砷化鎵基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵鎖相環(huán)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提出了GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵HEMT鎖相環(huán)電路，屬于微電子 機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎖相環(huán)利用反饋控制原理實(shí)現(xiàn)對(duì)參考信號(hào)頻率和相位的跟蹤，廣泛應(yīng)用在無(wú)線通 信、雷達(dá)、數(shù)字電視、廣播等眾多領(lǐng)域。傳統(tǒng)鎖相環(huán)電路中的MOSFET元件，相比之下，高電子 迀移率晶體管HEMT比硅基MOSFET有著更顯著的優(yōu)點(diǎn)，比如：電子漂移速度快，效率高，功耗 低等優(yōu)點(diǎn)。此外，MEMS技術(shù)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，功耗低等優(yōu)點(diǎn)也備受關(guān)注，MEMS梁結(jié) 構(gòu)方便可控，有利于實(shí)現(xiàn)電路的多功能。
[0003] 本發(fā)明的目的正是要提出一種GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵HEMT鎖相環(huán)電 路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提出一種GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵HEMT鎖 相環(huán)電路，兩個(gè)懸臂梁形成并聯(lián)開關(guān)結(jié)構(gòu)與兩個(gè)柵極一一對(duì)應(yīng)，控制HEMT的導(dǎo)通和信號(hào)的 傳輸。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明的一種砷化鎵基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵鎖相環(huán)電路的HEMT是生長(zhǎng)在GaAs襯底上的增強(qiáng)型HEMT，包括本征GaAs層，本征AlGaAs層，N+AlGaAs 層，源極，漏極，柵極，錨區(qū)，懸臂梁開關(guān)，下拉極板，絕緣層，通孔，引線；GaAs襯底上為本征 GaAs層，本征GaAs層上為本征AlGaAs層，本征AlGaAs層上為N+AlGaAs層，源極、漏極分別 位于柵極的兩側(cè)，源極接地；位于N+AlGaAs層上的兩個(gè)柵極并列設(shè)置，兩個(gè)懸臂梁開關(guān)的 一端固定在錨區(qū)上，兩個(gè)懸臂梁開關(guān)的另一端分別懸浮在兩個(gè)柵極上，下拉極板位于懸臂 梁開關(guān)末端下方，下拉極板接地，絕緣層設(shè)置在下拉極板之上，直流偏置通過(guò)高頻扼流圈和 錨區(qū)作用在懸臂梁開關(guān)上，懸臂梁開關(guān)的下拉電壓設(shè)計(jì)為HEMT的閾值電壓；
[0006] 漏極輸出信號(hào)可選擇兩種工作方式，一種是選擇第一端口連接低通濾波器，低通 濾波器的輸出連接壓控振蕩器，壓控振蕩器的輸出選擇第三端口作為反饋信號(hào)通過(guò)錨區(qū)加 載在一個(gè)懸臂梁開關(guān)上，參考信號(hào)通過(guò)錨區(qū)加載到另一個(gè)懸臂梁開關(guān)上，漏極輸出信號(hào)的 另一種工作方式是選擇第二端口直接輸出放大信號(hào)。
[0007] 所述的鎖相環(huán)電路中，當(dāng)直流偏置小于下拉電壓時(shí)，懸臂梁開關(guān)處于懸浮斷開狀 態(tài)，不與柵極接觸，柵電壓為〇,異質(zhì)結(jié)界面沒有二維電子氣溝道，HEMT處于截止?fàn)顟B(tài)，能夠 減小柵極漏電流，降低功耗；
[0008] 當(dāng)直流偏置達(dá)到或者大于下拉電壓，兩個(gè)懸臂梁開關(guān)均下拉閉合與柵極接觸時(shí)， 在柵電壓的作用下，二維電子氣溝道形成，HEMT導(dǎo)通，參考信號(hào)與反饋信號(hào)通過(guò)HEMT相乘， 漏極輸出包含兩信號(hào)的相位差信息，選擇第一端口輸入低通濾波器，低通濾波器濾除高頻 部分，輸出一個(gè)與相位差有關(guān)直流電壓，直流電壓輸入壓控振蕩器，調(diào)節(jié)壓控振蕩器的輸出 頻率，壓控振蕩器輸出作為反饋信號(hào)信加載到懸臂梁開關(guān)上，直到反饋信號(hào)與參考信號(hào)達(dá) 到頻率相同，相位差恒定的鎖定狀態(tài)，壓控振蕩器第四端口輸出頻率為參考信號(hào)頻率fMf;
