JPS63238716A - スイッチ回路 - Google Patents

スイッチ回路

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JPS63238716A
JPS63238716A JP62286508A JP28650887A JPS63238716A JP S63238716 A JPS63238716 A JP S63238716A JP 62286508 A JP62286508 A JP 62286508A JP 28650887 A JP28650887 A JP 28650887A JP S63238716 A JPS63238716 A JP S63238716A
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fet
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fets
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    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/06—Modifications for ensuring a fully conducting state
    • H03K17/063—Modifications for ensuring a fully conducting state in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/693—Switching arrangements with several input- or output-terminals, e.g. multiplexers, distributors

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  • Electronic Switches (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スイッチ回路に関し、特にマイクロ波帯やミ
リ波帯で使用される電界効果トランジスタ（以後ＦＥＴ
という）を用いたスイッチ回路に関する。
〔従来の技術〕
従来、この種のＦＥＴスイッチ回路は、第６図の回路図
に示すように、４個のＦ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　１〜Ｑ４を用い
て構成されていた。この回路は、１個の入力端子１１と
２個の出力端子１２．１３を持つ典型的な１人力２出力
（ＳＰＤＴ）スイッチ回路を示されるＦ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　
３　、　Ｑ　４とから構成されている。また、これらの
ＦＥＴとしてはＧａＡｓを利用したＭＥＳＦＥＴ　（ｍ
ｅｔａｌ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　　ｆｉｅｌｄ
ｅｆｆｅｃｔ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられてい
る。ＧａＡｓを用いたＭＥＳＦＥＴは通常はディプレッ
ション型であるためこれらＦＥＴの一方のゲート電圧Ｖ
。１を零ポルト、他方のゲート電圧Ｖ。２をＦＥＴのし
きい値電圧■ア以下の負の電位に設定することによリ、
Ｆ’ＥＴＱＩとＱ４は低抵抗となり、ＦＥＴＱ。
とＱ、とは高抵抗となる。従って、入力端子１１と出力
端子１２との間は導通状態（ＯＮ）となり、他方の出力
端子１３と入力端子１１との間は遮断状態（ＯＦＦ）と
なる。各Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　＋　、　Ｑ　４のゲート電圧
Ｖ。１を、それぞれ先に述べた負電圧、ゲート電圧ｖ０
２を零ポルトに設定することにより、０Ｎ−ＯＦＦの切
換が行なわれる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述したスイッチ回路に使用されるＭＥＳＦＥＴは、第
７図に示すように、半絶縁性Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板２１上
の活性層２２にショットキ接触するゲート電極２３と、
オーミック接触するソース電極２４、ドレイン電極２５
を設けた構造のものである。ゲート電極２３がしきい値
電圧より低くバイアスされると空乏領域２６が半絶縁性
基板２１に達し、高抵抗のオフ状態となる。ゲート２３
とソース２４間あるいはゲート２３とドレイン２５間の
活性層２２の表面には表面状態の不安定さに起因したリ
ーク２７が存在し、その結果ゲート電極２３を介してソ
ース２４とドレイン２５間にリークが生じる。また空乏
領域２６や半絶縁性のＧａＡｓ基板２１を介してもソー
ス２４やドレイン２５間にリーク２８が存在する。
再び第６図の参照すると、ゲート電圧Ｖ。１を零ポルト
に設定し、ゲー）Ｖｏ、をＦＥＴのしきい値以下の負の
電圧に設定した場合においてはＦ’ＥＴＱ４がオン状態
であり、その抵抗値は約１０Ωの低抵抗であるため出力
端子１３は零電位に保たれている。しかしながら、オフ
状態にあるＦＥＴＱ２のソースとドレイン間には接地よ
りＦ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　４を通って微小なリーク電流が流れ
、ＦＥＴＱ２自身が高抵抗状態にあるため、ＦＥＴＱ２
