JP2005175365A - Capacity variable substrate and substrate parasitic capacity adjustment method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は高周波回路が形成される基板に関し、特に基板の寄生容量を可変とする容量可変基板及び基板の寄生容量を調整する基板寄生容量調整方法に関するものである。 The present invention relates to a substrate on which a high-frequency circuit is formed, and more particularly to a variable capacitance substrate that makes the parasitic capacitance of the substrate variable, and a substrate parasitic capacitance adjustment method that adjusts the parasitic capacitance of the substrate.
一般に、高周波信号を扱う高周波回路が形成される高周波回路基板においては、配線及びパッド等の配線導体が形成された部分の寄生容量が回路の特性に影響を及ぼす。そのため、所望の特性の高周波回路を得ることは容易ではない。そのため、基板の寄生容量を低減すること及び基板の寄生容量を所定の値に調整可能とすることが望まれている。
従来、基板の寄生容量を低減しまた調整可能とする方法として、基板の内部に形成されたコンデンサとグランド層との間に、低誘電体部として空孔または真空の空間を形成する方法や、基板の材料より低誘電率の材料を埋め込むという方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
In general, in a high-frequency circuit board on which a high-frequency circuit that handles high-frequency signals is formed, the parasitic capacitance of a portion where wiring conductors such as wiring and pads are formed affects the circuit characteristics. For this reason, it is not easy to obtain a high-frequency circuit having desired characteristics. Therefore, it is desired to reduce the parasitic capacitance of the substrate and to adjust the parasitic capacitance of the substrate to a predetermined value.
Conventionally, as a method for reducing and adjusting the parasitic capacitance of a substrate, a method of forming a void or vacuum space as a low dielectric portion between a capacitor formed inside the substrate and a ground layer, A method of embedding a material having a lower dielectric constant than the material of the substrate has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
また、配線導体が設けられた部分のグランド層を当該配線導体とグランド層との間の距離が大きくなるように配置し寄生容量を低減させるとい方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上記特許文献1の方法にあっては、基板作製完了の後、寄生容量を当初期待した値と正確に一致させることが難しいという未解決の課題がある。
また、上記特許文献2の方法にあっては、上記特許文献1の方法と同様な未解決の課題があるとともに、基板の厚みが厚くなるという未解決の課題もある。
この発明は、上述の課題を解消するためになされたもので、基板の寄生容量を調整可能とする容量可変基板及び基板の寄生容量を調整する基板寄生容量調整方法を得ることを目的としている。
However, the method of Patent Document 1 has an unsolved problem that it is difficult to accurately match the parasitic capacitance with the initially expected value after the completion of the substrate fabrication.
Further, the method of
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a variable capacitance substrate that can adjust the parasitic capacitance of the substrate and a substrate parasitic capacitance adjustment method that adjusts the parasitic capacitance of the substrate.
第1の発明に係る容量可変基板は、配線導体とグランド層との間に誘電体層が形成され、誘電体層に、空乏層を生成することにより誘電率を可変して配線導体に寄生する寄生容量を調整可能な半導体素子を形成したので、配線導体に寄生する寄生容量を調整することができる。
第2の発明に係る容量可変基板においては、半導体素子は、バイアス電圧が印加されるバイアス電圧印加電極を有し、このバイアス電圧印加電極に印加するバイアス電圧を変化させることにより空乏層の生成量を調整して誘電率を可変するように構成されているので、半導体素子に印加するバイアス電圧を変化させることにより空乏層の量を増減することができ寄生容量を調整することができる。
In the capacitance variable substrate according to the first aspect of the present invention, a dielectric layer is formed between the wiring conductor and the ground layer, and the dielectric constant is varied by generating a depletion layer in the dielectric layer, thereby making the wiring conductor parasitic. Since the semiconductor element capable of adjusting the parasitic capacitance is formed, the parasitic capacitance parasitic on the wiring conductor can be adjusted.
In the capacitance variable substrate according to the second invention, the semiconductor element has a bias voltage application electrode to which a bias voltage is applied, and the amount of depletion layer generated by changing the bias voltage applied to the bias voltage application electrode. Therefore, the amount of the depletion layer can be increased or decreased by changing the bias voltage applied to the semiconductor element, and the parasitic capacitance can be adjusted.
