CN1434519A - 多端子型mos可变电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多端子型MOS可变电容器，其结构是，在MOS电容器(Cf)(5)的悬浮电极上连接多个电容器(c1～cn)(6－1～6－n)的一方端子。另外，从多个电容器(c1～cn)(6－1～6－n)上的另一方端子(Vg1～Vgn)(9－1～9－n)上施加控制电压(Vg1～Vgn)。而且，从MOS电容器(Cf)(5)的沟道侧的端子(Vn)(11)上施加控制电压。如此构成的多端子型MOS可变电容器，在任意的电容器(Cj)(6－j)的另一方端子(Vgj)(9－j)上的有效静电容量C利用变化控制电压能连续进行变化。该MOS可变电容器能连续变化静电容量，当把其使用在振荡器中时，能够进行频率及灵敏度的控制。

Description

多端子型MOS可变电容器
技术领域
本发明涉及能适用于集成电路及高频率集成电路上的、通过从多个端子上施加的电压来控制静电容量的MOS可变电容器。
背景技术
电压控制可变电容器是对应施加的电压大小能控制静电容量的电容器，也称作可变电容器。可变电容器是根据CMOS工序制作的，是使用了(1)PN接合二极管的电压依存特性、或(2)MOS电容器的电压依存特性的器件。另外把相当于(2)的器件称作MOS可变电容器。
可变电容器在控制电路和振荡器上得到广泛使用。例如，在高频率(Radio Frequency)振荡器(以下称RF振荡器)中，为了把振荡频率调节到特定的值而使用可变电容器。另外，在是RF振荡器之一的LC(电感电容器)振荡器中，一般情况下，振荡频率是由以下公式关系来决定的。 ω 0 = 1 / L × C
因此，在使用可变电容器的LC振荡器中，通过改变静电容量值C就能调整频率。另外，作为可变电容器的特性，最好能够控制其在大范围内改变电容器值。另外，最好能够抑制对振荡器的工作产生影响的电容器成分的产生。通过使用具有这种特性的可变电容器就能够在控制电路和振荡电路中在大范围内控制频率的变化。
以下，对使用可变电容器的以往实施例进行说明。例如，在电压控制振荡器(VCO)中，如图12(a)所示的结构那样，是使用了离散的MOS可变电容器121。图12(a)是表示为控制振荡频率而使用离散的MOS可变电容器121的电压控制振荡器(VCO)的电路图的简要结构图，图12(b)是VCO上的离散的MOS可变电容器121的简要结构图。本实施例是在[A.A.Abidi，G.J.Pottie，W.J.Kasier，“Power-Conscious Design of wire lessand Systems.”Proceedings of the IE EE，Vol.88.(NO.10)，PP.1528-1545，2000年10月]中公开的，是使用组合结构的MOS可变电容器的电压控制振荡器(VCO)的代表实施例。
在该结构中，离散的MOS可变电容器121，是把同时与电容器C、2C、4C连接的、形成图12(c)所示结构的MOS电容器122上施加了调整电压。通过改变该调整电压(N沟道的偏压)就能改变有效静电容量。另外，离散的MOS可变电容器121具有，通过用控制信号b0、b1、b2来转换晶体管的开/关，从而能够存储任意的2进数(进位)值的多个电容器组合，并能离散地变更VCO的频率。
图13是特开昭62-179162号公报(公开日：1987年8月6日)中公开的半导体可变电容元件的电路结构图。本发明中，由于是通过从外部把能施加偏压的偏置端子103设置在电容器电极112上，从而能够调节电容器端子105上的静电容量，所以，通过改变偏压值就能改变电容器值。另外，通过用偏压隔离电容器104隔离所连接的外部电路的电压，能够在电容器电极112上施加一定的低偏压。这样防止了在电容器电极112上施加不需要的偏压，从而能实现电容器值不随时间变化的可靠性高的半导体可变电容元件。
另外，作为图12(a)的输出端子LO，通过与图13的电容器端子105连接，可将图13所示的半导体可变电容元件电路置换到图12(a)中的VCO的MOS可变电容器121。
以往的MOS可变电容器，即使不增加新的处理步骤，也能通过COM集成电路的通常的处理容易地实现。另外，MOS可变电容器与二极管(PN接合二极管)相比较，具有静电容量的调整范围大的特性。
但是，MOS可变电容器是具有(1)栅极及(2)硅沟道的2端子器件。就是说，由于是这样的结构，所以要弥补由制造过程中产生的电参数的离散偏差是困难的。
另外，如前所述，在图12(a)中的电路中，使用了能保存任意的2进制数值的多个电容器组合。但是如前所述，由于利用电容器组合而生成的VCO频率形成离散的变化，所以存在着不能使VCO的频率形成连续的变化。并且，由于被控制信号b0、b1及b2控制的转换晶体管的原因，所以增加了使VCO性能指数(Q因数)下降的串联电阻。为弥补该Q因数的下降就需要有非常大的整流晶体管。但是问题在于，该整流晶体管的占用面积会增加VCO的电路面积。
另外，在图13所示的以往例(特开昭62-179162号公报)中，作为偏置控制用端子，具有偏置端子103。另外，偏置点在被调整或选择时，是沿着C-VC曲线移动。但是问题在于，在把图13的半导体可变电容元件用于闭环电路的PLL(Phase Locked Loop：锁相环电路)内的VCO中时，影响其工作的灵敏度ΔC/ΔVC也发生变化。
