TWI223445B - Multi-terminal MOS varactor - Google Patents

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TWI223445B
TWI223445B TW092101235A TW92101235A TWI223445B TW I223445 B TWI223445 B TW I223445B TW 092101235 A TW092101235 A TW 092101235A TW 92101235 A TW92101235 A TW 92101235A TW I223445 B TWI223445 B TW I223445B
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Alberto Oscar Adan
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Sharp Kk
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Description

1223445 玖、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於能適用於積體電路,特別是高頻積體電 路,且依據自複數個端子所施加之電壓而控制靜電容量之 MOS變容二極管之相關技術。 【先前技術】 電壓控制可變電容量電容器,係能因應於所施加之電壓 的大小而控制靜電容量之電容器,亦稱為變容二極管。變 容二極管係依據CMOS處理製程而製造,並使用(1)PN接合 二極體之電壓依存特性,或(2) MOS電容器之電壓依存特性 者。此外,特別將該(2)稱為MOS變容二極管。 變容二極管係在控制電路或振盪器中被廣為使用。例 如,高頻(Radio Frequency)振蘆器(以下,稱為RF振盪器) 係使用能將振盪頻率調節成特定值之變容二極管。此外, RF振盪器之其中一種的LC (感應型電容器)振盪器,其振盪 頻率一般係由下式之關係而決定。 ω0 = 1 / 儿 因此,使用變容二極管之LC振盪器,係藉由改變靜電容 量的值C而能調整頻率。又,作為變容二極管之特性,係以 能控制在較寬廣的範圍内進行電容量的變更為佳。此外, 以能抑制影響到振盪器的動作之電容量成份的產生則較為 理想。使用如此的特性之變容二極管,則控制電路或振盪 電路即能跨越較寬廣的範圍而控制頻率。 繼之,說明有關於使用變容二極管之習知的實施例。例 1223445 將圖13之半導體可變容量元件使用於閉迴路之PLL (Phase Locked Loop :相位同步迴路)内之VCO時,亦具有影響該動 作的感度AC/AVc會產生變化之問題。 如上述,使用PN接合二極體或MOS變容二極管之習知方 式,其靜電容量的可變範圍之控制係受限制,並具有無法 控制以靜電容量和電壓之比所表示之感度ACMVc之問題。 【發明内容】 本發明之目的係在於提供一 M〇S變容二極管,其係能連 續性地改變靜電容量,且當適用於振盪器時,即能控制頻 率或感度。 本發明之多端子型MOS變容二極管係為了達成上述之 目的而創作,其係含有:MOS電容器,其係具有形成於 阱之雜質區域、連接於該雜質區域之控制端子、以及相對 向於該阱之浮動電極;以及複數個電容器,其係一方的端 子為連接於該浮動電極,且能自他方的端子而施加控制電 壓:。 在該構成當中,多端子型MOS變容二極管係其複數個電 容器的一方之端子為連接於MOS電容器的浮動電極。而 且,能自複數個電容器之他方的端子而施加控制電壓。因 此,藉由自複數個電容器之他方的端子而施加控制電壓, 且自控制端子而施加控制電壓,即能連續性地改變靜電容 量,此外,亦能調整製造時所產生之不均現象。進而能不 追加處理步驟,而以標準型CMOS處理製程而作成。 本發明之更另外的目的、特徵、以及優點,係可由以下 1223445 所示之記載而得以充分理解。此外,本發明之優點係可藉 由參閱所附加之圖式之如下的說明而得以明瞭。 【實施方式】 圖1係多端子型MOS變容二極管之概略構成圖。圖1係作 為多端子型變容二極管之基本的構成,而表示3端子型MOS 變容二極管。本發明之多端子型MOS變容二極管,簡單而 言係將控制端子追加於MOS變容二極管之構成。亦即,多 端子型MOS變容二極管1係具備MOS電容器(Cf) 5、電容器 (C1) 6、以及電容器(C2) 7。此外,亦具備控制端子(Vgl) 9 和控制端子(Vg2) 10、以及控制端子(Vn) 11。 MOS電容器(Cf) 5係設置於N阱2和閘極之間,且其一方 之端子之閘極,係相對向於阱而設置,並形成浮動電極(Vf) 8。