TWI524496B - 化合物半導體靜電保護元件 - Google Patents

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Description

化合物半導體靜電保護元件
本發明係有關一種化合物半導體元件，尤指一種具有靜電保護功能之化合物半導體元件。
與外部連接的積體電路容易受到來自操作環境及外圍設備如人體或機器所產生的靜電放電(electrostatic discharge,ESD)脈衝所破壞，一次靜電放電事件可能在短短幾百奈秒(ns)時間即產生瞬間的高電流或高電壓脈衝，導致元件性能下降或損壞。為了保護易受破壞的積體電路免受靜電放電脈衝的損害，積體電路主要元件之對外端子皆應與靜電保護電路連接。
化合物半導體元件已被廣泛運用於射頻電路市場，例如化合物半導體高電子遷移率電晶體(HEMT)開關，因其在射頻波段的高性能，近年來常被應用於3G行動通訊產品中。然而缺乏良好的靜電保護裝置已成為高電子遷移率電晶體開關在應用上的一個主要缺點。傳統上，靜電保護電路是由串聯二極體所構成。將單一一個增強型場效電晶體(enhancement-mode FET,E-FET)的閘極以一電阻連接到源極，可以等同於一個具有不同正向(Von_forward)及反向(Von_reverse)啟動電壓之二極體(以下簡稱為E-FET二極體)，如第7A圖所示：正向導通電壓為小且等於E-FET之夾止電壓，而反向導通電壓為大且由反向閘極漏電流所導致電阻兩端之電壓降決定。使用不同電阻值之電阻可調整反向導通電壓至某種程度，因此，一閘極與源極以一電阻相 連之E-FET可用以作為靜電保護元件。第7B圖顯示順向串聯兩個以上E-FET二極體時，可使正、負啟動電壓值(Von_p及Von_n)倍增，若兩個E-FET二極體以反向相接，則正、負啟動電壓值皆由單一E-FET二極體之反向啟動電壓決定，如第7C圖所示。兩個方向皆採用串聯之E-FET二極體，則可用以調整整體之正、負啟動電壓值(如第7D圖)。
考慮如第8A圖所示之使用E-FET二極體靜電保護元件之一電路，為使靜電保護元件在電路運作期間維持在關閉狀態，Von_P及Von_N必須在任何時候滿足下列不等式：Von_N<Vb-Va<Von_P
其中Vb及Va為該電路運作時，電路兩端之電壓。而如第8B圖所示之例子，Von_P及Von_N必須在任何時候滿足下列不等式：Von_N<Va<Von_P
為滿足上述條件，可能會需要使用多個串聯的E-FET二極體，而不論正向或反向串聯的E-FET二極體數目增加時，都將增加整體靜電保護元件所佔面積，並導致晶片尺寸增大。
本發明之主要目的在於提供一種使用一多閘極增強型場效電晶體(enhancement-mode FET,E-FET)之化合物半導體靜電保護元件，其至少一閘極係與源極、汲極、或兩相鄰閘極間區域連接。該元件所需晶片面積可比使用多個串聯的單閘極E-FET二極體之靜電保護元件為小。此外，該靜電保護元件與使用該靜電保護元件之化合物半導體電路能被整合於同一晶片上，因此能大幅縮小元件晶片尺寸。
本發明之另一目的在於提供一種使用一多閘極E-FET之化合 物半導體靜電保護元件，其至少一閘極係透過一電阻連接於另一閘極，其中該另一閘極係以另一電阻與源極、汲極或兩相鄰閘極間區域連接，使輸入的射頻訊號能被分配到以電阻相連之兩個閘極上，因此能降低每一閘極上之射頻電壓幅度，並能改進靜電保護元件之線性特性。
為達上述目的，本發明提供一種化合物半導靜電保護元件，其包含三種設計，其中第一型化合物半導靜電保護元件包含一多閘極E-FET、至少一第一電阻以及至少一第二電阻，多閘極E-FET係包括一源極電極、一汲極電極以及複數個位於源極電極與汲極電極間之閘極電極，其中源極電極係透過第一電阻與閘極電極中之至少一個連接，而汲極電極係透過第二電阻與閘極電極中之至少一個連接。
前述之第一型化合物半導靜電保護元件可進一步包含至少一第三電阻，連接於複數閘極電極中的兩個，一閘極電極能透過該第三電阻連接於另一個直接或間接連接於源極電極或汲極電極之閘極電極，使該閘極電極亦能因此直接或間接連接於源極電極或汲極電極。
