硅基低漏电流双固支梁可动栅锁相环电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET(金属氧化物半导体场效应 晶体管）锁相环电路，属于微电子机械系统的技术领域。
【背景技术】
[0002] 锁相环是一种利用反馈控制原理实现频率及相位同步的技术，当参考信号的频率 或相位发生改变时，锁相环会检测到这种变化，并通过内部的反馈系统来调节输出频率，直 到最终的输出信号与参考信号达到两者同频、相位差恒定的锁定状态。锁相环技术在众多 领域中有应用，如无线通信、雷达、数字电视、广播等。当前广泛应用的锁相环技术有模拟锁 相环、模数混合锁相环以及数字锁相环。它们的优点是精度很高，但是有着电路结构复杂、 尺寸较大的缺点。更重要的是，电路中传统结构的MOSFET器件栅极漏电流的存在也使得电 路的动态功耗增加。
[0003] 随着微电子技术的发展，现代个人通信系统和雷达系统要求锁相环电路具有简单 的结构，小的体积以及小的功耗。MEMS系统具有体积小、功耗低、成本低等优点，使上述要求 成为可能，另外，MEMS固支梁结构因具备可操控性有着广泛的应用。本发明的目的正是要 提出一种硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET锁相环电路。
【发明内容】
[0004] 技术问题：为了降低电路中的漏电流，减小功耗，同时也使电路的结构简单，体积 变小，本发明提供一种硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET锁相环电路。
[0005] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0006] 本发明的硅基低漏电流双固支梁可动栅锁相环电路MOSFET为N型增强型M0SFET， 生长在硅衬底上，包括源极，漏极，栅氧化层，锚区，固支梁可动栅，下拉极板，绝缘层，通孔， 引线，源极接地；
[0007] MOSFET的栅极采用两个悬浮在栅氧化层之上的固支梁可动栅，固支梁可动栅的两 端固定在锚区上，设置在硅衬底上的下拉极板设置在锚区和栅氧化层之间，绝缘层覆盖在 下拉极板上，引线通过通孔分别与包括源极、漏极连接，固支梁可动栅由直流偏置控制，直 流偏置通过锚区作用在固支梁可动栅上，固支梁可动栅的下拉电压设计为MOSFET的阈值 电压；
[0008] MOSFET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接入低通滤 波器、低通滤波器输出接入压控振荡器，压控振荡器输出选择第三端口作为反馈信号通过 锚区加载到一个固支梁可动栅上，与MOSFET形成反馈回路，参考信号通过锚区加载到另一 个固支梁可动栅上，MOSFET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。
[0009] 该锁相环电路中，当直流偏置小于下拉电压，两个固支梁可动栅均悬浮在栅氧化 层之上时，MOSFET截止，栅电容较小，能够有效的减小栅极漏电流，降低功耗；
[0010] 当直流偏置达到或大于下拉电压，两个固支梁可动栅均下拉与栅氧化层接触时， MOSFET导通，参考信号和反馈信号经MOSFET相乘，漏极输出包含两信号的相位差信息，选 择第一端口接入低通滤波器，低通滤波器输出为含有相位差信息的直流电压，直流电压作 为控制电压接入压控振荡器，压控振荡器的输出频率被直流电压调节，作为反馈信号加载 到固支梁可动栅上，经过环路的反馈循环，最终反馈信号和参考信号频率相等，相位差恒 定，实现锁定，锁定后的信号通过压控振荡器第四端口输出；
[0011] 当只有一个固支梁可动栅下拉时，被下拉的固支梁可动栅下方形成沟道，未被下 拉固支梁可动栅下方为高阻区，沟道与高阻区串联的结构起到提高反向击穿电压的作用， 只有被下拉的固支梁可动栅上的选通信号可以通过MOSFET放大，选择通过第二端口输出 放大信号，当只有加载参考信号的固支梁可动栅被下拉时，第二端口输出参考信号频率f"f 的放大信号，当只有加载反馈信号的固支梁可动栅被下拉时，反馈信号的频率为压控振荡 器的输出频率心，第二端口输出频率为fc的放大信号。
[0012] 有益效果：与现有的锁相环电路相比，这种新型的硅基低漏电流双固支梁可动栅 MOSFET锁相环电路具有以下显著的优点：
[0013] 1、采用固支梁可动栅结构，在MOSFET截止状态实现栅极与栅氧化层的脱离，具有 减小电路漏电流，降低功耗的优点；
