JP2011103537A

JP2011103537A - 高周波半導体スイッチ

Info

Publication number: JP2011103537A
Application number: JP2009257088A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Shinjo; 真太郎新庄; Miki Kagano; 未来加賀野; Masahiro Inoue; 雅博井上; Mikio Uesugi; 美喜夫上杉; Mitsuhiro Shimozawa; 充弘下沢
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2011-05-26

Abstract

【課題】トランジスタのドレインとバックゲート間およびソースとバックゲート間に生じる電流の漏洩を抑圧し、高周波信号の透過損失の増大を抑制できる高周波半導体スイッチを得る。
【解決手段】高周波半導体スイッチは、接地部を有するＳｉ等の真性半導体基板と、この真性半導体基板に形成され、バックゲート端子を有するＭＯＳトランジスタと、真性半導体基板の接地部およびＭＯＳトランジスタのバックゲート端子間に設けられたインダクタとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波集積回路で用いられる高周波半導体スイッチに関するものである。

従来、半導体スイッチを構成するトランジスタのバックゲートと接地間に抵抗器を接続し、トランジスタのドレインとバックゲート間およびソースとバックゲート間の容量に起因する高周波電流の透過損失を低減する高周波スイッチ回路がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２４２８２６号

しかしながら、上記のような高周波スイッチ回路をＳｉ基板のような真性半導体の基板上に形成する場合、ドレインとバックゲート間およびソースとバックゲート間に電流が漏洩し、高周波信号の透過損失を増大するという問題がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、トランジスタのドレインとバックゲート間およびソースとバックゲート間に生じる電流の漏洩を抑圧し、高周波信号の透過損失の増大を抑制できる高周波半導体スイッチを得ることを目的とする。

本発明に係る高周波半導体スイッチは、接地部を有する真性半導体基板と、真性半導体基板に設けられ、バックゲートを有するトランジスタと、接地部およびトランジスタのバックゲート間に設けられたインダクタとを備えたものである。

本発明によれば、トランジスタのドレインとバックゲート間およびソースとバックゲート間に生じる電流の漏洩を抑圧し、高周波信号の透過損失の増大を抑制できる高周波半導体スイッチを得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る高周波半導体スイッチの回路構成を示す図である。本発明の実施の形態２に係る高周波半導体スイッチの回路構成を示す図である。

実施の形態１．
本発明を実施するための実施の形態１における高周波半導体スイッチ１を図１を用いて説明する。高周波半導体スイッチ１は裏側に接地面を有するＳｉ基板すなわち真性半導体基板に設けられ、図１に示すように、高周波信号の入力端子２及び出力端子３の間に配置されたｎ形のＭＯＳトランジスタ４と、ＭＯＳトランジスタ４の制御電源５と、ＭＯＳトランジスタ４と制御電源５を共有するインバータ回路６すなわち安定化手段と、インバータ回路６の駆動電源７とを備えている。

インバータ回路６はｐ形のＭＯＳトランジスタ８およびｎ形のＭＯＳトランジスタ９とで構成され、ＭＯＳトランジスタ９のソースはＳｉ基板に集積回路のパッド（図示しない）として形成された接地端子１０すなわち接地部に接続されている。また、接地端子１０とＳｉ基板裏側の接地面は金ワイヤ等で接続され、電気的に安定した接地状態を構成している。
なお、インバータ回路６はＭＯＳトランジスタ４の各端子間の電位を安定させるために設けたもので、ゲート端子に対してドレイン端子及びソース端子の電位を反転させるものであれば他の回路で代用しても良い。

ＭＯＳトランジスタ４のドレイン、ソース、ゲートの各端子およびインバータ回路の入力端子６ａには保護用の抵抗１２〜１５が設けられ、ＭＯＳトランジスタ４のバックゲート端子と接地端子１０の間にはインダクタ１１が接続されている。
なお、インダクタ１１はインダクタ成分を有するものであれば、Ｓｉ基板上に形成された伝送線路であっても良い。

