[0043] 本发明的固支梁开关MESFET交叉耦合振荡器是由第一固支梁开关MESFET和第二 固支梁开关MESFET，LC谐振回路，恒流源构成，该交叉耦合振荡器的MESFET是基于GaN衬 底3制作，其输入引线4是利用金制作。本发明中的MESFET的栅极5与有源层形成肖特基 接触，在栅极5上方设计了固支梁6。固支梁6两个锚区7制作在半绝缘GaN衬底3上。在 每个固支梁6下方设计了两个电极板8,电极板的上方覆盖有氮化硅层9。每个MESFET的 电极板8接地。
[0044] 在本发明的交叉耦合振荡器基于GaN衬底，在该振荡器中的MESFET的栅极上方设 计有固支梁结构。固支梁的下拉电极接地，设计两个固支梁开关MESFET的阈值电压相等， 固支梁开关MESFET的阈值电压和它的固支梁下拉电压相等，当固支梁与下拉电极板间的 电压大于阈值电压的绝对值，所以固支梁开关被下拉到栅极上，固支梁开关与栅极紧贴，同 时栅极与源极间的电压也大于阈值电压，所以MESFET导通。当MESFET的固支梁开关和下 拉电极板之间的电压小于阈值电压，固支梁开关是悬浮在栅极上方，处于截止。该GaN基低 漏电流固支梁开关MESFET的交叉耦合振荡器产生稳定振荡，此时第一固支梁开关MESFET 和第二固支梁开关MESFET交替导通与关断，当固支梁开关MESFET关断，固支梁开关处于悬 浮状态，固支梁开关与栅极间有一层空气层，所以该固支梁开关MESFET栅极漏电流大大减 小，从而降低该交叉耦合振荡器工作时的功耗，并且GaN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。
[0045] GaN基固支梁开关MESFET交叉耦合振荡器的制备方法包括以下几个步骤：
[0046] 1)准备半绝缘GaN衬底；
[0047] 2)淀积氮化硅，用等离子体增强型化学气相淀积法工艺（PECVD)生长一层氮化 硅，然后光刻和刻蚀氮化硅，去除N型MESFET有源区的氮化硅；
[0048] 3)N型MESFET有源区离子注入：注入磷后，在氮气环境下退火；退火完成后，在高 温下进行N +杂质再分布，形成N型MESFET有源区的N型有源层；
[0049] 4)去除氮化硅层：采用干法刻蚀技术将氮化硅全部去除；
[0050] 5)光刻开关区，去除开关区的光刻胶；
[0051] 6)电子束蒸发钛/铂/金；
[0052] 7)去除光刻胶以及光刻胶上的钛/铂/金；
[0053] 8)加热，使钛/铂/金合金与N型GaN有源层形成肖特基接触；
[0054] 9)涂覆光刻胶，光刻并刻蚀N型MESFET源极和漏极区域的光刻胶；
[0055] 10)注入重掺杂N型杂质，在N型MESFET源极和漏极区域形成的N型重掺杂区，注 入后进行快速退火处理；
[0056] 11)光刻源极和漏极，去除引线、源极和漏极的光刻胶；
[0057] 12)真空蒸发金锗镍/金；
[0058] 13)去除光刻胶以及光刻胶上的金锗镍/金；
[0059] 14)合金化形成欧姆接触，形成引线、源极和漏极；
[0060] 15)涂覆光刻胶，去除输入引线、电极板和固支梁的锚区位置的光刻胶；
[0061] 16)蒸发第一层金，其厚度约为0. 3 ym ;
[0062] 17)去除光刻胶以及光刻胶上的金，初步形成输入引线、电极板和固支梁的锚区；
[0063] 18)淀积氮化硅：用等离子体增强型化学气相淀积法工艺（PECVD)生长1000A厚的 氮化娃介质层；
[0064] 19)光刻并刻蚀氮化硅介质层，保留在电极板上的氮化硅；
