氮化镓基低漏电流悬臂梁开关或非门的rs触发器的制造方法
【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 (金属一半导体场效应晶体 管）或非门的RS触发器，属于微电子机械系统的技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着智能手机等智能化终端设备的出现，移动终端设备快速更新的浪潮开始出 现，移动终端设备的制造技术是当前工业与科研中最重要的研宄方向之一，作为此类设备 不可缺少的重要组成部分，射频集成电路的芯片也迅速发展，集成规模不断扩大，工作频率 不断提高，由于芯片中晶体管的数量越来越多，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，硅基材料已经不能满足要求。 基于氮化镓衬底的MESFET就是在这种背景下被提出应用，由于氮化镓材料良好的特性使 得由它制造的晶体管具有很高的电子迀移率，很强的抗辐射能力，较大的工作温度范围。
[0003] RS触发器电路作为数字电路的重要组成部分，它是各种具有复杂功能的触发器电 路的基本构成部分，由于RS触发器电路的基础性，在中央处理器等数字式电路中有巨大的 应用，所以对RS触发器电路的功耗和温度的控制就显得十分重要，由常规MESFET组成的RS 触发器，随着集成度的提升，功耗变得越来越严重，功耗过大带来的芯片过热问题会严重影 响集成电路的性能，MEMS技术的发展使得制造具有可动悬臂梁开关结构的MESFET成为可 能，具有可动悬臂梁开关结构的MESFET可以有效降低栅极漏电流，进而降低RS触发器电路 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或非 门的RS触发器，将RS触发器中采用的两个由传统MESFET组成的或非门电路换为两个由有 悬臂梁开关结构的MESFET组成的或非门电路，在该RS触发器处于工作状态时，可以有效地 减小晶体管的栅极漏电流，从而降低RS触发器的功耗。
[0005] 技术方案：本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁开关或非门的RS触发器由第一悬 臂梁栅NMOS管、第二悬臂梁栅NMOS管、第三悬臂梁栅NMOS管、第四悬臂梁栅NMOS管组成 的第一或非门、第二或非门，每一个悬臂梁栅NMOS管分别由栅极、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，该RS触发器的四个悬臂梁栅NMOS管制作在氮化镓衬底上，悬臂梁开关的一端固定在锚 区上，另一端悬浮在栅极上，输入的数字信号加载在悬臂梁开关上，该悬臂梁开关由钛/金 /钛组成，在悬臂梁开关与衬底之间存在下拉电极，下拉电极由氮化硅材料覆盖；其中第一 或非门的输出端通过导线与第二或非门的一个输入端相接，同样第二或非门的输出端也通 过导线与第一或非门的一个输入端相连接，形成完全对称的结构；该RS触发器有两个输入 端分别是SD和RD，以及两个输出端Q和Q'，SD和RD分别是两个或非门中没有与输出端相 连接的那个输入端，Q和Q'则仍然是由两个或非门的输出端直接构成。
[0006] 组成该RS触发器中的每一个或非门的两个悬臂梁栅NMOS管的源极连接在一起共 同接地，两个悬臂梁栅NMOS管的悬臂梁开关都是数字信号的输入端，两个悬臂梁栅NMOS管 的漏极连接在一起通过同一电阻与电源电压相接，数字信号在两个悬臂梁栅NMOS管的悬 臂梁开关上输入，在两个MESFET的漏极与其共同的负载电阻之间输出。
[0007] 所述的电阻的阻值设置为：当其中任意一个悬臂梁栅NMOS管导通时，相比于导通 的悬臂梁栅NMOS管，该电阻的阻值足够大可使得输出为低电平，当两个悬臂梁栅NMOS管都 不能导通时，相比于截止的悬臂梁栅NMOS管，该电阻的阻值足够小可使得输出为高电平。
[0008] 所述的悬臂梁开关是悬浮在其栅极之上的，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，该悬臂梁开关的下拉电压设计的与悬臂梁栅NMOS管的 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悬臂梁栅NMOS管的阈值 电压时，悬臂梁开关下拉与栅极紧贴，悬臂梁栅NMOS管的耗尽区厚度减小并导通；当悬臂 梁开关与下拉电极之间所加电压小于悬臂梁栅NMOS管的阈值电压时，悬臂梁开关就不能 下拉，其栅极上就不存在电压，所以该悬臂梁栅NMOS管就不能导通，栅极漏电流就不会存 在，这样就减小了 RS触发器的功耗。
