基于硅基低漏電流雙固支梁可動(dòng)?xùn)诺念l率檢測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提出了一種基于硅基低漏電流雙固支梁可動(dòng)?xùn)臡0SFET(金屬氧化物半導(dǎo) 體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）的頻率檢測(cè)器，屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 頻率作為微波信號(hào)的三大基本參數(shù)之一，其檢測(cè)在微波通信、雷達(dá)監(jiān)測(cè)、導(dǎo)航技術(shù) 等領(lǐng)域扮演著非常重要的角色?，F(xiàn)有的微波頻率檢測(cè)方法可以分為計(jì)數(shù)法、光子法、諧振法 和矢量合成法。其中矢量合成法屬于無(wú)源法，具有頻帶寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易通過(guò)MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn) 等特點(diǎn)，相對(duì)其他方法具有較大優(yōu)勢(shì)。
[0003] 隨著電路集成度的不斷提高，芯片尺寸的不斷縮小，功耗問(wèn)題變得日益顯著。過(guò) 高的功耗會(huì)使芯片的溫度過(guò)熱，不僅會(huì)影響電路的性能也會(huì)導(dǎo)致電路的可靠性降低，使用 壽命縮短。因此，在微波頻率檢測(cè)器的設(shè)計(jì)中考慮功耗問(wèn)題十分有必要。本發(fā)明即是基于 SiCOMS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）工藝和MEMS表面微機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)了一種非檢測(cè)狀態(tài) 漏電流極低的低漏電流雙固支梁可動(dòng)?xùn)臡0SFET，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)頻率檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的在于提供一種基于硅基低漏電流雙固支梁可動(dòng)?xùn)?M0SFET的頻率檢測(cè)器，雙固支梁作為M0SFET的可動(dòng)?xùn)?，通過(guò)施加直流偏置電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)固支 梁狀態(tài)的控制，通過(guò)改變梁的狀態(tài)和A/4延遲線的設(shè)計(jì)，電路可以實(shí)現(xiàn)頻率檢測(cè)和信號(hào)放 大兩種功能，節(jié)約了芯片的面積，降低了成本；在M0SFET處于非工作狀態(tài)時(shí)，由于固支梁處 于懸浮態(tài)，柵極漏電流極小，降低了靜態(tài)功耗。
[0005] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于硅基低漏電流雙固支梁可 動(dòng)?xùn)臡0SFET的頻率檢測(cè)器，M0SFET制作在P型硅襯底上，溝道柵氧化層設(shè)置在P型硅襯底 上，在溝道柵氧化層的上方設(shè)有兩個(gè)固支梁，材料為Au，作為M0SFET的可動(dòng)?xùn)?，其下拉電?設(shè)置為M0SFET的閾值電壓，固支梁橫跨在錨區(qū)上，錨區(qū)與輸入引線相連，作為微波信號(hào)和 直流偏置信號(hào)的輸入端，其中，微波信號(hào)由微波信號(hào)輸入端口輸入，通過(guò)隔直電容后分為兩 路，分別經(jīng)A/100延遲線和A/4延遲線輸入到兩個(gè)固支梁上，直流偏置信號(hào)由第一偏置端 口和第二偏置端口輸入，通過(guò)高頻扼流圈分別輸入到兩個(gè)固支梁上，錨區(qū)和輸入引線的制 備材料為多晶硅，固支梁的下面各分布著一個(gè)下拉電極，下拉電極接地，下拉電極上覆蓋一 層絕緣的氮化硅介質(zhì)層；M0SFET源區(qū)，M0SFET漏區(qū)分別設(shè)置在P型硅襯底上，源漏引線分別 通過(guò)有源區(qū)引線孔與M0SFET源區(qū)，M0SFET漏區(qū)連接。