此外,MOS電容器(Cf) 5的他方之端子,係中介形成阱2 的雜質區域之N+區域3,4而連接於控制端子(Vn) 11。 電容器(Cl)6和電容器(C2)7之一方的端子,係均連接於 浮動電極(Vf) 8。此外,電容器(C1) 6之他方的端子係連接 於控制端子(Vgl) 9,而電容器(C2) 7之他方的端子係連接 於控制端子(Vg2) 10。 電容器(C1) 6和電容器(C2) 7係可依據如雙、多晶矽·電 容器(以下,稱為DPC)或金屬·絕緣體·金屬(以下,稱為 MIM)電容器之電容器而構成。 有關於本發明之實施形態的多端子型變容二極管,係可 依據半導體處理製程而實施。此外,多端子型變容二極管 係並非限定於2 GHz為止之高頻電路,而亦可適用於一般的 1223445 伴隨著控制電壓Vgl之增加,而有效靜電容量C亦增加。此 外,當變更控制電壓Vg2的值時,C-V曲線係橫方向(Vgl方 向)地移動。有效靜電容量C係在極限的情形時,形成 c = c2 + cf c = c2+cmin for Cx » (C2+ Cf) 又,Cmin係MOS電容器(Cf) 5為空乏型(depletion mode)時之 靜電容量Cf的最小值。 如此,多端子型MOS變容二極管1係藉由將施加於各端子 之電壓Vgl、電壓Vg2或電壓Vn予以獨立並進行調節,而能 調節靜電容量的值、或進而係C-V曲線上之操作點,亦即能 調節感度ACMVc。 此外,MOS電容器(Cf) 5的浮動電極8 (浮動節點)之電壓
Vf係形成
Vf
CrV,^c2^2 + crvn cl + c2 + cf 因為MOS電容器(Cf)之靜電容量Cf,係電壓Vf和電壓Vn的 差之函數之故,將上述予以變形時,則形成 (Vf - Vn)
Cr(^i-K)^C2-(V^2-Vn)
Q + C2 + Cf 圖3係以圖1中作為MOS電容器(Cf) 5而表示之N阱2而實 施之MOS變容二極管之C-V特性的實測曲線圖。如圖3所 示,伴隨著(Vf-Vn)之值的增加,而有效靜電容量C係連續 性地增加。 此處,將圖1所示之多端子型MOS變容二極管1之有效靜 電容量C的值予以增大時,係可作成如下之構成。圖4係具
-12- 1223445 備複數個電容器之多端子型MOS變容二極管12之構成圖。 又,和圖1所示的構成相同的部位,係賦予相同的符號並省 略其詳細說明。 如圖4所示,多端子型MOS變容二極管12係分別將η個電 容器6-1〜6-η之一方的端子連接於MOS電容器5之浮動電 極8。此外,在η個電容器(C1) 6-1〜電容器(Cn) 6-η之他方的 t 端子,係分別連接控制端子(Vgl) 9-1〜控制端子(Vgn) 9-n。 進而控制端子(Vn) 11係連接於MOS電容器5之雜質區域之 、 N+區域 3,4。 _
此時,第j個之電容器的控制端子(Vgj) 9-j之有效靜電容 量係
Cjx ick+cM{vf) C — _^k=\,k^j_= 〇 ick+CM(Vf) U=i 」 又,CM (Vf)係施加著浮動電容量的電位Vf之MOS電容器 (Cf) 5之靜電容量。此外,浮動電極之電位Vf係依據因應於 自控制端子(Vgl) 9-1〜控制端子(Vgn) 9-n所施加之控制電 # 壓、以及自控制端子(Vn) 11之N+1端子所施加之控制電壓 $ 之N+1個之電容器〔η個之電容器(C1) 6-1〜電容器(Cn) 6-η、 ,· 以及電容器(Cf) 5〕之靜電容量而決定。 繼之,說明依據單·多晶矽· CMOS處理製程之多端子型 MOS變容二極管之實施形態。圖5係依據單·多晶矽· CMOS 處理製程之多端子型MOS變容二極管之概略構成圖。多端 子型MOS變容二極管21係具備MOS電容器(Cf) 25、電容器 -13 - 1223445 (Cl) 26、以及電容器(C2) 27。此外,亦具備控制端子(Vgl) 29、控制端子(Vg2) 30、以及控制端子(Vn) 31。 MOS電容器(Cf) 25係設置於N阱22和閘極之間,且一方 之端子之閘極係浮動電極(Vf) 28。此外,MOS電容器(Cf) 25 之他方的端子,係中介形成於阱22之雜質區域之N+區域23 和N+區域24而連接於控制端子(Vn) 31。
電容器(C1) 26係設置於N阱32和閘極之間,且一方之端 子之閘極係連接於控制端子(Vgl) 29。此外,電容器(C 1)26 之他方之端子,係中介形成於N阱32之雜質區域之N+區域 33、34而連接於浮動電極(Vf) 28。 電容器(C2) 27係設置於N阱35和閘極之間,且一方之端 子之閘極係連接於浮動電極(Vf) 28。此外,電容器(C2) 27 之他方之端子,係中介形成於N阱35之雜質區域之N+區域 3 6和N+區域37而連接於控制端子(Vg2) 30。