本發明所提供之第二型化合物半導靜電保護元件包含一多閘極E-FET以及至少一第四電阻，多閘極E-FET係包括一源極電極、一汲極電極以及複數個位於源極電極與汲極電極間之閘極電極，其中閘極電極中至少一個係透過至少一個第四電阻連接於兩相鄰閘極間區域。
前述之第二型化合物半導靜電保護元件可進一步包含至少一第五電阻，使該閘極電極中的至少一個透過至少一第五電阻連接於源極電極或汲極電極。
前述之第二型化合物半導靜電保護元件可進一步包含至少一第六電阻，連接於複數閘極電極中的兩個，第六電阻之功能係與前述之第 三電阻相同：一閘極電極能透過該第六電阻連接於另一個直接或間接連接於源極電極、汲極電極或兩相鄰閘極間區域之閘極電極，使該閘極電極亦能因此直接或間接連接於源極電極、汲極電極或兩相鄰閘極間區域。
本發明所提供之第三型化合物半導靜電保護元件包含一多閘極E-FET、至少一第七電阻以及至少一第八電阻，多閘極E-FET係包括一源極電極、一汲極電極以及複數個位於源極電極與汲極電極間之閘極電極，其中複數個閘極電極係透過至少一個第七電阻連接於源極電極或汲極電極，第八電阻之功能係與前述之第三電阻相同：一閘極電極能透過該第八電阻連接於另一個直接或間接連接於源極電極、汲極電極或兩相鄰閘極間區域之閘極電極，使該閘極電極亦能因此直接或間接連接於源極電極、汲極電極或兩相鄰閘極間區域。
於實施時，前述多閘極E-FET係為一砷化鎵(GaAs)場效電晶體。
於實施時，前述砷化鎵多閘極E-FET係為一高電子遷移率場效電晶體(HEMT)或一偽晶型高電子遷移率場效電晶體(pHEMT)。
於實施時，前述多閘極E-FET係為一氮化鎵(GaN)場效電晶體。
於實施時，前述多閘極E-FET之源極電極以與汲極電極係為多指型電極，彼此交叉相鄰，而前述複數個閘極電極為設置於源極與汲極多指型電極間彼此交叉相鄰的多指型電極。
於實施時，前述多閘極E-FET之源極電極以與汲極電極係為多指型電極，彼此交叉相鄰，而前述複數個閘極電極為設置於源極與汲極多指型電極間的曲折型電極。
於實施時，前述多閘極E-FET之每一個閘極電極之寬度係介 於0.1至10mm之間。
於實施時，前述第一電阻及第二電阻之電阻值為介於2×102至2×104歐姆之間。
為對於本發明之特點與作用能有更深入之瞭解，茲藉實施例配合圖式詳述於後。
S‧‧‧源極電極
D‧‧‧汲極電極
G1-G4‧‧‧閘極電極
G1a-G4a,G1b,G2b‧‧‧電極墊
C1-C3‧‧‧閘極間區域之接點
100-103‧‧‧多閘極增強型場效電晶體
110‧‧‧第一電阻
120‧‧‧第二電阻
130,131‧‧‧第三電阻
140-143‧‧‧第四電阻
150,151‧‧‧第五電阻
160,161‧‧‧第六電阻
170‧‧‧第七電阻
180-182‧‧‧第八電阻
第1A至1E圖係為本發明所提供之第一型化合物半導體靜電保護元件之數種實施例之電路圖。
第2A至2D圖係為本發明所提供之第1A至1C圖所示電路之實施例之俯視示意圖。
第3A至3N圖係為應用本發明所提供之第二型化合物半導體靜電保護元件之數種實施例之電路圖。
第4A至4K圖係為選自本發明所提供之第3A至3N圖所示電路之實施例之俯視示意圖。
第5A至5C圖分別為應用本發明所提供之第三型化合物半導體靜電保護元件之數種實施例之電路圖。
第6A至6C圖係為本發明所提供之第5A至5C圖所示電路之實施例之俯視示意圖。
第7A至7D圖為先前技術中之一使用E-FET二極體之靜電保護元件及其I-V曲線示意圖。
第8A及8B圖使用E-FET二極體之靜電保護元件之電路示意圖。
第一型化合物半導體靜電保護元件
