氮化鎵基低漏電流固支梁開關(guān)場效應(yīng)晶體管或非門的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提出了氮化鎵基低漏電流固支梁開關(guān)MESFET(金屬一半導體場效應(yīng)晶體 管）或非門，屬于微電子機械系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 微電子技術(shù)極大地拖動了人類進入信息時代的腳步，隨著微電子技術(shù)的進一步發(fā) 展，全世界進入了移動互聯(lián)網(wǎng)時代，隨之而來的是對無線通信技術(shù)的更高要求，傳統(tǒng)的硅基 器件已經(jīng)無法滿足高頻、高效和耐高溫的要求，因此各種新型的器件和半導體材料不斷被 提出。氮化鎵材料制造的晶體管具有很高的電子迀移率，很強的抗輻射能力，很大的工作溫 度范圍。氮化鎵場效應(yīng)晶體管可以在高頻、超高頻集成電路中使用。如今晶體管的尺寸已 經(jīng)發(fā)展至納米級別，相應(yīng)的集成電路單位面積的集成度仍然在不斷地提升，芯片的功能也 日趨復雜，呈現(xiàn)出了數(shù)?；旌系臓顟B(tài)，同時芯片的處理速度越來越高；隨之而來的就是集成 電路的功耗問題，而過高的功耗會使得芯片過熱，晶體管的工作特性會受到溫度的影響而 發(fā)生改變，所以過熱的芯片溫度不僅會使芯片壽命降低，而且會影響芯片的穩(wěn)定性。由于電 池技術(shù)的發(fā)展遭遇了前所未有的技術(shù)瓶頸，所以找到一種低功耗的解決方案就顯得十分重 要。
[0003] 或非門電路作為數(shù)字電路的重要組成部分，它能夠?qū)崿F(xiàn)兩個輸入端所輸入的數(shù)字 信號的或非邏輯功能，由于或非門電路在中央處理器等數(shù)字式電路中有巨大的應(yīng)用，所以 對或非門電路的功耗和溫度的控制就顯得十分重要，由常規(guī)MESFET組成的或非門，隨著集 成度的提升，功耗變得越來越嚴重，功耗過大帶來的芯片過熱問題會嚴重影響集成電路的 性能，MEMS技術(shù)的發(fā)展使得制造具有可動固支梁開關(guān)的MESFET成為可能，具有可動固支梁 開關(guān)的MESFET可以有效降低柵極漏電流，進而降低或非門電路的功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種氮化鎵基低漏電流固支梁開關(guān)MESFET或非 門，將或非門中采用的兩個傳統(tǒng)MESFET換為具有固支梁開關(guān)結(jié)構(gòu)的兩個MESFET，在該或非 門處于工作狀態(tài)時，可以有效地減小晶體管的柵極漏電流，從而降低或非門的功耗。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明的氮化鎵基低漏電流固支梁開關(guān)場效應(yīng)晶體管或非門由兩個具 有固支梁開關(guān)的N型MESFET即第一場效應(yīng)晶體管和第二場效應(yīng)晶體管以及一個負載電阻 組成，第一場效應(yīng)晶體管和第二場效應(yīng)晶體管的源極接在一起并共同接地，漏極也連接在 一起并且共同通過電阻接電源VCC，第一輸入信號和第二輸入信號分別通過錨區(qū)在第一場 效應(yīng)晶體管和第二場效應(yīng)晶體管的固支梁開關(guān)上輸入，輸出信號在第一場效應(yīng)晶體管和第 二場效應(yīng)晶體管的漏極與負載電阻之間輸出；引線由金屬構(gòu)成，固支梁開關(guān)依靠其兩端的 錨區(qū)的支撐懸浮在MESFET的柵極之上，該固支梁開關(guān)由鈦/金/鈦組成，MESFET由柵極、源 極和漏極構(gòu)成，其中源極和漏極由金屬和重摻雜N區(qū)形成歐姆接觸構(gòu)成，柵極由金屬和溝 道區(qū)形成肖特基接觸構(gòu)成，錨區(qū)制作在P型氮化鎵襯底上，N型有源區(qū)構(gòu)成源極和漏極，在 固支梁開關(guān)與P型氮化鎵襯底之間存在下拉電極，下拉電極由氮化硅覆蓋，下拉電極接地。
[0006] 所述的負載電阻的阻值設(shè)置為當其中任意一個MESFET導通時，相比于導通的 MESFET，該負載電阻的阻值足夠大可使得輸出為低電平，當兩個MESFET都不能導通時，相 比于截止的MESFET，該負載電阻的阻值足夠小可使得輸出為高電平。
