基于硅基低漏电流双固支梁可动栅的频率检测器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了一种基于硅基低漏电流双固支梁可动栅M0SFET(金属氧化物半导 体场效应晶体管）的频率检测器，属于微电子机械系统（MEMS)的技术领域。
【背景技术】
[0002] 频率作为微波信号的三大基本参数之一，其检测在微波通信、雷达监测、导航技术 等领域扮演着非常重要的角色。现有的微波频率检测方法可以分为计数法、光子法、谐振法 和矢量合成法。其中矢量合成法属于无源法，具有频带宽、结构简单、易通过MEMS技术实现 等特点，相对其他方法具有较大优势。
[0003] 随着电路集成度的不断提高，芯片尺寸的不断缩小，功耗问题变得日益显著。过 高的功耗会使芯片的温度过热，不仅会影响电路的性能也会导致电路的可靠性降低，使用 寿命缩短。因此，在微波频率检测器的设计中考虑功耗问题十分有必要。本发明即是基于 SiCOMS(互补金属氧化物半导体）工艺和MEMS表面微机械加工工艺设计了一种非检测状态 漏电流极低的低漏电流双固支梁可动栅M0SFET，在此基础上实现频率检测。
【发明内容】
[0004] 技术问题：本发明的目的在于提供一种基于硅基低漏电流双固支梁可动栅 M0SFET的频率检测器，双固支梁作为M0SFET的可动栅，通过施加直流偏置电压实现对固支 梁状态的控制，通过改变梁的状态和A/4延迟线的设计，电路可以实现频率检测和信号放 大两种功能，节约了芯片的面积，降低了成本；在M0SFET处于非工作状态时，由于固支梁处 于悬浮态，栅极漏电流极小，降低了静态功耗。
[0005] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种基于硅基低漏电流双固支梁可 动栅M0SFET的频率检测器，M0SFET制作在P型硅衬底上，沟道栅氧化层设置在P型硅衬底 上，在沟道栅氧化层的上方设有两个固支梁，材料为Au，作为M0SFET的可动栅，其下拉电压 设置为M0SFET的阈值电压，固支梁横跨在锚区上，锚区与输入引线相连，作为微波信号和 直流偏置信号的输入端，其中，微波信号由微波信号输入端口输入，通过隔直电容后分为两 路，分别经A/100延迟线和A/4延迟线输入到两个固支梁上，直流偏置信号由第一偏置端 口和第二偏置端口输入，通过高频扼流圈分别输入到两个固支梁上，锚区和输入引线的制 备材料为多晶硅，固支梁的下面各分布着一个下拉电极，下拉电极接地，下拉电极上覆盖一 层绝缘的氮化硅介质层；M0SFET源区，M0SFET漏区分别设置在P型硅衬底上，源漏引线分别 通过有源区引线孔与M0SFET源区，M0SFET漏区连接。
[0006] 该频率检测器通过施加直流偏置电压和控制X/4延迟线是否接地实现频率检测 和信号放大两种功能；频率检测时施加直流偏置电压使两个固支梁都处于下拉状态，待测 微波信号经过A/4延迟线和A/1〇〇延迟线后产生两路频率相等但存在一定相位差的信 号，输入到M0SFET的固支梁可动栅上，经M0SFET实现信号混频，输出的源漏极饱和电流包 含了相位信息的电流分量，通过低通滤波器滤去源漏极饱和电流中的高频分量，由相位检 测输出端口输出，从而得到两路信号的相位差，最后通过相位差反推出待测微波信号的频 率；电路处于信号放大状态时，施加直流偏置电压使A/1〇〇延迟线连接的固支梁处于下拉 状态，A/4延迟线的末端接地，延迟线始端相当于开路，信号完全经过A/100延迟线输入 到对应的固支梁栅极上，源漏极输出放大后的电流信号，由信号放大输出端口输出，由于存 在一个悬浮的固支梁，下面对应的区域为高阻区，有利于增大反向击穿电压。
[0007] 该频率检测器非工作状态时，两个固支梁都处于悬浮态，与栅氧化层没有接触，减 小了栅极漏电流，功耗被有效地降低。
[0008] 有益效果：本发明相对于现有的频率检测器具有以下优点：
[0009] 1.本发明的频率检测器原理、结构简单，利用现有的硅基C0MS工艺和MEMS表面微 机械加工易于实现；
[0010] 2.通过控制直流偏置电压和A/4延迟线末端是否接地，电路能够实现频率检测 和信号放大两种功能，有效节约了芯片的面积，降低了成本；
[0011] 3.本发明由于采用固支梁结构，频率检测器在非工作状态时的栅极漏电流大大减 小，从而降低了功耗；
[0012] 4.信号放大状态时，在悬浮的固支梁下方存在高阻区域，增大了M0SFET的反向击 穿电压值。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明硅基低漏电流双固支梁可动栅M0SFET的俯视图。
