砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅分频器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了 GaAs (砷化镓）基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT (高电子迀移率 晶体管）分频器，属于微电子机械系统的技术领域。
【背景技术】
[0002] 分频器是将一参考信号的频率经过功能电路的作用，产生所需的参考信号频率 1/N的频率信号。目前，频率乘法器广泛应用于通信、信号处理等领域。利用锁相环和乘法 器可构成分频器。与传统电路中的MOSFET结构相比，高电子迀移率晶体管HEMT有更高的 电子迀移率，速度更快，效率更高也能够降低功耗等。当前，MEMS技术也推动电路向结构简 单，体积变小的方向发展。
[0003] 本发明正式要结合HEMT与MEMS技术，提出一种GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双 栅HEMT分频器。
【发明内容】
[0004] 技术问题：本发明的目的是提供一种GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分 频器。两个悬臂梁开关下方各自对应一个栅极，悬臂梁开关通过直流偏置的作用，在电路中 控制HEMT的导通以及信号的传输。
[0005] 技术方案：本发明的一种砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅分频器的HEMT为 生长在GaAs衬底上的增强型HEMT，包括本征GaAs层，本征AlGaAs层，N+AlGaAs层，源极， 漏极，栅极，锚区，悬臂梁开关，下拉极板，绝缘层，通孔，引线；在GaAs衬底上设有本征GaAs 层，在本征GaAs层上设有本征AlGaAs层，在本征AlGaAs层上设有N+AlGaAs层，源极、漏极 分别位于栅极的两侧，源极接地，位于N+AlGaAs层上的两个栅极并列设置，与两个悬臂梁 开关一一对应，悬臂梁开关的一端固定在锚区上，另一端悬浮在栅极之上，下拉极板设置在 悬臂梁开关末端下方，下拉极板接地，绝缘层覆盖在下拉极板上，直流偏置通过高频扼流圈 和锚区作用在悬臂梁开关上，悬臂梁开关的下拉电压设计为HEMT的阈值电压；
[0006] HEMT的漏极输出信号有两种不同的工作方式，一种是选择第一端口输入至低通滤 波器，低通滤波器输出接入压控振荡器，压控振荡器输出通过第三端口接入乘法器，乘法器 输出信号作为反馈信号通过锚区加载到一个悬臂梁开关上，构成反馈回路，参考信号通过 锚区加载到另一个悬臂梁开关上，HEMT的漏极输出信号的另一种工作方式是选择第二端口 直接输出放大信号。
[0007] 所述的悬臂梁开关的闭合或断开通过直流偏置控制，当两个悬臂梁开关均在达到 或大于下拉电压的直流偏置下实现下拉，与栅极接触，开关闭合时，在栅电压作用下，形成 二维电子气沟道，HEMT导通，参考信号和反馈信号通过HEMT实现相乘，漏极输出包含两信 号的相位差信息，选择第二端口输入低通滤波器，低通滤波器滤除高频部分，输出包含相位 差信息的直流电压，直流电压输入压控振荡器，作为控制电压调节压控振荡器的输出频率， 调节频率后的信号经第三端口传输至乘法器，乘法器输出作为反馈信号加载到悬臂梁开关 上，环路循环反馈的结果是反馈信号与参考信号的频率相等，压控振荡器第四端口输出频 率f。为参考信号频率的1/N倍：f Mf/N，实现参考信号的分频；
[0008] 当直流偏置小于下拉电压，两个悬臂梁开关均不与栅极接触，开关断开时，栅电压 为〇,无法形成沟道，HEMT截止，能够有效的减小栅极漏电流，降低功耗；
[0009] 当只有一个悬臂梁开关闭合，另一个悬臂梁开关处于断开状态时，闭合的悬臂梁 开关下方形成二维电子气沟道，断开的悬臂梁开关下方形成高阻区，沟道与高阻区串联的 结构有利于提高HEMT的反向击穿电压，只有闭合的悬臂梁开关上的选通信号可以通过 HEMT放大，放大信号经第二端口输出，当只有加载参考信号的悬臂梁开关闭合时，参考信号 通过HEMT放大，第二端口输出参考信号频率f Mf的放大信号，当只有加载反馈信号的悬臂 梁开关闭合时，反馈信号通过HEMT放大，反馈信号频率为压控振荡器输出频率f。经乘法器 后乘以N的结果：NXf。，第二端口输出频率为NXf。的放大信号，断开的悬臂梁开关有利于 减小栅极漏电流，降低功耗。
[0010] 有益效果：本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器具有以下显 著的优点：
[0011] 1、悬臂梁在电路中起到开关的作用，下拉电压设计为HEMT的阈值电压，方便控制 HHMT的导通；
[0012] 2、通过对悬臂梁开关的控制，不仅能实现参考信号的分频，还能实现对单个信号 的放大，使电路多功能化，扩展应用范围；
[0013] 3、HEMT与MEMS技术相结合，使得电路效率提升，功耗降低，结构简单化，体积小型 化。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器的俯视图。
