WO2017145576A1 - 半導体装置、アンテナスイッチ回路、モジュール装置、及び無線通信装置 - Google Patents

半導体装置、アンテナスイッチ回路、モジュール装置、及び無線通信装置 Download PDF

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厚志 倉野内
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    • H03K17/56Electronic 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
    • H03K17/687Electronic 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
    • H03K17/693Switching arrangements with several input- or output-terminals, e.g. multiplexers, distributors

Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor device, an antenna switch circuit, a module device, and a wireless communication device.
  • the frequency band that can be used for wireless communication is not limited to the so-called 800 MHz band (hereinafter also referred to as “low frequency band”), but more than 1.5 GHz band, 2.0 GHz band, etc.
  • High frequency bands (hereinafter also referred to as “high frequency bands”) are becoming available.
  • a wireless communication apparatus capable of wireless communication such as a smartphone may need to support transmission / reception of signals in a plurality of different frequency bands. Therefore, in such a wireless communication apparatus, an antenna switch circuit may be provided in order to share one antenna between transmission / reception of a plurality of signals having different frequency bands.
  • Patent Document 1 discloses an example of an antenna switch circuit.
  • CA carrier aggregation
  • characteristics required for an antenna switch circuit such as so-called on-resistance, off-capacitance, and withstand voltage may differ depending on the frequency of a signal to be passed. For this reason, there is a demand for both the increase in the number of bands and the realization of better characteristics for each band.
  • the present disclosure proposes a semiconductor device, an antenna switch circuit, a module device, and a wireless communication device that can realize multiband wireless communication in a more preferable manner.
  • the present disclosure is provided with a plurality of terminals, and a plurality of transistor groups that are provided for each of the terminals and in which a plurality of transistors are connected in series, and the plurality of transistor groups have different on-resistances.
  • a semiconductor device is provided in which signals having different powers are input.
  • an antenna terminal connected to an antenna, a plurality of transmission / reception terminals different from the antenna terminal, a connection relationship between the antenna terminal and each of the plurality of transmission / reception terminals is selectively selected.
  • a plurality of transistor groups provided for each of the transmission / reception terminals and having a plurality of transistors connected in series, wherein the plurality of transistor groups have mutually different on-resistances,
  • An antenna switch circuit is provided in which different signals are input.
  • an antenna terminal connected to an antenna and a plurality of transmission / reception terminals different from the antenna terminal are selected, and a connection relationship between the antenna terminal and each of the plurality of transmission / reception terminals is selected.
  • the antenna switch circuit includes a plurality of transistor groups provided for each of the transmission / reception terminals and a plurality of transistors connected in series, and the plurality of transistor groups have mutually different on-resistances, A module device is provided in which different signals are input.
  • an antenna a front-end module that selectively switches between an input of a transmission signal to the antenna and an output of a reception signal received by the antenna for each frequency
  • the front The end module includes an antenna terminal connected to the antenna and a plurality of transmission / reception terminals different from the antenna terminal, and selectively switches a connection relationship between the antenna terminal and each of the plurality of transmission / reception ends.
  • the antenna switch circuit is provided for each transmission / reception terminal, and a plurality of transistors are connected in series. Includes a plurality of transistor groups composed Te, the plurality of transistor groups have different on-resistances from each other, are input power different signals from each other, the wireless communication device is provided.
  • a semiconductor device an antenna switch circuit, a module device, and a wireless communication device capable of realizing multiband wireless communication in a more preferable aspect.
  • FIG. 3 shows an example of input / output frequency characteristics in the equivalent circuit shown in FIG. 3.
  • 4 is an explanatory diagram for describing an example of a schematic configuration of a transistor applied in an antenna switch circuit according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for describing an example of a schematic configuration of a transistor group applied in the antenna switch circuit according to the embodiment.
  • FIG. It is explanatory drawing for demonstrating the relationship between gate length and ON resistance. It is explanatory drawing for demonstrating an example of the relationship between gate length and a proof pressure.
  • 7 illustrates an example of a simulation result of a change in loss of a system on a high frequency band side in an antenna switch according to an embodiment of the present disclosure.
  • 7 illustrates an example of a simulation result of a change in loss of a system on a high frequency band side in an antenna switch according to an embodiment of the present disclosure.
  • An example of the simulation result of the change of the loss of the system by the side of the low frequency band in the antenna switch concerning one example of this indication is shown.
  • An example of the simulation result of the change of the loss of the system by the side of the low frequency band in the antenna switch concerning one example of this indication is shown.
  • 7 illustrates an example of simulation results of characteristics of an antenna switch circuit according to an embodiment of the present disclosure.
  • 7 illustrates an example of simulation results of characteristics of an antenna switch circuit according to an embodiment of the present disclosure. 7 illustrates an example of simulation results of characteristics of an antenna switch circuit according to an embodiment of the present disclosure. It is explanatory drawing for demonstrating the application example of the embodiment. It is explanatory drawing for demonstrating the application example of the embodiment.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining an example of a schematic circuit configuration of an antenna switch circuit, and an example of an SPDT configuration antenna switch circuit that shares transmission / reception of two signals having different frequency bands with one antenna. Is shown.
  • the antenna switch circuit 100 includes an antenna terminal Dant and transmission / reception terminals D1a and D1b.
  • the antenna switch circuit 100 includes a series portion 101a between the antenna terminal Dant and the transmission / reception terminal D1a, and a shunt portion 103a between the transmission / reception terminal D1a and a reference potential (hereinafter also referred to as “GND terminal”).
  • the series unit 101a is configured by a transistor group in which a plurality of transistors Tr a11 to Tr a1N are connected in series.
  • the shunt portion 103a is configured by a transistor group in which a plurality of transistors Tr a21 to Tr a2M are connected in series.
  • the antenna switch circuit 100 has a series part 101b between the antenna terminal Dant and the transmission / reception terminal D1b, and a shunt part 103b between the transmission / reception terminal D1b and the GND terminal.
  • the series part 101b and the shunt part 103b are configured by a transistor group in which a plurality of transistors are connected in series, like the series part 101a and the shunt part 103a.
  • a boosted voltage for example, 6 V
  • a voltage eg, 0V
  • a step-down voltage for example, ⁇ 5 V
  • the series parts 101a and 101b may be simply referred to as “series part 101” unless otherwise distinguished.
  • the shunt parts 103a and 103b are not particularly distinguished, they may be simply referred to as “shunt parts 103”.
  • the antenna switch circuit 100 when the antenna switch circuit 100 is controlled to be conductive between the antenna terminal Dant and the transmission / reception terminal D1a, the antenna switch circuit 100 is controlled to be disconnected from the transmission / reception terminal D1b.
  • the series part 101a is controlled to be in a conductive state
  • the shunt part 103a is controlled to be in a cut-off state.
  • the series portion 101b is controlled to be in a cut-off state
  • the shunt portion 103b is controlled to be in a conductive state.
  • the antenna switch circuit 100 when the antenna switch circuit 100 is controlled to be conductive between the antenna terminal Dant and the transmission / reception terminal D1b, the antenna switch circuit 100 is controlled to be disconnected from the antenna terminal Dant and the transmission / reception terminal D1a.
  • the series part 101b is controlled to be in a conductive state
  • the shunt part 103b is controlled to be in a cutoff state.
  • the series portion 101a is controlled to be in a cut-off state
  • the shunt portion 103a is controlled to be in a conductive state.
  • the antenna switch circuit 100 inputs and outputs signals in different frequency bands, for example, to each of the transmission / reception terminals D1a and D1b.
  • a high frequency band signal is input / output to / from the transmission / reception terminal D1a
  • a low frequency band signal is input / output to the transmission / reception terminal D1b. That is, when transmitting and receiving a signal in a high frequency band through an antenna, the antenna terminal Dant and the transmission / reception terminal D1a (in other words, the series portion 101a) are controlled to be in a conductive state, and the antenna terminal Dant and the transmission / reception terminal D1b.
  • the series portion 101b is controlled to be in a cut-off state.
  • the antenna terminal Dant and the transmission / reception terminal D1b are controlled to be in a conductive state
  • the antenna terminal Dant and the transmission / reception terminal D1a are controlled to be in a cut-off state.
  • the SPDT configuration in which two transmission / reception terminals D1a and D1b are selectively connected to one antenna terminal Dant has been described as an example of the configuration of the antenna switch circuit. It is not limited. For example, three or more transmission / reception terminals may be selectively connectable to one antenna terminal Dant. As a more specific example, SP8T configured such that eight transmission / reception terminals can be selectively connected to one antenna terminal Dant, SP10T configured such that ten transmission / reception terminals can be selectively connected, and the like can be given. .
