[发明专利]氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器

说明书

技术领域

本发明提出了氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器，属于微电子机械系统的技术领域。

背景技术

随着数字集成电路的不断发展，人们对数字集成电路的要求也越来越高，人们希望器件的速度可以越来越快、功耗能够越来越低、成本也能越来越低，但是传统的MOS器件因其诸多的局限性而不能满足人们的要求，而GaN金属—半导体场效应晶体管(MESFET)的出现解决了人们的燃眉之急，这种MESFET器件以电子迁移率高、载流子漂移速度快、禁带宽度大、抗辐射能力强、工作温度范围宽等诸多优点被广泛应用于各种数字集成电路中，其中利用该GaN型MESFET开关而制作而成的RS触发器就深受人们喜爱。不过数字集成电路的更新换代非常之快，在如今集成电路规模不断增大、尺寸不断缩小的趋势下，人们发现传统RS触发器的功耗一直以来都是一个问题，尤其是随着电路的集成度不断提高，这种功耗居高不下的问题一直困扰着人们。

随着MEMS技术的深入发展，一种具有MEMS悬臂梁结构的MESFET开关可以有效的解决栅极漏电流的问题，并可以降低整个RS触发器的功耗，因此本发明在半绝缘型GaN衬底上设计了一种具有很小的栅极泄漏电流的悬臂梁的RS触发器。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供了一种氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器，传统MESFET器件的栅极是由金属和沟道区域形成肖特基接触而构成的，由于控制信号直接加载在栅极上，这就不可避免地会产生漏电流，从而导致了整个RS触发器的直流功耗偏大，而本发明就极为有效的降低了RS触发器中的栅极漏电流，从而可以降低RS触发器的直流功耗。

技术方案：本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器制作在半绝缘型GaN衬底上，由四个N型MESFET开关和两个电阻R所构成，该N型MESFET开关包括源极、漏极、栅极和沟道组成，其中两个N型MESFET开关串联连接组成第一与非门，另两个N型MESFET开关串联连接组成第二与非门，其中第一与非门的输出端通过导线与第二与非门的一个输入端相接，同样第二与非门的输出端也通过导线与第一与非门的一个输入端相连接，形成完全对称的结构；RS触发器有两个外接信号输入端分别是第一输入端R和第二输入端S，以及两个输出端分别是第一输出端Q和第二输出端N型MESFET开关具有悬浮的悬臂梁，该悬臂梁的一端固定在锚区上，中间部分和另一端横跨在栅极上方，与栅极之间有一间隙，悬臂梁由Au材料制作的，在悬臂梁下方还设有两个下拉电极，下拉电极是接地的，其上还覆盖有氮化硅介质层，这种结构可以大大减小栅极泄漏电流，从而降低器件的功耗。

所述四个N型MESFET开关的阈值电压设计为相等，而悬臂梁的下拉电压设计为与N型MESFET的阈值电压相等；只有当悬臂梁与下拉电极之间的电压大于阈值电压时，悬浮的悬臂梁才会下拉贴至栅极上使得N沟道MESFET导通，偏置信号由悬臂梁连接到栅极上，否则N沟道MESFET就截止。

当R端和S端都为高电平时，与这两端相连的N型MESFET的悬臂梁7会下拉使其导通，但两输入信号对输出Q和并没有影响，由Q和所控制的N型MESFET还是处于原来的状态，所以触发器状态保持不变；当R端为高电平、S端为低电平时，与R端相连的N型MESFET导通、与S端相连的N型MESFET截止，因此为高电平，与端相连的N型MESFET导通，于是Q输出低电平，此时触发器状态稳定为低电平；当R端为低电平、S端为高电平时，与R端相连的N型MESFET截止、与S端相连的N型MESFET导通，因此Q为高电平，与Q端相连的N型MESFET导通，于是输出低电平，此时触发器状态稳定为高电平；当R端和S端都为低电平时，与这两端相连的N型MESFET都截止，因此Q与都是高电平，这时RS触发器处于既非1又非0的不确定状态，因此若要使RS触发器正常工作，输入信号必须遵守R+S＝1的约束条件，即不允许R＝S＝0。

有益效果：本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器具有悬浮的悬臂梁结构，与栅极之间有一层空隙，因此可以极大的减小栅极漏电流，从而降低了整个RS触发器的直流功耗，提高了系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器的示意图，

图2为本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器的内部原理图，

图3为本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器的俯视图，

图4为图3氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器的P-P’向的剖面图，

图5为图3氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器的A-A’向的剖面图。