の両端に１７以上の電位差が生じ入力端子１１にこの電
位差に相当する負電位が現われる。同様に、ＦＥＴＱ３
により出力端１２に負電位が生じる。これらの端子の電
位はＦ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　２とＱ３のオフ時の抵抗値やリー
クの大きさ等のばらつき及びＦ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　４のＯＮ
抵抗値により０．５　Ｖ以上も異なる電位を示す。この
様に入力端子１１と出力端子１２との間に電位差が存在
する場合、ＦＥＴＱ、のＯＮ抵抗は増加し、入出力端子
間の挿入損失が増大する。
軸はドレイン・ソース間電流（工。、）を示し、ゲート
・ソース間電圧Ｖ。９をパラメータとして示している。
ＦＥＴＱ、のＯＮ抵抗は、これらの曲線の接置の傾きの
逆数に等しく、電圧ｖｎｓが零ポルトの時最大の傾き（
最小の抵抗）を有し、この理想的な動作点は点Ａである
。しかし、入出力端子間に電位差を持つ場合には、動作
点が上方の点Ｂの方に移動し、ＯＮ抵抗が例えば１６Ω
に増大し挿入損失０．２　ｄ　Ｂを劣化させる。またＦ
’ＥＴＱ、〜Ｑ４のオン時、オフ時の抵抗値やリークの
程度がそれぞれのＦＥＴで異なるため、出力端子間の挿
入損失に約０．２ｄＢのアンバランスが生じてしまう。
本発明の目的は、このような欠点を除き、挿入損失を劣
化させることなく、安定に動作するスイッチ回路を提供
することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の構成は、入出力端子間にドレインとソースとが
直列に挿入された電界効果トランジスタのゲート電圧を
可変することにより、この電界効果トランジスタのドレ
イン・ソース間の抵抗を大きくあるいは小さくしてオフ
あるいはオンとするスイッチ回路において、前記電界効
果トランジスタの入力端および出力端と接地との間にそ
れぞれ抵抗を接続し、これらの抵抗の抵抗値を前記電界
効果トランジスタのオフ時の抵抗値より小さく負荷抵抗
よりも充分大きな値としたことを特徴とする。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第１図は本発明の第１の実施例の回路図である。
１個の入力端子１１と２個の出力端子１２．１３との間
に直列にＦ　Ｅ　Ｔ　Ｑ　１．　Ｑ　２が挿入され、Ｆ
’ＥＴＱ３．Ｑ４が出力端子１２．１３と接地間に並列
に接続される。これと同時に低抗体Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３が
、入力端子１１と接地との間、および直列に挿入された
ＦＥＴＱ、、Ｑ２の両側（ドレイン及びソース側）と接
地との間に接続されている。
ＭＥＳＦＥＴのオフ時の抵抗値は通常１００にΩ以上で
ある。また入力端子１２．１３に接続される負荷はマイ
クロ波やミリ波領域では挿入損失（ｉｎｓｏｒｔｉｏｎ
　　１ｏｓｓ）の増加を抑えるため通常５０Ωの特性イ
ンピーダンスを持つものが用いられる。
低抗体’Ｒ，，Ｒ２，Ｒ３の値をオフ状態のＭＥＳＦＥ
Ｔの値より小さい値、好ましくは１０にΩ以下に、例え
ば５にΩにすることによりＭＥＳＦＥＴの両端に生じる
電位差は１桁以上小さくなり、ＭＥＳＦＥＴのオン抵抗
の増加を非常に小さくできる。また入力端子１２．１３
に接続さｈる５０Ωの負荷より、約２０倍以上太き（（
１にΩ）、好ましくは１００倍（５にΩ）とすることに
よって挿入損失の増加を抑えることができる。しかしな
がら、１０にΩ以上の抵抗なＧ　ａ　Ａ　ｓ基板に設け
ることは困難である。これは、抵抗の長さが長くなりす
ぎたり、不純物の制御が困難となるからである。
抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒｓがない場合挿入損失は０．６ｄＢ
となるが、１にΩの抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒｓを使用した場
合では挿入損失が０．５５ｄＢとなり、５にΩの抵抗Ｒ
１，Ｒ２，Ｒ３を用いた場合には０．５ｄＢと改善でき
る。
また出力端子間の挿入損失のアンバランスは、１〜１０
にΩの抵抗値を持つ抵抗’Ｒ１，：Ｒ２，Ｒｓを用いた
場合は０．０５ｄＢとなり、抵抗を用いない従来のスイ
ッチの０．２　ｄ　Ｂと比べ非常に小さい値となる。さ
らにこのように抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を設けても入出力
端子間の分離は１８ｄＢのままであり変化しない。
第２図は本実施例のスイッチをＧ　ａ　Ａ　ｓ基板に集
積化したものの一部の断面図である。半絶縁性基板５１
上にＳｉを選択的にイオン注入することにより、約２Ｘ
１０１７／−の不純物濃度を持つｎ型の活性層５２や約
５　Ｘ　１０　”／ａＡの不純物濃度を持つ抵抗層５３
を形成する。活性層５２にはアルミニウムのゲート電極
５４と、Ｇｅ−Ｎｉを用いたソースとドレイン電極５５
を設けＭＥＳＦＥＴを形成し、抵抗層５３の両端にもＧ
ｅ−Ｎｉを用いたオーミック電極５６を設ける。表面に
は５ｉ０２の保護膜５８が設けられている。このような
構造のＦＥＴや抵抗を基板５１上に所定数形成し、金配
線５７により相互に接続することにより本実施例のスイ
ッチがＧａＡｓ基板５１上に形成される。スイッチが形
成されたＧａＡｓ基板５１は容器又は回路基板の固定電
位に保たれた素る。
第３図は本発明の第２の実施例の回路図で、第１の実施
例に、さらに直列のＦＥＴＱｊ、Ｑ、および出力端子１