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining another example of the configuration of the antenna switch circuit, and shows an example of the antenna switch circuit of the SP8T configuration.
  • the SP8T-configured antenna switch circuit 100 has an antenna terminal Dant and eight transmission / reception terminals D1a to D1h.
  • a series part 101 ie, series parts 101a to 101h
  • a shunt is provided between the transmission / reception terminals D1a to D1h and the GND terminal.
  • Part 103 ie, shunt parts 103a to 101h
  • the antenna switch circuit 100 'inputs and outputs signals in different frequency bands to, for example, the transmission / reception terminals D1a to D1h.
  • the other transmission / reception terminals are connected to the series terminals 101a to 101h and the shunt part so that the connection with the antenna terminal Dant is cut off.
  • the connection states 103a to 103h are controlled.
  • the series portion 101a when the antenna terminal Dant and the transmission / reception terminal D1a (in other words, the series portion 101a) are controlled to be in a conductive state, between the antenna terminal Dant and the transmission / reception terminals D1b to D1h. (In other words, the series portions 101b to 101h) are controlled to be in a cut-off state. That is, in this case, a signal input / output to / from the transmission / reception terminal D1a is transmitted / received via the antenna.
  • the characteristics required for the antenna switch include “Insertion loss”, “Isolation”, “Harmonics, IIP3, IMD” and the like. “Insertion loss” indicates a characteristic that allows a signal from an antenna or PA (Power Amp) to pass through with low loss. “Isolation” indicates a characteristic for suppressing leakage of a signal to a peripheral circuit. “Harmonics, IIP3, and IMD” indicate characteristics that suppress emission of unnecessary radio waves (that is, reduce distortion).
  • Ron on-resistance
  • Coff capacitance of the off-state transistor
  • the antenna switch tends to have a high input voltage, and it may be difficult to secure a withstand voltage (ie, withstand voltage) with a single transistor. Therefore, the series unit 101 and the shunt unit 103 described with reference to FIG. 1 may ensure a breakdown voltage by connecting a plurality of transistors (for example, FETs) in series (stacking) in series. Note that the on-resistance Ron and the off-capacitance Coff depend on the number of stages of transistors connected in multiple stages as the series unit 101, for example.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining “Insertion loss”.
  • the simplest switch circuit configuration is an equivalent circuit in which the on-resistance Ron of the series unit 101 and the off-capacitance Coff of the shunt unit 103 are shown. An example is shown.
  • Loss ie, “Insertion loss” of the circuit shown in FIG. 3 is expressed by the following (formula 1). In the following (Equation 1), Pin represents input power, and Pout represents output power.
  • FIG. 4 shows an example of frequency characteristics of the input power Pin and the output power Pout in the equivalent circuit shown in FIG.
  • the vertical axis represents the ratio Pout / Pin between the input Pin and the output Pout
  • the horizontal axis represents the frequency.
  • the influence of the on-resistance Ron becomes larger in the low frequency band.
  • the influence of the off-capacitance Coff becomes more dominant.
  • the antenna switch circuit 100 shown in FIG. 1 when a system (for example, the series unit 101a) connected to the transmission / reception terminal D1a is controlled to be in a conductive state (on state), it is connected to the other transmission / reception terminal D1b.
  • the system (for example, the series unit 101b) is controlled to be in a shut-off state (off state).
  • the on-resistance Ron of the transistors connected in multiple stages is a series resistance
  • the off-capacitance Coff is a series capacitance.
  • the on-resistance Ron becomes larger and the off-capacitance is increased. Coff becomes smaller.
  • the off-capacitance Coff increases and the chip size of the antenna switch circuit 100 also increases.
  • CA carrier aggregation
  • the influence of the on-resistance Ron becomes larger in the low frequency band, and the influence of the off capacitance Coff becomes more dominant in the high frequency band. Therefore, for example, in an antenna switch circuit used for transmission / reception of a signal in a high frequency band (hereinafter, also referred to as “high band antenna switch circuit”), it is controlled to a cut-off state in order to further improve characteristics. It is required to reduce the off-capacitance Coff of the path and the on-resistance Ron of the path that is controlled to be conductive.
  • the off-capacitance Coff can be reduced, for example, by increasing the number of stacks of transistors that form the series unit 101.
  • the on-resistance Ron can be reduced by increasing the gate width Wg of the transistors constituting the series unit 101, for example.
  • the increase in the gate width Wg may lead to an increase in the chip size, and the expansion width may be restricted. Therefore, for example, it may be required to further reduce the on-resistance Ron of the transistor itself.
  • an antenna switch circuit used for transmission / reception of a signal in a low frequency band (hereinafter also referred to as “low band antenna switch circuit”) requires higher withstand voltage. Specifically, a higher breakdown voltage can be obtained by increasing the number of stacks of transistors constituting the series unit 101. On the other hand, an increase in the number of stacks may lead to an increase in chip size. Further, as the number of stacks increases, the on-resistance Ron also increases. Therefore, in order to suppress an excessive increase in the number of stacks, use of a high breakdown voltage transistor (FET) may be required.
  • FET high breakdown voltage transistor
  • an antenna switch circuit that is compatible with multiple bands and can realize transmission and reception of signals in each frequency band in a more preferable aspect (characteristics), and various apparatuses to which the antenna switch circuit is applied. Propose about.
  • each series unit 101 that is, a group of transistors connected in series
  • each transmission / reception terminal is in accordance with the frequency of the signal input / output to / from the transmission / reception terminal.
  • Signals having different powers are input.
  • each series unit 101 is configured to have an on-resistance Ron corresponding to a difference in power of an input signal. More specifically, the series unit 101 connected to the transmission / reception terminal to / from which signals with higher power are input / output is more than the series unit 101 connected to the transmission / reception terminal to / from which signals with lower power are input / output. It is configured to have a small on-resistance. In addition, the series unit 101 connected to the transmission / reception terminal to / from which signals with lower power are input / output has a higher breakdown voltage than the series unit 101 connected to the transmission / reception terminal to / from which signals with higher power are input / output. Configured as follows. By realizing such a configuration, the antenna switch circuit 100 according to the present embodiment achieves characteristics required in each frequency band such as a high frequency band and a low frequency band.
  • the breakdown voltage of the device may also be reduced. Therefore, for example, a system in which a signal in a high frequency band is input (that is, “series section 101 on the high frequency band side”) and a system in which a signal in a low frequency band is input (that is, a “series on the low frequency band side”). In the case of the part 101 "), contradictory characteristics are required for the device.
  • the antenna switch circuit 100 by adjusting the element parameters of the transistors used in the series unit 101 on each of the high frequency band side and the low frequency band side and the number of stacks of each series unit 101, The characteristics required for the series unit 101 are realized. At this time, it goes without saying that at least part of the element parameters and the number of stacks may be different between the series sections 101 on the high frequency band side and the low frequency band side.
  • a configuration and a method for realizing the configuration of the antenna switch circuit 100 according to the present embodiment described above will be described in more detail.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining an example of a schematic configuration of a transistor (FET) applied in the antenna switch circuit according to the present embodiment.
  • the transistor is mounted on an SOI (Silicon on Insulator) substrate.
  • SOI Silicon on Insulator
  • An example of the case is shown.
  • the horizontal direction, vertical direction, and depth direction in the drawing are the x direction, z direction, and y direction, respectively.
  • the SOI substrate 410 has a buried oxide film layer 412 and a semiconductor layer 413 on a support substrate 411.
  • the gate electrode 420 is provided over the semiconductor layer 413 with the gate oxide film 419 interposed therebetween.
  • the SOI substrate 410 includes, for example, a buried oxide film layer 412 made of a silicon oxide film (SiO 2) and a semiconductor made of silicon (Si) on a support substrate 411 made of a high resistance silicon (Si) substrate.
  • a layer 413 is included.
  • the semiconductor layer 413 has a first region A1 below the gate electrode 420 and a second region A2 other than that. Of the second region A2, one is provided with a source region A2s, and the other is provided with a drain region A2d.
  • a source diffusion layer 413s and a drain diffusion layer 413d which are high-concentration diffusion layers, are provided over the entire thickness direction of the source region A2s and the drain region A2d (from the upper surface to the lower surface).
  • the gate electrode 420 is provided on the semiconductor layer 413 through a gate oxide film 419 made of a silicon oxide film (SiO 2).
  • a source electrode 440s is electrically connected to the source region A2s via a source-side contact plug 430s.
