氮化鎵基低漏電流雙懸臂梁開關或非門的rs觸發器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明提出了 GaN基低漏電流雙懸臂梁開關MESFET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] 隨著無線通信技術的發展,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。隨著集成電路的發展,芯片的規模變得很大,人們對 于芯片的功耗越來越重視。太高的功耗會對芯片的散熱材料提出更高的要求,還會使芯片 的性能受到影響。所以,對于器件的低功耗的設計在集成電路的設計中顯得越來越重要。
[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,有著巨大的應用,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,本文提出 的具有可動懸臂梁開關結構的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GaN基低漏電流雙懸臂梁開關MESFET或非 門的RS觸發器。將傳統的兩個由常規MESFET組成的或非門的RS觸發器電路換為兩個具 有雙懸臂梁開關結構的MESFET或非門的RS觸發器,在該RS觸發器處于工作狀態時,可以 有效地降低晶體管的柵極漏電流,從而降低該RS觸發器的功耗。
[0005] 技術方案:本發明的氮化鎵基低漏電流雙懸臂梁開關或非門的RS觸發器由具有 雙懸臂梁開關第一 N型MESFET和第二N型MESFET,電阻和電源組成,該雙懸臂梁開關第 一 N型MESFET和第二N型MESFET制作在半絕緣GaN襯底上,第一 N型MESFET和第二N型 MESFET的源極和漏極由金屬和重摻雜N區形成歐姆接觸構成,柵極由鈦/鉑/金合金和N 型有源層形成肖特基接觸構成,在柵極上方懸浮著兩個用鈦/金/鈦制作而成的對稱設計 的懸臂梁開關,兩個懸臂梁開關的懸浮端之間留有縫隙以保證兩個懸臂梁開關下拉時互不 干擾,兩個懸臂梁開關的位置關于該MESFET源-漏方向對稱,懸臂梁開關的錨區制作在半 絕緣GaN襯底上,在懸臂梁開關與襯底之間設有下拉電極,下拉電極由氮化硅材料覆蓋,下 拉電極和源極接地,漏極通過電阻與電源VCC相連,源極和漏極上連接的引線用金制作;在 該RS觸發器的第一 N型MESFET和第二N型MESFET中各有一個懸臂梁開關分別作為該RS 觸發器的輸入端S和R,輸出端Q在雙懸臂梁開關第二N型MESFET的漏極和電阻之間輸出, 輸出端g在第一 N型MESFET的漏極和電阻之間輸出,第一 N型MESFET另外的一個懸臂梁 開關通過引線與第二N型MESFET的漏極相連,同樣第二N型MESFET的另一個懸臂梁開關 通過引線與第一N型MESFET的漏極相連,形成對稱的結構,為了保證當雙懸臂梁開關第一N 型MESFET和第二N型MESFET導通時由電阻分壓得出輸出為低電平,電阻的阻值遠大于第 一 N型MESFET和第二N型MESFET導通的阻抗。
[0006] 所述的懸臂梁開關是依靠錨區的支撐懸浮在柵極上方,柵極與襯底之間形成了肖 特基接觸;該第一 N型MESFET和第二N型MESFET的兩個懸臂梁開關的下拉電壓設計的與 該N型MESFET的閾值電壓相等,只有當該N型MESFET的懸臂梁開關上所加的電壓大于該 N型MESFET的閾值電壓時,其懸臂梁開關才能下拉并接觸柵極從而使雙懸臂梁開關MESFET 導通,當所加電壓小于雙懸臂梁開關MESFET的閾值電壓時懸臂梁開關就不能下拉,雙懸臂 梁開關MESFET關斷,在該RS觸發器工作時,當雙懸臂梁開關MESFET處于關斷時其懸臂梁 開關就處于懸浮態,降低了柵極漏電流,從而降低了電路的功耗。
