氮化鎵基低漏電流固支梁開關(guān)場效應(yīng)晶體管混頻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提出了氮化鎵基低漏電流固支梁開關(guān)MESFET混頻器，屬于微電子機械系 統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，全球襲來了移動終端設(shè)備快速更新的浪潮，各種先進 的技術(shù)先后被發(fā)明并應(yīng)用到移動終端設(shè)備的制造當中去。與此同時作為此類設(shè)備不可缺 少的重要組成部分，射頻集成電路的芯片也迅速發(fā)展，集成規(guī)模不斷擴大，工作頻率不斷提 高，傳統(tǒng)的硅基材料已經(jīng)不能滿足要求?；诘壱r底的MESFET就是在這種背景下被提 出應(yīng)用，由于氮化鎵材料良好的特性使得由它制造的晶體管具有很高的電子迀移率，很強 的抗輻射能力，較大的工作溫度范圍。由于芯片中晶體管的數(shù)量越來越多，隨之而來的就是 集成電路的功耗問題，而過高的功耗會使得芯片過熱，晶體管的工作特性會受到溫度的影 響而發(fā)生改變，所以過熱的芯片溫度不僅會使芯片壽命降低，而且會影響芯片的穩(wěn)定性。
[0003] 模擬混頻器電路是實現(xiàn)兩個模擬量相乘的非線性電子器件，它以差分電路作為基 礎(chǔ)，電路性能良好便于集成，模擬混頻器是射頻集成電路的重要組成部分，自然對降低其功 耗的研宄就顯得十分有意義，MEMS技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使制造具有可動固支梁開關(guān)結(jié)構(gòu)的晶體 管成為現(xiàn)實，具有可動固支梁開關(guān)結(jié)構(gòu)的晶體管在工作中具有較小的柵極漏電流，從而可 以降低混頻器電路的功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種氮化鎵基低漏電流固支梁開關(guān)場效應(yīng)晶體管 混頻器，用三個具有MEMS固支梁開關(guān)結(jié)構(gòu)的MESFET代替?zhèn)鹘y(tǒng)的MESFET，減小混頻器中晶體 管的柵極漏電流，降低電路的功耗。本發(fā)明另一個創(chuàng)新在于位于差分對下方的固支梁開關(guān) MESFET，只在其柵極上加直流電壓，并使該MESFET導(dǎo)通，此時該MESFET可以被認為是一個 恒流源，此時該混頻器也可以作為差分放大器使用，這樣的設(shè)計能夠使本發(fā)明利用同樣數(shù) 量的晶體管實現(xiàn)兩種不同的功能。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明的氮化鎵基低漏電流固支梁開關(guān)場效應(yīng)晶體管混頻器制作在P 型氮化鎵襯底上，由第一固支梁柵N型MESFET、第二固支梁柵N型MESFET、第三固支梁柵N 型MESFET組成，其中第三固支梁柵N型MESFET的柵極上還制作了一層氮化硅，其余結(jié)構(gòu)均 與第一固支梁柵N型MESFET、第二固支梁柵N型MESFET相同，第一固支梁柵N型MESFET、 第二固支梁柵N型MESFET組成差分對，其源極連接在一起，并共同與第三固支梁柵N型 MESFET的漏極相接，第三固支梁柵N型MESFET的源極接地，第一固支梁柵N型MESFET、第二 固支梁柵N型MESFET的漏極分別與電阻相接，電阻作為負載使用，兩負載電阻共同與電源 電壓相連接，本振信號uLO在差分對第一固支梁柵N型MESFET、第二固支梁柵N型MESFET 的固支梁開關(guān)之間輸入，射頻信號uRF則加載到第三固支梁柵N型MESFET的固支梁開關(guān) 上，輸出信號通過一個中頻濾波器選頻輸出所需要的信號uIF;MESFET由柵極、源極和漏 極構(gòu)成，其中源極和漏極由金屬和重摻雜N區(qū)形成歐姆接觸構(gòu)成，柵極由金屬和溝道區(qū)形 成肖特基接觸構(gòu)成，引線由A1制作，在MESFET柵極上方懸浮著MEMS固支梁開關(guān)，該固支梁 開關(guān)由鈦/金/鈦組成，錨區(qū)制作在P型氮化鎵襯底上，整個N型MESFET制作在N阱中，有 源區(qū)包括源極和漏極，在固支梁開關(guān)與襯底之間存在下拉電極，下拉電極由氮化硅材料覆 蓋。