第1A-1E圖係為本發明所提供之第一型化合物半導體靜電保護元件之數種實施例之電路圖。第一型化合物半導體靜電保護元件係等效於一具有兩個反向串連的二極體之電路。第一型化合物半導體靜電保護元件包括一多閘極E-FET(100至102)、至少一第一電阻110以及至少一第二電阻120。多閘極E-FET係包括一源極電極S、一汲極電極D以及複數個位於源極電極與汲極電極間之閘極電極(G1至G4)。源極電極S係透過該至少一第一電阻110與閘極電極中之至少一個連接，而汲極電極D係透過該至少一第二電阻120與閘極電極中之至少一個連接。在本實施例中，第一型化合物半導體靜電保護元件可進一步包含一或多個第三電阻(130及131)，連接於複數閘極電極中的兩個。在本說明書中，任兩物體間的電性連接係包含直接連結與間接連結，如一閘極電極能直接透過一第一電阻電性連接於源極電極，或以間接方式，透過連接於一以一第一電阻連接於源極電極之閘極電極而達成電性連接於源極電極。
第1A及1B圖係為本發明所提供之使用一雙閘極E-FET 100的第一型化合物半導體靜電保護元件之實施例之電路圖。在第1A圖中，源極電極S係透過第一電阻110連接於閘極電極G1，而汲極電極D係透過第二電阻120連接於閘極電極G2。將1A圖之連接交叉即成為第1B圖，其中源極電極S改為透過第一電阻110連接於閘極電極G2，而汲極電極D改為透過第二電阻120連接於閘極電極G1。第1C圖係為本發明所提供之使用一三閘極E-FET 101的第一型化合物半導體靜電保護元件之實施例之電路圖，其中源極電極S係透過第一電阻110連接於閘極電極G1，並透過第一電阻110及第三電阻130連接於閘極電極G2；而汲極電極D係透過第二電 阻120連接於閘極電極G3。第1D及1E圖係為本發明所提供之使用一四閘極E-FET 102的第一型化合物半導體靜電保護元件之實施例之電路圖。在第1D圖中，源極電極S係透過第一電阻110連接於閘極電極G1，並透過第一電阻110及第三電阻130連接於閘極電極G2，而汲極電極D係透過第二電阻120連接於閘極電極G4，並透過第二電阻120及第三電阻131連接於閘極電極G3。在第1E圖中，源極電極S係透過第一電阻110連接於閘極電極G1，並透過第一電阻110及第三電阻130連接於閘極電極G2，且透過第一電阻110及第三電阻130及131連接於閘極電極G3，而汲極電極D係透過第二電阻120連接於閘極電極G4。
第2A圖為第1A圖所示電路圖的一種實施例。在本實施例中，源極電極S與汲極電極D為多指型電極，彼此交叉相鄰。而雙閘極電極G1與G2為設置於源極與汲極多指型電極間彼此交叉相鄰的曲折型電極，閘極電極之端點可設置一較閘極電極寬度為寬之電極墊，用以與其他電子元件電性連接。在本實施例中，閘極電極G1與G2之一端點分別設置一電極墊G1a以及G2a，第一電阻110係連接於電極墊G1a與源極電極S之間，而第二電阻120則連接於電極墊G2a與汲極電極D之間。
第2B圖為第1B圖所示電路圖的一種實施例，其架構與第2A圖所示之實施例類似。第2C圖則為第1B圖所示電路圖的另一種實施例。在本實施例中，源極電極S與汲極電極D為多指型電極，彼此交叉相鄰，而雙閘極電極G1與G2為設置於源極與汲極多指型電極間彼此交叉相鄰的多指型電極；閘極電極G1與G2之一端點分別設置一電極墊G1a以及G2a。第一電阻110係連接於電極墊G2a與源極電極S之間，而第二電阻120則連接於電極墊G1a與汲極電極D之間。
第2D圖為第1C圖所示電路圖的一種實施例，其架構與第2A 圖所示之實施例類似。閘極電極G1、G2與G3之一端點分別設置一電極墊G1a、G2a以及G3a。第一電阻110係連接於電極墊G1a與源極電極S之間，第二電阻120則連接於電極墊G3a與汲極電極D之間，而第三電阻130則連接於電極墊G1a與G2a之間。
第二型化合物半導體靜電保護元件
第3A-3N圖係為本發明所提供之第二型化合物半導體靜電保護元件之數種實施例之電路圖，每一圖底部顯示有該電路之等效二極體的電路。第二型化合物半導體靜電保護元件包括一多閘極E-FET(100至102)及至少一第四電阻(140至143)。多閘極E-FET係包括一源極電極S、一汲極電極D以及複數個位於源極電極與汲極電極間之閘極電極(G1至G4)。閘極電極中至少一個係透過至少一個第四電阻連接於兩相鄰閘極間區域。在本實施例中，第二型化合物半導體靜電保護元件可進一步包含一或多個第五電阻(150及151)，閘極電極中的至少一個可透過至少一第五電阻連接於源極電極或汲極電極。此外，第二型化合物半導靜電保護元件可更包含至少一第六電阻(160及161)，連接於複數閘極電極中的兩個，使一閘極電極能透過該第六電阻與一第四或第五電阻電性連接於源極電極、汲極電極或兩相鄰閘極間區域之閘極電極。
