JP2000133805A - 電界効果トランジスタ、そのような電界効果トランジスタを制御する方法、およびそのような電界効果トランジスタを含む周波数ミキサ手段 - Google Patents

電界効果トランジスタ、そのような電界効果トランジスタを制御する方法、およびそのような電界効果トランジスタを含む周波数ミキサ手段

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JP2000133805A JP11118120A JP11812099A JP2000133805A JP 2000133805 A JP2000133805 A JP 2000133805A JP 11118120 A JP11118120 A JP 11118120A JP 11812099 A JP11812099 A JP 11812099A JP 2000133805 A JP2000133805 A JP 2000133805A
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ヨアンネス・マチルダ・ヨセフス・セフエンハンス
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Alcatel SA
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御端子(G)と第1の主端子(S)と第2
の主端子(D1)とを含む電界効果トランジスタを提供
すること。 【解決手段】 制御端子(G)は、第1の主端子(S)
から第2の主端子(D1)に流れるキャリア(e)の流
れを制御する制御電圧(Vg)を供給するように構成さ
れたゲート電圧手段に結合されるように含まれている。
この電界効果トランジスタはさらに第3の主端子(D
2)を含み、この第3の主端子は、その第3の主端子
(D2)に結合された高入力抵抗電流制御手段(CS)
がキャリアの流れの一部(e’)を第1の主端子(S)
から第3の主端子(D2)に偏向させることができるよ
うに配置され構成されている。第3の主端子はこの電界
効果トランジスタのダブルドレイン(D2)と呼ばれ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項1のプリア
ンブルに記載の電界効果トランジスタ、請求項2のプリ
アンブルに記載のそのような電界効果トランジスタで実
現される制御方法、および請求項3のプリアンブルに記
載のそのような電界効果トランジスタを含む周波数ミキ
サ手段に関する。
【0002】
【従来の技術】そのような電界効果トランジスタは、例
えば、1979年にTata McGraw−Hill
Pulishing Company Limite
dから発行され、ニューデリー−110015、Ind
ustrial Area、Kirti Nagarの
Pearl Offset Pressで印刷された
「Electronic Principles、Se
cond Edition」で当技術分野では既に知ら
れている。この文献の第13章「Field−effe
ct transistors」により詳細に説明され
ているようなアクティブ電子デバイスは、ゲートと呼ば
れる制御端子、ソースと呼ばれる第1の主端子およびド
レインと呼ばれる第2の主端子を含んでいる。この章の
この第1パラグラフには、電界効果トランジスタのゲー
トに加えられるゲート電圧がソースからドレインにチャ
ネルを介して流れるキャリアの流れをどのように制御す
るかが教示されている。このことは、電界効果トランジ
スタが電圧制御デバイスである、すなわち入力電圧だけ
で出力電流を制御することを意味する。
【0003】ソースおよびドレインという用語は、nチ
ャネルまたはpチャネル電界効果トランジスタに対して
同じように使用されることに注意しなければならない。
このことは、nチャネル電界効果トランジスタの場合に
はキャリアは伝導帯電子であり、pチャネル電界効果ト
ランジスタの場合にはキャリアは反転領域のホールであ
ることを意味する。従って、通常の電流は、nチャネル
電界効果トランジスタではドレインからソースに、pチ
ャネル電界効果トランジスタではソースからドレインに