第3の発明に係る容量可変基板においては、半導体素子は、p型半導体とn型半導体とが接合されて構成され、p型半導体及びn型半導体の接合方向がグランド層に沿う方向となるように設定されているので、空乏層を容易に発生することができる。
第4の発明に係る容量可変基板においては、半導体素子は、p型半導体とn型半導体とが交互に3個接合され、且つバイアス電圧印加電極がグランド層側に形成されたトランジスタ構造であるので、3個接合されたp型、n型半導体の中央の半導体に空乏層を発生させることができる。
In the variable capacitance substrate according to the third aspect of the invention, the semiconductor element is formed by joining a p-type semiconductor and an n-type semiconductor so that the joining direction of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor is along the ground layer. Therefore, a depletion layer can be easily generated.
In the capacitance variable substrate according to the fourth invention, the semiconductor element has a transistor structure in which three p-type semiconductors and n-type semiconductors are joined alternately and the bias voltage application electrode is formed on the ground layer side. A depletion layer can be generated in the central semiconductor of the three junction p-type and n-type semiconductors.
第5の発明に係る容量可変基板においては、バイアス電圧印加電極は、グランド層と同一平面に設けられているので、そのため、誘電体層の厚さを大きくすることなく、空乏層を発生する半導体素子の誘電体層に垂直な方向の高さを最大に大きくすることができ、発生させる空乏層を増やすことができる。
第6の発明に係る容量可変基板においては、トランジスタ構造が、pnp型のトランジスタ構造であるので、既存の技術で容易に作製することができる。
In the variable capacitance substrate according to the fifth aspect of the present invention, the bias voltage application electrode is provided on the same plane as the ground layer. Therefore, a semiconductor that generates a depletion layer without increasing the thickness of the dielectric layer. The height in the direction perpendicular to the dielectric layer of the element can be maximized, and the number of depletion layers to be generated can be increased.
In the variable capacitance substrate according to the sixth aspect of the present invention, the transistor structure is a pnp type transistor structure, so that it can be easily manufactured with existing technology.
第7の発明に係る容量可変基板においては、トランジスタ構造が、npn型のトランジスタ構造であるので、pnp型のものに比べて動作を速くすることができる。
第8の発明に係る容量可変基板においては、npn型トランジスタ構造のゲート電極にコンデンサが接続されているので、そのため、ゲート電極を交流回路に対して安定した電位とし積極的にグランドとして扱うことを可能とする。
In the variable capacitance substrate according to the seventh invention, since the transistor structure is an npn type transistor structure, the operation can be made faster than the pnp type.
In the variable capacitance substrate according to the eighth aspect of the invention, since the capacitor is connected to the gate electrode of the npn transistor structure, the gate electrode should be treated as a stable potential with respect to the AC circuit and actively treated as the ground. Make it possible.
第9の発明に係る容量可変基板においては、半導体素子が、複数組のpn接合半導体が直列に接合されたダイオード構造である。そのため、空乏層を接合方向に沿う複数の箇所で発生させることができ、空乏層を広い領域で発生させることができる。
第10の発明に係る容量可変基板においては、半導体素子は、グランド層に形成された透孔からバイアス電圧印加電極を露出させているので、ので、バイアス印加手段を容易に接続することができ、コストダウンを図ることができる。
In the variable capacitance substrate according to the ninth invention, the semiconductor element has a diode structure in which a plurality of sets of pn junction semiconductors are joined in series. Therefore, the depletion layer can be generated at a plurality of locations along the bonding direction, and the depletion layer can be generated in a wide region.
In the variable capacitance substrate according to the tenth aspect of the invention, since the bias voltage application electrode is exposed from the through hole formed in the ground layer in the semiconductor element, the bias application means can be easily connected. Cost can be reduced.
第11の発明に係る基板寄生容量調整方法は、配線導体とグランド層との間に誘電体層が形成された基板内に、印可されるバイアス電圧に応じて空乏層を発生させる半導体素子を形成し、バイアス電圧を変化させて空乏層の生成量を増減して誘電率を可変させ配線導体に寄生する寄生容量を調整可能としたので、配線導体に寄生する寄生容量を調整することができる。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a substrate parasitic capacitance adjusting method comprising: forming a semiconductor element that generates a depletion layer according to an applied bias voltage in a substrate in which a dielectric layer is formed between a wiring conductor and a ground layer. In addition, since the bias voltage is changed to increase / decrease the amount of depletion layer generated and the dielectric constant is varied to adjust the parasitic capacitance parasitic to the wiring conductor, the parasitic capacitance parasitic to the wiring conductor can be adjusted.
