硅基低漏電流固支梁場(chǎng)效應(yīng)晶體管混頻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出了硅基低漏電流固支梁MOSFET混頻器，屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)的不斷發(fā)展，各種有特殊用途的芯片和電路被設(shè)計(jì)出來，這些芯片和電路都能實(shí)現(xiàn)自己特定的功能。但是近年來，芯片電路的集成規(guī)模越來越大，芯片內(nèi)晶體管的散熱和靜態(tài)功耗問題變得越來越嚴(yán)重，芯片內(nèi)溫度的改變會(huì)影響晶體管和集成電路工作的穩(wěn)定性。伴隨著移動(dòng)終端迅猛發(fā)展，而電池技術(shù)的發(fā)展遇到了前所未有的瓶頸，所以降低芯片功耗和散熱的問題就顯得尤為重要。
[0003]模擬混頻器電路是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模擬量相乘的非線性電子器件，它以差分電路作為基礎(chǔ)，能夠有效抑制溫度等外界因素變化對(duì)電路產(chǎn)生的影響，電路性能良好便于集成，模擬混頻器是射頻集成電路的重要組成部分，自然對(duì)降低其功耗的研究就顯得十分有意義，MEMS技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使制造具有可動(dòng)固支梁柵和固支梁開關(guān)結(jié)構(gòu)的晶體管成為現(xiàn)實(shí)，具有可動(dòng)固支梁柵和固支梁開關(guān)結(jié)構(gòu)的晶體管可以減小柵極漏電流，降低混頻器電路的功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種硅基低漏電流固支梁場(chǎng)效應(yīng)晶體管混頻器，用兩個(gè)固支梁柵NMOS管組成的差分對(duì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)混頻器中的常規(guī)NMOS管差分對(duì)，用一個(gè)具有MEMS固支梁開關(guān)的NMOS管代替?zhèn)鹘y(tǒng)混頻器中的位于差分對(duì)下方的常規(guī)NMOS管，以減小混頻器中晶體管的柵極漏電流，降低電路的功耗。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的硅基低漏電流固支梁場(chǎng)效應(yīng)晶體管混頻器由兩個(gè)具有固支梁柵的NMOS管即第一固支梁柵NMOS管、第二固支梁柵NMOS管和一個(gè)固支梁開關(guān)NMOS管組成，固支梁開關(guān)NMOS管是在傳統(tǒng)NMOS管的柵極上制作一層二氧化硅層，然后再制作一個(gè)懸浮著的固支梁開關(guān)而成；第一固支梁柵NMOS管、第二固支梁柵NMOS管的源極相接組合為一個(gè)差分對(duì)，并共同與固支梁開關(guān)NMOS管的漏極連接在一起，固支梁開關(guān)NMOS管的源極是接地的，第一固支梁柵NMOS管、第二固支梁柵NMOS管的漏極分別與電阻相接，在這里電阻作為負(fù)載使用，兩負(fù)載共同與電源電壓相連接，本振信號(hào)u LO在組成差分對(duì)的第一固支梁柵NMOS管、第二固支梁柵NMOS管的柵極之間輸入，射頻信號(hào)υ RF加載到固支梁開關(guān)NMOS管的固支梁開關(guān)上，輸出信號(hào)通過一個(gè)中頻濾波器選頻輸出所需要的信號(hào)u IF;該混頻器制作在P型硅襯底上，引線用鋁制作，兩個(gè)具有固支梁柵的NMOS管的柵極懸浮在柵氧化層的上方形成固支梁柵，固支梁柵的兩個(gè)錨區(qū)用多晶硅制作在柵氧化層上，N+有源區(qū)形成源極和漏極，源極和漏極通過通孔與引線連接，下拉電極在固支梁柵下的部分被柵氧化層包裹；固支梁開關(guān)NMOS管的固支梁開關(guān)依靠錨區(qū)的支撐懸浮在固支梁開關(guān)NMOS管柵極之上，而該固支梁開關(guān)NMOS管柵極則直接制作在柵氧化層之上，在固支梁開關(guān)NMOS管的固支梁開關(guān)NMOS管柵極上還生長了一層二氧化硅層，其余結(jié)構(gòu)均與第一固支梁柵NMOS管、第二固支梁柵NMOS管相同。