流れる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、322
ページの第2パラグラフに記載されているように、その
ような電界効果トランジスタは多数の利点を有するが、
そのような電界効果トランジスタの主要な欠点は、出力
電流に対する制御能力が小さいということである。この
ことは、電界効果トランジスタは、例えばバイポーラト
ランジスタほど入力電圧の変化に敏感でないことを意味
する。
【0005】本発明の目的は、上記の知られているタイ
プの電界効果トランジスタではあるが、ソースからドレ
インへのキャリアの流れに対する制御能力が改善され、
自由度が増した電界効果トランジスタを提供することで
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は請求項1に記載の電界効果トランジスタによって達
成され、この電界効果トランジスタは請求項2に記載の
制御方法を実現し、また請求項3に記載の周波数ミキサ
手段に含まれる。
【0007】この電界効果トランジスタは、さらに、以
下ダブルドレインと呼ぶ第3の主端子を含み、この第3
の端子が、そのダブルドレインに結合されている高抵抗
電流制御手段を使用可能にするように配置され構成され
ることによって、キャリアの流れの一部をソースからダ
ブルドレインに偏向させることができる。
【0008】実際に、例えば電流源のような高入力抵抗
電流制御手段をダブルドレインに結合することによっ
て、電界効果トランジスタのドレイン電流に余分の制御
能力が与えられる。この電界効果トランジスタは、この
ようにして、電界効果トランジスタのゲートの1つの電
圧制御入力と電界効果トランジスタのダブルドレインの
1つの電流制御入力との混合制御入力を有するデバイス
になる。両方の制御入力はドレイン電流、すなわち電界
効果トランジスタの出力電流を制御する。
【0009】ダブルドレイン端子を介した制御入力が必
要とされない場合には、電界効果トランジスタの通常動
作を考慮しなければならないことを説明しなければなら
ない。このようにして、例えば電流源のような高抵抗電
流制御手段を使用して、ダブルドレイン端子の入力イン
ピーダンスを高くすることが考えられる。一方、電流制
御手段が活動状態である場合には、キャリアの一部が存
在する全てのキャリアを構成する場合でも、必要がある
ときにキャリアの一部を偏向させることできるようにす
ることが重要である。ダブルドレイン端子の高抵抗電流
制御手段は、両方の要件が満たされ得るように設計しな
ければならない。これについては、後のパラグラフで議
論する。
【0010】また、特許請求の範囲で使用される「配置
され、構成される」という表現は、キャリアの偏向が実
際に可能であるようにダブルドレインが配置されなけれ
ばならないことを意味することを説明しなければならな
い。このことは、次のパラグラフでより明らかになろ
う。
【0011】最初に、例えばよく知られている並列ドレ
イントランジスタまたは多指トランジスタと本出願の電
界効果トランジスタとを区別しなければならないことを
明らかにすべきである。実際に、ソースから余分のドレ
インの1つへのキャリアの流れによって形成される、並
列ドレイントランジスタのゲート下の電界は、電界効果
トランジスタの通常動作に従ってソースから第1のドレ
インへのキャリアの流れによって形成される電界からの
方向に対して実質的に平行な方向を有する。そのような
余分の電界はチャネル中の電荷を加速する目的を有し、
これによってより多数のキャリアがソ−スからドレイン
に流れるようになる。ソースから第2のドレインへのキ
ャリアの流れによって形成される本電界効果トランジス
タの電界は、電界効果トランジスタの通常動作に従って
ソースから第1のドレインへのキャリアの流れによって
形成される電界と比較して少なくともゼロでないある角
度以下にある方向を有する。この余分の電界は、追加の
ドレインにキャリアの流れを偏向させる目的を有する。
【0012】さらにまた、例えば国際特許出願WO 9
608041 A1 960314号で使用されている
ダブルドレイントランジスタと本出願のダブルドレイン
トランジスタとを区別しなければならないことを明らか
