[發明專利]硅基低漏電流雙固支梁可動柵鎖相環電路

有效

• 申請號: 201510378619.0
• 申請日: 2015-07-01
• 公開（公告）號: CN105024690B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 廖小平;韓居正
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03L7/08
• 分類號: H03L7/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明提出了硅基低漏電流雙固支梁可動柵MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)鎖相環電路，屬于微電子機械系統的技術領域。

背景技術

鎖相環是一種利用反饋控制原理實現頻率及相位同步的技術，當參考信號的頻率或相位發生改變時，鎖相環會檢測到這種變化，并通過內部的反饋系統來調節輸出頻率，直到最終的輸出信號與參考信號達到兩者同頻、相位差恒定的鎖定狀態。鎖相環技術在眾多領域中有應用，如無線通信、雷達、數字電視、廣播等。當前廣泛應用的鎖相環技術有模擬鎖相環、模數混合鎖相環以及數字鎖相環。它們的優點是精度很高，但是有著電路結構復雜、尺寸較大的缺點。更重要的是，電路中傳統結構的MOSFET器件柵極漏電流的存在也使得電路的動態功耗增加。

隨著微電子技術的發展，現代個人通信系統和雷達系統要求鎖相環電路具有簡單的結構，小的體積以及小的功耗。MEMS系統具有體積小、功耗低、成本低等優點，使上述要求成為可能，另外，MEMS固支梁結構因具備可操控性有著廣泛的應用。本發明的目的正是要提出一種硅基低漏電流雙固支梁可動柵MOSFET鎖相環電路。

發明內容

技術問題:為了降低電路中的漏電流，減小功耗，同時也使電路的結構簡單，體積變小，本發明提供一種硅基低漏電流雙固支梁可動柵MOSFET鎖相環電路。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

本發明的硅基低漏電流雙固支梁可動柵鎖相環電路MOSFET為N型增強型MOSFET，生長在硅襯底上，包括源極，漏極，柵氧化層，錨區，固支梁可動柵，下拉極板，絕緣層，通孔，引線，源極接地；

MOSFET的柵極采用兩個懸浮在柵氧化層之上的固支梁可動柵，固支梁可動柵的兩端固定在錨區上，設置在硅襯底上的下拉極板設置在錨區和柵氧化層之間，絕緣層覆蓋在下拉極板上，引線通過通孔分別與包括源極、漏極連接，固支梁可動柵由直流偏置控制，直流偏置通過錨區作用在固支梁可動柵上，固支梁可動柵的下拉電壓設計為MOSFET的閾值電壓；

MOSFET的漏極輸出信號有兩種不同的工作方式，一種是選擇第一端口接入低通濾波器、低通濾波器輸出接入壓控振蕩器，壓控振蕩器輸出選擇第三端口作為反饋信號通過錨區加載到一個固支梁可動柵上，與MOSFET形成反饋回路，參考信號通過錨區加載到另一個固支梁可動柵上，MOSFET的漏極輸出信號的另一種工作方式是選擇第二端口直接輸出放大信號。

該鎖相環電路中，當直流偏置小于下拉電壓，兩個固支梁可動柵均懸浮在柵氧化層之上時，MOSFET截止，柵電容較小，能夠有效的減小柵極漏電流，降低功耗；

當直流偏置達到或大于下拉電壓，兩個固支梁可動柵均下拉與柵氧化層接觸時，MOSFET導通，參考信號和反饋信號經MOSFET相乘，漏極輸出包含兩信號的相位差信息，選擇第一端口接入低通濾波器，低通濾波器輸出為含有相位差信息的直流電壓，直流電壓作為控制電壓接入壓控振蕩器，壓控振蕩器的輸出頻率被直流電壓調節，作為反饋信號加載到固支梁可動柵上，經過環路的反饋循環，最終反饋信號和參考信號頻率相等，相位差恒定，實現鎖定，鎖定后的信號通過壓控振蕩器第四端口輸出；

當只有一個固支梁可動柵下拉時，被下拉的固支梁可動柵下方形成溝道，未被下拉固支梁可動柵下方為高阻區，溝道與高阻區串聯的結構起到提高反向擊穿電壓的作用，只有被下拉的固支梁可動柵上的選通信號可以通過MOSFET放大，選擇通過第二端口輸出放大信號，當只有加載參考信號的固支梁可動柵被下拉時，第二端口輸出參考信號頻率f_ref的放大信號，當只有加載反饋信號的固支梁可動柵被下拉時，反饋信號的頻率為壓控振蕩器的輸出頻率f₀，第二端口輸出頻率為f₀的放大信號。

有益效果：與現有的鎖相環電路相比，這種新型的硅基低漏電流雙固支梁可動柵MOSFET鎖相環電路具有以下顯著的優點：

1、采用固支梁可動柵結構，在MOSFET截止狀態實現柵極與柵氧化層的脫離，具有減小電路漏電流，降低功耗的優點；

2、固支梁可動柵結構使電路方便可控，不僅可以實現電路鎖相功能，另外，下拉單個固支梁可動柵，可實現對單個選通信號的單獨放大，另一個不被下拉的固支梁可動柵下方形成高阻區，有利于增大反向擊穿電壓，使電路多功能化，擴展了應用范圍；

3、采用MEMS固支梁技術，使得結構簡單化，體積小型化。

附圖說明

圖1為本發明的硅基低漏電流雙固支梁可動柵MOSFET鎖相環電路的俯視圖。