专利摘要

本发明的砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器，由GaAs衬底，增强型HEMT，以及外接的低通滤波器，压控振荡器，乘法器、高频扼流圈构成。悬臂梁开关的下拉电压设置为HEMT的阈值电压，通过直流偏置控制HEMT的导通和信号的传输。当两个悬臂梁均悬浮断开时，栅电压为0，HEMT截止，可以减小栅极漏电流。当两个悬臂梁均通过直流偏置下拉闭合时，在直流偏置作用下二维电子气沟道浓度增大，HEMT导通，参考信号和反馈信号通过HEMT相乘,漏极输出信号经低通滤波器、压控振荡器、乘法器循环反馈后，得到参考信号的分频信号。当只有一个悬臂梁开关闭合时，可实现对单个信号的放大，电路有多功能。本发明提高效率，降低功耗，体积更小。

权利要求

1.一种砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅分频器，其特征在于，该分频器的HEMT为生长在GaAs衬底（1）上的增强型HEMT，包括本征GaAs层（2），本征AlGaAs层（3），N+AlGaAs层（4），源极（5），漏极（6），栅极（7），锚区（8），悬臂梁开关（9），下拉极板（10），绝缘层（11），通孔（12），引线（13）；在GaAs衬底（1）上设有本征GaAs层（2），在本征GaAs层（2）上设有本征AlGaAs层（3），在本征AlGaAs层（3）上设有N+AlGaAs层（4），源极（5）、漏极（6）分别位于栅极（7）的两侧，源极（5）接地，位于N+AlGaAs层（4）上的两个栅极（7）并列设置，与两个悬臂梁开关（9）一一对应，悬臂梁开关（9）的一端固定在锚区（8）上，另一端悬浮在栅极（7）之上，下拉极板（10）设置在悬臂梁开关（9）末端下方，下拉极板（10）接地，绝缘层（11）覆盖在下拉极板（10）上，直流偏置通过高频扼流圈和锚区（8）作用在悬臂梁开关（9）上，悬臂梁开关（9）的下拉电压设计为HEMT的阈值电压；

HEMT的漏极（6）输出信号有两种不同的工作方式，一种是选择第一端口（14）输入至低通滤波器，低通滤波器输出接入压控振荡器，压控振荡器输出通过第三端口（16）接入乘法器，乘法器输出信号作为反馈信号通过锚区（8）加载到一个悬臂梁开关（9）上，构成反馈回路，参考信号通过锚区（8）加载到另一个悬臂梁开关（9）上，HEMT的漏极（6）输出信号的另一种工作方式是选择第二端口（15）直接输出放大信号。

2.根据权利要求1所述的砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅分频器，其特征在于，所述的悬臂梁开关（9）的闭合或断开通过直流偏置控制，当两个悬臂梁开关（9）均在达到或大于下拉电压的直流偏置下实现下拉，与栅极（7）接触，开关闭合时，在栅电压作用下，形成二维电子气沟道，HEMT导通，参考信号和反馈信号通过HEMT实现相乘，漏极（6）输出包含两信号的相位差信息，选择第二端口（14）输入低通滤波器，低通滤波器滤除高频部分，输出包含相位差信息的直流电压，直流电压输入压控振荡器，作为控制电压调节压控振荡器的输出频率，调节频率后的信号经第三端口（16）传输至乘法器，乘法器输出作为反馈信号加载到悬臂梁开关（9）上，环路循环反馈的结果是反馈信号与参考信号的频率相等，压控振荡器第四端口（17）输出频率f_o为参考信号频率的1/N倍：f_ref/N,实现参考信号的分频；