[0006] 該頻率檢測(cè)器通過(guò)施加直流偏置電壓和控制X/4延遲線是否接地實(shí)現(xiàn)頻率檢測(cè) 和信號(hào)放大兩種功能；頻率檢測(cè)時(shí)施加直流偏置電壓使兩個(gè)固支梁都處于下拉狀態(tài)，待測(cè) 微波信號(hào)經(jīng)過(guò)A/4延遲線和A/1〇〇延遲線后產(chǎn)生兩路頻率相等但存在一定相位差的信 號(hào)，輸入到M0SFET的固支梁可動(dòng)?xùn)派?，?jīng)M0SFET實(shí)現(xiàn)信號(hào)混頻，輸出的源漏極飽和電流包 含了相位信息的電流分量，通過(guò)低通濾波器濾去源漏極飽和電流中的高頻分量，由相位檢 測(cè)輸出端口輸出，從而得到兩路信號(hào)的相位差，最后通過(guò)相位差反推出待測(cè)微波信號(hào)的頻 率；電路處于信號(hào)放大狀態(tài)時(shí)，施加直流偏置電壓使A/1〇〇延遲線連接的固支梁處于下拉 狀態(tài)，A/4延遲線的末端接地，延遲線始端相當(dāng)于開路，信號(hào)完全經(jīng)過(guò)A/100延遲線輸入 到對(duì)應(yīng)的固支梁柵極上，源漏極輸出放大后的電流信號(hào)，由信號(hào)放大輸出端口輸出，由于存 在一個(gè)懸浮的固支梁，下面對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)楦咦鑵^(qū)，有利于增大反向擊穿電壓。
[0007] 該頻率檢測(cè)器非工作狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)固支梁都處于懸浮態(tài)，與柵氧化層沒(méi)有接觸，減 小了柵極漏電流，功耗被有效地降低。
[0008] 有益效果：本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有的頻率檢測(cè)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0009] 1.本發(fā)明的頻率檢測(cè)器原理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用現(xiàn)有的硅基C0MS工藝和MEMS表面微 機(jī)械加工易于實(shí)現(xiàn)；
[0010] 2.通過(guò)控制直流偏置電壓和A/4延遲線末端是否接地，電路能夠?qū)崿F(xiàn)頻率檢測(cè) 和信號(hào)放大兩種功能，有效節(jié)約了芯片的面積，降低了成本；
[0011] 3.本發(fā)明由于采用固支梁結(jié)構(gòu)，頻率檢測(cè)器在非工作狀態(tài)時(shí)的柵極漏電流大大減 小，從而降低了功耗；
[0012] 4.信號(hào)放大狀態(tài)時(shí)，在懸浮的固支梁下方存在高阻區(qū)域，增大了M0SFET的反向擊 穿電壓值。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明硅基低漏電流雙固支梁可動(dòng)?xùn)臡0SFET的俯視圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明硅基低漏電流雙固支梁可動(dòng)?xùn)臡0SFET的P-P'向的剖面圖。
[0015] 圖3為本發(fā)明硅基低漏電流雙固支梁可動(dòng)?xùn)臡0SFET的A-A'向的剖面圖。
[0016] 圖4為硅基低漏電流雙固支梁可動(dòng)?xùn)臡0SFET在兩個(gè)固支梁處于下拉狀態(tài)時(shí)的溝 道示意圖。
[0017] 圖5為硅基低漏電流雙固支梁可動(dòng)?xùn)臡0SFET在一個(gè)固支梁處于下拉狀態(tài)時(shí)的溝 道示意圖。
[0018] 圖中包括：P型Si襯底1，柵氧化層2,氮化硅介質(zhì)層3,下拉電極4,輸入引線5,固 支梁錨區(qū)6，M0SFET源區(qū)7，M0SFET漏區(qū)8，固支梁9，有源區(qū)引線孔10，源漏引線11，第一偏 置端口 12,第二偏置端口 13,低通濾波器14,頻率檢測(cè)輸出端口 15,信號(hào)放大輸出端口 16。
【具體實(shí)施方式】
[0019] -種基于硅基低漏電流雙固支梁可動(dòng)?xùn)臡0SFET的頻率檢測(cè)器。該頻率檢測(cè)器由 隔直電容、A/1〇〇延遲線，A/4延遲線、高頻扼流線圈、開關(guān)、低通濾波器、雙固支梁可動(dòng)?xùn)?結(jié)構(gòu)的N型M0SFET構(gòu)成；N型M0SFET制作在硅襯底上，溝道柵氧化層的上方有兩個(gè)固支梁， 材料為Au，作為M0SFET的可動(dòng)?xùn)?，其下拉電壓設(shè)置為M0SFET的閾值電壓，固支梁橫跨在錨 區(qū)上，錨區(qū)與輸入引線相連，作為微波信號(hào)和直流偏置信號(hào)的輸入端，其中，微波信號(hào)通過(guò) 隔直電容和延遲線輸入到固支梁上，直流偏置信號(hào)通過(guò)高頻扼流圈輸入到固支梁上，錨區(qū) 和輸入引線的制備材料為多晶硅，固支梁的下面各分布著兩個(gè)下拉電極，下拉電極上覆蓋 一層絕緣的氮化硅介質(zhì)層。