第3A及3B圖係為本發明所提供之使用一雙閘極E-FET 100的第二型化合物半導體靜電保護元件之實施例之電路圖。在第3A圖中，閘極電極G1係透過第五電阻150連接於源極電極S，而閘極電極G2係透過第四電阻140連接於閘極電極G1與G2間區域上之一接點C1。在第3B圖中，閘極電極G1與G2分別透過第四電阻140與141連接於閘極電極G1與G2間區域上之接點C1。
第3C-3G圖係為本發明所提供之使用一三閘極E-FET 101的 第二型化合物半導體靜電保護元件之實施例之電路圖。在第3C圖中，閘極電極G1係透過第五電阻150連接於源極電極S，閘極電極G3係透過第五電阻151連接於汲極電極D，而閘極電極G2係透過第四電阻140連接於閘極電極G1與G2間區域上之接點C1。係透過第二電阻120連接於閘極電極G3。在第3D圖中，閘極電極G2與G3分別透過第四電阻140與141連接於閘極電極G2與G3間區域上之接點C2，而閘極電極G1係透過第六電阻160及第四電阻140連接於閘極電極G2與G3間區域上之接點C2。在第3E圖中，閘極電極G1係透過第五電阻150連接於源極電極S，閘極電極G2係透過第五電阻150及第六電阻160連接於源極電極S，而閘極電極G3係透過第四電阻140連接於閘極電極G2與G3間區域上之接點C2。在第3F圖中，閘極電極G1係透過第五電阻150連接於源極電極S，閘極電極G2係透過第四電阻140連接於閘極電極G1與G2間區域上之接點C1，而閘極電極G3係透過第四電阻141連接於閘極電極G2與G3間區域上之接點C2。在第3G圖中，閘極電極G1係透過第四電阻140連接於閘極電極G1與G2間區域上之接點C1閘極電極G2與G3分別透過第四電阻140與141連接於閘極電極G2與G3間區域上之一接點C2而閘極電極G2與G3分別透過第四電阻140與141連接於閘極電極G2與G3間區域上之接點C2。
第3H-3N圖係為本發明所提供之使用一四閘極E-FET 102的第二型化合物半導體靜電保護元件之實施例之電路圖。在第3H圖中，閘極電極G2與G3分別透過第四電阻140與141連接於閘極電極G2與G3間區域上之接點C2，而閘極電極G1與G4分別以透過第六電阻160與閘極電極G2連接及透過第六電阻161與閘極電極G3連接的方式間接連接於閘極電極G2與G3間區域上之接點C2。在第3I圖中，閘極電極G3與G4分別透過第四電阻140與141連接於閘極電極G3與G4間區域上之接點C3，而閘 極電極G1與G2分別以透過第六電阻160及161與閘極電極G3連接及透過第六電阻161與閘極電極G3連接的方式間接連接於閘極電極G3與G4間區域上之接點C3。在第3J圖中，閘極電極G1係透過第五電阻150連接於源極電極S，閘極電極G2與G3分別以透過第六電阻160以及透過第六電阻160及161與閘極電極G1連接的方式間接連接於源極電極S，而閘極電極G4係透過第四電阻140連接於閘極電極G3與G4間區域上之接點C3。在第3K圖中，閘極電極G1係透過第五電阻150連接於源極電極S，閘極電極G2係透過第六電阻160與閘極電極G1連接而間接連接於源極電極S，閘極電極G2係透過第四電阻140連接於閘極電極G2與G3間區域上之接點C2，而閘極電極G4係以透過第六電阻161與閘極電極G3連接而間接連接於閘極電極G2與G3間區域上之接點C2。在第3L圖中，閘極電極G1係透過第四電阻140連接於閘極電極G1與G2間區域上之接點C1，閘極電極G2與G3分別透過第四電阻141與142連接於閘極電極G2與G3間區域上之接點C2，而閘極電極G4係透過第四電阻143連接於閘極電極G3與G4間區域上之接點C3。