JP2003289107A - Capacitive element and hybrid coupler and power distributor - Google Patents

Capacitive element and hybrid coupler and power distributor

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JP2003289107A
JP2003289107A JP2002092181A JP2002092181A JP2003289107A JP 2003289107 A JP2003289107 A JP 2003289107A JP 2002092181 A JP2002092181 A JP 2002092181A JP 2002092181 A JP2002092181 A JP 2002092181A JP 2003289107 A JP2003289107 A JP 2003289107A
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line
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capacitor
wavelength
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Sakae In
榮 尹
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitive element effective for circuit design and layout design by reducing the deterioration of performance at a high frequency. <P>SOLUTION: A capacitive element, formed on a monolithic microwave integrated circuit board 1000, is constituted of a first electrode conductor film 101 and a second electrode conductor film 103 and an insulating film 102; the board 1000 is provided with a main face and a back face located opposite to the main face; a ground conductor film 1001 is formed on the back face of the board 1000; and the first electrode conductor film 101 is formed on the main face of the board 1000; an insulating film 102 is formed on the board 1000 and the first electrode conductor film 101; a conductor wiring part 100 constituted of the second electrode conductor film 103 and 108 and 109 is formed on the insulating film 102; the second electrode conductor film 103 is configured as a part of the conductor wiring part 100; and the first electrode conductor film 101 is connected through a through-hole 104, having a conductor wall face 105 put through the board 1000 to a ground conductor film 1001. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板、特
に、砒化ガリウム(GaAs)のモノリシックマイクロ波集
積回路(MMIC)用容量性素子と前記容量性素子を用いた
MMIC用受動機能回路であるハイブリッドカップラー及び
電力分配器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses a semiconductor substrate, and in particular, a gallium arsenide (GaAs) monolithic microwave integrated circuit (MMIC) capacitive element and the capacitive element.
The present invention relates to a hybrid coupler and a power distributor which are passive functional circuits for MMIC.

【0002】[0002]

【従来の技術】容量性素子は砒化ガリウム(GaAs)のモ
ノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)においての整合
用受動素子として広く用いられている。導体電極と絶縁
膜からなる導体膜/絶縁膜/導体膜(MIM)容量性素子は
半導体基板上の占有面積が小さいため、MMICではインピ
ダンス整合用素子として用いられている。図20(a)に
は従来の容量性素子としてMIM容量性素子を示し、(b)
はX−Xにおける断面構造を示している。前記MIM容量性
素子はモノリシックマイクロ波集積回路基板17000上に
形成されたMIM容量性素子であって、基板上には前記MIM
容量性素子の下部電極である導体膜1701と絶縁膜1702が
形成され、上部電極である導体膜1703は絶縁膜1702の上
に形成されることにより導体膜1701から空間的に分離さ
れ、導体膜1701は絶縁膜1702を貫通する貫通導体棒1704
により接続導体膜1705に接続される。前記MIM容量性素
子の接続面1706と1707に導体配線、又は、他の受動素子
及びトランジスタなどを接続する。図20(a)には接続
面1706と1707と、導体配線1708と1709との接続の一実施
例を示している。前記MIM容量性素子は高周波回路の中
でインピダンス整合のため、シャントされている場合が
多い。図21には従来の高周波回路の一例が示されてい
る。整合用容量性素子であるキャパシタ1801と1802はイ
ンピダンス整合のため、シャントされている。以下では
図21の1801と1802のように一つの接続部が接地されてい
るキャパシタをシャント容量性素子と名称し、導体膜/
絶縁膜/導体膜であるMIM構造を有する容量性素子は、MI
Mシャント容量性素子と名称する。一般的に高周波回路
のインピダンス整合用シャント容量性素子としては、半
導体基板上の占有面積の小さいMIMシャント容量性素子
が幅広く用いられている。図22には半導体基板上の従来
のMIMシャント容量性素子の一例を示している。図22のM
IMシャント容量性素子は、集中定数で表現すると、図21
のキャパシタ1801又は1802に該当する。図22のMIM容量
性素子部1900は図20(a)の容量性素子と同じであるの
で、表記番号は同じにする。従来ではMIM容量性素子部1
900に他の受動素子、又はトランジスタなどを接続する
ため、図22のように上部電極である導体膜1703の接続面
1706には導体配線1901と1902からなるT分岐1920が接続
され、導体配線1902の接続部1903と1904に他の受動素子
又はトランジスタなどが接続される。その一例を図21に
示している。図21のシャントキャパシタ1801にはキャパ
シタ1803とインダクタ1804が接続されており、シャント
キャパシタ1802にはトランジスタ1805とインダクタ1806
が接続されている。インダクタ1807はゲートフィード用
インダクタであり、インダクタ1808はドレインフィード
用インダクタであり、インダクタ1809は整合用インダク
タである。
2. Description of the Related Art Capacitive elements are widely used as matching passive elements in gallium arsenide (GaAs) monolithic microwave integrated circuits (MMICs). Conductive film / insulating film / conductive film (MIM) capacitive element consisting of a conductor electrode and an insulating film has a small occupied area on a semiconductor substrate, and is therefore used as an impedance matching element in MMIC. Figure 20 (a) shows a MIM capacitive element as a conventional capacitive element, and (b)
Shows the cross-sectional structure at XX. The MIM capacitive element is a MIM capacitive element formed on a monolithic microwave integrated circuit substrate 17000, and the MIM capacitive element is formed on the substrate.
A conductor film 1701 which is a lower electrode of a capacitive element and an insulating film 1702 are formed, and a conductor film 1703 which is an upper electrode is spatially separated from the conductor film 1701 by being formed on the insulating film 1702. 1701 is a through conductor rod 1704 that penetrates the insulating film 1702.
Is connected to the connection conductor film 1705. Conductor wiring or other passive elements and transistors are connected to the connection surfaces 1706 and 1707 of the MIM capacitive element. FIG. 20A shows an example of the connection between the connection surfaces 1706 and 1707 and the conductor wirings 1708 and 1709. The MIM capacitive element is often shunted for impedance matching in a high frequency circuit. FIG. 21 shows an example of a conventional high frequency circuit. Capacitors 1801 and 1802, which are matching capacitive elements, are shunted for impedance matching. In the following, a capacitor in which one connection portion is grounded, such as 1801 and 1802 in FIG. 21, is referred to as a shunt capacitive element, and
A capacitive element having an MIM structure that is an insulating film / conductor film is
M Shunt Capacitive element. Generally, an MIM shunt capacitive element having a small occupied area on a semiconductor substrate is widely used as an impedance matching shunt capacitive element in a high frequency circuit. FIG. 22 shows an example of a conventional MIM shunt capacitive element on a semiconductor substrate. M in Figure 22
The IM shunt capacitive element is
Corresponding to the capacitor 1801 or 1802. Since the MIM capacitive element section 1900 in FIG. 22 is the same as the capacitive element in FIG. 20 (a), the notation numbers are the same. Conventionally MIM capacitive element section 1
To connect other passive elements or transistors to 900, connect surface of conductor film 1703, which is the upper electrode, as shown in FIG. 22.
A T-branch 1920 including conductor wirings 1901 and 1902 is connected to 1706, and other passive elements or transistors are connected to the connecting portions 1903 and 1904 of the conductor wiring 1902. An example thereof is shown in FIG. The shunt capacitor 1801 in FIG. 21 is connected to the capacitor 1803 and the inductor 1804, and the shunt capacitor 1802 is connected to the transistor 1805 and the inductor 1806.
Are connected. The inductor 1807 is a gate feed inductor, the inductor 1808 is a drain feed inductor, and the inductor 1809 is a matching inductor.

【0003】又、図22の従来のMIMシャント容量性素子
では接続導体膜1705の接続面1707には導体配線1908が接
続され、導体配線1908は接地電位が供給される導体接地
パッド1909に接続され、導体接地パッド1909はボンディ
ングワイヤ1910を介して外部の接地端子に接続される。
断面構造を示す図20(b)から分かるように、下部電極
である導体膜1701は貫通導体棒1704により接続導体膜17
05に接続されているため、下部電極である導体膜1701に
は接地電位が供給される。しかし、図22の従来のMIMシ
ャント容量性素子には次のような問題点がある。
Further, in the conventional MIM shunt capacitive element of FIG. 22, the conductor wiring 1908 is connected to the connection surface 1707 of the connection conductor film 1705, and the conductor wiring 1908 is connected to the conductor ground pad 1909 to which the ground potential is supplied. The conductor ground pad 1909 is connected to an external ground terminal via a bonding wire 1910.
As can be seen from FIG. 20B showing the cross-sectional structure, the conductor film 1701 which is the lower electrode is connected to the connection conductor film 17 by the through conductor rod 1704.
Since it is connected to 05, the ground potential is supplied to the conductor film 1701 which is the lower electrode. However, the conventional MIM shunt capacitive element of FIG. 22 has the following problems.

【0004】(1)前記MIMシャント容量性素子は、MIM
容量性素子部1900と他の受動素子又はトランジスタとの
接続のため、導体配線1901と1902からなるT分岐1920を
有し、又、下部電極である導体膜1701への接地電位供給
のため、導体配線1908と導体接地パッド1909とボンディ
ングワイヤ1910からなる接地電位供給部1930を有するた
め、半導体基板上の占有面積が大きい。
(1) The MIM shunt capacitive element is a MIM
For connecting the capacitive element portion 1900 to another passive element or transistor, a T-branch 1920 including conductor wirings 1901 and 1902 is provided, and a conductor is provided for supplying a ground potential to the conductor film 1701 which is the lower electrode. Since the ground potential supply unit 1930 including the wiring 1908, the conductor ground pad 1909, and the bonding wire 1910 is included, the area occupied on the semiconductor substrate is large.

【0005】(2)前記MIMシャント容量性素子を用い
ると、導体配線1908とボンディングワイヤ1910による寄
生インダクタンス、又ボンディングワイヤ1910と導体接
地パッド1909間の接触部による寄生容量及び寄生インダ
クタンス、導体膜1703と導体配線1902の間に生じるカッ
プリングなどのため、高周波での性能が劣化する。例え
ば100μmの厚さを有する砒化ガリウム(GaAs)基板上
に、幅20μmと長さ100乃至1000μmを有する導体配線190
8からは、約0.06 乃至3 nHの寄生インダクタンスが生
じ、長さ500乃至1000μmを有するAuからなるボンディン
グワイヤ1910からは、約0.5乃至1 nHの寄生インダクタ
ンスが生じる。
(2) When the MIM shunt capacitive element is used, the parasitic inductance of the conductor wiring 1908 and the bonding wire 1910, the parasitic capacitance and parasitic inductance of the contact portion between the bonding wire 1910 and the conductor ground pad 1909, and the conductor film 1703. The performance at high frequencies deteriorates due to the coupling that occurs between the conductor wiring 1902 and the conductor wiring 1902. For example, a conductor wiring 190 having a width of 20 μm and a length of 100 to 1000 μm is formed on a gallium arsenide (GaAs) substrate having a thickness of 100 μm.
From 8, a parasitic inductance of about 0.06 to 3 nH is generated, and from a bonding wire 1910 made of Au having a length of 500 to 1000 μm, a parasitic inductance of about 0.5 to 1 nH is generated.

【0006】(3)又、前記寄生成分及びカップリング
のため、前記MIMシャント容量性素子は、高周波、特にK
帯域(18 乃至26.5 GHz)又はそれ以上の周波数帯域で
は図21の1801又は1802のように単純な集中定数キャパシ
タにより表現できない。従って、レイアウトと回路設計
を効率良く行うためには、別途の集中定数等価回路とそ
の数式モデルが必要である。しかし、前記MIMシャント
容量性素子の場合は、寄生成分とカップリングが生じる
複雑な構造を有するため、集中定数等価回路と数式モデ
ルの構築が難しい。そのため、前記MIMシャント容量性
素子を用いると高周波においての回路設計とレイアウト
設計を効率良く行えない。
(3) Further, due to the parasitic component and the coupling, the MIM shunt capacitive element has a high frequency, especially K.
In the band (18 to 26.5 GHz) or higher, it cannot be expressed by a simple lumped capacitor like 1801 or 1802 in FIG. Therefore, in order to perform layout and circuit design efficiently, a separate lumped constant equivalent circuit and its mathematical model are required. However, in the case of the MIM shunt capacitive element, it is difficult to construct a lumped constant equivalent circuit and a mathematical model because it has a complicated structure in which parasitic components and coupling occur. Therefore, if the MIM shunt capacitive element is used, circuit design and layout design cannot be performed efficiently at high frequencies.

【0007】前記課題(3)の詳細な説明のため、図23
には従来のMIMシャント容量性素子を用いて回路設計と
レイアウト設計を行う場合の作業内容をフローチャート
で示している。図23から分かるように、例えば図22のよ
うな従来のMIMシャント容量性素子を用いて図21のよう
な回路設計を行う場合は、まずMIMシャント容量性素子
として図21の1801又は1802のような一つの集中定数キャ
パシタを用いて要望する性能が得られるまで回路設計を
行い(ステップ1)、その結果、例えば0.2 pFという容
量値が最適値として決まったら、図22のMIM容量性素子
部1900が0.2 pFの容量値を有するように図22のMIMシャ
ント容量性素子のパターンをレイアウトする(ステップ
2)。その後、図22のMIMシャント容量性素子に対して電
磁界解析を行う(ステップ3)。その後、電磁界解析結
果をステップ1で解析した回路に反映する(ステップ
4)。ステップ1では図22のMIMシャント容量性素子の寄
生成分を考慮しなく、単純なキャパシタで回路設計を行
う。そのため、普通は、ステップ4で電磁界解析結果を
回路に反映した場合の回路性能は、ステップ1で得られ
た性能と大きくずれる。この場合、要望する性能(ステ
ップ1で得られた回路性能)が得られるまで、図22のMIM
シャント容量性素子の形状を変更させながら、レイアウ
ト設計と電磁界解析と回路設計を繰り返して行う必要が
ある。そのため、前記MIMシャント容量性素子を用いる
と高周波においての回路設計とレイアウト設計を効率良
く行えない。
To explain the above-mentioned problem (3) in detail, FIG.
Figure 2 shows a flow chart of the work contents when performing circuit design and layout design using a conventional MIM shunt capacitive element. As can be seen from FIG. 23, for example, when performing a circuit design as shown in FIG. 21 using the conventional MIM shunt capacitive element as shown in FIG. 22, first, as the MIM shunt capacitive element, as shown in 1801 or 1802 in FIG. The circuit design is performed using one lumped constant capacitor until the desired performance is obtained (step 1). As a result, for example, when the capacitance value of 0.2 pF is determined as the optimum value, the MIM capacitive element unit 1900 shown in FIG. Layout the pattern of the MIM shunt capacitive element in Figure 22 so that has a capacitance value of 0.2 pF (step
2). Then, electromagnetic field analysis is performed on the MIM shunt capacitive element of FIG. 22 (step 3). After that, the electromagnetic field analysis result is reflected in the circuit analyzed in step 1 (step
Four). In step 1, the circuit is designed with a simple capacitor without considering the parasitic component of the MIM shunt capacitive element in FIG. Therefore, normally, the circuit performance when the electromagnetic field analysis result is reflected in the circuit in step 4 is largely deviated from the performance obtained in step 1. In this case, until the desired performance (circuit performance obtained in step 1) is obtained,
It is necessary to repeatedly perform layout design, electromagnetic field analysis, and circuit design while changing the shape of the shunt capacitive element. Therefore, if the MIM shunt capacitive element is used, circuit design and layout design cannot be performed efficiently at high frequencies.

【0008】従来のMIMシャント容量性素子においての
前記課題(3)のため、高周波、特にK帯域又はそれ以
上の周波数では整合用シャント容量性素子として開放ス
タブが良く用いられている。図24(a)には半導体基板
上の従来のシャント容量性素子としての開放スタブを示
し、(b)にはX−Xにおける断面構造を示している。半
導体基板20000上の導体開放線路2001は導体配線2002と
接続される。導体配線2002の接続部2003と2004には他の
受動素子、又はトランジスタなどが接続される。導体開
放線路2001と導体配線2002の接続面2005から見た長さL'
を有する開放線路2001の入力アドミッタンスは次の(数
1)で表される。
Due to the above-mentioned problem (3) in the conventional MIM shunt capacitive element, an open stub is often used as a matching shunt capacitive element at a high frequency, particularly at a frequency of K band or higher. FIG. 24 (a) shows an open stub as a conventional shunt capacitive element on a semiconductor substrate, and FIG. 24 (b) shows a sectional structure taken along line XX. The conductor open line 2001 on the semiconductor substrate 20000 is connected to the conductor wiring 2002. Other passive elements, transistors, or the like are connected to the connecting portions 2003 and 2004 of the conductor wiring 2002. Length L'as seen from the connecting surface 2005 between the conductor open line 2001 and the conductor wiring 2002
The input admittance of the open line 2001 having the following is expressed by the following (Equation 1).

【0009】[0009]

【数1】 [Equation 1]

【0010】上記(数1)でYCは開放線路2001の特性ア
ドミッタンスであり、λgは動作周波数での波長であ
り、L'は開放線路の長さである。前記開放線路2001の容
量値をC'で表示すると、容量値C'は(数2)で表され
る。
In the above (Formula 1), Y C is the characteristic admittance of the open line 2001, λg is the wavelength at the operating frequency, and L'is the length of the open line. When the capacitance value of the open line 2001 is represented by C ′, the capacitance value C ′ is represented by (Equation 2).

【0011】[0011]

【数2】 [Equation 2]

【0012】上記(数2)でfは動作周波数である。L'
がλg/4以下である場合、tan(2πL'/λg) は正の値を有
するため、C'は正であり、図24(a)の開放スタブは
(数2)のC'の容量値を有する。(数2)から分かるよ
うに容量値C'は、開放線路の長さL'を調整することによ
り調整できる。高周波での整合用シャント容量性素子と
して前記開放スタブを用いると、寄生成分の問題が無く
なるため、高周波での性能の劣化の問題が生じない。
又、高周波での入力アドミッタンスの振る舞いは(数
1)のように簡単に表現され、又、集中定数等価回路
は、(数2)のようにL'の関数である容量値C'を有する
シャントキャパシタにより簡単に表現され、回路設計と
レイアウト設計の整合性が取れやすい。例えば、図21の
回路設計の結果により決まったキャパシタ1801又は1802
の最適容量値がC'であると、(数2)から図24(a)の
開放線路2001の長さL'が決まり、この長さで図24(a)
の開放スタブをレイアウトすれば良い。しかし、前記開
放スタブを用いると、前述した利点はあるが、次のよう
な問題点がある。
In the above (Formula 2), f is the operating frequency. L '
If There is lambda] g / 4 or less, 'for (/ lambda g is having a positive value, C tan 2πL)' is positive, the capacity of the open stub (number 2) of C 'shown in FIG. 24 (a) Has a value. As can be seen from (Equation 2), the capacitance value C ′ can be adjusted by adjusting the length L ′ of the open line. When the open stub is used as the matching shunt capacitive element at high frequency, the problem of parasitic components is eliminated, so that the problem of performance deterioration at high frequency does not occur.
Also, the behavior of the input admittance at high frequency is simply expressed as in (Equation 1), and the lumped constant equivalent circuit has a shunt having a capacitance value C'which is a function of L'as in (Equation 2). It is easily expressed by a capacitor, and the circuit design and layout design can be easily matched. For example, the capacitor 1801 or 1802 determined by the result of the circuit design of FIG.
When the optimum capacitance value of C is C ', the length L'of the open line 2001 in FIG. 24 (a) is determined from (Equation 2), and this length is shown in FIG. 24 (a).
You can lay out the open stubs. However, using the open stub has the advantages described above, but has the following problems.