[0009] 當(dāng)只有一個(gè)懸臂梁開關(guān)下拉與對(duì)應(yīng)的柵極接觸，另一個(gè)懸臂梁開關(guān)懸浮斷開不與 對(duì)應(yīng)的柵極接觸時(shí)，閉合的懸臂梁開關(guān)下方形成二維電子氣溝道，斷開的懸臂梁開關(guān)下方 形成高阻區(qū)，溝道與高阻區(qū)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)有利于提高HEMT的反向擊穿電壓，只有閉合的懸臂 梁開關(guān)上的選通信號(hào)可以通過(guò)HEMT放大，放大信號(hào)選擇第二端口輸出，當(dāng)加載參考信號(hào)的 懸臂梁開關(guān)閉合時(shí)，第二端口輸出頻率為參考信號(hào)頻率fMf的放大信號(hào)，當(dāng)加載反饋信號(hào)的 懸臂梁開關(guān)閉合時(shí)，反饋信號(hào)頻率等于壓控振蕩器的輸出頻率f。，第二端口輸出頻率為f。 的放大信號(hào)，斷開的懸臂梁開關(guān)有利于減小柵極漏電流，降低功耗。
[0010] 有益效果：在本發(fā)明的GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵HEMT鎖相環(huán)電路中， MEMS技術(shù)與HEMT相結(jié)合，使電路效率提高，功耗降低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積變??；雙懸臂梁開關(guān) 結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制懸臂梁的下拉和懸浮，控制HEMT的導(dǎo)通，使電路在不同工作狀態(tài)切換；通過(guò) 控制單個(gè)懸臂梁開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)信號(hào)的放大，另一個(gè)不被下拉的懸臂梁開關(guān)下方形 成高阻區(qū)，有利于提高HEMT的反向擊穿電壓。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵HEMT鎖相環(huán)電路的俯視圖。
[0012] 圖2為圖IGaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵HEMT鎖相環(huán)電路的A-A'向剖面圖。
[0013] 圖3為圖IGaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵HEMT鎖相環(huán)電路的B-B'向剖面圖。
[0014] 圖4為圖IGaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵HEMT兩個(gè)開關(guān)均閉合時(shí)的溝道示 意圖。
[0015] 圖5為圖IGaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵HEMT-個(gè)開關(guān)閉合時(shí)的溝道示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵HEMT鎖相環(huán)電路。包括GaAs襯底、增強(qiáng)型HEMT，以及外接的低通濾波器、壓控振蕩器、高頻 扼流圈，HEMT結(jié)構(gòu)從下往上依次為GaAs襯底，本征GaAs層，本征AlGaAs層，N+AlGaAs層， 還包括源極，漏極，柵極。懸臂梁錨區(qū)位于柵極一側(cè)，兩個(gè)懸臂梁通過(guò)錨區(qū)橫跨于柵極之上。 柵極的另一側(cè)，懸臂梁的末端下方設(shè)置有下拉極板，下拉極板被絕緣層覆蓋。
[0017] 鎖相環(huán)電路中的參考信號(hào)和反饋信號(hào)分別通過(guò)錨區(qū)加載到兩個(gè)懸臂梁上。直流偏 置通過(guò)高頻扼流圈和錨區(qū)作用在懸臂梁開關(guān)上，懸臂梁的懸浮或下拉狀態(tài)通過(guò)直流偏置控 制，下拉電壓設(shè)計(jì)為HEMT的閾值電壓，在整個(gè)電路中起到開關(guān)的作用。
[0018] 當(dāng)直流偏置小于下拉電壓，兩個(gè)懸臂梁開關(guān)均處于懸浮斷開狀態(tài)，不與柵極接觸 時(shí)，柵極電壓為〇,對(duì)于增強(qiáng)型HEMT，肖特基勢(shì)皇深入到本征GaAs層，本征GaAs層與本征 AlGaAs層異質(zhì)結(jié)邊界的二維電子氣被耗盡，所以HEMT無(wú)法導(dǎo)通，懸臂梁開關(guān)上的信號(hào)無(wú)法 傳輸。