在第3M圖中，閘極電極G1係透過第五電阻150連接於源極電極S，閘極電極G2係透過第四電阻140連接於閘極電極G1與G2間區域上之接點C1，閘極電極G3係透過第四電阻141連接於閘極電極G2與G3間區域上之接點C2，而閘極電極G4係透過第四電阻142連接於閘極電極G3與G4間區域上之接點C3。在第3N圖中，閘極電極G1係透過第五電阻150連接於源極電極S，閘極電極G2係透過第六電阻160與閘極電極G1連接而間接連接於源極電極S，閘極電極G3係透過第四電阻140連接於閘極電極G2與G3間區域上之接點C2，而閘極電極G4係透過第四電阻141連接於閘極電極G3與G4間區域上之接點C3。
第4A-4K圖為選自第3A-3N圖所示電路圖的數種實施例，其 架構與第2A圖所示之第一型化合物半導體靜電保護元件之實施例類似，其中源極電極S與汲極電極D為多指型電極，彼此交叉相鄰；而雙閘極電極G1與G2為設置於源極與汲極多指型電極間彼此交叉相鄰的曲折型電極；閘極電極之端點可設置一較閘極電極寬度為寬之電極墊，用以與其他電子元件電性連接。
第4A及4B圖為第3A圖所示電路圖的兩種實施例。閘極電極G1與G2之一端點分別設置一電極墊G1a以及G2a；將曲折型閘極電極G1及G2間區域之一轉彎處設計成具有較寬的閘極間隔並將接點C1設置於此轉彎處；此外，亦可如第4B圖所示，將曲折型閘極電極G1及G2間區域之多個轉彎處設計成具有較寬的閘極間隔，以在閘極間區域設置多個接點。第四電阻140係連接於電極墊G2a與接點C1之間；第五電阻150則連接於電極墊G1a與源極電極S之間。
第4C及4D圖為第3B圖所示電路圖的兩種實施例。閘極電極G1與G2之一端點分別設置一電極墊G1a以及G2a。閘極電極G1與G2間區域上之接點C1可設置於曲折型閘極電極G1與G2間之一或多個製作成較寬的轉彎處，如第4A及4B圖所示。第四電阻140係連接於電極墊G1a與接點C1之間；第四電阻141係連接於電極墊G2a與接點C1之間。
第4E圖為第3E圖所示電路圖的一種實施例。閘極電極G1、G2與G3之一端點分別設置一電極墊G1a、G2a以及G3a。閘極電極G2與G3間區域上之接點C2係設置於曲折型閘極電極G2與G3間之一個製作成較寬的轉彎處。第四電阻140係連接於電極墊G3a與接點C2之間；第五電阻150係連接於電極墊G1a與源極電極S之間；而第六電阻160則連接於電極墊G1a與G2a之間。
第4F及4G圖為第3F圖所示電路圖的兩種實施例。閘極電 極G1、G2與G3之一端點分別設置一電極墊G1a、G2a以及G3a。閘極電極G1與G2間區域上之接點C1可設置於曲折型閘極電極G1與G2間之一或多個製作成較寬的轉彎處，而閘極電極G2與G3間區域上之接點C2可設置於曲折型閘極電極G2與G3間之一或多個製作成較寬的轉彎處。第四電阻140係連接於電極墊G2a與接點C1之間；第四電阻141係連接於電極墊G3a與接點C2之間；而第五電阻150係連接於電極墊G1a與源極電極S之間。
第4H及4I圖為第3G圖所示電路圖的兩種實施例。閘極電極G1、G2與G3之一端點分別設置一電極墊G1a、G2a以及G3a。閘極電極G1與G2間區域上之接點C1可設置於曲折型閘極電極G1與G2間之一或多個製作成較寬的轉彎處，而閘極電極G2與G3間區域上之接點C2可設置於曲折型閘極電極G2與G3間之一或多個製作成較寬的轉彎處。第四電阻140係連接於電極墊G2a與接點C1之間；而第四電阻141及142分別連接於接點C2與電極墊G2a及G3a之間。
第4J圖為第3J圖所示電路圖的一種實施例。閘極電極G1、G2、G3與G4之一端點分別設置一電極墊G1a、G2a、G3a以及G4a。閘極電極G3與G4間區域上之接點C3係設置於曲折型閘極電極G2與G3間之一個製作成較寬的轉彎處。第四電阻140係連接於電極墊G4a與接點C3之間；第五電阻150係連接於電極墊G1a與源極電極S之間；第六電阻160係連接於電極墊G1a與G2a之間；而第六電阻161則連接於電極墊G2a與G3a之間。