【0013】(4)前記開放スタブは前記MIMシャント
容量性素子に比べ、モノリシックマイクロ波集積回路用
半導体チップ上の占有面積が大きいためチップサイズが
大きくなり、製造コストが高くなる。例えば100μmの厚
さを有する砒化ガリウム(GaAs)基板上に、容量値0.1
乃至0.5 pFを有する開放スタブを作製すると幅20μmの
場合、図24(a)の開放線路の長さL'は600乃至1000μm
である。
(4) Since the open stub occupies a larger area on the semiconductor chip for the monolithic microwave integrated circuit than the MIM shunt capacitive element, the chip size is large and the manufacturing cost is high. For example, on a gallium arsenide (GaAs) substrate having a thickness of 100 μm, a capacitance value of 0.1
When an open stub with 0.5 to 0.5 pF is produced and the width is 20 μm, the length L'of the open line in Fig. 24 (a) is 600 to 1000 μm.
Is.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】前述した理由(1)〜
(3)により、整合用シャント容量性素子としての従来
のMIMシャント容量性素子は、半導体チップ上の占有面
積が大きいという問題点、高周波での寄生成分による性
能劣化の問題と、高周波においての集中定数等価回路及
び数式モデルの構築が難しいため回路設計とレイアウト
設計を効率良く行えないという問題点を有している。
又、前述した理由(4)により整合用シャント容量性素
子としての従来の開放スタブは半導体チップ上の占有面
積が大きいという問題点を有している。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention (1)
Due to (3), the conventional MIM shunt capacitive element as a matching shunt capacitive element has a problem that the semiconductor chip occupies a large area, a problem of performance deterioration due to parasitic components at high frequencies, and concentration at high frequencies. Since it is difficult to construct a constant equivalent circuit and a mathematical model, there is a problem that circuit design and layout design cannot be performed efficiently.
Further, due to the above-mentioned reason (4), the conventional open stub as the matching shunt capacitive element has a problem that the occupied area on the semiconductor chip is large.

【0015】本発明は、半導体チップ上の占有面積が小
さく、高周波での性能劣化が小さく、且つ集中定数等価
回路及び数式モデルの構築が容易であることから回路設
計とレイアウト設計に有効なMIMシャント容量性素子の
実現と、前記容量性素子を用いたMMIC用小型受動機能回
路の実現を目的とする。
The present invention is a MIM shunt effective for circuit design and layout design because it occupies a small area on a semiconductor chip, has little performance deterioration at high frequencies, and can easily construct a lumped constant equivalent circuit and a mathematical model. An object of the present invention is to realize a capacitive element and a small passive function circuit for MMIC using the capacitive element.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】モノリシックマイクロ波
集積回路基板上に形成された容量性素子であって、前記
容量性素子は第1の電極である下部導体膜と、第2の電極
である導体配線と、絶縁膜からなり、前記基板は主面と
前記主面と反対側の面である裏面を有し、前記基板の前
記裏面上には接地導体膜が形成され、前記基板の前記主
面上には前記下部導体膜が形成され、前記基板と下部導
体膜の上には前記絶縁膜が形成され、前記絶縁膜上には
前記導体配線が形成され、前記基板上のトランジスタ又
は受動素子は前記導体配線によりお互いに接続され、前
記容量性素子は前記下部導体膜と前記導体配線の交差部
から生じる容量値を有し、前記下部導体膜は、前記基板
の前記主面と前記裏面を貫通する導体壁面を有する貫通
孔により前記接地導体膜と接続されたことを特徴とする
容量性素子である。前記容量性素子を用いることによ
り、半導体チップ上の占有面積が小さくなり、寄生成分
による高周波での性能劣化が小さくなり、且つ集中定数
等価回路及び数式モデルの構築が容易であることから回
路設計とレイアウト設計を効率良く行えるという利点が
得られる。
A capacitive element formed on a monolithic microwave integrated circuit substrate, wherein the capacitive element is a lower conductor film that is a first electrode and a conductor that is a second electrode. The substrate includes a wiring and an insulating film, the substrate has a main surface and a back surface that is a surface opposite to the main surface, and a ground conductor film is formed on the back surface of the substrate, and the main surface of the substrate The lower conductor film is formed on the substrate, the insulating film is formed on the substrate and the lower conductor film, the conductor wiring is formed on the insulating film, and a transistor or a passive element on the substrate is formed. The capacitive element is connected to each other by the conductor wiring, the capacitive element has a capacitance value generated from an intersection of the lower conductor film and the conductor wiring, and the lower conductor film penetrates the main surface and the back surface of the substrate. Through the through hole having the conductor wall surface A capacitive element, characterized in that connected to the body layer. By using the capacitive element, the occupied area on the semiconductor chip is reduced, the performance degradation at high frequencies due to parasitic components is reduced, and the lumped constant equivalent circuit and the mathematical model can be easily constructed. The advantage is that layout design can be performed efficiently.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明の利点は、以下の説明及び
添付図面を参照してより良く理解される。本発明では半
導体チップ上で小さい占有面積を有し、高周波での性能
劣化が小さく、且つ集中定数等価回路及び数式モデルの
構築が容易であることから回路設計とレイアウト設計に
有効なMIMシャント容量性素子と、前記容量性素子を用
いたMMIC用小型受動機能回路を提案する。図22の導体配
線1902の一部を上部電極として用い、図22のMIM容量性
素子部1900と接地電位供給部1930を導体配線1902の下に
形成すれば、半導体基板上での占有面積が小さくなり、
寄生成分が小さくなるため、前述した問題点が解決でき
る。
The advantages of the present invention will be better understood with reference to the following description and accompanying drawings. The present invention has a small occupied area on a semiconductor chip, has a small performance deterioration at high frequency, and is easy to construct a lumped constant equivalent circuit and a mathematical model. We propose a device and a small passive function circuit for MMIC using the capacitive device. If a part of the conductor wiring 1902 in FIG. 22 is used as the upper electrode and the MIM capacitive element portion 1900 and the ground potential supply portion 1930 in FIG. 22 are formed below the conductor wiring 1902, the area occupied on the semiconductor substrate is small. Becomes
Since the parasitic component is reduced, the above-mentioned problems can be solved.

【0018】図1(a)には、本発明の一実施形態に係わ
るMIMシャント容量性素子を示し、(b)には(a)のX−
Xにおける断面構成を示している。図1(a)と(b)で
は、図22のMIM容量性素子部1900と接地電位供給部1930
が導体配線部100の下に形成され、上部電極である導体
膜103は前記導体配線部100の一部である。導体配線部10
0の中、MIMシャント容量性素子の容量値に係わる部分
は、導体膜103であり、導体膜103は下部電極である導体
膜101の長さと同一値である長さLを有する。前記容量性
素子はモノリシックマイクロ波集積回路基板上に形成さ
れたMIMシャント容量性素子であって、例えばGaAsから
なる基板1000は主面と前記主面と反対側の面である裏面
を有し、基板の裏面上には、例えば金(Au)からなる接
地導体膜1001が形成されている。接地導体膜1001には接
地電位が供給される。基板1000の主面上にはMIMシャン
ト容量性素子の下部電極である導体膜101と、例えば、
シリコンナイトライド−(SiN)からなる絶縁膜102が形
成される。半導体基板上の導体配線の一部であり、且つ
MIMシャント容量性素子の上部電極である導体膜103は絶
縁膜102の上に形成される。導体膜101は基板1000の主面
と裏面を貫通する貫通孔104と導体壁面105により接地導
体膜1001と接続される。前記MIMシャント容量性素子の
上部電極は、導体配線の一部からなる。即ち、導体膜10
3はMIMシャント容量性素子の上部電極であり、前記導体
膜103と導体配線108と109からなる導体配線部100は、半
導体基板上の受動素子及びトランジスタなどをお互いに
接続する。そのため、前記MIMシャント容量性素子の接
続面106と107には、他の受動素子及びトランジスタなど
を接続する。図1(a)のように基板上のMIMシャント容
量性素子の占有面積を小さくするため、導体膜101と貫
通孔104を導体膜103の直下に形成する必要がある。貫通
孔の直径は好ましくは20乃至100μmである。前記MIMシ
ャント容量性素子の容量成分は、導体配線の一部である
導体膜103と導体膜101と絶縁膜102からなる容量部から
得られる。そのため、前記MIMシャント容量性素子の容
量値は導体膜101と103のサイズから決まる。もし、導体
膜101と103の幅を固定すると、容量値は導体膜101の長
さLにより決まる。
FIG. 1A shows a MIM shunt capacitive element according to an embodiment of the present invention, and FIG.
The cross-sectional structure at X is shown. In FIGS. 1A and 1B, the MIM capacitive element unit 1900 and the ground potential supply unit 1930 of FIG.
Is formed under the conductor wiring portion 100, and the conductor film 103 as the upper electrode is a part of the conductor wiring portion 100. Conductor wiring part 10
Of 0, the portion related to the capacitance value of the MIM shunt capacitive element is the conductor film 103, and the conductor film 103 has a length L that is the same value as the length of the conductor film 101 that is the lower electrode. The capacitive element is a MIM shunt capacitive element formed on a monolithic microwave integrated circuit substrate, for example, a substrate 1000 made of GaAs has a main surface and a back surface that is a surface opposite to the main surface, A ground conductor film 1001 made of, for example, gold (Au) is formed on the back surface of the substrate. A ground potential is supplied to the ground conductor film 1001. On the main surface of the substrate 1000, a conductor film 101 which is a lower electrode of the MIM shunt capacitive element,
An insulating film 102 made of silicon nitride- (SiN) is formed. A part of the conductor wiring on the semiconductor substrate, and
The conductor film 103, which is the upper electrode of the MIM shunt capacitive element, is formed on the insulating film 102. The conductor film 101 is connected to the ground conductor film 1001 by a through hole 104 penetrating the main surface and the back surface of the substrate 1000 and a conductor wall surface 105. The upper electrode of the MIM shunt capacitive element consists of a part of the conductor wiring. That is, the conductor film 10
Reference numeral 3 denotes an upper electrode of the MIM shunt capacitive element, and the conductor wiring portion 100 including the conductor film 103 and the conductor wirings 108 and 109 connects the passive element and the transistor on the semiconductor substrate to each other. Therefore, other passive elements and transistors are connected to the connection surfaces 106 and 107 of the MIM shunt capacitive element. In order to reduce the occupied area of the MIM shunt capacitive element on the substrate as shown in FIG. 1A, it is necessary to form the conductor film 101 and the through hole 104 immediately below the conductor film 103. The diameter of the through hole is preferably 20 to 100 μm. The capacitance component of the MIM shunt capacitive element is obtained from the capacitance portion including the conductor film 103, the conductor film 101, and the insulating film 102, which is a part of the conductor wiring. Therefore, the capacitance value of the MIM shunt capacitive element is determined by the size of the conductor films 101 and 103. If the widths of the conductor films 101 and 103 are fixed, the capacitance value is determined by the length L of the conductor film 101.

【0019】前記MIMシャント容量性素子を用いると、
半導体基板上の占有面積が小さくなり、寄生成分による
高周波での性能劣化が小さくなる。その理由に対しては
以下に説明する。図22の従来のMIMシャント容量性素子
と比較すると、図1(a)のMIMシャント容量性素子の場
合は、図22のMIM容量性素子部1900と接地電位供給部193
0が導体配線1902に該当する導体膜103の下に形成され、
又、図22の導体配線1902に該当する導体膜103が上部電
極として用いられる。そのため、図1(a)のMIMシャン
ト容量性素子の場合は、図22の従来のMIMシャント容量
性素子に比べ、MIM容量性素子部1900と接地電位供給部1
930の半導体基板上の占有面積分が無くなる。従って、
図1(a)のMIMシャント容量性素子は半導体基板上で小
さい占有面積を有する。例えば100μmの厚さを有する砒
化ガリウム(GaAs)基板上の絶縁膜として高さ200nmのS
iN絶縁膜を用いると、容量値0.1乃至0.5 pFを有するMIM
シャント容量性素子を作製する場合、そのサイズは20X2
0乃至20X120 μm2である。又、図1(a)のMIMシャント
容量性素子の場合は、図22の1920のようなT分岐を有し
ないため、図22の導体配線1902と導体膜1703の間のカッ
プリングのような寄生成分は生じない。又、図1(a)の
MIMシャント容量性素子では接地電位を下部電極である
導体膜101に供給することにおいて、貫通孔104の導体壁
面105だけを介して裏面の接地導体膜1001から供給する
ため、接地電位供給部の寄生インダクタンスは貫通孔10
4の導体壁面105だけから生じる。そのため、図1(a)の
MIMシャント容量性素子においての接地電位供給部の寄
生インダクタンスは、図22の従来のMIMシャント容量性
素子に比べて小さくなる。例えば100μmの厚さを有する
GaAs基板上に、前記GaAs基板を貫通する導体壁面と貫通
孔を作製すると、約0.02乃至0.03nHの寄生インダクタン
スが生じる。
Using the MIM shunt capacitive element,
The occupied area on the semiconductor substrate is reduced, and the deterioration of performance at high frequencies due to parasitic components is reduced. The reason will be described below. Compared with the conventional MIM shunt capacitive element of FIG. 22, in the case of the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a), the MIM capacitive element section 1900 and the ground potential supply section 193 of FIG.
0 is formed under the conductor film 103 corresponding to the conductor wiring 1902,
Further, the conductor film 103 corresponding to the conductor wiring 1902 in FIG. 22 is used as the upper electrode. Therefore, in the case of the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a), compared to the conventional MIM shunt capacitive element of FIG. 22, the MIM capacitive element section 1900 and the ground potential supply section 1
The area occupied by the 930 on the semiconductor substrate is eliminated. Therefore,
The MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a) has a small occupied area on the semiconductor substrate. For example, as an insulating film on a gallium arsenide (GaAs) substrate having a thickness of 100 μm, a 200 nm high S
MIM with capacitance value of 0.1 to 0.5 pF using iN insulating film
When making a shunt capacitive element, its size is 20X2
0 to 20 × 120 μm 2 . Further, in the case of the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a), since it does not have a T-branch like 1920 in FIG. 22, parasitic capacitance such as coupling between the conductor wiring 1902 and the conductor film 1703 in FIG. No ingredients occur. In addition, in Figure 1 (a)
In the MIM shunt capacitive element, when the ground potential is supplied to the conductor film 101 which is the lower electrode, since it is supplied from the ground conductor film 1001 on the back surface only through the conductor wall surface 105 of the through hole 104, parasitic of the ground potential supply unit Inductance is through hole 10
It arises only from the conductor wall 105 of the four. Therefore, in Figure 1 (a)
The parasitic inductance of the ground potential supply section in the MIM shunt capacitive element is smaller than that in the conventional MIM shunt capacitive element shown in FIG. Having a thickness of eg 100 μm
When a conductor wall surface and a through hole penetrating the GaAs substrate are formed on the GaAs substrate, a parasitic inductance of about 0.02 to 0.03 nH is generated.

【0020】以下では、前記MIMシャント容量性素子に
対する集中定数等価回路及び数式モデルの構築に関して
説明する。図22の従来のMIMシャント容量性素子の場合
は、寄生成分及びカップリングのため、高周波、特にK
帯域又はそれ以上の周波数帯域においての集中定数等価
回路及び数式モデルを構築するのは難しい。しかし、前
述した理由により図1(a)のMIMシャント容量性素子で
は寄生成分及びカップリングが少ないため、高周波での
散乱係数特性は簡単な集中定数等価回路及び数式モデル
で表現できる。そのため、回路設計とレイアウト設計の
相関性が良く、両者を効率良く行える。図2(a)には、
図1(a)のMIMシャント容量性素子の集中定数等価回路
を示している。説明の便宜を図るため、図2(b)にMIM
シャント容量性素子の断面構造の中に集中定数等価回路
を示している。図2(b)では、MIMシャント容量性素子
をなす各要素を指定する番号は図1(b)と同じである。
図2(b)のMIMシャント容量性素子において、導体膜101
と103の間の絶縁膜容量部はキャパシタ200により表現さ
れ、導体膜101と接地導体膜1001の間の寄生容量部はキ
ャパシタ201により表現される。前記絶縁膜容量部キャ
パシタ200は、図21のキャパシタ1801又は1802のように
回路設計上の整合用として必要なシャントキャパシタで
ある。整合に必要なシャントキャパシタ200の容量値を
調整するためには、絶縁膜102の高さ、又は導体膜101と
103の交差部の面積を調整すれば良い。又、導体膜101と
103から発生する寄生インダクタンスはインダクタ202に
より表現され、貫通孔104の導体壁面105から発生する寄
生インダクタンスはインダクタ203により表現される。
端子204と205は夫々下部電極である導体膜101の両端面
を指定する端子204'と205'に該当する。導体膜101と103
の幅と貫通孔104のサイズを固定すれば、前記図2(a)
の集中定数等価回路の各キャパシタとインダクタの値
は、導体膜101の長さLだけに依存する。
The construction of a lumped constant equivalent circuit and a mathematical model for the MIM shunt capacitive element will be described below. In the case of the conventional MIM shunt capacitive element of FIG. 22, due to parasitic components and coupling, high frequencies, especially K
It is difficult to construct a lumped parameter equivalent circuit and a mathematical model in a band or higher frequency bands. However, due to the above-mentioned reason, the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a) has few parasitic components and coupling, so that the scattering coefficient characteristic at high frequency can be expressed by a simple lumped constant equivalent circuit and mathematical model. Therefore, there is good correlation between the circuit design and the layout design, and both can be efficiently performed. In Figure 2 (a),
Fig. 1 (a) shows a lumped constant equivalent circuit of the MIM shunt capacitive element. For convenience of explanation, MIM is shown in Fig. 2 (b).
A lumped constant equivalent circuit is shown in the cross-sectional structure of the shunt capacitive element. In FIG. 2 (b), the numbers designating the respective elements forming the MIM shunt capacitive element are the same as those in FIG. 1 (b).
In the MIM shunt capacitive element of FIG. 2B, the conductor film 101
The insulating film capacitance portion between the conductors 103 and 103 is represented by the capacitor 200, and the parasitic capacitance portion between the conductor film 101 and the ground conductor film 1001 is represented by the capacitor 201. The insulating film capacitor 200 is a shunt capacitor required for matching in circuit design, like the capacitor 1801 or 1802 in FIG. In order to adjust the capacitance value of the shunt capacitor 200 required for matching, the height of the insulating film 102 or the conductor film 101
The area of the intersection of 103 may be adjusted. Also, with the conductor film 101
The parasitic inductance generated from 103 is represented by the inductor 202, and the parasitic inductance generated from the conductor wall surface 105 of the through hole 104 is represented by the inductor 203.
The terminals 204 and 205 correspond to the terminals 204 'and 205' for designating both end surfaces of the conductor film 101 which is the lower electrode, respectively. Conductor films 101 and 103
If the width and the size of the through hole 104 are fixed, the
The values of the capacitors and the inductors of the lumped constant equivalent circuit of are dependent only on the length L of the conductor film 101.

【0021】なお、図1では、導体配線108、109と一体
に導体膜103を形成したが、導体配線108、109を連続し
て形成し、その下に導体膜103を形成しても良い。
Although the conductor film 103 is formed integrally with the conductor wirings 108 and 109 in FIG. 1, the conductor wirings 108 and 109 may be continuously formed and the conductor film 103 may be formed under the conductor wirings.

