[发明专利]基于微机械硅基悬臂梁的相位检测器及检测方法

说明书

技术领域

本发明提出了基于微机械硅基悬臂梁的相位检测器，属于微电子机械系统（MEMS）的技术领域。

背景技术

随着雷达技术的发展，特别是在相控阵雷达、相控阵天线及加速器等较新的技术出现以后，相移量的测量显得日趋重要。现有的相位检测的方法有以下几种：利用二极管检波，利用乘法器结构和利用矢量运算法则实现相位检测，以上方法的缺点是都需要相对复杂的结构。随着微电子技术的发展，现代个人通信系统和雷达系统要求微波相位检测器具有简单的结构，小的体积以及小的功耗。MEMS系统具有体积小、功耗低、成本低等优点，本发明的目的正是要提出一种基于MEMS技术的微波信号相位检测器的实现方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于微机械硅基悬臂梁的相位检测器及检测方法，待测信号加载在Si MOSFET（硅基金属-氧化物-半导体场效应管）的栅上，参考信号加载到MEMS悬臂梁的锚区上，当下拉电极加直流偏置而使MEMS悬臂梁处于down（向下拉）态时，待测信号和参考信号同时加载到栅极上，通过检测源漏极饱和电流，实现了微波信号相位的在线检测。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于微机械硅基悬臂梁的相位检测器，该相位检测器包括

硅衬底，生长在硅衬底表面上的用于输出饱和电流的源极和漏极，源极与漏极相对设置，在源极或漏极的外侧设有悬臂梁锚区，跨接在源极和漏极之间的栅氧化层，设置在栅氧化层表面的栅极，设置在在该栅极上方且与栅极相对的悬臂梁，悬臂梁的一端与悬臂梁锚区相连； 

在栅极远离固定梁锚区的一侧设有下拉电极，下拉电极被绝缘介质层覆盖；

源极接地，漏极接正电压；

参考信号加载在的栅极上，待测信号加载在悬臂梁上。

本发明还提供了一种用于基于微机械硅基悬臂梁的相位检测器的相位检测方法，该方法包括如下步骤：

源极与漏极是重掺杂的N+区，且分别用于输出饱和电流，栅极的材料是多晶硅；正常工作时，源极接地，漏极接正电压Vdd，多晶硅栅极接负电压，栅极和悬臂梁上电压调整沟道耗尽层的宽度，改变源极与漏极之间的饱和电流的大小，源极与漏极输出饱和电流的大小包含了两个信号的相位差信息；

参考信号加载在悬臂梁锚区，待测信号加载在栅极；当下拉电极上没有直流偏置时，Si MOSFET处在非相位检测状态；

当在下拉电极上加载直流偏置时，悬臂梁被下拉且与栅极接触时，两个频率相同而存在一定相位差的微波信号同时加载到栅极上，Si MOSFET在在线相位检测状态，源极与漏极之间的饱和电流输出包含了相位信息的电流分量；漏极饱和电流通过隔直电容和低通滤波器，滤去高频信号，得到相位差信息的电流信号。

有益效果：与现有的相位检测器相比，这种新型的基于MEMS悬臂梁的Si MOSFET相位检测器具有以下显著的优点：

1、Si MOSFET的源漏极饱和电流由两个电压共同控制，输出电流是两个栅电压的乘积，起到了相位检测器的作用；

2、MEMS悬臂梁可动结构和下拉电极的存在，使得相位检测器可以处在在线检测和非检测状态下；

该相位检测器的制作基于后CMOS微机械加工工艺，采用标准的CMOS技术。

附图说明

1是基于MEMS悬臂梁的Si MOSFET相位检测器的俯视图；

图2是基于MEMS悬臂梁的Si MOSFET相位检测器的A-A’剖面图；

图3是基于MEMS悬臂梁的Si MOSFET相位检测器的B-B’剖面图；

图中包括： Si衬底1，源极2，漏极3，栅氧化层4，栅极5，MEMS悬臂梁锚区6，MEMS悬臂梁7，下拉电极8，锚区压焊块9，下拉电极压焊块10，栅极压焊块11，下拉电极介质层12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1-3，1、一种基于微机械硅基悬臂梁的相位检测器，该相位检测器包括硅衬底1，生长在硅衬底1表面上的用于输出饱和电流的源极2和漏极3，源极2与漏极3相对设置，在源极2或漏极3的外侧设有悬臂梁锚区6，跨接在源极2和漏极3之间的栅氧化层4，设置在栅氧化层4表面的栅极5，设置在在该栅极5上方且与栅极5相对的悬臂梁7，悬臂梁7的一端与悬臂梁锚区6相连； 

在栅极5远离固定梁锚区6的一侧设有下拉电极8，下拉电极8被绝缘介质层12覆盖；

源极2接地，漏极3接正电压；

参考信号加载在的栅极5上，待测信号加载在悬臂梁7上。