氮化鎵基低漏電流固支梁開關或非門的rs觸發器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明提出了氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET(金屬一半導體場效應晶體 管）或非門的RS觸發器，屬于微電子機械系統的技術領域。
【背景技術】
[0002] 近十年來無線通信技術的發展，尤其是智能手機的出現，全球襲來了移動終端設 備快速更新的浪潮，與此同時作為此類設備不可缺少的重要組成部分，射頻集成電路的芯 片也迅速發展，集成規模不斷擴大，工作頻率不斷提高，傳統的硅基材料已經不能滿足要 求。基于氮化鎵襯底的MESFET就是在這種背景下被提出應用，由于氮化鎵材料良好的特性 使得由它制造的晶體管具有很高的電子迀移率，很強的抗輻射能力，較大的工作溫度范圍。 由于芯片中晶體管的數量越來越多，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定性。
[0003]RS觸發器電路作為數字電路的重要組成部分，它是各種具有復雜功能的觸發器電 路的基本構成部分，由于RS觸發器電路的基礎性，在中央處理器等數字式電路中有巨大的 應用，所以對RS觸發器電路的功耗和溫度的控制就顯得十分重要，由常規MESFET組成的RS 觸發器，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技術的發展使得制造具有可動固支梁開關結構的MESFET成為可 能，具有可動固支梁開關結構的MESFET可以有效降低柵極漏電流，進而降低RS觸發器電路 的功耗。
【發明內容】
[0004] 技術問題：本發明的目的是提供一種氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET或非 門的RS觸發器，將RS觸發器中采用的兩個由傳統MESFET組成的或非門電路換為兩個由有 固支梁開關結構的MESFET組成的或非門電路，在該RS觸發器處于工作狀態時，可以有效地 減小晶體管的柵極漏電流，從而降低RS觸發器的功耗。
[0005] 技術方案：本發明的一種氮化鎵基低漏電流固支梁開關或非門的RS觸發器由第 一固支梁柵NMOS管、第二固支梁柵NMOS管、第三固支梁柵NMOS管、第四固支梁柵NMOS管 組成的第一或非門、第二或非門，每一個固支梁柵NMOS管分別由柵極、源極和漏極構成，其 中源極和漏極由金屬和重摻雜N區形成歐姆接觸構成，柵極由金屬和溝道區形成肖特基接 觸構成，該RS觸發器的四個固支梁柵NMOS管制作在氮化鎵襯底上，在柵極上方懸浮著固支 梁開關，固支梁開關的兩端分別固定在兩個錨區上，輸入的數字信號加載在固支梁開關上， 該固支梁開關由鈦/金/鈦組成，在固支梁開關與襯底之間存在下拉電極，下拉電極由氮化 硅材料覆蓋；其中第一或非門的輸出端通過導線與第二或非門的一個輸入端相接，同樣第 二或非門的輸出端也通過導線與第一或非門的一個輸入端相連接，形成完全對稱的結構； 該RS觸發器有兩個輸入端分別是SD和RD，以及兩個輸出端Q和Q'，SD和RD分別是兩個 或非門中沒有與輸出端相連接的那個輸入端，Q和Q'則仍然是由兩個或非門的輸出端直接 構成。
[0006] 組成該RS觸發器中的每一個或非門的兩個固支梁柵NMOS管的源極連接在一起共 同接地，兩個固支梁柵NMOS管的固支梁開關7都是數字信號的輸入端，兩個固支梁柵NMOS 管的漏極連接在一起通過同一電阻與電源電壓相接，數字信號在兩個固支梁柵NMOS管的 固支梁開關上輸入，在兩個MESFET的漏極與其共同的負載電阻5之間輸出。
[0007] 所述的電阻的阻值設置為：當其中任意一個固支梁柵NMOS管導通時，相比于導通 的固支梁柵NMOS管，該電阻的阻值足夠大可使得輸出為低電平，當兩個固支梁柵NMOS管都 不能導通時，相比于截止的固支梁柵NMOS管，該電阻的阻值足夠小可使得輸出為高電平。
[0008] 所述的固支梁開關是懸浮在其柵極之上的，柵極與襯底之間形成了肖特基接觸， 在柵極下方的襯底中形成耗盡層，該固支梁開關的下拉電壓設計的與固支梁柵NMOS管的 閾值電壓相等，當加載在固支梁開關與下拉電極之間的電壓大于固支梁柵NMOS管的閾值 電壓時，固支梁開關下拉與柵極緊貼，固支梁柵NMOS管的耗盡區厚度減小并導通；當固支 梁開關與下拉電極之間所加電壓小于固支梁柵NMOS管的閾值電壓時，固支梁開關就不能 下拉，其柵極上就不存在電壓，所以該固支梁柵NMOS管就不能導通，柵極漏電流就不會存 在，這樣就減小了RS觸發器的功耗。