【0022】図3(a)と(b)に、図2(a)の集中定数
等価回路と各キャパシタとインダクタの値を表すモデル
式を用いて計算した場合の端子204と205においての2ポ
ート散乱係数と、図1(a)のMIMシャント容量性素子に
対して電磁界解析を行った場合の端子204'と205'におい
ての2ポート散乱係数を示す。散乱係数は0.5乃至40 GHz
までの計算結果である。図3(a)でのサークルは、導体
膜101の長さLが50μmである場合、図2(a)の集中定数
等価回路と各キャパシタとインダクタの値を表すモデル
式を用いて計算した場合の端子204においての反射損失
を示す散乱係数(S11)であり、ソリッドラインは、図1
(a)のMIMシャント容量性素子の端子204'において電磁
界解析から計算したS11である。図3(b)でのサークル
は、導体膜101の長さLが50μmである場合、図2(a)の
集中定数等価回路と各キャパシタとインダクタの値を表
すモデル式を用いて計算した場合の端子204と205の間の
挿入損失を示す散乱係数(S21)であり、ソリッドライ
ンは、図1(a)MIMシャント容量性素子の端子204'と20
5'の間において電磁界解析から計算したS21である。図3
(a)と(b)からわかるように両者は良く一致してい
る。図4(a)と(b)に、導体膜101の長さLが65μmであ
る場合の散乱係数を示す。散乱係数は0.5乃至40GHzまで
の計算結果である。図4(a)でのサークルは、図2(a)
の集中定数等価回路と各キャパシタとインダクタの値を
表すモデル式を用いて計算した場合の端子204において
のS11であり、ソリッドラインは図1(a)のMIMシャント
容量性素子の端子204'において電磁界解析から計算した
S11である。図4(b)でのサークルは、図2(a)の集中
定数等価回路と各キャパシタとインダクタの値を表すモ
デル式を用いて計算した場合の端子204と205の間のS21
であり、ソリッドラインは図1(a)MIMシャント容量性
素子の端子204'と205'の間において電磁界解析から計算
したS21である。図4(a)と(b)から分かるように両者
は良く一致している。図5(a)と(b)に、導体膜101の
長さLが80μmである場合の散乱係数を示す。散乱係数は
0.5乃至40 GHzまでの結果である。図5(a)でのサーク
ルは、図2(a)の集中定数等価回路と各キャパシタとイ
ンダクタの値を表すモデル式を用いて計算した場合の端
子204においてのS11であり、ソリッドラインは図1(a)
のMIMシャント容量性素子の端子204'において電磁界解
析から計算したS11である。図5(b)でのサークルは、
図2(a)の集中定数等価回路と各キャパシタとインダク
タの値を表すモデル式を用いて計算した場合の端子204
と205の間のS21であり、ソリッドラインは、図1(a)の
MIMシャント容量性素子の端子204'と205'の間において
電磁界解析から計算したS21である。図5(a)と(b)か
らわかるように両者は良く一致している。図6(a)と
(b)には、導体膜101の長さLが100μmである場合の散
乱係数を示す。散乱係数は0.5乃至40 GHzまでの結果で
ある。図6(a)でのサークルは、図2(a)の集中定数等
価回路と各キャパシタとインダクタの値を表すモデル式
を用いて計算した場合の端子204においてのS11であり、
ソリッドラインは、図1(a)のMIMシャント容量性素子
の端子204'において電磁界解析から計算したS11であ
る。図6(b)でのサークルは、図2(a)の集中定数等価
回路と各キャパシタとインダクタの値を表すモデル式を
用いて計算した場合の端子204と205の間のS21であり、
ソリッドラインは、図1(a)のMIMシャント容量性素子
の端子204'と205'の間において電磁界解析から計算した
S21である。図6(a)と(b)から分かるように両者は良
く一致している。
FIGS. 3A and 3B show two ports at terminals 204 and 205 when calculated using the lumped constant equivalent circuit of FIG. 2A and the model formula representing the value of each capacitor and inductor. The scattering coefficient and the two-port scattering coefficient at terminals 204 ′ and 205 ′ when electromagnetic field analysis is performed on the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a) are shown. Scattering coefficient is 0.5-40 GHz
It is the calculation result up to. The circle in FIG. 3 (a) is calculated when the length L of the conductor film 101 is 50 μm and is calculated using the lumped constant equivalent circuit of FIG. 2 (a) and the model formula representing the value of each capacitor and inductor. Is the scattering coefficient (S 11 ) indicating the reflection loss at the terminal 204 of FIG.
It is S 11 calculated from the electromagnetic field analysis at the terminal 204 ′ of the MIM shunt capacitive element of (a). The circle in FIG. 3 (b) is calculated when the length L of the conductor film 101 is 50 μm and is calculated using the lumped constant equivalent circuit of FIG. 2 (a) and the model formula representing the value of each capacitor and inductor. Scattering coefficient (S 21 ) showing the insertion loss between terminals 204 and 205 of the solid line is shown in Figure 1 (a) MIM shunt capacitive element terminals 204 ′ and 20
It is S 21 calculated from electromagnetic field analysis during 5 '. Figure 3
As can be seen from (a) and (b), the two are in good agreement. FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the scattering coefficient when the length L of the conductor film 101 is 65 μm. The scattering coefficient is the calculation result from 0.5 to 40 GHz. The circle in Figure 4 (a) is shown in Figure 2 (a).
S 11 at terminal 204 when calculated using the lumped constant equivalent circuit of and the model formula expressing the value of each capacitor and inductor, and the solid line is the terminal 204 ′ of the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a). Calculated from electromagnetic field analysis in
It is S 11 . The circle in Fig. 4 (b) is the S 21 between terminals 204 and 205 when calculated using the lumped constant equivalent circuit of Fig. 2 (a) and the model formula representing the value of each capacitor and inductor.
And the solid line is S 21 calculated from electromagnetic field analysis between the terminals 204 ′ and 205 ′ of the MIM shunt capacitive element in FIG. 1 (a). As can be seen from Figs. 4 (a) and 4 (b), the two agree well. FIGS. 5A and 5B show the scattering coefficient when the length L of the conductor film 101 is 80 μm. The scattering coefficient is
The result is from 0.5 to 40 GHz. The circle in FIG. 5 (a) is S 11 at the terminal 204 when calculated using the lumped constant equivalent circuit of FIG. 2 (a) and the model formula representing the value of each capacitor and inductor, and the solid line is Figure 1 (a)
Is S 11 calculated from electromagnetic field analysis at terminal 204 ′ of the MIM shunt capacitive element of. The circle in Figure 5 (b) is
Pin 204 when calculated using the lumped constant equivalent circuit of Fig. 2 (a) and the model formula that expresses the values of each capacitor and inductor
And the S 21 between 205 and 205, the solid line is shown in Figure 1 (a).
S 21 calculated from electromagnetic field analysis between terminals 204 ′ and 205 ′ of the MIM shunt capacitive element. As can be seen from Fig. 5 (a) and (b), the two agree well. 6 (a) and 6 (b) show the scattering coefficient when the length L of the conductor film 101 is 100 μm. Scattering results are from 0.5 to 40 GHz. The circle in FIG. 6 (a) is S 11 at the terminal 204 when calculated using the lumped constant equivalent circuit of FIG. 2 (a) and the model formula representing the value of each capacitor and inductor,
The solid line is S 11 calculated from electromagnetic field analysis at terminal 204 ′ of the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a). Circle in FIG. 6 (b) is a S 21 between FIGS. 2 (a) of the lumped constant equivalent circuit the capacitors and the terminal 204 in the case of calculation using a model expression representing the value of the inductor and 205,
The solid line was calculated from the electromagnetic field analysis between terminals 204 'and 205' of the MIM shunt capacitive element of Figure 1 (a).
It is S 21 . As can be seen from Figs. 6 (a) and 6 (b), the two agree well.

【0023】前記結果から分かるように、図1(a)のMI
Mシャント容量性素子に対し、図2(a)の集中定数等価
回路を用いて計算した散乱係数結果は、電磁界解析結果
と良く一致している。そのため、本発明の一実施形態で
ある図1(a)のMIMシャント容量性素子を用いると、回
路設計とレイアウト設計を効率良く行える。この利点に
関しては以下で明確に説明をする。図7には本発明の一
実施形態である図1(a)のMIMシャント容量性素子を用
いて回路設計とレイアウト設計を行う場合の作業内容を
フローチャートで示している。図1(a)のMIMシャント
容量性素子を用いて回路設計とレイアウト設計を行う
と、図7のように作業内容が簡単になる。例えば図21の
ような回路設計を行う場合、シャントキャパシタ1801又
は1802としては、図2(a)の集中定数等価回路と各キャ
パシタとインダクタの値を表すモデル式を用いて要望す
る性能が得られるまで回路設計を行う(ステップ1)。
前記モデル式は導体膜101の長さLだけの関数である。そ
のため、例えば回路設計結果から長さLの最適値としてL
が100μmである場合、100μmの長さLを有する図1(a)
のMIMシャント容量性素子のパターンをレイアウトする
だけで作業は完了する(ステップ2)。図7では、ステッ
プ1で図2(a)の集中定数等価回路と各キャパシタとイ
ンダクタの値を表すモデル式を用いて回路設計を行うた
め、電磁界解析作業が要らなくなり、又、図23のような
電磁界解析とレイアウトと回路設計の繰り返し作業も要
らなくなる。その結果、従来のMIMシャント容量性素子
を用いて回路設計とレイアウト設計を行う場合の作業内
容(図23に説明している)に比べ、図1(a)のMIMシャ
ント容量性素子を用いて回路設計とレイアウト設計を行
う場合の作業内容は簡単になり、回路設計にかかる時間
は短縮される。
As can be seen from the above results, the MI of FIG.
The scattering coefficient results calculated using the lumped constant equivalent circuit of Fig. 2 (a) for the M shunt capacitive element are in good agreement with the electromagnetic field analysis results. Therefore, by using the MIM shunt capacitive element of FIG. 1A, which is an embodiment of the present invention, circuit design and layout design can be performed efficiently. This advantage will be clearly explained below. FIG. 7 is a flowchart showing the work contents in the case of performing circuit design and layout design using the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a), which is an embodiment of the present invention. When the circuit design and layout design are performed using the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a), the work content becomes simple as shown in FIG. For example, when performing a circuit design as shown in FIG. 21, as the shunt capacitor 1801 or 1802, desired performance can be obtained by using the lumped constant equivalent circuit of FIG. 2 (a) and the model formula representing the value of each capacitor and inductor. Perform circuit design up to (step 1).
The model formula is a function of only the length L of the conductor film 101. Therefore, for example, from the results of circuit design, L
Figure 1 (a) with a length L of 100 μm, where is 100 μm
The work is completed simply by laying out the pattern of the MIM shunt capacitive element (step 2). In FIG. 7, in step 1, the circuit design is performed using the lumped constant equivalent circuit of FIG. 2 (a) and the model formula representing the value of each capacitor and inductor, so the electromagnetic field analysis work is not required, and in FIG. It is not necessary to repeat such electromagnetic field analysis, layout, and circuit design. As a result, compared with the work contents (explained in FIG. 23) when performing the circuit design and layout design using the conventional MIM shunt capacitive element, the MIM shunt capacitive element in FIG. 1 (a) is used. The work contents when performing the circuit design and the layout design are simplified, and the time required for the circuit design is shortened.

【0024】又、本発明の一実施形態である図1(a)の
MIMシャント容量性素子を用いると従来の開放スタブに
比べ半導体基板上での占有面積が小さくなる。それに対
しては以下で説明する。例えば基板1000としては100μm
の厚さを有するGaAs基板を用い、絶縁膜102としては比
誘電率が7である高さ200nmのSiN絶縁膜を用いる場合を
考える。導体膜103を含む導体配線の幅が20μmであり、
導体膜101の長さが50μmである場合、図2(a)の絶縁膜
容量部キャパシタ200の容量値C200は約0.22 pFである。
この場合、図1(a)のMIMシャント容量性素子の実効サ
イズである導体膜103の幅と長さは、夫々20μm と50μm
である。しかし、前記容量値0.22 pFを有する図24(a)
の開放スタブを前記条件のGaAs基板上に作製すると、幅
20μmの場合、開放線路2001の長さは860μmである。
又、GaAs基板と絶縁膜などが前述した条件であり、導体
膜101の長さが100μmである場合、図2(a)の絶縁膜容
量部キャパシタ200の容量値C200は0.44 pFである。この
場合、図1(a)のMIMシャント容量性素子の実効サイズ
である導体膜103の幅と長さは夫々20μm と100μmであ
る。しかし、前記容量値0.44 pFを有する図24(a)の開
放スタブを前記条件のGaAs基板上に作製すると、幅20μ
mの場合、開放線路2001の長さは980μmである。
Further, FIG. 1 (a), which is an embodiment of the present invention,
The MIM shunt capacitive element occupies a smaller area on the semiconductor substrate than a conventional open stub. This will be explained below. For example, the substrate 1000 is 100 μm
Consider a case where a GaAs substrate having a thickness of 2 is used and a 200 nm-high SiN insulating film having a relative dielectric constant of 7 is used as the insulating film 102. The width of the conductor wiring including the conductor film 103 is 20 μm,
When the length of the conductor film 101 is 50 μm, the capacitance value C 200 of the insulating film capacitor 200 of FIG. 2A is about 0.22 pF.
In this case, the width and length of the conductor film 103, which is the effective size of the MIM shunt capacitive element in FIG. 1 (a), are 20 μm and 50 μm, respectively.
Is. However, FIG. 24 (a) with the capacitance value of 0.22 pF.
When the open stub of is formed on the GaAs substrate under the above conditions, the width
In the case of 20 μm, the length of the open line 2001 is 860 μm.
In addition, when the GaAs substrate and the insulating film are the above-mentioned conditions and the length of the conductor film 101 is 100 μm, the capacitance value C 200 of the insulating film capacitor 200 of FIG. 2A is 0.44 pF. In this case, the width and length of the conductor film 103, which is the effective size of the MIM shunt capacitive element in FIG. 1A, are 20 μm and 100 μm, respectively. However, when the open stub of FIG. 24 (a) having the capacitance value of 0.44 pF is formed on the GaAs substrate under the above conditions, the width of 20 μm is obtained.
In the case of m, the length of the open line 2001 is 980 μm.

【0025】前述した理由により、本発明の一実施形態
である図1(a)のMIMシャント容量性素子を用いると、
半導体チップ上の占有面積が小さくなり、寄生成分によ
る高周波での性能劣化が小さくなり、且つ集中定数等価
回路及び数式モデルの構築が容易であることから高周波
においての回路設計とレイアウト設計を効率良く行える
という利点が得られる。
For the above reason, using the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a), which is an embodiment of the present invention,
The occupied area on the semiconductor chip is small, the performance deterioration at high frequencies due to parasitic components is small, and the lumped constant equivalent circuit and mathematical model can be easily constructed, so circuit design and layout design at high frequencies can be performed efficiently. The advantage is obtained.

【0026】図8(a)には、本発明の他の一実施形態に
係わるMIMシャント容量性素子を示し、(b)には、
(a)のX−Xにおける断面構成を示している。前記MIMシ
ャント容量性素子はモノリシックマイクロ波集積回路基
板上に形成されたMIMシャント容量性素子であって、例
えばGaAsからなる基板8000は主面と前記主面と反対側の
面である裏面を有し、基板の裏面上には、例えば金(A
u)からなる接地導体膜8001が形成されている。接地導
体膜8001には接地電位が供給される。基板8000の主面上
にはMIMシャント容量性素子の下部電極である導体膜801
と、例えば、シリコンナイトライド−(SiN)からなる
絶縁膜802が形成され、導体配線の一部であり、且つ上
部電極である導体膜803は、絶縁膜802の上に形成され
る。導体膜801は導体接続部により接地導体膜8001と接
続される。前記導体接続部は、基板8000と絶縁膜802を
貫通する貫通孔804と、導体壁面805と、貫通導体棒808
と、接続導体膜809と、接続導体膜810からなる。前記MI
Mシャント容量性素子の接続面811と812には、他の受動
素子又はトランジスタなどを接続する。図1(a)のMIM
シャント容量性素子の場合は、貫通孔104が導体膜103の
下に存在するが、図8(a)のMIMシャント容量性素子の
場合は、貫通孔804が導体膜803から平面的に離れた所に
存在する。そのため、図1(a)のMIMシャント容量性素
子に比べ、図8(a)のMIMシャント容量性素子のサイズ
は少し大きくなる。しかし、図8(a)のMIMシャント容
量性素子のような構造では、貫通孔804を作製すること
において、基板8000の裏面からではなく、基板8000と絶
縁膜802の表面から作製することができる。そのため、
図8(a)のMIMシャント容量性素子を用いると、従来の
製造過程で起こった基板8000の割れを防止し、歩留まり
率が向上する利点が得られる。前記利点に対し、以下で
簡単に説明する。図9(a)〜(c)には、図1(a)のMIM
シャント容量性素子の貫通孔104と導体壁面105に対する
従来の製造方法を示している。説明の便宜を図るため、
番号は図1(a)又は(b)と同じにしている。図9(a)
のように例えばGaAsからなる基板1000上に導体膜101と
絶縁膜102が形成され、その後、導体膜103と導体配線10
8と109が形成される。その後、図9(b)のように基板10
00は薄く研磨される。その後、図9(c)のように基板10
00を貫通する貫通孔104と導体壁面105が基板1000の裏面
から形成され、その後、接地導体膜1001が形成される。
しかし、前記製造方法では、薄く研磨された基板1000の
裏面から貫通孔104を形成する過程で基板1000の割れが
生じる場合もあり、これは歩留まり率の低下の原因にな
る。しかし、図8(a)と(b)のMIMシャント容量性素子
のように貫通孔804が導体膜801から離れた所に存在する
場合は、基板8000を研磨せずに貫通孔804を基板8000と
絶縁膜802の表面から作製することができる。そのた
め、従来の製造過程で起こった基板8000の割れを防止
し、歩留まり率が向上する利点が得られる。図10(a)
〜(c)には、図8(a)のMIMシャント容量性素子の貫通
孔804と導体壁面805に対する製造方法を示している。説
明の便宜を図るため、番号は図8(a)又は(b)と同じ
にしている。図10(a)のように例えばGaAsからなる基
板8000上に導体膜801と絶縁膜802が形成され、その後、
図10(b)のように基板8000の一部と絶縁膜802を貫通す
る貫通孔804と導体壁面805が絶縁膜802の表面から形成
され、その後に、図10(c)のように基板8000が薄く研
磨され、接地導体膜8001が裏面に形成される。このよう
に図8(a)のMIMシャント容量性素子の場合は、基板800
0を研磨せずに貫通孔804と導体壁面805を絶縁膜802と基
板8000の表面から形成するため、従来の製造過程で起こ
った基板8000の割れを防止し、歩留まり率が向上する利
点が得られる。
FIG. 8 (a) shows an MIM shunt capacitive element according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8 (b) shows
The cross-sectional structure in XX of (a) is shown. The MIM shunt capacitive element is a MIM shunt capacitive element formed on a monolithic microwave integrated circuit substrate, and a substrate 8000 made of, for example, GaAs has a main surface and a back surface opposite to the main surface. On the back side of the substrate, for example, gold (A
A ground conductor film 8001 made of u) is formed. A ground potential is supplied to the ground conductor film 8001. On the main surface of the substrate 8000, the conductor film 801 which is the lower electrode of the MIM shunt capacitive element is formed.
Then, for example, the insulating film 802 made of silicon nitride- (SiN) is formed, and the conductive film 803 which is a part of the conductive wiring and is the upper electrode is formed on the insulating film 802. The conductor film 801 is connected to the ground conductor film 8001 by the conductor connecting portion. The conductor connecting portion includes a through hole 804 penetrating the substrate 8000 and the insulating film 802, a conductor wall surface 805, and a through conductor rod 808.
And a connection conductor film 809 and a connection conductor film 810. The MI
Other passive elements or transistors are connected to the connection surfaces 811 and 812 of the M shunt capacitive element. MIM in Figure 1 (a)
In the case of the shunt capacitive element, the through hole 104 exists below the conductor film 103, but in the case of the MIM shunt capacitive element of FIG. 8A, the through hole 804 is separated from the conductor film 803 in a plane. Exists in place. Therefore, the size of the MIM shunt capacitive element of FIG. 8 (a) is slightly larger than that of the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a). However, in the structure like the MIM shunt capacitive element of FIG. 8A, the through hole 804 can be formed not from the back surface of the substrate 8000 but from the surface of the substrate 8000 and the insulating film 802. . for that reason,
The use of the MIM shunt capacitive element of FIG. 8 (a) has the advantage of preventing the substrate 8000 from cracking that occurs in the conventional manufacturing process and improving the yield rate. The above advantages will be briefly described below. 9 (a) to 9 (c) show the MIM of FIG. 1 (a).
The conventional manufacturing method for the through hole 104 and the conductor wall surface 105 of the shunt capacitive element is shown. For convenience of explanation,
The numbers are the same as in Fig. 1 (a) or (b). Figure 9 (a)
As described above, the conductor film 101 and the insulating film 102 are formed on the substrate 1000 made of GaAs, and then the conductor film 103 and the conductor wiring 10 are formed.
8 and 109 are formed. Then, as shown in Fig. 9 (b), the substrate 10
00 is thinly polished. Then, as shown in FIG. 9 (c), the substrate 10
A through hole 104 penetrating 00 and a conductor wall surface 105 are formed from the back surface of the substrate 1000, and then a ground conductor film 1001 is formed.
However, in the manufacturing method, the substrate 1000 may be cracked in the process of forming the through hole 104 from the back surface of the thinly polished substrate 1000, which causes a reduction in the yield rate. However, when the through hole 804 exists at a position apart from the conductive film 801 as in the MIM shunt capacitive element of FIGS. 8A and 8B, the through hole 804 is not polished to form the through hole 804. And the surface of the insulating film 802. Therefore, it is possible to prevent the breakage of the substrate 8000 that occurs in the conventional manufacturing process, and obtain an advantage that the yield rate is improved. Figure 10 (a)
8C show a method of manufacturing the through hole 804 and the conductor wall surface 805 of the MIM shunt capacitive element of FIG. 8A. For convenience of explanation, the numbers are the same as those in FIG. 8 (a) or (b). As shown in FIG. 10A, a conductor film 801 and an insulating film 802 are formed on a substrate 8000 made of, for example, GaAs, and then,
As shown in FIG. 10B, a through hole 804 penetrating a part of the substrate 8000 and the insulating film 802 and a conductor wall surface 805 are formed from the surface of the insulating film 802, and thereafter, as shown in FIG. Is thinly polished, and a ground conductor film 8001 is formed on the back surface. Thus, in the case of the MIM shunt capacitive element of FIG. 8 (a), the substrate 800
Since the through hole 804 and the conductor wall surface 805 are formed from the insulating film 802 and the surface of the substrate 8000 without polishing 0, cracks of the substrate 8000 that occur in the conventional manufacturing process can be prevented and the yield rate can be improved. To be