圖5所示之多端子型MOS變容二極管21,係依據單·多晶 矽· CMOS處理製程而在相同的矽基板當中予以電性地分離 之複數個N阱上形成有積層MOS電容器。亦即,作為圖1所 示之多端子型變容二極管1的電容器(C1) 6和電容器(C2) 7,係使用形成於N阱之電容器(C1) 26和電容器(C2) 27。此 外,控制電壓Vn係施加於N阱22,且控制電壓Vg2係施加於 N阱35。又,該構成中,控制電壓Vn、控制電壓Vg2係N阱 對於圖外之P基板必須恒常形成正電位。 圖6係將依據圖5所示之單·多晶矽· CMOS處理製程之多 端子型MOS變容二極管的構成予以變形之概略構成圖。多 -14- 1223445 端子型MOS變容二極管41係具備MOS電容器(Cf) 45、電容 器(C1) 46、以及電容器(C2) 47。此外,亦具備控制端子(Vgl) 49、控制端子(Vg2) 50、以及控制端子(Vn) 51。 MOS電容器(Cf) 45係設置於N阱42和閘極之間,一方之 端子之閘極係連接於浮動電極(Vf) 48。此外,MOS電容器 (Cf) 45之他方之端子,係中介形成於N阱42之雜質區域之 N+區域43和N+區域44而連接於控制I子(Vn) 51。 電容器(C1) 46係設置於N阱52和閘極之間,一方之端子 ^ 之閘極係連接於控制端子(Vgl) 49。此外,電容器(C1) 46 每 之他方之端子,係中介形成於N阱52之雜質區域之N+區域 0 53、54而連接於浮動電極(Vf) 48。 電容器(C1) 47係設置於N阱55和閘極之間,一方之端子 之閘極係連接於控制端子(Vg2) 50。此外,電容器(C1) 47 之他方之端子,係中介形成於N阱55之雜質區域之N+區域 56、57而連接於浮動電極(Vf) 48。 又,圖6所示之多端子型MOS變容二極管41,其和圖5所 示之多端子型MOS變容二極管21相同,係依據單·多晶矽· 鲁 CMOS處理製程而在相同的矽基板當中予以電性地分離之 0 複數個之N阱上,形成積層MOS電容器。 Γ, 如上述,圖6所示之多端子型MOS變容二極管41係和圖5 所示之多端子型MOS變容二極管2 1相異,不僅控制電壓 Vgl,且控制電壓Vg2亦連接於電容器的閘極電極之構成。 此外,該構成係電容器C1和電容器C2為相等時,則形成對 稱性的構成。 ’ -15- 1223445 繼之’說明有關於將本發明之多端子型M〇s變容二極管 使用於VCO之實施形態。rf所使用之vc〇係和相位雜訊之 減低相同,其振盈頻率之控制性及調諧性極為重要。可實 現該特性之多端子型變容二極管,係能使用sLC型vc〇。 圖7係使用多端子型變容二極管之LC型Vc〇之電路圖。 型VCO 61係具備MOS電晶體62、感應器63、感應器64、電 容器(Cc) 65、第1 MOS電容器之M〇s電容器(c) 66、第2 MOS電容器(MOS電容器(C) 67、電容器⑽68、购§電 晶體69、以及MOS電晶體7〇。 在電源Vdd係連接M0S電晶體62。此外,在m〇s電晶體 62係連接感應器63和感應器64之—方之端子。在感應器^ 之他方之端子係連接MOS電容器(c) 66的一方之端子(第ι 浮動電極卜廳電晶體69、曰日體70之控制端 子。在感應器64之他方之端子係連接M〇s電容器之— 方的端子(第1浮動電極)、_電晶體7G、以及職電晶_ 69之控制端子。刪電容器⑹Μ之他方之端子(第i端子^ 和MOS電容器(C) 67之他方之端子(第】端子)係相互連接。 而且,在該連接點係連接著電容器(Cc) 65 電容器⑽68之-方之端子。在電容器(叫65之他=^ 子係連接控制端子Ve,且在電容器(Cf) 68之他方之端子係 連接控制端子(Vn) 72。此外,在咖係連接娜電晶體 和MOS電晶體70。 電容器(Cc)65和電容器(Cf)68,係低寄生電容量之膽 電容器(或DPC),且在電容器(Ce) 65係施加控制電壓vc。 -16- 1223445 此夕卜,MOS電容器(C) 66和MOS電容器(C) 67係可變型電容 器,且使用MOS電容器(MOS變容二極管)而予以實施。 此外,VCO 61之輸出VI和V2因係相異之值,故施加於電 容器(Cf)之電壓係可以 =mu 2C + Cc+Cf 表示,該值並非依存於RF電壓(輸出電壓)。此外,由於RF 訊號具有差異,故由輸出而言,連接各個電容器之部份(C 網路)之有效靜電容量,係和RF振盪器之電容器(Cc) 65和電 容器(Cf) 68無關,而單獨成為C。 圖8係表示圖7中的電路之靜電容量C和電壓Vc的關係之 特性圖。圖8係以電壓Vn作為參數而表示VCO的有效節點靜 電容量C和控制電壓Vc的關係。當控制電壓Vn改變時,則 C-Vc曲線係往橫方向移位。該實施形態中,在交叉而連接 之MOS電晶體69和MOS電晶體70係施加控制電壓Vx= 1 V。