にすべきである。実際に、上記の特許出願のキャリアの
流れは、磁界の存在に基づいて1つのドレインから他の
ドレインに切り換えられる。本出願の目的は、磁界の時
間分布および空間分布をデジタル的に測定することであ
る。
【0013】最後に、ダブルドレインの適当な位置の結
果、すなわちダブルドレインへのキャリアの偏向が、当
業者に知られている試験によって直接的にかつ確実に検
証できるものであることを説明しなければならない。実
際に、ダブルドレインに結合されている高入力抵抗電流
制御手段の制御下でキャリアの複数の異なる部分が偏向
される場合には、第1のドレインの電流を測定すること
によってダブルドレインの適当な位置を簡単に確認する
ことができる。
【0014】さらに、ダブルドレインをそのように適当
に配置するには、必要以上の実験を要しない。実際に、
本出願のダブルドレインの第1の可能な適当な配置は、
例えばソースと第1のドレインとを有する同じ平面内
で、ゲートからダブルドレインへの方向がソースから第
1のドレインへのキャリアの流れによって形成される電
界の方向に対して実質的に直角になるような配置であ
る。この場合、ダブルドレインは、第1のドレインより
もソースに近く配置され、これによって、電流制御手段
がソースから第1のドレインに流れている全てのキャリ
アをこのダブルドレインに向かって偏向させることがで
きるようになる。ダブルドレインの第2の可能な適当な
配置は、例えば、再びソースと第1のドレインとを有す
る同じ平面内で、チャネルのまわりのソースと第1のド
レインとダブルドレインとによって三角形が形成される
ような配置である。
【0015】ドレイン電流に対する改善された制御能力
を得る代替解決策は、知られているデュアルゲート電界
効果トランジスタであることに注意しなければならな
い。このデュアルゲート電界効果トランジスタは、複数
のゲート電極を介してドレインソース電流を制御する。
そのようなデュアルゲートトランジスタは、例えばミキ
サ回路やメモリ回路のような多数の回路用途にとって魅
力のあるものであるが、そのようなデュアルゲートトラ
ンジスタも電圧制御入力デバイスである。デュアルゲー
ト電界効果トランジスタの用途は、例えば、1979年
にTata McGraw−Hill Pulishi
ng Company Limitedから発行され、
ニューデリー−110015、Industrial
Area、Kirti NagarのPearl Of
fset Pressで印刷された上記の文献「Ele
ctronic Principles、Second
Edition」に、より詳細には673から676
ページのパラグラフ23−8Spurious sig
nalsに記載されている周波数ミキサ回路である。こ
の周波数ミキサでは、到来信号、すなわち無線信号が一
方のゲートに加えられ、局部発振器、すなわちビート周
波数発振器が他方のゲートを駆動し、ミキサの出力に可
聴周波数の信号を与える。
【0016】本発明の電界効果トランジスタの可能な用
途は周波数ミキサ手段である。これは請求項3に記載さ
れている。そのような周波数ミキサ手段では、第1の周
波数が制御端子、すなわちゲートに加えられ、第2の周
波数が第3の主端子、すなわちダブルドレインに加えら
れる。この用途は、実際に、上記のパラグラフの1つで
述べたことから得られる一例である。すなわち、ソース
から第1のドレインに流れるキャリアの一部だけでな
く、全てのキャリアが、所定の時刻にダブルドレインに
偏向される。
【0017】さらに、特許請求の範囲には、1つの余分
のドレインが存在することが記載されているが、本発明
は、ただ1つの余分のドレインに限定されない。実際
に、それぞれ高入力抵抗電流制御手段に結合される複数
の余分のドレインを備えることによって、複数の余分の
ドレイン電極を介してキャリアの一部の偏向が制御さ
れ、ソースから第1のドレインへのキャリアの流れに対
する制御能力が改善され、自由度が増す。
【0018】特許請求の範囲で使用される「含む」とい
う表現は、その後に列挙されている手段に限定されるも
のと解釈すべきではないことに注意すべきである。従っ
て、「手段AとBを含む装置」という表現の範囲は、構