  • a drain electrode 440d is electrically connected to the drain region A2d via a drain-side contact plug 430d.
  • the series portion 101 and the shunt The unit 103 is configured by connecting a plurality of transistors in series. Therefore, when the transistor 400 shown in FIG. 5 is applied as each transistor constituting the series portion 101 and the shunt portion 103, each source side configuration is different from each other on the drain side of other transistors connected in series. Can operate as a configuration.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining an example of a schematic configuration of a transistor group applied in the antenna switch circuit according to the present embodiment.
  • a horizontal direction, a vertical direction, and a depth direction in the drawing are an x direction, a y direction, and a z direction, respectively.
  • each of the x direction, the y direction, and the z direction in FIG. 6 corresponds to the x direction, the y direction, and the z direction in FIG. 5. That is, the transistor group illustrated in FIG. 6 is configured, for example, by connecting a plurality of the transistors 400 illustrated in FIG. 5 in series along the x direction.
  • reference numeral 420 indicates a gate electrode of each transistor, and corresponds to the gate electrode 420 of the transistor 400 illustrated in FIG. 5. That is, in the example shown in FIG. 6, the gate electrode 420 of each transistor is arranged in parallel along the x direction. At this time, the gate electrode 420 of each transistor may be connected by a connecting portion 421 as shown in FIG. 6, for example.
  • Reference numeral 440 corresponds to a source electrode and a drain electrode (hereinafter also referred to as “S / D electrodes”) of the transistors connected in series so as to be adjacent to each other. That is, the S / D electrode 440 illustrated in FIG. 6 corresponds to the source electrode 440s and the drain electrode 400d of the transistor 400 illustrated in FIG.
  • the reference symbol Lg in FIGS. 5 and 6 indicates the gate length of each transistor.
  • Reference numeral Wg in FIG. 6 indicates the gate width of each transistor.
  • reference numeral W 1 in FIG. 5 shows the physical distance between the source gate.
  • reference numeral W 2 indicates the physical distance between the gate and the drain.
  • reference numeral W 3 being illustrates the physical distance between the source and the drain.
  • Reference numeral W 4 indicates the thickness of the gate oxide film 419.
  • the distances of the respective parts indicated by reference characters Lg, Wg, and W1 to W4 constitute the series part 101 and the shunt part 103 of the antenna switch circuit 100 according to the present embodiment. This corresponds to an example of an element parameter of each transistor.
  • the characteristics required for each of the series unit 101 on the high frequency band side and the series unit 101 on the low frequency band side are set to the characteristics of the transistors constituting each series unit 101. This is realized by adjusting the element parameters.
  • the transistor group constituting the series unit 101 and the shunt unit 103 and the transistors applied to the transistor group are An example of the configuration of the semiconductor element has been described. Note that the structure of the semiconductor element described above is merely an example, and at least a part of the structure may be appropriately replaced with another structure as long as a similar function can be realized. As a specific example, a transistor group constituting the series portion 101 and the shunt portion 103, a transistor applied to the transistor group, and the like may be formed over a semi-insulating substrate.
  • Example> Subsequently, as an example of the antenna switch circuit 100 according to the present embodiment, a method of realizing the characteristics required for each series unit 101 by adjusting the element parameters of the transistors used in each series unit 101 described above. An example will be described. In this description, in order to make the characteristics of the present embodiment easier to understand, the description will be given focusing on the case where the gate length Lg of a transistor is adjusted as an element parameter.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the gate length Lg and the on-resistance Ron.
  • the horizontal axis indicates the gate length Lg
  • the vertical axis indicates the on-resistance Ron.
  • the on-resistance Ron of the transistor tends to increase as the gate length Lg of the transistor becomes longer.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining an example of the relationship between the gate length Lg and the breakdown voltage.
  • the horizontal axis indicates the gate length Lg
  • the vertical axis indicates the breakdown voltage. As shown in FIG. 8, the longer the gate length Lg of the transistor, the higher the breakdown voltage of the transistor.
  • Example 1 Simulation of characteristic change by adjusting gate length
  • Example 1 an example of a simulation result will be described regarding a change in characteristics when the gate length Lg is adjusted as an element parameter in the antenna switch circuit 100 according to the present embodiment.
  • a change in loss in each of the high frequency band side system and the low frequency band side system when the gate length Lg of each transistor of the high frequency band side series unit 101a is adjusted is simulated. did.
  • a system for example, the series unit 101a and the shunt 103a
  • the transmission / reception terminal D1a is used for transmission / reception of signals in the high frequency band as a system on the high frequency band side. Is done.
  • the system for example, the series unit 101b and the shunt 103b
  • the transmission / reception terminal D1b is used as a system on the low frequency band side for transmitting and receiving signals in the low frequency band.
  • each of the series portions 101a and 101b is configured using a transistor having a gate width Wg of 2 mm, and the number of stacks of the transistor is 7.
  • Each of the shunt portions 103a and 103 is configured using a transistor having a gate width Wg of 1 mm, and the number of stacks of the transistors is six.
  • the number of stacks of transistors in the series section 101 on each of the high frequency band side and the low frequency band side is set to the same value. The number of stacks does not necessarily have to be the same.
  • FIG. 9 and FIG. 10 illustrate an example of a simulation result of a change in the loss of the system on the high frequency band side in the antenna switch according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 shows an example of a simulation result of a change in loss in the high frequency band side system when the gate length Lg of each transistor of the series unit 101a is adjusted in the high frequency band side system.
  • the horizontal axis represents the frequency (GHz) of the input / output signal
  • the vertical axis represents the loss (dB).
  • the horizontal axis indicates the frequency (GHz) of the input / output signal as in FIG.
  • FIG. 11 and FIG. 12 illustrate an example of a simulation result of a change in the system loss on the low frequency band side in the antenna switch according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 shows an example of a simulation result of a change in loss in the low frequency band side system when the gate length Lg of each transistor of the series unit 101a is adjusted in the high frequency band side system.
  • the horizontal axis represents the frequency (GHz) of the input / output signal
  • the vertical axis represents the loss (dB).
  • the horizontal axis indicates the frequency (GHz) of the input / output signal as in FIG.
  • the antenna switch circuit 100 is connected to the transmission / reception terminal according to the frequency band of the signal input / output to / from each transmission / reception terminal. It can be seen that the system characteristics can be further improved.
  • Example 2 Relationship between parameters and characteristics
  • FIG. 13 shows an example of a simulation result of the relationship between the gate length Lg of the transistors constituting the series unit 101 and the characteristics of the system including the series unit 101.
  • the on-resistance Ron, the off-capacitance Roff of the system including the series unit 101, and the product RonRoff of the on-resistance and the off-capacitance are based on the case where the gate length Lg of the transistor is a predetermined length. It is shown as a relative value for the state.
  • the gate length Lg 1 (relative value)
  • the shorter the gate length Lg the smaller the on-resistance Ron and the larger the off-capacitance Coff.
  • FIG. 14 shows a simulation result of another relationship between the gate length Lg of the transistor constituting the series portion 101 and the characteristics of the system including the series portion 101 in the same configuration as the example shown in FIG. An example is shown.
  • the breakdown voltage of the system at this time is about 0.91.
  • the breakdown voltage of the system at this time is about 0.82.
  • the ranges indicated by reference numerals R11 and R13 schematically show, for example, the ranges of the characteristics of the on-resistance Ron and the off-capacitance Roff required for the system.
  • the ranges indicated by reference numerals R21 and R23 schematically indicate the range of the withstand voltage characteristics required for the system. Note that the range R11 in FIG. 13 corresponds to the range R21 in FIG. Similarly, the range R13 in FIG. 13 corresponds to the range R23 in FIG.
  • FIG. 15 shows an example of a simulation result of the relationship between the number of stacks of transistor groups constituting the series unit 101 and the breakdown voltage of the system including the series unit 101.
  • the withstand voltage of the system including the series portion 101 tends to increase as the number of stacks of the transistor group constituting the series portion 101 increases.
  • the breakdown voltage tends to be lower. Therefore, when the gate length Lg of each transistor is further shortened, it is necessary to increase the number of stacks of transistor groups in order to maintain the breakdown voltage.
  • the number of stacks of the transistor groups constituting the series unit 101 according to the characteristics required for each system that is, the system connected to each transmission / reception terminal.
  • the gate length Lg of each transistor included in the transistor group may be adjusted as appropriate.
  • the element parameter to be adjusted is not limited to the gate length Lg.
