專利名稱：基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出了基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器及制備方法，屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在微波技術(shù)研究中，相位是表征微波信號(hào)的重要參數(shù)之一。微波信號(hào)相位檢測(cè)系統(tǒng)在相位調(diào)制器、相移鍵控、微波定位、天線相位方向圖的測(cè)試和近場(chǎng)診斷等方面都有極其廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的微波相位檢測(cè)技術(shù)是基于二極管、乘法器和矢量運(yùn)算原理，它們具有低
損耗、高靈敏度和寬頻帶的優(yōu)點(diǎn)，然而其最大的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代個(gè)人通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)微波相位檢測(cè)器的要求也越來(lái)越高。簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，小的體積以及小的直流功耗成為微波相位檢測(cè)器的發(fā)展趨勢(shì)。隨著MEMS技術(shù)的快速發(fā)展，并對(duì)砷化鎵(GaAs)金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管T結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究，使基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁實(shí)現(xiàn)上述功能的微波相位檢測(cè)器成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器及檢測(cè)方法，通過(guò)下拉電極控制MEMS懸臂梁，使待測(cè)微波信號(hào)加載到MESFET的柵極上，與柵極上的參考微波信號(hào)共同控制源漏極飽和電流，通過(guò)檢測(cè)飽和電流的大小判定入射信號(hào)的相位差。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器，該頻率檢測(cè)器包括
砷化鎵襯底，生長(zhǎng)在砷化鎵襯底表面上的用于輸出飽和電流的源極和漏極，源極與漏極相對(duì)設(shè)置，設(shè)置在源極和漏極之間柵極，設(shè)置在在該柵極上方且與柵極相對(duì)的懸臂梁，懸臂梁的一端分別與懸臂梁錨區(qū)相連；
在柵極與固定梁錨區(qū)之間設(shè)有下拉電極，下拉電極被絕緣介質(zhì)層覆蓋；
源極接地，漏極接正電壓；源極和漏極之間通過(guò)N型溝道連通，電流方向由漏極到源極；源極和漏極由金和N型重?fù)诫s區(qū)形成歐姆接觸區(qū)構(gòu)成；
柵極由金與N型薄層形成的肖特基接觸區(qū)構(gòu)成，柵極接負(fù)電壓，其用于調(diào)整N型溝道耗盡層的寬度，改變?cè)礃O漏極之間的飽和電流的大??；
第一待測(cè)輸入信號(hào)輸入懸臂梁錨區(qū)，第二待測(cè)輸入信號(hào)輸入柵極。本發(fā)明還提供了一種基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)方法，該方法包括如下步驟
源極和漏極用于輸出飽和電流，由金和N型重?fù)诫s區(qū)形成歐姆接觸區(qū)構(gòu)成；當(dāng)砷化鎵金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管T正常工作情況下，源極接地，漏極接正電壓，N型溝道中的電子將從源極流向漏極，電流方向由漏極到源極，柵極由金與N型薄層形成的肖特基接觸區(qū)構(gòu)成，接負(fù)電壓；柵極用于調(diào)整N型溝道耗盡層的寬度，改變?cè)礃O漏極之間的飽和電流的大??；柵極通過(guò)第二壓焊塊和連接線與參考微波信號(hào)相連；