成要素AとBだけから構成される装置に限定されるもの
ではない。それは、本発明に関しては、デバイスの単な
る関連構成要素がAとBであることを意味する。
【0019】同様に、同じく特許請求の範囲で使用され
る「結合された」という表現は、直接的な接続だけに限
定されるものと解釈すべきではない。従って、「装置B
に結合された装置A」という表現の範囲は、装置Aの出
力が直接に装置Bの入力に接続されている装置またはシ
ステムに限定されるものではない。それは、他の装置ま
たは手段を含む経路であることもある経路がAの出力と
Bの入力の間に存在することを意味する。
【0020】添付の図面に関して挙げる一実施形態につ
いての以下の説明を読めば、本発明の上記その他の目的
および特徴が明らかになり、本発明自体が最もよく理解
されよう。
【0021】
【発明の実施の形態】図1を参照すると、本発明による
電界効果トランジスタの第1の実施形態の基本構造が示
されている。電界効果トランジスタの基本構造は、電界
効果トランジスタの表面から基板への基本要素の二次元
投影を示す。電界効果トランジスタは、制御端子すなわ
ちゲートG、第1の主端子すなわちソースS、第2の主
端子すなわち第1のドレインD1、および第3の主端子
すなわちダブルドレインD2と呼ばれる第2のドレイン
を含む。ゲートGはゲート電圧Vgに結合され、ダブル
ドレインD2は電流源CSに結合されている。
【0022】このダブルドレイン電界効果トランジスタ
の動作を説明するために、キャリアが伝導帯電子である
nチャネル電界効果トランジスタであると仮定する。
【0023】電界効果トランジスタの通常動作に従っ
て、ゲート電圧VgがゲートGに制御電圧Vgを供給
し、ゲートGはソースSから第1のドレインDに流れる
キャリアeの流れ(図示の第1の矢印)を制御し、第1
のドレインD1の電流を供給する。
【0024】ダブルドレインD2は、ソースSと第1の
ドレインD1とを有する同じ平面内で、ゲートからダブ
ルドレインへの方向がソースSから第1のドレインD1
へのキャリアの流れによって形成される電界の方向に対
して実質的に直角になるように配置されている。
【0025】ダブルドレインD2に結合されている電流
源CSは、所定の時刻にソースSからダブルドレインD
2へのキャリアの一部e’の偏向(図示の第2の矢印)
を制御する。
【0026】電流源CSがオフ、すなわちダブルドレイ
ンD2の電流が実質的にゼロである場合には、ソースS
から来るキャリアeは、まだ第1のドレインD1に向か
って流れ、電界効果トランジスタの通常動作は乱されな
い。
【0027】電流源CSがオンにされた場合には、ダブ
ルドレインD2は電位降下を有し、それによってキャリ
アの一部e’がこの低電位面に、すなわちダブルドレイ
ンD2に向かって流れるようになる。ダブルドレインD
2の電圧がソースSの電圧より大きくならないようにこ
の電界効果トランジスタを設計するよう注意しなければ
ならない。実際に、そのような場合、電界効果トランジ
スタに電流が注入され、それによって電界効果トランジ
スタは飽和モードにされる。そのような場合、ダブルド
レインは事実上第2のソースになる。これは、上記のよ
うに、電圧制御装置の代わりに電流源CSをダブルドレ
インに結合することによって避けることができる。電流
源CSが適当に設計されている場合には、全てのキャリ
アeがダブルドレインD2に向かって偏向され、実質的
に第1のドレインD1にキャリアが流れなくなり、これ
によって第1のドレインD1からの電流は実質的にゼロ
になる。
【0028】実際に、制御電圧によってゲートGに加え
られた情報と、抵抗電流制御手段CSによってダブルド
レインD2に加えられた情報は、一緒にかつ同時に、電
界効果トランジスタの第1のドレインD1で与えられる
ドレイン電流に伝えられ、送られることに注意しなけれ
ばならない。
【0029】さらに、周波数f1を有する制御電圧Vg
がゲートGに加えられ、周波数f2を有する信号が局部
発振器によってダブルドレインD2に加えられる場合に
は、電界効果トランジスタの出力すなわち第1のドレイ
ンD1で与えられるドレイン電流は2つの印加信号の積
であることに注意しなければならない。電界効果トラン
ジスタは、事実上単一トランジスタミキサとして動作す
