硅基低漏电流悬臂梁栅mos管乙类推挽功率放大器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明提出了硅基低漏电流悬臂梁栅MOS管乙类推挽功率放大器，属于微电子机械系统的技术领域。
【背景技术】
[0002]随着电子技术的发展，人们在某些电子系统中需要输出较大的功率，例如在家用音响系统往往需要把声频信号的功率提高到几瓦到几十瓦。在一般的多级放大电路中，除了有电压放大电路，也需要一个向负载提供功率的放大电路。功率放大电路分为甲类，乙类等。甲类放大电路中，电源持续不断的给负载输送功率，信号越大，输送给负载的功率越多，即使在理想状态下，甲类功放的效率最高也只能达到50%，其中静态电流是造成甲类功放效率不高的主要因素。而乙类功率放大器把静态工作点向下移动，使信号等于零时电源输出功率也等于零，这样电源供给功率以及管耗都随着输出功率的大小而变，提高了效率。随着集成电路的发展，芯片的规模变得很大，人们对于芯片的功耗越来越重视。太高的功耗会对芯片的散热材料提出更高的要求，还会使芯片的性能受到影响。所以对于功率放大器的低功耗的设计在集成电路的设计中显得越来越重要。
[0003]本发明即是基于Si工艺设计了一种具有极低的栅极漏电流的悬臂梁栅MOS管乙类推挽功率放大器，采用可动栅极的结构，可以有效的减少栅极漏电流从而降低该乙类推挽功率放大器的功耗。
【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悬臂梁栅MOS管乙类推挽功率放大器，传统的乙类推挽功率放大器在输入交流信号时，N型MOS管和P型MOS管轮流导通成推挽式电路，传统MOS管由于栅极氧化层很薄，栅极和衬底之间场强很大，会有一定的栅极漏电流。在集成电路中，由于存在这样的漏电流会增加乙类推挽功率放大器的工作功耗。在本发明中可以使栅极漏电流得到有效的降低，同时该乙类功率放大器输出端LC回路并联了具有负阻特性的交叉耦合的悬臂梁栅MOS对管，能够补偿LC回路中电感的寄生电阻，从而提高本发明的乙类推挽功率放大器输出端LC回路的品质因素。
[0005]技术方案:本发明的一种硅基低漏电流悬臂梁栅MOS管乙类推挽功率放大器由第一悬臂梁栅NMOS管、第二悬臂梁栅NMOS管、第三悬臂梁栅NMOS管、悬臂梁栅PMOS管、恒流源和LC回路构成，该功率放大器中的悬臂梁栅MOS管是制作在P型Si衬底上，其输入引线都是利用多晶硅制作，悬臂梁栅MOS管的栅极是依靠锚区的支撑悬浮在栅氧化层上方的，形成悬臂梁栅，悬臂梁栅由Al制作，悬臂梁栅的锚区制作在栅氧化层上，悬臂梁栅下方设计有下拉电极板，第一悬臂梁栅NMOS管的下拉电极板通过高频扼流圈与电源-V2相连，第二悬臂梁栅PMOS管的下拉电极板通过高频扼流圈与电源+V2相连，第二悬臂梁栅NMOS管和第三悬臂梁栅NMOS管的下拉电极板接地，第一悬臂梁栅NMOS管的漏极通过高频扼流圈接+VI，悬臂梁栅PMOS管的漏极通过高频扼流圈接-VI，第一悬臂梁栅NMOS管和悬臂梁栅PMOS管的悬臂梁栅通过引线连在一起作为该乙类推挽式功率放大器的输入端vi，第一悬臂梁栅NMOS管的源极与悬臂梁栅PMOS管的源极连在一起作为输出端vo，输出端通过一个隔直流电容与LC回路，交叉耦合的第二悬臂梁栅MOS管和第三悬臂梁栅MOS管相连，LC回路一端与第三悬臂梁栅NMOS管的漏极相连，第三悬臂梁栅NMOS管的漏极通过引线和锚区与第二悬臂梁栅NMOS管的悬臂梁栅连在一起并通过高频扼流圈与+V3相连，LC回路的另一端与第二悬臂梁栅NMOS管的漏极相连，第二悬臂梁栅NMOS管的漏极通过引线和锚区和第三悬臂梁栅NMOS管的悬臂梁栅连载一起并通过高频扼流圈与+V3相连，第二悬臂梁栅NMOS管的源极和第三悬臂梁栅NMOS管的源极连在一起并与恒流源相连，恒流源的另一端接地，第二悬臂梁栅MOS管和第三悬臂梁栅MOS管与悬臂梁栅NMOS管这三个悬臂梁栅NMOS管区别仅在于它们的悬臂梁栅的形状不同，第一悬臂梁栅NMOS管的悬臂梁栅为宽梁，第二悬臂梁栅MOS管和第三悬臂梁栅MOS管的悬臂梁栅为窄梁。