【0027】図11には、図8(a)のMIMシャント容量性
素子の集中定数等価回路を示している。この場合、キャ
パシタ201'は、図8(a)の導体膜801と接地導体膜8001
の間に生じる寄生キャパシタであり、図8(a)のMIMシ
ャント容量性素子の形状が決まると、キャパシタ201'の
容量値は固定される。インダクタ203'は、図8(a)の貫
通孔804と、導体壁面805と、貫通導体棒808と、接続導
体膜809と、接続導体膜810からなる接地電位供給部820
から生じる寄生インダクタである。例えば基板1000とし
ては100μmの厚さを有するGaAs基板を用い、絶縁膜102
としては比誘電率が7である高さ200nmのSiN絶縁膜を用
いる場合、寄生インダクタ203'のインダクタンス値は約
0.3 nHである。他は、図2(a)と同じであるため、番号
はそのままである。この場合も、導体膜801の長さだけ
を変化させ、他の条件を固定すると、図11の集中定数等
価回路のすべてのキャパシタ値とインダクタ値は、導体
膜801の長さだけに依存する。
FIG. 11 shows a lumped constant equivalent circuit of the MIM shunt capacitive element of FIG. 8 (a). In this case, the capacitor 201 ′ is composed of the conductor film 801 and the ground conductor film 8001 shown in FIG.
When the shape of the MIM shunt capacitive element of FIG. 8 (a) is determined, the capacitance value of the capacitor 201 ′ is fixed. The inductor 203 ′ has a ground potential supply unit 820 including a through hole 804, a conductor wall surface 805, a through conductor rod 808, a connection conductor film 809, and a connection conductor film 810 in FIG. 8A.
It is a parasitic inductor generated from. For example, a GaAs substrate having a thickness of 100 μm is used as the substrate 1000, and the insulating film 102
When using a SiN insulating film with a relative permittivity of 7 and a height of 200 nm, the inductance value of the parasitic inductor 203 ′ is about
It is 0.3 nH. Others are the same as those in FIG. 2 (a), and the numbers are not changed. Also in this case, if only the length of the conductor film 801 is changed and other conditions are fixed, all capacitor values and inductor values of the lumped constant equivalent circuit of FIG. 11 depend only on the length of the conductor film 801.

【0028】前記図1(a)又は図8(a)のMIMシャント
容量性素子を用いると、半導体基板上で小さい占有面積
を有する90°ハイブリッドカップラーを作製することが
できる。図25には、従来の90°ハイブリッドカップラー
としてブランチラインカップラーを示している。ブラン
チラインカップラーは、四角形をなす導体線路2110、21
20、2130、2140の上に4個の端子2101、2102、2103、21
04を有する。上記導体線路2110、2120、2130、2140の長
さは中心周波数に対して4分の1波長であり、導体線路21
10と2130の特性インピダンスはZoであり、導体線路2120
と2140の特性インピダンスはZo/√2である。端子2101、
2102、2103、2104は各導体線路の接続部に存在する。従
来の90°ハイブリッドカップラーとして前記ブランチラ
インカップラーの重要な機能は、90°の位相差を有する
二つの信号の出力機能と、端子間のアイソレーション機
能である。即ち、端子2101に入力された信号を端子2102
と2103から取り出すと、端子2102から出力される信号
は、端子2103から出力される信号と振幅が等しく、位相
が90°異なる。同じように端子2102に入力された信号を
端子2101と2104から取り出すと、端子2101から出力され
る信号は、端子2104から出力される信号と振幅が等し
く、位相が90°異なる。又、端子2101と2104間はアイソ
レーションされており、端子2102と2103間もアイソレー
ションされている。ランチラインカップラーの説明及び
例は、David M. Pozarによる“MicrowaveEngineerin
g”、第1版、Addison-Wesley Publishing Company、In
c.、1990年の第8.5節、ページ411−415に記載されてい
る。しかし、従来の90°ハイブリッドカップラーは、モ
ノリシックマイクロ波集積回路用半導体チップ上の占有
面積が極めて大きいため、例えば砒化ガリウム(GaAs)
からなる半導体チップ上に従来の90°ハイブリッドカッ
プラーを形成する場合、チップサイズが大きくなり、チ
ップコストが高くなる。例えば100μmの厚さを有するGa
As基板上に、動作周波数が25GHzである図25のような従
来の90°ハイブリッドカップラーを作製すると、4分の1
波長を有する導体線路2110、2120、2130、2140の長さは
約1000μmであるため、そのサイズは1000×1000μm2
なる。
By using the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a) or FIG. 8 (a), a 90 ° hybrid coupler having a small occupation area on a semiconductor substrate can be manufactured. FIG. 25 shows a branch line coupler as a conventional 90 ° hybrid coupler. The branch line coupler is a rectangular conductor line 2110, 21.
Four terminals 2101, 2102, 2103, 21 on 20, 2130, 2140
Have 04. The length of the conductor lines 2110, 2120, 2130, 2140 is a quarter wavelength with respect to the center frequency.
The characteristic impedance of 10 and 2130 is Zo, and the conductor line 2120
The characteristic impedance of and 2140 is Zo / √2. Terminal 2101,
2102, 2103 and 2104 are present at the connecting portions of the conductor lines. The important functions of the branch line coupler as a conventional 90 ° hybrid coupler are an output function of two signals having a 90 ° phase difference and an isolation function between terminals. That is, the signal input to the terminal 2101 is transferred to the terminal 2102.
And 2103, the signal output from the terminal 2102 has the same amplitude as the signal output from the terminal 2103, and the phase differs by 90 °. Similarly, when the signal input to the terminal 2102 is extracted from the terminals 2101 and 2104, the signal output from the terminal 2101 has the same amplitude as that of the signal output from the terminal 2104 and a phase difference of 90 °. Further, the terminals 2101 and 2104 are isolated, and the terminals 2102 and 2103 are also isolated. For a description and example of a lunch line coupler, see “Microwave Engineerin” by David M. Pozar.
g ”, 1st Edition, Addison-Wesley Publishing Company, In
c., Section 8.5, 1990, pages 411-415. However, the conventional 90 ° hybrid coupler occupies an extremely large area on the semiconductor chip for monolithic microwave integrated circuits, so that, for example, gallium arsenide (GaAs) is used.
When a conventional 90 ° hybrid coupler is formed on a semiconductor chip made of, the chip size increases and the chip cost increases. Ga with a thickness of 100 μm, for example
If a conventional 90 ° hybrid coupler as shown in Fig. 25 with an operating frequency of 25 GHz is produced on an As substrate, it will be a quarter.
Since the length of the conductor lines 2110, 2120, 2130, 2140 having a wavelength is about 1000 μm, the size thereof is 1000 × 1000 μm 2 .

【0029】しかし、4分の1波長の長さを有する導体線
路2110、2120、2130、2140は、二つのシャントキャパシ
タを有する線路と等価であり、シャントキャパシタと線
路インピダンスの値を適切に選択すれば、導体線路211
0、2120、2130、2140の長さは、8分の1波長乃至23分の1
波長までに小さくなる。この場合、シャントキャパシタ
として前記図1(a)又は図8(a)のMIMシャント容量性
素子を用いると、半導体基板上で小さい占有面積を有す
る90°ハイブリッドカップラーを作製することができ
る。
However, the conductor lines 2110, 2120, 2130, and 2140 having the length of a quarter wavelength are equivalent to the lines having two shunt capacitors, and the values of the shunt capacitor and the line impedance are appropriately selected. For example, conductor line 211
The lengths of 0, 2120, 2130, and 2140 are 1/8 wavelength to 1/23
It becomes smaller by the wavelength. In this case, by using the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a) or FIG. 8 (a) as the shunt capacitor, a 90 ° hybrid coupler having a small occupied area on the semiconductor substrate can be manufactured.

【0030】図12(a)には、本発明の一実施形態に係
わる小型90°ハイブリッドカップラーを示している。前
記小型90°ハイブリッドカップラーは半導体基板上に形
成され、端子1201と1202と1203と1204を有する。導体線
路1210は100Ωの線路インピダンスと中心周波数に対し
て12分の1波長の長さを有し、導体線路1220は100Ωの線
路インピダンスと中心周波数に対して18分の1波長の長
さを有し、導体線路1230は100Ωの線路インピダンスと
中心周波数に対して12分の1波長の長さを有し、導体線
路1240は100Ωの線路インピダンスと中心周波数に対し
て18分の1波長の長さを有する。キャパシタ1211と1212
と1213と1214は、MIMシャント容量性素子又は開放スタ
ブからなり、半導体基板上の占有面積を小さくするた
め、好ましくは前記図1(a)又は図8(a)のMIMシャン
ト容量性素子からなる。キャパシタ1211と1212と1213と
1214の値としては0.15乃至0.25 pFが適切な範囲であ
る。例えば100μmの厚さを有するGaAsからなる基板上に
前記90°ハイブリッドカップラーを作製すると、例えば
Auからなる導体線路1210と1230の長さは約300μmであ
り、例えばAuからなる導体線路1220と1240の長さは約20
0μmである。これに比べ、図25の従来の90°ハイブリッ
ドカップラーを用いて、例えば100μmの厚さを有するGa
Asからなる基板上に25 GHz付近で動作する90°ハイブリ
ッドカップラーを作製する場合、4分の1波長の長さを有
する図25の導体線路2110、2120、2130、2140の長さは約
1000μmである。前記図12(a)の90°ハイブリッドカッ
プラーの場合、例えば端子1201に入力された信号を端子
1202と1203から取り出すとき、1202と1203から出力され
る信号は振幅が等しく、位相が90°異なる。端子1204は
端子1201とアイソレーションされているため、端子1204
から出力される信号は無い。又、例えば端子1202に入力
された信号を端子1201と1204から取り出すとき、1201と
1204から出力される信号は振幅が等しく、位相が90°異
なる。端子1203は端子1202とアイソレーションされてい
るため、端子1204から出力される信号は無い。
FIG. 12A shows a small 90 ° hybrid coupler according to an embodiment of the present invention. The miniature 90 ° hybrid coupler is formed on a semiconductor substrate and has terminals 1201, 1202, 1203 and 1204. The conductor line 1210 has a length of 1/12 wavelength with respect to the line impedance of 100Ω and the center frequency, and the conductor line 1220 has a length of 1/8 wavelength with respect to the line impedance of 100Ω and the center frequency. However, the conductor line 1230 has a length of 1/12 wavelength with respect to the line impedance of 100Ω and the center frequency, and the conductor line 1240 has a length of 1/8 wavelength with respect to the line impedance of 100Ω and the center frequency. Have. Capacitors 1211 and 1212
And 1213 and 1214 are MIM shunt capacitive elements or open stubs, and are preferably MIM shunt capacitive elements of FIG. 1 (a) or FIG. 8 (a) in order to reduce the occupied area on the semiconductor substrate. . Capacitors 1211 and 1212 and 1213
A suitable value for 1214 is 0.15 to 0.25 pF. For example, when the 90 ° hybrid coupler is formed on a substrate made of GaAs having a thickness of 100 μm, for example,
The conductor lines 1210 and 1230 made of Au have a length of about 300 μm, and the conductor lines 1220 and 1240 made of Au have a length of about 20 μm.
It is 0 μm. Compared with this, using the conventional 90 ° hybrid coupler of FIG. 25, Ga having a thickness of, for example, 100 μm is used.
When making a 90 ° hybrid coupler operating near 25 GHz on a substrate made of As, the conductor lines 2110, 2120, 2130, and 2140 of FIG.
It is 1000 μm. In the case of the 90 ° hybrid coupler of FIG. 12 (a), for example, the signal input to the terminal 1201 is
When the signals are output from 1202 and 1203, the signals output from 1202 and 1203 have the same amplitude and a 90 ° phase difference. Terminal 1204 is isolated from terminal 1201, so terminal 1204
There is no signal output from. Also, for example, when extracting the signal input to the terminal 1202 from the terminals 1201 and 1204,
The signals output from the 1204 have the same amplitude and the phases differ by 90 °. Since the terminal 1203 is isolated from the terminal 1202, there is no signal output from the terminal 1204.

【0031】実際、前記小型90°ハイブリッドカップラ
ーを実現することにおいて、キャパシタ1211、1212、12
13、1214として本発明の一実施形態に係わる図1(a)
又は図8(a)のMIMシャント容量性素子を用いると、ハ
イブリッドカップラーの小型化にはより効果的である。
図12(b)には、GaAs基板上に作製された図12(a)の小
型90°ハイブリッドカップラーのレイアウト図を示して
いる。図12(b)での導体線路と端子とキャパシタは、
次のように図12(a)の90°ハイブリッドカップラーの
各要素に該当する。図12(b)の90°ハイブリッドカッ
プラーのレイアウト図において、端子1201'と1202'と12
03'と1204'は、夫々、図12(a)の端子1201と1202と120
3と1204に該当する。導体線路1210'と1220'と1230'と12
40'は、夫々、図12(a)の導体線路1210と1220と1230と
1240に該当する。導体線路の間、又は導体線路と端子の
間の接続面は破線により示されている。一点鎖線により
囲まれているキャパシタ1211'と1212'と1213'と1214'
は、夫々、図12(a)のキャパシタ1211と1212と1213と1
214に該当する。図12(b)では、GaAs基板上に図12
(a)の小型90°ハイブリッドカップラーが作製されて
おり、キャパシタ1211'と1212'と1213'と1214'は、図1
(a)のMIMシャント容量性素子である。キャパシタ121
1'は導体線路1210'と1220'の下部に形成され、キャパシ
タ1212'は導体線路1220'と1230'の下部に形成され、キ
ャパシタ1213'は導体線路1230'と1240'の下部に形成さ
れ、キャパシタ1214'は導体線路1240'と1210'の下部に
形成されている。図25の従来の90°ハイブリッドカップ
ラーを100μmの厚さを有するGaAs基板上に作製する場
合、その占有面積は1000μm×1000μmであるが、前記小
型90°ハイブリッドカップラーの場合は、図12(b)の
ように350μm×450μmの占有面積を有する。
In fact, in realizing the small 90 ° hybrid coupler, capacitors 1211, 1212, 12
FIG. 1A according to an embodiment of the present invention as 13 and 1214.
Alternatively, the use of the MIM shunt capacitive element of FIG. 8 (a) is more effective for downsizing the hybrid coupler.
Figure 12 (b) shows the layout of the small 90 ° hybrid coupler of Figure 12 (a) fabricated on a GaAs substrate. The conductor lines, terminals and capacitors in Fig. 12 (b) are
It corresponds to each element of the 90 ° hybrid coupler in Fig. 12 (a) as follows. In the layout diagram of the 90 ° hybrid coupler in Fig. 12 (b), terminals 1201 ', 1202' and 12
03 'and 1204' are the terminals 1201, 1202 and 120 of FIG. 12 (a), respectively.
Applies to 3 and 1204. Conductor lines 1210 'and 1220' and 1230 'and 12
40 'indicates the conductor lines 1210, 1220 and 1230 of FIG. 12 (a), respectively.
It corresponds to 1240. The connecting surfaces between the conductor lines or between the conductor lines and the terminals are indicated by dashed lines. Capacitors 1211 ', 1212', 1213 ', and 1214' surrounded by dashed lines
Are the capacitors 1211, 1212, 1213 and 1 of FIG. 12 (a), respectively.
It corresponds to 214. In Fig. 12 (b), the structure shown in Fig.
The small 90 ° hybrid coupler in (a) has been fabricated, and capacitors 1211 ', 1212', 1213 ', and 1214' are shown in Fig. 1.
(A) MIM shunt capacitive element. Capacitor 121
1'is formed under the conductor lines 1210 'and 1220', the capacitor 1212 'is formed under the conductor lines 1220' and 1230 ', and the capacitor 1213' is formed under the conductor lines 1230 'and 1240'. Capacitor 1214 'is formed below conductor lines 1240' and 1210 '. When the conventional 90 ° hybrid coupler of FIG. 25 is manufactured on a GaAs substrate having a thickness of 100 μm, the occupied area is 1000 μm × 1000 μm, but in the case of the small 90 ° hybrid coupler, it is shown in FIG. As shown in, the occupied area is 350 μm × 450 μm.

【0032】図17(a)〜(c)には、図12(b)の小型9
0°ハイブリッドカップラーに対する電磁界解析結果を
示している。図17(a)のソリッドラインは、端子1201'
に入力した信号を端子1202'から取り出す場合の挿入損
失であり、サークルは端子1201'に入力した信号を端子1
203'から取り出す場合の挿入損失である。25 GHz近傍で
両者は、−3.5 〜 −4 dBの値である同電力分配特性を
示している。図17(b)は、端子1201'に信号を入力した
場合、端子1202'から出力される信号と端子1203'から出
力される信号との位相差を示している。25 GHz近傍で約
90°の位相差を示している。図17(c)は、端子1201'と
端子1204'とのアイソレーションを示している。25 GHz
近傍で25 dB以上のアイソレーション値を示している。
前記結果から分かるように、図12(b)の小型90°ハイ
ブリッドカップラーは、25 GHz近傍で通常の90°ハイブ
リッドカップラーとしての機能を有し、且つ半導体基板
上での占有面積が小さい利点を有している。
FIGS. 17 (a) to 17 (c) show the small size 9 of FIG. 12 (b).
The electromagnetic field analysis results for the 0 ° hybrid coupler are shown. The solid line in Fig. 17 (a) has terminals 1201 '.
Is the insertion loss when the signal input to the terminal 1202 'is extracted from the terminal 1202', and the circle indicates the signal input to the terminal 1201 '.
Insertion loss when taking out from 203 '. In the vicinity of 25 GHz, both show the same power distribution characteristics with values of −3.5 to −4 dB. FIG. 17B shows the phase difference between the signal output from the terminal 1202 ′ and the signal output from the terminal 1203 ′ when a signal is input to the terminal 1201 ′. Approx. 25 GHz
It shows a 90 ° phase difference. FIG. 17C shows isolation between the terminals 1201 'and 1204'. 25 GHz
Isolation value of 25 dB or more is shown in the vicinity.
As can be seen from the above results, the small 90 ° hybrid coupler in Fig. 12 (b) has the function of a normal 90 ° hybrid coupler in the vicinity of 25 GHz and has the advantage that it occupies a small area on the semiconductor substrate. is doing.

