[发明专利]谐振体晶体管和振荡器

说明书

相关申请

本专利申请要求享有2007年12月11日提交的名为“RESONANTBODYTRANSISTORANDOSCILLATOR”的美国临时专利申请61/012,821的优先权。该临时专利申请61/012,821在这里全部引入作为参考。

技术领域

要求权利的发明涉及振荡器领域，更具体而言，涉及一种具有谐振体晶体管的振荡器。

背景技术

随着发展到深亚微米(DSM)技术，晶体管阈值频率增大，使得能够设计出用于高达67GHz的射频(RF)和毫米波应用的互补金属氧化物半导体(CMOS)电路。但是，这种高频CMOS晶体管具有有限的增益，由此导致不好的输出功率。因此，要想成功的过渡到DSM CMOS应用，需要以高频率工作的高Q、低功率部件。

DSM电路面临的另一个挑战是增加到高达10¹¹个器件/cm²的器件密度。在这种密度下，时钟分布以及与之关联的功率损耗需要实施具有全局同步可能性的低功率本地时钟。

市场上当前存在着利用了声谐振器的高品质因数来尝试解决CMOS设计中的上述问题的机电谐振器和振荡器。性能最高的产品可以在SiTime(www.sitime.com)得到，但是这些产品只有范围在1-125MHz的有限频率。SiTime的产品是芯片外的，其大小约为1mm²。它们没有将晶体管作用引入谐振体内。

在1967年，Nathanson等人证明了谐振栅晶体管(在IEEE Trans.ElectronDevices第14卷第117-133页)在具有空气隙电容电极的导电黄金悬臂中驱动谐振。谐振栅晶体管(RGT)悬臂用作空气隙晶体管的栅极，其输出漏极电流则由悬臂谐振运动调制。证明谐振栅晶体管具有高达100kHz的频率。

在2003年，Leland Chang在其于加州大学伯克利分校的电气工程和计算机科学系的博士论文中引入了谐振体晶体管(RBT)的概念(L.Chang，“Nanoscale Thin-Body CMOS Devices，”加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学博士论文第八章，2003年春)。如图1所示，Chang提出了一种由两个在两个锚点34、36耦合到一起的固支梁32形成的空气隙弯曲型RBT 30(双端固定音叉结构)。这种几何形状类似于具有两个鳍状物38、40的空气隙双栅极FinFET。其中一个鳍状物38被偏置成积累状态(accumulation)，而另一个鳍状物40则被偏置成强反状态(strong inversion)。该器件是如下工作的：

(1)顶部鳍状物38被偏置成积累状态(-V_Gate)。没有电流流经该鳍状物38，但是来自激励V_in的电容式力(F_cap，ac～V_GateVinC_OX1/g)驱动谐振运动。

(2)机械振动将顶部鳍状物通过梁32的任一端上的锚点34、36耦合到底部。底部鳍状物40与顶部鳍状物38异相的情况下发生谐振。

(3)底部鳍状物40被偏置成强反状态(+V_Gate)。随着底部鳍状物40的移动，C_OX2将会改变，由此调制漏极电流I_Drain。

不幸的是，在将Chang的空气隙弯曲型RBT 30延伸用于大于10GHz的频率的方面存在着若干障碍，例如难以获得更小的空气隙以及难以防止静摩擦力。

因此，期望具有一种可被延伸在远高于10GHz范围的很高频率上使用并且实际可以制造的可靠的谐振体晶体管，以便能够设计出用于RF应用的深亚微米电路。

发明内容

公开了一种谐振体。所述谐振体具有反转栅极、积累栅极以及中心区域。所述谐振体还具有耦合到所述中心区域的源极触点以及耦合到所述中心区域的漏极触点。所述谐振体还具有耦合在所述反转栅极与所述中心区域之间的第一电介质层。所述谐振体还具有耦合在所述积累栅极与所述中心区域之间的第二电介质层。

还公开了一种谐振体晶体管。所述谐振体晶体管具有反转栅极电极、积累栅极电极、源极电极、漏极电极、以及多个锚梁。所述谐振体晶体管还具有谐振体，所述谐振体通过所述多个锚梁耦合至且悬挂于所述反转栅极电极、所述积累栅极电极、所述源极电极以及所述漏极电极。