當(dāng)下拉電極沒(méi)有直流偏置時(shí)，懸臂梁位于柵極上方，源極和漏極之間的飽和電流保持不變；當(dāng)在下拉電極和懸臂梁之間加載直流偏置時(shí)，懸臂梁被下拉且與柵極接觸時(shí)，此時(shí)，通過(guò)第一壓焊塊加懸 臂梁上的待測(cè)微波信號(hào)加載到的柵極上，與參考信號(hào)共同調(diào)整N型溝道的寬度，改變?cè)礃O和漏極之間的飽和電流大小；經(jīng)過(guò)一個(gè)電容和濾波器之后，通過(guò)檢測(cè)源極和漏極飽和電流的大小最終實(shí)現(xiàn)相位的檢測(cè)。有益效果本發(fā)明的基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器不但具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，而且具有低直流功耗，易于集成以及與GaAs單片微波集成電路兼容的優(yōu)點(diǎn)。


圖I是基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器的俯視 圖2是基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器的A-A剖面 圖3是基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器的B-B剖面 圖中包括=GaAs襯底1，源極2，漏極3，柵極4，N型溝道5，MEMS懸臂梁6，梁的錨區(qū)7，MEMS懸臂梁的下拉電極8，氮化硅介質(zhì)層9，連接線10，直流偏置壓焊塊11，待測(cè)微波信號(hào)輸入壓焊塊12，參考微波信號(hào)輸入壓焊塊13。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。參見(jiàn)圖1-3，本發(fā)明提供的基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器，該頻率檢測(cè)器包括
砷化鎵襯底1，生長(zhǎng)在砷化鎵襯底I表面上的用于輸出飽和電流的源極2和漏極3，源極2與漏極3相對(duì)設(shè)置，設(shè)置在源極2和漏極3之間柵極4，設(shè)置在在該柵極4上方且與柵極4相對(duì)的懸臂梁6，懸臂梁6的一端分別與懸臂梁錨區(qū)7相連；
在柵極4與固定梁錨區(qū)7之間設(shè)有下拉電極8，下拉電極8被絕緣介質(zhì)層9覆蓋；
源極2接地，漏極3接正電壓；源極2和漏極3之間通過(guò)N型溝道5連通，電流方向由漏極3到源極2 ;源極2和漏極3由金和N型重?fù)诫s區(qū)形成歐姆接觸區(qū)構(gòu)成；
柵極4由金與N型薄層形成的肖特基接觸區(qū)構(gòu)成，柵極4接負(fù)電壓，其用于調(diào)整N型溝道5耗盡層的寬度，改變?cè)礃O2漏極3之間的飽和電流的大小；
第一待測(cè)輸入信號(hào)輸入懸臂梁錨區(qū)7，第二待測(cè)輸入信號(hào)輸入柵極4。本發(fā)明還提供了一種基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)方法，該方法包括如下步驟
源極2和漏極3用于輸出飽和電流，由金和N型重?fù)诫s區(qū)形成歐姆接觸區(qū)構(gòu)成；當(dāng)砷化鎵金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管T正常工作情況下，源極2接地，漏極3接正電壓，N型溝道中的電子將從源極2流向漏極3，電流方向由漏極3到源極2，柵極4由金與N型薄層形成的肖特基接觸區(qū)構(gòu)成，接負(fù)電壓；柵極4用于調(diào)整N型溝道5耗盡層的寬度，改變?cè)礃O2漏極3之間的飽和電流的大?。粬艠O4通過(guò)第二壓焊塊13和連接線10與參考微波信號(hào)相連；