[0009] 有益效果：本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁开关MESFET或非门的RS触发器中 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 高频数字信号下电路正常工作的需要。
【附图说明】
[0010] 图1为氮化镓基低漏电流悬臂梁开关MESFET或非门的RS触发器的俯视图。
[0011] 图2为氮化镓基低漏电流悬臂梁开关MESFET或非门的RS触发器的A-A'向剖面 图。
[0012] 图3为氮化镓基低漏电流悬臂梁开关MESFET或非门的RS触发器的B-B'向的剖 面图。
[0013] 图4为氮化镓基低漏电流悬臂梁开关MESFET或非门的RS触发器的原理图。
[0014] 图中包括：第一悬臂梁栅NMOS管1、第二悬臂梁栅NMOS管2、第三悬臂梁栅NMOS 管3、第四悬臂梁栅NMOS管4、电阻5、引线6、悬臂梁开关7、栅极8、锚区9、N阱10、N型有 源区11、下拉电极12、氮化镓衬底13、第一或非门G1、第二或非门G2。
【具体实施方式】
[0015] 本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁开关MESFET或非门的RS触发器由两个由悬臂 梁开关N型MESFET (悬臂梁栅NMOS管）组成的或非门电路组成，MESFET由栅极8、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8由金属和沟道区 形成肖特基接触构成，该触发器的四个N型MESFET制作在氮化镓衬底13上，在MESFET的 栅极8上方悬浮着悬臂梁开关7,输入的数字信号加载在悬臂梁开关7上，该悬臂梁开关7 由钛/金/钛组成，在悬臂梁开关7与衬底13之间存在下拉电极12,下拉电极12由氮化硅 材料覆盖。
[0016] 组成该RS触发器的或非门的两个MESFET的源极连接在一起共同接地，两个 MESFET的悬臂梁开关7都是数字信号的输入端，两个MESFET的漏极连接在一起然后与同一 电阻5相接，电阻5的阻值设置为当其中任意一个MESFET导通时，相比于导通的MESFET， 该电阻5的阻值足够大可使得输出为低电平，当两个MESFET都不能导通时，相比于截止的 MESFET，该电阻5的阻值足够小可使得输出为高电平。电阻5与电源电压相接，数字信号在 两个MESFET的悬臂梁开关7上输入，在两个MESFET的漏极与其共同的负载电阻5之间输 出。
[0017] 该RS触发器是由两个完全相同的第一或非门Gl、第二或非门G2组成，其中第一或 非门Gl的输出端通过导线与第二或非门G2的一个输入端相接，同样第二或非门G2的输出 端也通过导线与第一或非门Gl的一个输入端相连接，形成完全对称的结构。RS触发器有两 个输入端分别是SD和RD，以及两个输出端Q和Q'，SD和RD分别是两个或非门没有与输出 端相连接的各自的输入端，Q和Q'则是由两个或非门的输出端直接形成。
[0018] 当该RS触发器处于工作态时，定义Q = 1，Q' = 0为触发器的1状态，定义Q = 0, Q' = 1为触发器的0状态，SD称为置位端，RD称为复位端。当SD = 1、RD = 0时，Q = 1，Q' =0,在SD = 1信号消失以后，由于有Q端的高电平接回到G2的另一个输入端，因而 电路的1状态得以保持；当SD = 0、RD = 1时，Q = 0，Q' = 1，在RD = 1信号消失以后，电 路的〇状态保持不变；当SD = RD = 0时，电路维持原来的状态不变；当SD = RD = 1时， Q = Q' = 0,这既不是定义的1状态，也不是定义的0状态，而且当SD和RD同时回到0以 后仍然无法判断触发器将回到哪个状态，因此，在正常工作时输入信号应遵守SDRD = 0的 约束条件，那么SD = RD = 1的信号将不允许输入