また、ここでは高周波信号に対して優れた透過特性を有するｎ形のＭＯＳトランジスタ４を用いる場合を示したが、ｐ形のＭＯＳトランジスタを用いても良いし、ｎ形またはｐ形のジャンクショントランジスタを用いても良い。さらに、高周波半導体スイッチ１を構成するＭＯＳトランジスタ４はひとつに限らず、入力端子２および出力端子３間に複数のＭＯＳトランジスタを並列に接続しても良いし、直列に多段接続しても良い。

次に動作について説明する。
図１において、ＭＯＳトランジスタ４のゲート電圧は制御電源５により制御される。制御電源５からゲート端子に印加するゲート電圧をローレベルにすると、ＭＯＳトランジスタ４はｎ形のためオフ状態となり、ドレイン端子とソース端子間が電気的に開放される。このとき、入力端子２に高周波信号が入力されても出力端子３からは信号が出力されず、高周波半導体スイッチ１はオフとして動作する。

一方、制御電源５からゲート端子に印加するゲート電圧をハイレベルにすると、ＭＯＳトランジスタ４がオン状態となり、ドレイン端子とソース端子間が電気的に短絡される。このとき、インバータ回路６にも制御電源５からハイレベルの電圧が印加されるため、ｐ形のＭＯＳトランジスタ８はオフ状態、ｎ形のＭＯＳトランジスタ９はオン状態となり、インバータ回路の出力端子６ｂの電圧がローレベルとなる。

この状態で入力端子２へ入力された高周波信号は、ＭＯＳトランジスタ４を透過して出力端子３より出力される。すなわち、高周波半導体スイッチ１がオンとして動作する。

ＭＯＳトランジスタ４のドレイン端子とバックゲート端子間およびソース端子とバックゲート端子間には容量が存在するため、高周波信号が透過する際に容量に起因する電流が生じる。インダクタ１１は高周波信号に対してハイインピーダンスとなるため、ＭＯＳトランジスタ４のドレイン端子からバックゲート端子へ漏洩する電流およびソース端子からバックゲート端子に漏洩する電流を抑圧することができ、高周波信号の透過損失の増大を抑制できる。
また、このような高周波半導体スイッチを衛星通信、地上波マイクロ波通信および移動体通信等の通信装置に用いれば、高周波信号の透過損失を抑制することができ、高性能の通信装置が得られる。

この実施の形態によれば、Ｓｉ基板に形成された接地端子１０とＭＯＳトランジスタ４のバックゲート端子との間にインダクタ１１を設けたことにより、ドレイン端子とバックゲート端子間およびソース端子とバックゲート端子間に生じる電流の漏洩を抑圧し、高周波信号の透過損失の増大を抑制できる。
また、インバータ回路６を設けたことにより、ＭＯＳトランジスタ４の各端子間の電位を安定させることができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、ＭＯＳトランジスタ４とインバータ回路６とで接地端子１０を共有しているが、実施の形態２では、ＭＯＳトランジスタ４のバックゲート端子専用に他の回路から独立した接地端子１１０を設ける。

Ｓｉ基板には通常、増幅器（図示しない）等の他の回路も設けられている。高周波半導体スイッチ１００は、図２に示すように、他の回路から独立したパッドに形成された接地端子１１０すなわち接地部を有し、この接地端子１１０とＭＯＳトランジスタ４のバックゲート端子とがインダクタ１１を介して接続されている。接地端子１１０はＳｉ基板裏側の接地面にも金ワイヤ等で接続され、電気的に安定した接地状態を構成している。その他の構成は実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
なお、インダクタ１１は接地端子１１０とＭＯＳトランジスタ４のバックゲート端子との間に設ける代わりに、接地端子１１０とＳｉ基板裏側の接地面との間に設けても良い。