如上所述，在使用PN接合二极管和MOS可变电容器的以往方式中，其问题在于，静电容量的可变控制范围受到了限制，并且不能控制由静电容量与电压之比所表示的灵敏度ΔC/ΔVC。
发明内容
本发明的目的是，提供一种静电容量能够连续变化、在用于振荡器中时能够控制频率和灵敏度的MOS可变电容器。
为了达到上述目的，本发明提供的多端子型MOS可变电容器，其特征在于：包括，具有在沟道上形成的杂质区域及连接在该杂质区域上的控制端子以及与该沟道对向的悬浮电极的MOS电容器，和一方的端子连接在该悬浮电极上、从另一方的端子能够施加控制电压的多个电容器。
该结构中，多端子型MOS可变电容器，是在MOS电容器的悬浮电极上连接了多个电容器的一方端子。而且，从多个电容器上的另一方端子上能够施加控制电压。因而，通过从多个电容器上的另一方端子上施加控制电压、对控制端子施加控制电压，可连续地改变静电容量，另外，也能调整在制作过程中所产生的偏差。而且不需要增加加工步骤，只需要标准的CMOS加工工序就能完成制造。
关于本发明的其他目的、特征及优点，通过以下的说明将会获得清楚的了解。另外，对于本发明的优点，将在下面参照附图进行详细的说明。
附图说明
图1是多端子型MOS可变电容器的简要构成图。
图2是表示图1所示的多端子型MOS可变电容器的控制电压Vg1与有效静电容量C之间关系的特性图。
图3是表示图1所示的多端子型MOS可变电容器的C-V特性的实测曲线图。
图4是表示具有多个电容器的多端子型MOS可变电容器结构图。
图5是通过单晶硅、多晶硅、CMOS工序制造成的多端子型MOS可变电容器的简要结构图。
图6是表示改变图5所示的通过单晶硅、多晶硅、CMOS工序制造成的多端子型MOS可变电容器的结构后的简要结构图。
图7是表示使用多端子型可变电容器的LC型VCO电路图。
图8是表示图7所示电路中的静电容量C与电压VC之关系的特性图。
图9是适合使用多端子型可变电容器、并能调节C-VC特性曲线斜度的VCO电路图。
图10是表示把幅度调整电压Vb作为参数的VCO的有效节点静电容量C与控制电压Vc之关系的特性图。
图11是表示把倾斜调整电压Vn作为参数的VCO的有效节点静电容量C与控制电压Vc之关系的特性图。
图12(a)是为控制振荡频率而使用了MOS可变电容器的电压控制振荡器(VCO)的电路图。
图12(b)是VCO中的MOS可变电容器的简要结构图。
图12(c)是表示在MOS可变电容器上施加调整电压的MOS电容器结构的图。
图13是表示以往的半导体可变电容元件的电路结构图。
具体实施方式
图1是多端子型MOS可变电容器的简要结构图。在图1中，作为多端子型可变电容器的基本结构表示了3端子型MOS可变电容器。本发明涉及的多端子型MOS可变电容器，简单地讲，是在MOS可变电容器上增加了控制端子的结构。即，多端子型MOS可变电容器1，具有，MOS电容器(Cf)5和电容器(c1)6和电容器(c2)7。另外，具有控制端子(Vg1)9和控制端子(Vg2)10以及控制端子(Vn)11。
MOS电容器(Cf)5是被设置在N沟道2与栅极之间的(器件)。是一方端子的栅极是与沟道相向而设置的，成为悬浮电极(Vf)8。另外，MOS电容器(Cf)5的另一方端子通过在N沟道上形成的是含杂质区域的N+区域3、4后被连接在控制端子(Vn)11上。
电容器(c1)6及电容器(c2)7的一方端子都被连接在悬浮电极(Vf)8上。另外，电容器(c1)6的另一方端子被连接在控制端子(Vg1)9上，电容器(c2)7的另一方端子被连接在控制端子(Vg2)10上。
电容器(c1)6及电容器(c2)7也可以由双、多晶硅电容器(以下称DPC)和金属·绝缘体·金属(以下称MIM)电容器那样的电容器构成。
本发明实施例的多端子型可变电容器，能够通过半导体加工工序制造。另外，多端子型可变电容器不限于达2GHz的高频电路，可以适用于一般的电路。而且，多端子型可变电容器，为了修正在加工工序中发生的参数偏差，或为了在VCO电路中能够在大范围内连续变化静电容量值，通过控制电压来进行静电容量的调节。
在多端子型MOS可变电容器1中，如前所述，在是悬浮节点的悬浮电极8上连接了多个电容器的一方端子后被进行电容器耦合。另外，在将任意的电容器控制电压可以施加的控制端子上的有效静电容量是依存于施加在为调节、控制静电容量而使用的其他电容器控制端子上的电压上。而且，静电容量能连续控制。
在图1所示的构成中，MOS电容器(Cf)5对应栅极电压(悬浮电极(Vf)8的电压)Vf的改变，其静电容量发生变化。也就是说，由栅极沟道之间的电位差决定静电容量的MOS电容器(Cf)5是MOS可变电容器(可变电容器)，有效静电容量由以下公式表示。 C = C 1 × ( C 2 + C f ) C 1 + C 2 + C f - - - C f = f ( vg 1 , vg 2 , vn )
另外，在上式中，是把MOS电容器(Cf)5的静电容量设为cf，把电容器(c1)6的静电容量设为C1，把电容器(c2)7的静电容量设为C2。另外，把施加在控制端子(Vg1)9上的电压设为Vg1，把控制端子(Vg2)10上的电压设为Vg2，把施加在控制端子(Vn)11上的电压设为Vn。