第4K圖為第3L圖所示電路圖的一種實施例。閘極電極G1、G2、G3與G4之一端點分別設置一電極墊G1a、G2a、G3a以及G4a。曲折型閘極電極G1與G2間轉彎處較寬區域、G2與G3間轉彎處較寬區域以及G3與G4間轉彎處較寬區域上分別設置接點C1、C2及C3。可設置於曲折 型閘極電極G1與G2間之一或多個製作成較寬的轉彎處，而閘極電極G2與G3間區域上之接點C2可設置於曲折型閘極電極G2與G3間之一或多個製作成較寬的轉彎處。第四電阻140係連接於電極墊G2a與接點C1之間；而第四電阻140、141、142及143分別連接於電極墊G1a與接點C1、電極墊G2a與接點C2、電極墊G3a與接點C2、以及電極墊G4a與接點C3。
第三型化合物半導體靜電保護元件
第5A-5C圖係為本發明所提供之第三型化合物半導體靜電保護元件之數種實施例之電路圖。第三型化合物半導體靜電保護元件包括一多閘極E-FET(100至102)、至少一第七電阻170以及至少一第八電阻(180至182)。多閘極E-FET係包括一源極電極S、一汲極電極D以及複數個位於源極電極與汲極電極間之閘極電極(G1至G4)；複數個閘極電極中的每一個係透過該至少一第七電阻170連接於源極電極S或汲極電極D。當多閘極E-FET之所有閘極電極單向連接於源極或汲極電極，此一多閘極E-FET即等效於一個二極體。一或多個第八電阻(180及182)係連接於複數閘極電極中的兩個，使閘極電極可透過一或多個第八電阻及一第七電阻間接連接於源極或汲極電極。第5A-5C圖所示之實施例中，閘極電極G1係透過第七電阻170連接於源極電極S，而其他閘極電極係透過一或多個第八電阻連接於閘極電極G1。
第6A及6B圖為第5A圖所示電路圖的兩種實施例。第6A圖之架構與第2C圖所示之第一型化合物半導體靜電保護元件之實施例類似，閘極電極G1之兩端分別設置一電極墊G1a以及G1b，而閘極電極G2之兩端分別設置一電極墊G2a以及G2b；第七電阻170係連接於電極墊G1a與源極電極S之間，而第八電阻180則連接於電極墊G1a與G2a之間。第6B圖之架構與第2A圖所示之第一型化合物半導體靜電保護元件之實施例類 似，閘極電極G1與G2之一端點分別設置一電極墊G1a以及G2a，第七電阻170係連接於電極墊G1a與源極電極S之間，而第八電阻180則連接於電極墊G1a與G2a之間。
第6C圖為第5B圖所示電路圖的兩種實施例。第6C圖之架構與第2A圖所示之第一型化合物半導體靜電保護元件之實施例類似，第七電阻170係連接於電極墊G1a與源極電極S之間，第八電阻180則連接於電極墊G1a與G2a之間，而第八電阻181則連接於電極墊G2a與G3a之間。
前述之多閘極E-FET可以化合物半導體材料如砷化鎵(GaAs)或氮化鎵(GaN)所製成，其中砷化鎵E-FET可為一高電子遷移率場效電晶體(HEMT)或一偽晶型高電子遷移率場效電晶體(pHEMT)。前述多閘極E-FET之每一個閘極電極之寬度可介於0.1至10mm之間，以1mm為較佳。前述第一至第八電阻之電阻值為介於2×102至2×104歐姆之間，以1×103至10×103為較佳。而前述閘極電容之電容值為介於0.5至5.0pF之間，以1至3為較佳。前述化合物半導體靜電保護元件之實施例包含一個多閘極E-FET，此外，前述化合物半導體靜電保護元件亦可包含複數個串聯之多閘極E-FET，此複數個多閘極E-FET可為上述實施例中所述之多閘極E-FET之任意組合；本發明所提供之靜電保護元件亦可包含串聯連接的至少一個多閘極E-FET及至少一個單閘極E-FET。
本發明具有以下優點：
1.本發明所提供之化合物半導體靜電保護元件使用化合物半導體多閘極E-FET取代複數個串聯的E-FET二極體，因此能大幅縮小元件表面積。
2.本發明所提供之化合物半導體靜電保護元件使用化合物半導體多閘極E-FET，使包含E-FET之積體電路能與靜電保護電路整合於單一晶片上；此晶載(on-chip)靜電保護電路設計能大幅縮小化合物半導體積體電路的尺 寸，且能大幅簡化積體電路的製程。