２．１３との間に接地された抵抗体Ｒ，，Ｒ，を付加し
たものであり、第１の実施例のスイッチではアイソレー
ションが１８ｄＢであったのに比べ、本実施例では通過
損失（アイソレーション）を４０ｄＢと大きく取ること
が出来る。
本実施例においても、抵抗体Ｒ１〜Ｒ３が挿入されるこ
とにより、直列に挿入されているＦＥ’ＴＱｌ、Ｑｌ、
Ｑｓ、Ｑａのドレイン及びソース電位がほぼ零ポルトと
なり、例えば、抵抗Ｒ１〜Ｒ３を５にΩとした場合には
挿入損失は０．９　ｄ　Ｂであった。一方、抵抗Ｒ１〜
Ｒ６を使用しない場合は挿入損失が１．２　ｄ　Ｂと非
常に大きい値となる。
第４図は本発明のスイッチ７２をレーダー（ｒａｄａｒ
）装置に応用した例を示したものであり、端子１１はレ
ーダーアンテナに、端子１２は送信機７３に、端子１３
は受信機７４にそれぞれ接続され、スイッチ７２により
送信機７３と受信機７４が切り換えられる。
第５図は本発明のスイッチを２個用いて位相器（ｐｈａ
ｓｅ　５ｈｉｆｔｅｒ）を構成したときのブロック図を
示したものであり、スイッチ８１とスイッチ８２の間に
各信号の位相をシフトさせる位相回路（ｐｈａｓｅ　５
ｈｉｆｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ）　８３．８４が挿入されて
おり、スイッチ８１と８２を切り換えることによって位
相の異なる信号が得られる。この位相器ではスイッチ８
１．８２の挿入損失が小さいことに加えて出力端子１２
．１３間の挿入損失に差がないことが要求されるが、本
発明のスイッチはこのような場合に適用すれば優れた効
果が得られる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、入出力間に直列に挿入さ
れるＦＥＴの各ドレイン及びソース電極との接地間に、
ＦＥＴのＯＦＦ時のＤＣ抵抗値に比べ小さく、かつ負荷
抵抗（〜５０Ω）に比べ十分大きな抵抗体を接続するこ
とにより、安定で理想的な動作をするスイッチ回路が得
られる。
尚、本発明はＧ　ａ　Ａ　ｓショットキーゲートＦＥＴ
に限らず他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体やＳｔを用いた
ショットキーゲー）ＰＥＴもしくはＰＮ接合ゲー）ＦＥ
Ｔにも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例の回路図、第２図は本発
明の第１の実施例のスイッチを集積化したときの一部の
断面図、第３図は本発明の第２の実施例の回路図、第４
図は本発明のスイッチを用いたレーダー装置のブロック
図、第５図は本発明のスイッチを用いた位相器のブロッ
ク図、第６図は従来のスイッチの回路図、第７図はスイ
ッチに用いられるトランジスタを説明するための断面図
、第８図はスイッチに用いられるトランジスタ直流特性
図である。 Ｑ１〜Ｑ６・・・・・・Ｆ　Ｅ　Ｔ、　Ｒ＋〜Ｒ３・・
・・・・抵抗体、１１・・・・・・入力端子、１２．１
３・・・・・・出力端子、２１・・・・・・半絶縁性Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ基板、２２・・・・・・活性層、２３・・
・・・・ゲート電極、２４・・・・・・ソース電極、２
５・・・・・・ドレイン電極、２６・・・・・・空乏領
域、２７・・・・・・リーク、２８・・・・・・リーク
、５１・・・・・・半絶縁性Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、５２
・・・・・・活性層、５３・・・・・・抵抗層、５４・
・・・・・ゲート、５５・・・・・・ソース・ドレイン
領域、５６・・・・・・オーミック電極、５７・・・・
・・金配線、５８・・・・・・保護膜、５９・・・・・
・金線、６０・・・・・・素子取付部、７１・・・・・
・レーダーアンテナ、７２・・・・・・スイッチ、７３
・・・・・・送信機、７４・・・・・・受信機、８１゜
８２・・・・・・スイッチ、８３．８４・・・・・・位
相回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 入出力端子間にドレインとソースとが直列に挿入された
    電界効果トランジスタのゲート電圧を可変することによ
    り、この電界効果トランジスタのドレイン・ソース間の
    抵抗を大きくあるいは小さくしてオフあるいはオンとす
    るスイッチ回路において、前記電界効果トランジスタの
    ドレインおよびソースと固定電位との間にそれぞれ抵抗
    を接続し、これら抵抗の抵抗値を前記電界効果トランジ
    スタのオフ時の抵抗値より小さく負荷抵抗よりも充分大
    きな値としたことを特徴とするスイッチ回路。
JP62286508A 1986-11-14 1987-11-13 スイッチ回路 Granted JPS63238716A (ja)

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JP61-271163 1986-11-14
JP27116386 1986-11-14

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JPS63238716A true JPS63238716A (ja) 1988-10-04
JPH0563966B2 JPH0563966B2 (ja) 1993-09-13

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