砷化鎵基低漏電流雙固支梁開關(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(砷化鎵）基低漏電流雙固支梁開關(guān)雙柵HEMT(高電子迀移率 晶體管）鎖相環(huán)電路，屬于微電子機械系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎖相環(huán)是利用反饋控制原理實現(xiàn)頻率及相位同步的技術(shù)，在無線通信、雷達、數(shù)字 電視、廣播等眾多領(lǐng)域都有應(yīng)用。然而，與傳統(tǒng)鎖相環(huán)電路中Si材料制作的MOSFET相比， 基于GaAs襯底的高電子迀移率晶體管HEMT的優(yōu)點在于GaAs與比Si更高的電子迀移率， 速度更快，功耗更低等，符合當代微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢。另外，MEMS技術(shù)發(fā)展越來越成熟， 而且具有結(jié)構(gòu)簡單，體積較小的優(yōu)勢。
[0003] 本發(fā)明正是要集合HEMT結(jié)構(gòu)與MEMS技術(shù)，提出一種GaAs基低漏電流雙固支梁 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基低漏電流雙固支梁開關(guān)雙柵HEMT鎖 相環(huán)電路，兩個柵極并列設(shè)置，柵極上方分別對應(yīng)兩個懸浮的固支梁開關(guān)，固支梁開關(guān)直流 偏置控制其懸浮斷開或者下拉閉合，在電路中控制HEMT的導(dǎo)通以及信號的傳輸。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明的一種砷化鎵基低漏電流雙固支梁開關(guān)雙柵鎖相環(huán)電路的 HEMT是生長在GaAs襯底上的增強型HEMT，包括本征GaAs層，本征AlGaAs層，N+AlGaAs層， 源極，漏極，柵極，錨區(qū)，固支梁開關(guān)，下拉極板，絕緣層，通孔，引線；在GaAs襯底上設(shè)有本 征GaAs層，本征GaAs層上設(shè)有本征AlGaAs層，本征AlGaAs層上設(shè)有N+AlGaAs層，源極接 地；源極、漏極分別位于柵極兩側(cè)，位于N+AlGaAs層上的兩個柵極并列設(shè)置，兩個固支梁開 關(guān)的兩端分別固定在錨區(qū)上，兩個固支梁開關(guān)的中部懸浮在兩個柵極上，下拉極板位于柵 極與錨區(qū)之間，下拉極板接地，絕緣層覆蓋在下拉極板之上，直流偏置通過高頻扼流圈和錨 區(qū)作用在固支梁開關(guān)上，固支梁開關(guān)的下拉電壓設(shè)計為HEMT的閾值電壓；
[0006] 漏極輸出信號有兩種不同的傳輸方式，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，壓控振蕩器的輸出通過第三端口作為反饋信號通過錨區(qū) 加載在一個固支梁開關(guān)上，參考信號通過錨區(qū)加載到另一個固支梁開關(guān)上，漏極輸出信號 的另一種連接方式是選擇第二端口直接輸出放大信號。
[0007] 所述的鎖相環(huán)電路中，當直流偏置小于下拉電壓，兩個固支梁開關(guān)均處于懸浮斷 開狀態(tài)，不與柵極接觸時，柵電壓為〇,沒有二維電子氣溝道，HEMT處于截止狀態(tài)，能夠減小 柵極漏電流，降低功耗；
[0008] 當直流偏置達到或者大于下拉電壓，兩個固支梁開關(guān)均下拉閉合與柵極接觸時， 在柵電壓的作用下，二維電子氣溝道形成，HEMT導(dǎo)通，參考信號與反饋信號通過HEMT相乘， 漏極輸出包含兩信號的相位差信息，經(jīng)第一端口通過低通濾波器，低通濾波器濾除高頻分 量，并向壓控振蕩器輸送一個包含相位差信息的直流電壓，直流電壓調(diào)節(jié)壓控振蕩器的輸 出頻率，作為反饋信加載到固支梁開關(guān)上，直到反饋信號與參考信號達到頻率相同，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頻率fMf;
[0009] 當只有一個固支梁開關(guān)下拉與對應(yīng)的柵極接觸，另一個固支梁開關(guān)懸浮斷開不與 柵極接觸時，閉合的固支梁開關(guān)下方形成二維電子氣溝道，斷開的固支梁開關(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，只有閉合的固支梁開關(guān) 上的選通信號可以通過HEMT放大，放大信號選擇第二端口輸出，當加載參考信號的固支梁 開關(guān)閉合時，第二端口輸出頻率為參考信號頻率fMf的放大信號，當加載反饋信號的固支梁 開關(guān)閉合時，反饋信號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，斷開的固支梁開關(guān)有利于減小柵極漏電流，降低功耗。
[0010] 有益效果：本發(fā)明的GaAs基低漏電流雙固支梁開關(guān)雙柵HEMT鎖相環(huán)電路結(jié)合了 MEMS技術(shù)與HEMT結(jié)構(gòu)，使電路效率提高，功耗降低，結(jié)構(gòu)簡單，體積變??；雙固支梁開關(guān)結(jié) 構(gòu)與雙柵結(jié)構(gòu)對應(yīng)，通過直流偏置控制固支梁開關(guān)的下拉和懸浮，即開關(guān)的閉合與斷開，控 制HEMT的導(dǎo)通以及信號的傳輸；通過對單個固支梁開關(guān)的控制，可以實現(xiàn)對選通信號的放 大，使電路具有多功能，拓展了電路的應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的GaAs基低漏電流雙固支梁開關(guān)雙柵HEMT鎖相環(huán)電路的俯視圖。