る。
【0030】図2を参照すると、本発明による電界効果
トランジスタの第2の実施形態の基本構造が示されてい
る。機能的な基本構造は、図1に示される電界効果トラ
ンジスタに類似している。ダブルドレインD2は、再
び、ソースSと第1のドレインD1とを有する同じ平面
内に配置されている。ただし、主な違いは、図2では、
チャネルのまわりのソースSと第1のドレインD1とダ
ブルドレインD2とによって三角形が形成されるよう
に、ダブルドレインD2が配置されていることである。
【0031】図3を参照すると、本発明による電界効果
トランジスタの概略記号が示されている。電界効果トラ
ンジスタは、ソースS、第1のドレインD1、ゲート電
圧Vgに結合されたゲートG、および電流源CSに結合
された第2のドレインD2を含む。
【0032】図4を参照すると、二重平衡ミキサ回路が
示されている。この二重平衡ミキサ回路は本発明による
4つの電界効果トランジスタを含む。本二重平衡ミキサ
回路の可能な用途を最初に紹介した後で、図に示される
ブロックについての機能説明を行う。この説明によれ
ば、図の機能ブロックの実際の実施は当業者には明らか
になろう。さらに、ミキサ回路の動作をより詳細に説明
する。
【0033】過去数年間、無線電話の電源電圧は下がり
続けている。実際に、次代の無線電話は、送受器の電池
の数、コスト、体積および重さを低減するために、電源
電圧ができるだけ低くならなければならない。本二重平
衡ミキサ回路は、ただ1つのレベルの電界効果トランジ
スタ、すなわち本発明による4つの電界効果トランジス
タを使用することによってこの課題に対応する。
【0034】図3の概略記号は、二重平衡ミキサ回路中
に含まれる各電界効果トランジスタFETa、FET
b、FETcおよびFETdを表すために使用される。
各電界効果トランジスタは、図1、図2および図3を記
述した前のパラグラフで説明した4つの端子を含む。 ・FETaは、Sa、Ga、D1aおよびD2aを含
み、 ・FETbは、Sb、Gb、D1bおよびD2bを含
み、 ・FETcは、Sc、Gc、D1cおよびD2cを含
み、 ・FETdは、Sd、Gd、D1dおよびD2dを含
む。
【0035】さらに、二重平衡ミキサ回路は、2つの抵
抗R1およびR2と、4つの局部発振器Oa、Ob、O
cおよびOdとを含む。
【0036】各電界効果トランジスタは、それぞれソー
スSと、チャネルと、第1のドレインD1と一方の抵抗
R1またはR2とを介して、接地電圧GNDと電源電圧
VDDの間に結合されている(図4参照)。
【0037】各局部発振器は、電圧電源VDDとその添
字に従う電界効果トランジスタの1つのダブルドレイン
D2との間に結合されている。例えば、局部発振器Oc
は電界効果トランジスタFETcのダブルドレインD2
cに結合されている。局部発振器はそれぞれ周波数f2
を有する信号を供給している。
【0038】電界効果トランジスタ、抵抗および局部発
振器は、FETaとFETdが共に電界効果トランジス
タの第1の差動対を形成し、FETbとFETcが共に
電界効果トランジスタの第2の差動対を形成するように
結合されている。
【0039】前のパラグラフで述べたように、このよう
にしてトランジスタのただ1つのレベルが使用されてい
ることに注意しなければならない。
【0040】電界効果トランジスタの第1の差動対に結
合されている局部発振器OaとOdは、共に活動状態ま
たは非活動状態になる。電界効果トランジスタの第2の
差動対に結合されている局部発振器ObとOcもまた共
に活動状態または非活動状態になる。ただし両方の対は
相補活動状態になる。このことは、例えばOaとOdが
活動状態である場合には、ObとOcは非活動状態であ
ることを意味する。
【0041】周波数f1を有する到来信号Vin=(V
in1−Vin2)は各差動対のゲートに加えられる。
Vin1はFETaとFETbのゲートD1aとD1b
にそれぞれ加えられ、Vin2はFETcとFETdの
ゲートD1cとD1dにそれぞれ加えられる。
【0042】二重平衡ミキサの出力Vout=(Vou
t1−Vout2)は各差動対の第1のドレインD1で
与えられる。Vout1はFETaとFETcの第1の