図1はこの発明の第1の実施形態の容量可変基板の作製の手順を説明する断面図である。図1(a)は容量可変基板である高周波回路基板11の内部に半導体素子としてのトランジスタ構造12が内蔵された様子を示している。高周波回路基板11は、基板本体5と基板本体5の内部に形成されたトランジスタ構造12とを有している。基板本体5は、シリコン(珪素)で作製された平板状の誘電体層2と、誘電体層2の第1の主面2aに設けられた信号伝送ライン、電力伝送ライン及びパッドなどの配線導体3と誘電体層2の第2の主面2bに全面にわたって設けられたグランド層4とを有している。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a procedure for manufacturing a variable capacitance substrate according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a state in which a
トランジスタ構造12は、p型半導体12a、n型半導体12b及びp型半導体12cがpnp型に接合されてなる接合構造12sと、各半導体に設けられた電極7,8,9が形成するバイアス電圧印加電極12tとから構成されている。
高周波回路基板11の作製においては、トランジスタ構造12を、基板本体5の所定の部分に形成された貫通孔2cに埋め込んで作製する。このトランジスタ構造12は、既存の方法により別の基板にpnp型MOS電界効果トランジスタを作製し、このトランジスタが形成された部分を部分的に切り取ったものである。半導体の材料に関しては、p型半導体12a,12cは高純度のシリコンに不純物として硼素を加えたもの、n型半導体12bは高純度のシリコンに不純物としてリン或いはヒ素を加えたもので作製する。
The
In the production of the high-
トランジスタ構造12を誘電体層2に埋め込む際には、3つの半導体12a,12b及び12cの接合方向が誘電体層2の主面に沿うように配置される。そして、このとき接合方向に平行な一側の側面(図2(a)の上側の面)が第1の主面2aに面一となるように配置する。そして、このトランジスタ構造12の第1の主面2aに露出した部分に配線導体3が設けられる。配線導体3は、接合構造12sの空乏層が発生する部分に対向する位置に設けられる。本実施形態においては、配線導体3はn型半導体12bの表面に設けられる。
When the
トランジスタ構造12の他側の側面(図2(a)の下側の面)は、グランド層4に形成された透孔4aから露出する。そしてこの露出面にバイアス電圧印加電極12tが配置される。p型半導体12aにソース電極7、n型半導体12bにゲート電極8、p型半導体12cにドレイン電極9がぞれぞれ設けられており、これら複数の電極7,8,9で構成されるバイアス電圧印加電極12tはグランド層4と同一平面となるように配置される。なお、n型半導体12bとゲート電極8との間には、図示しない酸化膜の層が形成されている。
The other side surface (the lower surface in FIG. 2A) of the
図1(b)はトランジスタ構造12にバイアス印加手段が接続された様子を示している。p型半導体12aに設けられたソース電極7には、負極が接地された直流電源13の正極が接続される。n型半導体12bに設けられたゲート電極8は、配線14によって接地される。p型半導体12cに設けられたドレイン電極9は、配線15によって接地される。直流電源13及び配線14,15はバイアス印加手段20を構成する。直流電源13は、ソース電極7にプラスの電圧を印加する。
FIG. 1B shows a state in which bias applying means is connected to the
次に動作を説明する。ソース電極7に電圧を印加する前の状態においては、PN接合部が電流を遮断しており、ソース電極7とドレイン電極9との間には電流が流れない。このとき、n型半導体12bの誘電率はε1である。しかしながら、ソース電極7にバイアス電圧を印可するとn型半導体12b内の電子が、ゲート電極8直下の酸化膜とn型半導体12bの接合面近傍から追いやられこの部分に空乏層10が発生する。そして、ソース電極7に印可する電圧を高めるとこの空乏層10がさらに発生するとともに、接合面に正孔が引き寄せられ、酸化膜に接する部分のn型半導体12bに薄いp型の反転層が形成される。これによりソース電極7とドレイン電極9とが電気的につながり電流が流れる。このときn型半導体12bに形成される空乏層10の誘電率ε2は、次のようになる。
Next, the operation will be described. Before the voltage is applied to the
(1)式より、空乏層10の誘電率ε2はバイアス電圧Vにより変化することが解る。ここで、n型半導体12b全体の誘電率は、基板本体5に垂直な方向の空乏層10が形成されてない領域のn型半導体12bの厚さをd1、空乏層10が形成された領域のn型半導体12bの厚さをd2とすると、n型半導体12b全体の総合的な誘電率は(ε1d1+ε2d2)/(d1+d2)となる。そして、バイアス電圧Vを高くするにつれて、空乏層10の発生量が増大し、低誘電率の領域が増えるので、この総合的な誘電率は下がる。
From the equation (1), it can be seen that the dielectric constant ε2 of the
