[发明专利]基于微机械硅基悬臂梁的频率检测器及检测方法

说明书

技术领域

本发明提出了基于微机械硅基悬臂梁的频率检测器，属于微电子机械系统（MEMS）的技术领域。

背景技术

微波信号频率检测器在雷达电子探测系统和微波通信领域有着广泛的应用。已有的微波频率检测器其原理是设法将被测量频率直接或者间接地与标准频率进行比较。按照具体进行实现的方式不同，使用广泛的频率测量方法可分为以下四种：外差法、计数法、谐振法和比相法，它们具有高精度和宽频带的优点，然而其最大的缺点是需要比较精密的测量仪器。近年来，随着MEMS技术的快速发展，并对MEMS悬臂梁结构进行了深入的研究，使基于MEMS悬臂梁技术实现上述功能的Si MOSFET（硅基金属-氧化物-半导体场效应管）微波频率检测器成为可能。

发明内容

技术问题：利用Si CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺加工，本发明提供了一种基于微机械硅悬臂梁的频率检测器及检测方法，待测信号经过功分器和90度移相器后产生两路频率相同存在90度相位差的微波信号，分别加载在Si MOSFET的栅极和MEMS悬臂梁的锚区上，当下拉电极加直流偏置而使MEMS悬臂梁处于向下拉的状态时，两路信号同时加载到MOSFET的栅极上，通过检测源漏极饱和电流，得到待测微波信号的频率。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于微机械硅悬臂梁的频率检测器，该频率检测器包括

功率分配器、90度移相器、低通滤波器和硅基金属-氧化物-半导体场效应管，

功率分配器，用于接收待测微波信号，并将该待测微波信号分成幅度、相位相同的两个支路信号，即第一路微波信号和第二路微波信号，并分别输出给硅基金属-氧化物-半导体场效应管和90度移相器；

90度移相器，用于接收所述第二路微波信号，将该第二路微波信号延迟，将该信号产生一个与频率成正比的相移后，输出第三路微波信号给Si MOSFET结构；

低通滤波器，用于通过隔直电容与硅基金属-氧化物-半导体场效应管（Si MOSFET）相连，滤去其输出的高频信号，得到与频率相关的电流信号；

Si MOSFET，用于实现相位的检测；其中，

Si MOSFET包括硅衬底，生长在硅衬底表面上的用于输出饱和电流的源极和漏极，源极与漏极相对设置，在源极或漏极的外侧设有悬臂梁锚区，跨接在源极和漏极之间的栅氧化层，设置在栅氧化层表面的栅极，设置在在该栅极上方且与栅极相对的悬臂梁，悬臂梁的一侧与悬臂梁锚区相连，

在栅极远离悬臂梁锚区的一侧设有下拉电极，下拉电极被绝缘介质层覆盖；

源极接地，漏极接正电压，栅极接正电压；

功率分配器输出的第一路微波信号输出给栅极；

90度移相器的输出的第三路微波信号输出给Si MOSFET的悬臂梁锚区

本发明还提供了一种用于基于微机械硅悬臂梁的频率检测器的频率检测方法，该方法包括如下步骤：

源极和漏极用于输出饱和电流，由N型重掺杂区构成；当Si MOSFET正常工作情况下，源极接地，漏极接正电压，N型沟道中的电子将从源极流向漏极，电流方向由漏极到源极，栅极由多晶硅构成，接正电压；

待测微波信号经过功率分配器分成幅度、相位完全相同的两个支路信号，一路信号直接连接到栅极，另一路信号经过一个90度线性移相器之后连接到悬臂梁的锚区；当下拉电极上没有直流偏置时，悬臂梁位于栅极上方，Si MOSFET处于非频率检测状态；

当在下拉电极加载直流偏置时，悬臂梁被下拉且与栅极接触时，两路微波信号同时加载到栅极上，Si MOSFET处在频率检测状态，源极和漏极之间的饱和电流输出包含了待测信号频率信息的电流分量，通过检测饱和电流的大小最终实现频率检测。

有益效果：与现有的频率检测器相比，这种新型的基于MEMS悬臂梁的Si MOSFET频率检测器具有以下显著的优点：

1、Si MOSFET的源漏极饱和电流由两个电压共同控制，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；

2、MEMS悬臂梁可动结构和下拉电极的存在，使得频率检测器可以处在检测和非检测状态下；

该频率检测器的制作基于后CMOS微机械加工工艺，采用标准的CMOS技术。

附图说明

图1是基于MEMS悬臂梁的Si MOSFET频率检测器的俯视图；

图2是基于MEMS悬臂梁的Si MOSFET频率检测器的A-A’剖面图；