JPH0256105A - モノリシックマイクロ波発振回路 - Google Patents

モノリシックマイクロ波発振回路

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JPH0256105A
JPH0256105A JP20785788A JP20785788A JPH0256105A JP H0256105 A JPH0256105 A JP H0256105A JP 20785788 A JP20785788 A JP 20785788A JP 20785788 A JP20785788 A JP 20785788A JP H0256105 A JPH0256105 A JP H0256105A
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oscillation
fet
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孝 大平
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、モノリシックマイクロ波集積回路(以下、M
MICという。)に利用される。
本発明はモノリシックマイクロ波発振回路に関し、特に
、発振回路を他の回路から遮蔽することにより高密度の
集積を可能とする回路レイアウトパターンを有するモノ
リシックマイクロ波発振回路に関する。
〔従来の技術〕
マイクロ波装置の小型計量化、および高信頼度化を目指
して、各種のMMICが研究開発されている。発振回路
に関しても、文献(1)〜(5)に挙げるように発振回
路をガリウムヒ素(GaAs)半導体で1チツプに集積
したMMIC光IC路の報告がある。
(1)ピー、エヌ、スコツト他“XおよヒK u 帯モ
ノリシック電圧制御発振器”(B、 N、 5cott
 et、 at。
:”Monolithic voltage cont
rolled oscillatorfor X an
d Ku−band”、 [EEE trans、 M
lcrowaveTheory Tech、、  vo
l、MTT−30,pp、1386−1410.  O
ct。
1973゜ (2)ジュー。ニス、ジョシ他“モノリシックマイクロ
ウェーブGaAsFET発振器”(J、S、 Josh
 iet、al、  :”Monolithic mi
crowave galllum arse−nide
  FET  oscillators  、  IE
!E8  trans、  ElectronDevi
ces、  vol、εD−28,pp、  15g−
162,Feb、1981.)(3)エイチ、キュー、
テサラング他“J−帯におけるモノリシックGaAsF
ET発振器の動作”(HoQ、Tserng et、a
l、 :”Per’formance of mono
li−thic GaAs FET oscillat
ors at J−band”、 IEi8F!7ra
ns。
Blctron Devices、  vol、80−
28.  pp、163−165 、  Feb。
1981、  ) (4)チー、オーヒラ他“低雑音局部発振器用MMIC
14GHzVCOおよびミラー周波数デバイダ(T、0
hira et、al、 : ”MMIC14G)lz
 VCOand Millerfrequency d
ivider for low−noise 1oca
l osci−11ators″、 IEE[E tr
ans、 Microwave Theory Tec
h。
vollMTT−35,pp、657−662. Ju
ly 1987. )(5)エム、ムラグチ他“Ku帯
GaAsモノリシック電圧制御発振器″ (M、Mur
aguchi et、al、 :”A Ku−band
 GaAs Monolithic voltage 
contro−11ed oscillator’、 
IEC[E Trans、 、 vat、B−70,I
mp、 261−263、 Apr、 1987. ) 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、実際のマイクロ波装置では、発振回路を単体
に用いることは稀であり、多くの場合、発振回路を分周
回路や周波数変換回路など他の回路と組み合わせて用い
ることになる。そこで、さらに高密度集積を考慮すると
、発振回路と他の回路を同一チップに上に集積すること
が有効となってくる。
ところが、モノリシックマイクロ波発振回路は、Q値が
こ10程度と低いので、発振特性が他の回路の影響を受
けやすい。すなわち、発振回路を分周回路や周波数変換
回路など他の回路と同一チップ上に高密度で集積する場
合、 ■隣接する他の回路配線パターンとの電磁的結合によっ
て、発振周波数が発振回路単体の場合からずれてしまう
。極端な場合には発振が停止してしまう可能性もある。
■隣接する他の回路から周波数の異なる信号が発振回路
内に混入し、不要スプリアスが発生する原因となる。
という二つの欠点があった。
本発明の目的は、前記の欠点を除去することにより、高