此外,控制用電容器之電容器(Cc) 65和電容量(Cf) 68 之靜電容量係Cc = Cf = 5 pF。圖7中之電路係能控制靜電容 量的絕對值之外,亦能控制感度ACMVc。 圖9係使用多端子型變容二極管,且能調節C-Vc特性曲線 的斜率之VCO的電路圖。圖10係表示以範圍調整電壓Vb作 為參數之VCO之有效節點靜電容量C和控制電壓Vc的關係 之特性圖。又,和圖9相同的部位,係賦予相同的符號而省 略其詳細說明。 圖9所示之LC型VCO 81係將第3 MOS電容器之MOS電容 器(Cb) 82、以及第4 MOS電容器之MOS電容器之(Cb) 83追 -17- 1223445 加於LC型VCO 61之構成。亦即,將MOS電容器(Cb) 82之一 方之端子(第2浮動電極)連接於LC型VCO 61之MOS電容器 (C)66之第1浮動電極,並將MOS電容器(Cb)83之一方之端 子(第2浮動電極)連接於MOS電容器(C) 67之第1浮動電 極。此外,將MOS電容器(Cb) 83之他方之端子(第2端子)和 MOS電容器(Cb) 84之他方之端子(第2端子)相互連接,並將 控制端子(Vb) 84連接於該連接點。此外,藉由將MOS電容 器(變容二極管)使用於電容器(Cf) 68,即能電性地控制C-V 曲線之斜率。 靜電容量C、C c、和C f、以及控制電壓V c和V η,係使用 於用以調節C-V曲線上之操作點,亦即用以調節感度 △ CMVc 〇適用多端子型變容二極管之VCO係形成 _ _1_ ^Lx[C(VcJn) + Cb(Vb)] dVc 2 0 dVc 靜電容量Cb和控制電壓Vb係使用於用以增加或減少靜 電容量C之絕對值。該情形係表示於圖10中。亦即,伴隨著 靜電容量Cb之增加,而有效靜電容量C即減少。此外,伴 隨著控制電壓Vb之增加,而有效靜電容量C即減少。 在該電路中,在交叉而連接之MOS電晶體69和MOS電晶 體70,係施加控制電壓Vx = 1 V。此外,電容器(Cc)係靜電 容量Cc= 3 pF。進而電容器(Cf)係使用靜電容量的最大值 Cfmax=10pF之MOS變容二極管。 圖11係表示以斜率調整電壓Vn作為參數之VCO的有效節 -18- 點靜電容量c和控制電壓v ^ ^ Μ ^ Γκ λ/ $關係炙特性圖。圖11係表示藉 吗&制電壓VC而將有效 形。該實施: 以電性地控制之情 將斜率二調節電mvb作成2V。此外,“示 =制,變更成0.95ν,ιιν,ΐ3ν之資 圖1U中,伴隨著控制 降俏^ , ^土 “之}曰加,而有效靜電容量即 筆低。此外,伴隨著斜率 係急速地傾斜。十羊周”壓^增加,而特性曲線 而^圖:圖11所示之VC〇,係在2個電容器C的連接點 自……、 構成,但,本發明係不 ' Λ 。亦即,進而將複數個電容器之一方之y子 連接於2個電容器C之連接點,且藉由將該複數個電容哭之 端:?為電壓控制端子而施加控制電壓,即能將靜 包谷I <值丁以增大。 此外,以上說明係有關於其雜f區域係形成N+區域於N =之廳電容器,但,本發明係不自限於該構成。亦即, 右旎作為MOS電容器而使用時,則阱係N阱或p阱均可,而 形成於阱上之雜質區域,係N+區域或p+區域均可。 如以上所述, (1)本實施形態之多端子型M〇s變容二極管係含有· MOS電容器,其係具有形成於阱上之雜質區域、連接於 孩雜質區域之控制端子、以及相對向於該阱之浮動電=) 以及 包 複數個電容器,其係一方之端子為連接於該浮動電極, 且此自他方之^子而施加控制電壓。 -19- 1223445 該構成中,多端子型MOS變容二極管係複數個電容器的 一方之端子為連接於MOS電容器之浮動電極,且能自複數 個電容器之他方之端子而施加控制電壓。因此,藉由自,複 數個電容器之他方之端子而施加控制電壓,且自控制端子 而施加控制電壓之措施,而能使靜電容量連續性地變化的 同時,亦能調整製造時所產生之不均現象。此外,可無追 加處理步驟,而能以標準型之CMOS處理製程製作多端子型 CMOS變容二極管。 (2)在上述之多端子型MOS變容二極管當中,令前述複 數個電容器之個數為N,且令施加著前述浮動電極的電位 Vf之前述MOS電容器之靜電容量為CM (Vf),則第j個電容 器之前述他方之端子之有效靜電容量係形成 C 二
