JPH03178206A - モノリシック集積回路化発振器 - Google Patents
モノリシック集積回路化発振器Info
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- JPH03178206A JPH03178206A JP31835689A JP31835689A JPH03178206A JP H03178206 A JPH03178206 A JP H03178206A JP 31835689 A JP31835689 A JP 31835689A JP 31835689 A JP31835689 A JP 31835689A JP H03178206 A JPH03178206 A JP H03178206A
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 101100484930 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) VPS41 gene Proteins 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
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- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
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。
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〕
本発明は電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという。
〉を含み、一つの半導体基板上に形成された発振回路を
備えたモノリシック集積回路化発振器（以下、ＩＣ化発
振器という。）に利用され、特に、Ｋバンド帯域の高周
波を発生させ衛星放送などのマイクロ波通信に使用され
るＩＣ化発振器に関する。
備えたモノリシック集積回路化発振器（以下、ＩＣ化発
振器という。）に利用され、特に、Ｋバンド帯域の高周
波を発生させ衛星放送などのマイクロ波通信に使用され
るＩＣ化発振器に関する。
本発明は、ＦＥＴを含み一つの半導体基板上に形成され
た発振回路を備えたＩＣ化発振器において、 共振回路として、同一半導体基板上に堆積された圧電材
料を用いて形成された弾性表面波共振回路を用いること
により、 Ｋ帯辺上のマイクロ波を発振する小型化されたＩＣ化発
振器の実現を可能としたものである。
た発振回路を備えたＩＣ化発振器において、 共振回路として、同一半導体基板上に堆積された圧電材
料を用いて形成された弾性表面波共振回路を用いること
により、 Ｋ帯辺上のマイクロ波を発振する小型化されたＩＣ化発
振器の実現を可能としたものである。
通常発振器は共振回路が必要であるが、この共波回路を
ＬＣ回路や分布定数回路を用いて構成しても、誘電体共
振器のような高Ｑは得られないし、回路が大きくなるの
でＩＣとしてコストが高くなってしまう。そこで、従来
、この種のＩＣ化発振器は、ＦＥＴと外付けされた誘電
体共振器とを用いた構成になっている。
ＬＣ回路や分布定数回路を用いて構成しても、誘電体共
振器のような高Ｑは得られないし、回路が大きくなるの
でＩＣとしてコストが高くなってしまう。そこで、従来
、この種のＩＣ化発振器は、ＦＥＴと外付けされた誘電
体共振器とを用いた構成になっている。
第３図はかかる従来のＩＣ化発振器の一例を示す回路図
である。第３図において、２はＦＥＴ。
である。第３図において、２はＦＥＴ。
３および４はオープンスタブ、５および７はチョークコ
イル、６はコンデンサ、８および９は抵抗、１０は５０
Ωの終端抵抗、１工は電源端子、１２は出力端子、１６
は５０Ω線路ならびに１７は誘電体共振器である。点線
で囲んだ部分が同一半導体基板上に形成される回路でＩ
Ｃを構成する。
イル、６はコンデンサ、８および９は抵抗、１０は５０
Ωの終端抵抗、１工は電源端子、１２は出力端子、１６
は５０Ω線路ならびに１７は誘電体共振器である。点線
で囲んだ部分が同一半導体基板上に形成される回路でＩ
Ｃを構成する。
まず、ＦＥＴ２のゲート（Ｇ〉、ドレイン（Ｄ）、ソー
ス（Ｓ） にどのようなサセプタンスがつくかを見る
と、ゲートは、誘電体共振器１７の共振周波数では５０
Ω線路１６と誘電体共振器１７がカップリングし、その
点でオープンとなる。その点からゲートまでの距離によ
ってゲートから見えるインピーダンスは変化するが、そ
の長さを調整することによりゲートと接地間に適当なイ