次に動作について説明する。
図２において、ＭＯＳトランジスタ４のゲート電圧は制御電源５により制御される。制御電源５からゲート端子に印加するゲート電圧をローレベルにすると、ＭＯＳトランジスタ４はｎ形のためオフ状態となり、ドレイン端子とソース端子間が電気的に開放される。このとき、入力端子２に高周波信号が入力されても出力端子３からは信号が出力されず、高周波半導体スイッチ１００はオフとして動作する。

この状態で入力端子２へ入力された高周波信号は、ＭＯＳトランジスタ４を透過して出力端子３より出力される。すなわち、高周波半導体スイッチ１００がオンとして動作する。

ＭＯＳトランジスタ４のドレイン端子とバックゲート端子間およびソース端子とバックゲート端子間には容量が存在するため、高周波信号が透過する際に容量に起因する電流が生じる。インダクタ１１は高周波信号に対してハイインピーダンスとなるため、ＭＯＳトランジスタ４のドレイン端子からバックゲート端子へ漏洩する電流およびソース端子からバックゲート端子に漏洩する電流を抑圧することができ、高周波信号の透過損失の増大を抑制できる。なお、インダクタ１１が接地端子１１０とＳｉ基板裏側の接地面との間に設けられた場合もバックゲート端子側がハイインピーダンスとなるため、同様に動作する。

ところで、高周波信号がＳｉ基板に形成された増幅器等の他の回路を透過する際、電流を漏洩することがある。この漏洩した電流は集積回路上のパッド等を介して他の回路に流れ込むが、接地端子１１０は他の回路から独立しているため、ＭＯＳトランジスタ４のバックゲート端子に漏洩した電流が流れ込むことは無い。つまり、ＭＯＳトランジスタ４のバックゲート端子の電位は接地状態に固定されるので、漏洩した電流により電位がふらつき、高周波半導体スイッチ１００の動作が不安定になるのを防ぐことができる。

この実施の形態によれば、高周波半導体スイッチ１００はＳｉ基板上に設けられた他の回路の接地端子から独立した接地端子１１０を有し、この接地端子１１０とＭＯＳトランジスタ４のバックゲート端子間にインダクタ１１を接続したことにより、実施の形態１の効果に加えて、高周波信号が他の回路を透過する際に漏洩する電流がＭＯＳトランジスタ４に流れ込んでバックゲート端子の電位がふらつき、高周波半導体スイッチ１００の動作が不安定になるのを防止できる。

１、１００高周波半導体スイッチ
４、８、９ＭＯＳトランジスタ
６インバータ回路
１１インダクタ
１０、１１０接地端子

Claims

接地部を有する真性半導体基板と、前記真性半導体基板に設けられ、バックゲートを有するトランジスタと、前記接地部および前記トランジスタのバックゲート間に設けられたインダクタとを備えた高周波半導体スイッチ。
前記接地部は、前記真性半導体に設けられた他の回路の接地部から独立していることを特徴とする請求項１に記載の高周波半導体スイッチ。
前記トランジスタは、高周波信号の入力端子および高周波信号の出力端子との間に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の高周波半導体スイッチ。
前記トランジスタはＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の高周波半導体スイッチ。
前記トランジスタはジャンクショントランジスタであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の高周波半導体スイッチ。
接地部を有する真性半導体基板と、前記真性半導体基板に設けられ、バックゲートを有するトランジスタと、前記接地部および前記トランジスタのバックゲート間に設けられたインダクタと、前記トランジスタの端子間の電位を安定化させる安定化手段を備えた高周波半導体スイッチ。
前記安定化手段は、ｐ形のトランジスタとｎ形のトランジスタとを備えたインバータであることを特徴とする請求項６に記載の高周波半導体スイッチ。
前記接地部は、前記真性半導体に設けられた他の回路の接地部から独立していることを特徴とする請求項６または請求項７のいずれか一項に記載の高周波半導体スイッチ。