基于砷化镓基低漏电流四悬臂梁开关的rs触发器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了基于GaAs (砷化镓）基低漏电流四悬臂梁开关HEMT (高电子迀移率 晶体管）的RS触发器，属于MEMS (微电子机械系统）的技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前集成电路已经进入了超深亚微米时代，随着器件尺寸的不断减小，集成度的 不断提高，功耗问题变得日益突出，严重制约了集成电路小型化的发展，集成电路的低功耗 设计已经成为一个重要的课题。触发器是构成数字集成电路系统的基本构件，被广泛的应 用于计算机、通信和许多其他的系统中，其中RS触发器是构成其它各种功能触发器的基本 组成部分。
[0003] 同硅材料相比，GaAs材料具备载流子迀移率高、衬底半绝缘以及禁带较宽等特征， 因此用它制成的器件具有频率高、速度快、抗辐射能力强等优点。GaAs基HEMT以二维电 子气为导电通道，电子迀移率相比普通GaAs器件更高，适用于低功耗数字集成电路领域。 近年来，随着MEMS技术的快速发展，对梁结构有了比较深入的研究和认识，使本发明基于 GaAs基低漏电流四悬臂梁开关HEMT的RS触发器成为了可能。
【发明内容】
[0004] 技术问题：本发明的目的是提供一种基于GaAs基低漏电流四悬臂梁开关HEMT的 RS触发器，四个悬臂梁在HEMT栅极的上方，相当于开关，作为信号的输入端，两HEMT与个悬 臂梁构成两个或非门，通过共源极方式组合成RS触发器，电路结构得到简化，使用的晶体 管数量减少，提高芯片面积利用率的同时也减低了电路功耗。
[0005] 技术方案：本发明的基于砷化镓基低漏电流四悬臂梁开关的RS触发器以半绝缘 GaAs衬底基底，在半绝缘GaAs衬底上含有本征GaAs层、本征AlGaAs层、N+AlGaAs层、源 区、漏区、栅极金属层连，作为信号的输入端，悬臂梁的另一端悬浮在栅极金属层和下拉电 极上，氮化硅介质层覆盖在下拉电极上，下拉电极接地；每两个悬臂梁开关HEMT串联构成 一个或非门，四个悬臂梁开关HEMT构成两个或非门，第一个或非门的输入引线接第二个或 非门的输出端Q，第二个或非门的输入引线接第一个或非门的输出端输出端Q和！分别 通过一个电阻接电源Vdd，悬臂梁的下拉电压设置为HEMT的阈值电压；本征GaAs层和本征 AlGaAs层间的异质结形成的二维电子气通道，悬臂梁处于悬浮状态时被肖特基接触的耗尽 区阻断，在施加偏置电压使悬臂梁下拉时，肖特基接触的耗尽区变窄，二维电子气通道处于 导通状态。
[0006] GaAs基低漏电流四悬臂梁开关HEMT由两个GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT 采用共源极接法构成，其中每一个HEMT的漏极连接到另一个HEMT的输入引线上，而HEMT 未与漏极相连的另外两个输入引线分别作为RS触发器的R端口和S端口；GaAs基低漏电 流双悬臂梁开关HEMT的两个漏极与上拉电阻相连，源极接地，组成RS触发器的或非门，当 两个悬臂梁的输入引线都输入低电平时，悬臂梁处于悬浮态，漏极输出为高电平，当至少一 个悬臂梁的输入引线上输入高电平时，输入高电平的悬臂梁被下拉，漏极输出为低电平；当 悬臂梁的输入为低电平而处于悬浮态时，由于没有栅极漏电流，使得电路中的功耗被有效 地降低。
[0007] 两个GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT采用共源极接法组成四悬臂梁开关 HEMT，实现触发器逻辑功能，有效提高了芯片面积的利用率；其中每一个HEMT的漏极连接 到另一个HEMT的输入引线上，而HEMT未与漏极相连的另外两个输入引线分别作为RS触发 器的R端口和S端口。当悬臂梁的输入为低电平而处于悬浮态时，由于没有栅极漏电流，使 得电路中的功耗被有效地降低。
[0008] 有益效果：本发明相对于现有的RS触发器具有以下优点：
[0009] 1.本发明采用HEMT，具有截止频率高、工作速度快、短沟道效应小和噪声性能好 的优点；