当直流偏置小于下拉电压，两个悬臂梁开关（9）均不与栅极（7）接触，开关断开时，栅电压为0，无法形成沟道，HEMT截止，能够有效的减小栅极漏电流，降低功耗；

当只有一个悬臂梁开关（9）闭合，另一个悬臂梁开关（9）处于断开状态时，闭合的悬臂梁开关（9）下方形成二维电子气沟道，断开的悬臂梁开关（9）下方形成高阻区，沟道与高阻区串联的结构有利于提高HEMT的反向击穿电压，只有闭合的悬臂梁开关（9）上的选通信号可以通过HEMT放大，放大信号经第二端口（15）输出，当只有加载参考信号的悬臂梁开关（9）闭合时，参考信号通过HEMT放大，第二端口（15）输出参考信号频率f_ref的放大信号，当只有加载反馈信号的悬臂梁开关（9）闭合时，反馈信号通过HEMT放大，反馈信号频率为压控振荡器输出频率f_o经乘法器后乘以N的结果：N×f_o，第二端口（15）输出频率为N×f_o的放大信号,断开的悬臂梁开关（9）有利于减小栅极漏电流，降低功耗。

说明书

技术领域

本发明提出了GaAs(砷化镓)基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT(高电子迁移率晶体管)分频器，属于微电子机械系统的技术领域。

背景技术

分频器是将一参考信号的频率经过功能电路的作用,产生所需的参考信号频率1/N的频率信号。目前，频率乘法器广泛应用于通信、信号处理等领域。利用锁相环和乘法器可构成分频器。与传统电路中的MOSFET结构相比，高电子迁移率晶体管HEMT有更高的电子迁移率，速度更快，效率更高也能够降低功耗等。当前，MEMS技术也推动电路向结构简单，体积变小的方向发展。

本发明正式要结合HEMT与MEMS技术，提出一种GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提供一种GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器。两个悬臂梁开关下方各自对应一个栅极，悬臂梁开关通过直流偏置的作用，在电路中控制HEMT的导通以及信号的传输。

技术方案：本发明的一种砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅分频器的HEMT为生长在GaAs衬底上的增强型HEMT，包括本征GaAs层，本征AlGaAs层，N+AlGaAs层，源极，漏极，栅极，锚区，悬臂梁开关，下拉极板，绝缘层，通孔，引线；在GaAs衬底上设有本征GaAs层，在本征GaAs层上设有本征AlGaAs层，在本征AlGaAs层上设有N+AlGaAs层，源极、漏极分别位于栅极的两侧，源极接地，位于N+AlGaAs层上的两个栅极并列设置，与两个悬臂梁开关一一对应，悬臂梁开关的一端固定在锚区上，另一端悬浮在栅极之上，下拉极板设置在悬臂梁开关末端下方，下拉极板接地，绝缘层覆盖在下拉极板上，直流偏置通过高频扼流圈和锚区作用在悬臂梁开关上，悬臂梁开关的下拉电压设计为HEMT的阈值电压；

HEMT的漏极输出信号有两种不同的工作方式，一种是选择第一端口输入至低通滤波器，低通滤波器输出接入压控振荡器，压控振荡器输出通过第三端口接入乘法器，乘法器输出信号作为反馈信号通过锚区加载到一个悬臂梁开关上，构成反馈回路，参考信号通过锚区加载到另一个悬臂梁开关上，HEMT的漏极输出信号的另一种工作方式是选择第二端口直接输出放大信号。

所述的悬臂梁开关的闭合或断开通过直流偏置控制，当两个悬臂梁开关均在达到或大于下拉电压的直流偏置下实现下拉，与栅极接触，开关闭合时，在栅电压作用下，形成二维电子气沟道，HEMT导通，参考信号和反馈信号通过HEMT实现相乘，漏极输出包含两信号的相位差信息，选择第二端口输入低通滤波器，低通滤波器滤除高频部分，输出包含相位差信息的直流电压，直流电压输入压控振荡器，作为控制电压调节压控振荡器的输出频率，调节频率后的信号经第三端口传输至乘法器，乘法器输出作为反馈信号加载到悬臂梁开关上，环路循环反馈的结果是反馈信号与参考信号的频率相等，压控振荡器第四端口输出频率f_o为参考信号频率的1/N倍：f_ref/N,实现参考信号的分频；