[0007] 當該RS觸發器處于工作態時,定義Q= 1,&=〇為觸發器的1狀態,定義Q = 0, g = l為觸發器的0狀態,S稱為置位端,R稱為復位端。當S = UR = O時,由于輸入端S 接高電平,輸入端S對應的懸臂梁開關下拉并使雙懸臂梁開關第一 N型MESFET導通從而輸 出g為低電平,即&=(),Q= 1,在S= 1信號消失以后,由于有Q端的高電平接回到該RS觸 發器的雙懸臂梁開關第一 N型MESFET的另一個懸臂梁開關并使其下拉,從而使輸出g維持 在低電平,因而電路的1狀態得以保持;當S = 0、R = 1時,由于輸入端R接高電平,輸入 端R對應的懸臂梁開關下拉并使雙懸臂梁開關第二N型MESFET導通從而輸出Q為低電平, 即Q = 0, & = 1.在R = 1信號消失以后,電路的0狀態保持不變;當S = R = 0時,電路維 持原來的狀態不變;當S = R = 1時,0= ()=0,這種狀態是不允許出現的,是RS觸發器的 約束條件。該觸發器中的N型MESFET隨著輸入信號的變化其狀態也在導通與關斷之間變 化,當N型MESFET處于關斷態時其懸臂梁開關處于懸浮狀態,降低了柵極漏電流,從而降低 了該RS觸發器的功耗。由于RS觸發器的次態Q n+1不僅與輸入狀態有關,而且也與RS觸發 器原來的狀態Q(也稱為初態)有關,得到的RS觸發器的真值表如下:
[0008]
[0009] 有益效果:本發明的GaN基低漏電流雙懸臂梁開關MESFET或非門的RS觸發器中 的雙懸臂梁開關MESFET的的兩個懸臂梁開關下拉與N型MESFET柵極相接觸時,N型MESFET 導通。當懸臂梁開關與下拉電極之間所加電壓小于MESFET的閾值電壓時,懸臂梁開關不能 下拉,N型MESFET關斷,此時懸臂梁開關處于懸浮態,降低了柵極漏電流從而降低了該RS觸 發器的功耗。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發明GaN基低漏電流雙懸臂梁開關MESFET或非門的RS觸發器的俯視圖,
[0011] 圖2為圖IGaN基低漏電流雙懸臂梁開關MESFET或非門的RS觸發器的P-P'向的 剖面圖,
[0012] 圖3為圖IGaN基低漏電流雙懸臂梁開關MESFET或非門的RS觸發器的A-A'向的 剖面圖。
[0013] 圖中包括:第一 N型MESFET1,第二開關N型MESFET2,半絕緣GaN襯底3,引線4, 柵極5,懸臂梁開關6,錨區7,下拉電極板8,氮化硅層9,源極10, N型有源層11,漏極12, 電阻13。
【具體實施方式】
[0014] 本發明的GaN基低漏電流雙懸臂梁開關MESFET或非門的RS觸發器由兩個雙懸臂 梁開關N型MESFET即第一 N型MESFET1,第二開關N型MESFET2、電阻13組成。該MESFET 的源極10和漏極12由金屬和重摻雜N區形成歐姆接觸構成,柵極5由鈦/鉑/金合金和N 型有源層12形成肖特基接觸構成,在懸臂梁開關N型MESFET的柵極5上方懸浮著兩個用 鈦/金/鈦制作而成的對稱設計的懸臂梁開關6,兩個懸臂梁開關6的懸浮端留有一定縫隙 以保證兩個懸臂梁開關6下拉時互不干擾,兩個懸臂梁開關6的位置關于該N型MESFET 源-漏方向對稱。懸臂梁開關6的錨區7制作在半絕緣GaN襯底3上,在懸臂梁開關6與 襯底之間存在下拉電極8,下拉電極8由氮化硅材料9覆蓋,懸臂梁開關N型MESFET的下 拉電極8接地。在該RS觸發器的雙懸臂梁開關的第一 N型MESFET1和第二N型MESFET2 各有一個懸臂梁開關作為該RS觸發器的輸入端S和R,輸出端Q在雙懸臂梁開關第一 N型 MESFET1的漏極和電阻之間輸出,輸出端g在雙懸臂梁開關第一 N型MESFET1的漏極和電阻 之間輸出,第一 N型MESFET1和第二N型MESFET2的源極都接地,第一 N型MESFET1另外的 一個懸臂梁開關通過引線與雙懸臂梁開關第二N型MESFET2的漏極相連,同樣雙懸臂梁開 關第二N型MESFET2的另一個懸臂梁開關通過引線與雙懸臂梁開關第一 N型MESFET 1的 漏極相連,形成對稱的結構,為了保證當該MESFET導通時由電阻分壓得出輸出為低電平, 電阻13的阻值遠大于該MESFET導通的阻抗。
[0015] 當該RS觸發器處于工作態時,定義Q = 1,互=0為觸發器的1狀態,定義Q = 0, 為觸發器的0狀態,S稱為置位端,R稱為復位端。當S = 1、R = 0時,由于輸入端S 接高電平,輸入端S對應的懸臂梁開關下拉并使雙懸臂梁開關第一 N型MESFET