[0009] 有益效果：本發明的氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET或非門的RS觸發器中 的固支梁開關MESFET的固支梁開關下拉與N型MESFET柵極相接觸時，柵極上才會有電壓 存在，當固支梁開關處于懸浮狀態時，并不能有效的導通，因此固支梁開關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 高頻數字信號下電路正常工作的需要。
【附圖說明】
[0010] 圖1為氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET或非門的RS觸發器的俯視圖。
[0011] 圖2為氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET或非門的RS觸發器的A-A'向剖面 圖。
[0012] 圖3為氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET或非門的RS觸發器的B-B'向的剖 面圖。
[0013] 圖4為氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET或非門的RS觸發器的原理圖。
[0014] 圖中包括：第一固支梁柵NMOS管1、第二固支梁柵NMOS管2、第三固支梁柵NMOS 管3、第四固支梁柵NMOS管4、電阻5、引線6、固支梁開關7、柵極8、錨區9、N阱10、N型有 源區11、下拉電極12、氮化鎵襯底13、第一或非門G1、第二或非門G2。
【具體實施方式】
[0015] 本發明的氮化鎵基低漏電流固支梁開關MESFET或非門的RS觸發器由兩個由固支 梁開關N型MESFET(固支梁柵NMOS管）組成的第一或非門Gl、第二或非門G2 (即第一固 支梁柵NMOS管1、第二固支梁柵NMOS管2、第三固支梁柵NMOS管3、第四固支梁柵NMOS管 4)，MESFET由柵極8、源極和漏極構成，其中源極和漏極由金屬和重摻雜N區形成歐姆接觸 構成，柵極8由金屬和溝道區形成肖特基接觸構成，該觸發器的四個N型MESFET制作在氮 化鎵襯底13上，在MESFET的柵極8上方懸浮著固支梁開關7,輸入的數字信號加載在固支 梁開關7上，該固支梁開關7由鈦/金/鈦組成，在固支梁開關7與襯底13之間存在下拉 電極12,下拉電極12由氮化硅材料覆蓋。
[0016] 組成該RS觸發器的或非門的兩個MESFET的源極連接在一起共同接地，兩個 MESFET的固支梁開關7都是數字信號的輸入端，兩個MESFET的漏極連接在一起然后與同一 電阻5相接，電阻5的阻值設置為當其中任意一個MESFET導通時，相比于導通的MESFET， 該電阻5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，該電阻5的阻值足夠小可使得輸出為高電平。電阻5與電源電壓相接，數字信號在 兩個MESFET的固支梁開關7上輸入，在兩個MESFET的漏極與其共同的負載電阻5之間輸 出。
[0017] 該RS觸發器是由兩個完全相同的或非門組成，其中第一或非門Gl的輸出端通過 導線與第二或非門G2的一個輸入端相接，同樣第二或非門G2的輸出端也通過導線與第一 或非門Gl的一個輸入端相連接，形成完全對稱的結構。RS觸發器有兩個輸入端分別是SD 和RD，以及兩個輸出端Q和Q'，SD和RD分別是兩個或非門沒有與輸出端相連接的各自的 輸入端，Q和Q'則是由兩個或非門的輸出端直接形成。
[0018] 當該RS觸發器處于工作態時，定義Q= 1，Q' = 0為觸發器的1狀態，定義Q= 0,Q' = 1為觸發器的0狀態，SD稱為置位端，RD稱為復位端。當SD= 1、RD= 0時，Q= 1，Q' =0,在SD= 1信號消失以后，由于有Q端的高電平接回到G2的另一個輸入端，因而 電路的1狀態得以保持；當SD= 0、RD= 1時，Q= 0，Q' = 1，在RD= 1信號消失以后，電 路的〇狀態保持不變；當SD=RD= 0時，電路維持原來的狀態不變；當SD=RD= 1時， Q=Q' = 0,這既不是定義的1狀態，也不是定義的0狀態，而且當SD和RD同時回到0以 后仍然無法判斷觸發器將回到哪個狀態，因此，在正常工作時輸入信號應遵守SDRD= 0的 約束條件，那么SD=RD= 1的信號將不允許