[发明专利]氮化镓基低漏电流固支梁开关差分放大器

说明书

技术领域

本发明提出了氮化镓基低漏电流固支梁开关MESFET(金属-半导体场效应晶体管)差分放大器，属于微电子机械系统的技术领域。

背景技术

随着无线通信技术的高速发展，传统的硅基器件已经无法满足高频、高效和耐高温的要求，因此各种新型的器件和半导体材料不断被提出。氮化镓材料制造的晶体管具有很高的电子迁移率，很强的抗辐射能力，很大的工作温度范围。氮化镓场效应晶体管可以在高频、超高频放大器电路中使用。如今晶体管的尺寸已经发展至纳米级别，相应的集成电路单位面积的集成度仍然在不断地提升，芯片的功能也日趋复杂，呈现出了数模混合的状态，同时芯片的处理速度越来越高；随之而来的就是集成电路的功耗问题，而过高的功耗会使得芯片过热，晶体管的工作特性会受到温度的影响而发生改变，所以过热的芯片温度不仅会使芯片寿命降低，而且会影响芯片的稳定性。由于电池技术的发展遭遇了前所未有的技术瓶颈，所以找到一种低功耗的解决方案就显得十分重要。

差分放大器作为模拟集成电路的重要组成部分，它能够在对差模信号进行放大的同时抑制共模信号，从而有效抑制温度等外界因素变化对电路的影响。传统MESFET在工作态时栅极与衬底之间具有较大的栅极漏电流，MEMS技术的发展使得制造具有可动固支梁开关的新型MESFET的设想成为现实，利用具有固支梁开关的MESFET设计放大器可有效地减小差分放大器中的晶体管的栅极漏电流，降低差分放大器的功耗。

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固支梁开关MESFET差分放大器，将差分放大器中采用的传统MESFET差分对换为具有固支梁开关结构的MESFET差分对，在该差分放大器处于工作状态时，可以有效地减小晶体管的栅极漏电流从而降低差分放大器的功耗。

技术方案：本发明的氮化镓基低漏电流固支梁开关差分放大器由两个具有固支梁开关的第一N型MESFET、第二N型MESFET和一个恒流源组成，上述两个N型MESFET的源极接在一起，并与恒流源相接，恒流源的另一端接地，上述两个N型MESFET的漏极分别与电阻相接，电阻作为负载使用，两个电阻共同与电源电压相接，交流信号在差分对的两个N型MESFET的固支梁开关之间输入，被放大后的交流信号在这两个N型MESFET的漏极与负载电阻之间输出；引线由金属构成，两个N型MESFET的固支梁开关依靠锚区的支撑悬浮在MESFET的栅极之上，该固支梁开关由钛/金/钛组成，输入的交流信号接在固支梁开关上，MESFET由栅极、源极和漏极构成，其中源极和漏极由金属和重掺杂N区形成欧姆接触构成，栅极由金属和沟道区形成肖特基接触构成，锚区制作在衬底上，N型有源区构成源极和漏极，在固支梁开关与衬底之间存在下拉电极，下拉电极由氮化硅覆盖，下拉电极接地，电路制作在P型氮化镓衬底上。

所述第一N型MESFET或第二N型MESFET的固支梁开关是悬浮在其栅极之上的，N型MESFET的栅极与衬底之间形成了肖特基接触，在栅极下方的衬底中形成耗尽层，该N型MESFET的固支梁开关的下拉电压设计为得与ESFET的阈值电压相等，当加载在固支梁开关与下拉电极之间的电压大于MESFET的阈值电压时，固支梁开关下拉与栅极紧贴,N型MESFET的耗尽区厚度减小并导通，在此基础上实现交流信号的放大；当固支梁开关与下拉电极之间所加电压小于MESFET的阈值电压时，固支梁开关5就不能下拉，其栅极上就不存在电压，该N型MESFET就不能导通，栅极漏电流就不会存在，减小了差分放大器的功耗。

该差分放大器处于工作态时，组成差分对的两个N型MESFET即第一N型MESFET和第二N型MESFET的下拉电极都通过高频扼流圈接地，以防止交流信号通过地流失，将交流信号υin通过锚区7加载到两个N型MESFET的固支梁开关之间，这个交流信号足够大，当它处于正半周期时差分对中的第一N型MESFET的固支梁开关下拉与MESFET的栅极贴紧，并使第一N型MESFET导通，第二N型MESFET处于关断状态，当这个交流信号υin处于负半周期时情况则相反，这样就使差分放大器中的两个N型MESFET随着交流信号的变化处于一通一断交替变化的状态，MESFET的关断态意味着其固支梁开关处于悬浮状态，即此时MESFET的栅极上并不存在电压，也就没有栅极漏电流，所以当在电路中输入交流信号υin以后，该差分放大器能够实现信号的放大并输出υout。