  • the thicknesses W 4 it is possible to change the system characteristics (for example, the on-resistance Ron and the off-capacitance Coff).
  • the on-resistance Ron can be reduced by shortening the physical distance W 1 between the source and gate, the physical distance W 2 between the gate and drain, and the physical distance W 3 between the source and drain. Further, in the case of thinner thickness is formed thickness W 4 of the gate oxide film also, it is possible to reduce the on-resistance Ron.
  • the gate oxide film of each transistor constituting the series unit 101 may be formed thinner than the low frequency band side system.
  • the same effect as when the gate length Lg of each transistor constituting the series unit 101 is adjusted to be shorter than that of the low frequency band side system is expected for the high frequency band side system. It becomes possible to do.
  • the antenna switch circuit 100 As described above, as an example of the antenna switch circuit 100 according to the present embodiment, an example of a method for realizing the characteristics required for each series unit 101 by adjusting the element parameters of the transistors used in each series unit 101 described above. Explained.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram for describing an application example of the present embodiment, and illustrates an example of a functional configuration of the wireless communication device 1 to which the antenna switch circuit 100 according to the present embodiment is applied.
  • the wireless communication device 1 includes a front end module 10, an antenna element 20, a wireless unit (RF unit) 30, a baseband processor 40, and an application processor 50.
  • the wireless unit 30 is configured to perform wireless communication with an external device (for example, a base station) via the antenna element 20.
  • the radio unit 30 modulates the baseband signal output from the baseband processor 40 with a carrier wave in a frequency band used for transmitting the baseband signal. Then, the radio unit 30 transmits the modulated signal (transmission signal) as a radio signal from the antenna element 20 via the front end module 10. Further, the radio unit 30 acquires a reception signal from the external device received by the antenna element 20 via the front end module 10, and converts the acquired reception signal into a baseband signal by demodulating. Then, the radio unit 30 outputs the baseband signal obtained by converting the received signal to the baseband processor 40.
  • the baseband processor 40 acquires transmission data from the application processor 50, and generates a baseband signal for transmitting the acquired transmission data based on wireless communication. Then, the baseband processor 40 outputs a baseband signal generated based on the transmission data to the radio unit 30. The baseband processor 40 acquires a baseband signal converted from the received signal from the radio unit 30. In this case, the baseband processor 40 converts the acquired baseband signal into reception data, and outputs the converted reception data to the application processor 50.
  • the application processor 50 is configured to execute various functions (applications). For example, the application processor 50 generates transmission data to be transmitted to an external device based on the execution results of various functions, and outputs the generated transmission data to the baseband processor 40.
  • the application processor 50 may acquire received data from the baseband processor 40 and execute a desired function based on the acquired received data.
  • the front-end module 10 is interposed between the antenna element 20 and the radio unit 30 and selectively switches transmission / reception of signals between the antenna element 20 and the radio unit 30 for each frequency band of the signal.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram for describing an application example of the present embodiment, and illustrates an example of a functional configuration of the front-end module 10 to which the antenna switch circuit 100 according to the present embodiment is applied.
  • the front end module 10 includes an antenna switch circuit 100, duplexers 110a to 110d, power amplifiers 130a to 130d, and filters 150a to 150d.
  • the antenna switch circuit 100 in FIG. 17 corresponds to the antenna switch circuit 100 according to this embodiment described above.
  • the connection relationship between the antenna terminal Dant connected to the antenna element 20 and the four transmission / reception terminals D1a to D1d can be selectively switched. That is, in the example shown in FIG. 17, signals in different frequency bands are input / output to / from the transmission / reception terminals D1a to D1d.
  • the power amplifier 130a and the filter 150a are connected to the transmission / reception terminal D1a via the duplexer 110a. More specifically, a transmission signal of a predetermined frequency band output from the radio unit 30 is amplified by the power amplifier 130a and then input to the transmission / reception terminal D1a of the antenna switch circuit 100 via the duplexer 110a. The received signal in the frequency band is input from the transmission / reception terminal D1a to the filter 150a via the duplexer 110a, and a signal in a predetermined frequency band is extracted from the received signal by the filter 150a and output to the radio unit 30.
  • the duplexer 110a is configured to demultiplex a transmission signal input to the transmission / reception terminal D1a and a reception signal output from the transmission / reception terminal D1a.
  • the duplexer 110a, the power amplifier 130a, and the filter 150a since a known technique can be used, detailed description thereof is omitted.
  • the configuration connected to the transmission / reception terminals D1b to D1d is the same as the configuration connected to the transmission / reception terminal D1a, except that the frequency bands of the input and output signals are different. That is, the power amplifier 130b and the filter 150b are connected to the transmission / reception terminal D1b via the duplexer 110b. Further, the power amplifier 130c and the filter 150c are connected to the transmission / reception terminal D1c via the duplexer 110c, and the power amplifier 130d and the filter 150d are connected to the transmission / reception terminal D1d via the duplexer 110d.
  • the front end module 10 can selectively switch transmission / reception of signals between the antenna element 20 and the radio unit 30 for each frequency band of the signals.
  • the front end module 10 corresponds to an example of a “module device”.
  • the configuration of the wireless communication apparatus to which the antenna switch circuit 100 is applied has been described as an application example of the antenna switch circuit 100 according to the present embodiment. It should be noted that at least some of the two or more configurations of the front end module 10, the antenna element 20, the radio unit (RF unit) 30, the baseband processor 40, and the application processor 50 illustrated in FIG. It may be configured as one chip.
  • the semiconductor device constituting the antenna switch circuit 100 includes a plurality of transmission / reception terminals and a series unit provided for each transmission / reception terminal. Further, the series portion is configured by connecting a plurality of transistors in series. Under such a configuration, in the semiconductor device, series portions (that is, transistor groups) connected to each transmission / reception terminal have different on-resistances, and signals having different powers are input thereto.
  • the antenna switch circuit 100 is compatible with multiple bands, and device characteristics (for example, “Insertion loss”) required for transmission / reception of signals in each frequency band are set to the frequency. It can be realized in a more suitable manner for each band. Accordingly, it is possible to improve the performance of a front-end module to which the antenna switch circuit 100 is applied and a wireless communication apparatus to which the front-end module is applied.
  • device characteristics for example, “Insertion loss”
  • the following configurations also belong to the technical scope of the present disclosure.
  • (1) Multiple terminals, A plurality of transistor groups provided for each of the terminals, and a plurality of transistors connected in series; With The plurality of transistor groups have different on-resistances, and signals having different powers are input to each other.
  • the first transistor group has a higher on-resistance than the second transistor group to which a signal having lower power than the first transistor group is input.
  • the first transistor that constitutes the first transistor group and the second transistor that constitutes the second transistor group include a gate length, a physical distance between source and gate, a physical distance between gate and drain, The semiconductor device according to (2) or (3), wherein at least one of the element parameters is different among a physical distance between the source and the drain and a thickness of the gate oxide film.
  • the element parameter is different between the first transistor and the second transistor according to a difference in on-resistance between the first transistor group and the second transistor group.
  • Semiconductor device (6)
  • the first transistor group and the second transistor group have different withstand voltages, The element parameter is different between the first transistor and the second transistor according to a difference in withstand voltage between the first transistor group and the second transistor group.
  • the semiconductor device according to (4) or (5).
  • the transistor group connected to each of the plurality of first terminals is selectively controlled to be in a conductive state, so that a connection relationship between the second terminal and each of the plurality of first terminals is established.
  • Selectively controlled to a conductive state The semiconductor device according to any one of (1) to (6).
  • (8) The semiconductor device according to any one of (1) to (7), wherein the plurality of terminals and the plurality of transistor groups are formed on an SOI substrate.
  • the semiconductor device according to any one of (1) to (7), wherein the plurality of terminals and the plurality of transistor groups are formed on a semi-insulating substrate.
  • An antenna switch circuit including an antenna terminal connected to an antenna and a plurality of transmission / reception terminals different from the antenna terminal, and selectively switching a connection relationship between the antenna terminal and each of the plurality of transmission / reception ends;
  • a duplexer connected to each of the plurality of transmission / reception terminals and demultiplexing a transmission signal input to the transmission / reception terminal and a reception signal output from the transmission / reception terminal;
  • the antenna switch circuit includes a plurality of transistor groups provided for each of the transmission / reception terminals, and a plurality of transistors connected in series.
  • the plurality of transistor groups have mutually different on-resistances, and signals having different powers are input to each other,
  • the transistor group connected to each of the plurality of transmission / reception terminals is selectively controlled to be in a conductive state, so that the connection relationship between the antenna terminal and each of the plurality of transmission / reception terminals is selectively in a conductive state. Controlled, Modular device.