[0065] 20)淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层：在砷化镓衬底上涂覆I. 6 y m厚的聚酰亚胺牺牲 层，要求填满凹坑；光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留固支梁下方的牺牲层；
[0066] 21)蒸发钛/金/钛，其厚度为500/1500/300A:蒸发用于电镀的底金；
[0067] 22)光刻：去除要电镀地方的光刻胶；
[0068] 23)电镀金，其厚度为2 ym;
[0069] 24)去除光刻胶：去除不需要电镀地方的光刻胶；
[0070] 25)反刻钛/金/钛，腐蚀底金，形成固支梁；
[0071] 26)释放聚酰亚胺牺牲层：显影液浸泡，去除固支梁下的聚酰亚胺牺牲层，去离子 水稍稍浸泡，无水乙醇脱水，常温下挥发，晾干。
[0072] 本发明与现有技术的区别在于：
[0073] 本发明中交叉耦合振荡器与传统的交叉耦合振荡器最大的区别在于所用的固支 梁开关MESFET基于GaN衬底，固支梁开关MESFET的栅极上方设计有固支梁结构，能够有效 的减小该交叉耦合振荡器在工作时的栅极漏电流，降低功耗，改善性能。该交叉耦合振荡器 的固支梁开关的下拉电极接地，设计两个固支梁开关MESFET的阈值电压相等，固支梁开关 MESFET的阈值电压和它的固支梁下拉电压相等，当固支梁与下拉电极板间的电压大于阈值 电压的绝对值，所以固支梁开关被下拉到栅极上，固支梁开关与栅极紧贴，同时栅极与源极 间的电压也大于阈值电压，所以MESFET导通。当MESFET的固支梁开关和下拉电极板之间 的电压小于阈值电压，固支梁开关是悬浮在栅极上方，处于截止。该GaN基低漏电流固支梁 开关MESFET的交叉耦合振荡器产生稳定振荡，此时第一固支梁开关MESFET和第二固支梁 开关MESFET交替导通与关断，当固支梁开关MESFET关断，固支梁开关处于悬浮状态，固支 梁开关与栅极间有一层空气层，所以该固支梁开关MESFET栅极漏电流大大减小，从而降低 该交叉耦合振荡器工作时的功耗，并且GaN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。
[0074] 满足以上条件的结构即视为本发明的GaN基低漏电流固支梁开关MESFET交叉耦 合振荡器。
【主权项】
1. 一种氮化镓基低漏电流固支梁开关交叉耦合振荡器，其特征是该振荡器由具有固支 梁开关N型MESFET(1)，具有固支梁开关N型MESFET(2)，LC谐振回路和恒流源（15)组成， 该交叉耦合振荡器中的第一固支梁开关MESFET(l)和第二固支梁开关MESFET(2)都是制作 在半绝缘GaN衬底（3)上，其输入引线（4)是利用金制作，N型MESFET栅极（5)与有源层 形成肖特基接触，在栅极（5)上方设计了固支梁（6)，固支梁（6)下方的锚区（7)制作在半 绝缘GaN衬底（3)上，在每个固支梁（6)下方设计了两个电极板（8)，电极板（8)的上表面 覆盖有氮化硅层（9)，电极板（8)接地，第一固支梁开关N型MESFET(1)和第二固支梁开关 N型MESFET(2)的源极连在一起并与恒流源相连，恒流源另一端接地，第一固支梁开关N型 MESFET(1)的漏极（10)通过引线（14)，锚区（7)与第二固支梁开关N型MESFET(2)的固支 梁（6)相连，固支梁开关N型MESFET(2)的漏极（10)通过引线（14)，锚区（7)与第一固支 梁开关N型MESFET(1)的固支梁（6)相连形成交叉耦合结构，LC谐振回路接在第一固支梁 开关MESFET(1)和第二固支梁开关MESFET(2)的漏极（10)之间。2. 