[0006]所述的第一固支梁柵NMOS管、第二固支梁柵NMOS管和固支梁開關(guān)NMOS管，將固支梁柵的下拉電壓設(shè)計(jì)的與NMOS管的閾值電壓相等，對(duì)于第一固支梁柵NMOS管、第二固支梁柵NMOS管，在固支梁柵與下拉電極之間加載的電壓大于NMOS管的閾值電壓時(shí)才能使固支梁柵下拉與柵氧化層接觸，進(jìn)而使該NMOS管導(dǎo)通，否則該NMOS管的柵極就一直處于懸浮的狀態(tài)，NMOS管是關(guān)斷的，降低電路的功耗；對(duì)于固支梁開關(guān)NMOS管，在固支梁開關(guān)與下拉電極之間加載的直流電壓V2大于固支梁開關(guān)的下拉電壓時(shí)才能使固支梁開關(guān)下拉，并與該固支梁開關(guān)NMOS管的柵極上的二氧化硅層相接觸，否則該NMOS管4的固支梁開關(guān)就一直處于懸浮狀態(tài)，要使固支梁開關(guān)NMOS管導(dǎo)通則需要另在其柵極上加載直流電壓VI。
[0007]所述的第一固支梁柵NMOS管、第二固支梁柵NMOS管和固支梁開關(guān)NMOS管，其下拉電極都通過高頻扼流圈接地，本振信號(hào)u LO加載到差分對(duì)中的第一固支梁柵NMOS管、第二固支梁柵NMOS管的柵極之間，本振信號(hào)υ LO是混頻器中輸入的兩種交流信號(hào)中的一種，本振信號(hào)電壓足夠高，當(dāng)本振信號(hào)υ LO處于正半周期時(shí)使差分對(duì)中的第一固支梁柵NMOS管的固支梁柵下拉并且導(dǎo)通，第二固支梁柵NMOS管處于關(guān)斷狀態(tài)，其固支梁柵處于懸浮狀態(tài)，當(dāng)本振信號(hào)υ LO處于負(fù)半周期時(shí)兩個(gè)NMOS管的開斷情況則相反，這就使得差分對(duì)中的第一固支梁柵NMOS管、第二固支梁柵NMOS管隨著本振信號(hào)υ LO處于一通一斷交替變化的狀態(tài)，也就是使該兩個(gè)NMOS管的固支梁柵處于下拉或者懸浮交替的狀態(tài)，當(dāng)NMOS管處于關(guān)斷態(tài)時(shí)其固支梁柵就處于懸浮狀態(tài)，這就有效的降低了該差分放大器中的MOSFET的柵極漏電流；在具有固支梁開關(guān)的NMOS管的柵極上通過高頻扼流圈加上足夠大的直流電壓VI，該直流電壓Vl使固支梁開關(guān)的NMOS管導(dǎo)通；另一個(gè)直流電壓V2通過高頻扼流圈加載到該NMOS管的固支梁開關(guān)上，以使固支梁開關(guān)能夠下拉貼緊固支梁開關(guān)的NMOS管的柵極12上的二氧化硅層，該固支梁開關(guān)的NMOS管的柵極上的二氧化硅層相當(dāng)于一個(gè)隔直流電容，能夠阻斷固支梁開關(guān)上所加的直流信號(hào)V2，保證固支梁開關(guān)上所加的交流信號(hào)仍然能夠?qū)?，而高頻扼流圈的作用是防止輸入交流信號(hào)通過固支梁開關(guān)的耦合作用對(duì)該固支梁開關(guān)的NMOS管上所加載的直流電壓產(chǎn)生影響，在此基礎(chǔ)上將射頻信號(hào)υ RF經(jīng)由固支梁開關(guān)加載到該NMOS管中，此射頻信號(hào)是混頻器中輸入的兩種交流信號(hào)中的另外一種；當(dāng)兩路交流信號(hào)都輸入到該混頻器電路以后，即可實(shí)現(xiàn)交流信號(hào)的混頻，混頻后的輸出通過一個(gè)中頻濾波器選出所需要的信號(hào)頻率u IF0
[0008]所述的固支梁開關(guān)NMOS管，如果只在該固支梁開關(guān)NMOS管的柵極上加直流電壓VI，那么當(dāng)直流電壓Vl大于NMOS管的閾值電壓時(shí)，固支梁開關(guān)NMOS管導(dǎo)通，此時(shí)認(rèn)為固支梁開關(guān)NMOS管是一個(gè)恒流源，此時(shí)該混頻器就作為差分放大器使用，這樣的設(shè)計(jì)能夠使本發(fā)明利用同樣數(shù)量的晶體管實(shí)現(xiàn)兩種不同的功能。
[0009]有益效果:本發(fā)明的硅基低漏電流固支梁MOSFET混頻器具有體積較小、易于集成的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用了兩種可以降低工作態(tài)時(shí)的柵極漏電流的新型的NMOS管，從而使得本發(fā)明中的固支梁MOSFET混頻器的功耗得到有效的降低。
【附圖說明】
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[0010]圖1為本發(fā)明的硅基低漏電流固支梁MOSFET混頻器的俯視圖，
