CN104935300A - 硅基低漏电流四悬臂梁可动栅mos管的rs触发器 - Google Patents
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Abstract
本发明的硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管的RS触发器由一个四悬臂梁可动栅NMOS管和两个电阻构成，该四悬臂梁可动栅NMOS管由源极，漏极，栅极组成，形成漏极-源极-漏极的结构，在源极和两个漏极之间分别有两个悬臂梁栅，源极左侧的两个悬臂梁栅的悬浮端之间留有一缝隙，两个悬浮端紧密相连的悬臂梁栅的位置关于该MOS管漏-源-漏方向对称，同样地，源极右侧的两个悬臂梁栅也是如此。在该触发器的源极左侧和右侧各有一个悬臂梁栅作为该RS触发器的输入端R和S，输出端在源极右侧的漏极和电阻之间输出，当该RS触发器工作时，当NMOS管处于关断时其悬臂梁栅就处于悬浮态，降低了栅极漏电流，从而降低了电路的功耗。
Description
技术领域
本发明提出了硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管的RS触发器，属于微电子机械系统的技术领域。
背景技术
伴随着微电子技术的深入发展集成电路单位面积的集成度仍然在不断地提升，芯片的功能也日趋复杂，同时芯片的处理速度越来越高。人们对于芯片的功耗越来越重视。太高的功耗会对芯片的散热材料提出更高的要求，还会使芯片的性能受到影响。所以过热的芯片温度不仅会使芯片寿命降低，而且会影响芯片的稳定性。并且移动终端的广泛使用，对于器件的功耗要求更加显著，所以对电子器件低功耗的设计就显得十分重要。
RS触发器电路作为数字电路的重要组成部分，它是各种具有复杂功能的触发器电路的基本构成部分，在数字电路中有巨大的应用，所以对RS触发器电路的功耗和温度的控制就显得十分重要，由常规MOS管组成的RS触发器，随着集成度的提升，功耗变得越来越严重，功耗过大带来的芯片过热问题会严重影响集成电路的性能，MEMS技术的发展使得制造具有可动栅的晶体管成为可能，具有可动栅的晶体管可以有效降低栅极电压带来的栅极漏电流，进而降低RS触发器电路的功耗。
发明内容
技术问题:本发明的目的是提供一种硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管的RS触发器，将传统的采用由常规MOS管组成的RS触发器电路换为一个具有四悬臂梁可动栅MOS管来实现RS触发器的功能，可以有效地减小栅极漏电流从而降低电路的功耗。
技术方案：本发明的硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管的RS触发器由一个四悬臂梁可动栅NMOS管、两个电阻和电源组成，该硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管制作在P型Si衬底上，该四悬臂梁可动栅NMOS管含有源极，漏极，栅极，形成漏极-源极-漏极的结构，在源极和两个漏极之间分别有两个用Al制作的悬臂梁栅，悬臂梁栅不是附在氧化层上，而是依靠锚区的支撑悬浮在氧化层的上方，源极左侧两个悬臂梁栅的悬浮端之间留有一缝隙以保证两个悬臂梁栅拉时互不干扰,两个悬臂梁栅的位置关于该MOS管漏-源-漏方向对称，同样地，源极右侧的两个悬臂梁栅也是如此；该四悬臂梁可动栅NMOS管的悬臂梁栅的锚区用多晶硅制作在栅氧化层上，悬臂梁栅下方设计有下拉电极板，下拉电极板接地，下拉电极在悬臂梁栅下的部分被二氧化硅层覆盖，该四悬臂梁可动栅NMOS管的N+有源区源极接地，四悬臂梁可动栅NMOS管的两个漏极分别通过电阻与电源VCC相连，源极和漏极分别通过通孔与引线连接，引线用Al制作；在该RS触发器的源极左侧和右侧各有一个悬臂梁栅作为该RS触发器的输入端S和R，源极左侧另外的一个悬臂梁栅通过引线与右侧的漏极相连，同样地，源极右侧另外一个悬臂梁栅通过引线与左侧的漏极相连，形成对称的结构，输出端Q在源极右侧的漏极和电阻之间输出，输出端在源极左侧的漏极和电阻之间输出，为了保证当该MOS管导通时由电阻分压得出输出为低电平，电阻的阻值远大于该MOS管导通的阻抗。