ドレインD1aとD1cでそれぞれ与えられ、Vout
2はFETbとFETdの第1のドレインD1bとD1
dでそれぞれ与えられる。
【0043】活動状態の局部発振器に結合するかまたは
非活動状態の局部発振器に結合するかによって電界効果
トランジスタの第1の差動対が活動状態になるか、また
は電界効果トランジスタの第2の差動対が活動状態にな
るので、出力信号Voutは二重平衡信号である。各電
界効果トランジスタは単一トランジスタミキサとして動
作し、大域回路を結合することによって二重平衡信号が
二重平衡ミキサの出力に与えられる。
【0044】以上、本発明の原理を特定の装置に関して
説明したが、この説明は例として行ったものにすぎず、
特許請求の範囲で定義される本発明の範囲を限定するも
のではないことを明確に理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電界効果トランジスタの第1の実
施形態の基本構造を示す図である。
【図2】本発明による電界効果トランジスタの第2の実
施形態の基本構造を示す図である。
【図3】本発明による電界効果トランジスタの概略記号
を示す図である。
【図4】本発明による4つの電界効果トランジスタを含
む二重平衡ミキサ回路を示す図である。
【符号の説明】
CS 高入力抵抗電流制御手段 D1 第2の主端子 D2 第3の主端子 FETa、FETb、FETc、FETd 電界効果ト
ランジスタ G 制御端子 GND 接地電圧 Oa、Ob、Oc、Od 局部発振器 R1、R2 抵抗 S 第1の主端子 VDD 電源電圧 Vg 制御電圧 Vout 出力

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制御端子(G)と第1の主端子(S)と
    第2の主端子(D1)とを含む電界効果トランジスタで
    あって、前記制御端子(G)が、前記第1の主端子
    (S)から前記第2の主端子(D1)に流れるキャリア
    (e)の流れを制御する制御電圧(Vg)を供給するよ
    うに構成されたゲート電圧手段に結合されるように含ま
    れており、前記電界効果トランジスタがさらに第3の主
    端子(D2)を含み、前記第3の主端子(D2)は、前
    記第3の主端子(D2)に結合された高入力抵抗電流制
    御手段(CS)が前記キャリアの流れの一部(e’)を
    前記第1の主端子(S)から前記第3の主端子(D2)
    に偏向させることができるように配置され構成されてい
    ることを特徴とする電界効果トランジスタ。
  2. 【請求項2】 制御端子(G)と第1の主端子(S)と
    第2の主端子(D1)とを含む電界効果トランジスタを
    制御する制御方法であって、前記制御端子(G)に結合
    されている電圧手段によって供給される制御電圧(V
    g)で前記第1の主端子(S)から前記第2の主端子
    (D1)に流れるキャリア(e)の流れを制御するステ
    ップを含み、さらに、前記電界効果トランジスタの第3
    の主端子(D2)に結合されている高入力抵抗電流制御
    手段(CS)によって、前記キャリアの流れの一部
    (e’)の前記第1の主端子(S)から前記第3の主端
    子(D2)への偏向を制御するステップを含み、前記第
    3の主端子(D2)が前記偏向を可能にするように配置
    され構成されていることを特徴とする制御方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の電界効果トランジスタ
    を少なくとも1つ含み、第1の周波数(f1)が前記制
    御端子(G)に加えられ、第2の周波数(f2)が前記
    第3の主端子(D2)に加えられることを特徴とする周
    波数ミキサ手段。
JP11118120A 1998-05-11 1999-04-26 電界効果トランジスタ、そのような電界効果トランジスタを制御する方法、およびそのような電界効果トランジスタを含む周波数ミキサ手段 Pending JP2000133805A (ja)

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