氮化镓基低漏电流悬臂梁开关差分放大器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了氮化镓基低漏电流悬臂梁开关MESFET (金属-半导体场效应晶体 管）差分放大器，属于微电子机械系统的技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的高速发展，传统的硅基器件已经无法满足高频、高效和耐高 温的要求，因此各种新型的器件和半导体材料不断被提出。氮化镓材料制造的晶体管具有 很高的电子迀移率，很强的抗辐射能力，很大的工作温度范围。氮化镓场效应晶体管可以在 高频、超高频放大器电路中使用。如今晶体管的尺寸已经发展至纳米级别，相应的集成电路 单位面积的集成度仍然在不断地提升，芯片的功能也日趋复杂，呈现出了数模混合的状态， 同时芯片的处理速度越来越高；随之而来的就是集成电路的功耗问题，而过高的功耗会使 得芯片过热，晶体管的工作特性会受到温度的影响而发生改变，所以过热的芯片温度不仅 会使芯片寿命降低，而且会影响芯片的稳定性。由于电池技术的发展遭遇了前所未有的技 术瓶颈，所以找到一种低功耗的解决方案就显得十分重要。
[0003] 差分放大器作为模拟集成电路的重要组成部分，它能够在对差模信号进行放大的 同时抑制共模信号，从而有效抑制温度等外界因素变化对电路的影响。传统MESFET在工作 态时栅极与衬底之间具有较大的栅极漏电流，MEMS技术的发展使得制造具有可动悬臂梁开 关的新型MESFET的设想成为现实，利用具有悬臂梁开关的MESFET设计放大器可有效地减 小差分放大器中的晶体管的栅极漏电流，降低差分放大器的功耗。
【发明内容】
[0004] 技术问题：本发明的目的是提供一种氮化镓基低漏电流悬臂梁开关MESFET差分 放大器，将差分放大器中采用的传统MESFET差分对换为具有悬臂梁开关结构的MESFET差 分对，在该差分放大器处于工作状态时，可以有效地减小晶体管的栅极漏电流从而降低差 分放大器的功耗。
[0005] 技术方案：本发明的一种氮化镓基低漏电流悬臂梁开关差分放大器由两个具有 悬臂梁开关的第一悬臂梁开关N型MESFET、第二悬臂梁开关N型MESFET和一个恒流源组 成，该两个N型MESFET的源极接在一起，并与恒流源相接，恒流源的另一端接地，两个N型 MESFET的漏极分别与电阻相接，电阻作为负载使用，两个电阻共同与电源电压相接，交流信 号在差分对的两个N型MESFET的悬臂梁开关之间输入，被放大后的交流信号在这两个N型 MESFET的漏极与负载电阻之间输出；引线由金属构成，N型MESFET的悬臂梁开关依靠锚区 的支撑悬浮在栅极之上，该悬臂梁开关由钛/金/钛组成，输入的交流信号接在悬臂梁开关 上，MESFET由栅极、源极和漏极构成，其中源极和漏极由金属和重掺杂N区形成欧姆接触构 成，栅极由金属和沟道区形成肖特基接触构成，锚区制作在P型氮化镓衬底上，N型有源区 构成源极和漏极，在悬臂梁开关与P型氮化镓衬底之间存在下拉电极，下拉电极由氮化硅 覆盖，下拉电极接地，电路制作在P型氮化镓衬底上。
[0006] 本发明中的混频器所使用的N型悬臂梁开关MESFET的悬臂梁开关5是悬浮在其 栅极之上的，N型MESFET的栅极与衬底之间形成了肖特基接触，在栅极下方的衬底中形成 耗尽层，该N型MESFET的悬臂梁开关的下拉电压设计为得与ESFET的阈值电压相等，当加 载在悬臂梁开关5与下拉电极之间的电压大于MESFET的阈值电压时，悬臂梁开关下拉与栅 极6紧贴，N型MESFET的耗尽区厚度减小并导通，在此基础上实现交流信号的放大；当悬臂 梁开关5与下拉电极之间所加电压小于MESFET的阈值电压时，悬臂梁开关5就不能下拉， 其栅极上就不存在电压，所以该N型MESFET就不能导通，那么栅极漏电流就不会存在，这样 就减小了差分放大器的功耗。