3.本發明所提供之化合物半導體靜電保護元件所使用之化合物半導體多閘極E-FET，可使其中一閘極電極透過一電阻連接於另一閘極，其中該另一閘極係以另一電阻與源極電極、汲極電極或兩相鄰閘極間區域連接，使輸入的射頻訊號能被分配到以電阻相連之兩個閘極上，因此能降低每一閘極上之射頻電壓幅度，並能改進靜電保護元件之線性特性。
綜上所述，本發明確實可達到預期之目的，而提供一種化合物半導體靜電保護元件。本發明確實具產業利用之價值，爰依法提出專利申請。
又上述說明與圖式僅是用以說明本發明之實施例，凡熟於此業技藝之人士，仍可做等效的局部變化與修飾，其並未脫離本發明之技術與精神。
S‧‧‧源極電極
D‧‧‧汲極電極
G1,G2‧‧‧閘極電極
100‧‧‧多閘極增強型場效電晶體
110‧‧‧第一電阻
120‧‧‧第二電阻

Claims (29)

  1. 一種化合物半導體靜電保護元件，包括：一多閘極增強型場效電晶體(enhancement-mode field effect transistor,E-FET)，其係包括一源極電極、一汲極電極以及複數個位於源極電極與汲極電極間之閘極電極；至少一第一電阻，透過該第一電阻使該源極電極與該閘極電極中之至少一個連接；以及至少一第二電阻，透過該第二電阻使該汲極電極與該閘極電極中之至少一個連接，其中每一個該閘極電極之寬度係介於0.1至10mm之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該閘極電極中的兩個係以一第三電阻連接。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該第三電阻之電阻值為介於2×102至2×104歐姆之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該多閘E-FET係為一砷化鎵(GaAs)場效電晶體。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該多閘E-FET係為一高電子遷移率場效電晶體(HEMT)或一偽晶型高電子遷移率場效電晶體(pHEMT)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該多閘E-FET係為一氮化鎵(GaN)場效電晶體。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該源極電極以及該汲極電極係為多指型電極，彼此交叉相鄰，而該複數個閘極電極為設置於源極與汲極多指型電極間彼此交叉相鄰的多指型電極。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該源極電極以及該汲極電極係為多指型電極，彼此交叉相鄰，而該複數個閘極電極為設置於源極與汲極多指型電極間的曲折型電極。
  9. 申請專利範圍第1項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該第一電阻之電阻值為介於2×102至2×104歐姆之間。
  10. 一種化合物半導體靜電保護元件，包括：一多閘極E-FET，其係包括一源極電極、一汲極電極以及複數個位於源極電極與汲極電極間之閘極電極；至少一第四電阻，透過該第四電阻使該閘極電極中之至少一個與兩相鄰閘極電極間之閘極間區域連接。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該複數個閘極電極係透過至少一第五電阻與該源極電極或該汲極電極連接。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該第五電阻之電阻值為介於2×102至2×104歐姆之間。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該複數個閘極電極中的兩個係以一第六電阻連接。