图2是把施加在图1所示的多端子型MOS可变电容器1上的端子(Vg2)10上的电压值Vg2作为参数而表示了控制端子(Vg1)9的控制电压Vg1与有效静电容量C之间关系的特性图。在图2中，随着电压Vg1的增加，有效静电容量C也会增加。另外，当改变控制电压Vg2的值时，C-V曲线就会向横向(Vg1方向)进行移动。有效静电容量C在极限的情况下成为 C ≅ C 2 + C f C 1 > > ( C 2 + C f ) C ≅ C 2 + C min
另外，Cmin是指当MOS电容器(Cf)5是低压型(dcpletion mode)时的静电容量cf的最小值。
这样，在多端子型MOS可变电容器1上，将施加在各端子上的电压Vg1、电压Vg2或电压Vn处于独立后进行调节，根据这点就能调节静电容量值和C-V曲线上的测点，就是说能调节灵敏度ΔC/ΔVC。
另外，在MOS电容器(Cf)5的悬浮电极8(悬浮节点)上的电压Vf成为： Vf = C 1 · V g 1 + C 2 · V g 2 + C f · V n C 1 + C 2 + C f
MOS电容器(Cf)的静电容量cf由于是电压Vf及电压Vn之差的函数，所以一旦将上述公式变形则成为 ( V f - V n ) = C 1 · ( V g 1 - V n ) + C 2 · ( V g 2 - V n ) C 1 + C 2 + C f
图3是由图1中作为MOS电容器(Cf)5所示的N沟道2实施的MOS可变电容器C-V特性的实测曲线图。如图3所示，随着(Vf～Vn)值的增加，有效静电容量C也会连续增加。
在这里，当把在图1所示的多端子型MOS可变电容器1上的有效静电容量C值加大的情况下可以像以下那样来构成。图4是具有多个电容器的多端子型MOS可变电容器12的结构图。另外，在和图1所示的结构相同部位上标有相同符号，因此省略了详细说明。
如图4所示，多端子型MOS可变电容器12，在MOS电容器5的悬浮电极8上分别连接了n个电容器6-1～6-n的一方端子。另外，在n个电容器(c1)6-1～电容器(cn)6-n的另一方端子上分别连接了控制端子(Vg1)9-1～控制端子(Vgn)9-n。而且，在是MOS电容器5的含杂质区域的N+区域3、4上连接了控制端子(Vn)11。
这种情况下，在j号电容器控制端子(Vg1)9-j上的有效静电容量是 C = C j × [ Σ k = 1 , k ≠ j N C k + C M ( Vf ) ] [ Σ k = 1 N C k + C M ( Vf ) ]
另外，CM(Vf)悬浮电容器电位Vf被施加后的MOS电容器(Cf)5的静电容量。另外，悬浮电极的电位Vf是根据结合从控制端子(Vg1)9-1～控制端子(Vgn)9-n上施加的控制电压以及从控制端子(Vn)11的N+1端子上施加的控制电压的N+1个电容器[n个电容器(c1)6-1～电容器(cn)6-n及电容器(Cf)5]的静电容量来决定的。
以下，将根据单晶硅、多晶硅、CMOS加工工序实施的多端子型MOS可变电容器的实施例进行说明。图5是根据单晶硅、多晶硅、CMOS加工工序实施的多端子型MOS可变电容器的简要结构图。多端子型MOS可变电容器21，具有MOS电容器(Cf)25和电容器(c1)26以及电容器(c2)27。另外，还具有控制端子(Vg1)29和控制端子(Vg2)30以及控制端子(Vn)31。
MOS电容器(Cf)25是被设置在N沟道22与栅极之间的，是一方端子的栅极是悬浮电极(Vf)28。另外，MOS电容器(Cf)25的另一方端子通过N沟道22上形成的是含杂质区域的N+区域23及N+区域24而被连接在控制端子(Vn)31上。
电容器(c1)26是被设置在N沟道32与栅极之间，是一方端子的栅极被连接在控制端子(Vg1)29上。另外，电容器(c1)26的另一方端子通过N沟道32上形成的是含杂质区域的N+区域33、34而被连接在悬浮电极(Vf)28上。
电容器(c2)27是被设置在N沟道35与栅极之间，是一方端子的栅极被连接在悬浮电极(Vf)28上。另外，电容器(c2)27的另一方端子通过在N沟道35上形成的是含杂质区域的N+区域36及N+区域37而被连接在控制端子(Vg2)30上。
图5所示的多端子型MOS可变电容器21中，根据单晶硅、多晶硅、CMOS加工工序，在同一硅基板上被电分离的多个N沟道上形成了层叠MOS电容器。即，作为图1所示的多端子型可变电容器1的电容器(c1)6及电容器(c2)7使用了N沟道上形成的电容器(c1)26及电容器(c2)27。另外，控制电压Vn被施加在N沟道22上，控制电压Vg2被施加在N沟道35上。另外，在该结构中，控制电压Vn、控制电压Vg2，对于N沟道图外的P基板必须经常处于正电位。
图6是将通过图5所示的单晶硅、多晶硅、CMOS加工工序制造的多端子型MOS电容器结构变形后的简要结构图。多端子型MOS可变电容器，具有MOS电容器(Cf)45和电容器(c1)46以及电容器(c2)47。另外，还具有控制端子(Vg1)49和控制端子(Vg2)50及控制端子(Vn)51。
MOS电容器(Cf)45被设置在N沟道42与栅极之间，是一方端子的栅极被连接在悬浮电极(Vf)48上。另外，MOS电容器(Cf)45的另一方端子通过N沟道42上形成的是含杂质区域的N+区域43及N+区域44而被连接在控制端子(Vn)51上。
电容器(c1)46被设置在N沟道52与栅极之间，是一方端子的栅极被连接在控制端子(Vg1)49上。另外，电容器(c1)46的另一方端子通过N沟道52上形成的是含杂质区域的N+区域53、54而被连接在悬浮电极(Vf)48上。
