[发明专利]基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关频率检测器

说明书

技术领域

本发明提出了基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT(高电子迁移率晶体管)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

HEMT，即高电子迁移率晶体管，有被称为调制掺杂场效应晶体管、二维电子气场效应晶体管和选择掺杂异质结晶体管。与普通的场效应管相比，HEMT具有截止频率高、工作速度快、短沟道效应小和噪声性能好的优点，非常适合应用于微波领域。

频率作为微波信号的三大基本参数之一，其检测在微波通信、雷达监测、导航技术等领域扮演着非常重要的角色。现有的微波频率检测方法可以分为计数法、光子法、谐振法和矢量合成法。其中矢量合成法属于无源法，具有频带宽、结构简单、易通过MEMS技术实现等特点，相对其他方法具有较大优势。随着MEMS技术的快速发展，对梁结构有了比较深入的研究和认识，结合MEMS表面微机械加工技术和常规HEMT工艺使本发明基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的频率检测器成为了可能。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提供一种基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的频率检测器，两个悬臂梁在HEMT栅极的上方，由偏置电压控制其状态，作用相当于开关，在HEMT处于非工作状态时，由于悬臂梁处于悬浮态，栅极漏电流减小，降低了静态功耗。通过改变梁的状态和λ/4延迟线的设计，电路可以实现频率检测和信号放大两种功能，节约了芯片的面积，降低了成本。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关频率检测器，GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT以半绝缘的GaAs为衬底，在衬底上设有本征GaAs层，本征GaAs层上设有本征AlGaAs层、源区和漏区，本征AlGaAs层上设有N⁺AlGaAs层，N⁺AlGaAs层上设有栅极金属层，栅极金属层上设有两个悬臂梁；悬臂梁材料为Au，横跨在锚区上，锚区和输入引线连，作为HEMT微波信号和直流偏置信号的输入端；其中，微波信号由微波信号输入端口输入，通过隔直电容后分为两路，分别经λ/100延迟线和λ/4延迟线输入到两个悬臂梁上，直流偏置信号由偏置端口和偏置端口输入，通过高频扼流圈分别输入到两个悬臂梁上，在悬臂梁的下方各有一个下拉电极，下拉电极接地，下拉电极的上面覆盖一层绝缘的氮化硅介质层，悬臂梁的下拉电压设置为HEMT的阈值电压；本征GaAs层和本征AlGaAs层间的异质结形成的二维电子气通道，在非工作状态时被肖特基接触的耗尽区阻断，在施加偏置电压使悬臂梁下拉时，肖特基接触的耗尽区变窄，二维电子气通道处于导通状态。

该频率检测器电路通过施加直流偏置电压和控制λ/4延迟线是否接地实现频率检测和信号放大两种功能；频率检测时施加直流偏置电压使两个悬臂梁都处于下拉状态，待测微波信号经过λ/4延迟线和λ/100延迟线后产生两路频率相等和存在一定相位差的信号，输入到HEMT的栅极金属层上，经HEMT实现信号混频，输出的源漏极饱和电流包含了相位信息的电流分量，通过低通滤波器滤去源漏极饱和电流中的高频分量，由相位检测输出端口输出，从而得到两路信号的相位差，最后通过相位差反推出待测微波信号的频率；电路处于信号放大状态时，施加直流偏置电压使λ/100延迟线连接的悬臂梁处于下拉状态，λ/4延迟线的末端接地，延迟线始端相当于开路，信号完全经过λ/100延迟线输入到对应的悬臂梁上，源漏极输出放大后的电流信号，最后由信号放大输出端口输出，由于存在一个悬浮的悬臂梁，下面对应的区域为高阻区，有利于增大反向击穿电压。

该频率检测器非工作状态时，两个悬臂梁都处于悬浮态，与栅极金属层没有接触，减小了栅极漏电流，功耗被有效地降低。

有益效果：本发明相对于现有的频率检测器具有以下优点：

1.本发明的频率检测器原理、结构简单，利用MEMS工艺易于实现，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.本发明采用HEMT，具有截止频率高、工作速度快、短沟道效应小和噪声性能好的优点本发明；

3.由于采用悬臂梁结构，使频率检测器在非工作状态的漏电流减小，从而有效地降低了功耗；

4.本发明的频率检测器同时可以实现频率检测和信号放大的作用，有效地减小了芯片的面积，降低了成本。

5.信号放大状态时，在悬浮的悬臂梁下方存在高阻区域，增大了HEMT的反向击穿电压值。

附图说明

图1为本发明基于GaAs基低漏电流双悬臂梁开关HEMT的频率检测器俯视图。