JP2012029289A - スイッチ素子とインダクタとを含む構造体および半導体回路ならびにこれらに関する設計構造を実施する機械可読媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体スイッチ素子は、電界効果トランジスタと、並列接続状の周波数依存インダクタンスを提供するインダクタ構造体とを含む。この半導体スイッチ素子のオフ状態中に、スイッチ素子のオフ状態寄生キャパシタンスによる周波数依存インピーダンス・コンポーネントは、周波数の関数として非線形インピーダンスを提供する、インダクタ構造体の周波数依存インダクタンス・コンポーネントによって相殺される。インダクタ構造体は、低い動作周波数のときより高い動作周波数のときの方が少ないインダクタンスを提供し、寄生キャパシタンスおよびインダクタンスの2通りのインピーダンス・コンポーネントについてより効果的な相殺を可能にする。したがって、この半導体スイッチ素子は、複数の動作周波数で低い寄生結合を提供する。
【選択図】図6
Description
換言すれば、インダクタンスLの値が(式7)を満足するときに同等の回路の実効インピーダンスZeffは無限大に発散する。この場合、トランジスタTがオフになっている間の一般的な動作周波数fにおける同等の回路の実効インピーダンスZeffは、以下の式によって示される。
または
である場合、L’=(L+M){1−1/ω2(L+M)C}によって示される実効合計インピーダンスL’は発散特異点(divergentsingularities)を有する。物理構造における寄生効果は実効相互インダクタンスL’が正または負の無限大に発散するのを防止するが、発散特異点はその寄生効果の影響によって保全される。
10 信号伝送線
12 第1の容量接地式金属線
14 第2の容量接地式金属線
18 接地済み金属線
20 金属線
22 第1のキャパシタ
24 第2のキャパシタ
30 信号送信デバイス
32 第1の信号入力ノード
34 第2の信号入力ノード
40 信号受信デバイス
42 第1の信号出力ノード
44 第2の信号出力ノード
Claims (25)
- スイッチ素子とインダクタ構造体とを含む構造体であって、前記インダクタ構造体の第1のノードが前記スイッチ素子の入力ノードに電気的に接続され、前記インダクタ構造体の第2のノードが前記スイッチ素子の出力ノードに電気的に接続され、前記インダクタ構造体が周波数依存インダクタンスを有する、構造体。
- 前記周波数依存インダクタンスによる誘導性インピーダンス・コンポーネントが、複数の周波数で前記スイッチ素子の寄生キャパシタンスによる容量性インピーダンス・コンポーネントに一致する、請求項1記載の構造体。
- 前記複数の周波数が、第1の周波数と、前記第1の周波数より高い第2の周波数とを含み、前記周波数依存インダクタンスが前記第2の周波数のときより前記第1の周波数のときの方が大きい、請求項2記載の構造体。
- 前記スイッチ素子が、30GHzより高い周波数で信号を伝送するかまたは電気的に分離するように構成された電界効果トランジスタである、請求項1記載の構造体。
- 前記第1のノードが前記電界効果トランジスタのソースおよびドレインのうちの一方に電気的に接続され、前記第2のノードが前記電界効果トランジスタの前記ソースおよび前記ドレインのうちのもう一方に電気的に接続される、請求項4記載の構造体。
- 前記インダクタ構造体が、
半導体基板上に位置する誘電体材料層内に埋め込まれた第1の金属線であって、前記第1の金属線の第1の端部で第1のデバイスに抵抗接続され、前記第1の金属線の第2の端部で第2のデバイスに抵抗接続される、第1の金属線と、
前記誘電体材料層内に埋め込まれ、前記誘電体材料層の一部分を介して前記第1の金属線と誘導結合される、第2の金属線と、
第1のキャパシタ電極と第2のキャパシタ電極とを有するキャパシタであって、前記第1のキャパシタ電極が前記第2の金属線の一方の端部に抵抗接続され、前記第2のキャパシタ電極が電気的に接地される、キャパシタと、
を含む、請求項1記載の構造体。 - 前記第1のデバイスが信号送信デバイスであり、前記第2のデバイスが信号受信デバイスであり、前記第1の金属線が信号伝送線である、請求項6記載の構造体。
- 前記第1のデバイスが、前記第1の金属線の前記第1の端部に直接接続された第1の信号入力ノード構造体と、前記半導体基板に直接接続された第2の信号入力ノード構造体とを含み、前記第2のデバイスが、前記第1の金属線の前記第2の端部に直接接続された第1の信号出力ノード構造体と、前記半導体基板に直接接続された第2の信号出力ノード構造体とを含む、請求項7記載の構造体。
- 前記キャパシタのインピーダンスの大きさが、1GHz〜1THzの周波数範囲内で、前記第1の金属線の自己インダクタンスによる第1のインピーダンスと前記第1の金属線と前記第2の金属線との間の相互インダクタンスによる第2のインピーダンスとの和の大きさに等しい、請求項6記載の構造体。