电容器(c1)47被设置在N沟道55与栅极之间，是一方端子的栅极被连接在控制端子(Vg2)50上。另外，电容器(c1)47的另一方端子通过在N沟道55上形成的是含杂质区域的N+区域56、57而被连接在悬浮电极(Vf)48上。
另外，在图6所示的多端子型MOS电容器41中，与图5所示的多端子型MOS可变电容器21一样，根据单晶硅、多晶硅、CMOS加工工序，在同一硅基板上被电分离的多个N沟道上形成了层叠MOS电容器。
如上所述，图6所示的多端子型MOS可变电容器41其结构与图5所示的多端子型MOS可变电容器21不同，不仅是控制电压Vg1，其控制电压Vg2也连接在电容器的栅极电极上。另外，在该结构中，当电容器c1与电容器c2相等时成为对称的结构。
以下，对本发明涉及的多端子型MOS可变电容器适用于VCO的实施例进行说明。在面向RF的VCO中，与降低相位杂音同样，其振荡频率的控制性及调整性是重要的，能够实现这些(作用)的多端子型可变电容器可适用于LC型VCO。图7是适用多端子型可变电容器的LC型VCO的电路图。LC型VCO61，具有MOS晶体管62，和电感器63，和电感器64，和电容器(Cc)65，和是第1MOS电容器的MOS电容器(c)56，和是第2MOS电容器的MOS电容器(c)67，和电容器(Cf)68，和MOS晶体管69，和MOS晶体管70。
在电源Vdd上连接了MOS晶体管。另外，在MOS晶体管62上连接了感应器63及感应器64的一方端子。在感应器63的另一方端子上连接了MOS电容器(c)66的一方端子(第1悬浮电极)和MOS晶体管69以及MOS晶体管70的控制端子。在感应器64的另一方端子上连接了MOS电容器(c)67的一方端子(第1悬浮电极)和MOS晶体管70以及MOS晶体管69的控制端子。MOS电容器(c)66的另一方端子(第1端子)与MOS电容器(c)67的另一方端子(第1端子)是相互连接的。而且，在该连接点上连接了电容器(Cc)65的一方端子及电容器(Cf)68的一方端子。在电容器(Cc)65的另一方端子上连接了控制端子Vc，在电容器(Cf)68的另一方端子上连接了控制端子(Vn)72。另外，在GND上连接了MOS晶体管69及MOS晶体管70。
电容器(Cc)65及电容器(Cf)68是低寄生电容器的MIM电容器(或DPC)，在电容器(Cc)65上施加了控制电压Vc。另外，MOS电容器(c)68及MOS电容器(c)67是可变电容器，是使用MOS电容器(MOS可变电容器)来实施的。
另外，由于VCO61的输出V1及V2是不同的值，所以，施加在电容器(Cf)上的电压是由下式表示： Vf = C c · V c + C f · · V n 2 C + C c + C f
该值不依存于RF电压(输出电压)。另外，由于在RF信号上有差异，所以，从输出看到的由各电容器连接的部分(C网络)有效静电容量与RF振荡器的电容器(Cc)65及电容器(Cf)68没有关系，仅仅成为C。
图8是表示图7中电路上的静电容量C与电压VC之关系的特性图。图8中，把电压Vn作为参数，表示了VCO的有效节点静电容量C与控制电压Vc的关系。当控制电压Vn被变更时，C-VC曲线向横向进行移动。在本实施例中，在交差连接的MOS晶体管69及MOS晶体管70上施加了Vx＝1V。另外，是控制用电容器的电容器(Cc)65及电容器(Cf)68的静电容量是Cc＝Cf＝5pF。图7电路中，在能控制静电容量绝对值的基础上，也能控制灵敏度ΔC/ΔVc。
图9是多端子型可变电容器适用的、能调节C-VC特性曲线倾斜的VCO电路图。图10是表示将幅度调整电压Vb作为参数的VCO的有效节点静电容量C与控制电压Vc之关系的特性图。另外，在和图9同一部位上标有相同符号，因此省略了说明。
图9所示的LC型VCO81，其结构是在LC型VCO61上增加了是第3MOS电容器的MOS电容器(Cb)82以及是第4MOS电容器的MOS电容器(Cb)83。即，在LC型VCO61的MOS电容器(c)66的第1悬浮电极上连接了MOS电容器(Cb)82的一方端子(第2悬浮电极)，在MOS电容器(67)的第1悬浮电极上连接了MOS电容器(Cb)83的另一方端子(第2悬浮电极)。另外，MOS电容器(Cb)83的另一方端子(第2端子)与MOS电容器(Cb)84的另一方端子(第2端子)是相互连接的，在该连接点上连接了控制端子(Vb)84。另外，由于在电容器(Cf)68上适用MOS电容器(可变电容器)，因而能将C-V曲线的倾斜进行电控制。
静电容量C、Cc及Cf以及控制电压Vc及Vn是为调节C-V曲线上的操作测点、即灵敏度ΔC/ΔVc而使用的。在适用多端子型可变电容器的VCO上成为 ω 0 = 1 L × [ C ( Vc , Vn ) + C b ( Vb ) ] d ω 0 dVc = - L 2 × ω 0 3 × dC dVc
静电容量Cb及控制电压Vb是为增加或减少静电容量C的绝对值而使用的。这种情况在图10中做了表示。即，随着增加静电容量Cb来减少有效静电容量C。另外，随着增加控制电压Vb来减少有效静电容量。
该电路中是，在交差连接的MOS晶体管69及MOS晶体管70上施加了控制电压Vx＝1V。另外，(Cc)是静电容量Cc＝3pF。而且，电容器(Cf)使用了是静电容量最大值Cfmax＝10pF的MOS可变电容器。