ここで、配線導体3に寄生する寄生容量は次のよう表すことができる。トランジスタ構造12が形成されていない一般的な高周波回路基板における配線導体3とグランド層4との間に寄生容量Cは、誘電体層2の基材誘電率をε0とすると以下のようになる。
Here, the parasitic capacitance parasitic on the
(2)式より、誘電体層2の基材誘電率ε0及び配線導体3の誘電体層2との接合表面積Sのいずれかを減らすか、または配線導体3とグランド層4との間の距離dを大きくすることで寄生容量の低減を図ることが出来る。
本実施形態においては、トランジスタ構造12にバイアス電圧を印加することにより、n型半導体12bに空乏層10を発生させこの部分の誘電率を減らす、これにより、配線導体3に寄生する寄生容量を低減することができる。さらに、バイアス電圧を変化させることにより、空乏層10の発生量を増減させることができる。これにより、配線導体3に寄生する寄生容量を調整することができる。
From equation (2), either the base material dielectric constant ε0 of the
In the present embodiment, by applying a bias voltage to the
また、本実施形態においては、トランジスタ構造12のp型、n型半導体の接合方向を主面2aに沿うように配置しているので、バイアス電圧印加電極12tをトランジスタ構造12の第2の主面2b側に設けることができる。さらに、半導体素子がpnp型トランジスタ構造12であるので、既存の方法により容易に作製することができる。
さらにまた、半導体素子がpnp型トランジスタ構造12で且つバイアス電圧印加電極12tが主面2a側に設けらているのでゲート電極8直下の酸化膜の近傍にp型反転層を形成することができ、この部分に空乏層10を発生させることができる。
In this embodiment, since the junction direction of the p-type and n-type semiconductors of the
Furthermore, since the semiconductor element is the
また、バイアス電圧印加電極12tが、グランド層4と同一平面に設けられているので、誘電体層2の厚さを大きくすることなく、基板2に対して空乏層10を発生させるn型半導体12bの誘電体層2の主面2aに垂直な方向の高さを最大に大きくすることができ、発生させる空乏層10を増やすことができる。
図2はこの発明の第2の実施形態の容量可変基板の作製の手順を説明する断面図である。図2(a)は容量可変基板である高周波回路基板21の内部に半導体素子としてのトランジスタ構造22が内蔵された様子を示している。本実施形態においては、誘電体層2の第2の主面2bの所定の部分に基板の厚みの1/3程度の凹部2dが形成され、この凹部2dにpnp型のトランジスタ構造22が埋め込まれる。トランジスタ構造22は、第1の実施形態と同様に、別の基板に既存の方法によりpnp型MOS電界効果トランジスタを作製し、トランジスタが形成された部分を部分的に切り取って予め作製しておく。トランジスタ構造22は、第1の実施形態と同様に、接合構造22sを構成する3つの半導体22a,22b及び22cの接合方向が、誘電体層2の第1の主面2aに沿うように配置される。配線導体3は、誘電体層2の第1の主面2aのn型半導体22bに対向する位置に設けられる。トランジスタ構造22の主面2b側は、グランド層4に形成された透孔4aから露出し、ここにソース電極7、ゲート電極8及びドレイン電極9で構成されるバイアス電圧印加電極22tが配置される。
Since the bias
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the procedure for manufacturing the variable capacitance substrate according to the second embodiment of the present invention. FIG. 2A shows a state in which a
図2(b)に示されるように、トランジスタ構造22には、第1の実施形態と同じようにバイアス印加手段20が接続される。トランジスタ構造22は、バイアス印加手段20によってバイアス電圧が印加されると、第1の実施形態のものと同様な動作をする。そして、ゲート電極8と対向する部分のn型半導体22bに空乏層10が発生し、これにより、n型半導体22bの誘電率が調整可能となる。
As shown in FIG. 2B, the
配線導体3からゲート電極8までの総合的な誘電率は、基板本体5に垂直な方向の配線導体3から凹部2d底面までの誘電体層2の厚みをd0、空乏層が形成されてない領域のn型半導体22bの厚さをd1、空乏層が形成された領域のn型半導体22bの厚さをd2とすると、n型半導体22b全体の総合的な誘電率は(ε0d0+ε1d1+ε2d2)/(d0+d1+d2)となる。そして、バイアス電圧Vを高くするにつれて、空乏層10の発生量が増え低誘電率の領域が増えるので、この総合的な誘電率は下がる。
The total dielectric constant from the
