[发明专利]硅基低漏电流双悬臂梁可动栅NMOS相位检测器

说明书

技术领域

本发明提出了硅基低漏电流双悬臂梁可动栅NMOS相位检测器，属于微电子机械系统的技术领域。

背景技术

在无线通信中，精确地测量信号之间的相位差具有重要的意义。随着国防、科研、生产等各个领域的广泛发展，相位差测量逐步向高精度、高智能化的方向发展。微波相位检测器在相位调制器、相移键控(PSK)、锁相环(PLL)、微波定位、天线相位方向图的测试、近场诊断、测量各种微波器件的相位特性等等方面都有极其广泛的应用。

同时，对于传统基于MOS管的相位检测器而言，随着特征尺寸缩小至纳米量级，器件的短沟道效应变得越来越严重，漏电流的组成机制变得更为复杂，漏电功耗对工艺和温度的改变更加敏感，传统低功耗技术的有效性受到了很大局限。

本发明即是将传统MOS工艺与MEMS技术结合，设计了一种具有极低的栅极漏电流的悬臂梁可动栅NMOS相位检测器。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种硅基低漏电流双悬臂梁可动栅NMOS相位检测器，对于传统MOS管的相位检测器而言，栅极漏电流的存在增加了相位检测器的功耗。本发明解决了这些问题，使得漏电流得到有效的降低。此外，传统微波集成电路中的信号放大模块与相位检测模块是独立分开的，分开的电路模块不仅提高了成本，而且无形中增加了功率消耗；而本发明将信号放大模块与相位检测模块集成到一起，应用双悬臂梁可动栅选通不同通道的输入信号，使得同一电路可以在信号放大与相位检测两种不同模式下切换，实现了一个电路多种 功能、低功耗、低成本。而且，当只有一个悬臂梁可动栅被下拉，其对应下方为反型层沟道；另外一个悬臂梁可动栅处于悬浮状态，对应下方为高阻区；有利于增大器件的反向击穿电压。

技术方案：本发明的硅基低漏电流双悬臂梁可动栅NMOS相位检测器是由双悬臂梁可动栅NMOS管和低通滤波器组成；该双悬臂梁可动栅NMOS管为增强型，基于Si衬底制造。与传统工艺不同，其栅极不是附在氧化层上的多晶硅而是一个悬浮在氧化层的上方的Al制悬臂梁。

本发明的硅基低漏电流双悬臂梁可动栅NMOS相位检测器由双悬臂梁可动栅NMOS管和低通滤波器构成，双悬臂梁可动栅NMOS管为增强型，制作在P型Si衬底上，输入引线由多晶硅制作，悬臂梁可动栅的一端固定在锚区上，悬臂梁可动栅的另一端悬浮在栅氧化层上方，锚区制作在P型衬底上，下拉电极制作在双悬臂梁可动栅NMOS管栅氧化层的外侧，下拉电极上方是一层绝缘层，偏置电压经高频扼流圈输入悬臂梁可动栅上，下拉电极接地；NMOS管有源区位于栅氧化层的两旁并与引线连接。

所述的悬臂梁可动栅，其下拉偏置电压设计为等于双悬臂梁可动栅NMOS管的阈值电压；当悬臂梁可动栅上的电压小于阈值电压时，悬臂梁可动栅是悬浮在栅氧化层的上方，而只有在悬臂梁可动栅上的电压达到或大于阈值电压时悬臂梁可动栅才会下拉到贴在栅氧化层上，栅氧化层下方产生沟道，从而使双悬臂梁可动栅NMOS管导通；

待测信号与参考信号通过两个悬臂梁可动栅输入，当两个悬臂梁可动栅都被下拉时，待测信号与参考信号通过双悬臂梁可动栅NMOS管实现信号相乘，经过低通滤波器后，滤除高频分量得到与相位差相关的分量完成相位检测，输出相位检测信号；当双悬臂梁可动栅NMOS管的仅其中一个悬臂梁可动栅被下拉时，对应下方为反型层沟道；另外一个悬臂梁可动栅处于悬浮状态，对应下方为高阻区，形成一个反型层沟道与高阻区串联的高击穿电压放大器，被选通的信号经过双悬臂梁可动栅NMOS管输出放大信号，从而使得同一电路可以在信号放大与相位检测两种不同模式下切换。

硅基低漏电流双悬臂梁可动栅NMOS相位检测器在工作中，由于悬浮悬臂梁可动栅的设计使得栅氧化层中的场强较小，直流漏电流大大减小，从而有效的降低 了功耗。