JP2822498B2 - Dual gate FET - Google Patents

Dual gate FET

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 高周波増幅等に用いて、電力利得や雑音指数の優れた
デュアルゲートFETであって、第2ゲートの電圧を固定
して用いるデュアルゲートFETに関するものである。
The present invention relates to a dual-gate FET which is used for high-frequency amplification and has excellent power gain and noise figure, and which uses a fixed second gate voltage. Things.

〔発明の概要〕 第2ゲートの電圧を固定して用いるデュアルゲートFE
Tにおいて、ドレイン電極とソース電極との間に直列に
接続した第1の抵抗と第2の抵抗から、第2ゲートのし
きい値電圧に等しい電圧を取り出し、かつダンプ抵抗を
介して第2ゲートに固定バイアスを印加するように設定
したデュアルゲートFETである。第2ゲートの電圧をし
きい値電圧に等しくすれば、電力利得や雑音指数ならび
に混変調特性に優れ、ダンプ抵抗によって増幅等の安定
性を向上させることができる。
[Summary of the Invention] Dual gate FE using fixed voltage of second gate
At T, a voltage equal to the threshold voltage of the second gate is extracted from the first resistance and the second resistance connected in series between the drain electrode and the source electrode, and the second gate is connected via the dump resistance. This is a dual-gate FET set to apply a fixed bias to. If the voltage of the second gate is equal to the threshold voltage, the power gain, the noise figure, and the intermodulation characteristics are excellent, and the stability such as amplification can be improved by the dump resistor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

デュアルゲートFETには、4極MOSFETや4極接合型FET
や4極ショットキーゲート型FET等がある。デュアルゲ
ートであるためにミラー効果を小さくすることができる
ので高周波特性に優れている。特に高い電力利得や雑音
指数を得るのに、4極ショットキーゲートFETが用いら
れる。
Dual-gate FETs include 4-pole MOSFETs and 4-pole junction FETs
And 4-pole Schottky gate type FET. Since it is a dual gate, the mirror effect can be reduced, so that it has excellent high frequency characteristics. In particular, a 4-pole Schottky gate FET is used to obtain a high power gain and noise figure.

この4極ショットキーゲートFET(以下4極MESFETと
いう)は、第7図に示すように、GaAs等の半絶縁性の半
導体基板1の表面に、窒化膜のような絶縁膜2を用いて
活性層3およびソース領域5aとドレイン領域5bをイオン
注入等によって形成した後、例えばAl等のショットキー
金属8によってショットキー障壁を形成してさらに第1
ゲート金属9aおよび第2ゲート金属9bを形成する。ソー
スおよびドレイン領域にはオーミック金属6を被着した
後ソース電極7aおよびドレイン電極7bを形成する。
As shown in FIG. 7, this 4-pole Schottky gate FET (hereinafter referred to as a 4-pole MESFET) is activated by using an insulating film 2 such as a nitride film on the surface of a semi-insulating semiconductor substrate 1 such as GaAs. After the layer 3 and the source region 5a and the drain region 5b are formed by ion implantation or the like, a Schottky barrier is formed with a Schottky metal 8 such as Al, and
A gate metal 9a and a second gate metal 9b are formed. After the ohmic metal 6 is deposited on the source and drain regions, a source electrode 7a and a drain electrode 7b are formed.

このようにして形成したデュアルゲートFETのドレイ
ン電極とソース電極間に所定の電圧を印加し、第1ゲー
ト電極に入力信号を加えて動作させるとき、第7図の活
性層3の領域にそれぞれのゲート電圧に依存した空乏層
4が生じて電流を制御することができる。ドレイン電圧
を0Vとしたとき空乏層の伸びが活性層の厚さに等しくな
ったときのゲート電圧がしきい値電圧であるから、活性
層の圧さが薄ければデプレッション型、厚くなるとエン
ハンスメント型になり易い。
When a predetermined voltage is applied between the drain electrode and the source electrode of the dual gate FET formed as described above and an input signal is applied to the first gate electrode to operate, the respective regions of the active layer 3 in FIG. The depletion layer 4 depending on the gate voltage is generated, and the current can be controlled. When the drain voltage is 0 V, the gate voltage is the threshold voltage when the elongation of the depletion layer is equal to the thickness of the active layer. Therefore, if the active layer pressure is low, the depletion type is used. Easy to be.