[0020] 為實(shí)現(xiàn)頻率檢測(cè)，兩個(gè)直流偏置端加上一定的偏置電壓，使兩個(gè)固支梁都處于下 拉狀態(tài)，此時(shí)MOSFET的溝道出現(xiàn)反型層，MOSFET處于導(dǎo)通態(tài)；控制A/4延遲線末端是否接 地的開關(guān)處于斷開狀態(tài)，輸入的待測(cè)微波信號(hào)經(jīng)過(guò)隔直電容后，再經(jīng)過(guò)A/4和A/1〇〇延 遲線后產(chǎn)生頻率相等和存在一定相位差的兩路信號(hào)，并輸入到M0SFET的兩個(gè)固支梁柵極 的輸入引線上，經(jīng)M0SFET實(shí)現(xiàn)信號(hào)混頻，輸出的源漏極飽和電流包含了相位信息的電流分 量，通過(guò)低通濾波器濾去源漏極飽和電流中的高頻分量，從而得到兩路信號(hào)的相位差，最后 通過(guò)相位差反推出待測(cè)微波信號(hào)的頻率。
[0021] 當(dāng)施加一定的直流偏置電壓使連接a/100延遲線的固支梁處于下拉狀態(tài)，控制 入/4延遲線末端是否接地的開關(guān)處于閉合狀態(tài)時(shí)，電路可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大功能。由于A/4 延遲線末端接地，其始端相當(dāng)于開路，沒(méi)有信號(hào)經(jīng)過(guò)，輸入的微波信號(hào)完全通過(guò)A/1〇〇延 遲線輸入到對(duì)應(yīng)的固支梁上。M0SFET對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)隔直電容后輸出。由于只 有一個(gè)固支梁處于下拉狀態(tài)，M0SFET在信號(hào)放大狀態(tài)時(shí)懸浮的固支梁下方存在著高阻區(qū) 域，提高了M0SFET的反向擊穿電壓。
[0022] 當(dāng)兩個(gè)固支梁都沒(méi)有加偏置電壓而處于懸浮態(tài)時(shí)，硅基M0SFET處于非工作狀態(tài)， 此時(shí)由于固支梁處于懸浮態(tài)，減小了柵極漏電流，功耗被有效地降低。
[0023] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024] 參見(jiàn)圖1-3,本發(fā)明提出了一種基于硅基低漏電流雙固支梁可動(dòng)?xùn)臡0SFET的頻率 檢測(cè)器。該頻率檢測(cè)器主要包括：隔直電容、A/1〇〇延遲線，A/4延遲線、高頻扼流線圈、 開關(guān)、低通濾波器14、雙固支梁可動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的N型M0SFET。其中，隔直電容，用來(lái)隔離微波 信號(hào)和直流信號(hào)；A/1〇〇延遲線，使微波信號(hào)信號(hào)產(chǎn)生一定的相位延遲；A/4延遲線，頻率 檢測(cè)時(shí)使微波信號(hào)產(chǎn)生90度的相移，信號(hào)放大時(shí)末端被短路，等效于始端開路，使微波信 號(hào)從另一路延遲線輸入；高頻扼流線圈，用于隔離微波信號(hào)，避免微波信號(hào)對(duì)直流信號(hào)源的 影響；低通濾波器14,濾去輸出信號(hào)的高頻成分，得到與頻率相關(guān)的電流信號(hào)。
[0025] 雙固支梁可動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的N型M0SFET，用于實(shí)現(xiàn)兩路微波信號(hào)的運(yùn)算，輸出和頻率 有關(guān)的電流信號(hào)。選擇P型Si作為襯底1，通過(guò)C0MS工藝和MEMS表面微機(jī)械加工實(shí)現(xiàn)雙 固支梁可動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的N型M0SFET，M0SFET為增強(qiáng)型。固支梁9作為M0SFET的可動(dòng)?xùn)牛谱?在M0SFET的柵氧化層2上方，材料為Au，固支梁9的兩端的錨區(qū)6與輸入引線5相連，材料 為多晶娃，下拉電壓設(shè)置為M0SFET的閾值電壓。固支梁9下方各有兩個(gè)下拉電極4,下拉電 極4接地，下拉電極上覆蓋有絕緣介質(zhì)氮化硅3。
[0026] 固支梁9的輸入引線5作為M0SFET微波信號(hào)和直流偏置信號(hào)的輸入端口。隔直 電容與A/100延遲線、A/4延遲線的始端相連，延遲線的末端與固支梁9輸入引線5相連， 作為微波信號(hào)的傳輸通道，其中，A/4延遲線的末端存在一個(gè)控制其是否接地的開關(guān)；高