硅基低漏电流双悬臂梁可动栅锁相环电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET(金属氧化物半导体场效应 晶体管）锁相环电路，属于微电子机械系统的技术领域。
【背景技术】
[0002] 锁相环是一种锁定相位的环路。它采用反馈控制原理，利用外部输入的参考信号 控制环路内部振荡信号的频率和相位，实现输出信号频率对参考信号频率的自动跟踪，直 到两者频率一致，相位差恒定。锁相环电路是无线电发射中使频率较为稳定的一种方法，一 般用于闭环跟踪电路。锁相环电路中MOSFET的出现，无可避免地会引入截止状态的栅极漏 电流，从而增大功耗。随着微电子技术的发展，现代通信、雷达系统要求锁相环电路具有简 单的结构，小的体积以及小的功耗，这些因素都限制了锁相环电路的发展。
[0003] 微机械系统具有体积小、功耗低、成本低等优点，悬臂梁可动栅结构的发展也日益 成熟。本发明的目的正是要提出一种硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET锁相环电路的 实现方法。
【发明内容】
[0004] 技术问题：本发明的目的是提供一种硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET锁相 环电路，采用悬臂梁作为MOSFET的栅极，减小锁相环电路中MOSFET截止状态的栅极漏电 流，降低功耗，使电路结构简单化，体积小型化。同时也通过对悬臂梁可动栅极的控制实现 相位的锁定以及其他功能。
[0005] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种硅基低漏电流双悬臂梁可动栅锁 相环电路MOSFET为N型增强型M0SFET，生长在硅衬底上，MOSFET包括源极，漏极，栅氧化 层，锚区，悬臂梁可动栅，下拉极板，绝缘层，通孔，引线，源极接地；
[0006] MOSFET采用两个悬浮的悬臂梁可动栅作为栅极，锚区设置在栅氧化层两侧，悬臂 梁可动栅的一端固定在锚区上，另一端横跨悬浮在栅氧化层上，设置在硅衬底上的下拉极 板位于悬臂梁可动栅末端下方，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悬臂梁可动栅上，悬臂梁可动栅的下拉电压设置为MOSFET的阈 值电压；引线通过通孔分别接源极，漏极；，
[0007] MOSFET漏极输出有两种不同的工作方式，一种是选择第一端口接入低通滤波器， 低通滤波器输出接入压控振荡器，压控振荡器输出选择第三端口作为反馈信号通过锚区加 载到一个悬臂梁可动栅上，与MOSFET形成反馈回路，参考信号通过锚区加载到另一个悬臂 梁可动栅上，MOSFET漏极输出的另一种工作方式是选择第二端口直接输出放大信号。
[0008] 该锁相环电路中，当直流偏置小于下拉电压，两个悬臂梁可动栅均悬浮在栅氧化 层之上时，MOSFET截止，栅电容较小，能够有效的减小栅极漏电流，降低功耗；
[0009] 当直流偏置达到或大于下拉电压，两个悬臂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，漏极输出包含两信号的相位差信息，选 择第一端口接入低通滤波器，低通滤波器输出与相位差有关的直流电压，作为控制信号接 入压控振荡器，压控振荡器的输出频率被调节，作为反馈信号加载到悬臂梁可动栅上，经过 环路的反馈循环，最终反馈信号和参考信号频率相等，相位差恒定，实现锁定，锁定后的信 号通过压控振荡器第四端口输出；
[0010] 当只有一个悬臂梁可动栅下拉时，被下拉的悬臂梁可动栅下方形成沟道，未被下 拉悬臂梁可动栅下方为高阻区，沟道与高阻区串联的结构起到提高反向击穿电压的作用， 只有被下拉的悬臂梁可动栅上的选通信号可以通过MOSFET放大处理，选择通过第二端口 输出放大信号，当只有加载参考信号的悬臂梁可动栅被下拉时，第二端口输出频率为参考 信号频率fMf的放大信号，当只有加载反馈信号的悬臂梁可动栅被下拉时，反馈信号的频率 为压控振荡器的输出频率f〇,第二端口输出频率为f〇的放大信号。
[0011] 有益效果：与现有的锁相环电路相比，这种新型的硅基低漏电流双悬臂梁可动栅 MOSFET锁相环电路采用两个悬臂梁作为栅极，在MOSFET截止状态实现栅极与栅氧化层的 脱离，能够减小电路漏电流，降低功耗；另外，悬臂梁可动栅结构使电路方便可控，不仅可以 通过下拉两个悬臂梁可动栅在外接电路的循环反馈下实现相位锁定，而且可以通过下拉单 个悬臂梁可动栅对选通信号的单独放大；悬臂梁可动栅技术的采用，也使得结构简单化，体 积小型化。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET锁相环电路的俯视图。
