氮化镓基低漏电流固支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固支梁开关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固支梁开 关的新型MESFET的设想成为现实，利用具有固支梁开关的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固支梁开关MESFET差分 放大器，将差分放大器中采用的传统MESFET差分对换为具有固支梁开关结构的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：本发明的氮化镓基低漏电流固支梁开关差分放大器由两个具有固支梁 开关的第一N型MESFET、第二N型MESFET和一个恒流源组成，上述两个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，上述两个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的固支梁开关之间输入，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，两个N型MESFET的固支梁开关依靠锚区的支撑悬浮在 MESFET的栅极之上，该固支梁开关由钛/金/钛组成，输入的交流信号接在固支梁开关上， 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，锚区制作在衬底上，N型有源区构成源极和漏 极，在固支梁开关与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] 所述第一N型MESFET或第二N型MESFET的固支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的固支梁开关的下拉电压设计为得与ESFET的阈值电压相等，当加载在固支梁 开关与下拉电极之间的电压大于MESFET的阈值电压时，固支梁开关下拉与栅极紧贴，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；当固支梁开关与下拉 电极之间所加电压小于MESFET的阈值电压时，固支梁开关5就不能下拉，其栅极上就不存 在电压，该N型MESFET就不能导通，栅极漏电流就不会存在，减小了差分放大器的功耗。
[0007] 该差分放大器处于工作态时，组成差分对的两个N型MESFET即第一N型MESFET 和第二N型MESFET的下拉电极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uin通过锚区7加载到两个N型MESFET的固支梁开关之间，这个交流信号足够大， 当它处于正半周期时差分对中的第一N型MESFET的固支梁开关下拉与MESFET的栅极贴 紧，并使第一N型MESFET导通，第二N型MESFET处于关断状态，当这个交流信号uin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的关断态意味着其固支梁开关处于悬浮状态，即此时 MESFET的栅极上并不存在电压，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uout。
[0008] 有益效果：本发明的氮化镓基低漏电流固支梁开关MESFET差分放大器中的固支 梁开关MESFET的固支梁开关下拉与N型MESFET栅极相接触时，栅极上才会有电压存在，当 固支梁开关处于悬浮状态时，并不能有效的导通，因此固支梁开关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固支梁开关MESFET差分放大器的俯视图
[0010] 图2为氮化镓基低漏电流固支梁开关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固支梁开关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固支梁开关MESFET差分放大器的原理图
[0013] 图中包括：第一N型MESFET1、第二N型MESFET2,恒流源3,引线4,固支梁开关5， 栅极6,锚区7,N阱8,N型有源区9,下拉电极10,衬底11。
【具体实施方式】
[0014] 本发明的氮化镓基低漏电流固支梁开关MESFET差分放大器，主要由两个具有固 支梁开关的第一N型MESFET1、第二N型MESFET2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，两个N型MESFET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的固支梁开关之间输入，在两个N型MESFET的漏极与负载电阻之间输出；引线4由 金属构成，MEMS固支梁开关5依靠锚区7的支撑悬浮在MESFET的栅极6之上，该固支梁开 关5由钛/金/钛组成，输入的交流信号接在固支梁开关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，在固支梁开关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。
[0015] 该差分放大器处于工作态时，两个N型MESFET的下拉电极10都通过高频扼流圈 接地，将交流信号通过锚区7加载到差分对中的两个N型MESFET的固支梁开关5之间，这 个交流信号足够大，当它处于正半周期时左侧的第一N型MESFET的固支梁开关5下拉与其 栅极6贴紧，并使左侧的MESFET导通，而右侧的第二N型MESFET处于关断状态，当这个交 流信号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的关断态意味着其固支梁开关5处于悬浮 状态，也就是说此时MESFET的栅极6上并不存在电压，那么也就没有栅极漏电流，当在电路 中输入交流信号以后，该差分放大器能够实现信号的放大并输出uout，所用公式如下：
[0016]uout=AvXuin，其中Av是该差分放大器的增益系数。
[0017] 氮化镓基低漏电流固支梁开关MESFET差分放大器的制备方法包括以下几个步 骤：
[0018] 1)准备半绝缘型