本发明专利技术是一种氮化镓基低漏电流悬臂梁场效应晶体管倒相器及制备方法，该倒相器由悬臂梁N型MESFET和悬臂梁P型MESFET构成。该倒相器的MESFET的制作在半绝缘GaN衬底上，其栅极上方设计了悬臂梁结构。悬臂梁下方设计了电极板。悬臂梁的下拉电压设计为等于型MESFET的阈值电压的绝对值。当在悬臂梁与电极板间的电压小于阈值电压的绝对值时，悬臂梁是悬浮在栅极的上方，此时栅极处是断路的，MESFET工作在截止状态，而只有在悬臂梁与电极板间的电压达到或大于阈值电压的绝对值时，悬臂梁才会被下拉到贴在栅极上，栅极与悬臂梁短接，从而使MESFET工作在导通状态。本发明专利技术在工作中增大了栅极的阻抗，减小了栅极漏电流，有效地降低了功耗。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术提出了基GaN基低漏电流悬臂梁MESFET倒相器，属于微电子机械系统的技 术领域。
技术介绍
随着现代新型通信技术的迅猛发展，射频和微波器件发展迅速。为了满足现代 无线通信系统对电子元器件提出的高要求，传统的Si基器件已经无法满足要求。目前金 属-半导体场效应晶体管（MESFET)具有电子迀移率高、载流子漂移速度快，禁带宽度大、 抗辐射能力强、工作温度范围宽等优点，被广泛地应用到光纤通信、移动通信、超高速计算 机、高速测量仪器、航空航天等领域。同时，随着器件特征尺寸的不断缩小，芯片的规模不断 增大，内部集成的晶体管数目急剧增加，时钟频率越来越高。众多金属-半导体场效应晶 体管（MESFET)在很高的频率下工作，芯片的功耗问题也变得日益突出。过高的功耗使得芯 片温度过高，这样不仅降低了芯片的性能也缩短了芯片的使用寿命。而且，过高的功耗还会 使得各种移动设备面临在电源续航和散热性能上的巨大难题。因此，对于设计者来说，低 功耗设计在超大规模集成电路设计过程中越来越重要。 常见的MESFET器件的功耗主要包括两方面，一方面是指MESFET工作时交流信号 产生的动态功耗；而另一方面是漏电流造成的损耗。而对于漏电流主要有两种，一种是栅极 电压带来的栅极漏电流，另一种时截止时源漏之间的漏电流。而目前对于MESFET器件的研 究多集中在对MESFET动态功耗的降低。对漏电流的降低的研究很少。本专利技术即是基于GaN 工艺设计了一种具有极低的栅极漏电流的悬臂梁可动栅MESFET倒相器。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种氮化镓基低漏电流悬臂梁场效应晶体管倒 相器及制备方法；在MESFET倒相器工作时，通常希望其在栅极的电流是为0。传统MESFET 的栅与有源区是肖特基接触，所以不可避免的会有一定的直流漏电流。在大规模集成电路 中，这种漏电流的存在会增加倒相器在工作的中的功耗。而这种漏电流在本专利技术中得到有 效的降低。 技术方案：本专利技术的氮化镓基低漏电流悬臂梁场效应晶体管倒相器由悬臂梁N型 MESFET和悬臂梁P型MESFET构成，该倒相器中的MESFET基于半绝缘GaN衬底，其输入引线 利用金制作，悬臂梁N型MESFET的源极接地，悬臂梁P型MESFET的源极接电源，悬臂梁N型 MESFET的漏极与悬臂梁P型MESFET的漏极短接；悬臂梁N型MESFET和悬臂梁P型MESFET 的栅极与有源层形成肖特基接触，在两个栅极上方分别设计了两个悬臂梁，两个MESFET的 悬臂梁短接，每个悬臂梁的锚区制作在半绝缘GaN衬底上，在每个悬臂梁下方设计了两个 电极板，电极板的上方覆盖有氮化硅层，每个MESFET的电极板与该MESFET的源极短接。 根据权利要求1所述的GaN基低漏电流悬臂梁MESFET倒相器，其特征在于悬臂梁 N型MESFET的阈值电压设计为正值，悬臂梁P型MESFET的阈值电压设计为负值，且悬臂梁 N型MESFET和悬臂梁P型MESFET的阈值电压的绝对值设计为相等，悬臂梁的下拉电压设计 为与MESFET的阈值电压的绝对值相等，当输入高电平时，悬臂梁N型MESFET的悬臂梁与电 极板间的电压大于阈值电压的绝对值，所以悬臂梁被下拉到栅极上，悬臂梁与栅极短接，同 时栅极与悬臂梁N型MESFET的源极间的电压也大于阈值电压，所以悬臂梁N型MESFET导 通，而悬臂梁P型MESFET的悬臂梁与电极板间的电压小于阈值电压的绝对值，所以悬臂梁 是悬浮的，栅极处于断路，栅极与悬臂梁P型MESFET的源极间的电压接近0,所以悬臂梁P 型MESFET截止，从而输出低电平，而当输入低电平时，情况恰好相反，悬臂梁N型MESFET的 悬臂梁悬浮，处于截止，而悬臂梁P型MESFET的悬臂梁被下拉，处于导通，从而倒相器输出 高电平，所以当悬臂梁与电极板间的电压小于阈值电压的绝对值时，悬臂梁是悬浮在栅极 的上方，此时栅极处是断路的，MESFET工作在截止状态，而只有在悬臂梁与电极板间的电压 达到或大于阈值电压的绝对值时悬臂梁才会下拉到贴在栅极上，悬臂梁与栅极短接，从而 使MESFET工作在导通状态，相比于传统的型MESFET，本专利技术中的MESFET的悬臂梁在悬浮 时，栅极与悬臂梁间有一层空气层，栅极处是断路的，所以直流漏电流大大减小，有效地降 低了功耗。 