[发明专利]氮化镓基低漏电流悬臂梁开关交叉耦合振荡器及制备方法

说明书

技术领域

本发明提出了GaN基低漏电流悬臂梁开关MESFET交叉耦合振荡器，属于微电子机械系统的技术领域。

背景技术

随着现代通信的飞速发展，高稳定高性能的振荡器已经成为决定系统性能优劣的关键部件之一。振荡器的应用很广，微处理机，蜂窝电话，测试仪器设备等都要用到振荡器，特别是在军事侦察，雷达，通信领域中，需要采用信号源作为日益复杂的基带信息的载波，对振荡器的稳定性提出更高的要求。振荡器在很高频率下工作，会导致芯片功耗问题变的日益明显，太高的功耗会对芯片的散热提出更高的要求，还会使芯片的性能受到影响。对于振荡器的低功耗的设计在超大规模集成电路的设计中显得越来越重要。

交叉耦合振荡器因为其优越的相位噪声性能，使得基于无源谐振元件的交叉耦合振荡器得以广泛应用。常规的交叉耦合振荡器在大规模集成电路中，功耗问题日益明显，集成电路过高的功耗对设备的散热性能及稳定性提出了更高的要求。传统MESFET在工作态时开关极与衬底之间具有较大的开关极漏电流，本发明即是基于GaN工艺设计了一种具有极低的漏电流的GaN基悬臂梁开关MESFET交叉耦合振荡器，可以有效地降低交叉耦合振荡器中晶体管的开关极漏电流，降低交叉耦合振荡器的功耗。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提供一种氮化镓基低漏电流悬臂梁开关交叉耦合振荡器及制备方法，使用GaN基悬臂梁开关MESFET替代传统的MESFET。交叉耦合振荡器稳定振荡后两个MESFET交替导通与关断。传统MESFET的开关与有源区是肖特基接触，所以不可避免的会有一定的直流漏电流。在大规模集成电路中，这种漏电流的存在会增加交叉耦合振荡器在工作的中的功耗。本发明中可以有效的降低这种漏电流。

技术方案：本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁开关交叉耦合振荡器，包括第一悬臂梁N型MESFET、第二悬臂梁N型MESFET、LC谐振回路和恒流源组成，该交叉耦合振荡器中的第一悬臂梁N型MESFET和第二悬臂梁N型MESFET都是制作在半绝缘GaN衬底上，其输入引线是利用金制作,N型MESFET栅极与有源层形成肖特基接触，在栅极上方设计了悬臂梁，该悬臂梁由钛/金/钛制作，悬臂梁下方的锚区制作在半绝缘GaN衬底上，在每个悬臂梁下方设计了两个电极板，电极板的上表面覆盖有氮化硅层，电极板接地，第一悬臂梁N型MESFET和第二悬臂梁N型MESFET的源极连在一起并与恒流源相连，恒流源另一端接地，第一悬臂梁N型MESFET的漏极通过引线，锚区与第二悬臂梁N型MESFET的悬臂梁相连，第二悬臂梁N型MESFET的漏极通过引线，锚区与第一悬臂梁N型MESFET的悬臂梁相连形成交叉耦合结构，LC谐振回路接在第一悬臂梁N型MESFET的漏极和第二悬臂梁N型MESFET的漏极之间。

用具有悬臂梁开关的MESFET代替传统的MESFET,悬臂梁开关MESFET基于GaN衬底，设计悬臂梁开关MESFET和悬臂梁开关MESFET的阈值电压相等，同时设计第一悬臂梁N型MESFET和第二悬臂梁N型MESFET的阈值电压与它的悬臂梁下拉电压相等，当悬臂梁开关MESFET的悬臂梁与下拉电极板间的电压大于阈值电压的绝对值，所以悬臂梁被下拉到栅极上，悬臂梁与栅极短接，同时栅极与源极间的电压也大于阈值电压，所以MESFET导通，当悬臂梁开关MESFET的悬臂梁和下拉电极板之间的电压小于阈值电压，悬臂梁是悬浮在栅极上方，处于截止，该GaN基低漏电流悬臂梁开关MESFET的交叉耦合振荡器在稳定振荡时，第一悬臂梁N型MESFET 1和第二悬臂梁N型MESFET 2交替导通与关断，当悬臂梁开关MESFET关断，悬臂梁处于悬浮状态，悬臂梁与栅极间有一层空气层，所以该悬臂梁开关MESFET栅极漏电流大大减小,从而降低该交叉耦合振荡器工作时的功耗，并且GaN基的MESFET具有高电子迁移率，能够满足射频信号下电路正常工作的需要。