涂覆光刻胶，保留固支梁上方的光刻胶；
[0062] 19)反刻A1，形成固支梁可动栅；
[0063] 20)涂覆光刻胶，光刻注入孔，注入N+磷离子，形成M0SFET源极和漏极；
[0064] 21)制作通孔和引线，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；
[0065] 22)释放PMGI牺牲层，形成悬浮的固支梁；
[0066] 23)将制备的M0SFET与外部电路连接，构成分频器。
[0067] 区分是否为该结构的标准如下：
[0068] 本发明的硅基低漏电流双固支梁可动栅M0SFET分频器采用两个固支梁作为 M0SFET的栅极，通过直流偏置控制其下拉或悬浮的状态，固支梁的下拉电压设计为M0SFET 的阈值电压。两个固支梁可动栅分别作为参考信号和反馈信号的输入。当两个固支梁可 动栅均悬浮在栅氧化层上时，M0SFET截止，有利于减小栅极漏电流，降低功耗。当两个固支 梁可动栅均下拉和栅氧化层接触时，参考信号和反馈信号通过M0SFET相乘，漏极输出包含 相位差信息，经过低通滤波器，压控振荡器、乘法器反馈循环后得到参考频率1/N的分频信 号。另外，下拉一个固支梁可动栅可以实现对对应信号的单独放大，电路具有多功能，另一 个不被下拉的另一个固支梁可动栅下方形成高阻区，提高M0SFET的反向击穿电压。
[0069] 满足以上条件的结构即视为本发明的硅基低漏电流双固支梁可动栅M0SFET分频 器。
【主权项】
1. 一种基于硅基低漏电流双固支梁可动栅的分频器，其特征在于该分频器为生在硅衬 底⑴上的N型增强型MOSFET分频器，包括源极（2)，漏极（3)，栅氧化层（4)，锚区（5)，固 支梁可动栅（6)，下拉极板（7)，绝缘层（8)，通孔（9)，引线（10)，源极（2)接地； 在硅衬底（1)上设有源极（2)、漏极（3)、栅氧化层（4)，栅氧化层（4)位于源极（2)、漏 极（3)之间，引线（10)通过通孔（9)分别接漏极（3)、栅氧化层（4) ;M0SFET采用两个悬浮 的固支梁可动栅（6)作为栅极，锚区（5)设置在栅氧化层（4)两侧，固支梁可动栅(6)的两 端固定在锚区（5)上，中间横跨在栅氧化层（4)上，下拉极板（7)位于锚区（5)和栅氧化层 (4)之间，在硅衬底（1)上的下拉极板（7)位于固支梁可动栅（6)的下方，下拉极板（7)接 地，绝缘层（8)覆盖在下拉极板（7)之上，直流偏置通过高频扼流圈和锚区（5)作用在固支 梁可动栅（6)上，固支梁可动栅（6)的下拉电压设置为MOSFET的阈值电压； MOSFET的漏极（3)输出信号有两种不同的工作方式，一种是选择第一端口（11)输至 低通滤波器，低通滤波器输出接入压控振荡器，压控振荡器输出经第三端口（13)接入乘法 器，乘法器输出作为反馈信号通过锚区（5)加载到一个固支梁可动栅（6)上，参考信号通过 锚区（5)加载到另一个固支梁可动栅（6)上，MOSFET的漏极（3)输出信号的另一种工作方 式是选择通过第二端口（12)直接输出放大信号。2. 根据权利要求1所述的基于硅基低漏电流双固支梁可动栅的分频器，其特征在于所 述固支梁可动栅（6)的下拉或悬浮通过直流偏置控制，当两个固支梁可动栅（6)均在达到 或大于下拉电压的直流偏置下实现下拉，与栅氧化层（4)接触时，MOSFET导通，参考信号和 反馈信号通过MOSFET实现相乘，漏极（3)输出包含两信号的相位差信息，经第一端口（11) 输入低通滤波器，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，直流电压输 入压控振荡器，作为控制电压调节压控振荡器的输出频率，调节频率后的信号经第三端口 (13)传输至乘法器，乘法器输出信号作为反馈信号加载到固支梁可动栅（6)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（14)输出频率f。为 参考信号频率的1/N:f；rf/N，实现参考信号的分频； 当直流偏置小于下拉电压，两个固支梁可动栅（6)均不下拉处于悬浮状态，不与栅氧 化层⑷接触时，MOSFET截止，栅电容较小，能够有效的减小漏电流，降低功耗； 当只有一个固支梁可动栅（6)下拉，另一个固支梁可动栅（6)处于悬浮状态时，下拉的 固支梁可动栅（6)下方形成沟道，未被下拉的固支梁可动栅（6)下方形成高阻区，沟道与高 阻区串联的结构有利于提高MOSFET的反向击穿电压，只有被下拉的固支梁可动栅（6)上的 选通信号可以通过MOSFET放大，放大信号经第二端口（12)输出，当只有加载参考信号的固 支梁可动栅（6)下拉时，参考信号通过MOSFET放大，第二端口（12)输出参考频率4#的放 大信号，当只有加载反馈信号的固支梁可动栅（6)下拉时，反馈信号通过MOSFET放大，反馈 信号频率为压控振荡器输出频率f。经乘法器后乘以N的结果：NXf。，第二端口（12)输出频 率为NXf。的放大信号。
【专利摘要】本发明的硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET分频器，由硅衬底，N型增强型MOSFET，以及外接的低通滤波器，压控振荡器，乘法器、高频扼流圈构成。MOSFET的栅极是两个悬浮在栅氧化层上的固支梁，作为参考信号和反馈信号的输入，下拉电压设计为MOSFET的阈值电压，由直流偏置控制。两个固支梁可动栅均悬浮时，栅极不与栅氧化层接触，MOSFET截止，能减小栅极漏电流，降低功耗。两个固支梁可动栅均下拉与栅氧化层接触时，MOSFET导通，参考信号和反馈信号经MOSFET相乘，通过外接低通滤波器、压控振荡器以及乘法器的循环反馈得到参考频率的分频信号。下拉单个固支梁可动栅，可实现对单个信号的放大，使电路具有多功能。本发明降低功耗，体积更小，实现多功能。
【IPC分类】H03K23/00
【公开号】CN104935328
【申请号】CN201510379719
【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