该差分放大器处于工作态时，组成差分对的两个N型MESFET 的下拉电极与都通过高频扼流圈接地，以防止交流信号通过地流失，将交流信号u in通过 锚区加载到两个N型MESFET的悬臂梁开关之间，这个交流信号足够大，当它处于正半周期 时差分对中的N型MESFET的悬臂梁开关下拉与MESFET的栅极贴紧，并使MESFET导通，N型 MESFET处于关断状态，当这个交流信号υ in处于负半周期时情况则相反，这样就使差分放 大器中的两个N型MESFET随着交流信号的变化处于一通一断交替变化的状态，MESFET的关 断态意味着其悬臂梁开关5处于悬浮状态，也就是说此时MESFET的栅极上并不存在电压， 那么也就没有栅极漏电流，所以当在电路中输入交流信号uin以后，该差分放大器能够实 现信号的放大并输出U out。
[0007] 本发明中的混频器所使用的N型悬臂梁开关MESFET的悬臂梁开关是悬浮在其栅 极之上的，N型MESFET的栅极与衬底之间形成了肖特基接触，在栅极下方的衬底中形成耗 尽层，该N型MESFET的悬臂梁开关的下拉电压设计得与MESFET的阈值电压相等，当加载在 悬臂梁开关与下拉电极之间的电压大于MESFET的阈值电压时，悬臂梁开关下拉与栅极紧 贝占，N型MESFET的耗尽区厚度减小并导通，在此基础上实现交流信号的放大；当悬臂梁开关 与下拉电极之间所加电压小于MESFET的阈值电压时，悬臂梁开关就不能下拉，其栅极上就 不存在电压，所以该N型MESFET就不能导通，那么栅极漏电流就不会存在，这样就减小了差 分放大器的功耗。
[0008] 有益效果：本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁开关MESFET差分放大器中的悬臂 梁开关MESFET的悬臂梁开关下拉与N型MESFET栅极相接触时，栅极上才会有电压存在，当 悬臂梁开关处于悬浮状态时，并不能有效的导通，因此悬臂梁开关MESFET可有效减小栅极 漏电流，降低电路的功耗；并且氮化镓基的MESFET具有高电子迀移率，能够满足射频信号 下电路正常工作的需要。
【附图说明】
[0009] 图1为氮化镓基低漏电流悬臂梁开关MESFET差分放大器的俯视图，
[0010] 图2为氮化镓基低漏电流悬臂梁开关MESFET差分放大器的A-A'向的剖面图，
[0011] 图3为氮化镓基低漏电流悬臂梁开关MESFET差分放大器的B-B'向的剖面图，
[0012] 图4为氮化镓基低漏电流悬臂梁开关MESFET差分放大器的原理图，图中包括：第 一悬臂梁开关N型MESFET 1、第二悬臂梁开关N型MESFET 2,恒流源3,引线4,悬臂梁开关 5,栅极6,锚区7, N阱8, N型有源区9,下拉电极10, P型氮化镓衬底11。
【具体实施方式】
[0013] 本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁开关MESFET差分放大器，主要由两个具有悬 臂梁开关的第一悬臂梁开关N型MESFET 1、第二悬臂梁开关N型MESFET 2和一个恒流源 3组成，两个N型MESFET的源极接在一起，并与恒流源3相接，恒流源3的另一端接地，第 一悬臂梁开关N型MESFET 1、第二悬臂梁开关N型MESFET 2的漏极分别于电阻相接，电阻 作为负载使用，两个负载电阻共同与电源电压相接，交流信号在两个N型MESFET 1、2的悬 臂梁开关之间输入，在第一悬臂梁开关N型MESFET 1、第二悬臂梁开关N型MESFET 2的漏 极与负载电阻之间输出；引线4由金属构成，MEMS悬臂梁开关5依靠锚区7的支撑悬浮在 MESFET的栅极6之上，该悬臂梁开关5由钛/金/钛组成，输入的交流信号接在悬臂梁开 关5上，MESFET由栅极6、源极和漏极构成，其中源极和漏极由金属和重掺杂N区形成欧姆 接触构成，栅极由金属和沟道区形成肖特基接触构成，锚区7制作衬底11上，N型有源区9 构成源极和漏极，在悬臂梁开关5与衬底11之间存在下拉电极10,下拉电极由氮化硅材料 覆盖，下拉电极接地，电路制作在P型氮化镓衬底11上。
[0014] 该差分放大器处于工作态时，第一悬臂梁开关N型MESFET 1、第二悬臂梁开关N型 MESFET 2的下拉电极10都通过高