根据权利要求1所述的氮化镓基低漏电流固支梁开关交叉耦合振荡器，其特征在于 所述的固支梁（6)由钛/金/钛制作三层复合而成。3. -种如权利要求1所述的氮化镓基低漏电流固支梁开关交叉耦合振荡器的制备方 法，其特征在于该制备方法包括以下几个步骤： 1) .准备半绝缘GaN衬底； 2) .淀积氮化硅，用等离子体增强型化学气相淀积法工艺（PECVD)生长一层氮化硅，然 后光刻和刻蚀氮化硅，去除N型MESFET有源区的氮化硅； 3) .N型MESFET有源区离子注入：注入磷后，在氮气环境下退火；退火完成后，在高温下 进行N+杂质再分布，形成N型MESFET有源区的N型有源层； 4) .去除氮化硅层：采用干法刻蚀技术将氮化硅全部去除； 5) .光刻开关区，去除开关区的光刻胶； 6) .电子束蒸发钛/钼/金； 7) .去除光刻胶以及光刻胶上的钛/铂/金； 8) .加热，使钛/铂/金合金与N型GaN有源层形成肖特基接触； 9) .涂覆光刻胶，光刻并刻蚀N型MESFET源极和漏极区域的光刻胶； 10) .注入重掺杂N型杂质，在N型MESFET源极和漏极区域形成的N型重掺杂区，注入 后进行快速退火处理； 11) .光刻源极和漏极，去除引线、源极和漏极的光刻胶； 12) .真空蒸发金锗镍/金； 13) .去除光刻胶以及光刻胶上的金锗镍/金； 14) .合金化形成欧姆接触，形成引线、源极和漏极； 15) .涂覆光刻胶，去除输入引线、电极板和固支梁的锚区位置的光刻胶； 16) .蒸发第一层金，其厚度约为0.3ym; 17) .去除光刻胶以及光刻胶上的金，初步形成输入引线、电极板和固支梁的锚区； 18) .淀积氮化硅：用等离子体增强型化学气相淀积法工艺（PECVD)生长1000A厚的氮 化娃介质层； 19) .光刻并刻蚀氮化硅介质层，保留在电极板上的氮化硅； 20) .淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层：在砷化镓衬底上涂覆1. 6ym厚的聚酰亚胺牺牲层， 要求填满凹坑；光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留固支梁下方的牺牲层； 21) .蒸发钛/金/钛，其厚度为500/1500/300A:蒸发用于电镀的底金； 22) .光刻：去除要电镀地方的光刻胶； 23) .电镀金，其厚度为2ym; 24) .去除光刻胶：去除不需要电镀地方的光刻胶； 25) .反刻钛/金/钛，腐蚀底金，形成固支梁； 26) .释放聚酰亚胺牺牲层：显影液浸泡，去除固支梁下的聚酰亚胺牺牲层，去离子水 稍稍浸泡，无水乙醇脱水，常温下挥发，晾干。
【专利摘要】本发明是一种氮化镓基低漏电流固支梁开关交叉耦合振荡器及制备方法，用具有固支梁开关的MESFET代替传统的MESFET。该交叉耦合振荡器的固支梁开关的下拉电极接地，设计两个固支梁开关MESFET的阈值电压相等，固支梁开关MESFET的阈值电压和它的固支梁下拉电压相等，当固支梁与下拉电极板间的电压大于阈值电压的绝对值，所以固支梁开关被下拉到栅极上，固支梁开关与栅极紧贴，同时栅极与源极间的电压也大于阈值电压，所以MESFET导通。当MESFET的固支梁开关和下拉电极板之间的电压小于阈值电压，固支梁开关是悬浮在栅极上方，处于截止。降低该交叉耦合振荡器工作时的功耗。
【IPC分类】H03B5/04, B81B7/02
【公开号】CN104993792
【申请号】CN201510380061
【发明人】廖小平, 王小虎
【申请人】东南大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月1日