- 前記第1の金属線および前記第2の金属線が、前記誘電体材料層内の同じレベルに位置し、同じ距離だけ前記半導体基板から間隔をあけて配置されている、請求項6記載の構造体。
- スイッチ素子と周波数依存インダクタンスを有するインダクタとを含む半導体回路であって、前記インダクタ構造体の第1のノードが前記スイッチ素子の入力ノードに電気的に接続され、前記インダクタ構造体の第2のノードが前記スイッチ素子の出力ノードに電気的に接続される、半導体回路。
- 前記周波数依存インダクタンスによる誘導性インピーダンス・コンポーネントが、複数の周波数で前記スイッチ素子の寄生キャパシタンスによる容量性インピーダンス・コンポーネントに一致する、請求項11記載の半導体回路。
- 前記複数の周波数が、第1の周波数と、前記第1の周波数より高い第2の周波数とを含み、前記周波数依存インダクタンスが前記第2の周波数のときより前記第1の周波数のときの方が大きい、請求項12記載の半導体回路。
- 前記スイッチ素子が、30GHzより高い周波数で信号を伝送するかまたは電気的に分離するように構成された電界効果トランジスタである、請求項11記載の半導体回路。
- 前記第1のノードが前記電界効果トランジスタのソースおよびドレインのうちの一方に電気的に接続され、前記第2のノードが前記電界効果トランジスタの前記ソースおよび前記ドレインのうちのもう一方に電気的に接続される、請求項14記載の半導体回路。
- 設計構造を実施する機械可読媒体であって、前記設計構造が、
スイッチ素子を表す第1のデータと、
インダクタ構造体を表す第2のデータであって、前記インダクタ構造体の第1のノードが前記スイッチ素子の入力ノードに電気的に接続され、前記インダクタ構造体の第2のノードが前記スイッチ素子の出力ノードに電気的に接続され、前記インダクタ構造体が周波数依存インダクタンスを有する、第2のデータと、
を含む、機械可読媒体。 - 前記周波数依存インダクタンスによる誘導性インピーダンス・コンポーネントが、複数の周波数で前記スイッチ素子の寄生キャパシタンスによる容量性インピーダンス・コンポーネントに一致する、請求項16記載の機械可読媒体。
- 前記複数の周波数が、第1の周波数と、前記第1の周波数より高い第2の周波数とを含み、前記周波数依存インダクタンスが前記第2の周波数のときより前記第1の周波数のときの方が大きい、請求項17記載の機械可読媒体。
- 前記スイッチ素子が、30GHzより高い周波数で信号を伝送するかまたは電気的に分離するように構成された電界効果トランジスタである、請求項16記載の機械可読媒体。
- 前記第1のノードが前記電界効果トランジスタのソースおよびドレインのうちの一方に電気的に接続され、前記第2のノードが前記電界効果トランジスタの前記ソースおよび前記ドレインのうちのもう一方に電気的に接続される、請求項19記載の機械可読媒体。
- 前記第2のデータが、
半導体基板上に位置する誘電体材料層を表す第3のデータと、
前記誘電体材料層内に埋め込まれた第1の金属線を表す第4のデータと、
前記誘電体材料層内に埋め込まれ、前記誘電体材料層の一部分を介して前記第1の金属線と誘導結合される第2の金属線を表す第5のデータと、
第1のキャパシタ電極と第2のキャパシタ電極とを有するキャパシタを表す第6のデータであって、前記第1のキャパシタ電極が前記第2の金属線の一方の端部に抵抗接続され、前記第2のキャパシタ電極が電気的に接地される、第6のデータと、
を含む、請求項16記載の機械可読媒体。 - 前記半導体基板上に位置する第1のデバイスを表す第7のデータであって、前記第1の金属線の第1の端部が前記第1のデバイスに抵抗接続される、第7のデータと、
前記半導体基板上に位置する第2のデバイスを表す第8のデータであって、前記第1の金属線の第2の端部が前記第2のデバイスに抵抗接続される、第8のデータと、
をさらに含む、請求項21記載の機械可読媒体。 - 前記第7のデータが信号送信デバイスを表し、前記第8のデータが信号受信デバイスを表し、前記第2のデータが信号伝送線を表す、請求項22記載の機械可読媒体。
- 前記第7のデータが、前記第1の金属線の前記第1の端部に直接接続された第1の信号入力ノード構造体を表す第9のデータと、前記半導体基板に直接接続された第2の信号入力ノード構造体を表す第10のデータとを含み、前記第8のデータが、前記第1の金属線の前記第2の端部に直接接続された第1の信号出力ノード構造体を表す第11のデータと、前記半導体基板に直接接続された第2の信号出力ノード構造体を表す第12のデータとを含む、請求項23記載の機械可読媒体。
- 前記第6のデータがインピーダンスを有するキャパシタを表し、前記インピーダンスの大きさが、1GHz〜1THzの周波数範囲内で、前記第1の金属線の自己インダクタンスによる第1のインピーダンスと前記第1の金属線と前記第2の金属線との間の相互インダクタンスによる第2のインピーダンスとの和の大きさに等しい、請求項21記載の機械可読媒体。
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