以上のように本実施形態においては、誘電体層2の第2の主面2bに凹部2dを形成し、この凹部2dにトランジスタ構造22を埋め込んで配置する。そのため、高周波回路基板21の第1の主面2a側にトランジスタ構造22を埋め込むための孔が貫通してしまうことがなく高周波回路基板21の剛性が向上する。また、作製工程においては誘電体層2に第1の主面2aに配線導体3を形成した後であっても配線導体3と反対側の第2の主面2bに凹部2dを形成してトランジスタ構造22を埋め込むことができ、作製工程の自由度が増す。
As described above, in the present embodiment, the
図3はこの発明の第3の実施形態の容量可変基板の作製の手順を説明する断面図である。図3(a)は容量可変基板である高周波回路基板31の内部に半導体素子としてのトランジスタ構造32が形成された様子を示している。本実施形態の高周波回路基板31には、npn型トランジスタ構造32が誘電体層2に形成された貫通孔2cに埋め込まれる。トランジスタ構造32は、n型半導体32a、p型半導体32b及びn型半導体32cがnpn型に接合されてなる接合構造32sと、各半導体に設けられた電極7,8,9が形成するバイアス電圧印加電極32tとから構成されている。トランジスタ構造32は、別の基板に既存の方法によりnpn型MOS電界効果トランジスタを作製し、このトランジスタが形成された部分を部分的に切り取って予め作製しておく。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the procedure for manufacturing the variable capacitance substrate according to the third embodiment of the present invention. FIG. 3A shows a state in which a
材料に関しては、例えば誘電体層2はシリコン(珪素)、p型半導体32bは高純度のシリコンに不純物として硼素を加えたもの、n型半導体32a、32cは高純度のシリコンに不純物としてリン或いはヒ素を加えたもので作製する。
トランジスタ構造32の第1の主面2a側に露出した部分のp型半導体32bの表面に配線導体3が形成される。n型半導体32aにソース電極7、p型半導体32bにゲート電極8及びn型半導体32cにドレイン電極9がぞれぞれ設けられており、これらの電極7,8,9が構成するバイアス電圧印加電極32tが、グランド層4と同一平面となるように配置される。
Concerning materials, for example, the
The
図3(b)はトランジスタ構造32にバイアス印加手段が接続された様子を示している。ソース電極7は配線18により接地されている。ゲート電極8には直流電源16が接続されている。ドレイン電極9には直流電源17が接続されている。配線18及び直流電源16,17は、トランジスタ構造32にバイアス電圧を印加するバイアス印加手段20を構成している。直流電源16は、ゲート電極8にプラスの電圧を印加する。直流電源17は、ドレイン電極9にプラスの電圧を印加する。
FIG. 3B shows a state in which bias applying means is connected to the
次に動作を説明する。ゲート電極8に電圧を印加する前の状態においては、PN接合部が電流を遮断し、ソース電極7とドレイン電極9との間には電流が流れない。しかしながら、ゲート電極8にバイアス電圧を印可するとp型半導体32bの正孔が、ゲート電極8直下の酸化膜とp型半導体32bの接合面から追いやられここに空乏層10が発生する。ゲート電極8に印可するバイアス電圧を高めるとこの空乏層10がさらに発生するとともに、電子が接合面に引き寄せられここに薄いn型の反転層が形成され、これによりソース電極7とドレイン電極9とがつながり電流が流れる。このときp型半導体32bに形成される空乏層の量は、第1の実施形態のn型半導体12bのものと同様にバイアス電圧により変化する。
Next, the operation will be described. In a state before the voltage is applied to the
図3(c)はこの実施形態の高周波回路基板31の他の実施の形態を示すものである。図3(c)の高周波回路基板31においては、ゲート電極8にコンデンサ19が接続されている。ゲート電極8には上述のように直流電圧が印加されているが、このゲート電極8は配線導体3と対向する位置にあり理想的にはグランド電位とされることが望ましい。グランド電位とすることはできないが、交流回路に対してさらに安定した電位として積極的にグランドとして扱うことが可能なように、ゲート電極8にコンデンサ19が接続されている。
FIG. 3C shows another embodiment of the high-
本実施形態においては、半導体素子がnpn型トランジスタ構造であるので、pnp型のものに比べて動作を速くすることができる。
図4はこの発明の第4の実施形態の容量可変基板の作製の手順を説明する断面図である。図4(a)は容量可変基板である高周波回路基板41の内部に半導体素子としてのトランジスタ構造42が内蔵された様子を示している。本実施形態においては、誘電体層2の第2の主面2bの所定の部分に凹部2dが形成され、この凹部2dにnpn型MOS電界効果トランジスタのトランジスタ構造42が埋め込まれている。トランジスタ構造42は、n型半導体42a、p型半導体42b及びn型半導体42cがnpn型に接合されてなる接合構造42sと、各半導体に設けられた電極7,8,9が形成するバイアス電圧印加電極42tとから構成されている。