[0007] 所述的第一場效應(yīng)晶體管和第二場效應(yīng)晶體管的固支梁開關(guān)是懸浮在其柵極之 上的，N型MESFET的柵極與P型氮化鎵襯底之間形成了肖特基接觸，在柵極下方的P型氮 化鎵襯底中形成耗盡層，該N型MESFET的固支梁開關(guān)的下拉電壓設(shè)計為與MESFET的閾值 電壓相等，當加載在固支梁開關(guān)與下拉電極之間的電壓大于MESFET的閾值電壓時，固支梁 開關(guān)下拉與柵極緊貼，N型MESFET的耗盡區(qū)厚度減小并導通；當固支梁開關(guān)與下拉電極之 間所加電壓小于MESFET的閾值電壓時，固支梁開關(guān)就不能下拉，其柵極上就不存在電壓， 所以該N型MESFET就不能導通，那么柵極漏電流就不會存在，這樣就減小了或非門的功耗。
[0008] 有益效果：本發(fā)明的氮化鎵基低漏電流固支梁開關(guān)MESFET或非門中的固支梁開 關(guān)MESFET的固支梁開關(guān)下拉與N型MESFET柵極相接觸時，柵極上才會有電壓存在，當固支 梁開關(guān)處于懸浮狀態(tài)時，并不能有效的導通，因此固支梁開關(guān)MESFET可有效減小柵極漏電 流，降低電路的功耗；并且氮化鎵基的MESFET具有高電子迀移率，能夠滿足高頻數(shù)字信號 下電路正常工作的需要。
【附圖說明】
[0009] 圖1為氮化鎵基低漏電流固支梁開關(guān)MESFET或非門的俯視圖。
[0010] 圖2為氮化鎵基低漏電流固支梁開關(guān)MESFET或非門的A-A'向的剖面圖。
[0011] 圖3為氮化鎵基低漏電流固支梁開關(guān)MESFET或非門的B-B'向的剖面圖。
[0012] 圖4為氮化鎵基低漏電流固支梁開關(guān)MESFET或非門的原理圖。
[0013] 圖中包括：第一場效應(yīng)晶體管1、第二場效應(yīng)晶體管2、負載電阻3、引線4、固支梁 開關(guān)5、柵極6、錨區(qū)7、N阱8、N型有源區(qū)9、下拉電極10、P型氮化鎵襯底11、第一輸入信 號A、第二輸入信號B。
【具體實施方式】
[0014] 本發(fā)明的氮化鎵基低漏電流固支梁開關(guān)MESFET或非門，由兩個具有固支梁開關(guān) 的N型MESFET即第一場效應(yīng)晶體管1和第二場效應(yīng)晶體管2以及負載電阻3組成，第一場 效應(yīng)晶體管1和第二場效應(yīng)晶體管2的源極接在一起，并共同接地，漏極也連接在一起，并 且共同與負載電阻3相接，該負載電阻3的阻值與第一場效應(yīng)晶體管1和第二場效應(yīng)晶體 管2導通或者截止狀態(tài)下的阻值決定電源電壓的分壓比，進而決定輸出為高電平還是低電 平，負載電阻3與電源電壓相連接。兩個信號分別通過錨區(qū)7在兩個N型MESFET的固支梁 開關(guān)5上輸入，輸出信號在這兩個N型MESFET的漏極與負載電阻之間輸出；引線4由金屬 構(gòu)成，N型MESFET的固支梁開關(guān)5依靠錨區(qū)7的支撐懸浮在MESFET的柵極6之上，該固支 梁開關(guān)5由鈦/金/鈦組成，輸入的數(shù)字信號接在固支梁開關(guān)5上，MESFET由柵極6、源極 和漏極構(gòu)成，其中源極和漏極由金屬和重摻雜N區(qū)形成歐姆接觸構(gòu)成，柵極6由金屬和溝道 區(qū)形成肖特基接觸構(gòu)成，錨區(qū)7制作在P型氮化鎵襯底11，N型有源區(qū)9構(gòu)成源極和漏極， 在固支梁開關(guān)5與P型氮化鎵襯底11之間存在下拉電極10,下拉電極10由氮化硅覆蓋，下 拉電極10接地，整個電路制作在P型氮化鎵襯底11上。
[0015] 該或非門處于工作態(tài)時，兩個N型MESFET的下拉電極10都接地，將高電平或者 低電平通過錨區(qū)7分別加在兩個MESFET的固支梁開關(guān)5上，高電平即數(shù)字信號"1"的電 壓足夠大，能夠使加載了高電平的MESFET的固支梁開關(guān)5下拉并且導通，而低電平不能使 MESFET的固支梁開關(guān)5下拉，所以當兩個MESFET的固支梁開關(guān)上都加載低電平時，兩個管 子都不能導通，則輸出為高電平；當其中任意一個MESFET或者兩個MESFET都加載高電平 時，則輸出為低電平，實現(xiàn)對輸入信號進行或非的功能，對應(yīng)的公式為Y=A+B，并且該或非 門中的MESFET隨著輸入信號的變化其狀態(tài)也在導通與關(guān)斷之間變化，當MESFET處于關(guān)斷 態(tài)時其固支梁開關(guān)5就處于懸浮狀態(tài)，這就意味著此刻該或非門中的MESFET上不存