一方、第2ゲート電極を接地もしくは固定バイアスを
印加して用いれば、ミラー効果が小さく、電力利得や雑
音指数に優れているので、高周波増幅に用いる場合は、
固定バイアスもしくは可変バイアスによって交流的に接
地した状態で用いることが多い。第8図に示す従来の4
極MESFETの回路図に示すように、ソース電極7aを接地
し、ドレイン電極7bにドレイン電圧を印加し、第1ゲー
ト電極9aに入力信号を加えて動作させるとき、第2ゲー
ト電極9bにバイアス抵抗10を介して最適動作電圧を加え
るようにしたものがある(特開昭64−49409号公報)。
On the other hand, if the second gate electrode is used by grounding or by applying a fixed bias, the Miller effect is small and the power gain and the noise figure are excellent.
It is often used in a state where it is AC grounded by a fixed bias or a variable bias. The conventional 4 shown in FIG.
As shown in the circuit diagram of the polar MESFET, when the source electrode 7a is grounded, a drain voltage is applied to the drain electrode 7b, and an input signal is applied to the first gate electrode 9a, the second gate electrode 9b is biased. There is an apparatus in which an optimum operating voltage is applied via the control circuit 10 (JP-A-64-49409).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

第2ゲート電極を接地する場合は、外付けの抵抗等の
部品は不要であるが、高周波特性が充分発揮されない。
電力利得や雑音指数を良くし、かつ混変調特性にも優れ
ているためには、第2ゲートのバイアス電圧を最適に設
定する必要があり、このバイアス電圧を印加するための
抵抗あるいは分岐抵抗をFETと一体的に形成する必要が
あった。また、バイアス電圧を印加したとき、インピー
ダンスの不整合等による発振あるいは不安定性を除去す
る必要があった。
When the second gate electrode is grounded, components such as external resistors are unnecessary, but the high frequency characteristics are not sufficiently exhibited.
In order to improve the power gain and the noise figure and to have excellent intermodulation characteristics, it is necessary to optimally set the bias voltage of the second gate, and a resistor or a branch resistor for applying the bias voltage is required. It had to be formed integrally with the FET. In addition, when a bias voltage is applied, it is necessary to remove oscillation or instability due to impedance mismatch or the like.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は、前記課題を解決するために、ドレイン電極
とソース電極との間に第1の抵抗と第2の抵抗を接続し
て、その接続点から第3の抵抗を介して第2ゲートに、
しきい値に等しい電圧を印加するように、第1の抵抗と
第2の抵抗の比を設定することによって優れた特性を実
現するものである。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, a first resistor and a second resistor are connected between a drain electrode and a source electrode, and the connection point is connected to a second gate via a third resistor. ,
By setting the ratio of the first resistor to the second resistor so that a voltage equal to the threshold value is applied, excellent characteristics are realized.

〔作用〕[Action]

第2ゲートのバイアス電圧が、しきい値電圧に比し小
さ過ぎれば電力利得が小さく、かつ雑音指数も高くな
り、また、しきい値電圧より高過ぎれば電力利得は飽和
値が得られるが、雑音指数は悪くなり、かつリニアリテ
ィが飽和領域のために悪く、従って混変調特性が悪くな
る。また、第3の抵抗をダンプ抵抗として用いれば、発
振や不安定性を軽減することができる。
If the bias voltage of the second gate is too low compared to the threshold voltage, the power gain is small and the noise figure is high. If the bias voltage is too high, the power gain has a saturated value. The noise figure is poor, and the linearity is poor due to the saturation region, and therefore the cross-modulation characteristics are poor. If the third resistor is used as a dump resistor, oscillation and instability can be reduced.

〔実施例〕〔Example〕

本発明のデュアルゲートFETの代表的な例として4極M
ESFETについて、第1図ないし第6図を用いて説明す
る。
A typical example of the dual gate FET of the present invention is a 4-pole M
The ESFET will be described with reference to FIGS.

まず、本発明の4極MESFETの等価回路図を第1図に示
す。ソース電極7aおよびドレイン電極7bと、第1ゲート
電極9aおよび第2ゲート電極9bとを有するデュアルゲー
トFETであって、第2ゲート電極9bに、しきい値に等し
い電圧を印加するために、ドレイン電極7bとソース電極
7aとの間に第1の抵抗R111と第2の抵抗R212を直列に接
続する。このとき抵抗比R2/R1+R2が、しきい値電圧をV
P、ドレイン電圧をVDとするときR2/R1+R2の値がVP/VD
に等しくなるようにR1とR2の比を設定する。通常、チャ
ンネル抵抗の値よりもR1およびR2の値を大きく、例えば
数十オームないし数キロオームの範囲で設定するのが望
ましい。この第1の抵抗11と第2の抵抗12の接続点か
ら、第3の抵抗R313を介して第2ゲート電極9bに、実質
的にしきい値に等しい電圧を印加する。
First, FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram of a four-pole MESFET of the present invention. A dual-gate FET having a source electrode 7a and a drain electrode 7b, and a first gate electrode 9a and a second gate electrode 9b. In order to apply a voltage equal to a threshold value to the second gate electrode 9b, Electrode 7b and source electrode
A first resistor R 1 11 a second resistor R 2 12 is connected in series between the 7a. In this case the resistance ratio R 2 / R 1 + R 2 is, the threshold voltage V
P, the value of R 2 / R 1 + R 2 when the drain voltage is V D is V P / V D
Set the ratio between R 1 and R 2 to be equal to Normally, increasing the value of R 1 and R 2 than the value of the channel resistance, to set, for example, in a range of several tens of ohms to several kilo-ohms desirable. This first resistor 11 from a connecting point of the second resistor 12, a third resistor R 3 13 through the second gate electrode 9b, applies a voltage substantially equal to the threshold.