In the present embodiment, since the semiconductor element has an npn type transistor structure, the operation can be made faster than the pnp type.
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the procedure for manufacturing the variable capacitance substrate according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 4A shows a state in which a
その他、電極の構造及びバイアス電圧印加時の動作に関しては、第3の実施形態と同様である。また、誘電体層2の凹部2dへの埋め込まれ方は、第2の実施形態と同様である。
そして、図4(c)に示されるように、本実施形態においてもゲート電極8に印加するバイアス電圧を変化させることによりp型半導体42bが設けられた部分の基板41の誘電率を調整することができ、これにともない、この部分の基板41の寄生容量を調整することができる。
In addition, the electrode structure and the operation when a bias voltage is applied are the same as in the third embodiment. Further, the manner in which the
As shown in FIG. 4C, the dielectric constant of the portion of the
図4(c)はこの実施形態の高周波回路基板41の他の実施の形態を示すものである。図4(c)の高周波回路基板41においては、第3の実施形態のものと同様な目的で、ゲート電極8にコンデンサ19が接続されている。
図5はこの発明の第5の実施形態の容量可変基板の断面図である。容量可変基板である高周波回路基板51の内部に半導体素子としてのダイオード構造52が埋め込まれる。ダイオード構造52は、pn接合された2組の半導体が直列に接続された4層ダイオードで構成された接合構造52sと、4層ダイオードの積層方向両端部に設けられた平板状のカソード電極25とアノード電極26で構成されたバイアス電圧印加電極52tとから構成されている。ダイオード構造52は、接合構造52sの接合方向を誘電体層2の第1の主面2aと沿うようにして誘電体層2の内部に埋め込まれる。そして、配線導体3は誘電体層2の第1の主面2aの接合構造52sと対向する位置に設けられる。すなわち、ダイオード構造52は、接合構造52sが配線導体3側を向くように配置される。
FIG. 4 (c) shows another embodiment of the high-
FIG. 5 is a sectional view of a variable capacitance substrate according to a fifth embodiment of the present invention. A
ダイオード構造52の電極25、26の配置に関しては、夫々配線導体3方向に垂直に投影した投影面積が最小となるように配置されることが望ましい。即ち、本実施形態においては、第1の主面2aに垂直に投影した投影面積が最小となるように配置されることが望ましい。即ち、カソード電極25及びアノード電極26の主面が第1の主面2aに対して直交するように配置されることが望ましい。なぜならば、電極25と配線導体3との間及び電極26と配線導体3との間には夫々寄生容量が発生し、その大きさは対向する面積に比例し距離に反比例するためである。電極25及び電極26の厚さは配線導体3の主面の面積に対して非常に小さいので配線導体3に対して直交するように配置することにより、発生する寄生容量を非常に小さくすることができる。
Regarding the arrangement of the
カソード電極25には誘電体層2内部の直流電源27が接続されている。アノード電極26は配線28により接地電極に接続されている。
次に動作を説明する。直流電源27は、カソード電極25にプラスの電圧を印加する。pn接合されたp型半導体とn型半導体は、逆方向バイアス電圧を印加されると接合面付近に空乏層を形成する。本実施形態においては、n型半導体52aとp型半導体52bとの接合面、p型半導体52bとn型半導体52cとの接合面、n型半導体52cとp型半導体52dとの接合面にそれぞれ空乏層が発生する。そして、この空乏層の発生量は逆方向バイアス電圧に応じて増減する。
A
Next, the operation will be described. The
以上のように、本実施形態においては、ダイオード構造52は、複数組のpn接合半導体が直列に接合された複数層のダイオードで構成された接合構造52sを有しており、空乏層がpn接合方向に沿う複数の箇所で発生するので、空乏層を広い領域で発生させることができる。
なお、上述の各実施形態においては、少なくとも3つの半導体が接合されて接合構造が構成されているが、最小の構成としては1組のp型半導体とn型半導体からなる接合構造であってもよい。
As described above, in the present embodiment, the