[0014] 图2为本发明硅基低漏电流双固支梁可动栅M0SFET的P-P'向的剖面图。
[0015] 图3为本发明硅基低漏电流双固支梁可动栅M0SFET的A-A'向的剖面图。
[0016] 图4为硅基低漏电流双固支梁可动栅M0SFET在两个固支梁处于下拉状态时的沟 道示意图。
[0017] 图5为硅基低漏电流双固支梁可动栅M0SFET在一个固支梁处于下拉状态时的沟 道示意图。
[0018] 图中包括：P型Si衬底1，栅氧化层2,氮化硅介质层3,下拉电极4,输入引线5,固 支梁锚区6，M0SFET源区7，M0SFET漏区8，固支梁9，有源区引线孔10，源漏引线11，第一偏 置端口 12,第二偏置端口 13,低通滤波器14,频率检测输出端口 15,信号放大输出端口 16。
【具体实施方式】
[0019] -种基于硅基低漏电流双固支梁可动栅M0SFET的频率检测器。该频率检测器由 隔直电容、A/1〇〇延迟线，A/4延迟线、高频扼流线圈、开关、低通滤波器、双固支梁可动栅 结构的N型M0SFET构成；N型M0SFET制作在硅衬底上，沟道栅氧化层的上方有两个固支梁， 材料为Au，作为M0SFET的可动栅，其下拉电压设置为M0SFET的阈值电压，固支梁横跨在锚 区上，锚区与输入引线相连，作为微波信号和直流偏置信号的输入端，其中，微波信号通过 隔直电容和延迟线输入到固支梁上，直流偏置信号通过高频扼流圈输入到固支梁上，锚区 和输入引线的制备材料为多晶硅，固支梁的下面各分布着两个下拉电极，下拉电极上覆盖 一层绝缘的氮化硅介质层。
[0020] 为实现频率检测，两个直流偏置端加上一定的偏置电压，使两个固支梁都处于下 拉状态，此时MOSFET的沟道出现反型层，MOSFET处于导通态；控制A/4延迟线末端是否接 地的开关处于断开状态，输入的待测微波信号经过隔直电容后，再经过A/4和A/1〇〇延 迟线后产生频率相等和存在一定相位差的两路信号，并输入到M0SFET的两个固支梁栅极 的输入引线上，经M0SFET实现信号混频，输出的源漏极饱和电流包含了相位信息的电流分 量，通过低通滤波器滤去源漏极饱和电流中的高频分量，从而得到两路信号的相位差，最后 通过相位差反推出待测微波信号的频率。
[0021] 当施加一定的直流偏置电压使连接a/100延迟线的固支梁处于下拉状态，控制 入/4延迟线末端是否接地的开关处于闭合状态时，电路可以实现信号放大功能。由于A/4 延迟线末端接地，其始端相当于开路，没有信号经过，输入的微波信号完全通过A/1〇〇延 迟线输入到对应的固支梁上。M0SFET对输入信号进行放大，通过隔直电容后输出。由于只 有一个固支梁处于下拉状态，M0SFET在信号放大状态时悬浮的固支梁下方存在着高阻区 域，提高了M0SFET的反向击穿电压。
[0022] 当两个固支梁都没有加偏置电压而处于悬浮态时，硅基M0SFET处于非工作状态， 此时由于固支梁处于悬浮态，减小了栅极漏电流，功耗被有效地降低。
[0023] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步说明。
[0024] 参见图1-3,本发明提出了一种基于硅基低漏电流双固支梁可动栅M0SFET的频率 检测器。该频率检测器主要包括：隔直电容、A/1〇〇延迟线，A/4延迟线、高频扼流线圈、 开关、低通滤波器14、双固支梁可动栅结构的N型M0SFET。其中，隔直电容，用来隔离微波 信号和直流信号；A/1〇〇延迟线，使微波信号信号产生一定的相位延迟；A/4延迟线，频率 检测时使微波信号产生90度的相移，信号放大时末端被短路，等效于始端开路，使微波信 号从另一路延迟线输入；高频扼流线圈，用于隔离微波信号，避免微波信号对直流信号源的 影响；低通滤波器14,滤去输出信号的高频成分，得到与频率相关的电流信号。
[0025] 双固支梁可动栅结构的N型M0SFET，用于实现两路微波信号的运算，输出和频率 有关的电流信号。选择P型Si作为衬底1，通过C0MS工艺和MEMS表面微机械加工实现双 固支梁可动栅结构的N型M0SFET，M0SFET为增强型。固支梁9作为M0SFET的可动栅，制作 在M0SFET的栅氧化层2上方，材料为Au，固支梁9的两端的锚区6与输入引线5相连，材料 为多晶娃，下拉电压设置为M0SFET的阈值电压。固支梁9下方各有两个下拉电极4,下拉电 极4接地，下拉电极上覆盖有绝缘介质氮化硅3。
[0026] 固支梁9的输入引线5作为M0SFET微波信号和直流偏置信号的输入端口。隔直 电容与A/100延迟线、A/4延迟线的始端相连，延迟线的末端与固支梁9输入引线5相连， 作为微波信号的传输通道，其中，A/4延迟线的末端存在一个控制其是否接地的开关；高