砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅分频器的制造方法

文档序号:9276359
砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅分频器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了 GaAs (砷化镓)基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT (高电子迀移率 晶体管)分频器,属于微电子机械系统的技术领域。
【背景技术】
[0002] 分频器是将一参考信号的频率经过功能电路的作用,产生所需的参考信号频率 1/N的频率信号。目前,频率乘法器广泛应用于通信、信号处理等领域。利用锁相环和乘法 器可构成分频器。与传统电路中的MOSFET结构相比,高电子迀移率晶体管HEMT有更高的 电子迀移率,速度更快,效率更高也能够降低功耗等。当前,MEMS技术也推动电路向结构简 单,体积变小的方向发展。
[0003] 本发明正式要结合HEMT与MEMS技术,提出一种GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双 栅HEMT分频器。

【发明内容】

[0004] 技术问题:本发明的目的是提供一种GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分 频器。两个悬臂梁开关下方各自对应一个栅极,悬臂梁开关通过直流偏置的作用,在电路中 控制HEMT的导通以及信号的传输。
[0005] 技术方案:本发明的一种砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅分频器的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,悬臂梁开关,下拉极板,绝缘层,通孔,引线;在GaAs衬底上设有本征GaAs 层,在本征GaAs层上设有本征AlGaAs层,在本征AlGaAs层上设有N+AlGaAs层,源极、漏极 分别位于栅极的两侧,源极接地,位于N+AlGaAs层上的两个栅极并列设置,与两个悬臂梁 开关一一对应,悬臂梁开关的一端固定在锚区上,另一端悬浮在栅极之上,下拉极板设置在 悬臂梁开关末端下方,下拉极板接地,绝缘层覆盖在下拉极板上,直流偏置通过高频扼流圈 和锚区作用在悬臂梁开关上,悬臂梁开关的下拉电压设计为HEMT的阈值电压;
[0006] HEMT的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乘法器,乘法器 输出信号作为反馈信号通过锚区加载到一个悬臂梁开关上,构成反馈回路,参考信号通过 锚区加载到另一个悬臂梁开关上,HEMT的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] 所述的悬臂梁开关的闭合或断开通过直流偏置控制,当两个悬臂梁开关均在达到 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,选择第二端口输入低通滤波器,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传输至乘法器,乘法器输出作为反馈信号加载到悬臂梁开关 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1/N倍:f Mf/N,实现参考信号的分频;
[0008] 当直流偏置小于下拉电压,两个悬臂梁开关均不与栅极接触,开关断开时,栅电压 为〇,无法形成沟道,HEMT截止,能够有效的减小栅极漏电流,降低功耗;
[0009] 当只有一个悬臂梁开关闭合,另一个悬臂梁开关处于断开状态时,闭合的悬臂梁 开关下方形成二维电子气沟道,断开的悬臂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,只有闭合的悬臂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悬臂梁开关闭合时,参考信号 通过HEMT放大,第二端口输出参考信号频率f Mf的放大信号,当只有加载反馈信号的悬臂 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。经乘法器 后乘以N的结果:NXf。,第二端口输出频率为NXf。的放大信号,断开的悬臂梁开关有利于 减小栅极漏电流,降低功耗。
[0010] 有益效果:本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器具有以下显 著的优点:
[0011] 1、悬臂梁在电路中起到开关的作用,下拉电压设计为HEMT的阈值电压,方便控制 HHMT的导通;
[0012] 2、通过对悬臂梁开关的控制,不仅能实现参考信号的分频,还能实现对单个信号 的放大,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基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器的俯视图。
[0015] 图2为图IGaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器的A-A'向剖面图。
[0016] 图3为图IGaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器的B-B'向剖面图。
[0017] 图4为图IGaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT两个悬臂梁开关均闭合时的 沟道示意图。
[0018] 图5为图IGaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT闭合一个悬臂梁开关时的沟 道示意图。
【具体实施方式】
[0019] 本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器。包括GaAs衬底、增强 型HEMT,以及外接的低通滤波器、压控振荡器、乘法器、高频扼流圈;其中HEMT生长在GaAs 衬底上,包括本征GaAs层,本征AlGaAs层,N+AlGaAs层;源极,漏极和两个栅极。栅极与 N+AlGAs层形成肖特基接触,本征GaAs层与本征AlGaAs层形成异质结。锚区位于栅极一侧, 悬臂梁开关通过锚区横跨于栅极之上。悬臂梁末端下方设置有下拉极板,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悬臂梁开关上。直流偏置通过高频 扼流圈和锚区作用在悬臂梁开关上,高频扼流圈保证直流偏置与交流信号隔开。
[0021] 悬臂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 悬臂梁开关均悬浮断开,不与栅极接触时,栅电压为〇, HEMT无法导通。
[0022] 当直流偏置达到或大于下拉电压,两个悬臂梁开关均在直流偏置作用下下拉闭 合,与栅极接触时,栅电压即为直流偏置,肖特基势皇宽度在栅电压作用下变窄,异质结表 面形成二维电子气沟道,HEMT导通,参考信号和反馈信号通过HEMT相乘。漏极输出信号包 含了两信号之间的相位差信息,经过低通滤波器后,高频分量被滤除,并向压控振荡器输送 一个直流电压,使进一步的输出频率发生改变。压控振荡器输出信号经过乘法器之后,在频 率上对应发生N倍的改变,并作为反馈信号,重新输入HEMT,经过锁相环环路的作用,反馈 信号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1/N, 实现参考信号的分频。
[0023] 当只有一个悬臂梁开关闭合与栅极接触时,此悬臂梁开关下方形成二维电子气沟 道,另一个断开的悬臂梁开关下方为高阻区,沟道与高阻区串联的结构有利于提高HEMT的 反向击穿电压。只有下拉悬臂梁上的选通信号可以通过HEMT放大输出,从而通过对一个悬 臂梁开关的单独控制,实现对单个信号的放大,电路具有多功能。
[0024] 下面结合附图对本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器做进一 步解释。
[0025] 如图1所示,本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器包括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,乘法器、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8,两个悬臂梁开关9,下拉极板10,绝缘层11,通孔12,引线13。其中,源极5 接地,锚区8设置在栅极7 -侧,下拉极板10设置栅极7另一侧并且接地,悬臂梁开关9通 过锚区8横跨在栅极7上方。在HEMT结构中,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,肖特基接 触势皇耗尽了异质结界面的二维电子气,没有导通沟道。
[0027] HEMT漏极6输出信号的有两种不同的工作方式,一种是选择第一端口 14连接低通 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接入乘法器, 乘法器的输出作为反馈信号通过锚区8加载到一个悬臂梁开关9上,与HEMT构成反馈回 路,参考信号通过锚区8加载到另一个悬臂梁开关9上。直流偏置通过高频扼流圈和锚区 8作用在悬臂梁开关9上。
[0028] 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。
[0029] 悬臂梁开关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,悬 臂梁开关9处于悬浮断开状态,不与栅极7接触时,栅电压为0,没有二维电子气沟道,HEMT 截止。
[0030] 当直流偏置达到或大于下拉电压,两个悬臂梁开关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。漏极6输出信号包含了参考信号和反馈信号之 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,控制电压可以表示为:
[0032] 其中K
再多了解一些
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