[0006] 所述的第一固支梁柵N型MESFET、第二固支梁柵N型MESFET、第三固支梁柵N型 MESFET，其中第三固支梁柵N型MESFET的柵極上制作了氮化硅層，上述的三個MESFET的固 支梁開關(guān)都是依靠錨區(qū)的支撐懸浮在MESFET的柵極上，把第一固支梁柵N型MESFET、第二 固支梁柵N型MESFET的固支梁開關(guān)的下拉電壓設(shè)計的與第一固支梁柵N型MESFET、第二固 支梁柵N型MESFET的閾值電壓相等，當固支梁開關(guān)與下拉電極之間所加的電壓大于閾值電 壓時，才能使固支梁開關(guān)下拉并接觸MESFET的柵極，這樣第一固支梁柵N型MESFET、第二 固支梁柵N型MESFET才能夠?qū)?，否則該固支梁開關(guān)就一直處于懸浮狀態(tài)，第一固支梁柵 N型MESFET、第二固支梁柵N型MESFET也處于關(guān)斷的狀態(tài)，固支梁開關(guān)的存在使得柵極漏 電流大大減小，從而降低了該混頻器電路的功耗；對于第三固支梁柵N型MESFET，只有當 在固支梁開關(guān)與下拉電極之間所加的直流電壓V2大于固支梁開關(guān)的下拉電壓時，才能使 固支梁開關(guān)下拉并接觸MESFET的柵極上的氮化硅層，否則該固支梁開關(guān)就一直處于懸浮 狀態(tài)，要使第三固支梁柵N型MESFET導(dǎo)通則需要在其柵極上另外加載直流電壓VI。
[0007] 第一固支梁柵N型MESFET、第二固支梁柵N型MESFET和第三固支梁柵N型MESFET 的下拉電極都通過高頻扼流圈接地，以防止交流信號通過地流失，在差分對中的第一固支 梁柵N型MESFET、第二固支梁柵N型MESFET的固支梁開關(guān)之間加上本振信號uLO,本振信 號uLO是混頻器中輸入的兩種交流信號中的一種，本振信號uLO足夠高，當本振信號處 于正半周期時使差分對中第一固支梁柵N型MESFET的固支梁開關(guān)下拉與MESFET的柵極 緊貼，使MESFET的耗盡區(qū)寬度減小導(dǎo)電能力提升并導(dǎo)通，第二固支梁柵N型MESFET處于 關(guān)斷狀態(tài)，當本振信號處于負半周時則相反；因此差分對中的第一固支梁柵N型MESFET、第 二固支梁柵N型MESFET在本振信號uLO的作用下處于一通一斷交替的狀態(tài)，也就是使兩 個MESFET的固支梁開關(guān)處于下拉或者懸浮交替的狀態(tài)，當固支梁開關(guān)處于懸浮態(tài)時，第一 固支梁柵N型MESFET、第二固支梁柵N型MESFET中就不存在的柵極漏電流了；在第三固支 梁柵N型MESFET的柵極上通過高頻扼流圈加上足夠大的直流電壓VI，該直流電壓VI使第 三固支梁柵N型MESFET導(dǎo)通，在第三固支梁柵N型MESFET的固支梁開關(guān)上通過高頻扼流 圈接入另一個直流電壓V2,該直流電壓V2大于固支梁開關(guān)的下拉電壓，使固支梁開關(guān)第三 固支梁柵N型MESFET的固支梁開關(guān)下拉貼緊該第三固支梁柵N型MESFET的柵極上的氮化 硅層，此氮化硅層起到了隔直流電容的作用，能夠阻止直流電壓V2加載到該MESFET的柵極 上，并且仍然能夠使固支梁開關(guān)上輸入的交流信號加載到該MESFET的柵極上，而高頻扼流 圈可以防止輸入交流信號對第三固支梁柵N型MESFET上所加的直流電壓產(chǎn)生影響，在此基 礎(chǔ)上將射頻信號uRF經(jīng)由固支梁開關(guān)加載到該第三固支梁柵N型MESFET的柵極上，此射 頻信號uRF是混頻器中輸入的兩種交流信號中的另外一種；當兩路交流信號都輸入到該 混頻器電路以后，即實現(xiàn)交流信號的混頻，混頻后的輸出通過一個中頻濾波器選出所需要 的信號頻率uIF。
[0008] 該混頻器的第二種工作方式，如果在位于差分對下方的第三固支梁柵N型MESFET 的柵極只加載直流電壓VI并且使該第三固支梁柵N型MESFET處于導(dǎo)通的狀態(tài)，該第三固 支梁柵N型MESFET可以被認為是一個恒流源，此時該混頻器也可以作為差分放大器使用， 這樣的設(shè)計能夠使本發(fā)明利用同樣數(shù)量的晶體管實現(xiàn)兩種不同的功能。
[0009] 有益效果：本發(fā)明的氮化鎵基低漏電流固支梁開關(guān)MESFET混頻器體積小，易于 集成，應(yīng)用了具有高電子迀移率的氮化鎵材料，可實現(xiàn)很高的開關(guān)頻率，混頻器中所用到的 固支梁開關(guān)MESFET，在工作中有效的減小了柵極漏電流，從而使得本發(fā)明中的固支梁開關(guān) MESFET混頻器的功耗得到有效的降低。
【附圖說明】
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