[0006]根据权利要求1所述的硅基低漏电流悬臂梁栅MOS管高品质因素乙类推挽功率放大器，其特征在于所用的悬臂梁栅MOS的栅极并不是直接紧贴在氧化层上方，而是依靠锚区的支撑悬浮在氧化层上，形成悬臂梁结构，设计第一悬臂梁栅NMOS管和悬臂梁栅PMOS管的阈值电压VT的绝对值相等并且I VT I〈 I VA I，同时设计第一悬臂梁栅NMOS管和悬臂梁栅PMOS管2的悬臂梁下拉电压的绝对值为Vpullin，| VA-V2 | <Vpullin< | VA+V2 |，VA是输入信号vi的幅值，设计悬臂梁栅NMOS管I的悬臂梁栅6为宽梁，第二悬臂梁栅MOS管和第三悬臂梁栅MOS管的悬臂梁栅6为窄梁，该乙类推挽功率放大器工作时，将交流信号通过锚区加载到第一悬臂梁栅MOS管I和悬臂梁栅PMOS管2的悬臂梁开关之间，当输入信号处于正半周期时，第一悬臂梁栅MOS管I的悬臂梁与其下拉电极板之间电压为I VA+V2 I，大于悬臂梁下拉电压为Vpullin，所以第一悬臂梁栅MOS管I的悬臂梁下拉与第一悬臂梁栅MOS管的栅氧化层贴紧，此时加载在栅极上的电压VA大于阈值电压VT，第一悬臂梁栅MOS管导通，而悬臂梁栅PMOS管2的悬臂梁与其下拉电极板之间电压为I VA-V2 |，小于悬臂梁下拉电压为Vpullin，所以悬臂梁栅PMOS管2的悬臂梁是悬浮在栅氧化层上方，栅极氧化层中的场强比较小，因此悬臂梁栅PMOS管2关断，当输入信号处于负半周期时情况则相反，这样就使该乙类推挽功率放大器中的第一悬臂梁栅MOS管和悬臂梁栅PMOS管2随着输入信号的变化处于交替导通与关断，第一悬臂梁栅MOS管I和悬臂梁栅PMOS管2的关断意味着其悬臂梁栅MOS管的悬臂梁是悬浮在栅氧化层上方，栅极氧化层中的场强比较小，大大降低了栅极漏电流，从而降低了电路的功耗，该乙类功率放大器输出端接LC回路和交叉耦合的悬臂梁栅MOS对管，交叉耦合的悬臂梁栅MOS对管由第二悬臂梁栅MOS管和第三悬臂梁栅MOS管组成，设计第二悬臂梁栅MOS管和第三悬臂梁栅MOS管的阈值电压VT相等，同时设计第二悬臂梁栅MOS管和第三悬臂梁栅MOS管的阈值电压VT与它的悬臂梁下拉电压Vpullin相等，当第二悬臂梁栅MOS管和第三悬臂梁栅MOS管的悬臂梁与下拉电极板间的电压大于阈值电压VT的绝对值，所以悬臂梁被下拉到栅氧化层上，所以第二悬臂梁栅MOS管和第三悬臂梁栅MOS管导通，当第二悬臂梁栅MOS管和第三悬臂梁栅MOS管的悬臂梁和下拉电极板之间的电压小于阈值电压VT，悬臂梁是悬浮在栅氧化层上方，处于截止，该交叉耦合的悬臂梁栅MOS管对管在稳定工作时，第二悬臂梁栅MOS管和第三悬臂梁栅MOS管交替导通与关断，当悬臂梁栅MOS管关断，悬臂梁处于悬浮状态，也就没有栅极漏电流，从而降低了电路的功耗，该交叉耦合的第二悬臂梁栅MOS管和第三悬臂梁栅MOS管能够提供负阻给LC回路，从而补偿LC回路中电感的寄生电阻，从而提高该乙类推挽功放输出端LC回路的品质因素。