【0033】図13には、図12(a)と同じ構成を有する
本発明の他の一実施形態に係わる小型90°ハイブリッド
カップラーのレイアウトパターンを示している。前記小
型90°ハイブリッドカップラーは、25 GHz付近で動作す
る90°ハイブリッドカップラーであって、半導体基板上
に形成され、端子1301'と1302'と1303'と1304'を有す
る。導体線路1310'と1330'は、130Ωの線路インピダン
スと中心周波数に対して16分の1波長の長さを有する。
導体線路1320'と1340'は、130Ωの線路インピダンスと
中心周波数に対して23分の1波長の長さを有する。導体
線路の間、又は導体線路と端子の間の接続面は破線によ
り示されている。一点鎖線により囲まれているキャパシ
タ1311'と1312'と1313'と1314'は、前記図1(a)のMIM
シャント容量性素子からなる。キャパシタ1311'と1312'
と1313'と1314'の値としては0.15乃至0.25 pFが適切な
範囲である。例えば100μmの厚さを有するGaAs基板上に
前記90°ハイブリッドカップラーを作製すると、例えば
Auからなる導体線路1310'と1330'の長さは約250μmであ
り、例えばAuからなる導体線路1320'と1340'の長さは約
170μmである。前記図13の90°ハイブリッドカップラー
の場合、例えば端子1301'に入力された信号を端子1302'
と1303'から取り出すとき、1302'と1303'から出力され
る信号は振幅が等しく、位相が90°異なる。端子1304'
は端子1301'とアイソレーションされているため、端子1
304'から出力される信号は無い。又、例えば端子1302'
に入力された信号を端子1301'と1304'から取り出すと
き、1301'と1304'から出力される信号は振幅が等しく、
位相が90°異なる。端子1303'は端子1302'とアイソレー
ションされているため、端子1304'から出力される信号
は無い。そのため、図13の小型90°ハイブリッドカップ
ラーも、25 GHz近傍で通常の90°ハイブリッドカップラ
ーとしての機能を有する。100μmの厚さを有するGaAs基
板上の前記小型90°ハイブリッドカップラーの占有面積
は約270μm×330μmである。
FIG. 13 shows a layout pattern of a compact 90 ° hybrid coupler according to another embodiment of the present invention having the same structure as that of FIG. 12 (a). The miniature 90 ° hybrid coupler is a 90 ° hybrid coupler that operates near 25 GHz, is formed on a semiconductor substrate, and has terminals 1301 ′, 1302 ′, 1303 ′, and 1304 ′. The conductor lines 1310 'and 1330' have a line impedance of 130Ω and a length of 1/16 wavelength with respect to the center frequency.
The conductor lines 1320 'and 1340' have a line impedance of 130Ω and a length of 1/23 wavelength with respect to the center frequency. The connecting surfaces between the conductor lines or between the conductor lines and the terminals are indicated by dashed lines. Capacitors 1311 ', 1312', 1313 'and 1314' surrounded by the one-dot chain line are the MIMs of FIG. 1 (a).
It consists of a shunt capacitive element. Capacitors 1311 'and 1312'
Suitable values of 1313 'and 1314' are 0.15 to 0.25 pF. For example, when the 90 ° hybrid coupler is formed on a GaAs substrate having a thickness of 100 μm, for example,
The conductor lines 1310 'and 1330' made of Au have a length of about 250 μm, and the conductor lines 1320 'and 1340' made of Au have a length of about 250 μm.
170 μm. In the case of the 90 ° hybrid coupler of FIG. 13, for example, the signal input to the terminal 1301 ′ is input to the terminal 1302 ′.
And 1303 ', the signals output from 1302' and 1303 'have the same amplitude and a 90 ° phase difference. Terminal 1304 '
Is isolated from terminal 1301 ', so terminal 1
No signal is output from 304 '. Also, for example, terminal 1302 '
When extracting the signal input to the terminals 1301 'and 1304', the signals output from 1301 'and 1304' have the same amplitude,
90 ° out of phase. Since the terminal 1303 'is isolated from the terminal 1302', there is no signal output from the terminal 1304 '. Therefore, the small 90 ° hybrid coupler in FIG. 13 also has a function as a normal 90 ° hybrid coupler near 25 GHz. The footprint of the small 90 ° hybrid coupler on a GaAs substrate having a thickness of 100 μm is about 270 μm × 330 μm.

【0034】その他にも、図12(a)と同じ構造を有す
る小型90°ハイブリッドカップラーにおいて、導体線路
1210と1230は、70Ωの線路インピダンスと中心周波数に
対して8分の1波長の長さを有する導体線路からなり、導
体線路1220と1240は、70Ωの線路インピダンスと中心周
波数に対して12分の1波長の長さを有する導体線路から
なり、キャパシタ1211と1212と1213と1214は、図1
(a)又は図8(a)のMIMシャント容量性素子からなる特
徴を有する小型90°ハイブリッドカップラーも考えられ
る。前記小型90°ハイブリッドカップラーも、通常の90
°ハイブリッドカップラーとしての機能を有する。又、
100μmの厚さを有するGaAs基板上に、図1(a)のMIMシ
ャント容量性素子を有する前記小型90°ハイブリッドカ
ップラーを25GHz動作用として作製する場合、基板上の
占有面積は約500μm×600μmである。
Besides, in the small 90 ° hybrid coupler having the same structure as that shown in FIG.
1210 and 1230 consist of conductor impedance having a line impedance of 70 Ω and 1/8 wavelength with respect to the center frequency, and conductor lines 1220 and 1240 have line impedance of 70 Ω and twelfth with respect to the center frequency. It consists of a conductor line having a length of one wavelength, and the capacitors 1211, 1212, 1213 and 1214 are shown in FIG.
A small 90 ° hybrid coupler having the feature of the MIM shunt capacitive element of (a) or FIG. 8 (a) is also conceivable. The small 90 ° hybrid coupler is also a standard 90
° Functions as a hybrid coupler. or,
When the small 90 ° hybrid coupler with the MIM shunt capacitive element shown in Fig. 1 (a) is manufactured for 25 GHz operation on a GaAs substrate with a thickness of 100 μm, the occupied area on the substrate is about 500 μm × 600 μm. is there.

【0035】前記図1(a)又は図8(a)のMIMシャント
容量性素子を用いると、半導体基板上で小さい占有面積
を有する180°ハイブリッドカップラーを作製すること
ができる。図26には、従来の180°ハイブリッドカップ
ラーとしてラットレースを示している。ラットレース
は、導体線路2210と2220と2230と2240の上に4個の端子
2201と2202と2203と2204を有する。前記導体線路2210と
2220と2240の長さは、中心周波数に対して4分の1波長で
あり、特性インピダンスは√2Zoである。前記導体線路2
230の長さは、中心周波数に対して4分の3波長であり、
特性インピダンスは√2Zoである。端子2201と2202と220
3と2204は各導体線路の接続部に存在する。従来の180°
ハイブリッドカップラーとしての前記ラットレースの重
要な機能は、180°の位相差を有する二つの信号を出力
する機能と、同位相を有する二つの信号を出力する機能
と、端子間のアイソレーション機能である。即ち、端子
2202に入力した信号を端子2201と2203から取り出す場
合、端子2201から出力される信号は、端子2203から出力
される信号と振幅が等しく、位相が180°異なる。又、
端子2204に入力した信号を端子2201と2203から取り出す
場合、端子2201から出力される信号は、端子2203から出
力される信号と振幅と位相が等しい。又、端子2202と22
04間はアイソレーションされており、端子2201と2203間
もアイソレーションされている。ラットレースの説明及
び例は、David M. Pozarによる“Microwave Engineerin
g”、第1版、Addison-Wesley Publishing Company、In
c.、1990年の第8.8節、ページ435−445に記載されてい
る。しかし、従来の180°ハイブリッドカップラーは、
モノリシックマイクロ波集積回路用半導体チップ上の占
有面積が極めて大きい。例えば100μmの厚さを有するGa
As基板上に、動作周波数が25GHzである図26のような従
来の180°ハイブリッドカップラーを作製すると、4分の
1波長を有する導体線路2210と2220と2240の長さは約100
0μmであり、4分の3波長を有する導体線路2230の長さは
約3000μmであり、そのサイズは1000×2000μm 2にな
る。
The MIM shunt of FIG. 1 (a) or FIG. 8 (a)
A small occupying area on a semiconductor substrate when using a capacitive element
A 180 ° hybrid coupler with
You can Figure 26 shows a conventional 180 ° hybrid cup.
The rat race is shown as Ra. Rat race
Has four terminals on the conductor lines 2210, 2220, 2230 and 2240.
It has 2201, 2202, 2203 and 2204. With the conductor line 2210
The length of the 2220 and 2240 is a quarter wavelength with respect to the center frequency.
Yes, and the characteristic impedance is √2Zo. The conductor line 2
The length of 230 is 3/4 wavelength with respect to the center frequency,
The characteristic impedance is √2Zo. Terminals 2201 and 2202 and 220
3 and 2204 are present at the connection of each conductor line. Conventional 180 °
The weight of the rat race as a hybrid coupler
The essential function is to output two signals with a phase difference of 180 °
And the function to output two signals with the same phase
And the isolation function between terminals. That is, the terminal
If you want to extract the signal input to 2202 from terminals 2201 and 2203
The signal output from terminal 2201 is output from terminal 2203
The amplitude of the signal is the same as that of the signal and the phase is different by 180 °. or,
Extract the signal input to terminal 2204 from terminals 2201 and 2203
In this case, the signal output from terminal 2201 is output from terminal 2203.
The applied signal has the same amplitude and phase. Also, terminals 2202 and 22
Isolation is made between 04 and between terminals 2201 and 2203.
Is also isolated. Explanation of rat race
And an example is “Microwave Engineerin by David M. Pozar
g ”, 1st Edition, Addison-Wesley Publishing Company, In
c., Section 8.8, 1990, pages 435-445.
It However, the conventional 180 ° hybrid coupler is
Storage on semiconductor chips for monolithic microwave integrated circuits
The area is extremely large. Ga with a thickness of 100 μm, for example
As shown in Fig. 26, the operating frequency is 25 GHz on the As substrate.
If you make a conventional 180 ° hybrid coupler,
The length of the conductor lines 2210, 2220 and 2240 having one wavelength is about 100.
The length of the conductor line 2230, which is 0 μm and has three-quarter wavelength, is
It is about 3000 μm and its size is 1000 × 2000 μm 2In
It

【0036】しかし、4分の1波長の長さを有する導体線
路2210と2220と2240は、二つのシャントキャパシタを有
する線路と等価であり、シャントキャパシタと線路イン
ピダンスの値を適切に選択すれば、導体線路2210と2220
と2240の長さは、8分の1波長乃至12分の1波長までに小
さくなる。又、4分の3波長の長さを有する導体線路2230
は、二つのシャントキャパシタを有する線路と等価であ
り、シャントキャパシタと線路インピダンスの値を適切
に選択すれば、導体線路2230の長さは、8分の5波長まで
に小さくなる。この場合、シャントキャパシタとして前
記図1(a)又は図8(a)のMIMシャント容量性素子を用
いると、半導体基板上で小さい占有面積を有する180°
ハイブリッドカップラーを作製することができる。
However, the conductor lines 2210, 2220, and 2240 having the length of a quarter wavelength are equivalent to the lines having two shunt capacitors, and if the values of the shunt capacitor and the line impedance are appropriately selected, Conductor lines 2210 and 2220
And the length of 2240 is reduced from 1 / 8th to 1 / 12th wavelength. Also, a conductor line 2230 having a length of 3/4 wavelength
Is equivalent to a line having two shunt capacitors, and if the values of the shunt capacitor and the line impedance are appropriately selected, the length of the conductor line 2230 can be reduced to 5/8 wavelength. In this case, if the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a) or FIG. 8 (a) is used as the shunt capacitor, it has a small occupied area of 180 ° on the semiconductor substrate.
Hybrid couplers can be made.

【0037】図14(a)には、本発明の一実施形態に係
わる小型180°ハイブリッドカップラーを示している。
前記小型180°ハイブリッドカップラーは半導体基板上
に形成され、端子1401と1402と1403と1404を有する。導
体線路1410と1420と1440は、140Ωの線路インピダンス
と中心周波数に対して12分の1波長の長さを有し、導体
線路1430は100Ωの線路インピダンスと中心周波数に対
して8分の5波長の長さを有する。キャパシタ1411と1412
と1413と1414は、MIMシャント容量性素子又は開放スタ
ブからなり、半導体基板上の占有面積を小さくするた
め、好ましくは前記図1(a)又は図8(a)のMIMシャン
ト容量性素子からなる。キャパシタ1411と1412と1413と
1414の値としては0.15乃至0.25 pFが適切な範囲であ
る。例えば100μmの厚さを有するGaAs基板上に前記180
°ハイブリッドカップラーを作製すると、例えばAuから
なる導体線路1410と1420と1440の長さは約300μmであ
り、例えばAuからなる導体線路1430の長さは約2500μm
である。これに比べ、図26の従来の180°ハイブリッド
カップラーを用いて、例えば100μmの厚さを有するGaAs
基板上に25 GHz付近で動作する180°ハイブリッドカッ
プラーを作製する場合、4分の1波長の長さを有する導体
線路2210と2220と2240の長さは約1000μmであり、4分の
3波長を有する導体線路2230の長さは約3000μmである。
前記図14(a)の180°ハイブリッドカップラーの場合、
例えば端子1402に入力した信号を端子1401と1403から取
り出す場合、端子1401から出力される信号は、端子1403
から出力される信号と振幅が等しく、位相が180°異な
る。又、端子1404に入力した信号を端子1401と1403から
取り出す場合、端子1401から出力される信号は、端子14
03から出力される信号と振幅と位相が等しい。又、端子
1402と1404間はアイソレーションされており、端子1401
と1403間もアイソレーションされている。
FIG. 14A shows a compact 180 ° hybrid coupler according to an embodiment of the present invention.
The miniature 180 ° hybrid coupler is formed on a semiconductor substrate and has terminals 1401, 1402, 1403 and 1404. Conductor lines 1410, 1420 and 1440 have a length of 1/12 wavelength for a line impedance of 140 Ω and a center frequency, and conductor line 1430 has a length of 5/8 for a line impedance of 100 Ω and a center frequency. Has a length of. Capacitors 1411 and 1412
And 1413 and 1414 are composed of MIM shunt capacitive elements or open stubs, and are preferably made of the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a) or FIG. 8 (a) in order to reduce the occupied area on the semiconductor substrate. . Capacitors 1411 and 1412 and 1413
A suitable value for 1414 is 0.15 to 0.25 pF. For example, the above 180 on a GaAs substrate having a thickness of 100 μm.
° When a hybrid coupler is manufactured, for example, the conductor lines 1410, 1420 and 1440 made of Au have a length of about 300 μm, and the conductor line 1430 made of Au has a length of about 2500 μm.
Is. Compared to this, using the conventional 180 ° hybrid coupler of FIG. 26, for example, GaAs having a thickness of 100 μm is used.
When making a 180 ° hybrid coupler operating near 25 GHz on a substrate, the length of the conductor lines 2210, 2220, and 2240, which have a length of 1/4 wavelength, is about 1000 μm, and
The length of the conductor line 2230 having three wavelengths is about 3000 μm.
In the case of the 180 ° hybrid coupler of FIG. 14 (a),
For example, when extracting the signal input to the terminal 1402 from the terminals 1401 and 1403, the signal output from the terminal 1401 is the terminal 1403.
Amplitude is the same as the signal output from, but the phase is different by 180 °. When the signal input to the terminal 1404 is extracted from the terminals 1401 and 1403, the signal output from the terminal 1401 is the terminal 14
The signal output from 03 has the same amplitude and phase. Also, the terminal
Isolation between 1402 and 1404, terminal 1401
And 1403 are also isolated.

【0038】実際、前記小型180°ハイブリッドカップ
ラーを実現することにおいて、キャパシタ1411、1412、
1413、1414として本発明の一実施形態に係わる図1
(a)又は図8(a)のMIMシャント容量性素子を用いる
と、ハイブリッドカップラーの小型化にはより効果的で
ある。図14(b)には、GaAs基板上に作製された図14
(a)の小型180°ハイブリッドカップラーのレイアウト
図を示している。図14(b)での導体線路と端子とキャ
パシタは、次のように図14(a)の180°ハイブリッドカ
ップラーの各要素に該当する。図14(b)の180°ハイブ
リッドカップラーのレイアウト図において、端子1401'
と1402'と1403'と1404'は、夫々、図14(a)の端子1401
と1402と1403と1404に該当する。導体線路1410'と1420'
と1430'と1440'は、夫々、図14(a)の導体線路1410と1
420と1430と1440に該当する。導体線路の間、又は導体
線路と端子の間の接続面は破線により示されている。一
点鎖線により囲まれているキャパシタ1411'と1412'と14
13'と1414'は、夫々、図14(a)のキャパシタ1411と141
2と1413と1414に該当する。図14(b)では、GaAs基板上
に図14(a)の小型180°ハイブリッドカップラーが作製
されており、キャパシタ1411'と1412'と1413'と1414'
は、図1(a)のMIMシャント容量性素子である。キャパ
シタ1411'は導体線路1410'と1420'の下部に形成され、
キャパシタ1412'は導体線路1420'と1430'の下部に形成
され、キャパシタ1413'は導体線路1430'と1440'の下部
に形成され、キャパシタ1414'は導体線路1440'と1410'
の下部に形成されている。図26の従来の180°ハイブリ
ッドカップラーを100μmの厚さを有するGaAs基板上に作
製する場合、その占有面積は1000μm×2000μmである
が、前記小型180°ハイブリッドカップラーの場合は、
図14(b)のように320μm×580μmの占有面積を有す
る。
Actually, in realizing the compact 180 ° hybrid coupler, capacitors 1411, 1412,
FIG. 1 according to an embodiment of the present invention as 1413 and 1414.
The use of the MIM shunt capacitive element of (a) or FIG. 8 (a) is more effective for downsizing of the hybrid coupler. FIG. 14 (b) shows the structure of FIG.
The layout of the small 180 ° hybrid coupler in (a) is shown. The conductor lines, terminals, and capacitors in Fig. 14 (b) correspond to the components of the 180 ° hybrid coupler in Fig. 14 (a) as follows. In the layout diagram of the 180 ° hybrid coupler in Fig. 14 (b), the terminal 1401 '
And 1402 ', 1403', and 1404 'are the terminals 1401 in Fig. 14 (a), respectively.
And 1402, 1403 and 1404. Conductor lines 1410 'and 1420'
And 1430 'and 1440' correspond to the conductor lines 1410 and 1 of FIG. 14 (a), respectively.
Corresponds to 420, 1430 and 1440. The connecting surfaces between the conductor lines or between the conductor lines and the terminals are indicated by dashed lines. Capacitors 1411 'and 1412' and 14 surrounded by the dashed line
13 'and 1414' are the capacitors 1411 and 141 of FIG. 14 (a), respectively.
It corresponds to 2 and 1413 and 1414. In Fig. 14 (b), the small 180 ° hybrid coupler of Fig. 14 (a) is fabricated on a GaAs substrate, and capacitors 1411 ', 1412', 1413 'and 1414' are formed.
Is the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a). The capacitor 1411 'is formed under the conductor lines 1410' and 1420 ',
Capacitor 1412 'is formed under conductor lines 1420' and 1430 ', capacitor 1413' is formed under conductor lines 1430 'and 1440', and capacitor 1414 'is formed under conductor lines 1440' and 1410 '.
Is formed at the bottom of. When the conventional 180 ° hybrid coupler of FIG. 26 is manufactured on a GaAs substrate having a thickness of 100 μm, the occupied area is 1000 μm × 2000 μm, but in the case of the small 180 ° hybrid coupler,
As shown in FIG. 14 (b), it has an occupied area of 320 μm × 580 μm.