图11是表示把倾斜电压Vn作为参数的VCO的有效节点静电容量C与控制电压Vc之关系的特性图。在图11中表示了利用控制电压Vc来电控制有效静电容量灵敏度的状态。在本实施例中，是把幅度调节电压Vb定为2V。另外，表示了把倾斜电压Vn变更为0.95V、1.1V、1.3V的数据。在图11中是，随着增加控制电压Vc来降低有效静电容量C。另外，随着增加倾斜电压Vn，特性曲线的倾斜会变得险峻。
另外，在图10及图11所示的VCO中其结构是，在两个电容器C的连接点上连接了电容器Cc及电容器Cf，但本发明不仅限于这种结构。即，把多个电容器的一方端子连接在两个电容器C的连接点上，将该多个电容器的另一方端子作为电压控制端子并施加控制电压，这样就能加大静电容量值。
另外，在以上说明中，对于在N沟道上作为含杂质区域由N+区域形成的MOS电容器进行了说明，但本发明不仅限于这种结构。即，如果作为MOS电容器能使用，那么，沟道可以是N沟道，也可以是P沟道，在沟道上形成的含杂质区域可以是N+区域，也可以是P+区域。
如以上所述，
(1)本实施例涉及的多端子型MOS可变电容器包括，具有在沟道上形成的含杂质区域及连接在该含杂质区域上的控制端子及与该沟道相向的悬浮电极的MOS电容器，和一方端子被连接在该悬浮电极上、从另一方端子上可施加控制电压的多个电容器。
该结构是，在多端子型MOS可变电容器上，其多个电容器的一方端子被连接在MOS电容器的悬浮电极上，从多个电容器上的另一方端子上可以施加控制电压。因而，利用从多个电容器上的另一方端子上施加控制电压及从控制端子上施加控制电压来连续变化静电容量的同时，可调整制造时产生的偏差。另外，不用增加处理步骤，能以标准的MOS加工工序来制作多端子型CMOS可变电容器。
(2)在所述的多端子型MOS可变电容器上，把所述多个电容器个数设为N，把由所述悬浮电极的电位Vf施加的所述MOS电容器的静电容量设为CM(Vf)时，那么，j号的电容器的所述另一方端子上的有效静电容量成为 C = C j × [ Σ k = 1 , k ≠ j N C k + C M ( Vf ) ] [ Σ k = 1 N C k + C M ( Vf ) ]
因而，根据连接在MOS电容器的悬浮电极上的电容器个数就能改变有效静电容量C。
(3)所述多个电容器由所述MOS电容器构成的，所述MOS电容器及所述多个电容器是在同一硅基板上被电分离后的多个沟道上形成的。
该结构中，在多端子型MOS可变电容器上，由MOS电容器及MOS电容器构成的多个电容器是在同一硅基板上被电分离后的多个沟道上形成的。因而，不用增加处理步骤，能以标准的CMOS加工工序来制作多端子型MOS可变电容器，从而降低了制作成本。
(4)分别具有在沟道上形成的含杂质区域和连接在该含杂质区域上的第1端子以及与该沟道相向的第1悬浮电极，并包括由第1端子相互连接的第1MOS电容器及第2MOS电容器和由一方端子连接在第1端子上的、从另一方端子上能施加控制电压的多个电容器。
在该结构中，多端子型MOS可变电容器，具有，由连接在沟道上形成的含杂质区域上的第1端子进行相互连接的第1MOS电容器及第2MOS电容器和由一方端子被连接在该第1端子上的多个电容器。多个电容器可分别从另一方端子上施加控制电压。因而，利用将多端子型MOS可变电容器适用于电压控制振荡器上就能调节静电容量的绝对值以及包括控制电压的静电容量灵敏度。
(5)分别具有在沟道上形成的含杂质区域和连接在该含杂质区域上的第2端子以及与该沟道相向的第2悬浮电极，并且包括由该第2端子相互连接的第3MOS电容器及第4MOS电容器，另外，分别把第3MOS电容器的第2悬浮电极连接在所述第1MOS电容器的第1悬浮电极上，把第4MOS电容器的第2悬浮电极连接在所述第2MOS电容器的第1悬浮电极上。
在该结构中，(4)中所述的多端子型MOS可变电容器，包括由连接在沟道上形成的含杂质区域上的第2端子相互连接的第3MOS电容器及第4MOS电容器，另外，分别将该第3MOS电容器的第2悬浮电极连接在所述第1MOS电容器的第1悬浮电极上，将该第4MOS电容器的第2悬浮电极连接在所述第2MOS电容器的第1悬浮电极上。因而，利用将多端子型MOS可变电容器适用于电压控制振荡器上就能调整静电容量的绝对值以及包括控制电压的静电容量灵敏度，与此同时，也能控制C-V曲线的倾斜，从而能实现调整范围大的电压控制振荡器。
在本发明的详细说明项中所述的具体实施情况或实施例是从始至终明确地表述了本发明涉及的技术内容，不应该只限定于其具体例子上来进行狭意的解释，在本发明的构思及本发明的权利要求所述的范围内能实施各种变更。

Claims (7)

1、一种多端子型MOS可变电容器，其特征在于：包括，具有在沟道(2)上形成的含杂质区域(3、4)及连接在该含杂质区域(3、4)上的控制端子(11)以及与该沟道相向的悬浮电极(8)的MOS电容器；和一方的端子连接在该悬浮电极(8)上、从另一方的端子能够施加控制电压(Vg1-Vgn)的多个电容器(6-1～6-n)。
2、根据权利要求1所述的多端子型MOS可变电容器，其特征在于：所述多个电容器(6-1～6-n)具有与所述MOS电容器(5)同样的MOS电容器结构，所述MOS电容器(5)及所述多个电容器(6-1～6-n)是在同一硅基板上经过电分离后的多个沟道(22、32、35)上形成的。