Cj x :ick+CM{Vf) k=\,k^j k^vf\ 因此,依據連接於MOS電容器的浮動電極之電容器的個 數,即能將有效靜電容量予以改變。 (3)前述複數個電容器係由前述MOS電容器所構成,且 前述MOS電容器和前述複數個電容器,係形成於相同的矽 基板之電性地予以分離之複數個之阱上。 在該構成中,多端子型MOS變容二極管係在相同的矽基 板之電性地予以分離之複數個之阱上,形成MOS電容器和 由MOS電容器所構成之複數個電容器。因此,能以無追加 處理步騾而以標準型之CMOS處理製程而製作多端子型 1223445 MOS變容二極管,且能減低製造成本。 (4) 含有: 第1 MOS電容器和第2 MOS電容器,其係分別具有形成於 阱上之雜質區域、連接於該雜質區域之第1端子,以及相對 向於該阱之第1浮動電極,且該第1端子係互相連接;以及 複數個電容器,其係一方的端子為連接於該第1端子,且 能自他方的端子而施加控制電壓。 % 在該構成中,多端子型MOS變容二極管係具備: 第1 MOS電容器和第2 MOS電容器,其係形成於阱的雜質 · 區域所連接之第1端子為互相連接;以及 籲 複數個電容器,其係一方的端子為連接於該第1端子;複 數個電容器係能分別自他方之端子而施加控制電壓。因 此,藉由將多端子型MOS變容二極管使用於電壓控制振盪 器之情形下,即能將靜電容量的絕對值和含有控制電壓之 靜電容量的感度進行調節。 (5) 含有第3 MOS電容器和第4 MOS電容器,其係分別具 有形成於阱上之雜質區域、連接於該雜質區域之第2端子、 像 以及相對向於阱之第2浮動電極,且該第2端子係互相連 φ 接。且將該第3 MOS電容器之第2浮動電極連接於前述第1 % MOS電容器之第1浮動電極,而將該第4 MOS電容器之第2 浮動電極連接於前述第2 MOS電容器之第1浮動電極。 在該構成中,記載於第(4)項之多端子型MOS變容二極 管,係進而含有第3 MOS電容器和第4 MOS電容器,其係形 成於阱之雜質區域所連接之第2端子為互相連接。且為將該 -21 - 1223445 第3 MOS電容器之第2浮動電極連接於前述第1 MOS電容器 的第1浮動電極,而將該第4 MOS電容器之第2浮動電極連 接於前述第2 MOS電容器之第1浮動電極之構成。因此,藉 由將多端子型MOS變容二極管使用於電壓控制振盪器之情 形下,即能將靜電容量的絕對值和含有控制電壓之靜電容 量的感度進行調整的同時,亦能控制C-V曲線之斜率,並可 · 實現調整範圍較寬廣之電壓控制振盪器。 % 在發明之詳細說明之項目當中所實施之具體的實施形態 或實施例,至多也只不過是明瞭本發明之技術内容而已, _ 但並非僅限定於如此之具體例而狹義地闡述,而能在本發 _ 明之精神和如下所記載之申請專利項之範圍内,進行各種 變更並予以實施。 【圖式簡單說明】 圖1係多端子型MOS變容二極管之概略構成圖。 圖2係表示圖1所示之多端子型MOS變容二極管之控制電 壓Vgl和有效靜電容量C的關係之特性圖。 圖3係表示圖1所示之多端子型MOS變容二極管之C-V特 镛 性的實測曲線圖。 | 圖4係具備複數個電容器之多端子型MOS變容二極管之 % 構成圖。 圖5係依據單·多晶矽· CMOS處理製程之多端子型MOS 變容二極管之概略構成圖。 圖6係將圖5所示之單·多晶矽· CMOS處理製程之多端子 型MOS變容二極管之構成予以變形成概略構成圖。 -22- 1223445 圖7係使用多端子型變容二極管之LC型VCO之電路圖。 圖8係表示圖7中的電路之靜電容量C和電壓Vc的關係之 特性圖。 圖9係使用多端子型變容二極管,且能調節C-Vc特性曲線 的斜率之VCO之電路圖。 圖10係表示以範圍調整電壓Vb作為參數之VCO的有效節 點靜電容量C和控制電壓Vc的關係之特性圖。 圖11係表示以斜率調整電壓Vn作為參數之VCO的有效節 點靜電容量C和控制電壓Vc的關係之特性圖。 圖12(a)係使用用以控制振盪頻率的MOS變容二極管之電 壓控制振盪器(VCO)之電路圖。 圖12(b)係VCO之MOS變容二極管之概略構成圖。 圖12(c)係表示在MOS變容二極管當中,施加調諧電壓之 MOS電容器的構造之圖示。 圖13係習知之半導體可變電容量元件之電路構成圖。 【圖式代表符號說明】 1,12 多端子型MOS變容二極管 2 N阱 3,4 N+區域 5 MOS電容器 6,7 電容器 6-1〜6-n 電容器 8 浮動電極 9,10 電容器之他方之端子 1223445 9-1 〜9_n 電容器之他方之端子 11 控制端子 21,41 多端子型MOS變容二極管 22 , 32 , 35 N阱 23,24 N+區域 31 控制端子 33,34 N+區域 36,37 N+區域 61,81 VCO 65,68 電容器 66,67 MOS電容器 82,83 MOS電容器 121 離散可變MOS電容器 122 MOS電容器
-24-

Claims (1)