当直流偏置小于下拉电压，两个悬臂梁开关均不与栅极接触，开关断开时，栅电压为0，无法形成沟道，HEMT截止，能够有效的减小栅极漏电流，降低功耗；

当只有一个悬臂梁开关闭合，另一个悬臂梁开关处于断开状态时，闭合的悬臂梁开关下方形成二维电子气沟道，断开的悬臂梁开关下方形成高阻区，沟道与高阻区串联的结构有利于提高HEMT的反向击穿电压，只有闭合的悬臂梁开关上的选通信号可以通过HEMT放大，放大信号经第二端口输出，当只有加载参考信号的悬臂梁开关闭合时，参考信号通过HEMT放大，第二端口输出参考信号频率f_ref的放大信号，当只有加载反馈信号的悬臂梁开关闭合时，反馈信号通过HEMT放大，反馈信号频率为压控振荡器输出频率f_o经乘法器后乘以N的结果：N×f_o，第二端口输出频率为N×f_o的放大信号,断开的悬臂梁开关有利于减小栅极漏电流，降低功耗。

有益效果：本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器具有以下显著的优点：

1、悬臂梁在电路中起到开关的作用，下拉电压设计为HEMT的阈值电压，方便控制HEMT的导通；

2、通过对悬臂梁开关的控制，不仅能实现参考信号的分频，还能实现对单个信号的放大，使电路多功能化，扩展应用范围；

3、HEMT与MEMS技术相结合，使得电路效率提升，功耗降低，结构简单化，体积小型化。

附图说明

图1为本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器的俯视图。

图2为图1GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器的A-A’向剖面图。

图3为图1GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器的B-B’向剖面图。

图4为图1GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT两个悬臂梁开关均闭合时的沟道示意图。

图5为图1GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT闭合一个悬臂梁开关时的沟道示意图。

具体实施方式

本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器。包括GaAs衬底、增强型HEMT，以及外接的低通滤波器、压控振荡器、乘法器、高频扼流圈；其中HEMT生长在GaAs衬底上，包括本征GaAs层，本征AlGaAs层，N+AlGaAs层；源极，漏极和两个栅极。栅极与N+AlGAs层形成肖特基接触，本征GaAs层与本征AlGaAs层形成异质结。锚区位于栅极一侧，悬臂梁开关通过锚区横跨于栅极之上。悬臂梁末端下方设置有下拉极板，下拉极板接地，绝缘层覆盖在下拉极板之上。

参考信号和反馈信号分别通过锚区加载到两个悬臂梁开关上。直流偏置通过高频扼流圈和锚区作用在悬臂梁开关上，高频扼流圈保证直流偏置与交流信号隔开。

悬臂梁开关的下拉电压设计为HEMT的阈值电压。当直流偏置小于下拉电压，两个悬臂梁开关均悬浮断开，不与栅极接触时，栅电压为0，HEMT无法导通。

当直流偏置达到或大于下拉电压，两个悬臂梁开关均在直流偏置作用下下拉闭合，与栅极接触时，栅电压即为直流偏置，肖特基势垒宽度在栅电压作用下变窄，异质结表面形成二维电子气沟道，HEMT导通，参考信号和反馈信号通过HEMT相乘。漏极输出信号包含了两信号之间的相位差信息，经过低通滤波器后，高频分量被滤除，并向压控振荡器输送一个直流电压，使进一步的输出频率发生改变。压控振荡器输出信号经过乘法器之后，在频率上对应发生N倍的改变，并作为反馈信号，重新输入HEMT，经过锁相环环路的作用，反馈信号和参考信号频率相等。所以，最终压控振荡器输出的信号频率为参考信号频率的1/N，实现参考信号的分频。