3、根据权利要求1所述的多端子型MOS可变电容器，其特征在于：把所述多个电容器(6-1～6-n)的个数设为N，把所述悬浮电极(8)的电位Vf施加的所述MOS电容器(5)的静电容量设为CM(Vf)，则，第j个电容器(Vj)的所述另一方端子上的有效静电容量是 C = C j × [ Σ k = 1 , k ≠ j N C k + C M ( Vf ) ] [ Σ k = 1 N C k + C M ( Vf ) ]
4、根据权利要求3所述的多端子型MOS可变电容器，其特征在于：所述多个电容器(6-1～6-n)具有与所述MOS电容器(5)同样的MOS电容器结构，所述MOS电容器(5)及所述多个电容器(6-1～6-n)是在同一硅基板上经过电分离后的多个沟道(22、32、35)上形成的。
5、一种多端子型MOS可变电容器，其特征在于：包括，分别具有在沟道上形成的杂质区域、连接在该杂质区域上的第1端子、及与该沟道对向的第1悬浮电极、并使该第1端子构成相互连接的第1MOS电容器(66)及第2MOS电容器(67)；和一方的端子连接在所述第1及第2MOS电容器(66、67)的各第1端子上、从另一方的端子能够施加控制电压的多个电容器(65、68)。
6、根据权利要求4所述的多端子型MOS可变电容器，其特征在于：还包括，分别具有在沟道上形成的杂质区域及连接在该杂质区域上的第2端子以及与该沟道对向的第2悬浮电极、并使该第2端子构成相互连接的第3MOS电容器(82)及第4MOS电容器(83)，分别把该第3MOS电容器(82)的第2悬浮电极连接在第1MOS电容器(66)的第1悬浮电极上，把该第4MOS电容器(83)的第2悬浮电极连接在所述第2MOS电容器(67)的第1悬浮电极上。
7、一种多端子型MOS可变电容器，其特征在于：在具有能够使振荡频率变化的可变电容元件的电压控制振荡器中，所述可变电容元件是权利要求1～6中任意一项所述的多端子型MOS可变电容器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016165627A1 (en) * 2015-04-15 2016-10-20 Huawei Technologies Co., Ltd. Apparatus and method for low loss coupling capacitor

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6847095B2 (en) * 2003-04-01 2005-01-25 Texas Instruments Incorporated Variable reactor (varactor) with engineered capacitance-voltage characteristics
US7223667B2 (en) * 2004-04-21 2007-05-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Compensated linearity voltage-control-capacitor device by standard CMOS process
US7068089B2 (en) * 2004-05-28 2006-06-27 Wionics Research Digitally programmable I/Q phase offset compensation
US7922065B2 (en) * 2004-08-02 2011-04-12 Ati Properties, Inc. Corrosion resistant fluid conducting parts, methods of making corrosion resistant fluid conducting parts and equipment and parts replacement methods utilizing corrosion resistant fluid conducting parts
US7714412B2 (en) * 2004-08-27 2010-05-11 International Business Machines Corporation MOS varactor using isolation well
US7612397B2 (en) * 2006-11-10 2009-11-03 Sharp Kabushiki Kaisha Memory cell having first and second capacitors with electrodes acting as control gates for nonvolatile memory transistors
US20080149983A1 (en) * 2006-12-20 2008-06-26 International Business Machines Corporation Metal-oxide-semiconductor (mos) varactors and methods of forming mos varactors
US8130051B2 (en) * 2008-02-06 2012-03-06 Broadcom Corporation Method and system for varactor linearization