[0010] 2.本发明通过四悬臂梁开关HEMT实现两个或非门，结构简单，减少了晶体管的数 量，降低了成本；
[0011] 3.本发明通过两个HEMT的共源极设计，优化了电路设计，提高了芯片面积的利用 率。
[0012] 4.本发明由于采用悬臂梁结构，使RS触发器在悬臂梁处于悬浮态时漏电流减小， 从而有效地降低了功耗；
[0013] 5.本发明通过采用悬臂梁结构，HMET的导通和关断差异明显，有效地减少了 RS触 发器的逻辑错误。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明基于GaAs基低漏电流四悬臂梁开关HEMT的RS触发器俯视图，
[0015] 图2为本发明GaAs基低漏电流四悬臂梁开关HEMT的P-P '向的剖面图，
[0016] 图3为本发明GaAs基低漏电流四悬臂梁开关HEMT的A-A'向的剖面图，
[0017] 图4为GaAs基低漏电流四悬臂梁开关HEMT在悬臂梁下拉时的沟道示意图。
[0018] 图中包括：半绝缘GaAs衬底1，本征GaAs层2,本征AlGaAs层3, N+AlGaAs层4,栅 极金属层5,下拉电极6,氮化硅介质层7,锚区8,输入引线9,下拉电极引线10,压焊块11， 悬臂梁12,源区13,漏区14,有源区引线孔15,有源区引线16,上拉电阻17。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步说明。
[0020] 参见图1-4,本发明提出了一种基于GaAs基低漏电流四悬臂梁开关HEMT的RS触 发器。触发器主要包括：直流偏置源、上拉电阻17、GaAs基低漏电流四悬臂梁开关HEMT。
[0021] GaAs基低漏电流四悬臂梁开关HEMT，用于实现RS触发器功能。选择半绝缘的GaAs 作为衬底1，在衬底1上含有本征GaAs层2、本征AlGaAs层3、N+AlGaAs层4、源区13、漏区 14、栅极金属层5和四个悬臂梁12。悬臂梁12分别横跨在两个锚区8上方，作用相当于开 关，锚区与输入引线相连9相连，悬臂梁12的下方各有一个下拉电极6,下拉电极6接地，下 拉电极6上覆盖一层氮化娃介质层7。本征GaAs层2和本征AlGaAs层3之间的异质结形成 二维电子气通道，HEMT为增强型，悬臂梁12处于悬浮态时由于栅极金属层5与N +AlGaAs层 4形成肖特基接触，其耗尽区会阻断二维电子气通道；设置悬臂梁12的下拉电压等于HEMT 的阈值电压，当悬臂梁12处于下拉状态时，对应的肖特基接触耗尽区变窄，二维电子气处 于导通状态。
[0022] GaAs基低漏电流四悬臂梁开关HEMT由两个GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT 构成。GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的漏极14与上拉电阻17相连，源极13接地， 组成了或非门电路。当两个悬臂梁12的输入引线都输入低电平时，悬臂梁12处于悬浮态， 由于二维电子气沟道被耗尽层阻断，漏极14输出为高电平。当至少一个悬臂梁12的输入 引线9上输入高电平时，输入高电平的悬臂梁12被下拉，HMET的二维电子气沟道处于导通 态，漏极14输出为低电平。两个GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT采用共源极接法组成 四悬臂梁开关HEMT，其中每一个GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的漏极14连接到另 一个GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的输入引线9上，通过交叉连接实现RS触发器功 能。而GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT未与漏极14相连的另外两个输入引线9分别 作为RS触发器的R端口和S端口。左边的为RS触发器的S端口，右边的为RS触发器的R 端口，对应左边的漏极14为RS触发器输出端口 Q，右边的漏极14为RS触发器输出端口§0 当R端输入为高电平时，S