基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关频率检测器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT(高电子迀移率晶体管） 的频率检测器，属于微电子机械系统（MEMS)的技术领域。
【背景技术】
[0002] HEMT，即高电子迀移率晶体管，有被称为调制掺杂场效应晶体管、二维电子气场效 应晶体管和选择掺杂异质结晶体管。与普通的场效应管相比，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，非常适合应用于微波领域。
[0003] 频率作为微波信号的三大基本参数之一，其检测在微波通信、雷达监测、导航技术 等领域扮演着非常重要的角色。现有的微波频率检测方法可以分为计数法、光子法、谐振法 和矢量合成法。其中矢量合成法属于无源法，具有频带宽、结构简单、易通过MEMS技术实现 等特点，相对其他方法具有较大优势。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，结合MEMS表面微机械加工技术和常规HEMT工艺使本发明基于GaAs基低漏 电流双悬臂梁开关HEMT的频率检测器成为了可能。
【发明内容】
[0004] 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 频率检测器，两个悬臂梁在HEMT栅极的上方，由偏置电压控制其状态，作用相当于开关，在 HEMT处于非工作状态时，由于悬臂梁处于悬浮态，栅极漏电流减小，降低了静态功耗。通过 改变梁的状态和λ/4延迟线的设计，电路可以实现频率检测和信号放大两种功能，节约了 芯片的面积，降低了成本。
[0005] 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 梁开关频率检测器，GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT以半绝缘的GaAs为衬底，在衬底 上设有本征GaAs层，本征GaAs层上设有本征AlGaAs层、源区和漏区，本征AlGaAs层上设 有N +AlGaAs层，N+AlGaAs层上设有栅极金属层，栅极金属层上设有两个悬臂梁；悬臂梁材料 为Au，横跨在锚区上，锚区和输入引线连，作为HEMT微波信号和直流偏置信号的输入端；其 中，微波信号由微波信号输入端口输入，通过隔直电容后分为两路，分别经λ /100延迟线 和λ /4延迟线输入到两个悬臂梁上，直流偏置信号由偏置端口和偏置端口输入，通过高频 扼流圈分别输入到两个悬臂梁上，在悬臂梁的下方各有一个下拉电极，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，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，在非工作状态时被肖特基 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。
[0006] 该频率检测器电路通过施加直流偏置电压和控制λ /4延迟线是否接地实现频率 检测和信号放大两种功能；频率检测时施加直流偏置电压使两个悬臂梁都处于下拉状态， 待测微波信号经过λ/4延迟线和λ/100延迟线后产生两路频率相等和存在一定相位差的 信号，输入到HEMT的栅极金属层上，经HEMT实现信号混频，输出的源漏极饱和电流包含了 相位信息的电流分量，通过低通滤波器滤去源漏极饱和电流中的高频分量，由相位检测输 出端口输出，从而得到两路信号的相位差，最后通过相位差反推出待测微波信号的频率；电 路处于信号放大状态时，施加直流偏置电压使λ /100延迟线连接的悬臂梁处于下拉状态， λ/4延迟线的末端接地，延迟线始端相当于开路，信号完全经过λ/100延迟线输入到对应 的悬臂梁上，源漏极输出放大后的电流信号，最后由信号放大输出端口输出，由于存在一个 悬浮的悬臂梁，下面对应的区域为高阻区，有利于增大反向击穿电压。
[0007] 该频率检测器非工作状态时，两个悬臂梁都处于悬浮态，与栅极金属层没有接触， 减小了栅极漏电流，功耗被有效地降低。
[0008] 有益效果：本发明相对于现有的频率检测器具有以下优点：
[0009] 1.本发明的频率检测器原理、结构简单，利用MEMS工艺易于实现，输出电流包含 两个栅电压的乘积分量，起到了频率检测的作用；
[0010] 2.本发明采用ΗΕΜΤ，具有截止频率高、工作速度快、短沟道效应小和噪声性能好 的优点本发明；
[0011] 3.由于采用悬臂梁结构，使频率检测器在非工作状态的漏电流减小，从而有效地 降低了功耗；
[0012] 4.本发明的频率检测器同时可以实现频率检测和信号放大的作用，有效地减小了 芯片的面积，降低了成本。
[0013] 5.信号放大状态时，在悬浮的悬臂梁下方存在高阻区域，增大了 HEMT的反向击穿 电压值。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的频率检测器俯视图。
[0015] 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。