CN102446985B (zh) * 2010-10-14 2013-11-27 众智光电科技股份有限公司 由感光二极管与电容性次基座所构成的混成堆迭结构
JP5569689B2 (ja) 2010-10-15 2014-08-13 ソニー株式会社 可変容量装置、アンテナモジュールおよび通信装置
US8692608B2 (en) 2011-09-19 2014-04-08 United Microelectronics Corp. Charge pump system capable of stabilizing an output voltage
US9030221B2 (en) 2011-09-20 2015-05-12 United Microelectronics Corporation Circuit structure of test-key and test method thereof
US8395455B1 (en) 2011-10-14 2013-03-12 United Microelectronics Corp. Ring oscillator
US8421509B1 (en) 2011-10-25 2013-04-16 United Microelectronics Corp. Charge pump circuit with low clock feed-through
US8588020B2 (en) 2011-11-16 2013-11-19 United Microelectronics Corporation Sense amplifier and method for determining values of voltages on bit-line pair
US8493806B1 (en) 2012-01-03 2013-07-23 United Microelectronics Corporation Sense-amplifier circuit of memory and calibrating method thereof
US8970197B2 (en) 2012-08-03 2015-03-03 United Microelectronics Corporation Voltage regulating circuit configured to have output voltage thereof modulated digitally
US8724404B2 (en) 2012-10-15 2014-05-13 United Microelectronics Corp. Memory, supply voltage generation circuit, and operation method of a supply voltage generation circuit used for a memory array
US8669897B1 (en) 2012-11-05 2014-03-11 United Microelectronics Corp. Asynchronous successive approximation register analog-to-digital converter and operating method thereof
US8711598B1 (en) 2012-11-21 2014-04-29 United Microelectronics Corp. Memory cell and memory cell array using the same
US8873295B2 (en) 2012-11-27 2014-10-28 United Microelectronics Corporation Memory and operation method thereof
US8643521B1 (en) 2012-11-28 2014-02-04 United Microelectronics Corp. Digital-to-analog converter with greater output resistance
US9030886B2 (en) 2012-12-07 2015-05-12 United Microelectronics Corp. Memory device and driving method thereof
US8953401B2 (en) 2012-12-07 2015-02-10 United Microelectronics Corp. Memory device and method for driving memory array thereof
US9299699B2 (en) 2013-03-13 2016-03-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Multi-gate and complementary varactors in FinFET process
US8917109B2 (en) 2013-04-03 2014-12-23 United Microelectronics Corporation Method and device for pulse width estimation