当只有一个悬臂梁开关闭合与栅极接触时，此悬臂梁开关下方形成二维电子气沟道，另一个断开的悬臂梁开关下方为高阻区，沟道与高阻区串联的结构有利于提高HEMT的反向击穿电压。只有下拉悬臂梁上的选通信号可以通过HEMT放大输出，从而通过对一个悬臂梁开关的单独控制，实现对单个信号的放大，电路具有多功能。

下面结合附图对本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器做进一步解释。

如图1所示，本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器包括GaAs衬底1，设置在GaAs衬底上的增强型HEMT，外接的低通滤波器，压控振荡器，乘法器、高频扼流圈。

HEMT包括本征GaAs层2，本征AlGaAs层3，N+ AlGaAs层4，源极5，漏极6，两个栅极7，锚区8，两个悬臂梁开关9，下拉极板10，绝缘层11，通孔12，引线13。其中，源极5接地，锚区8设置在栅极7一侧，下拉极板10设置栅极7另一侧并且接地，悬臂梁开关9通过锚区8横跨在栅极7上方。在HEMT结构中，栅极7与N+ AlGaAs层4形成肖特基接触，本征AlGaAs层3与本征GaAs层2形成异质结。对于增强型HEMT，栅电压为0时，肖特基接触势垒耗尽了异质结界面的二维电子气，没有导通沟道。

HEMT漏极6输出信号的有两种不同的工作方式，一种是选择第一端口14连接低通滤波器，低通滤波器输出接入压控振荡器，压控振荡器输出通过第三端口16接入乘法器，乘法器的输出作为反馈信号通过锚区8加载到一个悬臂梁开关9上，与HEMT构成反馈回路，参考信号通过锚区8加载到另一个悬臂梁开关9上。直流偏置通过高频扼流圈和锚区8作用在悬臂梁开关9上。

HEMT漏极6输出信号的另一种工作方式是选择第二端口15直接输出放大信号。

悬臂梁开关9的下拉电压设计为HEMT的阈值电压。当直流偏置小于下拉电压，悬臂梁开关9处于悬浮断开状态，不与栅极7接触时，栅电压为0，没有二维电子气沟道，HEMT截止。

当直流偏置达到或大于下拉电压，两个悬臂梁开关9均下拉与栅极7接触，开关闭合时，在栅电压的作用下，二维电子气在异质结界面聚集，形成沟道，如图4所示，HEMT导通。参考信号和反馈信号通过HEMT相乘。漏极6输出信号包含了参考信号和反馈信号之间的相位差信息，选择第一端口14输入低通滤波器，低通滤波器将此信号中的高频分量滤除，并向压控振荡器输送一个直流电压，控制电压可以表示为：

UL=K cos((fref-fback)2πt+φ)---(1)]]>

其中K为HEMT增益系数，f_ref为参考信号频率，f_back为反馈信号频率，φ为固有相位差。压控振荡器在直流电压的控制下，调节输出信号频率的大小。压控振荡器输出频率可以通过以下微分表示式表达：

12πdfodt=KvUL=KvK cos((fref-fback)2πt+φ)---(2)]]>

其中，f_o为压控振荡器输出频率，K_v为压控振荡器灵敏度。经过乘法器后，输出频率变为原来的N倍，并作为反馈信号，重新输入HEMT。也就是：

f_back＝f_o×N              (3)