ンダクタンスを入れたと等価にすることができる。共振
周波数以外では、誘電体共振器１７の影響は無＜５０Ω
線路１６の先端にある終端抵抗１０で消費される。ドレ
インは、オープンスタブ３によりその根本は共振周波数
ではンヨートとなるが、オープンスタブ３とドレインと
の距離により任意のサセプタンスを接地との間に入れる
ことができる。ソースは、オープンスタブ４により高周
波的にショートされたことになるが、オープンスタブ４
の大きさにより接地との間に容量性の任意のサセプタン
スを入れた形にすることができる。
ス（Ｓ） にどのようなサセプタンスがつくかを見る
と、ゲートは、誘電体共振器１７の共振周波数では５０
Ω線路１６と誘電体共振器１７がカップリングし、その
点でオープンとなる。その点からゲートまでの距離によ
ってゲートから見えるインピーダンスは変化するが、そ
の長さを調整することによりゲートと接地間に適当なイ
ンダクタンスを入れたと等価にすることができる。共振
周波数以外では、誘電体共振器１７の影響は無＜５０Ω
線路１６の先端にある終端抵抗１０で消費される。ドレ
インは、オープンスタブ３によりその根本は共振周波数
ではンヨートとなるが、オープンスタブ３とドレインと
の距離により任意のサセプタンスを接地との間に入れる
ことができる。ソースは、オープンスタブ４により高周
波的にショートされたことになるが、オープンスタブ４
の大きさにより接地との間に容量性の任意のサセプタン
スを入れた形にすることができる。
次に、各端子間のサセプタンスを見ると、ゲート−ソー
ス間は、ＦＥＴのゲート−ソース間容量Ｃｇｓが支配的
である。ドレイン−ソース間は、接地を介してオープン
スタブ３および４で決まるサセプタンスがシリーズに見
えており、各オープンスタブ３および４の位置や大きさ
によってドレイン−ソース間に任意の容量を入れたと等
価にすることができる。ドレイン−ゲート間も同様にグ
ランドを介して見るとドレイン−ゲート間にインダクタ
を入れたと等価にすることができる。
ス間は、ＦＥＴのゲート−ソース間容量Ｃｇｓが支配的
である。ドレイン−ソース間は、接地を介してオープン
スタブ３および４で決まるサセプタンスがシリーズに見
えており、各オープンスタブ３および４の位置や大きさ
によってドレイン−ソース間に任意の容量を入れたと等
価にすることができる。ドレイン−ゲート間も同様にグ
ランドを介して見るとドレイン−ゲート間にインダクタ
を入れたと等価にすることができる。
以上述べたことを整理すると、第４図に示すような回路
が構成される。第４図はコルピッツ型発振器を構成して
おり、同図中のり、Ｃ，およびＣ２で決まる周波数で発
振する。
が構成される。第４図はコルピッツ型発振器を構成して
おり、同図中のり、Ｃ，およびＣ２で決まる周波数で発
振する。
前述した従来のＩＣ化発振器は、共振器が外付けとなっ
ているので、組立および実装が複雑になるうえ、共振器
のスペースがどうしても必要となるので、ＦＥＴ回りを
含めてＩＣ化しても発振器全体としてはあまり小型化で
きない欠点があった。
ているので、組立および実装が複雑になるうえ、共振器
のスペースがどうしても必要となるので、ＦＥＴ回りを
含めてＩＣ化しても発振器全体としてはあまり小型化で
きない欠点があった。
本発明の目的は、前記の欠点を除去することにより、共
振器も含めてＩＣ化することにより、Ｋ帯辺上のマイク
ロ波で発振しかつ十分に小型化されたＩＣ化発振器を提
供することにある。
振器も含めてＩＣ化することにより、Ｋ帯辺上のマイク
ロ波で発振しかつ十分に小型化されたＩＣ化発振器を提
供することにある。
本発明は、電界効果トランジスタを含み一つの半導体基
板上に形成された発振回路を備えたモノリシック集積回
路化発振器において、前記半導体基板上に堆積された圧
電材料を用いて形成された弾性表面波共振回路を備えた
ことを特徴とする。
板上に形成された発振回路を備えたモノリシック集積回
路化発振器において、前記半導体基板上に堆積された圧
電材料を用いて形成された弾性表面波共振回路を備えた
ことを特徴とする。
また、本発明は、前記圧電材料は、その表面波の伝搬速
度ＶＶＲの値が、弾性表面共振回路の共振角周波数をω
ｏ、表面電極の間隔をｄとしたとき、π を満足するものが好ましい。
度ＶＶＲの値が、弾性表面共振回路の共振角周波数をω
ｏ、表面電極の間隔をｄとしたとき、π を満足するものが好ましい。
共振器として、ＦＥＴが形成された同一半導体基板上に
堆積された圧電材料を用いた弾性表面波共振回路を用い
るので、従来の誘電体共振器を外付けするのに比べ一層
の小型化を図ることができる。
堆積された圧電材料を用いた弾性表面波共振回路を用い
るので、従来の誘電体共振器を外付けするのに比べ一層
の小型化を図ることができる。
ところで、一般に弾性波を電子回路として利用するため
