氮化镓基低漏电流固支梁的rs触发器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了氮化镓基低漏电流固支梁的RS触发器，属于微电子机械系统的技 术领域。
【背景技术】
[0002] 在当今世界，集成电路正处于蓬勃发展的时期，数字集成电路作为其重要的一部 分也在进行着不断的改革与完善，在集成电路发展早期，人们大多都是用M0S器件来制作 各种各样的电路结构，然而经过长久的发展，人们发现GaN金属一半导体场效应晶体管 (MESFET)有着电子迀移率高、载流子漂移速度快、禁带宽度大、抗辐射能力强、工作温度范 围宽等诸多优点，比传统的M0S器件有着明显的优势，因此GaN金属一半导体场效应晶体管 (MESFET)被人们广泛的应用在如今的大规模集成电路中。但是随着集成电路尺寸的逐渐缩 小、集成度的不断提高，传统结构的MESFET器件也陆续表露出各种各样的问题，其中最主 要的问题就是功耗，典型的例子就是RS触发器，在RS触发器中有四个MESFET型开关，传统 的MESFET开关由于其栅极存在不可忽略的漏电流，导致了MESFET开关的直流功耗较大，从 而使得整个RS触发器的功耗也过大，若将这种直流功耗较大的RS触发器应用于集成度高 的系统中，会引起难以想象的后果，因此如何降低RS触发器的功耗成了一大难题。
[0003] 随着MEMS技术的不断发展，一种具有MEMS固支梁结构的MESFET开关可以有效的 解决栅极漏电流的问题，因此本发明在半绝缘型GaN衬底上设计了一种具有很小的栅极泄 漏电流的固支梁式的RS触发器。
【发明内容】
[0004] 技术问题：本发明的目的是提供了一种氮化镓基低漏电流固支梁的RS触发器及 制备方法，由于传统MESFET器件的栅极是与沟道接触而产生肖特基势皇，所以不可避免地 会产生栅极泄漏电流，从而导致了整个RS触发器的直流功耗较大，而本发明就极为有效的 降低了RS触发器中的栅极漏电流，从而可以降低RS触发器的直流功耗。
[0005] 技术方案：本发明的氮化镓基低漏电流固支梁的RS触发器制作在半绝缘型GaN衬 底上，由四个N型MESFET开关和两个电阻R所构成，该N型MESFET开关包括源极、漏极、栅 极和沟道组成，其中两个N型MESFET开关串联连接组成第一与非门，另两个N型MESFET开 关串联连接组成第二与非门，其中第一与非门的输出端通过导线与第二与非门的一个输入 端相接，同样第二与非门的输出端也通过导线与第一与非门的一个输入端相连接，形成完 全对称的结构；RS触发器有两个外接信号输入端分别是第一输入端R和第二输入端S，以及 两个输出端分别是第一输出端Q和第二输出端尽；N型MESFET开关具有悬浮的固支梁，该 固支梁的两端固定在锚区上，中间部分横跨在栅极上方，与栅极之间有一间隙，固支梁由Au 材料制作的，在固支梁下方还设有两个下拉电极，下拉电极是接地的，其上还覆盖有氮化硅 介质层，这种结构可以大大减小栅极泄漏电流，从而降低器件的功耗。
[0006] 所述四个N型MESFET开关的阈值电压设计为相等，而固支梁的下拉电压设计为与 N型MESFET的阈值电压相等；只有当固支梁与下拉电极之间的电压大于阈值电压时，悬浮 的固支梁才会下拉贴至栅极上使得N沟道MESFET导通，偏置信号由固支梁连接到栅极上， 否则N沟道MESFET就截止。