[0014] 2、固支梁可动栅结构使电路方便可控，不仅可以实现电路锁相功能，另外，下拉单 个固支梁可动栅，可实现对单个选通信号的单独放大，另一个不被下拉的固支梁可动栅下 方形成高阻区，有利于增大反向击穿电压，使电路多功能化，扩展了应用范围；
[0015] 3、采用MEMS固支梁技术，使得结构简单化，体积小型化。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET锁相环电路的俯视图。
[0017] 图2为图1硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET锁相环电路的A-A'向剖面图。
[0018] 图3为图1硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET锁相环电路的B-B'向剖面图。
[0019] 图4为图1硅基固支梁可动栅MOSFET两个固支梁可动栅均下拉时的沟道示意图。
[0020] 图5为图1硅基固支梁可动栅MOSFET单个固支梁可动栅下拉时的沟道示意图。
[0021] 图中有：硅衬底1，源极2,漏极3,栅氧化层4,锚区5,固支梁可动栅6,下拉极板7， 绝缘层8,通孔9,引线10,第一端口 11，第二端口 12,第三端口 13,第四端口 14。
【具体实施方式】
[0022] 本发明的硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET锁相环电路，包括硅衬底、N型增 强型M0SFET，以及外接的低通滤波器、压控振荡器、高频扼流圈。其中，MOSFET生长在硅衬 底上，包括源极、漏极、栅氧化层、两个固支梁可动栅、锚区、下拉极板、绝缘层。源极和漏极 相对设置，栅氧化层连接在源漏之间。不同于传统M0SFET，本发明中的MOSFET栅极是通过 锚区横跨并悬浮在栅氧化层之上的两个固支梁可动栅。锚区设置在栅氧化层两侧，固支梁 可动栅通过各自的锚区横跨栅氧化层之上，下拉极板设置在栅氧化层与锚区之间。
[0023] 锁相环电路中，参考信号和压控振荡器的反馈信号分别加载在两个固支梁可动栅 上。直流偏置通过高频扼流圈和锚区作用在固支梁可动栅上，固支梁可动栅下拉电压设计 为MOSFET阈值电压。
[0024] 当直流偏置小于下拉电压时，固支梁可动栅仍处于悬浮状态不与栅氧化层接触， 栅电容较小，能够有效的减小栅极漏电流。
[0025] 当直流偏置达到或者大于下拉电压，两个固支梁可动栅均通过直流偏置实现下拉 与栅氧化层接触时，MOSFET导通，参考信号和反馈信号通过MOSFET相乘，漏极输出包含了 两信号之间的相位差信息。低通滤波器对漏极输出进行滤波，输出与相位差信息有关的直 流控制电压。压控振荡器在直流控制电压的作用下，调节输出频率，作为新的反馈信号重新 加载到MOSFET上。环路不断循环作用，直到最终反馈信号和参考信号的频率一致，锁相环 电路完成锁定。
[0026] 当只有一个固支梁可动栅下拉时，对应固支梁可动栅下形成沟道，另一个不被下 拉的固支梁可动栅下形成高阻区，沟道和高阻区串联结构有利于提高器件的反向击穿电 压。此时，只有下拉固支梁可动栅上的选通信号可以通过MOSFET放大输出。从而通过对一 个固支梁可动栅的单独控制，实现对单个信号的放大，扩大电路的应用范围。
[0027] 下面结合附图对本发明的硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET锁相环电路做进 一步解释。
[0028] 如图1所示，本发明的硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET锁相环电路包括硅衬 底1，设置在硅衬底上的N型增强型M0SFET，外接的低通滤波器，压控振荡器，高频扼流圈。 其中，MOSFET包括源极2,漏极3,栅氧化层4,锚区5,固支梁可动栅6,下拉极板7,绝缘层 8,通孔9,引线10,其中，源极2接地。
[0029] 源极2和漏极3相对设置，栅氧化层4连接在源漏之间，锚区5设置在栅氧化层4 的两侧，固支梁可动栅6通过各自的锚区横跨栅氧化层之上，下拉极板7设置在栅氧化层4 与锚区5之间。绝缘层8覆盖在下拉极板7之上。
[0030] 漏极3输出有两种不同的工作方式，一种经第一端口 11接入低通滤波器，低通滤 波器输出接入压控振荡器，压控振荡器输出选择第三端口 13作为反馈信号通过锚区5接入 一个固支梁可动栅6,参考信号通过锚区5加载到另一个固支梁可动栅上。漏极3输出的另 一种工作方式是经第二端口 12直接输出放大信号。
[0031] 直流偏置通过高频扼流圈和锚区5作用在固支梁可动栅6上，下拉极板7接地。固 支梁可动栅6的下拉电压设计为MOSFET的阈值电压。
[00