本专利技术的GaN基低漏电流悬臂梁MESFET倒相器的制备方法如下： 1)准备半绝缘GaN衬底； 2)淀积氮化硅，用等离子体增强型化学气相淀积法工艺（PECVD)生长一层氮化 硅，然后光刻和刻蚀氮化硅，去除悬臂梁P型MESFET有源区的氮化硅； 3)悬臂梁P型MESFET有源区离子注入：注入硼后，在氮气环境下退火；退火完成 后，在高温下进行P +杂质再分布，形成悬臂梁P型MESFET有源区的P型有源层； 4)去除氮化硅层：采用干法刻蚀技术将氮化硅全部去除； 5)淀积氮化硅，用等离子体增强型化学气相淀积法工艺（PECVD)生长一层氮化 硅，然后光刻和刻蚀氮化硅，去除悬臂梁N型MESFET有源区的氮化硅； 6)悬臂梁N型MESFET有源区离子注入：注入磷后，在氮气环境下退火；退火完成 后，在高温下进行N +杂质再分布，形成悬臂梁N型MESFET有源区的N型有源层； 7)去除氮化硅层：采用干法刻蚀技术将氮化硅全部去除； 8)光刻栅区，去除栅区的光刻胶；9)电子束蒸发钛/铂/金；10)去除光刻胶以及光刻胶上的钛/铂/金； 11)加热，使钛/铂/金合金与P型GaN有源层以及N型GaN有源层形成肖特基接 触； 12)涂覆光刻胶，光刻并刻蚀悬臂梁N型MESFET源极和漏极区域的光刻胶； 13)注入重掺杂N型杂质，在悬臂梁N型MESFET源极和漏极区域形成的N型重掺 杂区，注入后进行快速退火处理； 14)涂覆光刻胶，光刻并刻蚀悬臂梁P型MESFET源极和漏极区域的光刻胶； 15)注入重掺杂P型杂质，在悬臂梁P型MESFET源极和漏极区域形成的P型重掺 杂区，注入后进行快速退火处理； 16)光刻源极和漏极，去除引线、源极和漏极的光刻胶； 17)真空蒸发金锗镍/金； 18)去除光刻胶以及光刻胶上的金锗镍/金； 19)合金化形成欧姆接触，形成引线、源极和漏极； 20)涂覆光刻胶，去除输入引线、电极板和悬臂梁的锚区位置的光刻胶； 21)蒸发第一层金，其厚度约为0? 3 y m ; 22)去除光刻胶以及光刻胶上的金，初步形成输入引线、电极板和悬臂梁的锚区； 23)淀积氮化硅：用等离子体增强型化学气相淀积法工艺（PECVD)生长1000A厚 的氮化娃介质层； 24)光刻并刻蚀氮化硅介质层，保留在电极板上的氮化硅； 25)淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层：在砷化镓衬底上涂覆I. 6 y m厚的聚酰亚胺牺牲 层，要求填满凹坑；光刻聚酰亚胺牺牲层，仅保留悬臂梁下方的牺牲层； 1)蒸发钛/金/钛，其厚度为500/1500/300A:蒸发用于电镀的底金； 2)光刻：去除要电镀地方的光刻胶； 3)电镀金，其厚度为2 y m ; 4)去除光刻胶：去除不需要电镀地方的光刻胶； 5)反刻钛/金/钛，腐蚀底金，形成悬臂梁；...
【技术保护点】
一种氮化镓基低漏电流悬臂梁场效应晶体管倒相器，其特征是该倒相器由悬臂梁N型MESFET（1）和悬臂梁P型MESFET（2）构成，该倒相器中的MESFET基于半绝缘GaN衬底（3），其输入引线（4）利用金制作，悬臂梁N型MESFET（1）的源极(12)接地，悬臂梁P型MESFET（2）的源极(13)接电源，悬臂梁N型MESFET的漏极(15)与悬臂梁P型MESFET的漏极(16)短接；悬臂梁N型MESFET（1）和悬臂梁P型MESFET（2）的栅极（5）与有源层形成肖特基接触，在两个栅极（5）上方分别设计了两个悬臂梁（6），两个MESFET的悬臂梁（6）短接，每个悬臂梁（6）的锚区（7）制作在半绝缘GaN衬底（3）上，在每个悬臂梁（6）下方设计了两个电极板（8），电极板（8）的上方覆盖有氮化硅层（9），每个MESFET的电极板（8）与该MESFET的源极短接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：廖小平，王凯悦，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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