砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅倍频器的制造方法
【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）倍频器，属于微电子机械系统的技术领域。
【背景技术】
[0002] 倍频器是将一参考信号经过功能电路的作用，产生所需的参考信号频率整数倍 的频率信号。目前，倍频器广泛应用于通信、信号处理等领域。与传统电路中的HEMT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倍频器。
【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倍 频器。两个悬臂梁与下方的两个栅极一一对应。悬臂梁在电路中起开关的作用，控制HEMT 的导通以及信号的传输。
[0005] 技术方案：本发明的砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅倍频器的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衬底上有本征GaAs层，本征 GaAs层上有本征AlGaAs层，本征AlGaAs层上有N+AlGaAs层，源极，漏极位于两个悬臂梁开 关的两侧，源极接地，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；引线分别通过通孔接本征GaAs层；
[0006] HEMT漏极输出信号有两种工作方式，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二端口接入除法器，除法器输出信 号作为反馈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，开关呈闭合状态时，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，经第一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除法器，除法器输出信号作为新的反馈信号加载 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，压控振荡器的 第四端口输出频率f。为参考信号频率的N倍：NX f "f，实现参考信号的倍频；N是自然数；
[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0, 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能通过HEMT 放大，放大信号选择第二端口输出，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，第二端口输出参考频率f" f的放大信号，当只有加载反馈信号的悬臂梁开关 下拉时，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经除法器后除以 N的结果 ：f7N，第二端口输出频率为&/N的放大信号，断开状态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倍频器具有以下显 著的优点：
[0011] 1、悬臂梁在电路中起到开关的作用，方便控制HEMT的导通与信号的传输；
[0012] 2、通过对悬臂梁开关的控制，不仅可以实现参考信号的倍频，还可以实现对单个 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倍频器的俯视图.
[0015] 图2为图I GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT倍频器的A-A'向剖面图。
[0016] 图3为图I GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT倍频器的B-B'向剖面图。
[0017] 图4为图I GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT两个悬臂梁开关均下拉时的 沟道示意图。
[0018] 图5为图I GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT只有一个悬臂梁开关下拉时 的沟道示意图。
[0019] 图中有：GaAs衬底1，本征GaAs层2,本征AlGaAs层3, N+AlGaAs层4,源极5,漏 极6,栅极7,锚区8,悬臂梁开关9,下拉极板10,绝缘层11，通孔12,引线13,第一端口 14， 第二端口 15,第三端口 16,第四端口 17。
【具体实施方式】
[0020] 本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT倍频器。包括GaAs衬底、增强 型HEMT，以及外接的低通滤波器、压控振荡器、除法器、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。
[0021] 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。高频扼流圈保证交流信号与直流偏置隔开。
[0022] 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，悬臂 梁开关不与栅极接触，开关断开时，栅极电压为〇, HEMT无法导通，有利于减小栅极漏电流， 降低功耗。
[0023]当直流偏置达到或大于下拉电压，两个悬臂梁开关均与栅极接触时，开关呈闭合 状态，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，压控振荡器输出信号 频率被控制电压调节。压控振荡器输出信号经过除法器之后，在频率上对应发生1/N的改 变，并作为反馈信号，重新输入悬臂梁开关，经过环路的作用，反馈信号和参考信号频率相 等。最终锁相环输出的信号频率为参考频率的N倍，实现倍频。
[0024]当只有一个悬臂梁开关下拉闭合与对应的栅极接触时，闭合的开关下方形成二维 电子气沟道，另一个断开的开关下方为尚阻区，沟道与尚阻区串联能够有效的提尚HEMT的 反向击穿电压。只有选择下拉闭合的悬臂梁开关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，扩大了电 路的应用范围。
[0025]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倍频器做进一 步解释。
[0026] 如图1所示，本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT倍频器包括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，除法器、高频扼 流圈。
[0027]HEMT包括本征GaAs层2,本征AlGaAs层3, N+AlGaAs层4,源极5,漏极6,栅极7， 锚区8,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设置在悬臂梁开关9的末端下方，与地连接，悬臂梁开关9 通过锚区8横跨在栅极上方。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。
[0028] HEMT漏极6输出信号有两种工作方式，一种是通过第一端口 14接入低通滤波器， 低通滤波器输出接入压控振荡器，压控振荡器输出通过第三端口 16接入除法器，除法器的 输出信号作为反馈信号通过锚区8接入一个悬臂梁开关9上，参考信号通过锚区8接入另 一个悬臂梁开关9上。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。
[0029]直流偏置通过高频扼流圈和锚区8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，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不与栅极7接触，开关呈断开状态时，栅电压为0,异质结界面没有二 维电子气沟道，HEMT截止，有利于减小栅极漏电流，降低功耗。
[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