【0039】図18(a)〜(d)には、図14(b)の小型1
80°ハイブリッドカップラーに対する電磁界解析結果を
示している。図18(a)のソリッドラインは、端子1402'
に入力した信号を端子1403'から取り出す場合の挿入損
失であり、サークルは端子1402'に入力した信号を端子1
401'から取り出す場合の挿入損失である。25 GHz近傍で
両者は、約−4 dBの値である同電力分配特性を示してい
る。図18(b)のソリッドラインは、端子1404'に入力し
た信号を端子1401'から取り出す場合の挿入損失であ
り、サークルは端子1404'に入力した信号を端子1403'か
ら取り出す場合の挿入損失である。25 GHz近傍で両者
は、約−4 dBの値である同電力分配特性を示している。
図18(c)のソリッドラインは、端子1404'に信号を入力
した場合、端子1401'から出力される信号と端子1403'か
ら出力される信号との位相差を示している。25 GHz近傍
で0°近傍の同位相分配特性を示している。図18(c)の
サークルは、端子1402'に信号を入力した場合、端子140
1'から出力される信号と端子1403'から出力される信号
との位相差を示している。25 GHz近傍で180°近傍の逆
位相分配特性を示している。図18(d)のサークルは、
端子1401'と端子1403'とのアイソレーション特性を示
し、ソリッドラインは、端子1402'と端子1404'とのアイ
ソレーション特性を示している。図14(b)の上下対称
構造により、端子1402'と端子1404'とのアイソレーショ
ン特性は、端子1401'と端子1403'とのアイソレーション
特性とまったく同じである。図18(d)から分かるよう
に25 GHz近傍でのアイソレーション値は約20 dBであ
る。前記結果から分かるように、図14(b)の小型180°
ハイブリッドカップラーは、25 GHz近傍で通常の180°
ハイブリッドカップラーとしての機能を有し、且つ半導
体基板上での占有面積が小さい利点を有している。
FIGS. 18 (a) to 18 (d) show the small size 1 of FIG. 14 (b).
The electromagnetic field analysis results for the 80 ° hybrid coupler are shown. The solid line in Fig. 18 (a) is the terminal 1402 '.
Is the insertion loss when the signal input to the terminal 1403 'is extracted from the terminal 1403', and the circle indicates the signal input to the terminal 1402 '.
Insertion loss when extracting from 401 '. In the vicinity of 25 GHz, both show the same power distribution characteristics with a value of approximately -4 dB. The solid line in Figure 18 (b) is the insertion loss when the signal input to terminal 1404 'is extracted from terminal 1401', and the circle is the insertion loss when the signal input to terminal 1404 'is extracted from terminal 1403'. is there. In the vicinity of 25 GHz, both show the same power distribution characteristics with a value of approximately -4 dB.
The solid line in FIG. 18C shows the phase difference between the signal output from the terminal 1401 ′ and the signal output from the terminal 1403 ′ when a signal is input to the terminal 1404 ′. In-phase distribution characteristics near 0 ° are shown near 25 GHz. The circle in Fig. 18 (c) indicates that when a signal is input to terminal 1402 ',
The phase difference between the signal output from 1'and the signal output from the terminal 1403 'is shown. It shows the antiphase distribution characteristics near 180 ° near 25 GHz. The circle in Figure 18 (d)
The isolation characteristics of the terminals 1401 'and 1403' are shown, and the solid line shows the isolation characteristics of the terminals 1402 'and 1404'. Due to the vertically symmetrical structure of FIG. 14 (b), the isolation characteristics between the terminals 1402 ′ and 1404 ′ are exactly the same as the isolation characteristics between the terminals 1401 ′ and 1403 ′. As can be seen from Fig. 18 (d), the isolation value near 25 GHz is about 20 dB. As can be seen from the above results, the small 180 ° in Fig. 14 (b)
Hybrid couplers are typically 180 ° near 25 GHz
It has an advantage that it has a function as a hybrid coupler and that it occupies a small area on a semiconductor substrate.

【0040】その他にも、図14(a)と同じ構造を有す
る小型180°ハイブリッドカップラーにおいて、導体線
路1410と1420と1440は、100Ωの線路インピダンスと中
心周波数に対して8分の1波長の長さを有する導体線路か
らなり、導体線路1430は、100Ωの線路インピダンスと
中心周波数に対して8分の5波長の長さを有する導体線路
からなり、キャパシタ1411と1412と1413と1414は、図1
(a)又は図8(a)のMIMシャント容量性素子からなる特
徴を有する小型180°ハイブリッドカップラーも考えら
れる。前記小型180°ハイブリッドカップラーも、通常
の180°ハイブリッドカップラーとしての機能を有す
る。又、100μmの厚さを有するGaAs基板上に、図1(a)
のMIMシャント容量性素子を有する前記小型180°ハイブ
リッドカップラーを25 GHz動作用として作製する場合、
基板上の占有面積は約650μm×400μmである。
In addition, in the small 180 ° hybrid coupler having the same structure as in FIG. 14 (a), the conductor lines 1410, 1420, and 1440 have a line impedance of 100Ω and a length of 1/8 wavelength with respect to the center frequency. The conductor line 1430 has a line impedance of 100Ω and a conductor line having a length of 5/8 wavelength with respect to the center frequency, and the capacitors 1411, 1412, 1413, and 1414 have
A miniature 180 ° hybrid coupler having the feature of the MIM shunt capacitive element of (a) or FIG. 8 (a) is also conceivable. The small 180 ° hybrid coupler also has a function as an ordinary 180 ° hybrid coupler. In addition, as shown in Fig. 1 (a) on a GaAs substrate with a thickness of 100 μm.
When making the miniature 180 ° hybrid coupler with MIM shunt capacitive element for 25 GHz operation,
The occupied area on the substrate is about 650 μm × 400 μm.

【0041】又、図14(a)の小型180°ハイブリッドカ
ップラーにおいて、導体線路1430とキャパシタ1412とキ
ャパシタ1413からなる2端子回路の代わりに、端子1402
と1403の間に一つの直列キャパシタを接続することによ
り、従来の180°ハイブリッドカップラーと同じ機能を
有する小型180°ハイブリッドカップラーも実現でき
る。
Further, in the small 180 ° hybrid coupler of FIG. 14 (a), instead of the two-terminal circuit consisting of the conductor line 1430, the capacitor 1412 and the capacitor 1413, the terminal 1402 is used.
A single 180 ° hybrid coupler having the same function as a conventional 180 ° hybrid coupler can also be realized by connecting a series capacitor between the above and 1403.

【0042】図15には、本発明の一実施形態に係わる小
型180°ハイブリッドカップラーを示している。前記小
型180°ハイブリッドカップラーは半導体基板上に形成
され、端子1501と1502と1503と1504を有する。導体線路
1510と1520と1540は、140Ωの線路インピダンスと中心
周波数に対して12分の1波長の長さを有する。キャパシ
タ1511と1514は、MIMシャント容量性素子又は開放スタ
ブからなり、半導体基板上の占有面積を小さくするた
め、好ましくは前記図1(a)又は図8(a)のMIMシャン
ト容量性素子からなる。キャパシタ1511と1514の値とし
ては0.15乃至0.25pFが適切な範囲である。又、端子1502
と1503の間は、キャパシタ1530が接続されている。キャ
パシタ1530の値としては0.1乃至0.2 pFが適切な範囲で
ある。例えば100μmの厚さを有するGaAs基板上に前記18
0°ハイブリッドカップラーを作製すると、そのサイズ
は280μm×300μmになる。前記図15の180°ハイブリッ
ドカップラーの場合、例えば端子1502に入力した信号を
端子1501と1503から取り出す場合、端子1501から出力さ
れる信号は、端子1503から出力される信号と振幅が等し
く、位相が180°異なる。又、端子1504に入力した信号
を端子1501と1503から取り出す場合、端子1501から出力
される信号は、端子1503から出力される信号と振幅と位
相が等しい。又、端子1502と1504間はアイソレーション
されており、端子1501と1503間もアイソレーションされ
ている。
FIG. 15 shows a compact 180 ° hybrid coupler according to an embodiment of the present invention. The miniature 180 ° hybrid coupler is formed on a semiconductor substrate and has terminals 1501, 1502, 1503 and 1504. Conductor track
1510, 1520 and 1540 have a line impedance of 140 Ω and a length of 1/12 wavelength with respect to the center frequency. Capacitors 1511 and 1514 are MIM shunt capacitive elements or open stubs, and are preferably MIM shunt capacitive elements of FIG. 1 (a) or FIG. 8 (a) in order to reduce the occupied area on the semiconductor substrate. . A suitable range for the capacitors 1511 and 1514 is 0.15 to 0.25 pF. Also, terminal 1502
A capacitor 1530 is connected between and 1503. A suitable value for the capacitor 1530 is 0.1 to 0.2 pF. For example, the above 18 is formed on a GaAs substrate having a thickness of 100 μm.
The size of a 0 ° hybrid coupler is 280 μm × 300 μm. In the case of the 180 ° hybrid coupler of FIG. 15, for example, when the signal input to the terminal 1502 is taken out from the terminals 1501 and 1503, the signal output from the terminal 1501 has the same amplitude as the signal output from the terminal 1503, and the phase is the same. 180 ° different. When the signal input to the terminal 1504 is extracted from the terminals 1501 and 1503, the signal output from the terminal 1501 has the same amplitude and phase as the signal output from the terminal 1503. Further, the terminals 1502 and 1504 are isolated, and the terminals 1501 and 1503 are also isolated.

【0043】その他にも、図15と同じ構造を有する小型
180°ハイブリッドカップラーにおいて、導体線路1510
と1520と1540は、100Ωの線路インピダンスと中心周波
数に対して8分の1波長の長さを有する導体線路からな
り、キャパシタ1411と1412と1413と1414は、図1(a)
又は図8(a)のMIMシャント容量性素子からなる特徴を
有する小型180°ハイブリッドカップラーも考えられ
る。前記小型180°ハイブリッドカップラーも、通常の1
80°ハイブリッドカップラーとしての機能を有する。
又、100μmの厚さを有するGaAs基板上に、図1(a)のMI
Mシャント容量性素子を有する前記小型180°ハイブリッ
ドカップラーを25 GHz動作用として作製する場合、基板
上の占有面積は約350μm×400μmである。
Besides, the small structure having the same structure as in FIG.
Conductor line 1510 in 180 ° hybrid coupler
, 1520 and 1540 are composed of a conductor impedance having a line impedance of 100Ω and a wavelength of 1/8 of the center frequency, and capacitors 1411, 1412, 1413 and 1414 are shown in FIG. 1 (a).
Alternatively, a small 180 ° hybrid coupler having the feature of the MIM shunt capacitive element of FIG. 8 (a) is also conceivable. The small 180 ° hybrid coupler is also a standard one
Functions as an 80 ° hybrid coupler.
On the GaAs substrate with a thickness of 100 μm, the MI of Fig. 1 (a)
When the miniature 180 ° hybrid coupler having the M shunt capacitive element is manufactured for 25 GHz operation, the occupied area on the substrate is about 350 μm × 400 μm.

【0044】前記図1(a)又は図8(a)のMIMシャント
容量性素子を用いると、半導体基板上で小さい占有面積
を有する電力分配器を作製することができる。図27に
は、従来の電力分配器としてウィル−キンソン電力分配
器を示している。ウィル−キンソン電力分配器は、導体
線路2310と2320の上に3個の端子2301と2302と2303を有
する。前記導体線路2310と2320の長さは、中心周波数に
対して4分の1波長であり、特性インピダンスは√2Zoで
ある。端子2302と2303の間には2Zoの抵抗値を有する抵
抗2330が接続されている。従来の電力分配器としての前
記ウィル−キンソン電力分配器の重要な機能は、同電力
及び同位相分配機能と、端子間のアイソレーション機能
である。即ち、端子2301に入力した信号を端子2302と23
03から取り出す場合、端子2302から出力される信号は、
端子2303から出力される信号と振幅及び位相が等しい。
又、端子2302と2303間はアイソレーションされている。
ウィル−キンソン電力分配器の説明及び例は、David M.
Pozarによる“Microwave Engineering”、第1版、Add
ison-Wesley Publishing Company、Inc.、1990年の第8.
3節、ページ395−400に記載されている。しかし、従来
のウィル−キンソン電力分配器は、モノリシックマイク
ロ波集積回路用半導体チップ上の占有面積が極めて大き
い。例えば100μmの厚さを有するGaAs基板上に、動作周
波数が25GHzである図27のような従来のウィル−キンソ
ン電力分配器を作製すると、4分の1波長を有する導体線
路2310と2320の長さは約1000μmである。
By using the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a) or FIG. 8 (a), a power distributor having a small occupied area on a semiconductor substrate can be manufactured. FIG. 27 shows a Will-Kinson power divider as a conventional power divider. The Wil-Kinson power distributor has three terminals 2301, 2302 and 2303 on conductor lines 2310 and 2320. The lengths of the conductor lines 2310 and 2320 are a quarter wavelength with respect to the center frequency, and the characteristic impedance is √2Zo. A resistor 2330 having a resistance value of 2Zo is connected between the terminals 2302 and 2303. The important functions of the conventional Wil-Kinson power distributor as a conventional power distributor are the same power and same phase distribution function and the isolation function between terminals. That is, the signal input to the terminal 2301 is input to the terminals 2302 and 23
When taking out from 03, the signal output from the terminal 2302 is
The signal output from the terminal 2303 has the same amplitude and phase.
Further, the terminals 2302 and 2303 are isolated.
A description and example of a Will-Kinson power divider is given by David M.
"Microwave Engineering" by Pozar, 1st Edition, Add
ison-Wesley Publishing Company, Inc., 1990, 8.
See Section 3, Pages 395-400. However, the conventional Wil-Kinson power divider occupies an extremely large area on the semiconductor chip for monolithic microwave integrated circuits. For example, on a GaAs substrate having a thickness of 100 μm, when a conventional Wil-Kinson power distributor as shown in FIG. 27 having an operating frequency of 25 GHz is manufactured, the lengths of the conductor lines 2310 and 2320 having a quarter wavelength are lengthened. Is about 1000 μm.

【0045】しかし、4分の1波長の長さを有する導体線
路2310と2320は、二つのシャントキャパシタを有する線
路と等価であり、シャントキャパシタと線路インピダン
スの値を適切に選択すれば、導体線路2310と2320の長さ
は、8分の1波長乃至12分の1波長までに小さくなる。こ
の場合、シャントキャパシタとして前記図1(a)又は
図8(a)のMIMシャント容量性素子を用いると、半導体
基板上で小さい占有面積を有する電力分配器を作製する
ことができる。
However, the conductor lines 2310 and 2320 having a length of a quarter wavelength are equivalent to a line having two shunt capacitors, and if the values of the shunt capacitor and the line impedance are appropriately selected, the conductor lines are The lengths of 2310 and 2320 are reduced from 1 / 8th to 1 / 12th wavelength. In this case, when the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a) or FIG. 8 (a) is used as the shunt capacitor, a power distributor having a small occupied area on the semiconductor substrate can be manufactured.

【0046】図16(a)には、本発明の一実施形態に係
わる小型電力分配器を示している。前記小型電力分配器
は半導体基板上に形成され、端子1601と1602と1603を有
する。導体線路1610と1620は140Ωの線路インピダンス
と中心周波数に対して12分の1波長の長さを有する。端
子1602と1603の間には100Ωの抵抗値を有する抵抗1630
が接続されている。キャパシタ1611と1612と1613は、MI
Mシャント容量性素子又は開放スタブからなり、半導体
基板上の占有面積を小さくするため、好ましくは前記図
1(a)又は図8(a)のMIMシャント容量性素子からな
る。キャパシタ1611と1612と1613の値としては0.15乃至
0.25 pFが適切な範囲である。例えば100μmの厚さを有
するGaAs基板上に前記電力分配器を作製すると、例えば
Auからなる導体線路1610と1620の長さは約300μmであ
る。これに比べ、図27の従来の電力分配器を用いて、例
えば100μmの厚さを有するGaAsからなる基板上に25 GHz
付近で動作する電力分配器を作製する場合、4分の1波長
の長さを有する図27の導体線路2310と2320の長さは約10
00μmである。前記図16(a)の電力分配器の場合、端子
1601に入力した信号を端子1602と1603から取り出す場
合、端子1602から出力される信号は、端子1603から出力
される信号と振幅及び位相が等しい。又、端子1602と16
03間はアイソレーションされている。
FIG. 16 (a) shows a small power distributor according to an embodiment of the present invention. The small power distributor is formed on a semiconductor substrate and has terminals 1601, 1602 and 1603. The conductor lines 1610 and 1620 have a line impedance of 140Ω and a length of 1/12 wavelength with respect to the center frequency. A resistor 1630 having a resistance value of 100 Ω is provided between terminals 1602 and 1603.
Are connected. Capacitors 1611, 1612 and 1613 are MI
The MIM shunt capacitive element or the open stub is used, and the MIM shunt capacitive element of FIG. 1A or 8A is preferably used to reduce the occupied area on the semiconductor substrate. The value of the capacitors 1611, 1612 and 1613 is 0.15 to
0.25 pF is a suitable range. For example, when the power distributor is formed on a GaAs substrate having a thickness of 100 μm,
The length of the conductor lines 1610 and 1620 made of Au is about 300 μm. Compared to this, using the conventional power divider of Figure 27, for example, 25 GHz on a substrate made of GaAs with a thickness of 100 μm.
When making a power distributor operating in the vicinity, the length of the conductor lines 2310 and 2320 of FIG.
It is 00 μm. In the case of the power distributor of FIG. 16 (a), the terminals
When the signal input to 1601 is extracted from the terminals 1602 and 1603, the signal output from the terminal 1602 has the same amplitude and phase as the signal output from the terminal 1603. Also, terminals 1602 and 16
Between 03 is isolated.

【0047】実際、前記小型電力分配器を実現すること
において、キャパシタ1611と1612と1613として本発明の
一実施形態に係わる図1(a)又は図8(a)のMIMシャン
ト容量性素子を用いると、電力分配器の小型化にはより
効果的である。図16(b)には、GaAs基板上に作製され
た図16(a)の小型電力分配器のレイアウト図を示して
いる。図16(b)での導体線路と端子とキャパシタと抵
抗は、次のように図16(a)の電力分配器の各要素に該
当する。図16(b)の電力分配器のレイアウト図におい
て、端子1601'と1602'と1603'は、夫々、図16(a)の端
子1601と1602と1603に該当する。導体線路1610'と1620'
は、夫々、図16(a)の導体線路1610と1620に該当す
る。抵抗1630'は、図16(a)の抵抗1630に該当する。導
体線路の間、又は導体線路と端子の間の接続面は破線に
より示されている。一点鎖線により囲まれているキャパ
シタ1611'と1612'と1613'は、夫々、図16(a)のキャパ
シタ1611と1612と1613に該当する。図16(b)では、GaA
s基板上に図16(a)の小型電力分配器が作製されてお
り、キャパシタ1611'と1612'と1613'は、図1(a)のMIM
シャント容量性素子である。キャパシタ1611'は導体線
路1610'と1620'の下部に形成され、キャパシタ1612'は
導体線路1610'の下部に形成され、キャパシタ1613'は導
体線路1620'の下部に形成されている。図27の従来の電
力分配器を100μmの厚さを有するGaAs基板上に作製する
場合、その占有面積は500μm×1000μmであるが、前記
小型電力分配器の場合は、図16(b)のように140μm×2
20μmの占有面積を有する。
In practice, the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a) or FIG. 8 (a) according to an embodiment of the present invention is used as the capacitors 1611, 1612 and 1613 in realizing the small power divider. And, it is more effective for downsizing the power distributor. FIG. 16 (b) shows a layout diagram of the small power distributor of FIG. 16 (a) fabricated on a GaAs substrate. The conductor lines, terminals, capacitors and resistors in FIG. 16 (b) correspond to the respective elements of the power distributor in FIG. 16 (a) as follows. In the layout diagram of the power distributor in FIG. 16B, terminals 1601 ′, 1602 ′ and 1603 ′ correspond to the terminals 1601, 1602 and 1603 in FIG. 16A, respectively. Conductor lines 1610 'and 1620'
Correspond to the conductor lines 1610 and 1620 of FIG. 16 (a), respectively. The resistor 1630 ′ corresponds to the resistor 1630 of FIG. The connecting surfaces between the conductor lines or between the conductor lines and the terminals are indicated by dashed lines. Capacitors 1611 ', 1612' and 1613 'surrounded by the one-dot chain line correspond to the capacitors 1611, 1612 and 1613 of FIG. 16 (a), respectively. In Fig. 16 (b), GaA
s The small power distributor of Fig. 16 (a) is fabricated on the substrate, and the capacitors 1611 ', 1612' and 1613 'are the MIM of Fig. 1 (a).
It is a shunt capacitive element. The capacitor 1611 'is formed under the conductor lines 1610' and 1620 ', the capacitor 1612' is formed under the conductor line 1610 ', and the capacitor 1613' is formed under the conductor line 1620 '. When the conventional power distributor shown in FIG. 27 is manufactured on a GaAs substrate having a thickness of 100 μm, the occupied area is 500 μm × 1000 μm, but in the case of the small power distributor, it is as shown in FIG. 16 (b). 140 μm x 2
It has an occupied area of 20 μm.

