JP5463812B2 - 半導体装置および通信装置 - Google Patents
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Description
半導体基板上に配列されたキャパシタ部およびインダクタ部によって形成され、前記半導体基板と前記キャパシタ部および前記インダクタ部との間に接合部が形成されてなる伝送線路を有し、
前記伝送線路の伝播特性が前記接合部に印加される電圧によって決定される
構成となっている。そして、この半導体装置は、通信装置、特に30GHz以上の高速伝送用の通信装置に用いられる。
1.第1実施形態(ハイパスフィルタの例)
2.第2実施形態(ローパスフィルタの例)
3.第3実施形態(バンドパスフィルタの例)
4.第4実施形態(バランの例)
5.第1乃至第4実施形態の作用効果
6.変形例
7.適用例
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の構成の概略を示す斜視図である。本実施形態に係る半導体装置10は、MOSトランジスタやバイポーラトランジスタなどのアクティブ素子や回路が形成可能なシリコン基板等の半導体基板11上に形成された、メタマテリアル構造体の所謂左手系の伝送線路12を有する構成となっている。伝送線路12は、例えば、電磁波を伝達するマイクロストリップ伝送線路である。
本実施形態では、伝送線路12のキャパシタンス成分が可変な構成としたが、インダクタンス成分が可変な構成とすることも可能である。
第1実施形態では、左手系と呼ばれる構成の伝送線路を例に挙げた。これに対応した右手系と呼ばれる伝送線路も同じ原理で構成することが可能である。この右手系の伝送線路について、第2実施形態として以下に説明する。
MS接合による接合容量Cは、よく知られているように、ショットキー接合の性質から次式(1)で与えられる。
C=S×εO ×εs /d
=S×(e×εO ×εs /2×(Vd+V))1/2 ……(1)
ここで、Sは接合の面積、eは電子素電荷、εO は真空中の材料誘電率、εs は相対誘電率、dは接合空乏層厚み、Vdは接合の拡散電位、Vは印加電圧である。
本実施形態では、伝送線路22のキャパシタンス成分が可変な構成としたが、インダクタンス成分が可変な構成とすることも可能である。
図17は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の構成の概略を示す斜視図である。図17において、図1および図9と同等部分には同一符号を付して示し、重複説明は省略する。
図20は、本発明の第4実施形態に係る半導体装置の構成の概略を示す斜視図である。図20において、図1および図9と同等部分には同一符号を付して示し、重複説明は省略する。
以上第1乃至第4実施形態で説明したように、半導体の接合の性質を使って、当該接合部と電気的に結合した2種類の伝送線路12,22を半導体基板上に作成することで、簡便な構成で伝播特性が可変な伝送線路12,22を半導体基板上に直接的に形成できる。これらの構成による各種機能性素子、具体的には高周波素子(回路)は、外部電圧をコントロールすることによってその特性が周波数軸上でコントロール可能である。これは、あらゆる帯域の機能性素子に対応できることを意味し、様々なアプリケーションに対応可能な構成であるという大きなメリットを持つ。
上記第1乃至第4実施形態では、半導体基板としてシリコン基板を使用する場合を例に挙げたが、シリコン基板に限られるものではない。例えば、絶縁性が得られる半導体、その他のGeなどのIV族半導体、或いは、GaAsやInPといった III−V族半導体、或いは、ZnSやZnSeなどのII−IV族、或いはこれらの3元化合物、4元化合物など何でも良いことは容易に理解できる。
上記第1乃至第4実施形態に係る半導体装置、即ちハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、バラン等の機能性素子は、通信装置、特に30GHz以上の高速伝送用の通信装置に用いることができる。
Claims (10)
- 裏面がグランド面の半導体基板の表面上に配列されたキャパシタ部およびインダクタ部によって形成されて成る伝送線路と、
前記半導体基板の表層部に前記キャパシタ部を形成する2つの電極に跨るように、あるいは、前記半導体基板の表層部の前記インダクタ部を形成する導体の下に、N型またはP型の領域が形成されることで、前記半導体基板と前記キャパシタ部および前記インダクタ部との間に形成される接合部と、
を有し、
前記伝送線路の伝播特性が、前記2つの電極間に、あるいは、前記導体と前記N型またはP型の領域との間に印加される電圧によって決定される半導体装置。 - 前記伝送線路は、左手系伝送線路からなる請求項1に記載の半導体装置。
- 前記伝送線路は、ハイパスフィルタを構成し、前記電圧に応じて当該ハイパスフィルタのカットオフ周波数が可変である請求項2に記載の半導体装置。
- 前記伝送線路は、右手系伝送線路からなる請求項1に記載の半導体装置。
- 前記伝送線路は、ローパスフィルタを構成し、前記電圧に応じて当該ローパスフィルタのカットオフ周波数が可変である請求項4に記載の半導体装置。
- 前記伝送線路は、直列に接続された左手系伝送線路および右手系伝送線路からなる請求項1に記載の半導体装置。
- 前記伝送線路は、バンドパスフィルタを構成し、前記電圧に応じて当該バンドパスフィルタのカットオフ周波数が可変である請求項6に記載の半導体装置。
- 前記伝送線路は、入力端が共通に接続された左手系伝送線路および右手系伝送線路からなる請求項1に記載の半導体装置。
- 前記伝送線路は、バランを構成し、前記電圧に応じて当該バランの帯域幅が可変である請求項8に記載の半導体装置。
- 裏面がグランド面の半導体基板の表面上に配列されたキャパシタ部およびインダクタ部によって形成されて成る伝送線路と、
前記半導体基板の表層部に前記キャパシタ部を形成する2つの電極に跨るように、あるいは、前記半導体基板の表層部の前記インダクタ部を形成する導体の下に、N型またはP型の領域が形成されることで、前記半導体基板と前記キャパシタ部および前記インダクタ部との間に形成される接合部と、
を有し、
前記伝送線路の伝播特性が、前記2つの電極間に、あるいは、前記導体と前記N型またはP型の領域との間に印加される電圧によって決定される半導体装置を用いた通信装置。
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