當(dāng)下拉電極8上沒(méi)有直流偏置時(shí)，懸臂梁6位于柵極4上方，源極2和漏極3之間的飽和電流保持不變；當(dāng)在下拉電極8和懸臂梁6之間加載直流偏置時(shí)，懸臂梁6被下拉且與柵極4接觸時(shí)，此時(shí)，通過(guò)第一壓焊塊12加懸臂梁6上的待測(cè)微波信號(hào)加載到的柵極4上，與參考信號(hào)共同調(diào)整N型溝道5的寬度，改變?cè)礃O2和漏極3之間的飽和電流大??；經(jīng)過(guò)一個(gè)電容和濾波器之后，通過(guò)檢測(cè)源極2和漏極3飽和電流的大小最終實(shí)現(xiàn)相位的檢測(cè)。本發(fā)明的基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器主要包括兩個(gè)部分MESFET(金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)和MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)。其中，MESFET包括源極、漏極、柵極和N型溝道;MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)包括MEMS懸臂梁、梁的錨區(qū)、下拉電極和介質(zhì)層。該結(jié)構(gòu)制備在GaAs襯底上
源漏極都由金和N型重?fù)诫s區(qū)形成歐姆接觸區(qū)構(gòu)成。當(dāng)GaAs MESFET正常工作情況下，源極接地，漏極接正電壓，N型溝道中的電子將從源極流向漏極，電流方向由漏極到源極。
柵極由金與N型薄層形成的肖特基接觸區(qū)構(gòu)成，柵極接負(fù)電壓。負(fù)極性柵極的作用是調(diào)整溝道耗盡層的寬度，從而改變?cè)绰O之間的飽和電流的大小。柵極通過(guò)壓焊塊和連接線與參考微波信號(hào)相連。該相位檢測(cè)器具有一個(gè)MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)，它懸于柵極上方，下拉電極位于懸臂梁的下面，分布在柵極與懸臂梁錨區(qū)之間，絕緣的介質(zhì)氮化硅覆蓋在下拉電極上。當(dāng)下拉電極和MEMS懸臂梁之間沒(méi)有直流偏置時(shí)，MEMS懸臂梁位于up態(tài)，GaAs MESFET源漏極之間的飽和電流保持不變；當(dāng)在下拉電極和懸臂梁之間加載直流偏置時(shí)，MEMS懸臂梁被下拉且與柵極接觸時(shí)，此時(shí)，通過(guò)壓焊塊加到MEMS懸臂梁上的待測(cè)微波信號(hào)加載到GaAs MESFET的柵極上，與參考信號(hào)共同調(diào)整溝道寬度，改變?cè)绰O之間的飽和電流大小。因此，經(jīng)過(guò)一個(gè)電容和濾波器之后，通過(guò)檢測(cè)源漏極飽和電流的大小最終可以實(shí)現(xiàn)兩支信號(hào)相位的檢測(cè)。在GaAs襯底I上設(shè)有源極2、漏極3、柵極4、N型溝道5、MEMS懸臂梁錨區(qū)7和下拉電極8。源極2和漏極3用于檢測(cè)飽和電流的大小，由金和N型重?fù)诫s區(qū)形成歐姆接觸區(qū)構(gòu)成。當(dāng)GaAs MESFET正常工作情況下，源極2接地，漏極3接正電壓，N型溝道中的電子將從源極2流向漏極3，電流方向由漏極3到源極2。柵極4由金與N型薄層形成的肖特基接觸區(qū)構(gòu)成，柵極4接負(fù)電壓。負(fù)極性柵極4的作用是調(diào)整溝道5耗盡層的寬度，改變?cè)礃O2漏極3之間的飽和電流的大小。柵極4通過(guò)壓焊塊13和連接線10與參考微波信號(hào)相連。該相位檢測(cè)器具有一個(gè)MEMS懸臂梁結(jié)構(gòu)6,它橫跨在柵極4上,一個(gè)下拉電極8位于懸臂梁6的下面，分布在柵極4的兩側(cè)，絕緣的氮化硅介質(zhì)層9覆蓋在下拉電極8上。