所述的四个悬臂梁栅并不是直接紧贴在二氧化硅层上方，而是依靠锚区的支撑悬浮在二氧化硅层上方；该四个悬臂梁栅的下拉电压设计得与该NMOS管的阈值电压相等，只有当四悬臂梁可动栅NMOS管的悬臂梁栅上所加的电压大于NMOS管的阈值电压时，其悬臂梁栅才能下拉并接触二氧化硅层从而使悬臂梁栅NMOS管导通，当所加电压小于NMOS管的阈值电压时悬臂梁栅就不能下拉，在该RS触发器工作时，当四悬臂梁可动栅MOS管处于关断时其悬臂梁栅就处于悬浮态，降低了栅极漏电流，从而降低了电路的功耗。
当该RS触发器处于工作态时，定义Q＝1，为触发器的1状态，定义Q＝0，为触发器的0状态，S称为置位端，R称为复位端。当S＝1、R＝0时，输入端S接高电平，输入端S对应的悬臂梁栅下拉并使四悬臂梁栅MOS管左侧的漏-源导通从而输出为低电平，即Q＝1，在S＝1信号消失以后，由于有Q端的高电平接回到该四悬臂梁栅MOS管的源极左侧的另一个悬臂梁栅，使该悬臂梁栅下拉从而使输出为低电平，因而电路的1状态得以保持；当S＝0、R＝1时，输入端R接高电平，输入端R对应的悬臂梁栅下拉并使四悬臂梁栅MOS管右侧的漏-源导通从而输出Q为低电平，即Q＝0，在R＝1信号消失以后，电路的0状态保持不变；当S＝R＝0时，电路维持原来的状态不变；当S＝R＝1时，这种状态是不允许出现的，是RS触发器的约束条件。该触发器中的NMOS管随着输入信号的变化其状态也在导通与关断之间变化，当NMOS管处于关断态时其悬臂梁栅处于悬浮状态，降低了栅极漏电流，从而降低了该RS触发器的功耗。由于RS触发器的次态Qn+1不仅与输入状态有关，而且也与RS触发器原来的状态Q(也称为初态)有关，得到的RS触发器的真值表如下：
| S | R | Q | Qn+1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
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在本发明中的RS触发器所用的四悬臂梁可动栅NMOS管的栅极并不是直接紧贴在二氧化硅层上，而是依靠锚区的支撑悬浮在二氧化硅层上方。四悬臂梁可动栅NMOS管的悬臂梁栅的下拉电压设计得与NMOS管的阈值电压相等，只有当NMOS管的悬臂梁栅上所加的电压大于NMOS管的阈值电压时，其悬臂梁栅才能下拉并到二氧化硅层使悬臂梁栅NMOS管导通，当所加电压小于其阈值电压时悬臂梁栅就不能下拉，因此本发明中的RS触发器具有较小的栅极漏电流降低了电路的功耗。
有益效果：本发明的硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管的RS触发器是由一个四悬臂梁可动栅MOS管来替代传统RS触发器中的两个由常规MOS管构成的。四悬臂梁可动栅MOS管处于关断时，其悬臂梁栅处于悬浮状态，降低了栅极漏电流，从而该RS触发器的功耗得到了降低。
附图说明
图1为本发明硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管的RS触发器的俯视图,
图2为图1硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管的RS触发器的P-P’向的剖面图,
图3为图1硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管的RS触发器的A-A’向的剖面图,
图中包括：四悬臂梁可动栅MOS管1，电阻2，P型Si衬底3，引线4，栅氧化层5，悬臂梁栅6，锚区7，悬臂梁下极板8，通孔9，源极10，漏极11。
具体实施方式