  • An antenna A front-end module that selectively switches between input of a transmission signal to the antenna and output of a reception signal received by the antenna for each frequency;
  • the front end module is An antenna switch circuit including an antenna terminal connected to the antenna and a plurality of transmission / reception terminals different from the antenna terminal, and selectively switching a connection relationship between the antenna terminal and each of the plurality of transmission / reception terminals; , A duplexer connected to each of the plurality of transmission / reception terminals and demultiplexing the transmission signal input to the transmission / reception terminal and the reception signal output from the transmission / reception terminal;
  • the antenna switch circuit includes a plurality of transistor groups provided for each of the transmission / reception terminals, and a plurality of transistors connected in series.
  • the plurality of transistor groups have mutually different on-resistances, and signals having different powers are input to each other,
  • the transistor group connected to each of the plurality of transmission / reception terminals is selectively controlled to be in a conductive state, so that the connection relationship between the antenna terminal and each of the plurality of transmission / reception terminals is selectively in a conductive state. Controlled, Wireless communication device.

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Abstract

【課題】無線通信の多バンド化をより好適な態様で実現する。 【解決手段】複数の端子と、 前記端子ごとに設けられ、かつ複数のトランジスタが直列に接続されてなる複数のトランジスタ群と、を備え、前記複数のトランジスタ群は、互いに異なるオン抵抗を有し、互いに電力の異なる信号が入力される、半導体装置。

Description

半導体装置、アンテナスイッチ回路、モジュール装置、及び無線通信装置
 本開示は、半導体装置、アンテナスイッチ回路、モジュール装置、及び無線通信装置に関する。
 近年では、通信技術の進化に伴い、無線通信に利用できる周波数帯として、所謂800MHz帯(以降では、「低周波数帯」とも称する)に限らず、1.5GHz帯や2.0GHz帯等のより高い周波数帯(以降では、「高周波数帯」とも称する)が利用可能になってきている。このような状況から、スマートフォン等のような無線通信が可能な無線通信装置では、複数の異なる周波数帯の信号の送受信への対応が必要となる場合がある。そのため、このような無線通信装置では、互いに周波数帯の異なる複数の信号の送受信間において1つのアンテナを共有するために、アンテナスイッチ回路が設けられている場合がある。
 アンテナスイッチ回路の構成としては、例えば、所望の信号を通過させる導通状態(オン状態)と、不要な信号を遮断する遮断状態(オフ状態)のトランジスタ(例えば、FET:Field effect transistor)とを組み合わせたものが挙げられる。例えば、特許文献1には、アンテナスイッチ回路の一例が開示されている。
特開2011-249466号公報
 また、近年では、複数の周波数帯を統合することにより通信チャネルを形成することで、通信のスループットを向上させる、所謂キャリアアグリゲーション(CA:Carrier Aggregation)と呼ばれる技術も実用化されている。このようなCA等の技術の実用化に伴い、無線通信に利用する通信帯域(バンド)の数も増加する傾向にある。そのため、アンテナスイッチ回路にもより多くの周波数帯域への対応(即ち、多バンド化)が要求されており、近年では、最小構成であるSPDT(Single Pole Double Throw)のものに限らず、例えば、SP8TやSP10Tといった構成のものも求められている。
 一方で、所謂オン抵抗、オフ容量、及び耐圧等のようなアンテナスイッチ回路に求められる特性は、通過させる信号の周波数に応じて異なる場合がある。そのため、多バンド化と、バンドごとのより良好な特性の実現とを両立が求められている。
 そこで、本開示では、無線通信の多バンド化をより好適な態様で実現することが可能な、半導体装置、アンテナスイッチ回路、モジュール装置、及び無線通信装置を提案する。
 本開示によれば、複数の端子と、前記端子ごとに設けられ、かつ複数のトランジスタが直列に接続されてなる複数のトランジスタ群と、を備え、前記複数のトランジスタ群は、互いに異なるオン抵抗を有し、互いに電力の異なる信号が入力される、半導体装置が提供される。
 また、本開示によれば、アンテナに接続されるアンテナ端子と、前記アンテナ端子とは異なる複数の送受信端子と、前記アンテナ端子と、前記複数の送受信端子のそれぞれとの間の接続関係を選択的に切り替える切替え部と、前記送受信端子ごとに設けられ、複数のトランジスタが直列に接続された複数のトランジスタ群と、を備え、前記複数のトランジスタ群は、互いに異なるオン抵抗を有し、互いに電力の異なる信号が入力される、アンテナスイッチ回路が提供される。
 また、本開示によれば、アンテナに接続されるアンテナ端子と、前記アンテナ端子とは異なる複数の送受信端子とを含み、前記アンテナ端子と前記複数の送受信端のそれぞれとの間の接続関係を選択的に切り替えるアンテナスイッチ回路と、前記複数の送受信端子それぞれに接続され、当該送受信端子に対して入力される送信信号と、当該送受信端子から出力される受信信号とを分波するデュプレクサと、を備え、前記アンテナスイッチ回路は、前記送受信端子ごとに設けられ、かつ複数のトランジスタが直列に接続されてなる複数のトランジスタ群を含み、前記複数のトランジスタ群は、互いに異なるオン抵抗を有し、互いに電力の異なる信号が入力される、モジュール装置が提供される。
 また、本開示によれば、アンテナと、前記アンテナへの送信信号の入力と、前記アンテナで受信した受信信号の出力とを、周波数ごとに選択的に切り替えるフロントエンドモジュールと、を備え、前記フロントエンドモジュールは、前記アンテナに接続されるアンテナ端子と、前記アンテナ端子とは異なる複数の送受信端子とを含み、前記アンテナ端子と前記複数の送受信端のそれぞれとの間の接続関係を選択的に切り替えるアンテナスイッチ回路と、前記複数の送受信端子それぞれに接続され、当該送受信端子に対して入力される前記送信信号と、当該送受信端子から出力される前記受信信号とを分波するデュプレクサと、を備え、前記アンテナスイッチ回路は、前記送受信端子ごとに設けられ、かつ複数のトランジスタが直列に接続されてなる複数のトランジスタ群を含み、前記複数のトランジスタ群は、互いに異なるオン抵抗を有し、互いに電力の異なる信号が入力される、無線通信装置が提供される。
 以上説明したように本開示によれば、無線通信の多バンド化をより好適な態様で実現することが可能な、半導体装置、アンテナスイッチ回路、モジュール装置、及び無線通信装置が提供される。
 なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
アンテナスイッチ回路の概略的な回路構成の一例について説明するための説明図である。 アンテナスイッチ回路の構成の他の一例について説明するための説明図である。 アンテナスイッチ回路の等価回路の一例を示している。 図3に示した等価回路における入出力の周波数特性の一例を示している。 本開示の一実施形態に係るアンテナスイッチ回路で適用されるトランジスタの概略的な構成の一例について説明するための説明図である。 同実施形態に係るアンテナスイッチ回路において適用されるトランジスタ群の概略的な構成の一例について説明するための説明図である。 ゲート長とオン抵抗との間の関係について説明するための説明図である。 ゲート長と耐圧との間の関係の一例について説明するための説明図である。 本開示の一実施例に係るアンテナスイッチにおける、高周波数帯側の系のロスの変化のシミュレーション結果の一例を示している。 本開示の一実施例に係るアンテナスイッチにおける、高周波数帯側の系のロスの変化のシミュレーション結果の一例を示している。 本開示の一実施例に係るアンテナスイッチにおける、低周波数帯側の系のロスの変化のシミュレーション結果の一例を示している。 本開示の一実施例に係るアンテナスイッチにおける、低周波数帯側の系のロスの変化のシミュレーション結果の一例を示している。 本開示の一実施例に係るアンテナスイッチ回路の特性のシミュレーション結果の一例を示している。 本開示の一実施例に係るアンテナスイッチ回路の特性のシミュレーション結果の一例を示している。 本開示の一実施例に係るアンテナスイッチ回路の特性のシミュレーション結果の一例を示している。 同実施形態の適用例について説明するための説明図である。 同実施形態の適用例について説明するための説明図である。
