砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅锁相环电路制造技术

本发明专利技术的砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT锁相环电路，由GaAs衬底，增强型HEMT，以及外接的低通滤波器，压控振荡器，高频扼流圈构成。悬臂梁开关通过直流偏置控制，下拉电压设计为HEMT的阈值电压。当两个悬臂梁开关均悬浮断开时，栅电压为0，HEMT截止，能够减小栅极漏电流，降低功耗。当两个悬臂梁开关过直流偏置下拉闭合时，栅电压即为直流偏置，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，漏极输出信号经低通滤波器和压控振荡器循环反馈作用，最终达到锁定。只有一个悬臂梁开关下拉闭合时，可实现对单个信号的放大，使电路具有多功能。本发明专利技术提高效率，降低功耗，体积更小，且实现多功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提出了GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT锁相环电路，属于微电子 机械系统的

技术介绍
锁相环利用反馈控制原理实现对参考信号频率和相位的跟踪，广泛应用在无线通 信、雷达、数字电视、广播等众多领域。传统锁相环电路中的MOSFET元件，相比之下，高电子 迀移率晶体管HEMT比硅基MOSFET有着更显著的优点，比如：电子漂移速度快，效率高，功耗 低等优点。此外，MEMS技术因其结构简单，体积较小，功耗低等优点也备受关注，MEMS梁结 构方便可控，有利于实现电路的多功能。 本专利技术的目的正是要提出一种GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT锁相环电 路。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提出一种GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT锁 相环电路，两个悬臂梁形成并联开关结构与两个栅极一一对应，控制HEMT的导通和信号的 传输。 技术方案：本专利技术的一种砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅锁相环电路的HEMT是生长在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；GaAs衬底上为本征 GaAs层，本征GaAs层上为本征AlGaAs层，本征AlGaAs层上为N+AlGaAs层，源极、漏极分别 位于栅极的两侧，源极接地；位于N+AlGaAs层上的两个栅极并列设置，两个悬臂梁开关的 一端固定在锚区上，两个悬臂梁开关的另一端分别悬浮在两个栅极上，下拉极板位于悬臂 梁开关末端下方，下拉极板接地，绝缘层设置在下拉极板之上，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； 漏极输出信号可选择两种工作方式，一种是选择第一端口连接低通滤波器，低通 滤波器的输出连接压控振荡器，压控振荡器的输出选择第三端口作为反馈信号通过锚区加 载在一个悬臂梁开关上，参考信号通过锚区加载到另一个悬臂梁开关上，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。 所述的锁相环电路中，当直流偏置小于下拉电压时，悬臂梁开关处于悬浮断开状 态，不与栅极接触，栅电压为〇,异质结界面没有二维电子气沟道，HEMT处于截止状态，能够 减小栅极漏电流，降低功耗； 当直流偏置达到或者大于下拉电压，两个悬臂梁开关均下拉闭合与栅极接触时， 在栅电压的作用下，二维电子气沟道形成，HEMT导通，参考信号与反馈信号通过HEMT相乘， 漏极输出包含两信号的相位差信息，选择第一端口输入低通滤波器，低通滤波器滤除高频 部分，输出一个与相位差有关直流电压，直流电压输入压控振荡器，调节压控振荡器的输出 频率，压控振荡器输出作为反馈信号信加载到悬臂梁开关上，直到反馈信号与参考信号达 到频率相同，相位差恒定的锁定状态，压控振荡器第四端口输出频率为参考信号频率fMf; 当只有一个悬臂梁开关下拉与对应的栅极接触，另一个悬臂梁开关悬浮断开不与 对应的栅极接触时，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可以通过HEMT放大，放大信号选择第二端口输出，当加载参考信号的 悬臂梁开关闭合时，第二端口输出频率为参考信号频率fMf的放大信号，当加载反馈信号的 悬臂梁开关闭合时，反馈信号频率等于压控振荡器的输出频率f。，第二端口输出频率为f。 的放大信号，断开的悬臂梁开关有利于减小栅极漏电流，降低功耗。 有益效果：在本专利技术的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT锁相环电路中， MEMS技术与HEMT相结合，使电路效率提高，功耗降低，结构简单，体积变小；双悬臂梁开关 结构，通过控制悬臂梁的下拉和悬浮，控制HEMT的导通，使电路在不同工作状态切换；通过 控制单个悬臂梁开关，可以实现对单个信号的放大，另一个不被下拉的悬臂梁开关下方形 成高阻区，有利于提高HEMT的反向击穿电压。