1223445 拾、申請專利範園: 1. 一種多端子型MOS變容二極管,其特徵在於含有: MOS電容器,其係具有形成於阱上之雜質區域、連接 於該雜質區域之控制端子、以及相對向於該胖之浮動電 極;以及 複數個電容器,其係一方之端子為連接於該浮動電 極,且能自他方之端子而施加控制電壓。 2. 如申請專利範圍第1項之多端子型MOS變容二極管,其中 前述複數個電容器係具有和前述MOS電容器相同之 MOS電容器構造,且前述MOS電容器和前述複數個電容 器,係形成於相同的矽基板之電性分離之複數個阱上。 3. 如申請專利範圍第1項之多端子型MOS變容二極管,其中 令前述複數個電容器的個數為N,且令施加著前述浮動 電極的電位Vf之前述MOS電容器之靜電容量為CM (Vf),則第j個之電容器的前述他方之端子之有效靜電容 量係 cj x ick+CM(Vf) k=\,k 羊 j 4. 如申請專利範圍第3項之多端子型MOS變容二極管,其中 前述複數個電容器係由前述MOS電容器所構成,且前 述MOS電容器和前述複數個電容器,係形成於相同的矽 基板之電性分離之複數個阱上。 5. 一種多端子型MOS變容二極管,其特徵在於含有: 1223445 第1 MOS電容器和第2 MOS電容器,其係分別具有形成 於阱上之雜質區域、連接於該雜質區域之第1端子、以及 相對向於該阱之第1浮動電極,且該第1端子係互相連 接;以及 複數個電容器,其係一方之端子為連接於上述第1和第 2 MOS電容器之各第1端子,且能自他方之端子而施加控 制電壓:。 6. 如申請專利範圍第4項之多端子型MOS變容二極管,其中 進而含有第3 MOS電容器和第4 MOS電容器,其係分別 具有形成於阱上之雜質區域、連接於該雜質區域之第2端 子、以及相對向於該阱之第2浮動電極,且該第2端子係 互相連接, 分別將該第3 MOS電容器之第2浮動電極連接於前述第 1 MOS電容器之第1浮動電極,及將該第4 MOS電容器之 第2浮動電極連接於前述第2 MOS電容器之第1浮動電極。 7. —種電壓控制振盪器,其係具有使振盪頻率產生變化之 可變電容量元件,其特徵在於: 前述可變電容量元件係申請專利範圍第1項至第6項之 其中之1的多端子型MOS變容二極管。
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Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6847095B2 (en) * 2003-04-01 2005-01-25 Texas Instruments Incorporated Variable reactor (varactor) with engineered capacitance-voltage characteristics
US7223667B2 (en) * 2004-04-21 2007-05-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Compensated linearity voltage-control-capacitor device by standard CMOS process
US7068089B2 (en) * 2004-05-28 2006-06-27 Wionics Research Digitally programmable I/Q phase offset compensation
US7922065B2 (en) * 2004-08-02 2011-04-12 Ati Properties, Inc. Corrosion resistant fluid conducting parts, methods of making corrosion resistant fluid conducting parts and equipment and parts replacement methods utilizing corrosion resistant fluid conducting parts
US7714412B2 (en) * 2004-08-27 2010-05-11 International Business Machines Corporation MOS varactor using isolation well
US7612397B2 (en) * 2006-11-10 2009-11-03 Sharp Kabushiki Kaisha Memory cell having first and second capacitors with electrodes acting as control gates for nonvolatile memory transistors
US20080149983A1 (en) * 2006-12-20 2008-06-26 International Business Machines Corporation Metal-oxide-semiconductor (mos) varactors and methods of forming mos varactors