【0048】図19(a)〜(c)には、図16(b)の小型
電力分配器に対する電磁界解析結果を示している。図19
(a)のソリッドラインは、端子1601'に入力した信号を
端子1602'から取り出す場合の挿入損失であり、サーク
ルは端子1601'に入力した信号を端子1603'から取り出す
場合の挿入損失である。両者はほぼ一致し、25 GHz近傍
で約−3.6 dBの値である同電力分配特性を示している。
図19(b)は、端子1601'に信号を入力した場合、端子16
02'から出力される信号と端子1603'から出力される信号
との位相差を示しており、広帯域に渡って0°の同位相
分配特性を示している。図19(c)は、端子1602'と端子
1603'とのアイソレーション特性を示しており、25 GHz
近傍で約14 dBのアイソレーション値を示している。前
記結果から分かるように、図16(b)の小型電力分配器
は、25 GHz近傍で通常のウィル−キンソン電力分配器と
しての機能を有し、且つ半導体基板上での占有面積が小
さい利点を有している。
FIGS. 19 (a) to 19 (c) show the electromagnetic field analysis results for the small power distributor of FIG. 16 (b). Figure 19
The solid line in (a) is the insertion loss when the signal input to the terminal 1601 ′ is extracted from the terminal 1602 ′, and the circle is the insertion loss when the signal input to the terminal 1601 ′ is extracted from the terminal 1603 ′. Both are almost the same, and show the same power distribution characteristics with a value of approximately -3.6 dB near 25 GHz.
Figure 19 (b) shows that when a signal is input to terminal 1601 ',
The phase difference between the signal output from 02 'and the signal output from the terminal 1603' is shown, and the in-phase distribution characteristic of 0 ° is shown over a wide band. Figure 19 (c) shows terminal 1602 'and terminal
Shows isolation characteristics with 1603 ', 25 GHz
The isolation value is about 14 dB in the vicinity. As can be seen from the above results, the small power distributor in FIG. 16 (b) has the function of a normal Wilkinson power distributor in the vicinity of 25 GHz and has the advantage that it occupies a small area on the semiconductor substrate. Have

【0049】その他にも、図16(a)と同じ構造を有す
る小型電力分配器において、導体線路1610と1620は、10
0Ωの線路インピダンスと中心周波数に対して8分の1波
長の長さを有する導体線路からなり、キャパシタ1611と
1612と1613は、図1(a)又は図8(a)のMIMシャント容
量性素子からなる特徴を有する小型電力分配器も考えら
れる。前記小型電力分配器も、通常のウィル−キンソン
電力分配器としての機能を有する。又、100μmの厚さを
有するGaAs基板上に、図1(a)のMIMシャント容量性素
子を有する前記小型電力分配器を25 GHz動作用として作
製する場合、基板上の占有面積は約200μm×220μmであ
る。
Besides, in the small power distributor having the same structure as that shown in FIG. 16A, the conductor lines 1610 and 1620 are
It consists of a conductor line having a line impedance of 0Ω and a length of 1/8 wavelength with respect to the center frequency.
1612 and 1613 are also conceivable miniature power dividers that feature the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a) or FIG. 8 (a). The small power divider also functions as a conventional Wilkinson power divider. Moreover, when the small power distributor having the MIM shunt capacitive element of Fig. 1 (a) is manufactured for 25 GHz operation on a GaAs substrate having a thickness of 100 μm, the occupied area on the substrate is approximately 200 μm × 220 μm.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体基
板上にMIMシャント容量性素子を作製することにおい
て、半導体チップ上の占有面積が小さくなり、高周波で
の性能劣化が小さくなり、高周波においての回路設計と
レイアウト設計を効率良く行えるという有利な効果が得
られ、又、半導体基板上に受動機能回路を作製すること
において、半導体チップ上の占有面積が小さくなり、Ga
Asのようなモノリシックマイクロ波集積回路基板上に集
積可能であるという有利な効果が得られる。
As described above, according to the present invention, when the MIM shunt capacitive element is manufactured on the semiconductor substrate, the area occupied by the semiconductor chip is reduced, the performance deterioration at high frequency is reduced, and the high frequency The advantageous effect that the circuit design and layout design in can be efficiently performed can be obtained. Moreover, when the passive functional circuit is manufactured on the semiconductor substrate, the occupied area on the semiconductor chip becomes small, and
The advantageous effect is that it can be integrated on a monolithic microwave integrated circuit substrate such as As.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)本発明の一実施形態に係わるMIMシャン
ト容量性素子を示す平面図 (b)図1(a)のX−Xにおける断面構造を示す図
1A is a plan view showing an MIM shunt capacitive element according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a view showing a cross-sectional structure taken along line XX of FIG.

【図2】(a)図1(a)のMIMシャント容量性素子の
集中定数等価回路を示す図 (b)MIMシャント容量性素子の断面構造の中の集中定
数等価回路を示す図
FIG. 2 (a) is a diagram showing a lumped constant equivalent circuit of the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a). FIG. 2 (b) is a diagram showing a lumped constant equivalent circuit in the cross-sectional structure of the MIM shunt capacitive element.

【図3】(a)散乱係数S11を示す図 (b)散乱係数S21を示す図3A is a diagram showing a scattering coefficient S 11 ; FIG. 3B is a diagram showing a scattering coefficient S 21 .

【図4】(a)散乱係数S11を示す図 (b)散乱係数S21を示す図4A is a diagram showing a scattering coefficient S 11 ; FIG. 4B is a diagram showing a scattering coefficient S 21 .

【図5】(a)散乱係数S11を示す図 (b)散乱係数S21を示す図5A is a diagram showing a scattering coefficient S 11 ; FIG. 5B is a diagram showing a scattering coefficient S 21 .

【図6】(a)散乱係数S11を示す図 (b)散乱係数S21を示す図6A is a diagram showing a scattering coefficient S 11 ; FIG. 6B is a diagram showing a scattering coefficient S 21 .

【図7】本発明の一実施形態であるMIMシャント容量性
素子(図1(a))を用いて回路設計とレイアウト設計
を行う場合の作業内容を示す図
FIG. 7 is a diagram showing work contents when a circuit design and a layout design are performed using the MIM shunt capacitive element (FIG. 1A) which is an embodiment of the present invention.

【図8】(a)本発明の一実施形態に係わるMIMシャン
ト容量性素子を示す平面図 (b)X−Xにおける断面構造を示す図
FIG. 8A is a plan view showing a MIM shunt capacitive element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a view showing a cross-sectional structure taken along line XX.

【図9】図1(a)のMIMシャント容量性素子の貫通孔1
04と導体壁面105の製造方法を示す図
9 is a through hole 1 of the MIM shunt capacitive element of FIG. 1 (a).
Diagram showing manufacturing method of 04 and conductor wall surface 105

【図10】図8(a)のMIMシャント容量性素子の貫通
孔804と導体壁面805に対する製造方法を示す図
10 is a diagram showing a method of manufacturing the through hole 804 and the conductor wall surface 805 of the MIM shunt capacitive element of FIG. 8 (a).

【図11】図8(a)のMIMシャント容量性素子の集中
定数等価回路を示す図
11 is a diagram showing a lumped constant equivalent circuit of the MIM shunt capacitive element of FIG. 8 (a).

【図12】(a)本発明の一実施形態に係わる小型90°
ハイブリッドカップラーを示す図 (b)レイアウトパターンを示す図
FIG. 12 (a) A small 90 ° according to an embodiment of the present invention.
The figure which shows a hybrid coupler (b) The figure which shows a layout pattern

【図13】本発明の一実施形態に係わる小型90°ハイブ
リッドカップラーのレイアウトパターン図
FIG. 13 is a layout pattern diagram of a compact 90 ° hybrid coupler according to an embodiment of the present invention.

【図14】(a)本発明の一実施形態に係わる小型180
°ハイブリッドカップラーを示す図 (b)レイアウトパターン図
FIG. 14 (a) is a small 180 according to an embodiment of the present invention.
° Diagram showing hybrid coupler (b) Layout pattern diagram

【図15】本発明の一実施形態に係わる小型180°ハイ
ブリッドカップラーを示す図
FIG. 15 is a diagram showing a compact 180 ° hybrid coupler according to an embodiment of the present invention.

【図16】(a)本発明の一実施形態に係わる小型電力
分配器を示す図 (b)レイアウトパターン図
FIG. 16A is a diagram showing a small power distributor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 16B is a layout pattern diagram.

【図17】(a)図12(b)の小型90°ハイブリッド
カップラーの挿入損失の電磁界計算結果を示す図 (b)位相差の電磁界計算結果を示す図 (c)アイソレーションの電磁界計算結果を示す図
FIG. 17A is a diagram showing an electromagnetic field calculation result of insertion loss of the small 90 ° hybrid coupler of FIG. 12B, FIG. 17B is a diagram showing an electromagnetic field calculation result of a phase difference, and FIG. 17C is an isolation electromagnetic field. Figure showing calculation results

【図18】(a)図14(b)の小型180°ハイブリッ
ドカップラーの挿入損失の電磁界計算結果を示す図 (b)図14(b)の小型180°ハイブリッドカップラ
ーの挿入損失の電磁界計算結果を示す図 (c)位相差の電磁界計算結果を示す図 (d)アイソレーションの電磁界計算結果を示す図
FIG. 18A is a diagram showing an electromagnetic field calculation result of insertion loss of the small 180 ° hybrid coupler of FIG. 14B, and FIG. 18B is an electromagnetic field calculation of insertion loss of the small 180 ° hybrid coupler of FIG. 14B. The figure which shows a result (c) The figure which shows the electromagnetic field calculation result of a phase difference (d) The figure which shows the electromagnetic field calculation result of isolation

【図19】(a)図16(b)の小型電力分配器の挿入
損失の電磁界計算結果を示す図 (b)位相差の電磁界計算結果を示す図 (c)アイソレーションの電磁界解析結果を示す図
19A is a diagram showing an electromagnetic field calculation result of insertion loss of the small power distributor of FIG. 16B, FIG. 19B is a diagram showing an electromagnetic field calculation result of a phase difference, and FIG. 19C is an electromagnetic field analysis of isolation. Figure showing results

【図20】(a)従来の容量性素子として半導体基板上
のMIM容量性素子を示す図 (b)X−Xにおける断面構造を示す図
20A is a diagram showing a MIM capacitive element on a semiconductor substrate as a conventional capacitive element, and FIG. 20B is a sectional view taken along line XX.

【図21】従来の高周波回路の一例を示す図FIG. 21 is a diagram showing an example of a conventional high frequency circuit.

【図22】半導体基板上の従来のMIMシャント容量性素
子の一例を示す図
FIG. 22 is a diagram showing an example of a conventional MIM shunt capacitive element on a semiconductor substrate.

【図23】従来のMIMシャント容量性素子を用いて回路
設計とレイアウト設計を行う場合の作業内容を示すフロ
ーチャート
FIG. 23 is a flowchart showing the work contents when performing circuit design and layout design using a conventional MIM shunt capacitive element.

【図24】(a)従来のシャント容量性素子としての半
導体基板上の開放スタブを示す図 (b)X−Xにおける断面構造を示す図
FIG. 24 (a) is a view showing an open stub on a semiconductor substrate as a conventional shunt capacitive element, and FIG. 24 (b) is a view showing a sectional structure taken along line XX.

【図25】従来の90°ハイブリッドカップラーを示す図FIG. 25 is a view showing a conventional 90 ° hybrid coupler.

【図26】従来の180°ハイブリッドカップラーを示す
FIG. 26 is a view showing a conventional 180 ° hybrid coupler.

【図27】従来の電力分配器を示す図FIG. 27 is a diagram showing a conventional power distributor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 導体配線部 101、103、801、803、1701、1703 導体膜 102、802、1702 絶縁膜 104、804 貫通孔 105、805 導体壁面 106、107、811、812、1706、1707 接続面 108、109、806、807、1708、1709、1901、1902、1908、
2002 導体配線 200、201、201'、1211、1212、1213、1214、1211'、121
2'、1213'、1214'、1311'、1312'、1313'、1314'、141
1、1412、1413、1414、1411'、1412'、1413'、1414'、1
511、1514、1530、1611、1612、1613、1611'、1612'、1
613'、1801、1802 キャパシタ 202、203、203'、1804、1806、1807、1808、1809 イン
ダクタ 204、205、204'、205'、1201、1202、1203、1204、120
1'、1202'、1203'、1204'、1301'、1302'、1303'、130
4'、2101、2102、2103、2104、2201、2202、2203、220
4、1401、1402、1403、1404、1401'、1402'、1403'、14
04'、1501、1502、1503、1504、1601、1602、1603、160
1'、1602'、1603'、2301、2302、2303 端子 808、1704 貫通導体棒 809、810、1705 接続導体膜 820、1930 接地電位供給部 1000、8000、17000、20000 基板 1001、8001 接地導体膜 1210、1220、1230、1240、1210'、1220'、1230'、124
0'、1310'、1320'、1330'、1340'、1410、1420、1430、
1440、1410'、1420'、1430'、1440'、1510、1520、154
0、1610、1620、1610'、1620'、2110、2120、2130、214
0、2210、2220、2230、2240、2310、2320 導体線路 1630、1630'、2330 抵抗 1805 トランジスタ 1900 MIM容量性素子部 1903、1904、2003、2004 接続部 1909 導体接地パッド 1910 ボンディングワイヤ 1920 T分岐 2001 開放線路 2005 接続面
100 conductor wiring portion 101, 103, 801, 803, 1701, 1703 conductor film 102, 802, 1702 insulating film 104, 804 through hole 105, 805 conductor wall surface 106, 107, 811, 812, 1706, 1707 connection surface 108, 109 , 806, 807, 1708, 1709, 1901, 1902, 1908,
2002 Conductor wiring 200, 201, 201 ', 1211, 1212, 1213, 1214, 1211', 121
2 ', 1213', 1214 ', 1311', 1312 ', 1313', 1314 ', 141
1, 1412, 1413, 1414, 1411 ', 1412', 1413 ', 1414', 1
511, 1514, 1530, 1611, 1612, 1613, 1611 ', 1612', 1
613 ', 1801, 1802 capacitors 202, 203, 203', 1804, 1806, 1807, 1808, 1809 inductors 204, 205, 204 ', 205', 1201, 1202, 1203, 1204, 120
1 ', 1202', 1203 ', 1204', 1301 ', 1302', 1303 ', 130
4 ', 2101, 2102, 2103, 2104, 2201, 2202, 2203, 220
4,1401,1402,1403,1404,1401 ', 1402', 1403 ', 14
04 ', 1501, 1502, 1503, 1504, 1601, 1602, 1603, 160
1 ', 1602', 1603 ', 2301, 2302, 2303 Terminal 808, 1704 Through conductor rod 809, 810, 1705 Connection conductor film 820, 1930 Ground potential supply unit 1000, 8000, 17000, 20000 Substrate 1001, 8001 Ground conductor film 1210, 1220, 1230, 1240, 1210 ', 1220', 1230 ', 124
0 ', 1310', 1320 ', 1330', 1340 ', 1410, 1420, 1430,
1440, 1410 ', 1420', 1430 ', 1440', 1510, 1520, 154
0, 1610, 1620, 1610 ', 1620', 2110, 2120, 2130, 214
0, 2210, 2220, 2230, 2240, 2310, 2320 Conductor line 1630, 1630 ', 2330 Resistor 1805 Transistor 1900 MIM Capacitive element section 1903, 1904, 2003, 2004 Connection section 1909 Conductor ground pad 1910 Bonding wire 1920 T branch 2001 Open track 2005 Connection surface

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H03F 3/60 Fターム(参考) 5F038 AC02 AC15 AZ04 CD04 DF02 EZ01 EZ02 EZ20 5J067 AA04 CA91 CA92 HA09 HA25 HA29 HA33 KA47 KA68 KS03 KS04 KS11 LS05 MA21 QA02 QA03 QA04 QS04 QS05 QS09 TA03 TA05 Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H03F 3/60 F term (reference) 5F038 AC02 AC15 AZ04 CD04 DF02 EZ01 EZ02 EZ20 5J067 AA04 CA91 CA92 HA09 HA25 HA29 HA33 KA47 KA68 KS03 KS04 KS11 LS05 MA21 QA02 QA03 QA04 QS04 QS05 QS09 TA03 TA05