當(dāng)下拉電極8上沒(méi)有直流偏置時(shí)，MEMS懸臂梁6位于up態(tài)，GaAs MESFET源極2和漏極3之間的飽和電流保持不變；當(dāng)在下拉電極8和MEMS懸臂梁6之間加載直流偏置時(shí)，MEMS懸臂梁6被下拉且與柵極4接觸時(shí)，此時(shí)，通過(guò)壓焊塊12加到MEMS懸臂梁6上的待測(cè)微波信號(hào)加載到GaAs MESFET的柵極4上，與參考信號(hào)共同調(diào)整溝道5的寬度，改變?cè)礃O2和漏極3之間的飽和電流大小。因此，經(jīng)過(guò)一個(gè)電容和濾波器之后，通過(guò)檢測(cè)源極2和漏極3飽和電流的大小最終可以實(shí)現(xiàn)兩支信號(hào)相位的檢測(cè)?；谖C(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器的制備方法為
1)準(zhǔn)備半絕緣GaAs襯底；
2)注入N型雜質(zhì)，在GaAs表面形成N型薄層；3)光刻?hào)艆^(qū)，去除柵區(qū)以外的光刻膠；
4)電子束蒸發(fā)鈦/鉬/金；
5)剝離柵極區(qū)域以外的鈦/鉬/金；
6)加熱蒸發(fā)的鈦/鉬/金形成肖特基勢(shì)壘區(qū)，形成柵極；
7)在需要形成源極和漏極的區(qū)域注入重?fù)诫sN型雜質(zhì)，形成N型重?fù)诫s區(qū)；
8)對(duì)N型重?fù)诫s區(qū)快速退火處理；
9)光刻源極和漏極，去除源極和漏極以外的光刻膠；
10)真空蒸發(fā)金鍺鎳/金；
11)剝離源級(jí)和漏級(jí)區(qū)域以外的金鍺鎳/金；
12)合金化形成歐姆接觸，形成源極和漏極；
13)光刻去除將要保留下拉電極、MEMS懸臂梁的錨區(qū)、壓焊塊和連接線地方的光刻
膠；
14)蒸發(fā)第一層金，其厚度為0.3// ；
15)剝離下拉電極、懸臂梁錨區(qū)、壓焊塊和連接線以外的金，形成下拉電極、MEMS懸臂梁的錨區(qū)、壓焊塊和連接線；
16)淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層在GaAs襯底上涂覆I.6pm厚的聚酰亞胺犧牲層，要求填滿凹坑，聚酰亞胺犧牲層的厚度決定了 MEMS懸臂梁與其下方在下拉電極上氮化硅介質(zhì)層之間的距離；光刻聚酰亞胺犧牲層，僅保留懸臂梁下方的犧牲層；
17)蒸發(fā)鈦/金/鈦，其厚度為500/1500/300A:蒸發(fā)用于電鍍的底金；
18)光刻去除要電鍍地方的光刻膠；
19)電鍍金，其厚度為；
20)去除光刻膠去除不需要電鍍地方的光刻膠；
21)反刻鈦/金/鈦，腐蝕底金，形成MEMS懸臂梁；
22)釋放聚酰亞胺犧牲層顯影液浸泡，去除MEMS懸臂梁下的聚酰亞胺犧牲層，去離子水稍稍浸泡，無(wú)水乙醇脫水，常溫下?lián)]發(fā)，晾干。區(qū)分是否為該結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)如下
本發(fā)明的基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器具有一個(gè)位于柵極上方的MEMS懸臂梁，在MEMS懸臂梁下方設(shè)計(jì)了一個(gè)下拉電極。當(dāng)在下拉電極上加載直流偏置時(shí)，MEMS懸臂梁被下拉且與柵極相連，通過(guò)壓焊塊加到MEMS懸臂梁上的待測(cè)微波信號(hào)加載到GaAsMESFET的柵極上，與通過(guò)壓焊塊直接加載到柵極上的參考微波信號(hào)共同作用調(diào)整溝道的寬度，從而控制源漏極間飽和電流的大小，最終實(shí)現(xiàn)兩支微波信號(hào)相位的檢測(cè)。滿足以上條件的結(jié)構(gòu)即視為本發(fā)明的基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。權(quán)利要求
