[發(fā)明專利]砷化鎵基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵分頻器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510380065.8
• 申請(qǐng)日: 2015-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN104993825B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖小平;韓居正
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H03L7/18
• 分類號(hào): H03L7/18;H03K23/00;H01L29/778;B81B7/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出了GaAs(砷化鎵)基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵HEMT(高電子遷移率晶體管)分頻器，屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

分頻器是將一參考信號(hào)的頻率經(jīng)過功能電路的作用,產(chǎn)生所需的參考信號(hào)頻率1/N的頻率信號(hào)。目前，頻率乘法器廣泛應(yīng)用于通信、信號(hào)處理等領(lǐng)域。利用鎖相環(huán)和乘法器可構(gòu)成分頻器。與傳統(tǒng)電路中的MOSFET結(jié)構(gòu)相比，高電子遷移率晶體管HEMT有更高的電子遷移率，速度更快，效率更高也能夠降低功耗等。當(dāng)前，MEMS技術(shù)也推動(dòng)電路向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積變小的方向發(fā)展。

本發(fā)明正式要結(jié)合HEMT與MEMS技術(shù)，提出一種GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵HEMT分頻器。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵HEMT分頻器。兩個(gè)懸臂梁開關(guān)下方各自對(duì)應(yīng)一個(gè)柵極，懸臂梁開關(guān)通過直流偏置的作用，在電路中控制HEMT的導(dǎo)通以及信號(hào)的傳輸。

技術(shù)方案：本發(fā)明的一種砷化鎵基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵分頻器的HEMT為生長(zhǎng)在GaAs襯底上的增強(qiáng)型HEMT，包括本征GaAs層，本征AlGaAs層，N+AlGaAs層，源極，漏極，柵極，錨區(qū)，懸臂梁開關(guān)，下拉極板，絕緣層，通孔，引線；在GaAs襯底上設(shè)有本征GaAs層，在本征GaAs層上設(shè)有本征AlGaAs層，在本征AlGaAs層上設(shè)有N+AlGaAs層，源極、漏極分別位于柵極的兩側(cè)，源極接地，位于N+AlGaAs層上的兩個(gè)柵極并列設(shè)置，與兩個(gè)懸臂梁開關(guān)一一對(duì)應(yīng)，懸臂梁開關(guān)的一端固定在錨區(qū)上，另一端懸浮在柵極之上，下拉極板設(shè)置在懸臂梁開關(guān)末端下方，下拉極板接地，絕緣層覆蓋在下拉極板上，直流偏置通過高頻扼流圈和錨區(qū)作用在懸臂梁開關(guān)上，懸臂梁開關(guān)的下拉電壓設(shè)計(jì)為HEMT的閾值電壓；

HEMT的漏極輸出信號(hào)有兩種不同的工作方式，一種是選擇第一端口輸入至低通濾波器，低通濾波器輸出接入壓控振蕩器，壓控振蕩器輸出通過第三端口接入乘法器，乘法器輸出信號(hào)作為反饋信號(hào)通過錨區(qū)加載到一個(gè)懸臂梁開關(guān)上，構(gòu)成反饋回路，參考信號(hào)通過錨區(qū)加載到另一個(gè)懸臂梁開關(guān)上，HEMT的漏極輸出信號(hào)的另一種工作方式是選擇第二端口直接輸出放大信號(hào)。

所述的懸臂梁開關(guān)的閉合或斷開通過直流偏置控制，當(dāng)兩個(gè)懸臂梁開關(guān)均在達(dá)到或大于下拉電壓的直流偏置下實(shí)現(xiàn)下拉，與柵極接觸，開關(guān)閉合時(shí)，在柵電壓作用下，形成二維電子氣溝道，HEMT導(dǎo)通，參考信號(hào)和反饋信號(hào)通過HEMT實(shí)現(xiàn)相乘，漏極輸出包含兩信號(hào)的相位差信息，選擇第二端口輸入低通濾波器，低通濾波器濾除高頻部分，輸出包含相位差信息的直流電壓，直流電壓輸入壓控振蕩器，作為控制電壓調(diào)節(jié)壓控振蕩器的輸出頻率，調(diào)節(jié)頻率后的信號(hào)經(jīng)第三端口傳輸至乘法器，乘法器輸出作為反饋信號(hào)加載到懸臂梁開關(guān)上，環(huán)路循環(huán)反饋的結(jié)果是反饋信號(hào)與參考信號(hào)的頻率相等，壓控振蕩器第四端口輸出頻率f_o為參考信號(hào)頻率的1/N倍：f_ref/N,實(shí)現(xiàn)參考信號(hào)的分頻；

當(dāng)直流偏置小于下拉電壓，兩個(gè)懸臂梁開關(guān)均不與柵極接觸，開關(guān)斷開時(shí)，柵電壓為0，無法形成溝道，HEMT截止，能夠有效的減小柵極漏電流，降低功耗；

當(dāng)只有一個(gè)懸臂梁開關(guān)閉合，另一個(gè)懸臂梁開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí)，閉合的懸臂梁開關(guān)下方形成二維電子氣溝道，斷開的懸臂梁開關(guān)下方形成高阻區(qū)，溝道與高阻區(qū)串聯(lián)的結(jié)構(gòu)有利于提高HEMT的反向擊穿電壓，只有閉合的懸臂梁開關(guān)上的選通信號(hào)可以通過HEMT放大，放大信號(hào)經(jīng)第二端口輸出，當(dāng)只有加載參考信號(hào)的懸臂梁開關(guān)閉合時(shí)，參考信號(hào)通過HEMT放大，第二端口輸出參考信號(hào)頻率f_ref的放大信號(hào)，當(dāng)只有加載反饋信號(hào)的懸臂梁開關(guān)閉合時(shí)，反饋信號(hào)通過HEMT放大，反饋信號(hào)頻率為壓控振蕩器輸出頻率f_o經(jīng)乘法器后乘以N的結(jié)果：N×f_o，第二端口輸出頻率為N×f_o的放大信號(hào),斷開的懸臂梁開關(guān)有利于減小柵極漏電流，降低功耗。

有益效果：本發(fā)明的GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)雙柵HEMT分頻器具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)：

1、懸臂梁在電路中起到開關(guān)的作用，下拉電壓設(shè)計(jì)為HEMT的閾值電壓，方便控制HEMT的導(dǎo)通；

2、通過對(duì)懸臂梁開關(guān)的控制，不僅能實(shí)現(xiàn)參考信號(hào)的分頻，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)信號(hào)的放大，使電路多功能化，擴(kuò)展應(yīng)用范圍；

3、HEMT與MEMS技術(shù)相結(jié)合，使得電路效率提升，功耗降低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，體積小型化。

附圖說明