[0013] 图2为图1硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET锁相环电路的A-A'向剖面图。
[0014] 图3为图1硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET锁相环电路的B-B'向剖面图。
[0015] 图4为图1硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET两个悬臂梁可动栅均下拉的沟 道示意图
[0016] 图5为图1硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET单个悬臂梁可动栅下拉的沟道 示意图。
[0017] 图中有：硅衬底1，源极2,漏极3,栅氧化层4,锚区5,悬臂梁可动栅6,下拉极板7， 绝缘层8,通孔9,引线10,第一端口 11，第二端口 12,第三端口 13,第四端口 14。
【具体实施方式】
[0018] 本发明提供了一种硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET锁相环电路。包括硅衬 底、N型增强型M0SFET，以及外接的低通滤波器、压控振荡器、高频扼流圈；MOSFET生长在硅 衬底上，包括源极、漏极、栅氧化层、两个悬臂梁可动栅、锚区、下拉极板、绝缘层。MOSFET的 栅极是横跨悬浮在栅氧化层之上的两个悬臂梁。锚区设置在栅氧化层一侧，悬臂梁可动栅 通过锚区横跨栅氧化层之上；下拉极板设置在悬臂梁可动栅的末端下方；绝缘层覆盖在下 拉极板之上。
[0019] 锁相环电路中的参考信号和反馈信号分别通过锚区加载到两个悬臂梁可动栅上。 直流偏置通过高频扼流圈和锚区作用在悬臂梁可动栅上，下拉极板接地。
[0020] 悬臂梁的下拉电压设计为MOSFET的阈值电压。若直流偏置小于下拉电压，两个悬 臂梁可动栅均悬浮在栅氧化层之上时，MOSFET无法导通，由于栅极与栅氧化层脱离接触，栅 电容较小，能够有效的减小漏电流，降低功耗。
[0021] 当直流偏置达到或大于下拉电压，两个悬臂梁可动栅均通过直流偏置实现下拉与 栅氧化层接触时，MOSFET导通，参考信号和反馈信号经MOSFET相乘，漏极输出包含了两信 号之间的相位差信息。在低通滤波器和压控振荡器的循环反馈作用下，完成锁定。
[0022] 当只有一个悬臂梁可动栅下拉与栅氧化层接触时，此悬臂梁可动栅下方形成沟 道，另一个不被下拉的悬臂梁可动栅下方为高阻区，能够增大MOSFET的反向击穿电压。此 时，只有下拉悬臂梁可动栅上的选通信号可以传输到MOSFET上，通过MOSFET放大输出。从 而通过对一个悬臂梁可动栅的单独下拉，实现对单个信号的放大，扩大了电路的应用范围。
[0023] 本发明的硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET锁相环电路包括硅衬底1，设置在 硅衬底上的N型增强型M0SFET，外接的低通滤波器，压控振荡器，高频扼流圈。
[0024]MOSFET包括源极2,漏极3,栅氧化层4,锚区5,悬臂梁可动栅6,下拉极板7,绝缘 层8,通孔9,引线10。其中，源极2接地，MOSFET的栅极是横跨并悬浮在栅氧化层之上的两 个悬臂梁可动栅6,源极2和漏极3相对设置，栅氧化层4连接在源漏之间，锚区5设置在栅 氧化层4的一侧，悬臂梁可动栅6通过锚区5横跨栅氧化层4之上，下拉极板7设置在悬臂 梁可动栅6末端下方，绝缘层8覆盖在下拉极板7之上。
[0025] 漏极3输出有两种连接方式，一种经第一端口 11接入低通滤波器，低通滤波器输 出接入压控振荡器，压控振荡器输出作为反馈信号通过锚区5接入一个悬臂梁可动栅6,参 考信号通过锚区5加载到另一个悬臂梁可动栅6上。漏极3输出的另一种连接方式是选择 第二端口 12直接输出放大信号。
[0026] 直流偏置通过高频扼流圈和锚区5作用在悬臂梁可动栅6上，下拉极板7接地。悬 臂梁可动栅6的下拉电压设计为MOSFET的阈值电压。
[0027] 当直流偏置小于下拉电压，两个悬臂梁可动栅6均处于悬浮状态不与栅氧化层4 接触时，MOSFET截止。由于悬臂梁可动栅6与栅氧化层4脱离接触，栅电容较小，能够有效 的减小漏电流的产生，降低电路功耗。
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