[发明专利]基于微机械硅基固支梁的频率检测器及检测方法

说明书

技术领域

本发明提出了基于微机械硅基固支梁的频率检测器，属于微电子机械系统（MEMS）的技术领域。

背景技术

频率是表征微波信号的三大基本参数之一。微波信号频率检测器在雷达电子探测系统和微波通信领域有着广泛的应用。已有的微波频率检测器其原理是设法将被测量频率直接或者间接地与标准频率进行比较。目前，广泛使用的频率测量方法可分为以下四种：外差法、计 数法、谐振法和比相法，它们具有高精度和宽频带的优点，然而其最大的缺点是需要比较精密的测量仪器。随着科学技术的发展，现代个人通信系统要求微波频率检测器具有简单的结构，小的体积以及小的直流功耗。近年来，随着MEMS技术的快速发展，并对MEMS固支梁结构进行了深入的研究，使基于MEMS固支梁技术实现上述功能的硅基金属-氧化物-半导体场效应管Si MOSFET（硅基金属-氧化物-半导体场效应管）微波频率检测器成为可能。。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于MEMS固支梁并利用Si 互补金属氧化物半导体CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺加工制作的基于微机械硅基固支梁的频率检测器及检测方法，待测信号经过功分器和90度移相器后产生两路频率相同存在90度相位差的微波信号，分别加载在Si MOSFET的栅极和MEMS固支梁的锚区上，当下拉电极加直流偏置而使MEMS固支梁处于下拉的状态态时，两路信号同时加载到MOSFET的栅极上，通过检测源漏极饱和电流，推断出待测微波信号的频率。

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固支梁的频率检测器，该频率检测器包括

功率分配器、90度移相器、低通滤波器和硅基金属-氧化物-半导体场效应管；

功率分配器，用于接收待测微波信号，并将该待测微波信号分成幅度、相位相同的两个支路信号，即第一路微波信号和第二路微波信号，并分别输出给硅基金属-氧化物-半导体场效应管和90度移相器；

90度移相器，用于接收所述第二路微波信号，将该第二路微波信号延迟，将该信号产生一个与频率成正比的相移后，输出第三路微波信号给硅基金属-氧化物-半导体场效应管；

低通滤波器，用于通过隔直电容与硅基金属-氧化物-半导体场效应管相连，滤去其输出的高频信号，得到与频率相关的电流信号；

硅基金属-氧化物-半导体场效应管，用于实现频率的检测；其中，

硅基金属-氧化物-半导体场效应管包括硅衬底，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，在源极和漏极的外侧分别设有第一固支梁锚区，第二固支梁锚区，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固支梁，固支梁的两侧分别与第一固支梁锚区，第二固支梁锚区相连； 

在栅极与第一固定梁锚区之间设有第一下拉电极，在栅极与第二固定梁锚区之间设有第二下拉电极，第一下拉电极和第二下拉电极分别被绝缘介质层覆盖；

源极接地，漏极接正电压；

功率分配器输出的第一路微波信号输出给栅极；

90度移相器的输出的第三路微波信号输出给硅基金属-氧化物-半导体场效应管的固支梁。

本发明还提供了一种用于基于微机械硅固支梁的频率检测器的检测方法，该方法包括如下步骤：

源极和漏极用于输出饱和电流，由N型重掺杂区构成；当S硅基金属-氧化物-半导体场效应管正常工作情况下，源极接地，漏极接正电压，N型沟道中的电子将从源极流向漏极，电流方向由漏极到源极，栅极由多晶硅构成，接正电压；

待测微波信号经过功率分配器分成幅度、相位完全相同的两个支路信号，一路信号直接连接到栅极，另一路信号经过一个90度线性移相器之后连接到第一固支梁的锚区和第二固支梁锚区；当第一下拉电极和第二下拉电极上没有直流偏置时，固支梁位于栅极的上方，硅基金属-氧化物-半导体场效应管处于非频率检测状态；

当在一下拉电极和第二下拉电极加载直流偏置时，固支梁被下拉且与栅极接触时，两路微波信号同时加载到栅极上，硅基金属-氧化物-半导体场效应管处在频率检测状态，源极和漏极之间的饱和电流输出包含了待测信号频率信息的电流分量，通过检测饱和电流的大小最终实现频率检测。

有益效果：与现有的频率检测器相比，这种新型的基于微机械硅基固支梁的频率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，起到了频率检测的作用；