基于砷化鎵基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)的或非門的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提出了基于GaAs (砷化鎵）基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)HEMT (高電子迀移率 晶體管）的或非門，屬于MEMS (微電子機(jī)械系統(tǒng)）的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 或非門是數(shù)字邏輯電路中的基本元件，實(shí)現(xiàn)邏輯或非功能，是構(gòu)成各種復(fù)雜組合 邏輯和時序邏輯的基礎(chǔ)。常見集成電路中的或非門通過Si基COMS工藝實(shí)現(xiàn)，然而，隨著對 集成電路的速度和功耗的要求越來也高，GaAs基HEMT作為電路器件顯示出一定的優(yōu)越性。 同硅材料相比，GaAs材料具備載流子迀移率高、襯底半絕緣以及禁帶較寬等特征，因此用它 制成的器件具有頻率高、速度快、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。GaAs基HEMT以二維電子氣為導(dǎo)電 通道，電子迀移率相比普通GaAs器件更高，適用于低功耗數(shù)字集成電路領(lǐng)域。近年來，隨著 MEMS技術(shù)的快速發(fā)展，對梁結(jié)構(gòu)有了比較深入的研究和認(rèn)識，使本發(fā)明基于GaAs基低漏電 流雙懸臂梁開關(guān)HEMT的或非門成為了可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種基于GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)HEMT的 或非門，兩個對稱設(shè)計(jì)的懸臂梁在HEMT柵極的上方，相當(dāng)于開關(guān)，作為信號的輸入端，通過 雙懸臂梁結(jié)構(gòu)HEMT實(shí)現(xiàn)或非門功能，電路結(jié)構(gòu)得到簡化，使用的晶體管數(shù)量減少，同時也 減低了電路功耗。
[0004] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于GaAs基低漏電流雙懸臂 梁開關(guān)HEMT的或非門。以半絕緣GaAs襯底為基底，在半絕緣GaAs襯底上設(shè)有本征GaAs 層、本征AlGaAs層、N+AlGaAs層、源區(qū)、漏區(qū)、柵極金屬層和懸臂梁；懸臂梁材料為Au，其一 端固定在錨區(qū)上，錨區(qū)和輸入引線相連，作為信號的輸入端；在懸臂梁的下方各有一個柵極 金屬層和下拉電極，下拉電極接地，下拉電極的上面覆蓋一層絕緣的氮化硅介質(zhì)層，源區(qū)、 漏區(qū)分別位于柵極金屬層的兩側(cè)，所述的漏極與上拉電阻相連，源極接地，未與漏極相連的 另外兩個輸入引線分別作為RS觸發(fā)器的R端口和S端口，實(shí)現(xiàn)或非門邏輯功能；懸臂梁的 下拉電壓設(shè)置為HEMT的閾值電壓；本征GaAs層和本征AlGaAs層間的異質(zhì)結(jié)形成的二維電 子氣通道，懸臂梁處于懸浮狀態(tài)時被肖特基接觸的耗盡區(qū)阻斷，在施加偏置電壓使懸臂梁 下拉時，肖特基接觸的耗盡區(qū)變窄，二維電子氣通道處于導(dǎo)通狀態(tài)。
[0005] 兩個懸臂梁的輸入引線都輸入低電平時，懸臂梁處于懸浮態(tài)，由于二維電子氣溝 道被耗盡層阻斷，漏極輸出為高電平；當(dāng)至少一個懸臂梁的輸入引線上輸入高電平時，輸入 高電平的懸臂梁被下拉，HMET的二維電子氣溝道處于導(dǎo)通態(tài)，漏極輸出為低電平，由于沒有 柵極漏電流，使得電路中的功耗被有效地降低。
[0006] 有益效果：本發(fā)明相對于現(xiàn)有的或非門具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0007] 1.本發(fā)明采用HEMT，具有截止頻率高、工作速度快、短溝道效應(yīng)小和噪聲性能好 的優(yōu)點(diǎn)；
[0008] 2.本發(fā)明通過雙懸臂梁開關(guān)HEMT實(shí)現(xiàn)或非門，結(jié)構(gòu)簡單，減少了晶體管的數(shù)量， 降低了成本；