には、電磁エネルギーをフォノンに変換することが必要
である。従って、必然的にこの種の素子を構成するため
の材料として圧電材料が適用される。ある圧電材料を用
いて後述の第１開山）に示すようなＩＤＴ（インターデ
ィジタルトランスジューサ）形と呼ばれる弾性表面波共
振回路を構成した場合、対向する表面電極１５の間隔ｄ
が弾性表面波の波長のス波長となる周波数で共振するこ
とが知られている。
には、電磁エネルギーをフォノンに変換することが必要
である。従って、必然的にこの種の素子を構成するため
の材料として圧電材料が適用される。ある圧電材料を用
いて後述の第１開山）に示すようなＩＤＴ（インターデ
ィジタルトランスジューサ）形と呼ばれる弾性表面波共
振回路を構成した場合、対向する表面電極１５の間隔ｄ
が弾性表面波の波長のス波長となる周波数で共振するこ
とが知られている。
弾性表面波の波長をλ。、共振角周波数をωｏ、材料中
での表面波の伝搬速度をＶａとすると、であるから、共
振角周波数Ｗ。と間隔ｄとの関係は となり、 π となる。
での表面波の伝搬速度をＶａとすると、であるから、共
振角周波数Ｗ。と間隔ｄとの関係は となり、 π となる。
従って、圧電材料として、所望のω。に対して（３）式
で与えられる値以上のＶＲを持つ圧電材料を用いること
で、Ｋ帯辺上のマイクロ波を発振し、かつ十分に小型化
されたＩＣ化発振器を得ることができる。
で与えられる値以上のＶＲを持つ圧電材料を用いること
で、Ｋ帯辺上のマイクロ波を発振し、かつ十分に小型化
されたＩＣ化発振器を得ることができる。
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一要部を示す平面図
、第１図ら）はそのＡ−Ａ’拡大断面図、および第２図
はその回路図である。
、第１図ら）はそのＡ−Ａ’拡大断面図、および第２図
はその回路図である。
本発明は、ＦＥＴ２を含み一つのＧａＡｓ基板１３上に
形成された発振回路を備えたＩＣ化発振器において、 本発明の特徴とするところの、 共振回路として、ＧａＡｓ基板１３上に堆積された圧電
材料としての７１０２層１４上に、間隔ｄ＝２μｍとし
て表面電極１５を配置することで形成された弾性表面波
共振回路１を含んでいる。
形成された発振回路を備えたＩＣ化発振器において、 本発明の特徴とするところの、 共振回路として、ＧａＡｓ基板１３上に堆積された圧電
材料としての７１０２層１４上に、間隔ｄ＝２μｍとし
て表面電極１５を配置することで形成された弾性表面波
共振回路１を含んでいる。
そして、弾性表面波共振回路１の一端は５０Ωの終端抵
抗１０を介して接地され、その他端はＦＥＴ２のゲート
（Ｇ）に接続されるとともに抵抗９を介して接地される
。ＦＥＴ２のドレイン（Ｄ） はオープンスタブ３な
らびにチョークコイル５およびコンデンサ６からなるチ
ョーク回路を介して電源端子１１に接続される。ＦＥＴ
２のソース（Ｓ） は出力端子１２に接続されるとと
もに、チョークコイル７および抵抗８からなるチョーク
回路を介して接地される。
抗１０を介して接地され、その他端はＦＥＴ２のゲート
（Ｇ）に接続されるとともに抵抗９を介して接地される
。ＦＥＴ２のドレイン（Ｄ） はオープンスタブ３な
らびにチョークコイル５およびコンデンサ６からなるチ
ョーク回路を介して電源端子１１に接続される。ＦＥＴ
２のソース（Ｓ） は出力端子１２に接続されるとと
もに、チョークコイル７および抵抗８からなるチョーク
回路を介して接地される。
弾性表面波共振回路１は第■図ら）で示すような構造に
なっており等何曲に共振子になっている。
なっており等何曲に共振子になっている。
従って、ＦＥＴ２のゲート側には、共振子の共振周波数
とゲート端子と共振子との距離を選ぶことにより、ＦＥ
Ｔ２のゲートと接地との間で任意の周波数において任意
のサセプタンスを挿入することができ、しかも、そのＱ
の値は弾性表面波共振回路↓による共振を用いているの
で、１００００程度の非常に大きくすることができる。
とゲート端子と共振子との距離を選ぶことにより、ＦＥ
Ｔ２のゲートと接地との間で任意の周波数において任意
のサセプタンスを挿入することができ、しかも、そのＱ
の値は弾性表面波共振回路↓による共振を用いているの
で、１００００程度の非常に大きくすることができる。
この構成で例えば、ＦＥＴ２のゲート−ソース間容量Ｃ
ｇｓに合わせてオープンスタブ３の位置と大きさとでＦ
ＥＴ２のドレイン側のサセプタンスを調整すれば、弾性
表面波共振回路ｌと合わせて従来技術で説明したと同様
に、第４図に示すコルピッツ型発振器を構成することが
できる。
ｇｓに合わせてオープンスタブ３の位置と大きさとでＦ
ＥＴ２のドレイン側のサセプタンスを調整すれば、弾性