密度MMICの構成に適したモノリシックマイクロ波発
振回路を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、半導体基板上に形成された半導体増幅素子を
備えたモノリシックマイクロ波発振回路において、前記
半導体増幅素子ならびに発振回路を構成する前記素子以
外の素子を含む発振回路領域を囲んで設けられた第二層
配線と、前記第二層配線の外側から前記半導体増幅素子
の出力電極への電源供給線となる第一の第一層配線、前
記半導体増幅素子の入力電極から前記第二層配線の外側
へ発振出力を取り出す第二の第一層配線、および前記発
振回路への制御信号を前記第二層配線の外側から入力す
る第三の第一層配線と、前記第一層配線が前記第二層配
線と交差する部分に誘電体膜を挿んで設けられた容量と
を備え、前記半導体増幅素子の制御電極は誘導性の素子
を介して少なくとも高周波的に前記第二層配線に接続さ
れたことを特徴とする。
〔作用〕
本発明は、ソース出力型のFET回路が容量性の負荷に
対して発振条件を満たすことに着眼し、これを利用する
ことにより発振回路の周囲を第二層配線で完全に囲むこ
とを可能にしている。
すなわち、接地電極である前記第二層配線で完全に囲ま
れた閉領域内に、トランジスタと受動素子を全てレイア
ウトすることにより外部との遮蔽を行う。そして、外部
への発振出力の取り出しは、前記第二層配線の下を潜る
第一層配線で行う。このとき、前記第一層配線層と前記
第二層配線との間の配線容量を積極的に利用し、発振条
件を満足させている。
従って、発振回路は前記第二層配線により完全に遮蔽さ
れるので、隣接する他の回路配線パターンとの電磁的結
による発振特性の変動や不要スプリアスの発生を低減す
ることが可能となる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
第1図(a)は本発明の一実施例の要部を示す模式的な
平面図で、モノリシックマイクロ波集積回路を示し、そ
の発振回路部分を拡大して示したものである。また第1
図(b)は第1図(a)のx−x ’模式的断面図およ
び第1図(C)は第1図(a)のY−Y ’模式的断面
図である。
本実施例は、GaAs半導体基板1上に形成された半導
体増幅素子としてのFET (電界効果トランジスタ)
2を備えたモノリシックマイクロ波発振回路において、 FET2ならびに発振回路を構成する他素子としてのメ
アンダ線からなるインダクタ抵抗抵抗R8右よびR2な
らびにバラクタ(可変容量ダイオード)3を含む発振回
路領域4を囲んで設けられた第二層配線5と、第二層配
線5の外側から、FET2の出力電極であるドレイン電
極(D)への電源供給線となる第一層配線6、FET2
の入力電極であるソース電極(S)から第二層配線5の
外側へ発振出力を取り出す第二の第一層配線7および前
記発振回路への制御信号を第二層配線5の外側から入力
する第三の第一層配線8と、第一層配線6.7右よび8
が第二層配線5とそれぞれ交差する部分に誘電体膜とし
ての絶縁体膜12を挿んで設けられた容量C+ 、C2
およびC3とを備え、FET2の制御電極であるゲート
電極(G)は誘導性の素子であるインダクタしおよび抵
抗R1を介して第二層配線5に接続される。また、第二
層配線5は接地される。
なお、第1図(a)において、9.10、および11は
、それぞれ同一のGaAs半導体基板1上に設けられた
、電源回路、負荷回路および制御回路で、それぞれ第一
の第一層配線6.7および8に接続される。また、C4
は第一層配線7と負荷回路10と。
を容量結合で接続するための容量である。
ここで、バラクタ3はアノード(A)がインダクタしに
接続されカソード(K)が第三の第一層配線8に接続さ
れ、このカソードは容量C3を介して高周波数に接地さ
れるとともに直流的には制御回路11に接地される。ま
た電源供給線となる第一の第一層配線6も容量C2を介
して高周波的に接地される。このため第一層配線6およ
び8は容量C2およびC1を大にするためその面積が大
きくなるよう第二層配線5と交差する部分が大となるよ
う幅を広げている。
本発明の特徴は、第1図(a)において、特に、発振回
路領域4を囲む第二層配線5と、第一、第二および第三
の第一層配線6.7および8と、容量C,、C,および
C5を設けたことにある。
次に、本実施例の動作について説明する。
第1図(a)のパターンレイアウトを回路図で表すと第
2図に示すようになる。第1図(a)の第二層配線5は
第2図の接地記号で表される。Lはメアンダ線のインダ
クタンス、R1はFET2のゲートおよびバラクタ3の
アノードを接地電位に保つための高抵抗、R2はFET
2のソースバイアスを与えるための抵抗、CIおよびC
2は高周波バイパス用容量、C1およびC4はFET2
のソースから見た負荷を容量性にするための容量である
第2図で、抵抗R+およびR2の抵抗値はそれぞれ所望
発振周波数におけるバラクタ3、容量C3のリアクタン
スに比べて充分高い値に設定しである。また、容量C8
およびC2は所望発振周波数において充分低インピーダ
ンスとなるように設定しである。従って、第2図の回路