1.一種基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器，其特征在于該頻率檢測(cè)器包括 砷化鎵襯底(1)，生長(zhǎng)在砷化鎵襯底(I)表面上的用于輸出飽和電流的源極(2)和漏極(3)，源極(2)與漏極(3)相對(duì)設(shè)置，設(shè)置在源極(2)和漏極(3)之間柵極(4)，設(shè)置在在該柵極(4)上方且與柵極(4)相對(duì)的懸臂梁(6)，懸臂梁(6)的一端分別與懸臂梁錨區(qū)(7)相連；在柵極(4)與固定梁錨區(qū)(7)之間設(shè)有下拉電極(8)，下拉電極(8)被絕緣介質(zhì)層(9)覆蓋； 源極(2)接地，漏極(3)接正電壓；源極(2)和漏極(3)之間通過(guò)N型溝道(5)連通，電流方向由漏極(3)到源極(2);源極(2)和漏極(3)由金和N型重?fù)诫s區(qū)形成歐姆接觸區(qū)構(gòu)成； 柵極(4)由金與N型薄層形成的肖特基接觸區(qū)構(gòu)成，柵極(4)接負(fù)電壓，其用于調(diào)整N型溝道(5)耗盡層的寬度，改變?cè)礃O(2)漏極(3)之間的飽和電流的大?。? 第一待測(cè)輸入信號(hào)輸入懸臂梁錨區(qū)(7)，第二待測(cè)輸入信號(hào)輸入柵極(4)。
2.一種如權(quán)利要求I所述的基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器的懸臂梁相位檢測(cè)方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 源極(2)和漏極(3)用于輸出飽和電流，由金和N型重?fù)诫s區(qū)形成歐姆接觸區(qū)構(gòu)成；當(dāng)砷化鎵金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管正常工作情況下，源極(2)接地，漏極(3)接正電壓，N型溝道中的電子將從源極(2)流向漏極(3)，電流方向由漏極(3)到源極(2)，柵極(4)由金與N型薄層形成的肖特基接觸區(qū)構(gòu)成，接負(fù)電壓；柵極(4)用于調(diào)整N型溝道(5)耗盡層的寬度，改變?cè)礃O(2)漏極(3)之間的飽和電流的大??；柵極(4)通過(guò)第二壓焊塊(13)和連接線(10)與參考微波信號(hào)相連； 當(dāng)下拉電極(8)上沒(méi)有直流偏置時(shí)，懸臂梁(6)位于柵極(4)上方，源極(2)和漏極(3)之間的飽和電流保持不變；當(dāng)在下拉電極(8)和懸臂梁(6)之間加載直流偏置時(shí)，懸臂梁(6)被下拉且與柵極(4)接觸時(shí)，此時(shí)，通過(guò)第一壓焊塊(12)加懸臂梁(6)上的待測(cè)微波信號(hào)加載到的柵極(4)上，與參考信號(hào)共同調(diào)整N型溝道(5)的寬度，改變?cè)礃O(2)和漏極(3)之間的飽和電流大??；經(jīng)過(guò)一個(gè)電容和濾波器之后，通過(guò)檢測(cè)源極(2)和漏極(3)飽和電流的大小最終實(shí)現(xiàn)相位的檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于微機(jī)械砷化鎵基的懸臂梁相位檢測(cè)器，該頻率檢測(cè)器包括砷化鎵襯底(1)，生長(zhǎng)在砷化鎵襯底(1)表面上的用于輸出飽和電流的源極(2)和漏極(3)，源極(2)與漏極(3)相對(duì)設(shè)置，設(shè)置在源極(2)和漏極(3)之間柵極(4)，設(shè)置在在該柵極(4)上方且與柵極(4)相對(duì)的懸臂梁(6)。檢測(cè)方法包括當(dāng)在下拉電極(8)和懸臂梁(6)之間加載直流偏置時(shí)，懸臂梁(6)被下拉且與柵極(4)接觸時(shí)，通過(guò)第一壓焊塊(12)加懸臂梁(6)上的待測(cè)微波信號(hào)加載到的柵極(4)上，經(jīng)過(guò)一個(gè)電容和濾波器之后，通過(guò)檢測(cè)源極(2)和漏極(3)飽和電流的大小最終實(shí)現(xiàn)相位的檢測(cè)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于測(cè)量。
文檔編號(hào)G01R25/00GK102735934SQ20121020462
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者廖小平, 易真翔 申請(qǐng)人:東南大學(xué)