表面波共振回路ｌと合わせて従来技術で説明したと同様
に、第４図に示すコルピッツ型発振器を構成することが
できる。
このとき、問題となるのは、所望の周波数で共振する弾
性表面波共振回路１をいかに構成するかにある。
性表面波共振回路１をいかに構成するかにある。
いま、圧電材料を堆積することなく 、ＧａＡｓ基板を
そのまま用いるとすると、ＧａＡｓ基板中での音速（伝
搬速度ＶＲ）は、２８００ｍ／Ｓであるから１０ＧＨｚ
で共振させるには前記（２）式の関係より、＝０．０７
μｍ となる。
そのまま用いるとすると、ＧａＡｓ基板中での音速（伝
搬速度ＶＲ）は、２８００ｍ／Ｓであるから１０ＧＨｚ
で共振させるには前記（２）式の関係より、＝０．０７
μｍ となる。
現在、加工上０．２μｍ程度はＦＥＴの製造技術で存在
するが、０．１μｍ以下では現在のところ難しい。
するが、０．１μｍ以下では現在のところ難しい。
そこで０．２μｍ以上の間隔でも１０ＧＨｚで共振する
ようにＶＶＲのもっと速い材料を堆積させればよい。
ようにＶＶＲのもっと速い材料を堆積させればよい。
例えばＶ８が８０００ｍ／ｓとなる材料であればｄ＝Ｑ
、２μｍで１０ＧＨｚで共振する。例えば、Ｔ１０□な
どはＶＲが９２００ｍ／Ｓであるし、Ｓｉ （１００面
）はＶ、が８４００ｍ／ｓであるが、これらは十分加工
できる寸法で、１０ＧＨｚでの弾性表面波回路を製造す
る二とができる。
、２μｍで１０ＧＨｚで共振する。例えば、Ｔ１０□な
どはＶＲが９２００ｍ／Ｓであるし、Ｓｉ （１００面
）はＶ、が８４００ｍ／ｓであるが、これらは十分加工
できる寸法で、１０ＧＨｚでの弾性表面波回路を製造す
る二とができる。
本実施例においては、ｄ＝０．２μｍで圧電材料として
ＴｌＯ２を用いているので、１０ＧＨｚ以上で発振する
ことができる。
ＴｌＯ２を用いているので、１０ＧＨｚ以上で発振する
ことができる。
以上の実施例においては、圧電材料としてＴｉ［１２を
用いたが、５ｉ（１００面）を用いてもよく、一般的に
は、前記（３）式以上のＶＲを有する圧電材料でかつ半
導体基板上に堆積しやすい材料を用いればよい。
用いたが、５ｉ（１００面）を用いてもよく、一般的に
は、前記（３）式以上のＶＲを有する圧電材料でかつ半
導体基板上に堆積しやすい材料を用いればよい。
以上説明したように、本発明は、ＴｌＯ２のように伝搬
速度の速い圧電材料を半導体基板上に堆積しその上に弾
性表面波回路を構成することにより、Ｋ帯でも共振する
共振回路が半導体基板上に構成することができるため、
外付は共振器を必要としないＩＣ化発振器の構成を可能
とする。しかもその共振回路の寸法はＦＥＴの大きさと
同程度であるためチップサイズも小型化できる効果があ
る。
速度の速い圧電材料を半導体基板上に堆積しその上に弾
性表面波回路を構成することにより、Ｋ帯でも共振する
共振回路が半導体基板上に構成することができるため、
外付は共振器を必要としないＩＣ化発振器の構成を可能
とする。しかもその共振回路の寸法はＦＥＴの大きさと
同程度であるためチップサイズも小型化できる効果があ
る。
第１図（ａ）は本発明の一実施例の要部を示す平面図。
第１図ｂ）はそのＡ−Ａ’拡大断面図。
第２１ｉｌＪはその回路図。
第３図は従来例を示す回路図。
第４図はコルピッツ発振器の回路図。
１・・・弾性表面波共振回路、２・・・ＦＥＴ、３．４
・・・オープンスタブ、５．７・・・チョークコイル、
６・・・コンデンサ、８．９・・・抵抗、１０・・・終
端抵抗、１１・・・電源端子、１２・・・出力端子、１
３・・・ＧａＡｓ基板、１４・・・ＴｌＯ２層、１５・
・・表面電極、１６・・・５０Ω線路、■７・・・誘電
体共振器。
・・・オープンスタブ、５．７・・・チョークコイル、
６・・・コンデンサ、８．９・・・抵抗、１０・・・終
端抵抗、１１・・・電源端子、１２・・・出力端子、１
３・・・ＧａＡｓ基板、１４・・・ＴｌＯ２層、１５・
・・表面電極、１６・・・５０Ω線路、■７・・・誘電
体共振器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、電界効果トランジスタを含み一つの半導体基板上に
形成された発振回路を備えたモノリシック集積回路化発
振器において、 前記半導体基板上に堆積された圧電材料を用いて形成さ
れた弾性表面波共振回路を含む ことを特徴とするモノリシック集積回路化発振器。 ２、前記圧電材料は、その表面波の伝搬速度Ｖ＿Ｒの値
が、弾性表面共振回路の共振角周波数をω＿ｏ、表面電
極の間隔をｄとしたとき、 Ｖ＿Ｒ≧（２ｄω＿ｏ）／π を満足するものである請求項１記載のモノリシック集積