经过反馈循环作用，反馈信号的频率最终和参考信号一致。即：

fback=fo×N=fref⇒fo=frefN---(4)]]>

所以，最终压控振荡器第四端口17输出的信号频率为参考信号频率的1/N,实现参考信号的分频。

只有一个悬臂梁开关9被下拉闭合，另一个悬臂梁开关9处于悬浮断开状态时，闭合的悬臂梁开关9下方形成二维电子气沟道，断开的悬臂梁开关9下方为高阻区，如图5所示，沟道与高阻区串联，有利于提高反向击穿电压。此时，只有闭合的悬臂梁开关9上的选通信号可以通过HEMT放大，放大信号通过第二端口15输出。当只有加载参考信号的悬臂梁开关9闭合时，参考信号通过HEMT放大，端口15输出频率为f_ref的放大信号。当只有加载反馈信号的悬臂梁开关9闭合时，反馈信号频率为压控振荡器频率经过乘法器后的结果，即f_o×N，所以，端口15输出频率为f_o×N的放大信号。从而通过对一个悬臂梁开关9的单独控制，实现对单个信号的放大，电路具有多功能，扩大了电路的应用范围,此外，断开的悬臂梁开关9有利于减小栅极漏电流，降低功耗。

本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器的制备方法如下：

1)在半绝缘P型GaAs衬底；

2)外延生长本征GaAs层约500nm；

3)外延生长本征AlGaAs隔离层约50nm；

4)生长N+型AlGaAs层约20nm，掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3，控制厚度与掺杂浓度，使得HEMT管为增强型；

5)生长N+型GaAs层厚约300nm，掺杂浓度为3.5×10¹⁸cm^-3；

6)台面腐蚀隔离有源区；

7)生长氮化硅；

8)光刻氮化硅层，刻出源漏极域，进行N+离子注入，形成源极和漏极，去除氮化硅；

9)涂覆光刻胶，光刻去除电极接触位置的光刻胶；

10)真空蒸发金锗镍/金；

11)剥离，合金化形成源、漏欧姆接触电极；

12)涂覆光刻胶，光刻去除栅极位置的光刻胶；

13)生长厚度为0.5μm Ti/Pt/Au；

14)去除光刻胶以及光刻胶上的金属，形成肖特基接触的栅极；

15)涂覆光刻胶，光刻出引线，下拉极板和悬臂梁锚区的窗口；

16)生长一层厚度为0.3μm的Au；

17)去除光刻胶，形成引线、下拉极板、悬臂梁的锚区；

18)沉积绝缘层，应用外延工艺生长0.1μm的Si_xN_1-x的绝缘层；

19)光刻去除多余的绝缘层，仅保留下拉极板上方的绝缘层；

20)通过旋涂方式形成PMGI牺牲层，然后光刻牺牲层，仅保留悬臂梁下方的牺牲层；

21)生长一层用于电镀的底金：蒸发Ti/Au/Ti，作为种子层厚度50/150/30nm；

22)涂覆光刻胶，光刻出悬臂梁，锚区和连接线的窗口；

23)电镀一层金，其厚度为2μm；

24)去除光刻胶，同时去除光刻胶上的金层；

25)反刻钛/金/钛，腐蚀种子层，形成悬臂梁及以及连接线；

26)去除聚酰亚胺牺牲层，释放MEMS悬臂梁；

27)将制备的HEMT与外部电路连接，构成分频器。

区分是否为该结构的标准如下：

本发明的GaAs基低漏电流双悬臂梁开关双栅HEMT分频器，参考信号和反馈信号分别加载在两个悬臂梁开关上，悬臂梁开关控制HEMT的导通与信号的传输，悬臂梁开关通过直流偏置控制，下拉电压设计为HEMT的阈值电压。当两个悬臂梁开关均处于悬浮断开状态时，栅电压为0，HEMT截止。当两个悬臂梁开关均通过直流偏置下拉闭合状态，与栅极接触时，二维电子气沟道形成，HEMT导通。参考信号和反馈信号通过HEMT相乘，漏极输出包含两信号的相位信息，经过低通滤波器，压控振荡器、乘法器反馈循环后，得到参考信号1/N的分频信号。另外单独闭合一个悬臂梁开关，另一个断开的悬臂梁开关下形成高阻区，有利于提高HEMT的反向击穿电压，还可以实现对单个信号的放大，电路具有多功能性。

砷化镓基低漏电流双悬臂梁开关双栅分频器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。