次に、前述の抵抗を内蔵する4極MESFETの構造につい
て第2図ないし第4図を用いて説明する。第2図に本発
明の4極MESFETの平面図、第3図にA−A断面図、第4
図にB−B断面図を示す。
Next, the structure of the above-described four-pole MESFET incorporating a resistor will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a plan view of a four-pole MESFET of the present invention, FIG.
The figure shows a BB sectional view.

第2図に示すように、ソース電極7aおよびドレイン電
極7bが、第1ゲート電極9aおよび第2ゲート電極9bの両
側に配置されたパターンを半導体基板1の表面に形成し
ている。本発明の主要な部分である固定バイアス抵抗部
分のA−A断面を第3図に、ダンプ抵抗部分のB−B断
面図を第4図を用いて説明する。
As shown in FIG. 2, the source electrode 7a and the drain electrode 7b form a pattern arranged on both sides of the first gate electrode 9a and the second gate electrode 9b on the surface of the semiconductor substrate 1. FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of the fixed bias resistor portion, which is a main portion of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view taken along line BB of the dump resistor portion.

第3図に示すように、ドレイン領域5bと第1の抵抗11
および第2の抵抗12の領域をイオン注入または拡散によ
って形成し、ドレイン部のオーミック金属6とドレイン
電極7bが形成されている。この第1の抵抗11と第2の抵
抗12は、ソースやドレイン領域よりも低濃度のN-として
活性層の領域と同時に形成することができる。ドレイン
に近い部分を第1の抵抗11とし、ソースに近い部分を第
2の抵抗12とする。
As shown in FIG. 3, the drain region 5b and the first resistor 11
The region of the second resistor 12 is formed by ion implantation or diffusion, and the ohmic metal 6 at the drain portion and the drain electrode 7b are formed. The first resistor 11 and the second resistor 12 can be formed simultaneously with the active layer region as a lower concentration of N than the source and drain regions. A portion near the drain is referred to as a first resistor 11 and a portion near the source is referred to as a second resistor 12.

次に、第4図に示すように、ダンプ抵抗としての第3
の抵抗13の一端を、前述の第1の抵抗11と第2の抵抗12
の所定の位置において接続し、他端を第2ゲート電極9b
に接続する。接続は、オーミック電極6を介して行うの
が良い。
Next, as shown in FIG.
One end of the resistor 13 is connected to the first resistor 11 and the second resistor 12 described above.
At a predetermined position, and the other end is connected to the second gate electrode 9b.
Connect to The connection is preferably made via the ohmic electrode 6.

このようにして形成した4極MESFETの高周波特性を、
第5図および第6図に示す。
The high-frequency characteristics of the 4-pole MESFET thus formed are
This is shown in FIG. 5 and FIG.

第5図は、第1ゲート電圧に対する電力利得を第2ゲ
ート電圧をパラメータとして表わした図であって、第2
ゲート電圧が高いほど電力利得は大きいが、しきい値電
圧を越える1.5V近傍では電力利得は飽和状態になってし
まう。
FIG. 5 is a diagram showing the power gain with respect to the first gate voltage using the second gate voltage as a parameter.
The power gain increases as the gate voltage increases, but the power gain becomes saturated near 1.5 V exceeding the threshold voltage.

第6図は、第1ゲート電圧に対する雑音指数を第2ゲ
ート電圧をパラメータとして表わした図であって、第2
ゲート電圧が高いほど雑音指数は小さくなる傾向を示す
が、しきい値電圧を越える1.5V近傍では雑音指数も飽和
状態になってしまう。飽和状態においてはリニアリティ
が良くないので混変調特性も悪くなってしまう。
FIG. 6 is a diagram showing the noise figure with respect to the first gate voltage using the second gate voltage as a parameter.
The noise figure tends to decrease as the gate voltage increases, but the noise figure becomes saturated near 1.5 V exceeding the threshold voltage. Since the linearity is not good in the saturated state, the cross-modulation characteristic is also deteriorated.