US9105355B2 (en) 2013-07-04 2015-08-11 United Microelectronics Corporation Memory cell array operated with multiple operation voltage
US10491209B2 (en) 2013-07-17 2019-11-26 Qualcomm Incorporated Switch linearizer
US8947911B1 (en) 2013-11-07 2015-02-03 United Microelectronics Corp. Method and circuit for optimizing bit line power consumption
US8866536B1 (en) 2013-11-14 2014-10-21 United Microelectronics Corp. Process monitoring circuit and method
US9143143B2 (en) 2014-01-13 2015-09-22 United Microelectronics Corp. VCO restart up circuit and method thereof
US10367450B2 (en) * 2015-12-15 2019-07-30 Mediatek Inc. Oscillator scheme capable of reducing far-out phase noise and closed-in phase noise
US10461696B2 (en) 2017-10-23 2019-10-29 Analog Devices, Inc. Switched capacitor banks
US10469029B2 (en) 2017-10-23 2019-11-05 Analog Devices, Inc. Inductor current distribution

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62179162A (ja) * 1986-01-31 1987-08-06 Seiko Instr & Electronics Ltd 半導体可変容量素子
JP2662559B2 (ja) * 1989-06-02 1997-10-15 直 柴田 半導体装置
US6268777B1 (en) * 1997-11-20 2001-07-31 Applied Micro Circuits Corporation Single inductor fully integrated differential voltage controlled oscillator with automatic amplitude adjustment and on-chip varactor
US6667506B1 (en) * 1999-04-06 2003-12-23 Peregrine Semiconductor Corporation Variable capacitor with programmability
US6621128B2 (en) * 2001-02-28 2003-09-16 United Microelectronics Corp. Method of fabricating a MOS capacitor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016165627A1 (en) * 2015-04-15 2016-10-20 Huawei Technologies Co., Ltd. Apparatus and method for low loss coupling capacitor
US9837555B2 (en) 2015-04-15 2017-12-05 Futurewei Technologies, Inc. Apparatus and method for a low loss coupling capacitor
US10586878B2 (en) 2015-04-15 2020-03-10 Futurewei Technologies, Inc. Apparatus and method for a low loss coupling capacitor
US11569393B2 (en) 2015-04-15 2023-01-31 Futurewei Technologies, Inc. Apparatus and method for a low loss coupling capacitor

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EP1333501A3 (en) 2005-01-05
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CN1221036C (zh) 2005-09-28
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