 以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
 なお、説明は以下の順序で行うものとする。
 1.はじめに
  1.1.アンテナスイッチ回路の構成
  1.2.アンテナスイッチ回路の検討
 2.技術的特徴
  2.1.概要
  2.2.半導体素子の構成
  2.3.実施例
  2.4.適用例
 3.むすび
 <<1.はじめに>>
  <1.1.アンテナスイッチ回路の構成>
 まず、図1を参照して、互いに周波数帯の異なる複数の信号の送受信を1つのアンテナで共有するためのアンテナスイッチ回路の構成の一例について説明する。図1は、アンテナスイッチ回路の概略的な回路構成の一例について説明するための説明図であり、互いに周波数帯の異なる2つの信号の送受信を1つのアンテナで共有するSPDT構成のアンテナスイッチ回路の一例を示している。
 図1に示すように、アンテナスイッチ回路100は、アンテナ端子Dantと、送受信端子D1a及びD1bとを有する。また、アンテナスイッチ回路100は、アンテナ端子Dantと送受信端子D1aとの間にシリーズ部101aを有し、送受信端子D1aと基準電位(以降では、「GND端子」とも称する)との間にシャント部103aを有する。シリーズ部101aは、複数のトランジスタTra11~Tra1Nが直列に接続されたトランジスタ群により構成される。また、シャント部103aは、複数のトランジスタTra21~Tra2Mが直列に接続されたトランジスタ群により構成される。同様に、アンテナスイッチ回路100は、アンテナ端子Dantと送受信端子D1bとの間にシリーズ部101bを有し、送受信端子D1bとGND端子との間にシャント部103bを有する。シリーズ部101b及びシャント部103bは、シリーズ部101a及びシャント部103aと同様に、複数のトランジスタが直列に接続されたトランジスタ群により構成される。
 シリーズ部101a及び101bと、シャント部103a及び103bとのそれぞれは、導通状態とする場合には、各トランジスタに対して、ゲート電圧として昇圧電圧(例えば、6V)が与えられ、バックゲート電圧として設置電圧(例えば、0V)が与えられる。また、遮断状態(即ち、非導通状態)とする場合には、各トランジスタに対して、ゲート電圧及びバックゲート電圧のそれぞれとして降圧電圧(例えば、-5V)が与えられる。なお、以降の説明では、シリーズ部101a及び101bを特に区別しない場合には、単に「シリーズ部101」と称する場合がある。同様に、シャント部103a及び103bを特に区別しない場合には、単に「シャント部103」と称する場合がある。
 アンテナスイッチ回路100は、例えば、アンテナ端子Dantと送受信端子D1aとの間が導通状態に制御される場合には、アンテナ端子Dantと送受信端子D1bとの間は遮断状態に制御される。この場合には、シリーズ部101aは導通状態に制御され、シャント部103aは遮断状態に制御される。また、このときシリーズ部101bは遮断状態に制御され、シャント部103bは導通状態に制御される。
 また、アンテナスイッチ回路100は、アンテナ端子Dantと送受信端子D1bとの間が導通状態に制御される場合には、アンテナ端子Dantと送受信端子D1aとの間は遮断状態に制御される。この場合には、シリーズ部101bは導通状態に制御され、シャント部103bは遮断状態に制御される。また、このときシリーズ部101aは遮断状態に制御され、シャント部103aは導通状態に制御される。
 以上のような構成のもと、アンテナスイッチ回路100は、例えば、送受信端子D1a及びD1bのそれぞれに対して、互いに異なる周波数帯の信号が入出力される。より具体的な一例として、送受信端子D1aに対して高周波数帯の信号が入出力され、送受信端子D1bに対して低周波数帯の信号が入出力される。即ち、アンテナを介して高周波数帯の信号を送受信する場合には、アンテナ端子Dantと送受信端子D1aとの間(換言すると、シリーズ部101a)が導通状態に制御され、アンテナ端子Dantと送受信端子D1bとの間(換言すると、シリーズ部101b)は遮断状態に制御される。また、アンテナを介して低周波数帯の信号を送受信する場合には、アンテナ端子Dantと送受信端子D1bとの間(換言すると、シリーズ部101b)が導通状態に制御され、アンテナ端子Dantと送受信端子D1aとの間(換言すると、シリーズ部101a)は遮断状態に制御される。
 なお、上記では、アンテナスイッチ回路の構成の一例として、1つのアンテナ端子Dantに対して、2つの送受信端子D1a及びD1bを選択的に接続するSPDT構成について説明したが、必ずしも上述した構成のみには限定されない。例えば、1つのアンテナ端子Dantに対して、3以上の送受信端子が選択的に接続可能に構成されていてもよい。より具体的な一例として、1つのアンテナ端子Dantに対して、8つの送受信端子を選択的に接続可能に構成したSP8Tや、10の送受信端子を選択的に接続可能に構成したSP10T等が挙げられる。
 例えば、図2は、アンテナスイッチ回路の構成の他の一例について説明するための説明図であり、SP8T構成のアンテナスイッチ回路の一例を示している。
 即ち、図2に示すように、SP8T構成のアンテナスイッチ回路100’は、アンテナ端子Dantと、8つの送受信端子D1a~D1hとを有する。また、アンテナ端子Dantと送受信端子D1a~D1hのそれぞれとの間にはシリーズ部101(即ち、シリーズ部101a~101h)が介在し、送受信端子D1a~D1hのそれぞれとGND端子との間にはシャント部103(即ち、シャント部103a~101h)が介在する。
 以上のような構成のもと、アンテナスイッチ回路100’は、例えば、送受信端子D1a~D1hのそれぞれに対して、互いに異なる周波数帯の信号が入出力される。そして、送受信端子D1a~D1hのいずれかがアンテナ端子Dantに接続される場合には、他の送受信端子は、アンテナ端子Dantとの間の接続が遮断されるようにシリーズ部101a~101h及びシャント部103a~103hの接続状態が制御される。
 より具体的には、アンテナ端子Dantと送受信端子D1aとの間(換言すると、シリーズ部101a)が導通状態に制御されている場合には、アンテナ端子Dantと送受信端子D1b~D1hのそれぞれとの間(換言すると、シリーズ部101b~101h)は遮断状態に制御される。即ち、この場合には、送受信端子D1aに対して入出力される信号が、アンテナを介して送受信されることとなる。
 以上、図1及び図2を参照して、互いに周波数帯の異なる複数の信号の送受信を1つのアンテナで共有するためのアンテナスイッチ回路の構成の一例について説明した。
  <1.2.アンテナスイッチ回路の検討>
 次いで、図3及び図4を参照して、アンテナスイッチ回路の特性について説明したうえで、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路の課題について整理する。
 アンテナスイッチに求められる特性としては、「Insertion loss」、「Isolation」、及び「Harmonics、IIP3、IMD」等が挙げられる。「Insertion loss」は、アンテナやPA(Power Amp)からの信号を低損失で通過させる特性を示している。また、「Isolation」は、周辺回路への信号の漏えいを抑制する特性を示している。また、「Harmonics、IIP3、IMD」は、不要な電波の放出を抑制する(即ち、歪みを低減する)特性を示している。
 「Insertion loss」及び「Isolation」をより良好にするための手法としては、オン状態のトランジスタ(図1におけるシリーズ部)の抵抗(オン抵抗Ron)と、オフ状態のトランジスタの容量(オフ容量Coff)の積(Ron*Coff)の低減が挙げられる。また、「Harmonics、IIP3、IMD」をより良好にするための手法としては、トランジスタの各接合容量や拡散層抵抗の非線形性(電圧依存)の改善が挙げられる。
 また、アンテナスイッチは、入力電圧が高い傾向にあり、トランジスタ単体で耐圧(即ち、耐電圧)を確保することが困難な場合がある。そのため、図1を参照して説明したシリーズ部101及びシャント部103は、複数のトランジスタ(例えば、FET)を直列に多段接続(スタック)することで耐圧を確保する場合がある。なお、オン抵抗Ronやオフ容量Coffは、例えば、シリーズ部101として多段接続したトランジスタの段数に依存する。
 ここで、図3を参照して、「Insertion loss」についてより詳しく説明する。図3は、「Insertion loss」について説明するための説明図であり、最もシンプルなスイッチ回路の構成を、シリーズ部101のオン抵抗Ronと、シャント部103のオフ容量Coffとにより示した等価回路の一例を示している。なお、図3に示す回路のLoss(即ち、「Insertion loss」)は、以下に示す(式1)で表される。なお、以下に示す(式1)において、Pinは入力電力を示しており、Poutは出力電力を示している。