In each of the embodiments described above, at least three semiconductors are joined to form a junction structure. However, the minimum configuration is a junction structure composed of a pair of p-type semiconductor and n-type semiconductor. Good.
また、本発明に適用される半導体素子は、上述のようにトランジスタ構造及びダイオード構造のどちらであってもよく、トランジスタ構造に関しては、MOS型電界効果トランジスタに限らず、他の電界効果トランジスタの接合型電界効果トランジスタであってもよく、またパイポーラトランジスタであってもよい。また、ダイオード構造に関しては、整流ダイオード、ツェナーダイオード等のいずれであってもよく、さらには、半導体を有してバイアス電圧の増減により空乏層の発生量を変化させるものであれは適用することができる。 Further, the semiconductor element applied to the present invention may have either a transistor structure or a diode structure as described above. The transistor structure is not limited to a MOS type field effect transistor, but may be a junction of another field effect transistor. It may be a type field effect transistor or a bipolar transistor. Further, the diode structure may be any of a rectifier diode, a Zener diode, etc. Further, it may be applied to any device having a semiconductor and changing the generation amount of the depletion layer by increasing / decreasing the bias voltage. it can.
さらにまた、pn接合を持たない所謂ショトキー接合とされた金属−半導体接合のFET系高周波トランジスタにおいても、バイアス電圧を印加されて空乏層を形成するので、本発明に適用することができる。ショットキーバリアダイオードも同様な理由で本発明に適用することができる。
また、上述の各実施形態においては、いずれの基板本体5も誘電体層2が1枚であるが、誘電体層2及びグランド層4は複数層重ねて設けられたものにおいても同様の効果が期待できる。
Furthermore, a depletion layer is formed by applying a bias voltage to a metal-semiconductor junction FET type high frequency transistor which is a so-called Schottky junction having no pn junction, and can be applied to the present invention. A Schottky barrier diode can also be applied to the present invention for the same reason.
In each of the above-described embodiments, each
2 誘電体層、2a 第1の主面、2b 第2の主面、2c 貫通孔、2d 凹部、3 配線導体、4 グランド層、5 基板本体、7 ソース電極、8 ゲート電極、9 ドレイン電極、10 空乏層、12,22 pnp型トランジスタ構造(半導体素子)、12s,22s,32s,42s,52s 接合構造、12t,22t,32t,42t,52t バイアス電圧印加電極、19 コンデンサ、20 バイアス印加手段、32,42 npn型トランジスタ構造(半導体素子)、52 ダイオード構造(半導体素子)。 2 dielectric layer, 2a first main surface, 2b second main surface, 2c through hole, 2d recess, 3 wiring conductor, 4 ground layer, 5 substrate body, 7 source electrode, 8 gate electrode, 9 drain electrode, 10 depletion layer, 12, 22 pnp type transistor structure (semiconductor element), 12s, 22s, 32s, 42s, 52s junction structure, 12t, 22t, 32t, 42t, 52t bias voltage application electrode, 19 capacitor, 20 bias application means, 32, 42 npn type transistor structure (semiconductor element), 52 diode structure (semiconductor element).
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