[0009] 3.本發(fā)明由于采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，使或非門在懸臂梁處于懸浮態(tài)時漏電流減小，從 而有效地降低了功耗；
[0010] 4.本發(fā)明通過采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，HMET的導(dǎo)通和關(guān)斷差異明顯，有效地減少了或非 門的邏輯錯誤。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明基于GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)HEMT的或非門俯視圖，
[0012] 圖2為本發(fā)明GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)HEMT的P-P '向的剖面圖，
[0013] 圖3為本發(fā)明GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)HEMT的A-A'向的剖面圖，
[0014] 圖4為GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)HEMT在懸臂梁下拉時的溝道示意圖。
[0015] 圖中包括：半絕緣GaAs襯底1，本征GaAs層2,本征AlGaAs層3, N+AlGaAs層4， 柵極金屬層5,下拉電極6,氮化硅介質(zhì)層7,懸臂梁錨區(qū)8,輸入引線9,下拉電極引線10,壓 焊塊11，懸臂梁12,源區(qū)13,漏區(qū)14,有源區(qū)引線孔15,有源區(qū)引線16,上拉電阻17。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
[0017] 參見圖1-4,本發(fā)明提出了一種基于GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)HEMT的或非 門。觸發(fā)器主要包括：直流偏置源、上拉電阻17、GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)HEMT。
[0018] GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)HEMT，用于實(shí)現(xiàn)或非門邏輯功能。選擇半絕緣的 GaAs作為襯底1，在襯底1上含有本征GaAs層2、本征AlGaAs層3、N+AlGaAs層4、源區(qū)13、 漏區(qū)14、柵極金屬層5和兩個懸臂梁12。懸臂梁12分別橫跨在兩個錨區(qū)8上方，作用相 當(dāng)于開關(guān)，錨區(qū)與輸入引線相連9相連，懸臂梁12的下方各有一個下拉電極6,下拉電極6 接地，下拉電極6上覆蓋一層氮化娃介質(zhì)層7。本征GaAs層2和本征AlGaAs層3之間的 異質(zhì)結(jié)形成二維電子氣通道，HEMT為增強(qiáng)型，懸臂梁12處于懸浮態(tài)時由于柵極金屬層5與 N+AlGaAs層4形成肖特基接觸，其耗盡區(qū)會阻斷二維電子氣通道；設(shè)置懸臂梁12的下拉電 壓等于HEMT的閾值電壓，當(dāng)懸臂梁12處于下拉狀態(tài)時，對應(yīng)的肖特基接觸耗盡區(qū)變窄，二 維電子氣處于導(dǎo)通狀態(tài)。
[0019] GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)HEMT的漏極14與上拉電阻17相連，源極13接地， 組成了或非門電路。當(dāng)兩個懸臂梁12的輸入引線都輸入低電平時，懸臂梁12處于懸浮態(tài)， 由于二維電子氣溝道被耗盡層阻斷，漏極14輸出為高電平。當(dāng)至少一個懸臂梁12的輸入 引線9上輸入高電平時，輸入高電平的懸臂梁12被下拉，HMET的二維電子氣溝道處于導(dǎo)通 態(tài)，漏極14輸出為低電平?；贕aAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)HEMT實(shí)現(xiàn)的或非電路對應(yīng) 真值表如下：
[0020]
[0021] 當(dāng)懸臂梁的輸入為低電平而處于懸浮態(tài)時，由于沒有柵極漏電流，使得電路中的 功耗被有效地降低。
[0022] 本發(fā)明的GaAs基低漏電流雙懸臂梁開關(guān)HEMT制備方法如下：
[0023] 1)準(zhǔn)備半絕緣