本発明の実施例を4極MESFETを用いて説明したが、4
極MOSFETや4極接合型FETにおいても同様の構造を用い
て好適である。また、拡散抵抗に変えてポリシリコン等
の抵抗体を用いて接続してもよい。
Although the embodiment of the present invention has been described using the 4-pole MESFET,
It is preferable to use a similar structure in a pole MOSFET and a quadrupole junction FET. Also, the connection may be made by using a resistor such as polysilicon instead of the diffusion resistor.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の4極MESFETのようなデュアルゲートFETを用
いれば、第2ゲートに印加される固定バイアス用の電圧
を最適値に設定する第1の抵抗と第2の抵抗と、さらに
ダンプ抵抗としての第3の抵抗を介して第2ゲート電圧
が固定されているので、高周波における大きな電力利得
と低雑音指数が得られ、かつリニアリティの良い範囲で
用いるので混変調特性にも優れ、かつダンプ抵抗によっ
て安定な動作を実現することができる。
If a dual-gate FET such as the four-pole MESFET of the present invention is used, the first and second resistors for setting the fixed bias voltage applied to the second gate to an optimum value, and further as a dump resistor Since the second gate voltage is fixed via the third resistor, a large power gain and a low noise figure at a high frequency can be obtained, and since it is used in a range with good linearity, the intermodulation characteristics are excellent and the dump resistor is used. Stable operation can be realized.

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

第1図は本発明の4極MESFETの等価回路図、第2図は本
発明の4極MESFETの平面図、第3図は第2図のA−A断
面図、第4図は第2図のB−B断面図、第5図は本発明
の4極MESFETの電力利得を表わす図、第6図は本発明の
4極MESFETの雑音指数を表わす図、第7図は従来の4極
MESFETの断面図、第8図は従来の4極MESFETの回路図で
ある。 1……半導体基板 2……絶縁膜 3……活性層 4……空乏層 5a……ソース領域 5b……ドレイン領域 6……オーミック金属 7a……ソース電極 7b……ドレイン電極 8……ショットキーゲート金属 9a……第1ゲート電極 9b……第2ゲート電極 10……バイアス抵抗 11……第1の抵抗 12……第2の抵抗 13……第3の抵抗
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of the four-pole MESFET of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the four-pole MESFET of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2, and FIG. 5 is a diagram showing the power gain of the four-pole MESFET of the present invention, FIG. 6 is a diagram showing the noise figure of the four-pole MESFET of the present invention, and FIG. 7 is a conventional four-pole MESFET.
FIG. 8 is a circuit diagram of a conventional 4-pole MESFET. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate 2 ... Insulating film 3 ... Active layer 4 ... Depletion layer 5a ... Source region 5b ... Drain region 6 ... Ohmic metal 7a ... Source electrode 7b ... Drain electrode 8 ... Schottky Gate metal 9a First gate electrode 9b Second gate electrode 10 Bias resistor 11 First resistor 12 Second resistor 13 Third resistor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/337 - 21/338 H01L 27/095 H01L 27/098 H01L 29/775 - 29/778 H01L 29/80 - 29/812 H01L 21/336 H01L 29/76 H01L 29/772 H01L 29/78──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (58) Surveyed fields (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/337-21/338 H01L 27/095 H01L 27/098 H01L 29/775-29/778 H01L 29 / 80-29/812 H01L 21/336 H01L 29/76 H01L 29/772 H01L 29/78

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第2ゲートの電圧を固定して用いるデュア
ルゲートFETにおいて、ドレイン電極とソース電極との
間に第1の抵抗と第2の抵抗とを直列に接続して、該第
1の抵抗と第2の抵抗の接続点から第3の抵抗を介して
前記第2ゲートに固定バイアスを印加するとき、前記接
続点の電圧が第2ゲートのしきい値電圧に等しくなるよ
うに、前記第1の抵抗と第2の抵抗の比を設したことを
特徴とするデュアルゲートFET。
In a dual gate FET using a fixed voltage of a second gate, a first resistor and a second resistor are connected in series between a drain electrode and a source electrode, and the first gate and the second resistor are connected in series. When a fixed bias is applied to the second gate from a connection point between a resistor and a second resistor via a third resistor, the voltage at the connection point is equal to the threshold voltage of the second gate. A dual gate FET, wherein a ratio between a first resistance and a second resistance is provided.
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