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 また、図4は、図3に示した等価回路における入力電力Pin及び出力電力Poutの周波数特性の一例を示している。図4において、縦軸は、入力Pinと出力Poutとの比Pout/Pinを示しており、横軸は周波数を示している。図3及び図4を参照するとわかるように、低周波数帯では、オン抵抗Ronの影響がより大きくなる。これに対して、高周波数帯では、オフ容量Coffの影響がより支配的となる。
 ここで、図1に示すアンテナスイッチ回路100に着目する。図1に示すアンテナスイッチ回路100においては、送受信端子D1aに接続された系(例えば、シリーズ部101a)が導通状態(オン状態)に制御されている場合には、他方の送受信端子D1bに接続された系(例えば、シリーズ部101b)は、遮断状態(オフ状態)に制御されている。ここで、多段接続されたトランジスタのオン抵抗Ronは直列抵抗となり、オフ容量Coffは直列容量となる。そのため、例えば、シリーズ部101の耐圧を確保するために、多段接続されるトランジスタの数(以降では、「スタック数」とも称する)を増やした場合には、オン抵抗Ronはより大きくなり、オフ容量Coffはより小さくなる。各トランジスタのゲート幅Wgをより大きくすることでオン抵抗Ronをより小さくすることが可能ではあるが、この場合には、オフ容量Coffがより大きくなり、アンテナスイッチ回路100のチップサイズもより大きくなる。
 また、近年では、複数の周波数帯を統合することにより通信チャネルを形成することで、通信のスループットを向上させる、所謂キャリアアグリゲーション(CA:Carrier Aggregation)と呼ばれる技術も実用化されている。そのため、前述したSP8TやSP10Tのように、SPDT構成よりもより多くの周波数帯の信号の送受信間において1つのアンテナを共有することが可能なアンテナスイッチ回路も提案されている。
 ここで、図3及び図4を参照して説明した特性に再度着目する。前述したように、低周波数帯では、オン抵抗Ronの影響がより大きくなり、高周波数帯では、オフ容量Coffの影響がより支配的となる。そのため、例えば、高周波数帯の信号の送受信に用いられるアンテナスイッチ回路(以降では、「ハイバンド用のアンテナスイッチ回路」とも称する)では、特性をより向上させるために、遮断状態に制御されている経路のオフ容量Coffの低減や、導通状態に制御されている経路のオン抵抗Ronの低減が求められる。具体的には、オフ容量Coffは、例えば、シリーズ部101を構成するトランジスタのスタック数を増加させることで低減させることが可能である。また、オン抵抗Ronは、例えば、シリーズ部101を構成するトランジスタのゲート幅Wgをより大きくすることで低減させることが可能である。ただし、ゲート幅Wgの拡大はチップサイズの拡大につながる可能性があり、その拡大幅には制約がある場合がある。そのため、例えば、トランジスタ自体のオン抵抗Ronをより低減することが求められる場合もある。
 また、低周波数帯の信号の送受信に用いられるアンテナスイッチ回路(以降では、「ローバンド用のアンテナスイッチ回路」とも称する)では、より高い耐圧が求められる。具体的には、シリーズ部101を構成するトランジスタのスタック数を増加させることでより高い耐圧を得ることが可能となる。一方で、スタック数の増加は、チップサイズの拡大につながる可能性がある。また、スタック数の増加に伴い、オン抵抗Ronも増大する。そのため、スタック数の過剰の増加を抑制するために、高耐圧のトランジスタ(FET)の使用が求められる場合もある。
 特に、オン抵抗Ronを低減することと、耐圧を上げることとはトレードオフの関係にある傾向が見られ、多バンドへの対応が求められるアンテナスイッチ回路においては、上述した低周波数帯及び高周波数帯それぞれの特性を踏まえたデバイス開発が求められる。そこで、本開示では、多バンドへ対応し、かつ、各周波数帯の信号の送受信をより好適な態様(特性)で実現することが可能なアンテナスイッチ回路と、当該アンテナスイッチ回路を適用した各種装置とについて提案する。
 <<2.技術的特徴>>
 以下に、本開示の一実施形態に係るアンテナスイッチ回路の技術的特徴について説明する。
  <2.1.概要>
 まず、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路の技術的特徴の概要について説明する。本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100では、各送受信端子に接続されたシリーズ部101(即ち、直列に接続されたトランジスタ群)それぞれには、当該送受信端子に入出力される信号の周波数に応じて、互いに異なる電力の信号が入力される。
 そこで、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100において、各シリーズ部101は、入力される信号の電力の違いに応じたオン抵抗Ronを有するように構成される。より具体的には、より電力の高い信号が入出力される送受信端子に接続されたシリーズ部101は、より電力の低い信号が入出力される送受信端子に接続されたシリーズ部101よりも、より小さいオン抵抗を有するように構成される。また、より電力の低い信号が入出力される送受信端子に接続されたシリーズ部101は、より電力の高い信号が入出力される送受信端子に接続されたシリーズ部101よりも、より高い耐圧を有するように構成される。このような構成を実現することで、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100は、高周波数帯及び低周波数帯のような各周波数帯で求められる特性を達成する。
 一方で、前述したように、オン抵抗Ronをより低減させた場合に、デバイスの耐圧も低下する場合がある。そのため、例えば、高周波数帯の信号が入力される系(即ち、「高周波数帯側のシリーズ部101」)と、低周波数帯の信号が入力される系(即ち、「低周波数帯側のシリーズ部101」)とでは、デバイスに対して相反する特性が要求されることとなる。
 そこで、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100では、高周波数帯側及び低周波数帯側それぞれのシリーズ部101に用いられるトランジスタの素子パラメータや、各シリーズ部101のスタック数を調整することで、各シリーズ部101に要求される特性を実現する。なお、このとき、高周波数帯側及び低周波数帯側それぞれのシリーズ部101間において、当該素子パラメータと当該スタック数とのうち少なくとも一部は異なっていてもよいことは言うまでもない。以降では、上述した本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100の構成を実現するための構成や手法についてより詳しく説明する。
  <2.2.半導体素子の構成>
 まず、図5及び図6を参照して、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100において、シリーズ部101及びシャント部103を構成するトランジスタ群や、当該トランジスタ群に適用されるトランジスタ等の半導体素子の構成の一例について説明する。
 例えば、図5は、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路で適用されるトランジスタ(FET)の概略的な構成の一例について説明するための説明図であり、当該トランジスタをSOI(Silicon on Insulator)基板上に形成した場合の一例を示している。なお、図5においては、図面の横方向、縦方向、及び奥行き方向を、それぞれx方向、z方向、及びy方向としている。
 図5に示すように、本実施形態に係るトランジスタ400において、SOI基板410は、支持基板411の上に埋込み酸化膜層412及び半導体層413を有している。また、ゲート電極420は、ゲート酸化膜419を介して半導体層413の上に設けられる。
 具体的な一例として、SOI基板410は、例えば、高抵抗シリコン(Si)基板よりなる支持基板411の上に、シリコン酸化膜(SiO2)よりなる埋込み酸化膜層412及びシリコン(Si)よりなる半導体層413を有している。半導体層413は、ゲート電極420の下方の第1の領域A1と、それ以外の第2の領域A2とを有している。第2の領域A2のうち、一方にソース領域A2sが設けられ、他方にドレイン領域A2dが設けられている。また、ソース領域A2s及びドレイン領域A2dには、高濃度拡散層であるソース拡散層413s及びドレイン拡散層413dが、ソース領域A2s及びドレイン領域A2dの厚み方向全体にわたって(上面から下面まで)設けられている。
 また、ゲート電極420は、シリコン酸化膜(SiO2)よりなるゲート酸化膜419を介して半導体層413の上に設けられる。また、ソース領域A2sには、ソース側コンタクトプラグ430sを介してソース電極440sが電気的に接続されている。同様に、ドレイン領域A2dには、ドレイン側コンタクトプラグ430dを介してドレイン電極440dが電気的に接続されているなお、前述したように、本実施形態に係る半導体装置においては、シリーズ部101及びシャント部103は、複数のトランジスタを直列に接続して構成される。そのため、図5に示したトランジスタ400を、シリーズ部101及びシャント部103を構成する各トランジスタとして適用する場合には、ソース側の各構成は、直列に接続された他のトランジスタのドレイン側の各構成として動作し得る。