[0011]圖2為圖1硅基低漏電流固支梁MOSFET混頻器的Α-Α’向的剖面圖，
[0012]圖3為圖1硅基低漏電流固支梁MOSFET混頻器的B_B’向的剖面圖，
[0013]圖4為圖1硅基低漏電流固支梁MOSFET混頻器的C_C’向的剖面圖，
[0014]圖5為圖1硅基低漏電流固支梁MOSFET混頻器的D_D’向的剖面圖，
[0015]圖6為圖1硅基低漏電流固支梁MOSFET混頻器的原理圖，
[0016]圖中包括:P型硅襯底I，第一固支梁柵NMOS管2、第二固支梁柵NMOS管3，固支梁開關(guān)NMOS管4，引線5，柵氧化層6，固支梁柵7，錨區(qū)8，N+有源區(qū)9，通孔10，下拉電極11，固支梁開關(guān)NMOS管柵極12，固支梁開關(guān)13，二氧化硅層14。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明的硅基低漏電流固支梁MOSFET混頻器是主要由兩個(gè)具有固支梁柵的NMOS管即第一固支梁柵NMOS管2、第二固支梁柵NMOS管3和一個(gè)具有固支梁開關(guān)的NMOS管4組成，固支梁開關(guān)NMOS管4是在傳統(tǒng)NMOS管的柵極上制作一層二氧化硅層14，然后再制作了一個(gè)懸浮著的固支梁開關(guān)13。該混頻器制作在P型硅襯底I上，引線5用鋁制作，兩個(gè)固支梁柵NMOS管的柵極懸浮在柵氧化層6的上方形成固支梁柵7，固支梁柵7的兩個(gè)錨區(qū)8用多晶硅制作在柵氧化層6上，N+有源區(qū)9形成源極和漏極，源極和漏極通過通孔10與引線5連接，下拉電極11在固支梁柵下的部分被在柵氧化層6包裹；固支梁開關(guān)NNMOS管4的固支梁開關(guān)13依靠錨區(qū)8的支撐懸浮在該NMOS管的柵極12上的二氧化硅層14之上，而其柵極12則直接制作在柵氧化層6之上，其余結(jié)構(gòu)均與兩個(gè)固支梁柵NMOS管相同。
[0018]該混頻器在工作過程中，，第一固支梁柵NMOS管2、第二固支梁柵NMOS管3，固支梁開關(guān)NMOS管4的下拉電極通過高頻扼流圈接地，本振信號(hào)加載到差分對(duì)中的，第一固支梁柵NMOS管2、第二固支梁柵NMOS管3的柵極7之間，本振信號(hào)是混頻器中輸入的兩種交流信號(hào)中的一種，本振信號(hào)電壓足夠高，當(dāng)本振信號(hào)處于正半周期時(shí)可以使差分對(duì)中的第一固支梁柵NMOS管2的固支梁柵7下拉并且導(dǎo)通，第二固支梁柵NMOS管3處于關(guān)斷狀態(tài)，其固支梁柵7處于懸浮狀態(tài)，當(dāng)本振信號(hào)處于負(fù)半周期時(shí)兩個(gè)NMOS管的開斷情況則相反，這就使得差分對(duì)中的第一固支梁柵NMOS管2、第二固支梁柵NMOS管3隨著本振信號(hào)處于一通一斷交替變化的狀態(tài)，也就是使兩個(gè)NMOS管的固支梁柵7處于下拉或者懸浮交替的狀態(tài)，當(dāng)NMOS管處于關(guān)斷態(tài)時(shí)其固支梁柵就處于懸浮狀態(tài)，這就有效的降低了該混頻器中的MOSFET的柵極漏電流；在固支梁開關(guān)NMOS管4的柵極12上通過高頻扼流圈加上足夠大的直流電壓VI，該直流電壓Vl可以使固支梁開關(guān)的NMOS管4導(dǎo)通，另一個(gè)直流電壓V2通過高頻扼流圈加載到該NMOS管的固支梁開關(guān)13上，以使固支梁開關(guān)13能夠下拉貼緊該NMOS管4的柵極12上的二氧化硅層14，該固支梁開關(guān)的NMOS管4的柵極12上的二氧化硅層14相當(dāng)于一個(gè)隔直流電容，能夠阻斷固支梁開關(guān)13上所加的直流信號(hào)V2，保證固支梁開關(guān)13上所加的交流信號(hào)仍然能夠?qū)ǎ哳l扼流圈的作用是可以防止輸入交流信號(hào)通過固支梁開關(guān)的耦合作用對(duì)該固支梁開關(guān)的NMOS管4上所加載的直流電壓產(chǎn)生影響，在此基礎(chǔ)上將射頻信號(hào)υ RF經(jīng)由固支梁開關(guān)13加載到該NMOS管中，此射頻信號(hào)是混頻器中輸入的兩種交流信號(hào)中的另外一種；當(dāng)兩路交流信號(hào)都輸入到該混頻器電路以后，即可實(shí)現(xiàn)交流信號(hào)的混頻，混頻后的輸出通過一個(gè)中頻濾波器選出所需要的信號(hào)頻率u IF,