US8130051B2 (en) * 2008-02-06 2012-03-06 Broadcom Corporation Method and system for varactor linearization
CN102446985B (zh) * 2010-10-14 2013-11-27 众智光电科技股份有限公司 由感光二极管与电容性次基座所构成的混成堆迭结构
JP5569689B2 (ja) 2010-10-15 2014-08-13 ソニー株式会社 可変容量装置、アンテナモジュールおよび通信装置
US8692608B2 (en) 2011-09-19 2014-04-08 United Microelectronics Corp. Charge pump system capable of stabilizing an output voltage
US9030221B2 (en) 2011-09-20 2015-05-12 United Microelectronics Corporation Circuit structure of test-key and test method thereof
US8395455B1 (en) 2011-10-14 2013-03-12 United Microelectronics Corp. Ring oscillator
US8421509B1 (en) 2011-10-25 2013-04-16 United Microelectronics Corp. Charge pump circuit with low clock feed-through
US8588020B2 (en) 2011-11-16 2013-11-19 United Microelectronics Corporation Sense amplifier and method for determining values of voltages on bit-line pair
US8493806B1 (en) 2012-01-03 2013-07-23 United Microelectronics Corporation Sense-amplifier circuit of memory and calibrating method thereof
US8970197B2 (en) 2012-08-03 2015-03-03 United Microelectronics Corporation Voltage regulating circuit configured to have output voltage thereof modulated digitally
US8724404B2 (en) 2012-10-15 2014-05-13 United Microelectronics Corp. Memory, supply voltage generation circuit, and operation method of a supply voltage generation circuit used for a memory array
US8669897B1 (en) 2012-11-05 2014-03-11 United Microelectronics Corp. Asynchronous successive approximation register analog-to-digital converter and operating method thereof
US8711598B1 (en) 2012-11-21 2014-04-29 United Microelectronics Corp. Memory cell and memory cell array using the same
US8873295B2 (en) 2012-11-27 2014-10-28 United Microelectronics Corporation Memory and operation method thereof
US8643521B1 (en) 2012-11-28 2014-02-04 United Microelectronics Corp. Digital-to-analog converter with greater output resistance
US8953401B2 (en) 2012-12-07 2015-02-10 United Microelectronics Corp. Memory device and method for driving memory array thereof
