氮化鎵基低漏電流固支梁開關差分放大器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明提出了氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET(金屬-半導體場效應晶體 管）差分放大器，屬于微電子機械系統(tǒng)的技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著無線通信技術的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的硅基器件已經(jīng)無法滿足高頻、高效和耐高 溫的要求，因此各種新型的器件和半導體材料不斷被提出。氮化鎵材料制造的晶體管具有 很高的電子迀移率，很強的抗輻射能力，很大的工作溫度范圍。氮化鎵場效應晶體管可以在 高頻、超高頻放大器電路中使用。如今晶體管的尺寸已經(jīng)發(fā)展至納米級別，相應的集成電路 單位面積的集成度仍然在不斷地提升，芯片的功能也日趨復雜，呈現(xiàn)出了數(shù)?；旌系臓顟B(tài)， 同時芯片的處理速度越來越高；隨之而來的就是集成電路的功耗問題，而過高的功耗會使 得芯片過熱，晶體管的工作特性會受到溫度的影響而發(fā)生改變，所以過熱的芯片溫度不僅 會使芯片壽命降低，而且會影響芯片的穩(wěn)定性。由于電池技術的發(fā)展遭遇了前所未有的技 術瓶頸，所以找到一種低功耗的解決方案就顯得十分重要。
[0003] 差分放大器作為模擬集成電路的重要組成部分，它能夠在對差模信號進行放大的 同時抑制共模信號，從而有效抑制溫度等外界因素變化對電路的影響。傳統(tǒng)MESFET在工作 態(tài)時柵極與襯底之間具有較大的柵極漏電流，MEMS技術的發(fā)展使得制造具有可動固支梁開 關的新型MESFET的設想成為現(xiàn)實，利用具有固支梁開關的MESFET設計放大器可有效地減 小差分放大器中的晶體管的柵極漏電流，降低差分放大器的功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術問題：本發(fā)明的目的是提供一種氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET差分 放大器，將差分放大器中采用的傳統(tǒng)MESFET差分對換為具有固支梁開關結構的MESFET差 分對，在該差分放大器處于工作狀態(tài)時，可以有效地減小晶體管的柵極漏電流從而降低差 分放大器的功耗。
[0005] 技術方案：本發(fā)明的氮化鎵基低漏電流固支梁開關差分放大器由兩個具有固支梁 開關的第一N型MESFET、第二N型MESFET和一個恒流源組成，上述兩個N型MESFET的源 極接在一起，并與恒流源相接，恒流源的另一端接地，上述兩個N型MESFET的漏極分別與 電阻相接，電阻作為負載使用，兩個電阻共同與電源電壓相接，交流信號在差分對的兩個N 型MESFET的固支梁開關之間輸入，被放大后的交流信號在這兩個N型MESFET的漏極與負 載電阻之間輸出；引線由金屬構成，兩個N型MESFET的固支梁開關依靠錨區(qū)的支撐懸浮在 MESFET的柵極之上，該固支梁開關由鈦/金/鈦組成，輸入的交流信號接在固支梁開關上， MESFET由柵極、源極和漏極構成，其中源極和漏極由金屬和重摻雜N區(qū)形成歐姆接觸構成， 柵極由金屬和溝道區(qū)形成肖特基接觸構成，錨區(qū)制作在襯底上，N型有源區(qū)構成源極和漏 極，在固支梁開關與襯底之間存在下拉電極，下拉電極由氮化硅覆蓋，下拉電極接地，電路 制作在P型氮化鎵襯底上。
[0006] 所述第一N型MESFET或第二N型MESFET的固支梁開關是懸浮在其柵極之上的， N型MESFET的柵極與襯底之間形成了肖特基接觸，在柵極下方的襯底中形成耗盡層，該N 型MESFET的固支梁開關的下拉電壓設計為得與ESFET的閾值電壓相等，當加載在固支梁 開關與下拉電極之間的電壓大于MESFET的閾值電壓時，固支梁開關下拉與柵極緊貼，N型 MESFET的耗盡區(qū)厚度減小并導通，在此基礎上實現(xiàn)交流信號的放大；當固支梁開關與下拉 電極之間所加電壓小于MESFET的閾值電壓時，固支梁開關5就不能下拉，其柵極上就不存 在電壓，該N型MESFET就不能導通，柵極漏電流就不會存在，減小了差分放大器的功耗。
