[发明专利]基于硅基低漏电流双固支梁可动栅的频率检测器

说明书

技术领域

本发明提出了一种基于硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)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

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。

随着电路集成度的不断提高，芯片尺寸的不断缩小，功耗问题变得日益显著。过高的功耗会使芯片的温度过热，不仅会影响电路的性能也会导致电路的可靠性降低，使用寿命缩短。因此，在微波频率检测器的设计中考虑功耗问题十分有必要。本发明即是基于SiCOMS(互补金属氧化物半导体)工艺和MEMS表面微机械加工工艺设计了一种非检测状态漏电流极低的低漏电流双固支梁可动栅MOSFET，在此基础上实现频率检测。

发明内容

技术问题:本发明的目的在于提供一种基于硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET的频率检测器，双固支梁作为MOSFET的可动栅，通过施加直流偏置电压实现对固支梁状态的控制，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；在MOSFET处于非工作状态时，由于固支梁处于悬浮态，栅极漏电流极小，降低了静态功耗。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种基于硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET的频率检测器，MOSFET制作在P型硅衬底上，沟道栅氧化层设置在P型硅衬底上，在沟道栅氧化层的上方设有两个固支梁，材料为Au，作为MOSFET的可动栅，其下拉电压设置为MOSFET的阈值电压，固支梁横跨在锚区上，锚区与输入引线相连，作为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延迟线输入到两个固支梁上，直流偏置信号由第一偏置端口和第二偏置端口输入，通过高频扼流圈分别输入到两个固支梁上，锚区和输入引线的制备材料为多晶硅，固支梁的下面各分布着一个下拉电极，下拉电极接地，下拉电极上覆盖一层绝缘的氮化硅介质层；MOSFET源区，MOSFET漏区分别设置在P型硅衬底上，源漏引线分别通过有源区引线孔与MOSFET源区，MOSFET漏区连接。

该频率检测器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固支梁都处于下拉状态，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但存在一定相位差的信号，输入到MOSFET的固支梁可动栅上，经MOSFET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延迟线连接的固支梁处于下拉状态，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固支梁栅极上，源漏极输出放大后的电流信号，由信号放大输出端口输出，由于存在一个悬浮的固支梁，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，两个固支梁都处于悬浮态，与栅氧化层没有接触，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，利用现有的硅基COMS工艺和MEMS表面微机械加工易于实现；

2.通过控制直流偏置电压和λ/4延迟线末端是否接地，电路能够实现频率检测和信号放大两种功能，有效节约了芯片的面积，降低了成本；

3.本发明由于采用固支梁结构，频率检测器在非工作状态时的栅极漏电流大大减小，从而降低了功耗；

4.信号放大状态时，在悬浮的固支梁下方存在高阻区域，增大了MOSFET的反向击穿电压值。

附图说明

图1为本发明硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET的俯视图。

图2为本发明硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET的P-P’向的剖面图。

图3为本发明硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET的A-A’向的剖面图。

图4为硅基低漏电流双固支梁可动栅MOSFET在两个固支梁处于下拉状态时的沟道示意图。