US9030886B2 (en) 2012-12-07 2015-05-12 United Microelectronics Corp. Memory device and driving method thereof
US9299699B2 (en) 2013-03-13 2016-03-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Multi-gate and complementary varactors in FinFET process
US8917109B2 (en) 2013-04-03 2014-12-23 United Microelectronics Corporation Method and device for pulse width estimation
US9105355B2 (en) 2013-07-04 2015-08-11 United Microelectronics Corporation Memory cell array operated with multiple operation voltage
US10491209B2 (en) 2013-07-17 2019-11-26 Qualcomm Incorporated Switch linearizer
US8947911B1 (en) 2013-11-07 2015-02-03 United Microelectronics Corp. Method and circuit for optimizing bit line power consumption
US8866536B1 (en) 2013-11-14 2014-10-21 United Microelectronics Corp. Process monitoring circuit and method
US9143143B2 (en) 2014-01-13 2015-09-22 United Microelectronics Corp. VCO restart up circuit and method thereof
US9837555B2 (en) 2015-04-15 2017-12-05 Futurewei Technologies, Inc. Apparatus and method for a low loss coupling capacitor
US10367450B2 (en) * 2015-12-15 2019-07-30 Mediatek Inc. Oscillator scheme capable of reducing far-out phase noise and closed-in phase noise
US10469029B2 (en) 2017-10-23 2019-11-05 Analog Devices, Inc. Inductor current distribution
US10461696B2 (en) 2017-10-23 2019-10-29 Analog Devices, Inc. Switched capacitor banks

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62179162A (ja) 1986-01-31 1987-08-06 Seiko Instr & Electronics Ltd 半導体可変容量素子
JP2662559B2 (ja) * 1989-06-02 1997-10-15 直 柴田 半導体装置
US6268777B1 (en) * 1997-11-20 2001-07-31 Applied Micro Circuits Corporation Single inductor fully integrated differential voltage controlled oscillator with automatic amplitude adjustment and on-chip varactor
US6667506B1 (en) * 1999-04-06 2003-12-23 Peregrine Semiconductor Corporation Variable capacitor with programmability
US6621128B2 (en) * 2001-02-28 2003-09-16 United Microelectronics Corp. Method of fabricating a MOS capacitor

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