[0016] 图3为本发明GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的Α-Α'向的剖面图。
[0017] 图4为GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT在两个悬臂梁下拉时的沟道示意图。
[0018] 图5为GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT在一个悬臂梁下拉时的沟道示意图。
[0019] 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,第一偏置端口 17,第 二偏置端口 18,频率检测输出端口 19,信号放大输出端口 20。
【具体实施方式】
[0020] 本发明提出了一种基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的频率检测器。该频 率检测器由隔直电容、λ/100延迟线，λ/4延迟线、高频扼流线圈、开关、低通滤波器、GaAs 基低漏电流双悬臂梁开关HEMT构成；GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT选择半绝缘的 GaAs作为衬底，在衬底上含有本征GaAs层、本征AlGaAs层、N+AlGaAs层、源区、漏区、栅极 金属层和两个悬臂梁，在栅极上方的两个悬臂梁相当于开关，受直流偏置电压控制，其下拉 电压等于HEMT的阈值电压。悬臂梁下方各有一个下拉电极，下拉电极上覆盖有绝缘介质氮 化硅。栅极与本征AlGaAs层之间形成肖特基接触，本征GaAs层和本征AlGaAs层的异质结 接触形成二维电子气通道，二维电子气通道受到肖特基接触的耗尽层调制。HEMT为增强型， 当悬臂梁处于悬浮态时，肖特基势皇深入到本征GaAs层，本征GaAs层与AlGaAs层异质结 边界的二维电子气被耗尽，HEMT无法导通；当悬臂梁被下拉时，施加的偏置电压使肖特基 势皇的耗尽层变窄，二维电子气通道处于导通态。
[0021] 为实现频率检测，两个直流偏置端加上一定的偏置电压，使两个悬臂梁都处于下 拉状态，此时二维电子气通道处于导通态；控制λ/4延迟线末端是否接地的开关处于断开 状态，输入的待测微波信号经过隔直电容后，再经过λ/4和λ/100延迟线后产生频率相等 和存在一定相位差的两路信号，并输入到HEMT的两个栅极上，经HEMT实现信号混频，输出 的源漏极饱和电流包含了相位信息的电流分量，通过低通滤波器滤去源漏极饱和电流中的 高频分量，从而得到两路信号的相位差，最后通过相位差反推出待测微波信号的频率。
[0022] 当施加一定的直流偏置电压使连接λ/100延迟线的悬臂梁处于下拉状态，控制 λ/4延迟线末端是否接地的开关处于闭合状态时，电路可以实现信号放大功能。由于λ/4 延迟线末端接地，其始端相当于开路，没有信号经过，输入的微波信号完全通过λ /100延 迟线输入到对应的悬臂梁上，HEMT对输入信号进行放大。由于只有一个悬臂梁处于下拉状 态，HEMT在信号放大状态时存在着高阻区域，增大了 HEMT的反向击穿电压。
[0023] 当两个悬臂梁都没有加偏置电压而处于悬浮态时，HEMT处于非工作状态，此时由 于悬臂梁处于悬浮态，减小了栅极漏电流，功耗被有效地降低。
[0024] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0025] 参见图1-3,本发明提出了一种基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的频率检 测器。该频率检测器主要包括：隔直电容、λ/100延迟线，λ/4延迟线、高频扼流线圈、开 关、低通滤波器L、GaAs基低漏电流双悬臂梁开关ΗΕΜΤ。其中，隔直电容，用来隔离微波信 号和直流信号；λ/100延迟线，使微波信号信号产生一定的相位延迟；λ/4延迟线，频率检 测时使微波信号产生90度的相移，信号放大时末端被短路，等效于始端开路，使微波信号 从另一路延迟线输入；高频扼流线圈，用于隔离微波信号，避免微波信号对直流信号源的影 响；低通滤波器，滤去输出信号的高频成分，得到与频率相关的电流信号。
[0026] GaAs基低漏电流双悬臂梁开关ΗΕΜΤ，用于实现两路微波信号的运算，输出和频率 有关的电流信号。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横 跨在锚区8上方，锚区8和输入引线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，非工作状态由于栅极金属层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。
[0027] 悬臂梁12的输入引线9作为HEMT微波信号和直流偏置信号的输入端口。隔直电 容与λ/100延迟线、λ/4延迟线的始端相连，延迟线的末端与悬臂梁12输入引线9相连， 作为微波信号的传输通道，其中，λ/4延迟线的末端存在一个控制其是否接地的开关；高 频扼流圈与悬臂梁12输入引线9相连，作为直流偏置信号的输入通道；HEMT的源极13和 下拉电极6接地，通过在第一偏置端口 17和第二偏置端口 18施加直流偏置