【附图说明】 图1为本专利技术的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT锁相环电路的俯视图。 图2为图IGaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT锁相环电路的A-A'向剖面图。 图3为图IGaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT锁相环电路的B-B'向剖面图。 图4为图IGaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT两个开关均闭合时的沟道示 意图。 图5为图IGaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT-个开关闭合时的沟道示意 图。【具体实施方式】为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT锁相环电路。包括GaAs衬底、增强型HEMT，以及外接的低通滤波器、压控振荡器、高频 扼流圈，HEMT结构从下往上依次为GaAs衬底，本征GaAs层，本征AlGaAs层，N+AlGaAs层， 还包括源极，漏极，栅极。悬臂梁锚区位于栅极一侧，两个悬臂梁通过锚区横跨于栅极之上。 栅极的另一侧，悬臂梁的末端下方设置有下拉极板，下拉极板被绝缘层覆盖。 锁相环电路中的参考信号和反馈信号分别通过锚区加载到两个悬臂梁上。直流偏 置通过高频扼流圈和锚区作用在悬臂梁开关上，悬臂梁的悬浮或下拉状态通过直流偏置控 制，下拉电压设计为HEMT的阈值电压，在整个电路中起到开关的作用。 当直流偏置小于下拉电压，两个悬臂梁开关均处于悬浮断开状态，不与栅极接触 时，栅极电压为〇,对于增强型HEMT，肖特基势皇深入到本征GaAs层，本征GaAs层与本征 AlGaAs层异质结边界的二维电子气被耗尽，所以HEMT无法导通，悬臂梁开关上的信号无法 传输。 当直流偏置达到或大于下拉电压，两个悬臂梁开关均下拉闭合与栅极接触时，栅 电压即为直流偏置的大小，此时肖特基势皇变窄，异质结边界二维电子气浓度增加，沟道形 成，HEMT导通。漏极输出是两个信号经HEMT相乘的结果，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，高频部分被滤除，输出与相位差信息有关的直流电压。压 控振荡器在所述直流电压的作用下，调节输出频率，作为新的反馈信号重新通过悬臂梁开 关可动栅加载到HEMT上。直到最终反馈信号和参考信号的频率一致，相位差恒定，锁相环 电路完成锁定。 当只有一个悬臂梁开关被下拉闭合与对应栅极接触，另一个悬臂梁开关处于断开 状态不与其对应栅极接触时，闭合的开关下方形成沟道，断开的开关下方为高阻区，沟道与 高阻区串联的结构能够有效的提高HEMT的反向击穿电压。只有闭合悬臂梁开关上的选通 信号可以通过HEMT放大，漏极输出放大信号。从而通过对一个悬臂梁开关的单独控制，实 现对单个信号的收集和处理，扩大了电路的应用范围。 本专利技术的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT锁相环电路包括GaAs衬底1， 生在在GaAs衬底上的增强型HEMT，外接的低通滤波器，压控振荡器，高频扼流圈。 HEMT结构从下至上依次包括本征GaAs层2,本征AlGaAs层3,N+AlGaAs层4,以 及源极5,漏极6,两个栅极7,锚区8,两个悬臂梁开关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设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅锁相环电路，其特征在于该锁相环电路的HEMT是生长在GaAs衬底(1)上的增强型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)；GaAs衬底(1)上为本征GaAs层(2)，本征GaAs层(2)上为本征AlGaAs层(3)，本征AlGaAs层(3)上为N+AlGaAs层(4)，源极(5)、漏极(6)分别位于栅极(7)的两侧，源极(5)接地；位于N+AlGaAs层(4)上的两个栅极(7)并列设置，两个悬臂梁开关(9)的一端固定在锚区(8)上，两个悬臂梁开关(9)的另一端分别悬浮在两个栅极(7)上，下拉极板(10)位于悬臂梁开关(9)末端下方，下拉极板(10)接地，绝缘层(11)设置在下拉极板(10)之上，直流偏置通过高频扼流圈和锚区(8)作用在悬臂梁开关(9)上，悬臂梁开关(9)的下拉电压设计为HEMT的阈值电压；漏极(6)输出信号可选择两种工作方式，一种是选择第一端口(14)连接低通滤波器，低通滤波器的输出连接压控振荡器，压控振荡器的输出选择第三端口(16)作为反馈信号通过锚区(8)加载在一个悬臂梁开关(9)上，参考信号通过锚区(8)加载到另一个悬臂梁开关(9)上，漏极(6)输出信号的另一种工作方式是选择第二端口(15)直接输出放大信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廖小平，韩居正，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32