本发明的硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管的RS触发器主要是由一个四悬臂梁可动栅NMOS管构成。该四悬臂梁可动栅NMOS管由源极，漏极，栅极组成，形成漏极-源极-漏极的结构，在源极和两个漏极之间分别有两个悬臂梁栅，悬臂梁栅不是附在氧化层上的多晶硅，而是依靠锚区的支撑悬浮在氧化层的上方的，源极左侧的两个悬臂梁栅的悬浮端之间留有一定缝隙以保证两个悬臂梁栅下拉时互不干扰,两个悬臂梁栅的位置关于该MOS管漏-源-漏方向对称，同样地，源极右侧的两个悬臂梁栅也是如此。四悬臂梁栅NMOS管是制作在P型硅衬底上，悬臂梁栅由Al制作，悬臂梁栅的锚区用多晶硅制作在栅氧化层上。悬臂梁下方设有下拉电极板，下拉电极接地，下拉电极在悬臂梁栅下的部分被在二氧化硅层包裹。在该RS触发器的源极左侧和右侧各有一个悬臂梁栅(6)作为该RS触发器的输入端S和R，输出端Q在源极右侧的漏极和电阻之间输出，输出端在源极左侧的漏极和电阻之间输出，源极接地，为了保证当该MOS管导通时由电阻分压得出输出为低电平，电阻的阻值远大于该MOS管导通的阻抗，源极左侧(10)另外的一个悬臂梁栅通过引线与右侧的漏极相连，同样地，源极右侧另外一个悬臂梁栅通过引线与左侧的漏极相连，形成对称的结构。
当该RS触发器处于工作态时，定义Q＝1，为触发器的1状态，定义Q＝0，为触发器的0状态，S称为置位端，R称为复位端。当S＝1、R＝0时，左侧由于输入端S接高电平，输入端S对应的悬臂梁栅下拉并使四悬臂梁栅MOS管左侧的漏-源导通从而输出为低电平，即Q＝1，在S＝1信号消失以后，由于有Q端的高电平接回到该四悬臂梁栅MOS管源极左侧的另一个悬臂梁栅，该悬臂梁栅下拉使输出为低电平，因而电路的1状态得以保持；当S＝0、R＝1时，右侧由于输入端R接高电平，输入端R对应的悬臂梁栅下拉并使四悬臂梁栅MOS管右侧的漏-源导通从而输出Q为低电平，即Q＝0，在R＝1信号消失以后，电路的0状态保持不变；当S＝R＝0时，电路维持原来的状态不变；当S＝R＝1时，这种状态是不允许出现的，是RS触发器的约束条件。该触发器中的NMOS管随着输入信号的变化其状态也在导通与关断之间变化，当NMOS管处于关断态时其悬臂梁栅处于悬浮状态，降低了栅极漏电流，从而降低了该RS触发器的功耗。
由于RS触发器的次态Qn+1不仅与输入状态有关，而且也与RS触发器原来的状态Q(也称为初态)有关，得到的RS触发器的真值表如下：
| S | R | Q | Qn+1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
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| 1 | 0 | 1 | 1 |
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硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管的RS触发器的制备方法包括以下几个步骤：
1)准备P型Si衬底3；
2)初始氧化，生长SiO2层，作为掺杂的屏蔽层；
3)去除硅表面的全部氧化层；
4)底氧生长。通过热氧化在平整的硅表面生长一层均匀的氧化层，作为缓冲层。
5)沉积氮化硅，然后光刻和刻蚀氮化硅层，保留有源区的氮化硅，场区的氮化硅去除；
6)场氧化。对硅片进行高温热氧化，在场区生长了所需的厚氧化层；
7)去除氮化硅和底氧层，采用干法刻蚀技术将硅片表面的的氮化硅和底氧全部去除。
8)在硅片上涂覆一层光刻胶，光刻和刻蚀光刻胶，去除需要制作下拉电极板8位置的光刻胶。然后淀积一层Al，去除光刻胶以及光刻胶上的Al，形成下拉电极板；
9)进行栅氧化。形成一层高质量的氧化层；
10)离子注入，调整NMOS的阈值电压；
11)利用CVD技术沉积多晶硅，光刻栅图形和多晶硅引线图形，通过干法刻蚀技术刻蚀多晶硅，保留输入引线4和悬臂梁栅MOS管6的锚区7位置的多晶硅。
12)通过旋涂方式形成PMGI牺牲层，然后光刻牺牲层，仅保留悬臂梁栅MOS管6下方的牺牲层；
13)蒸发生长Al；
14)涂覆光刻胶，保留悬臂梁栅MOS管6上方的光刻胶；
15)反刻Al，形成悬臂梁栅MOS管6；
16)涂覆光刻胶，光刻并刻蚀出磷的注入孔，注入磷，形成NMOS管的有源区11；
17)制作通孔9和引线10；
18)释放PMGI牺牲层，形成悬浮的悬臂梁栅MOS管6；
本发明与现有技术的区别在于：