回路化発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31835689A JPH03178206A (ja) | 1989-12-06 | 1989-12-06 | モノリシック集積回路化発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31835689A JPH03178206A (ja) | 1989-12-06 | 1989-12-06 | モノリシック集積回路化発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03178206A true JPH03178206A (ja) | 1991-08-02 |
Family
ID=18098240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31835689A Pending JPH03178206A (ja) | 1989-12-06 | 1989-12-06 | モノリシック集積回路化発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03178206A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0591918A1 (en) * | 1992-10-05 | 1994-04-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electro-acoustic hybrid integrated circuit and manufacturing method thereof |
| US5548178A (en) * | 1992-07-08 | 1996-08-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric vibrator and manufacturing method thereof |
| US5668057A (en) * | 1991-03-13 | 1997-09-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Methods of manufacture for electronic components having high-frequency elements |
| EP0823780A1 (en) * | 1991-09-12 | 1998-02-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electro-acoustic hybrid integrated circuit and manufacturing method thereof |
| US5747857A (en) * | 1991-03-13 | 1998-05-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electronic components having high-frequency elements and methods of manufacture therefor |
| US5771555A (en) * | 1993-11-01 | 1998-06-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for producing an electronic component using direct bonding |
| US5847489A (en) * | 1993-01-25 | 1998-12-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric device and a package |
| US6120917A (en) * | 1993-12-06 | 2000-09-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hybrid magnetic substrate and method for producing the same |
| US6242843B1 (en) * | 1998-06-02 | 2001-06-05 | Nokia Mobile Phones Ltd. | Resonator structures |
-
1989
- 1989-12-06 JP JP31835689A patent/JPH03178206A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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