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】モノリシックマイクロ波集積回路基板上に
順次形成された第1の電極導体膜と絶縁膜と第2の電極導
体膜とを有し、前記第2の電極導体膜は前記基板上に形
成されたマイクロ波を伝送するための導体配線の一部に
より構成され、或いは、前記第2の電極導体膜は前記導
体配線の下部に構成されていることを特徴とする容量性
素子。
1. A monolithic microwave integrated circuit substrate having a first electrode conductor film, an insulating film, and a second electrode conductor film sequentially formed on the substrate, wherein the second electrode conductor film is formed on the substrate. A capacitive element characterized in that it is constituted by a part of a conductor wiring for transmitting the formed microwave, or the second electrode conductor film is constituted below the conductor wiring.
【請求項2】モノリシックマイクロ波集積回路基板の主
面上に形成された容量性素子であって、前記容量性素子
は第1の電極導体膜と第2の電極導体膜と絶縁膜からな
り、前記第1の電極導体膜と絶縁膜は前記基板の前記主
面上の導体配線の下部に形成され、前記第2の電極導体
膜は前記基板の前記主面上の前記導体配線からなり、前
記基板は前記主面と反対側の面である裏面を有し、前記
基板の前記裏面上には接地導体膜が形成され、前記第1
の電極導体膜は、前記基板の前記主面と前記裏面を貫通
する導体壁面を有する貫通孔により前記接地導体膜と接
続されていることを特徴とする容量性素子。
2. A capacitive element formed on a main surface of a monolithic microwave integrated circuit substrate, wherein the capacitive element comprises a first electrode conductor film, a second electrode conductor film and an insulating film. The first electrode conductor film and the insulating film are formed under the conductor wiring on the main surface of the substrate, the second electrode conductor film is formed of the conductor wiring on the main surface of the substrate, The substrate has a back surface that is a surface opposite to the main surface, and a ground conductor film is formed on the back surface of the substrate.
2. The capacitive element according to claim 1, wherein the electrode conductor film is connected to the ground conductor film through a through hole having a conductor wall surface that penetrates the main surface and the back surface of the substrate.
【請求項3】モノリシックマイクロ波集積回路基板の主
面上に形成された容量性素子であって、前記容量性素子
は第1の電極導体膜と第2の電極導体膜と絶縁膜からな
り、前記第1の電極導体膜と絶縁膜は前記基板の前記主
面上の導体配線の下部に形成され、前記第2の電極導体
膜は前記基板の前記主面上の前記導体配線からなり、前
記基板は前記主面と反対側の面である裏面を有し、前記
基板の前記裏面上には接地導体膜が形成され、前記第1
の電極導体膜は、前記基板の前記主面と前記裏面と前記
絶縁膜を貫通する導体壁面を有する貫通孔と、前記貫通
孔の前記導体壁面と前記第1の電極導体膜を接続する導
体接続部により、前記接地導体膜と接続されていること
を特徴とする容量性素子。
3. A capacitive element formed on a main surface of a monolithic microwave integrated circuit substrate, wherein the capacitive element comprises a first electrode conductor film, a second electrode conductor film and an insulating film. The first electrode conductor film and the insulating film are formed under the conductor wiring on the main surface of the substrate, the second electrode conductor film is formed of the conductor wiring on the main surface of the substrate, The substrate has a back surface that is a surface opposite to the main surface, and a ground conductor film is formed on the back surface of the substrate.
The electrode conductor film is a through hole having a conductor wall surface that penetrates the main surface, the back surface, and the insulating film of the substrate, and a conductor connection that connects the conductor wall surface of the through hole and the first electrode conductor film. A capacitive element connected to the ground conductor film by a portion.
【請求項4】4個の導体線路と4個のキャパシタからなる
90°ハイブリッドカップラーであって、前記ハイブリッ
ドカップラーは4個の端子を有し、第1の端子には中心周
波数に対して8分の1波長の長さと70Ωの線路インピダン
スを有する第1の線路の第1の接続部と、中心周波数に対
して12分の1波長の長さと70Ωの線路インピダンスを有
する第2の線路の第1の接続部と、第1の接続部が接地さ
れた第1のキャパシタの第2の接続部が接続され、第2の
端子には前記第2の線路の第2の接続部と、中心周波数に
対して8分の1波長の長さと70Ωの線路インピダンスを有
する第3の線路の第1の接続部と、第1の接続部が接地さ
れた第2のキャパシタの第2の接続部が接続され、第3の
端子には前記第3の線路の第2の接続部と、中心周波数に
対して12分の1波長の長さと70Ωの線路インピダンスを
有する第4の線路の第1の接続部と、第1の接続部が接地
された第3のキャパシタの第2の接続部が接続され、第4
の端子には前記第1の線路の第2の接続部と、前記第4の
線路の第2の接続部と、第1の接続部が接地された第4の
キャパシタの第2の接続部が接続され、前記第1〜4のキ
ャパシタは請求項2又は3に記載の容量性素子であること
を特徴とする90°ハイブリッドカップラー。
4. Consisting of four conductor lines and four capacitors
A 90 ° hybrid coupler, wherein the hybrid coupler has four terminals, and the first terminal has a length of one-eighth wavelength with respect to the center frequency and a first line having a line impedance of 70Ω. A first connection, a first connection of a second line having a length of 1/12 wavelength with respect to the center frequency and a line impedance of 70Ω, and a first connection in which the first connection is grounded. A second connection portion of the capacitor is connected, and a second terminal has a second connection portion of the second line, a second line portion having a length of ⅛ wavelength with respect to the center frequency and a line impedance of 70Ω. The first connection part of the line 3 and the second connection part of the second capacitor whose first connection part is grounded are connected, and the second connection of the third line is connected to the third terminal. Section, a first connecting portion of a fourth line having a length of 1/12 wavelength with respect to the center frequency and a line impedance of 70Ω, and a first connection. The second connection of the third capacitor is connected to part of which is grounded, 4th
The terminal has a second connection portion of the first line, a second connection portion of the fourth line, and a second connection portion of a fourth capacitor whose first connection portion is grounded. A 90 ° hybrid coupler, wherein the 90 ° hybrid coupler is connected, and the first to fourth capacitors are the capacitive elements according to claim 2 or 3.
【請求項5】4個の導体線路と4個のキャパシタからなる
90°ハイブリッドカップラーであって、前記ハイブリッ
ドカップラーは4個の端子を有し、第1の端子には中心周
波数に対して12分の1波長の長さと100Ωの線路インピダ
ンスを有する第1の線路の第1の接続部と、中心周波数に
対して18分の1波長の長さと100Ωの線路インピダンスを
有する第2の線路の第1の接続部と、第1の接続部が接地
された第1のキャパシタの第2の接続部が接続され、第2
の端子には前記第2の線路の第2の接続部と、中心周波数
に対して12分の1波長の長さと100Ωの線路インピダンス
を有する第3の線路の第1の接続部と、第1の接続部が接
地された第2のキャパシタの第2の接続部が接続され、第
3の端子には前記第3の線路の第2の接続部と、中心周波
数に対して18分の1波長の長さと100Ωの線路インピダン
スを有する第4の線路の第1の接続部と、第1の接続部が
接地された第3のキャパシタの第2の接続部が接続され、
第4の端子には前記第1の線路の第2の接続部と、前記第4
の線路の第2の接続部と、第1の接続部が接地された第4
のキャパシタの第2の接続部が接続され、前記第1〜4の
キャパシタは請求項2又は3に記載の容量性素子であるこ
とを特徴とする90°ハイブリッドカップラー。
5. Consisting of four conductor lines and four capacitors
A 90 ° hybrid coupler, wherein the hybrid coupler has four terminals, and the first terminal has a length of 1/12 wavelength with respect to the center frequency and a first line having a line impedance of 100Ω. A first connecting part, a first connecting part of a second line having a length of 1/8 wavelength with respect to the center frequency and a line impedance of 100Ω, and a first connecting part in which the first connecting part is grounded. The second connection of the capacitor is connected and the second
The terminal of the second line of the second connection portion, the first connection portion of the third line having a length of 1/12 wavelength with respect to the center frequency and a line impedance of 100Ω, the first The second connection of the second capacitor, whose connection is grounded, is connected to the
At the terminal of 3, the second connection portion of the third line, the first connection portion of the fourth line having a length of 1/8 wavelength with respect to the center frequency and a line impedance of 100Ω, The second connection of the third capacitor, whose first connection is grounded, is connected,
The fourth terminal has a second connecting portion of the first line and the fourth connecting portion.
The second connection of the track and the fourth connection with the first connection grounded
The 90 ° hybrid coupler, wherein the second connection part of the capacitor is connected, and the first to fourth capacitors are the capacitive element according to claim 2 or 3.
【請求項6】4個の導体線路と4個のキャパシタからなる
90°ハイブリッドカップラーであって、前記ハイブリッ
ドカップラーは4個の端子を有し、第1の端子には中心周
波数に対して16分の1波長の長さと130Ωの線路インピダ
ンスを有する第1の線路の第1の接続部と、中心周波数に
対して23分の1波長の長さと130Ωの線路インピダンスを
有する第2の線路の第1の接続部と、第1の接続部が接地
された第1のキャパシタの第2の接続部が接続され、第2
の端子には前記第2の線路の第2の接続部と、中心周波数
に対して16分の1波長の長さと130Ωの線路インピダンス
を有する第3の線路の第1の接続部と、第1の接続部が接
地された第2のキャパシタの第2の接続部が接続され、第
3の端子には前記第3の線路の第2の接続部と、中心周波
数に対して23分の1波長の長さと130Ωの線路インピダン
スを有する第4の線路の第1の接続部と、第1の接続部が
接地された第3のキャパシタの第2の接続部が接続され、
第4の端子には前記第1の線路の第2の接続部と、前記第4
の線路の第2の接続部と、第1の接続部が接地された第4
のキャパシタの第2の接続部が接続され、前記第1〜4の
キャパシタは請求項2又は3に記載の容量性素子であるこ
とを特徴とする90°ハイブリッドカップラー。
6. Consisting of four conductor lines and four capacitors
A 90 ° hybrid coupler, wherein the hybrid coupler has four terminals, and the first terminal has a length of 1/16 wavelength with respect to the center frequency and a first line having a line impedance of 130Ω. A first connecting part, a first connecting part of a second line having a length of 1/3 wavelength with respect to the center frequency and a line impedance of 130 Ω, and a first connecting part in which the first connecting part is grounded. The second connection of the capacitor is connected and the second
The terminal of the second line, the second connection portion, the first connection portion of the third line having a length of 1/16 wavelength with respect to the center frequency and a line impedance of 130Ω, the first The second connection of the second capacitor, whose connection is grounded, is connected to the
The third terminal has a second connection part of the third line, a first connection part of a fourth line having a line impedance of 1/23 wavelength with respect to the center frequency and a line impedance of 130Ω, and The second connection of the third capacitor, whose first connection is grounded, is connected,
The fourth terminal has a second connecting portion of the first line and the fourth connecting portion.
The second connection of the track and the fourth connection with the first connection grounded
The 90 ° hybrid coupler, wherein the second connection part of the capacitor is connected, and the first to fourth capacitors are the capacitive element according to claim 2 or 3.
【請求項7】前記第1〜4のキャパシタは開放スタブから
なることを特徴とする請求項4〜6に記載の90°ハイブリ
ッドカップラー。
7. The 90 ° hybrid coupler according to claim 4, wherein the first to fourth capacitors are open stubs.
【請求項8】4個の導体線路と4個のキャパシタからなる
180°ハイブリッドカップラーであって、前記ハイブリ
ッドカップラーは4個の端子を有し、第1の端子には中心
周波数に対して8分の1波長の長さと100Ωの線路インピ
ダンスを有する第1の線路の第1の接続部と、中心周波数
に対して8分の5波長の長さと100Ωの線路インピダンス
を有する第2の線路の第1の接続部と、第1の接続部が接
地された第1のキャパシタの第2の接続部が接続され、第
2の端子には前記第2の線路の第2の接続部と、中心周波
数に対して8分の1波長の長さと100Ωの線路インピダン
スを有する第3の線路の第1の接続部と、第1の接続部が
接地された第2のキャパシタの第2の接続部が接続され、
第3の端子には前記第3の線路の第2の接続部と、中心周
波数に対して8分の1波長の長さと100Ωの線路インピダ
ンスを有する第4の線路の第1の接続部と、第1の接続部
が接地された第3のキャパシタの第2の接続部が接続さ
れ、第4の端子には前記第1の線路の第2の接続部と、前
記第4の線路の第2の接続部と、第1の接続部が接地され
た第4のキャパシタの第2の接続部が接続され、前記第1
〜4のキャパシタは請求項2又は3に記載の容量性素子で
あることを特徴とする180°ハイブリッドカップラー。
8. Comprised of four conductor lines and four capacitors
180 ° hybrid coupler, the hybrid coupler has four terminals, the first terminal of the first line having a length of 1/8 wavelength with respect to the center frequency and a line impedance of 100Ω. A first connecting part, a first connecting part of a second line having a length of 5/8 wavelength with respect to the center frequency and a line impedance of 100Ω, and a first connecting part in which the first connecting part is grounded. The second connection of the capacitor is connected and the
The second terminal has a second connection portion of the second line, a first connection portion of a third line having a length of 1/8 wavelength with respect to the center frequency and a line impedance of 100Ω, and The second connection of the second capacitor, whose first connection is grounded, is connected,
A second connection portion of the third line to the third terminal, a first connection portion of a fourth line having a length of 1/8 wavelength and a line impedance of 100Ω with respect to the center frequency, The second connection portion of the third capacitor, the first connection portion of which is grounded, is connected, the second connection portion of the first line and the second connection portion of the fourth line at the fourth terminal. And a second connection part of a fourth capacitor, the first connection part of which is grounded, and the first connection part
4. A 180 ° hybrid coupler, wherein the capacitors of 4 to 4 are the capacitive elements according to claim 2 or 3.
【請求項9】4個の導体線路と4個のキャパシタからなる
180°ハイブリッドカップラーであって、前記ハイブリ
ッドカップラーは4個の端子を有し、第1の端子には中心
周波数に対して12分の1波長の長さと140Ωの線路インピ
ダンスを有する第1の線路の第1の接続部と、中心周波数
に対して8分の5波長の長さと100Ωの線路インピダンス
を有する第2の線路の第1の接続部と、第1の接続部が接
地された第1のキャパシタの第2の接続部が接続され、第
2の端子には前記第2の線路の第2の接続部と、中心周波
数に対して12分の1波長の長さと140Ωの線路インピダン
スを有する第3の線路の第1の接続部と、第1の接続部が
接地された第2のキャパシタの第2の接続部が接続され、
第3の端子には前記第3の線路の第2の接続部と、中心周
波数に対して12分の1波長の長さと140Ωの線路インピダ
ンスを有する第4の線路の第1の接続部と、第1の接続部
が接地された第3のキャパシタの第2の接続部が接続さ
れ、第4の端子には前記第1の線路の第2の接続部と、前
記第4の線路の第2の接続部と、第1の接続部が接地され
た第4のキャパシタの第2の接続部が接続され、前記第1
〜4のキャパシタは請求項2又は3に記載の容量性素子で
あることを特徴とする180°ハイブリッドカップラー。
9. Consisting of four conductor lines and four capacitors
A 180 ° hybrid coupler, wherein the hybrid coupler has four terminals, and the first terminal has a length of 1/12 wavelength with respect to the center frequency and a first line having a line impedance of 140Ω. A first connecting part, a first connecting part of a second line having a length of 5/8 wavelength with respect to the center frequency and a line impedance of 100Ω, and a first connecting part in which the first connecting part is grounded. The second connection of the capacitor is connected and the
The second terminal has a second connection portion of the second line, a first connection portion of a third line having a line impedance of 1/12 wavelength with respect to the center frequency and a line impedance of 140Ω, and The second connection of the second capacitor, whose first connection is grounded, is connected,
A second terminal of the third line at the third terminal, a first terminal of a fourth line having a line impedance of 1/12 wavelength and 140Ω with respect to the center frequency, The second connection portion of the third capacitor, the first connection portion of which is grounded, is connected, the second connection portion of the first line and the second connection portion of the fourth line at the fourth terminal. And a second connection part of a fourth capacitor, the first connection part of which is grounded, and the first connection part
4. A 180 ° hybrid coupler, wherein the capacitors of 4 to 4 are the capacitive elements according to claim 2 or 3.
【請求項10】前記第1〜4のキャパシタは全て開放スタ
ブからなることを特徴とする請求項8又は9に記載の180
°ハイブリッドカップラー。
10. The 180 according to claim 8, wherein the first to fourth capacitors are all open stubs.
° Hybrid coupler.
【請求項11】3個の導体線路と3個のキャパシタからな
る180°ハイブリッドカップラーであって、前記ハイブ
リッドカップラーは4個の端子を有し、第1の端子には中
心周波数に対して8分の1波長の長さと100Ωの線路イン
ピダンスを有する第1の線路の第1の接続部と、第1のキ
ャパシタの第1の接続部が接続され、第2の端子には前記
第1のキャパシタの第2の接続部と、中心周波数に対して
8分の1波長の長さと100Ωの線路インピダンスを有する
第2の線路の第1の接続部が接続され、第3の端子には前
記第2の線路の第2の接続部と、中心周波数に対して8分
の1波長の長さと100Ωの線路インピダンスを有する第3
の線路の第1の接続部と、第1の接続部が接地された第2
のキャパシタの第2の接続部が接続され、第4の端子には
前記第1の線路の第2の接続部と、前記第3の線路の第2の
接続部と、第1の接続部が接地された第3のキャパシタの
第2の接続部が接続され、前記第2と3のキャパシタは請
求項2又は3に記載の容量性素子であることを特徴とする
180°ハイブリッドカップラー。
11. A 180 ° hybrid coupler composed of three conductor lines and three capacitors, wherein the hybrid coupler has four terminals, and the first terminal has a center frequency of 8 minutes. The first connection part of the first line having a length of one wavelength of and a line impedance of 100Ω, the first connection part of the first capacitor is connected, the second terminal of the first capacitor of For the second connection and the center frequency
The first connection part of the second line having a length of 1/8 wavelength and a line impedance of 100Ω is connected, and the third terminal is connected to the second connection part of the second line and the center frequency. Third with a length of 1/8 wavelength and a line impedance of 100Ω
The first connection of the track and the second connection with the first connection grounded
The second connection part of the capacitor is connected, the second connection part of the first line, the second connection part of the third line, and the first connection part to the fourth terminal. A second connection portion of a grounded third capacitor is connected, and the second and third capacitors are the capacitive element according to claim 2 or 3.
180 ° hybrid coupler.
【請求項12】3個の導体線路と3個のキャパシタからな
る180°ハイブリッドカップラーであって、前記ハイブ
リッドカップラーは4個の端子を有し、第1の端子には中
心周波数に対して12分の1波長の長さと140Ωの線路イン
ピダンスを有する第1の線路の第1の接続部と、第1のキ
ャパシタの第1の接続部が接続され、第2の端子には前記
第1のキャパシタの第2の接続部と、中心周波数に対して
12分の1波長の長さと140Ωの線路インピダンスを有する
第2の線路の第1の接続部が接続され、第3の端子には前
記第2の線路の第2の接続部と、中心周波数に対して12分
の1波長の長さと140Ωの線路インピダンスを有する第3
の線路の第1の接続部と、第1の接続部が接地された第2
のキャパシタの第2の接続部が接続され、第4の端子には
前記第1の線路の第2の接続部と、前記第3の線路の第2の
接続部と、第1の接続部が接地された第3のキャパシタの
第2の接続部が接続され、前記第2と3のキャパシタは請
求項2又は3に記載の容量性素子であることを特徴とする
180°ハイブリッドカップラー。
12. A 180 ° hybrid coupler composed of three conductor lines and three capacitors, wherein the hybrid coupler has four terminals, and the first terminal has a center frequency of 12 minutes. The first connection part of the first line having a length of one wavelength of and a line impedance of 140 Ω is connected to the first connection part of the first capacitor, and the second terminal is connected to the first connection part of the first capacitor. For the second connection and the center frequency
The first connection part of the second line having a line length of 1/12 wavelength and a line impedance of 140 Ω is connected, and the third terminal has the second connection part of the second line and the center frequency. Third with a length of 1/12 wavelength and a line impedance of 140Ω
The first connection of the track and the second connection with the first connection grounded
The second connection part of the capacitor is connected, the second connection part of the first line, the second connection part of the third line, and the first connection part to the fourth terminal. A second connection portion of a grounded third capacitor is connected, and the second and third capacitors are the capacitive element according to claim 2 or 3.
180 ° hybrid coupler.
【請求項13】前記第2又は3のキャパシタは開放スタブ
からなることを特徴とする請求項11又は12に記載の180
°ハイブリッドカップラー。
13. The 180 of claim 11 or 12, wherein the second or third capacitor comprises an open stub.
° Hybrid coupler.
【請求項14】2個の導体線路と3個のキャパシタと1個
の抵抗からなる電力分配器であって、前記電力分配器は
3個の端子を有し、第1の端子には中心周波数に対して8
分の1波長の長さと100Ωの線路インピダンスを有する第
1の線路の第1の接続部と、中心周波数に対して8分の1波
長の長さと100Ωの線路インピダンスを有する第2の線路
の第1の接続部と、第1の接続部が接地された第1のキャ
パシタの第2の接続部が接続され、第2の端子には前記第
1の線路の第2の接続部と、第1の接続部が接地された第2
のキャパシタの第2の接続部と、100Ωの抵抗値を有する
抵抗の第1の接続部が接続され、第3の端子には前記第2
の線路の第2の接続部と、第1の接続部が接地された第3
のキャパシタの第2の接続部と、前記抵抗の第2の接続部
が接続され、前記第1〜3のキャパシタは請求項2又は3に
記載の容量性素子であることを特徴とする電力分配器。
14. A power distributor comprising two conductor lines, three capacitors and one resistor, wherein the power distributor is
It has three terminals and the first terminal has 8
The first with a wavelength of one-half wavelength and a line impedance of 100Ω.
The first connection part of the line 1 and the first connection part of the second line having a length of 1/8 wavelength with respect to the center frequency and the line impedance of 100Ω, and the first connection part are grounded. The second connection part of the first capacitor is connected, and the second terminal is connected to the second connection part.
The second connection of the line of 1 and the second with the first connection grounded
The second connection part of the capacitor and the first connection part of the resistor having a resistance value of 100Ω are connected, and the second terminal is connected to the third terminal.
The second connection of the track and the third with the first connection grounded
The second connection portion of the capacitor and the second connection portion of the resistor are connected, and the first to third capacitors are the capacitive element according to claim 2 or 3, vessel.
【請求項15】2個の導体線路と3個のキャパシタと1個
の抵抗からなる電力分配器であって、前記電力分配器は
3個の端子を有し、第1の端子には中心周波数に対して12
分の1波長の長さと140Ωの線路インピダンスを有する第
1の線路の第1の接続部と、中心周波数に対して12分の1
波長の長さと140Ωの線路インピダンスを有する第2の線
路の第1の接続部と、第1の接続部が接地された第1のキ
ャパシタの第2の接続部が接続され、第2の端子には前記
第1の線路の第2の接続部と、第1の接続部が接地された
第2のキャパシタの第2の接続部と、100Ωの抵抗値を有
する抵抗の第1の接続部が接続され、第3の端子には前記
第2の線路の第2の接続部と、第1の接続部が接地された
第3のキャパシタの第2の接続部と、前記抵抗の第2の接
続部が接続され、前記第1〜3のキャパシタは請求項2又
は3に記載の容量性素子であることを特徴とする電力分
配器。
15. A power distributor comprising two conductor lines, three capacitors and one resistor, wherein the power distributor is
It has three terminals and the first terminal has 12
The first with a length of one-half wavelength and a line impedance of 140 Ω
1st line 1 connection and 1 / 12th of the center frequency
The first connection of the second line, which has a wavelength length and a line impedance of 140 Ω, and the second connection of the first capacitor, whose first connection is grounded, are connected to the second terminal. Is connected to the second connection part of the first line, the second connection part of the second capacitor whose first connection part is grounded, and the first connection part of the resistor having a resistance value of 100Ω. The third terminal has a second connection portion of the second line, a second connection portion of a third capacitor whose first connection portion is grounded, and a second connection portion of the resistor. Is connected, and the first to third capacitors are the capacitive elements according to claim 2 or 3.
【請求項16】前記第1のキャパシタ又は前記第2のキ
ャパシタ又は前記第3のキャパシタは開放スタブからな
ることを特徴とする請求項14又は15に記載の電力分配
器。
16. The power distributor according to claim 14, wherein the first capacitor, the second capacitor, or the third capacitor is an open stub.
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