は高周波的には第3図に示す高周波等価回路と電気的に
等価となる。
第3図の高周波等価回路は、文献(4)中の発振回路の
基本分類の項に述べられているとおり、ドレイン接地ソ
ース出力型の発振回路であり、誘導性の負性抵抗出力イ
ンピーダンスを有しているので、容量性の負荷を接続す
れば発振回路として動作する。図中の一点鎖線から右を
見たインピーダンスを容量性にするには、通常(負荷回
路の入力VSWRが極端に大きい場合を除いて)、第1
図に示す容量C4と04の回路とすることで可能である
例えば、具体的には、入力インピーダンスが50ΩでV
SWRが2以下の負荷に対して、ゲートの寸法が100
〜200μm程度のFETを使用して、発振周波数12
Gf(z帯の発振回路を構成する場合には、容量C5と
04の容量値はそれぞれ0.3pFと0.03pFとな
る。この値の容量は、半導体基板上の第一層配線と第二
層配線の層間容量で実現するにはその面積をそれぞれ5
0μ山口、と16μmロ程度でよいので、標準的なMM
ICの製造プロセスで実現可能である。
なお、本実施例は半導体増幅素子としてFET(電界効
果トランジスタ)を用いた場合について説明したが、本
発明はバイポーラトランジスタの場合にも同様に適用で
きる。
また、本実施例は通常の製造技術を用いて容易に製造す
ることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、ドレイン接地ソース出
力型のFET回路が容量性の負荷に対して発振動作をす
ることを利用することにより発振回路の周囲を第二層配
線で完全に囲むことを可能にする。
すなわち、接地電極である第二層配線で完全に囲まれた
閉領域内に半導体増幅素子、ダイオードおよび受動素子
を全てレイアウトすることにより外部との遮蔽を行い、
隣接する他の回路配線パターンとの電磁的結合による発
振特性の変動や不要スプリアスの発生を低減できる効果
がある。
従って、本発明を用いることにより、発振回路を内蔵す
るMMICが従来より高密度に集積されたレイアウトで
構成することができ、その効果は大である。
1*回塔
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の一実施例の要部を示す模式第1
図(b)は第1図のx−x’模式的断面図。 第1図(C)は第1図のY−Y’模式的断面図。 第2図は前記実施例回路の回路図。 第3図は第2図の高周波等価回路図。 1・・・GaAs半導体基板、2・・・FET、3・・
・バラクタ、4・・・発振回路領域、5・・・第二層配
線、6.7.8・・・第一層配線、9・・・電源回路、
10・・・負荷回路、11・・・制御回路、12・・・
絶縁体膜、C,−C,・・・容量、L・・・インダクタ
、R+ 、R2・・・抵抗。 扇 2 図 特許出願人  日本電信電話株式会社 7.−代理人 
 弁理士 井 出 直 孝、′箆 3 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板(1)上に形成された半導体増幅素子(
    2)を備えたモノリシックマイクロ波発振回路において
    、 前記半導体増幅素子ならびに発振回路を構成する前記素
    子以外の素子を含む発振回路領域(4)を囲んで設けら
    れた第二層配線(5)と、 前記第二層配線の外側から前記半導体増幅素子の出力電
    極への電源供給線となる第一の第一層配線(6)、前記
    半導体増幅素子の入力電極から前記第二層配線の外側へ
    発振出力を取り出す第二の第一層配線(7)、および前
    記発振回路への制御信号を前記第二層配線の外側から入
    力する第三の第一層配線(8)と、 前記第一層配線が前記第二層配線と交差する部分に誘電
    体膜を挿んで設けられた容量(C_1、C_2、C_3
    )と を備え、 前記半導体増幅素子の制御電極は誘導性の素子(L)を
    介して少なくとも高周波的に前記第二層配線に接続され
    た ことを特徴とするモノリシックマイクロ波発振回路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006507719A (ja) * 2002-09-13 2006-03-02 ティーエルシー プレシジョン ウェイファー テクノロジー, インコーポレイテッド 集積回路発振器
US8638035B2 (en) 2010-01-11 2014-01-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Terahertz radiation sources and methods of manufacturing the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58179033A (ja) * 1982-04-14 1983-10-20 Toshiba Corp 共振線路装置
JPS621412U (ja) * 1985-06-19 1987-01-07

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