[0015] 图2为图IGaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器的A-A'向剖面图。
[0016] 图3为图IGaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器的B-B'向剖面图。
[0017] 图4为图IGaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT两个悬臂梁开关均闭合时的 沟道示意图。
[0018] 图5为图IGaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT闭合一个悬臂梁开关时的沟 道示意图。
【具体实施方式】
[0019] 本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器。包括GaAs衬底、增强 型HEMT，以及外接的低通滤波器、压控振荡器、乘法器、高频扼流圈；其中HEMT生长在GaAs 衬底上，包括本征GaAs层，本征AlGaAs层，N+AlGaAs层；源极，漏极和两个栅极。栅极与 N+AlGAs层形成肖特基接触，本征GaAs层与本征AlGaAs层形成异质结。锚区位于栅极一侧， 悬臂梁开关通过锚区横跨于栅极之上。悬臂梁末端下方设置有下拉极板，下拉极板接地，绝 缘层覆盖在下拉极板之上。
[0020] 参考信号和反馈信号分别通过锚区加载到两个悬臂梁开关上。直流偏置通过高频 扼流圈和锚区作用在悬臂梁开关上，高频扼流圈保证直流偏置与交流信号隔开。
[0021] 悬臂梁开关的下拉电压设计为HEMT的阈值电压。当直流偏置小于下拉电压，两个 悬臂梁开关均悬浮断开，不与栅极接触时，栅电压为〇, HEMT无法导通。
[0022] 当直流偏置达到或大于下拉电压，两个悬臂梁开关均在直流偏置作用下下拉闭 合，与栅极接触时，栅电压即为直流偏置，肖特基势皇宽度在栅电压作用下变窄，异质结表 面形成二维电子气沟道，HEMT导通，参考信号和反馈信号通过HEMT相乘。漏极输出信号包 含了两信号之间的相位差信息，经过低通滤波器后，高频分量被滤除，并向压控振荡器输送 一个直流电压，使进一步的输出频率发生改变。压控振荡器输出信号经过乘法器之后，在频 率上对应发生N倍的改变，并作为反馈信号，重新输入HEMT，经过锁相环环路的作用，反馈 信号和参考信号频率相等。所以，最终压控振荡器输出的信号频率为参考信号频率的1/N， 实现参考信号的分频。
[0023] 当只有一个悬臂梁开关闭合与栅极接触时，此悬臂梁开关下方形成二维电子气沟 道，另一个断开的悬臂梁开关下方为高阻区，沟道与高阻区串联的结构有利于提高HEMT的 反向击穿电压。只有下拉悬臂梁上的选通信号可以通过HEMT放大输出，从而通过对一个悬 臂梁开关的单独控制，实现对单个信号的放大，电路具有多功能。
[0024] 下面结合附图对本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器做进一 步解释。
[0025] 如图1所示，本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器包括GaAs 衬底1，设置在GaAs衬底上的增强型HEMT，外接的低通滤波器，压控振荡器，乘法器、高频扼 流圈。
[0026] HEMT包括本征GaAs层2,本征AlGaAs层3, N+ AlGaAs层4,源极5,漏极6,两个 栅极7,锚区8,两个悬臂梁开关9,下拉极板10,绝缘层11，通孔12,引线13。其中，源极5 接地，锚区8设置在栅极7 -侧，下拉极板10设置栅极7另一侧并且接地，悬臂梁开关9通 过锚区8横跨在栅极7上方。在HEMT结构中，栅极7与N+ AlGaAs层4形成肖特基接触， 本征AlGaAs层3与本征GaAs层2形成异质结。对于增强型HEMT，栅电压为0时，肖特基接 触势皇耗尽了异质结界面的二维电子气，没有导通沟道。
[0027] HEMT漏极6输出信号的有两种不同的工作方式，一种是选择第一端口 14连接低通 滤波器，低通滤波器输出接入压控振荡器，压控振荡器输出通过第三端口 16接入乘法器， 乘法器的输出作为反馈信号通过锚区8加载到一个悬臂梁开关9上，与HEMT构成反馈回 路，参考信号通过锚区8加载到另一个悬臂梁开关9上。直流偏置通过高频扼流圈和锚区 8作用在悬臂梁开关9上。
[0028] HEMT漏极6输出信号的另一种工作方式是选择第二端口 15直接输出放大信号。
[0029] 悬臂梁开关9的下拉电压设计为HEMT的阈值电压。当直流偏置小于下拉电压，悬 臂梁开关9处于悬浮断开状态，不与栅极7接触时，栅电压为0,没有二维电子气沟道，HEMT 截止。
[0030] 当直流偏置达到或大于下拉电压，两个悬臂梁开关9均下拉与栅极7接触，开关 闭合时，在栅电压的作用下，二维电子气在异质结界面聚集，形成沟道，如图4所示，HEMT导 通。参考信号和反馈信号通过HEMT相乘。漏极6输出信号包含了参考信号和反馈信号之 间的相位差信息，选择第一端口 14输入低通滤波器，低通滤波器将此信号中的高频分量滤 除，并向压控振荡器输送一个直流电压，控制电压可以表示为：
[0032] 其中K