[0007]有益效果:本发明的硅基低漏电流悬臂梁栅MOS管乙类推挽功率放大器工作时悬臂梁栅NMOS管和悬臂梁栅PMOS管交替导通与关断。悬臂梁栅MOS管关断时悬臂梁栅是悬浮的，栅极氧化层中的场强比较小，因此该悬臂梁栅MOS管乙类推挽功率放大器的栅极漏电流大大减小。该乙类推挽放大器输出端的LC回路并联了具有负阻特性的交叉耦合的悬臂梁栅MOS对管，能够提供负阻给LC回路，从而补偿LC回路中电感的寄生电阻，从而提高本发明的乙类推挽功率放大器输出端LC回路的品质因素，该交叉耦合的悬臂梁栅MOS对管工作时两个悬臂梁栅MOS管也是交替导通与关断，当悬臂梁栅MOS管关断时，悬臂梁栅是悬浮的，栅极氧化层中的场强比较小，栅极漏电流也大大减小。从而使得本发明中的硅基低漏电流悬臂梁栅MOS管乙类推挽功率放大器的功耗得到有效的降低。
【附图说明】
[0008]图1为本发明硅基低漏电流悬臂梁栅MOS管乙类推挽功率放大器的俯视图，
[0009]图2为图1硅基低漏电流悬臂梁栅MOS管乙类推挽功率放大器的P-P’向的剖面图，
[0010]图3为图1硅基低漏电流悬臂梁栅MOS管乙类推挽功率放大器的A-A’向的剖面图，
[0011]图4为图1硅基低漏电流悬臂梁栅MOS管乙类推挽功率放大器的B-B’向的剖面图，
[0012]图5为硅基低漏电流悬臂梁栅MOS管乙类推挽功率放大器原理图和备注表格。
[0013]图中包括:第一悬臂梁栅NMOS管I，悬臂梁栅PMOS管2，P型Si衬底3，输入引线4，栅氧化层5，悬臂梁栅6，锚区7，下拉电极板8，通孔9，引线10，NMOS管有源区漏极11，NMOS管有源区源极12，N阱13，恒流源14，第二悬臂梁栅NMOS管15，第三悬臂梁栅NMOS管16，PMOS管有源区源极17，PMOS管有源区漏极18。
【具体实施方式】
[0014]本发明的硅基低漏电流悬臂梁栅MOS管乙类推挽功率放大器由悬臂梁栅NMOS管1，悬臂梁栅NMOS管15，悬臂梁栅NMOS管16和悬臂梁栅PMOS管2构成，悬臂梁栅MOS管是制作在P型Si衬底3制作，其输入引线4是利用多晶硅制作。本发明中的NMOS和PMOS的栅极是悬浮在栅氧化层5的上方，形成悬臂梁栅6，悬臂梁栅6由Al制作。悬臂梁栅6的两个锚区7制作在栅氧化层5上。锚区材料为多晶硅。悬臂梁下方设有下拉电极板8，下拉电极板8被二氧化硅层包裹，第一悬臂梁栅的NMOS管的下拉电极接电源-V2，悬臂梁栅的PMOS管的下拉电极接电源+V2，悬臂梁栅的NMOS管的漏极接电源+VI，悬臂梁栅的PMOS管的漏极接电源-VI，第一悬臂梁栅的NMOS管的栅极和悬臂梁栅的PMOS管的栅极接在一起作为输入端，第一悬臂梁栅的NMOS管的源极和悬臂梁栅的PMOS的源极接在一起作为输出端。
[0015]该乙类功率放大器输出端接LC回路和交叉耦合的悬臂梁栅MOS对管，交叉耦合的悬臂梁栅MOS对管由第二悬臂梁栅NMOS管15，第三悬臂梁栅NMOS管16组成，第二悬臂梁栅NMOS管15，第三悬臂梁栅NMOS管16都是制作在Si衬底上，其输入引线是利用多晶硅制作，其栅极不是附在氧化层上的多晶硅而是一个悬浮在氧化层的上方的悬臂梁，交流信号加载在悬臂梁上，悬臂梁由Al制作。悬臂梁下方设有下拉电极板，下拉电极由氧化硅材料覆盖，第二悬臂梁栅NMOS管15，第三悬臂梁栅NMOS管16的下拉电极接地，两个悬臂梁栅NMOS管形成交叉耦合结构，LC回路接在两个悬臂梁栅NMOS管的漏极之间。
[0016]设计第一悬臂梁栅NMOS管I和悬臂梁栅PMOS管2的阈值电压VT的绝对值相等并且I VT I〈 I VA I，同时设计第一悬臂梁栅MOS管和悬臂梁栅PMOS管2的悬臂梁下拉电压的绝对值为Vpullin, I VA-V2 | <Vpullin< | VA+V2 |，VA是Vi的幅值。该乙类推挽功率放大器工作时，将交流信号通过锚区加载到第一悬臂梁栅MOS管和悬臂梁栅PMOS管的悬臂梁开关之间，当输入信号处于正半周期时，第一悬臂梁栅MOS管的悬臂梁与其下拉电极板之间电压为I VA+V2 I，大于悬臂梁下拉电压为Vpullin，所以第一