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該第六電阻之電阻值為介於2×102至2×104歐姆之間。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該複數個閘極電極中的兩個係以一第六電阻連接。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該第六電阻之電阻值為介於2×102至2×104歐姆之間。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該多閘E-FET係為一砷化鎵(GaAs)場效電晶體。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該多閘E-FET係為一高電子遷移率場效電晶體(HEMT)或一偽晶型高電子遷移率場效電晶體(pHEMT)。
  19. 如申請專利範圍第10項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該多閘E-FET係為一氮化鎵(GaN)場效電晶體。
  20. 如申請專利範圍第10項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該源極電極以及該汲極電極係為多指型電極，彼此交叉相鄰，而該複數個閘極電極為設置於源極與汲極多指型電極間的曲折型電極。
  21. 如申請專利範圍第10項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中每一個閘極電極之寬度係介於0.1至10mm之間。
  22. 如申請專利範圍第10項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該第四電阻之電阻值為介於2×102至2×104歐姆之間。
  23. 一種化合物半導體靜電保護元件，包括：一多閘E-FET(enhancement-mode field effect transistor)，其係包括一源極電極、一汲極電極以及複數個位於源極電極與汲極電極間之閘極電極；至少一第七電阻，透過該至少一第七電阻使該複數個閘極電極中的至少一個與該源極或汲極電極連接；以及至少一第八電阻，透過該至少一第八電阻使該複數個閘極電極中的兩個相連，其中每一個閘極電極之寬度係介於0.1至10mm之間。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該多閘E-FET係為一砷化鎵(GaAs)場效電晶體。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該多閘E-FET係為一高電子遷移率場效電晶體(HEMT)或一偽晶型高電子遷移率場效電晶體(pHEMT)。
  26. 如申請專利範圍第23項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該多閘E-FET係為一氮化鎵(GaN)場效電晶體。
  27. 如申請專利範圍第23項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該源極電極以及該汲極電極係為多指型電極，彼此交叉相鄰，而該複數個閘極電極為設置於源極與汲極多指型電極間彼此交叉相鄰的多指型電極。
  28. 如申請專利範圍第23項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該源極電極以及該汲極電極係為多指型電極，彼此交叉相鄰，而該複數個閘極電極為設置於源極與汲極多指型電極間的曲折型電極。
  29. 如申請專利範圍第23項所述之化合物半導體靜電保護元件，其中該第一電阻之電阻值為介於2×102至2×104歐姆之間。
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