本发明中的硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管的RS触发器与传统RS触发器最大的区别在于所用的四悬臂梁可动栅MOS管的栅极并不是直接紧贴在氧化层上方，而是依靠锚区的支撑悬浮在氧化层上，形成悬臂梁结构。本发明中的硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管的RS触发器由一个四悬臂梁可动栅MOS管和电阻构成。该NMOS管的悬臂梁栅的下拉电压设计得与该NMOS管的阈值电压相等，只有当悬臂梁栅上所加的下拉电压大于该NMOS管的阈值电压时，其悬臂梁栅才能下拉并接触二氧化硅层从而使该NMOS管导通，当所加电压小于NMOS管的阈值电压时悬臂梁栅就不能下拉，当该RS触发器在工作时，四悬臂梁可动栅MOS管在导通或者截止状态之间变化，当四悬臂梁可动栅MOS管关断时其悬臂梁栅就处于悬浮状态，减少了栅极漏电流，降低了电路的功耗。
满足以上条件的结构即视为本发明的硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管的RS触发器。
Claims (2)
1.一种硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管的RS触发器，其特征是该RS触发器由一个四悬臂梁可动栅NMOS管(1)、两个电阻(2)和电源组成，该硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管(1)制作在P型Si衬底(3)上，该四悬臂梁可动栅NMOS管(1)含有源极，漏极，栅极，形成漏极-源极-漏极的结构，在源极(10)和两个漏极(11)之间分别有两个用Al制作的悬臂梁栅(6)，悬臂梁栅(6)不是附在氧化层上，而是依靠锚区(7)的支撑悬浮在氧化层(5)的上方，源极(10)左侧两个悬臂梁栅(6)的悬浮端之间留有一缝隙以保证两个悬臂梁栅(6)下拉时互不干扰,两个悬臂梁栅(6)的位置关于该MOS管漏-源-漏方向对称，同样地，源极(10)右侧的两个悬臂梁栅(6)也是如此；该四悬臂梁可动栅NMOS管(1)的悬臂梁栅(6)的锚区(7)用多晶硅制作在栅氧化层(5)上，悬臂梁栅(6)下方设计有下拉电极板(8)，下拉电极板(8)接地，下拉电极(8)在悬臂梁栅(6)下的部分被二氧化硅层(5)覆盖，该四悬臂梁可动栅NMOS管(1)的N+有源区源极(10)接地，四悬臂梁可动栅NMOS管(1)的两个漏极(11)分别通过电阻(2)与电源VCC相连，源极(10)和漏极(11)分别通过通孔(9)与引线(4)连接，引线(4)用Al制作；在该RS触发器的源极(10)左侧和右侧各有一个悬臂梁栅(6)作为该RS触发器的输入端S和R，源极左侧(10)另外的一个悬臂梁栅(6)通过引线(4)与右侧的漏极(11)相连，同样地，源极右侧另外一个悬臂梁栅(6)通过引线与左侧的漏极(11)相连，形成对称的结构，输出端Q在源极右侧的漏极(11)和电阻(2)之间输出，输出端Q在源极左侧的漏极(11)和电阻(2)之间输出，为了保证当该MOS管导通时由电阻分压得出输出为低电平，电阻(2)的阻值远大于该MOS管导通的阻抗。
2.根据权利要求1所述的硅基低漏电流四悬臂梁可动栅MOS管的RS触发器，其特征在于所述的四个悬臂梁栅(6)并不是直接紧贴在二氧化硅层(5)上方，而是依靠锚区(7)的支撑悬浮在二氧化硅层(5)上方；该四个悬臂梁栅(6)的下拉电压设计得与该NMOS管的阈值电压相等，只有当四悬臂梁可动栅NMOS管的悬臂梁栅(6)上所加的电压大于NMOS管的阈值电压时，其悬臂梁栅(6)才能下拉并接触二氧化硅层(5)从而使悬臂梁栅NMOS管导通，当所加电压小于NMOS管的阈值电压时悬臂梁栅(6)就不能下拉，在该RS触发器工作时，当四悬臂梁可动栅MOS管处于关断时其悬臂梁栅(6)就处于悬浮态，降低了栅极漏电流，从而降低了电路的功耗。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170804 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |