KR20030029891A - 모놀리식 마이크로파 집적 회로용 보조 회로 - Google Patents
모놀리식 마이크로파 집적 회로용 보조 회로 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 두 개의 다른 단결정 반도체 기판을 가지는 증폭기에 관한 것이다. 기판 중 제 1 기판은 바이폴라 트랜지스터를 구비하는 적어도 하나의 입력 신호 증폭 소자가 위에 형성되어 있다. 제 2 기판은 제 1 기판의 재료와 다른 재료로 이루어져 있다. 전류 미러는 일부분은 상기 제 1 기판 위에 형성된 바이폴라 소자이고 또 다른 부분은 상기 제 2 기판 위에 형성된 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터를 가지는 전기적으로 상호접속된 다수의 능동소자들을 구비한다. 제 1 단결정 기판은 Ⅲ-Ⅳ 물질로 이루어지고 제 2 단결정 반도체 기판은 실리콘으로 이루어져 있다. 바이폴라 소자는 HBT이다. 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터는 MOS 소자이다. 상기 구성은 트랜지스터 동작 전류에 치명적인 온도, 전압 및 프로세스 변화의 효과를 최소화한다.
Description
공지된 바와 같이, MMIC는 많은 분야에서 사용된다. 일반적으로 이러한 회로는 회로에 사용되는 높은 주파수 신호 때문에 갈륨 비소 반도체 기판 위에 형성된다. 상기 회로에 사용된 능동소자의 한 타입은 헤테로접합 바이폴라 트랜지스터(HBT)이다. 따라서, 예컨대 이동전화 타워로부터 수신된 마이크로파 신호와 같은, 마이크로파 신호를 증폭하는데 사용된 MMIC 증폭기는 각각이 HBT를 가지는 다수의 종속 증폭기 스테이지(stage)를 포함할 수 있다.
또한 공지된 바와 같이, 증폭기의 바람직한 동작을 위해 dc 바이어싱이 필요하다. 실리콘 바이폴라 트랜지스터 증폭기의 경우, 구성의 일 예는 dc 바이어싱이 전류 소스를 사용하여 제공되는 접지된 에미터 구성을 사용하는 것이다. 일반적으로 전류 소스는 온도, 제조 공정 및 공급 전압의 변화에서도 일정한 콜렉터 전류를 유지하기 위해 전류 미러를 포함한다. 개선된 전류 미러를 이용하여, 접지된 에미터를 가지는 바이폴라 트랜지스터 쌍이 제공된다. 트랜지스터들중 제 1 트랜지스터의 콜렉터는 비교적 높은 임피던스를 통해 전압에 접속될 수 있다. 또한 제 1 트랜지스터의 콜렉터는 에미터 팔로워 바이폴라 트랜지스터의 베이스에 접속된다. 에미터 팔로워 트랜지스터의 에미터는 트랜지스터 쌍의 베이스 전극에 접속된다. 에미터 팔로워 트랜지스터의 콜렉터와 트랜지스터 쌍중 제 2 트랜지스터는 공통 공급 전압에 접속된다. 제 2 트랜지스터의 콜렉터를 통과한 전류는 제 1 트랜지스터의 콜렉터에 제공된 전류를 미러링한다. 전류 미러가 공통 실리콘 반도체 기판 상의 집적 회로로서 제조될 때, 제 2 트랜지스터의 베이스-에미터 접합부에 걸리는 전압 강하는 약 0.7 볼트가 될 것이다. 따라서, 에미터 팔로워 트랜지스터의 베이스에서의 전압은 약 1.4 볼트가 될 것이다. 예컨대, 3.1 볼트의 공칭 공급 전압과 같이 비교적 낮은 공급 전압을 필요로 하는 경우에, 예컨대, 2.8 볼트로 공급 전압이 변하더라도, 에미터 팔로워 트랜지스터의 베이스에서 1.4 볼트를 가지는 충분한 헤드-룸(head-room)이 존재하여 전류 미러가 바람직하게 동작할 수 있다. 온도 및 프로세스 변화는 바이폴라 트랜지스터의 Vbe 전압을 변화시키고 이는 모든 전류를 변화시킨다. 콜렉터 전류를 비교적 일정하게 유지시키고 그 다음에 증폭을 일정하게 유지시키기 위해서 온도, 프로세스 및 전압 변화에 의해 유발된 전류 변화가 매우 작을 때 바람직한 동작이 이루어진다.
그러나, 갈륨 비소 기판이 사용되고 트랜지스터가 일반적인 HBT 소자인 마이크로파 사용시, 에미터-베이스 접합부 양단에 걸리는 전압 강하는 약 1.25 볼트이다. 따라서, 상기 HBT를 이용하여, 에미터 팔로워 트랜지스터의 베이스 전압은 약 2.5 볼트가 된다. 상기 설명한 낮은 공급 전압(2.8 볼트의 공급 전압)을 사용할때, 상기 HBT 전류 미러의 바람직한 동작을 가능하게 하는 충분한 헤드룸이 존재하지 않아 동작 전류가 크게 변화한다.
본 발명은 모놀리식 마이크로파 집적 회로(MMIC)에 관한 것으로서, 특히 MMIC용 보조 회로에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로파 증폭기의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전류 미러의 개략도이다.
본 발명에 따라서, 증폭기가 제공된다. 증폭기는 바이폴라 트랜지스터를 가지는 적어도 하나의 입력 신호 증폭 소자를 형성하는 제 1 단결정 반도체 기판을 포함한다. 제 2 단결정 반도체 기판이 제공된다. 제 2 기판은 제 1 기판의 재료와 다른 재료이다. 전류 미러가 포함된다. 전류 미러는 다수의 전기적으로 상호접속된 능동소자를 포함하며, 상기 소자의 일부는 제 1 기판 상에 형성된 바이폴라 소자이고 능동소자의 또다른 부분은 제 2 기판 상에 형성된 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터를 포함한다.
상기 장치를 이용하여, 증폭기는 마이크로파 신호를 증폭시키는데 사용될 수 있으며; 이러한 증폭은 제 1 재료 기판 상에 형성된 HBT에 의해 제공된다. 더욱이, IGFET에 의해 제공된 이득은 HBT 증폭 소자의 베이스 전극과 상기 IGFET의 게이트 사이에서 매우 작은 전압 강하를 일으켜서, 온도, 프로세스 및 전압 변화의 바람직하지 않은 효과를 최소화하면서 비교적 낮은 전압에서 장치가 동작하는 충분한 헤드룸이 제공된다.
일 실시예에서, 제 1 단결정 기판은 Ⅲ-Ⅳ 물질이고 제 2 단결정 기판은 실리콘이다.
일 실시예에서, 제 1 단결정 기판은 갈륨 비소이다.
일 실시예에서, 바이폴라 소자는 HBT이다.
일 실시예에서, 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터는 MOS 소자이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라서, 전류 미러는: 제 1 단결정 반도체 기판; 제 1 기판과 다른 재료로 이루어진 제 2 단결정 반도체 기판; 일부는 제 1 기판 상에 형성된 바이폴라 소자이고 또 다른 일부는 제 2 기판 상에 형성된 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 다수의 전기적으로 상호접속된 능동소자를 포함한다.
본 발명의 여러 실시예는 첨부된 도면과 함께 하기에서 설명된다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 장점이 상세한 설명과 도면 및 청구항으로부터 자명하게 나타나 있다.
여러 도면에 사용된 동일한 참조 기호는 유사한 엘리먼트를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 한 쌍의 단결정 반도체 기판(12,14)을 포함하는 마이크로파 증폭기(10)가 도시되어 있다. 기판(12)은 실리콘이고 기판(14)은 Ⅲ-Ⅳ 물질이며, 여기서는 갈륨 비소가 사용되었다.
갈륨 비소 기판(14)은 마이크로파 신호 소스(18)로 지시된 마이크로파 입력 신호를 증폭하기 위해 다중-스테이지(여기서는 3 스테이지) 마이크로파 증폭기(10)를 제공하기 위해 배치된 다수의 증폭 소자(여기서는 HBT(16))를 포함한다. 마이크로파 신호는 공칭 주파수(f)를 가진다. 도시된 바와 같이, 마이크로파 신호(18)는 커패시터(19)를 사용하여 스테이지를 통해 출력(20)에 연결된 ac이다.
다수의 (여기서는 세 개) 전류 미러(22)가 포함되고 세 개의 증폭 스테이지중 해당하는 스테이지에, 즉 HBT(16)에 dc 바이어싱 전류를 제공하도록 구성되어 있다. 특히, 세 개의 전류 미러(22)중 각각 하나는 다수의 전기적으로 상호 접속된 소자(여기서는 트랜지스터(16,24,26))를 포함한다. 능동소자중 일부(여기서는 HBT(16,24))는 갈륨 비소 기판(14) 위에 형성된 바이폴라 소자이고 능동소자의 또 다른 부분은 절연된 게이트 전계 효과 트랜지스터(IGFET)(26)이다. 여기서 IGFET(26)는 실리콘 기판(12) 위에 형성된 MOS 트랜지스터이다.
도시된 바와 같이, 바이어싱 회로(28)는 증폭 스테이지중 각각 하나의 스테이지에(여기서는 HBT(16)) 포함된다. 바이어싱 회로(28)는 저항기(32)를 통해 HBT(16)의 베이스에 직렬로 접속되고 저항기(34)와 커패시터(36)를 구비하는 분권 회로(shunt circuit)를 통해 접지된 (주파수(f)로 조정된) L-C 탱크 회로(30)를 포함한다. 또한 탱크 회로(30)는 저항기(38)를 통해 HBT(24)의 베이스에 접속되어 있다.
바이어싱 회로(28)는 전류 미러(16)를 통해 전류가 공급된다. 특히, (여기에서는 실리콘 기판(12) 위에 도시되었지만 실리콘 기판(12) 아래에 형성될 수 있는) 저항기(R)와 오프 칩 전압 소스(46)를 구비하는 전류 소스(40)가 화살표(41)로 표시된 것처럼 트랜지스터(24)의 콜렉터에 전류를 제공한다. dc 접속을 고려하면: 트랜지스터(24)의 베이스는 트랜지스터(16)의 베이스와 트랜지스터(26)의 소스에접속되고; 트랜지스터(26)의 게이트는 트랜지스터(24)의 콜렉터에 접속되며; 트랜지스터(26)의 드레인과 트랜지스터(16)의 콜렉터는 공급 전압(44)에 접속된다. 여기서, 전압 공급부(44)는 3.4-볼트 공급부이고 전압 공급부(46)는 2.8-볼트 공급부이다.
dc 전압 공급부(44)는 필터 섹션(50,52,54)을 통해 도시된 장치에 의해 트랜지스터(16)의 콜렉터에 연결된 dc이다. 각각의 필터 섹션은 주파수(f)로 조정된 탱크 회로(60)이다.
전류 미러(16)에 대하여 단순화된 dc 개략도가 도 2에 도시되어 있다. 따라서, 실리콘(12) 기판 위의 회로는 기판(14) 위의 증폭 스테이지(16)에 대한 보조 회로로서 고려될 수 있다. 상기 배치에서, 전류 미러(16)는 마이크로파 신호가 제 2 Ⅲ-Ⅳ 물질 기판 위에 형성된 HBT로 처리된 마이크로파 신호 분야에 사용될 수 있다. 더욱이, IGFET(12)에 의해 제공된 이득은 HBT 소자(16)의 베이스 전극과 상기 IGFET(12)의 게이트 사이에서 최소 전압 강하를 생성하여, 장치가 비교적 낮은 전압 공급부로 동작하는 충분한 헤드룸이 존재하여 온도, 프로세스 및 전압에 의한 전류 변화를 최소화한다.
본 발명의 다수의 실시예가 개시되었다. 하지만, 본 발명의 사상과 범위에서 벗어나지 않으면서 여러 변화가 이루어질 수 있다. 예컨대, 기판(14)에 대하여 인듐 갈륨 포스파이드(InGaP)와 같은 다른 Ⅲ-Ⅳ 물질이 사용될 수 있다. 따라서, 다른 실시예는 하기 청구 범위내에 속한다.
Claims (10)
- 바이폴라 트랜지스터를 포함하는 적어도 하나의 입력 신호 증폭 소자가 위에 형성된 제 1 단결정 기판;상기 제 1 단결정 기판의 재료와 다른 재료로 이루어진 제 2 단결정 반도체 기판; 및전기적으로 상호접속된 다수의 능동소자들을 구비한 전류 미러를 포함하며, 상기 능동소자들의 일부분은 상기 제 1 단결정 기판 위에 형성된 바이폴라 소자이고, 상기 능동소자들의 또 다른 부분은 상기 제 2 단결정 반도체 기판 위에 형성된 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터인 증폭기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단결정 기판은 Ⅲ-Ⅳ 물질로 이루어지고 상기 제 2 단결정 반도체 기판은 실리콘인 것을 특징으로 하는 증폭기.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 단결정 기판은 갈륨 비소인 것을 특징으로 하는 증폭기.
- 제 3 항에 있어서, 상기 바이폴라 소자는 HBT인 것을 특징으로 하는 증폭기.
- 제 4 항에 있어서, 상기 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터는 MOS 소자인 것을 특징으로 하는 증폭기.
- 제 1 단결정 반도체 기판;상기 제 1 단결정 반도체 기판과 다른 재료로 이루어진 제 2 단결정 반도체 기판; 및일부분은 상기 제 1 단결정 반도체 기판 위에 형성된 바이폴라 소자이고 또 다른 부분은 상기 제 2 단결정 반도체 기판 위에 형성된 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터를 가지는 전기적으로 상호접속된 다수의 능동소자들을 구비한 전류 미러.
- 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 단결정 반도체 기판은 Ⅲ-Ⅳ 물질로 이루어지고 상기 제 2 단결정 반도체 기판은 실리콘인 것을 특징으로 하는 전류 미러.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 단결정 반도체 기판은 갈륨 비소인 것을 특징으로 하는 전류 미러.
- 제 8 항에 있어서, 상기 바이폴라 소자는 HBT인 것을 특징으로 하는 전류 미러.
- 제 9 항에 있어서, 상기 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터는 MOS 소자인 것을 특징으로 하는 전류 미러.
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