[0007] 該差分放大器處于工作態(tài)時，組成差分對的兩個N型MESFET即第一N型MESFET 和第二N型MESFET的下拉電極都通過高頻扼流圈接地，以防止交流信號通過地流失，將交 流信號uin通過錨區(qū)7加載到兩個N型MESFET的固支梁開關之間，這個交流信號足夠大， 當它處于正半周期時差分對中的第一N型MESFET的固支梁開關下拉與MESFET的柵極貼 緊，并使第一N型MESFET導通，第二N型MESFET處于關斷狀態(tài)，當這個交流信號uin處于 負半周期時情況則相反，這樣就使差分放大器中的兩個N型MESFET隨著交流信號的變化處 于一通一斷交替變化的狀態(tài)，MESFET的關斷態(tài)意味著其固支梁開關處于懸浮狀態(tài)，即此時 MESFET的柵極上并不存在電壓，也就沒有柵極漏電流，所以當在電路中輸入交流信號uin 以后，該差分放大器能夠實現(xiàn)信號的放大并輸出uout。
[0008] 有益效果：本發(fā)明的氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET差分放大器中的固支 梁開關MESFET的固支梁開關下拉與N型MESFET柵極相接觸時，柵極上才會有電壓存在，當 固支梁開關處于懸浮狀態(tài)時，并不能有效的導通，因此固支梁開關MESFET可有效減小柵極 漏電流，降低電路的功耗；并且氮化鎵基的MESFET具有高電子迀移率，能夠滿足射頻信號 下電路正常工作的需要。
【附圖說明】
[0009] 圖1為氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET差分放大器的俯視圖
[0010] 圖2為氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET差分放大器的A-A'向的剖面圖
[0011] 圖3為氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET差分放大器的B-B'向的剖面圖
[0012] 圖4為氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET差分放大器的原理圖
[0013] 圖中包括：第一N型MESFET1、第二N型MESFET2,恒流源3,引線4,固支梁開關5， 柵極6,錨區(qū)7,N阱8,N型有源區(qū)9,下拉電極10,襯底11。
【具體實施方式】
[0014] 本發(fā)明的氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET差分放大器，主要由兩個具有固 支梁開關的第一N型MESFET1、第二N型MESFET2和一個恒流源3組成，兩個N型MESFET 的源極接在一起，并與恒流源3相接，恒流源3的另一端接地，兩個N型MESFET的漏極分別 于電阻相接，電阻作為負載使用，兩個負載電阻共同與電源電壓相接，交流信號在兩個N型 MESFET的固支梁開關之間輸入，在兩個N型MESFET的漏極與負載電阻之間輸出；引線4由 金屬構成，MEMS固支梁開關5依靠錨區(qū)7的支撐懸浮在MESFET的柵極6之上，該固支梁開 關5由鈦/金/鈦組成，輸入的交流信號接在固支梁開關5上，MESFET由柵極6、源極和漏 極構成，其中源極和漏極由金屬和重摻雜N區(qū)形成歐姆接觸構成，柵極由金屬和溝道區(qū)形 成肖特基接觸構成，錨區(qū)7制作襯底11上，N型有源區(qū)9構成源極和漏極，在固支梁開關5 與襯底11之間存在下拉電極10,下拉電極由氮化硅材料覆蓋，下拉電極接地，電路制作在P 型氮化鎵襯底11上。
[0015] 該差分放大器處于工作態(tài)時，兩個N型MESFET的下拉電極10都通過高頻扼流圈 接地，將交流信號通過錨區(qū)7加載到差分對中的兩個N型MESFET的固支梁開關5之間，這 個交流信號足夠大，當它處于正半周期時左側的第一N型MESFET的固支梁開關5下拉與其 柵極6貼緊，并使左側的MESFET導通，而右側的第二N型MESFET處于關斷狀態(tài)，當這個交 流信號處于負半周期時情況則相反，這樣就使差分放大器中的兩個N型MESFET隨著交流信 號的變化處于一通一斷交替變化的狀態(tài)，MESFET的關斷態(tài)意味著其固支梁開關5處于懸浮 狀態(tài)，也就是說此時MESFET的柵極6上并不存在電壓，那么也就沒有柵極漏電流，當在電路 中輸入交流信號以后，該差分放大器能夠實現(xiàn)信號的放大并輸出uout，所用公式如下：
[0016]uout=AvXuin，其中Av是該差分放大器的增益系數(shù)。
[0017] 氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET差分放大器的制備方法包括以下幾個步 驟：
[0018] 1)準備半絕緣型