[0019] 當(dāng)直流偏置達(dá)到或大于下拉電壓，兩個(gè)懸臂梁開關(guān)均下拉閉合與柵極接觸時(shí)，柵 電壓即為直流偏置的大小，此時(shí)肖特基勢(shì)皇變窄，異質(zhì)結(jié)邊界二維電子氣濃度增加，溝道形 成，HEMT導(dǎo)通。漏極輸出是兩個(gè)信號(hào)經(jīng)HEMT相乘的結(jié)果，包含了兩信號(hào)之間的相位差信息。 低通濾波器對(duì)漏極輸出進(jìn)行濾波，高頻部分被濾除，輸出與相位差信息有關(guān)的直流電壓。壓 控振蕩器在所述直流電壓的作用下，調(diào)節(jié)輸出頻率，作為新的反饋信號(hào)重新通過(guò)懸臂梁開 關(guān)可動(dòng)?xùn)偶虞d到HEMT上。直到最終反饋信號(hào)和參考信號(hào)的頻率一致，相位差恒定，鎖相環(huán) 電路完成鎖定。
[0020] 當(dāng)只有一個(gè)懸臂梁開關(guān)被下拉閉合與對(duì)應(yīng)柵極接觸，另一個(gè)懸臂梁開關(guān)處于斷開 狀態(tài)不與其對(duì)應(yīng)柵極接觸時(shí)，閉合的開關(guān)下方形成溝道，斷開的開關(guān)下方為高阻區(qū)，溝道與 高阻區(qū)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)能夠有效的提高HEMT的反向擊穿電壓。只有閉合懸臂梁開關(guān)上的選通 信號(hào)可以通過(guò)HEMT放大，漏極輸出放大信號(hào)。從而通過(guò)對(duì)一個(gè)懸臂梁開關(guān)的單獨(dú)控制，實(shí) 現(xiàn)對(duì)單個(gè)信號(hào)的收集和處理，擴(kuò)大了電路的應(yīng)用范圍。
[0021] 本發(fā)明的GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵HEMT鎖相環(huán)電路包括GaAs襯底1， 生在在GaAs襯底上的增強(qiáng)型HEMT，外接的低通濾波器，壓控振蕩器，高頻扼流圈。
[0022] HEMT結(jié)構(gòu)從下至上依次包括本征GaAs層2,本征AlGaAs層3,N+AlGaAs層4,以 及源極5,漏極6,兩個(gè)柵極7,錨區(qū)8,兩個(gè)懸臂梁開關(guān)9,下拉極板10,絕緣層11，通孔12， 引線13。其中，源極5接地，錨區(qū)8設(shè)置在柵極7 -側(cè)，下拉極板10設(shè)置懸臂梁開關(guān)9末 端下方，懸臂梁開關(guān)9通過(guò)各自的銷區(qū)橫跨在柵極上方。在HEMT中，柵極7與N+AlGaAs層 形成肖特基接觸，本征AlGaAs層與本征GaAs層形成異質(zhì)結(jié)。對(duì)于增強(qiáng)型HEMT，柵電壓為0 時(shí)，肖特基接觸勢(shì)皇耗盡了異質(zhì)結(jié)界面的二維電子氣，沒有導(dǎo)通溝道。
[0023] HEMT漏極6可以選擇第一端口14接入低通濾波器，低通濾波器輸出接入壓控振 蕩器，壓控振蕩器輸出作為反饋信號(hào)選擇第三端口16通過(guò)錨區(qū)8加載到一個(gè)懸臂梁開關(guān)9 上，參考信號(hào)通過(guò)錨區(qū)8加載到另一個(gè)懸臂梁開關(guān)9上。HEMT漏極6也可以選擇第二端口 15直接輸出放大信號(hào)。
[0024] 直流偏置通過(guò)高頻扼流圈和錨區(qū)8作用在懸臂梁開關(guān)9上。直流偏置通過(guò)錨區(qū)8 作用在懸臂梁開關(guān)上。懸臂梁開關(guān)的下拉電壓設(shè)計(jì)為HEMT的閾值電壓。
[0025] 當(dāng)直流偏置不足以使懸臂梁開關(guān)9下拉與柵極7接觸時(shí)，開關(guān)斷開，柵電壓為0,沒 有二維電子氣溝道，HEMT截止，能夠有效的減小柵極漏電流，降低功耗。
[0026] 當(dāng)直流偏置達(dá)到或者大于下拉電壓，兩個(gè)懸臂梁開關(guān)9均下拉閉合與柵極7接觸 時(shí)，直流偏置作用在柵極7上，異質(zhì)結(jié)界面產(chǎn)生二維電子氣溝道，如圖4所示，HEMT導(dǎo)通。參 考信號(hào)和反饋信號(hào)通過(guò)HEMT相乘，漏極6輸出包含兩信號(hào)之間的相位差信息，選擇第一端 口14輸入至低通濾波器，低通濾波器對(duì)漏極輸出進(jìn)行濾波，高頻部分被濾除，輸出與相位 差信息有關(guān)的直流電壓。直流電壓可以表示為：<