基于砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关的或非门的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了基于GaAs (砷化镓）基低漏电流双悬臂梁开关HEMT (高电子迀移率 晶体管）的或非门，属于MEMS (微电子机械系统）的技术领域。
【背景技术】
[0002] 或非门是数字逻辑电路中的基本元件，实现逻辑或非功能，是构成各种复杂组合 逻辑和时序逻辑的基础。常见集成电路中的或非门通过Si基COMS工艺实现，然而，随着对 集成电路的速度和功耗的要求越来也高，GaAs基HEMT作为电路器件显示出一定的优越性。 同硅材料相比，GaAs材料具备载流子迀移率高、衬底半绝缘以及禁带较宽等特征，因此用它 制成的器件具有频率高、速度快、抗辐射能力强等优点。GaAs基HEMT以二维电子气为导电 通道，电子迀移率相比普通GaAs器件更高，适用于低功耗数字集成电路领域。近年来，随着 MEMS技术的快速发展，对梁结构有了比较深入的研究和认识，使本发明基于GaAs基低漏电 流双悬臂梁开关HEMT的或非门成为了可能。
【发明内容】
[0003] 技术问题：本发明的目的是提供一种基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的 或非门，两个对称设计的悬臂梁在HEMT栅极的上方，相当于开关，作为信号的输入端，通过 双悬臂梁结构HEMT实现或非门功能，电路结构得到简化，使用的晶体管数量减少，同时也 减低了电路功耗。
[0004] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于GaAs基低漏电流双悬臂 梁开关HEMT的或非门。以半绝缘GaAs衬底为基底，在半绝缘GaAs衬底上设有本征GaAs 层、本征AlGaAs层、N+AlGaAs层、源区、漏区、栅极金属层和悬臂梁；悬臂梁材料为Au，其一 端固定在锚区上，锚区和输入引线相连，作为信号的输入端；在悬臂梁的下方各有一个栅极 金属层和下拉电极，下拉电极接地，下拉电极的上面覆盖一层绝缘的氮化硅介质层，源区、 漏区分别位于栅极金属层的两侧，所述的漏极与上拉电阻相连，源极接地，未与漏极相连的 另外两个输入引线分别作为RS触发器的R端口和S端口，实现或非门逻辑功能；悬臂梁的 下拉电压设置为HEMT的阈值电压；本征GaAs层和本征AlGaAs层间的异质结形成的二维电 子气通道，悬臂梁处于悬浮状态时被肖特基接触的耗尽区阻断，在施加偏置电压使悬臂梁 下拉时，肖特基接触的耗尽区变窄，二维电子气通道处于导通状态。
[0005] 两个悬臂梁的输入引线都输入低电平时，悬臂梁处于悬浮态，由于二维电子气沟 道被耗尽层阻断，漏极输出为高电平；当至少一个悬臂梁的输入引线上输入高电平时，输入 高电平的悬臂梁被下拉，HMET的二维电子气沟道处于导通态，漏极输出为低电平，由于没有 栅极漏电流，使得电路中的功耗被有效地降低。
[0006] 有益效果：本发明相对于现有的或非门具有以下优点：
[0007] 1.本发明采用HEMT，具有截止频率高、工作速度快、短沟道效应小和噪声性能好 的优点；
[0008] 2.本发明通过双悬臂梁开关HEMT实现或非门，结构简单，减少了晶体管的数量， 降低了成本；
[0009] 3.本发明由于采用悬臂梁结构，使或非门在悬臂梁处于悬浮态时漏电流减小，从 而有效地降低了功耗；
[0010] 4.本发明通过采用悬臂梁结构，HMET的导通和关断差异明显，有效地减少了或非 门的逻辑错误。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的或非门俯视图，
[0012] 图2为本发明GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的P-P '向的剖面图，
[0013] 图3为本发明GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的A-A'向的剖面图，
[0014] 图4为GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT在悬臂梁下拉时的沟道示意图。
[0015] 图中包括：半绝缘GaAs衬底1，本征GaAs层2,本征AlGaAs层3, N+AlGaAs层4， 栅极金属层5,下拉电极6,氮化硅介质层7,悬臂梁锚区8,输入引线9,下拉电极引线10,压 焊块11，悬臂梁12,源区13,漏区14,有源区引线孔15,有源区引线16,上拉电阻17。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步说明。
[0017] 参见图1-4,本发明提出了一种基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的或非 门。触发器主要包括：直流偏置源、上拉电阻17、GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT。
[0018] GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT，用于实现或非门逻辑功能。选择半绝缘的 GaAs作为衬底1，在衬底1上含有本征GaAs层2、本征AlGaAs层3、N+AlGaAs层4、源区13、 漏区14、栅极金属层5和两个悬臂梁12。悬臂梁12分别横跨在两个锚区8上方，作用相 当于开关，锚区与输入引线相连9相连，悬臂梁12的下方各有一个下拉电极6,下拉电极6 接地，下拉电极6上覆盖一层氮化娃介质层7。本征GaAs层2和本征AlGaAs层3之间的 异质结形成二维电子气通道，HEMT为增强型，悬臂梁12处于悬浮态时由于栅极金属层5与 N+AlGaAs层4形成肖特基接触，其耗尽区会阻断二维电子气通道；设置悬臂梁12的下拉电 压等于HEMT的阈值电压，当悬臂梁12处于下拉状态时，对应的肖特基接触耗尽区变窄，二 维电子气处于导通状态。
[0019] GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的漏极14与上拉电阻17相连，源极13接地， 组成了或非门电路。当两个悬臂梁12的输入引线都输入低电平时，悬臂梁12处于悬浮态， 由于二维电子气沟道被耗尽层阻断，漏极14输出为高电平。当至少一个悬臂梁12的输入 引线9上输入高电平时，输入高电平的悬臂梁12被下拉，HMET的二维电子气沟道处于导通 态，漏极14输出为低电平。基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT实现的或非电路对应 真值表如下：
[0020]
[0021] 当悬臂梁的输入为低电平而处于悬浮态时，由于没有栅极漏电流，使得电路中的 功耗被有效地降低。
[0022] 本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT制备方法如下：
[0023] 1)准备半绝缘