[0007] 当R端和S端都为高电平时，与这两端相连的N型MESFET的固支梁4会下拉使其 导通，但两输入信号对输出Q和丨灯并没有影响，由Q和Q所控制的N型MESFET还是处于原 来的状态，所以触发器状态保持不变；当R端为高电平、S端为低电平时，与R端相连的N型 MESFET导通、与S端相连的N型MESFET截止，因此Q为高电平，与端相连的N型MESFET 导通，于是Q输出低电平，此时触发器状态稳定为低电平；当R端为低电平、S端为高电平 时，与R端相连的N型MESFET截止、与S端相连的N型MESFET导通，因此Q为高电平，与Q 端相连的N型MESFET导通，于是:输出低电平，此时触发器状态稳定为高电平；当R端和S 端都为低电平时，与这两端相连的N型MESFET都截止，因此Q与5都是高电平，这时RS触 发器处于既非1又非0的不确定状态，因此若要使RS触发器正常工作，输入信号必须遵守 R+S= 1的约束条件，即不允许R=S= 0。
[0008] 有益效果：本发明的氮化镓基低漏电流固支梁的RS触发器具有悬浮的固支梁结 构，与栅极之间有一层空隙，因此可以极大的减小栅极漏电流，从而降低了整个RS触发器 的直流功耗，提高了系统的稳定性。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明的氮化镓基低漏电流固支梁的RS触发器示意图，
[0010] 图2为本发明的氮化镓基低漏电流固支梁的RS触发器的内部原理图，
[0011] 图3为本发明的氮化镓基低漏电流固支梁的RS触发器的俯视图，
[0012] 图4为图3氮化镓基低漏电流固支梁的RS触发器的P-P'向的剖面图，
[0013] 图5为图3氮化镓基低漏电流固支梁的RS触发器的A-A'向的剖面图。
[0014] 图中包括：半绝缘型GaN衬底1，锚区2，N型MESFET沟道3,固支梁4,下拉电极5， 氮化硅介质层6,源极7,漏极8,引线9,栅极10,N型MESFET开关11，电阻R。
【具体实施方式】
[0015] 本发明的氮化镓基低漏电流固支梁的RS触发器是基于半绝缘型GaN衬底1制作 的，其中N型MESFET开关11由源极7、漏极8、锚区2、固支梁4、下拉电极5和氮化硅介质6 所组成，它拥有独特的MEMS固支梁结构，该固支梁4是横跨在栅极10上方的，该固支梁由 Au材料制作，在固支梁下方有两个下拉电极，该下拉电极是接地的，下拉电极上覆盖有氮化 硅介质层，控制信号是附加在该固支梁上的，而并不是直接加载在栅极上。
[0016] 本发明的氮化镓基低漏电流固支梁的RS触发器主要是由两个与非门构成的，其 中第一与非门①的输出端Q和第二与非门②的一个输入端相连，而第二与非门②的输出端 f和第一与非门①的一个输入端相连，第一与非门①的另一个输入端为R端（清零端），而 第二与非门②的另一个输入端为S端（置位端）。这两个与非门的内部结构是一模一样的， 都是由两个N型MESFET和一个上拉电阻R串联相接所构成的，并在N型MESFET与电阻之 间取一点作为输出端，所以整个RS触发器一共拥有四个N型MESFET开关。
[0017] 整个RS触发器是基于半绝缘型GaN衬底制作的，其中最为关键的就是四个N型 MESFET开关的结构，它们由源极、漏极、栅极和沟道组成，MESFET的源极和漏极由金和N型 重掺杂区形成的欧姆接触区构成，栅极是由金和沟道形成的肖特基接触区构成，更为重要 的是该N型MESFET拥有独特的MEMS固支梁结构，通过锚区横跨在栅极上，与栅极之间存在 一层空隙，控制信号是附加在该固支梁上的，而并不是如传统MESFET器件一样直接加载在 栅极上，该固支梁由Au材料制作，在固支梁下方有两个下拉电极，分布在锚区与栅极之间， 该下拉电极是接地的，下拉电极上覆盖有氮化硅介质层。
[0018] 从单个与非门来看，当两个N型MESFET的固支梁上都加载有高电平'1'时，由于 下拉电极接地，从而使得N型MESFET的悬浮固支梁被下拉电极吸附并贴至N型沟道上方的 栅极上，此时两个N型MESFET均导通，于是整个电路形成通路，由于电阻R的分压作用使得 输出端为低电平'〇' ；