[發明專利]氮化鎵基低漏電流懸臂梁的與非門

有效

• 申請號: 201510380064.3
• 申請日: 2015-07-01
• 公開（公告）號: CN105140227B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 廖小平;褚晨蕾
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L29/84
• 分類號: H01L29/84;H01L21/336;B81B7/02
• 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

本發明提出了氮化鎵基低漏電流懸臂梁的與非門，屬于微電子機械系統的技術領域。

背景技術

當今世界是一個飛速發展的世界，隨著數字集成電路的飛速發展，人們對數字電路和器件也提出了越來越高的要求，傳統的硅基器件在一定程度上已無法滿足人們日益增長的需求。GaN場效應晶體管(MESFET)以其電子遷移率高、載流子漂移速度快,禁帶寬度大、抗輻射能力強、工作溫度范圍寬等優點，很快被廣泛地應用到各種通信系統中，用GaN場效應晶體管制作的器件也層出不窮，在數字電路系統中，利用GaN基MESFET制作的與非門器件是人們廣泛應用的一種邏輯器件，然而隨著電路集成度的不斷提高，傳統的MESFET器件的功耗問題也日益突出，功耗過大可能會引起整個系統的損壞，因此如何降低MESFET器件的功耗是人們目前急需研究的課題。

與非門器件中最主要的就是開關的性能，而利用MESFET器件制作的開關由于其柵極存在著漏電流，這種漏電流導致MESFET開關的直流功耗大大的增加，從而增大了整個與非門器件的直流功耗，因此減少柵極漏電流是我們的目標，本發明就是在半絕緣GaN襯底上設計了一種具有極小的柵極漏電流的懸臂梁的與非門。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供了一種氮化鎵基低漏電流懸臂梁的與非門，由于傳統MESFET器件的柵極是與溝道直接接觸的，所以不可避免的會存在柵極泄漏電流，因此減小柵極漏電流是關鍵，通過控制MESFET開關的懸臂梁與柵極是否接觸來實現開關的導通與關斷，這種方法可以極大的減小MESFET器件柵極漏電流，從而降低與非門的功耗。

技術方案：本發明的氮化鎵基低漏電流懸臂梁的與非門制作在半絕緣型GaN襯底上，由兩個N型溝道MESFET和電阻R順序串聯所構成，該N型溝道MESFET包括源極、漏極、柵極和溝道，這兩個N溝道MESFET具有懸浮的懸臂梁，該懸臂梁的一端固定在錨區上，另一端橫跨在柵極上方且與柵極之間有一間隙，偏置信號連接到懸臂梁上，懸臂梁由Au材料制作的，在懸臂梁下方設有兩個下拉電極，下拉電極是接地的，其上還覆蓋有氮化硅介質層，這種結構可以大大減小柵極泄漏電流，從而降低器件的功耗。

兩個N型溝道MESFET的閾值電壓設計為相等，而懸臂梁的下拉電壓設計為與N型溝道MESFET的閾值電壓相等；只有當N型溝道MESFET的懸臂梁與下拉電極之間的電壓大于閾值電壓時，懸浮的懸臂梁才會下拉貼至柵極上使得N型溝道MESFET導通，否則N型溝道MESFET就截止。

所述的兩個N型溝道MESFET的懸臂梁上都存在高電平時，N型溝道MESFET的懸臂梁就會下拉并使其導通，此時輸出低電平；當兩個N型溝道MESFET的懸臂梁上分別出現一高電平和一低電平時，只有一個N型溝道MESFET的懸臂梁會下拉，電路無法形成回路，此時輸出高電平；當兩個N型溝道MESFET的懸臂梁上都存在低電平時，N型溝道MESFET的懸臂梁還是處于懸浮狀態，沒有導通，因此輸出高電平。

有益效果：本發明的氮化鎵基低漏電流懸臂梁的與非門具有懸浮的懸臂梁結構，極大的減小了柵極的直流漏電流，使得與非門的功耗大大降低，整個系統因而更加穩定。

附圖說明

圖1為本發明的氮化鎵基低漏電流懸臂梁的與非門的示意圖，

圖2為本發明的氮化鎵基低漏電流懸臂梁的與非門的內部原理圖，

圖3為本發明的氮化鎵基低漏電流懸臂梁的與非門的俯視圖，

圖4為圖3氮化鎵基低漏電流懸臂梁的與非門的P-P’向的剖面圖，

圖5為圖3氮化鎵基低漏電流懸臂梁的與非門的A-A’向的剖面圖。

圖中包括：N型MESFET 1，半絕緣型GaN襯底2，引線3，柵極4，N型MESFET溝道5，錨區6，懸臂梁7，下拉電極8，氮化硅介質層9，N型MESFET的源極10，N型MESFET的漏極11，電阻R。

具體實施方式

本發明的氮化鎵基低漏電流懸臂梁的與非門是基于半絕緣型GaN襯底2制作的，其中N型MESFET由源極10、漏極11、錨區6、懸臂梁7、下拉電極8和氮化硅介質9所組成，它擁有獨特的MEMS懸臂梁結構，該懸臂梁7是橫跨在柵極4上方的，該懸臂梁由Au材料制作，在懸臂梁下方有一個下拉電極，該下拉電極是接地的，下拉電極上覆蓋有氮化硅介質層9，控制信號是附加在該懸臂梁上的，而并不是直接加載在柵極上，電阻R的作用是將電源電壓進行分壓得到輸出Vout。