[发明专利]氮化镓基低漏电流固支梁的环形振荡器及制备方法

说明书

技术领域

本发明提出了氮化镓基低漏电流固支梁的环形振荡器，属于微电子机械系统的技术领域。

背景技术

在集成电路不断发展的今天，不管是对单个器件还是对整个系统，人们都对其提出了更高的要求，尤其是在速度和功耗方面，速度越来越快和功耗越来越低已经成为了衡量电子器件好坏的重要标准。GaN金属—半导体场效应晶体管(MESFET)以其电子迁移率高、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而被广泛的应用于光纤通信、移动通信、超高速计算机、高速测量仪器、航空航天等领域。由MESFET制作的环形振荡器就是一种应用广泛的高速器件，这种振荡器线路简单、起振容易、体积小、便于集成化，更重要的是由于MESFET的特性，振荡器的振荡频率非常高，运用于很多高速数字逻辑中，也正是由于时钟频率的不断升高，使得这种振荡器的功耗问题日益突出，高功耗对振荡器的稳定性提出了巨大的挑战。因此降低振荡器的功耗是人们日益研究的课题，也是集成电路设计中最为重要的一环。

传统MESFET的栅极直接与沟道接触形成了肖特基接触，若偏置电压直接加到此栅极上，就会有明显的栅极漏电流，因此减少这种泄漏电流就能有效的降低环形振荡器的功耗，本发明就是在GaN衬底上设计了一种具有很小的栅极泄漏电流的固支梁式的环形振荡器。

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的环形振荡器及制备方法，环形振荡器是由奇数个倒相器首尾相接而构成的，当环形振荡器工作时，在理想情况下，这奇数个倒相器的栅极电流应该为0，但是在实际情况下，由于MESFET的栅极与沟道是直接接触的，因而不可避免的会产生栅极漏电流，正是由于这种栅极漏电流，环形振荡器的功耗才会过高，而本发明就极为有效的降低了环形振荡器中的栅极漏电流，从而可以降低环形振荡器的功耗。

技术方案：本发明的一种氮化镓基低漏电流固支梁的环形振荡器由三个倒相器首尾相连而构成，该三个倒相器由具有MEMS固支梁结构的N型MESFET和P型MESFET组成，该环形振荡器基于半绝缘型GaN衬底，其中的N型MESFET和P型MESFET分别由源极、漏极、栅极和沟道组成，它们都拥有一个悬浮在栅极上方的固支梁，该固支梁由Au材料制作，在固支梁下方设有两个下拉电极，它们分布在栅极与锚区之间，其中N型MESFET的固支梁下方的下拉电极接地，P型MESFET的固支梁下方的下拉电极接电源，下拉电极上覆盖有氮化硅介质层。

电压信号是加载到固支梁上的，并不是附加在栅极上，N型MESFET的阈值电压设计为正值，P型MESFET的阈值电压设计为负值，且N型MESFET和P型MESFET的阈值电压的绝对值设计为相等，固支梁的下拉电压设计为与MESFET的阈值电压的绝对值相等。当MESFET固支梁与下拉电极间的电压小于阈值电压绝对值的时候，悬浮的固支梁不会吸附下来，此时悬浮的固支梁与栅极之间有一层间隙，也正因为此，直流漏电流得到了很好的抑制；当MESFET的固支梁与下拉电极之间的电压大于阈值电压绝对值的时候，悬浮的固支梁就会吸附至栅极上，MESFET才会导通。

当其中某一个MESFET倒相器的固支梁上有高电平时，则N型MESFET的固支梁就会下拉贴至栅极上，N型MESFET就此导通，而P型MESFET还是处于截止状态，此时该MESFET倒相器输出低电平，相反的，当该MESFET倒相器的固支梁上有低电平时，则N型MESFET截止、P型MESFET导通，倒相器输出高电平；由于三个倒相器循环相接，前一倒相器的输出就是后一倒相器的输入，因此这三个MESFET倒相器产生自激振荡，从而构成环形振荡器。

这三个倒相器的输出端和输入端首尾相连构成环状，组成环形振荡器，环形振荡器起振时，假设倒相器固支梁受到高电平的激励，由于N型MESFET固支梁下方的下拉电极接的是地，从而N型MESFET的固支梁就会下拉并贴至N型沟道上方的栅极上，从而N型MESFET才开始正常导通工作，而P型MESFET还是处于悬浮状态，此时输出的是低电平；相反的，当固支梁上的电压为低电平时，P型MESFET的固支梁才会下拉贴至P型沟道上方的栅极上，P型MESFET就此导通，而N型MESFET截止，此时输出的就是高电平，三个倒相器共同工作时，产生自激振荡，从而形成环形振荡器，此处的高电平是指大于MESFET阈值电压绝对值的电源电压，而低电平即是地。

本发明的氮化镓基低漏电流固支梁的环形振荡器的制备方法如下：

1)准备半绝缘型GaN衬底；

2)淀积一层氮化硅，光刻并刻蚀氮化硅，去除P型MESFET沟道区的氮化硅；