[0012] 圖2為圖IGaAs基低漏電流雙固支梁開關(guān)雙柵HEMT鎖相環(huán)電路的A-A'向剖面圖。
[0013] 圖3為圖IGaAs基低漏電流雙固支梁開關(guān)雙柵HEMT鎖相環(huán)電路的B-B'向剖面圖。
[0014] 圖4為圖IGaAs基低漏電流雙固支梁開關(guān)雙柵HEMT兩個固支梁開關(guān)均下拉的溝 道示意圖。
[0015] 圖5為圖IGaAs基低漏電流雙固支梁開關(guān)雙柵HEMT下拉單個固支梁開關(guān)的溝道 示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種GaAs基低漏電流雙固支梁開關(guān)雙柵 HEMT鎖相環(huán)電路。包括GaAs襯底，生長在襯底上的增強型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；源極和漏極深入穿透到本征GaAs層。兩個柵極并列設(shè)置在N+AlGaAs層 之上。本征GaAs層與本征AlGaAs層形成異質(zhì)結(jié)，柵極與N+AlGAs層形成肖特基接觸。兩 個固支梁開關(guān)通過錨區(qū)分別懸浮在兩個柵極之上，固支梁開關(guān)與柵極一一對應(yīng)。柵極與錨 區(qū)之間設(shè)置有下拉極板，下拉極板被絕緣層覆蓋。
[0017] 鎖相環(huán)電路中的參考信號通過錨區(qū)加載到一個固支梁開關(guān)上，反饋信號通過錨區(qū) 加載到另一個固支梁開關(guān)上。直流偏置通過高頻扼流圈和錨區(qū)作用在固支梁開關(guān)上。高頻 扼流圈保證直流偏置和交流信號隔開。
[0018] 固支梁開關(guān)的下拉電壓設(shè)計為HEMT的閾值電壓。當直流偏置小于下拉電壓，兩個 固支梁開關(guān)均處于懸浮斷開狀態(tài)，不與柵極接觸時，柵極電壓為〇,對于增強型HEMT，肖特 基勢皇深入到本征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無法導(dǎo)通，固支梁開關(guān)上的信號無法傳輸。
[0019] 當直流偏置達到或大于下拉電壓，兩個固支梁開關(guān)均下拉閉合與柵極接觸時，柵 電壓即為直流偏置的大小，此時肖特基勢皇變窄，異質(zhì)結(jié)邊界二維電子氣濃度增加，溝道形 成，HEMT導(dǎo)通。漏極輸出是兩個信號經(jīng)HEMT相乘的結(jié)果，包含了兩信號之間的相位差信息。 低通濾波器對漏極輸出進行濾波，高頻部分被濾除，輸出與相位差信息有關(guān)的直流電壓。壓 控振蕩器在直流電壓的作用下，調(diào)節(jié)輸出頻率，作為反饋信號通過固支梁開關(guān)加載到HEMT 上。直到最終反饋信號和參考信號的頻率一致，相位差恒定，鎖相環(huán)電路完成鎖定。
[0020] 當只有一個固支梁開關(guān)被下拉閉合與對應(yīng)柵極接觸，另一個固支梁開關(guān)處于斷開 狀態(tài)不與其對應(yīng)柵極接觸時，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。只有閉合固支梁開關(guān)上的選通 信號可以通過HEMT放大，漏極輸出放大信號。從而通過對一個固支梁開關(guān)的單獨控制，實 現(xiàn)對單個信號的放大，擴大了電路的應(yīng)用范圍。
[0021] 本發(fā)明的GaAs基低漏電流雙固支梁開關(guān)雙柵HEMT鎖相環(huán)電路【具體實施方式】如 下：
[0022] 包括GaAs襯底1，生長在襯底上的增強型HEMT，外接的低通濾波器，壓控振蕩器， 高頻扼流圈。
[0023] HEMT包括本征GaAs層2,本征AlGaAs層3,N+AlGaAs層4,源極5,漏極6,柵極7， 錨區(qū)8,固支梁開關(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7兩側(cè)，下拉極板10設(shè)置在錨區(qū)8與柵極7之間，下拉極板10接地，兩個柵極 7并列設(shè)置，兩個固支梁開關(guān)9通過錨區(qū)8橫跨在兩個柵極7上方。在HEMT結(jié)構(gòu)中，柵極7 與N+AlGaAs層4形成肖特基接觸，本征AlGaAs層與本征GaAs層形成異質(zhì)結(jié)。對于增強型 HEMT，柵電壓為0時，肖特基接觸勢皇耗盡了異質(zhì)結(jié)界面的二維電子氣，沒有導(dǎo)通溝道。
[0024] HEMT漏極6輸出信號可以選擇第一端口 14接入低通濾波器，低通濾波器輸出接入 壓控振蕩器，壓控振蕩器輸出選擇第三端口 16作為反饋信號通過錨區(qū)8加載到一個固支梁 開關(guān)9上，參考信號通過錨區(qū)8加載到另一個固支梁開關(guān)9上。HEMT漏極6輸出也可以選 擇第二端口 15直接輸出放大信號。
[0025] 直流偏置通過高頻扼流圈和錨區(qū)8作用在固支梁開關(guān)9上。直流偏置通過錨區(qū)8 作用在固支梁開關(guān)上。
[0026] 固支梁開關(guān)的下拉電壓設(shè)計為HEMT的閾值電壓。當直流偏置不足以使固支梁開 關(guān)9下拉與柵極7接觸時，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。
[0027] 當直流偏置達到或者大于下拉電壓，兩個固支梁開關(guān)9均下拉閉合與柵極7接觸 時，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 考信號和反饋信號通過HEMT相乘，漏極6輸