本发明专利技术的基于硅基低漏电流双悬臂梁可动栅的频率检测器，原理和结构简单，该结构同时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。由于悬臂梁结构在非工作状态时的漏电流极低，有效地降低了功耗。频率检测时，施加直流偏置电压使两个悬臂梁处于下拉状态，待测微波信号经过λ/4延迟线和λ/100延迟线后，产生两路频率相等但存在一定相位差的信号，输入到悬臂梁栅极，检测源漏极饱和电流，由相位差得到待测微波信号的频率。信号放大时，施加偏置电压使连接λ/100延迟线的悬臂梁被下拉，λ/4延迟线末端被短路，始端相当于开路，信号完全经过λ/100延迟线输入到MOSFET栅极并被放大，由于存在一个悬浮的悬臂梁，下面对应的区域为高阻区，有利于提高反向击穿电压。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术提出了基于硅基双悬臂梁MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管）的频 率检测器，属于微电子机械系统（MEMS)的
技术介绍
频率作为微波信号的基本参数，其检测在微波通信和雷达监测等领域都有着重要 的作用。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，与其他方法相比具有频带宽、结构简单、易通过MEMS技术实现等优 点。 随着微电子与微波通信技术的发展，人们对微波集成电路的性能、功耗以及占有 的芯片面积都提出了更高的要求。近年来由于MEMS技术的快速发展，对梁结构有了比较深 入的研究，使基于硅基COMS (互补金属氧化物半导体）工艺设计的低漏电流双悬臂梁可动 栅MOSFET成为可能，实现了低漏电流、多功能的频率检测器。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种基于硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET 的频率检测器，双悬臂梁作为MOSFET的可动栅，通过施加直流偏置电压实现对悬臂梁状态 的控制，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；在MOSFET处于非工作状态时，由于悬臂梁处于悬浮 态，栅极漏电流极小，降低了静态功耗。 技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种基于硅基低漏电流双悬臂梁可动 栅的频率检测器中：N型MOSFET制作在P型硅衬底上，沟道栅氧化层设置在P型硅衬底上， 在沟道栅氧化层的上方设有两个悬臂梁，材料为Au，作为MOSFET的可动栅，其下拉电压设 置为MOSFET的阈值电压，悬臂梁横跨在锚区上，锚区与输入引线相连，作为微波信号和直 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，直流偏置信号由第一偏置端 口和第二偏置端口输入，通过高频扼流圈分别输入到两个悬臂梁上，锚区和输入引线的制 备材料为多晶硅，悬臂梁的下面各分布着一个下拉电极，下拉电极接地，下拉电极上覆盖一 层绝缘的氮化硅介质层；MOSFET源区，MOSFET漏区分别设置在P型硅衬底上，源漏引线分别 通过有源区引线孔与MOSFET源区，MOSFET漏区连接。 该频率检测器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MOSFET的悬臂梁可动栅上，经MOSFET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（14)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栅极上，源漏极输出放大后的电流信号，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，有利于提高反向击穿电压。 该频率检测器在非工作状态时，两个悬臂梁都处于悬浮态，与栅氧化层没有接触， 减小了栅极漏电流，功耗被有效地降低。 有益效果：本专利技术相对于现有的频率检测器具有以下优点： 1.本专利技术的频率检测器的电路能够实现频率检测和信号放大两种功能，有效的节 约了芯片的面积，降低了成本； 2.本专利技术的频率检测器原理、结构简单，易于利用MEMS工艺实现，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； 3.信号放大状态时，由于存在高阻区，增大了 MOSFET的反向击穿电压值； 4.本专利技术由于采用悬臂梁结构，使频率检测器在非工作状态时栅极的漏电流大大 减小，从而有效地降低了功耗。【附图说明】 图1为本专利技术硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET的俯视图。 图2为本专利技术硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET的P-P '向的剖面图。 图3为本专利技术硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET的Α-Α'向的剖面图。 图4为硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET在两个悬臂梁处于下拉状态时的沟 道示意图。 图5为硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET在一个悬臂梁处于下拉状态时的沟 道示意图。 图中包括：P型Si衬底1，栅氧化层2,氮化硅介质层3,下拉电极4,输入引线5， 悬臂梁锚区6, MOSFET源区7, MOSFET漏区8,悬臂梁9,有源区引线孔10,源漏引线11，第 一四偏置端口 12,第二偏置端口 13,低通滤波器14,频率检测输出端口 15,信号放大输出端 □ 16。【具体实施方式】 本专利技术提供一种基于硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET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、双悬 臂梁可动栅结构的N型MOSFET构成；N型MOSFET制作在硅衬底上，沟道栅氧化层的上方有 两个悬臂梁，材料为Au，作为MOSFET的可动栅，其下拉电压设置为MOSFET的阈值电压，悬臂 梁横跨在锚区上，锚区与输入引线相连，作为微波信号和直流偏置信号的输入端，其中，微 波信号通过隔直电容和延迟线输入到悬臂梁上，直流偏置信号通过高频扼流圈输入到悬臂 梁上，锚区和输入引线的制备材料为多晶硅，悬臂梁的下面各分布着一个下拉电极，下拉电 极上覆盖一层绝缘的氮化硅介质层。 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。MOSFET对输入信号进行放大，通过隔直电容后输出。由于只 有一个悬臂梁处于下拉状态，MOSFET在信号放大状态时悬浮的悬臂梁下方存在着高阻区 域，提高了 MOSFET的反向击穿电压。 当两个悬臂梁都没有加偏置电压而处于悬浮态时，硅基MOSFET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。 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】做进一步说明。 参见图1-3,本专利技术提出了一种基于硅基低漏电流双悬臂梁可动栅MOSFET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14、双悬臂梁可动栅结构的N型M0SFET。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14,滤去输出信号的高频成分，得到与频率相关的电流信号。 双悬臂梁可动栅结构的N型M0SFET，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P型Si作为衬底1，通过C本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于硅基低漏电流双悬臂梁可动栅的频率检测器，其特征是：N型MOSFET制作在P型硅衬底(1)上，沟道栅氧化层(2)设置在P型硅衬底(1)上，在沟道栅氧化层(2)的上方设有两个悬臂梁(9)，材料为Au，作为MOSFET的可动栅，其下拉电压设置为MOSFET的阈值电压，悬臂梁(9)横跨在锚区(6)上，锚区(6)与输入引线(5)相连，作为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(9)上，直流偏置信号由第一偏置端口(12)和第二偏置端口(13)输入，通过高频扼流圈分别输入到两个悬臂梁(9)上，锚区(6)和输入引线(5)的制备材料为多晶硅，悬臂梁(9)的下面各分布着一个下拉电极(4)，下拉电极(4)接地，下拉电极上覆盖一层绝缘的氮化硅介质层(3)；MOSFET源区(7)，MOSFET漏区(8)分别设置在P型硅衬底(1)上，源漏引线(11)分别通过有源区引线孔(10)与MOSFET源区(7)，MOSFET漏区(8)连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：廖小平，严嘉彬，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。