 次いで、図6を参照して、シリーズ部101やシャント部103を構成するトランジスタ群の概略的な構成の一例について説明する。図6は、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路において適用されるトランジスタ群の概略的な構成の一例について説明するための説明図である。図6では、図面の横方向、縦方向、及び奥行き方向を、それぞれx方向、y方向、及びz方向としている。なお、図6におけるx方向、y方向、及びz方向のそれぞれぞれは、図5におけるx方向、y方向、及びz方向に対応している。即ち、図6に示すトランジスタ群は、例えば、図5に示したトランジスタ400をx方向に沿って直列に複数接続することで構成されている。
 図6において、参照符号420は、各トランジスタのゲート電極を示しており、図5に示すトランジスタ400のゲート電極420に対応している。即ち、図6に示す例では、各トランジスタのゲート電極420は、x方向に沿って並列に配置されることとなる。なお、このとき、各トランジスタのゲート電極420は、例えば、図6に示すように、連結部421により接続されていてもよい。また、参照符号440は、互いに隣接するように直列に接続された各トランジスタのソース電極及びドレイン電極(以降では、「S/D電極」とも称する)に相当する。即ち、図6に示すS/D電極440は、図5に示すトランジスタ400のソース電極440s及びドレイン電極400dに対応している。
 ここで、図5及び図6における参照符号Lgは、各トランジスタのゲート長を示している。図6における参照符号Wgは、各トランジスタのゲート幅を示している。また、図5における参照符号Wは、ソースゲート間の物理的距離を示している。同様に、参照符号Wは、ゲートドレイン間の物理的距離を示している。また、参照符号Wは、ソースドレイン間の物理的距離を示している。また、参照符号Wは、ゲート酸化膜419の厚さを示している。なお、図5及び図6において、参照符号Lg、Wg、及びW1~W4のそれぞれで示された各部の距離が、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100のシリーズ部101及びシャント部103を構成する各トランジスタの素子パラメータの一例に相当する。即ち、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100では、高周波数帯側のシリーズ部101と、低周波数帯側のシリーズ部101とのそれぞれで要求される特性を、各シリーズ部101を構成するトランジスタの当該素子パラメータを調整することで実現する。
 以上、図5及び図6を参照して、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100において、シリーズ部101及びシャント部103を構成するトランジスタ群と、当該トランジスタ群に適用されるトランジスタと、のような半導体素子の構成の一例について説明した。なお、上記に説明した半導体素子の構成はあくまで一例であり、同様の機能を実現可能であれば、少なくとも一部の構成を適宜他の構成に置き換えてもよい。具体的な一例として、シリーズ部101及びシャント部103を構成するトランジスタ群や、当該トランジスタ群に適用されるトランジスタ等は半絶縁性基板上に形成されていてもよい。
  <2.3.実施例>
 続いて、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100の実施例として、前述した各シリーズ部101に用いられるトランジスタの素子パラメータを調整することで、各シリーズ部101に要求される特性を実現する手法の一例について説明する。なお、本説明では、本実施形態の特徴をよりわかりやすくするために、素子パラメータとして、トランジスタのゲート長Lgを調整する場合に着目して説明する。
 (ゲート長とオン抵抗及び耐圧との関係)
 まず、図7及び図8を参照して、各トランジスタのゲート長Lgと、オン抵抗Ron及び耐圧それぞれとの関係について説明する。例えば、図7は、ゲート長Lgとオン抵抗Ronとの間の関係について説明するための説明図である。図7において、横軸はゲート長Lgを示しており、縦軸はオン抵抗Ronを示している。図7に示すように、トランジスタのゲート長Lgがより長くなるほど、当該トランジスタのオン抵抗Ronはより大きくなる傾向にある。また、図8は、ゲート長Lgと耐圧との間の関係の一例について説明するための説明図である。図8において、横軸はゲート長Lgを示しており、縦軸は耐圧を示している。図8に示すように、トランジスタのゲート長Lgがより長くなるほど、当該トランジスタの耐圧はより高くなる傾向にある。
 (実施例1:ゲート長の調整による特性の変化のシミュレーション)
 次いで、実施例1として、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100において、素子パラメータとしてゲート長Lgを調整した場合における特性の変化について、シミュレーション結果の一例を説明する。なお、本シミュレーションでは、高周波数帯側のシリーズ部101aの各トランジスタのゲート長Lgを調整した場合における、高周波数帯側の系と低周波数帯側の系とのそれぞれにおけるロスの変化をシミュレートした。
 まず、本シミュレーションの条件に付いて説明する。本シミュレーションでは、図1に示したアンテナスイッチ回路100をシミュレーションの対象とする。なお、シミュレーションの対象とするアンテナスイッチ回路100において、送受信端子D1aに接続された系(例えば、シリーズ部101a及びシャント103a)が、高周波数帯側の系として、高周波数帯の信号の送受信に利用される。また、送受信端子D1bに接続された系(例えば、シリーズ部101b及びシャント103b)については、低周波数帯側の系として、低周波数帯の信号の送受信に利用されるものとする。
 また、シミュレーションの対象となるアンテナスイッチ回路100においては、シリーズ部101a及び101bのそれぞれを、ゲート幅Wgが2mmのトランジスタを用いて構成し、当該トランジスタのスタック数を7としている。また、シャント部103a及び103のそれぞれについては、ゲート幅Wgが1mmのトランジスタを用いて構成し、当該トランジスタのスタック数を6としている。なお、本説明では、本実施形態の特徴をよりわかりやすくするために、高周波数帯側及び低周波数帯側それぞれのシリーズ部101のトランジスタのスタック数を同様の値としているが、各シリーズ部101のスタック数は必ずしも同じでなくてもよい。
 また本説明においては、高周波数帯側の系におけるシリーズ部101aのゲート長Lgと、オン抵抗Ronと、オフ容量Coffとを、当該ゲート長Lgが所定の長さの場合を基準状態とした相対値として示す。即ち、ゲート長Lg=1(相対値)の場合における、高周波数帯側の系のオン抵抗Ron及びオフ容量Coffを、それぞれRon=1、Coff=1とする。なお、低周波数帯側の系については、高周波数帯側の系の基準状態と同様の構成としている。即ち、低周波数帯側の系については、Lg=1、Ron=1、Coff=1となる。
 以上のような構成のもとで、高周波数帯側の系におけるシリーズ部101aのゲート長LgをLg=1とした場合(即ち、基準状態)と、Lg=0.8とした場合(即ち、ゲート長Lgを基準状態から20%短くした場合)とのそれぞれについて、高周波数帯側の系と低周波数帯側の系とのそれぞれにおけるロスの変化をシミュレートした。なお、高周波数帯側の系におけるシリーズ部101aのゲート長Lgを、Lg=0.8とした場合には、当該高周波数帯側の系のオン抵抗Ron及びオフ容量Coffは、それぞれを相対値で示すと、Ron=0.9、Coff=1.1となった。
 例えば、図9及び図10は、本開示の一実施例に係るアンテナスイッチにおける、高周波数帯側の系のロスの変化のシミュレーション結果の一例を示している。
 具体的には、図9は、高周波数帯側の系においてシリーズ部101aの各トランジスタのゲート長Lgを調整した場合における、高周波数帯側の系におけるロスの変化のシミュレーション結果の一例を示している。なお、図9において、横軸は入出力される信号の周波数(GHz)を示しており、縦軸はロス(dB)を示している。また、図9では、Lg=1の場合と、Lg=0.8の場合とのそれぞれについてシミュレーション結果を示している。また、図10は、図9に示すシミュレーション結果を、Lg=1の場合を基準としてロスの改善量を相対値として示したグラフである。図10において、横軸は図9と同様に入出力される信号の周波数(GHz)を示している。また、縦軸については、ロスの改善量を、Lg=1の場合を基準とした相対値で示している。
 図9に示すように、Lg=1の場合と、Lg=0.8の場合とのいずれのシミュレーション結果においても、入出力される信号の周波数がより高くなるほど、ロスがより大きくなる傾向にある。また、Lg=0.8の場合には、Lg=1の場合に比べて、入出力される信号の周波数全体に亘って、ロスがより小さくなっていることがわかる。また、図10を参照するとわかるように、高周波数帯側の系においては、同系におけるシリーズ部101の各トランジスタのゲート長を20%短くすることにより、入出力される信号の周波数全体に亘って、約20%のロスの改善が見込まれることがわかる。
 次いで、高周波数帯側の系においてシリーズ部101aの各トランジスタのゲート長Lgを調整した場合における、低周波数帯側の系におけるロスの変化のシミュレーション結果について説明する。例えば、図11及び図12は、本開示の一実施例に係るアンテナスイッチにおける、低周波数帯側の系のロスの変化のシミュレーション結果の一例を示している。
 具体的には、図11は、高周波数帯側の系においてシリーズ部101aの各トランジスタのゲート長Lgを調整した場合における、低周波数帯側の系におけるロスの変化のシミュレーション結果の一例を示している。なお、図11において、横軸は入出力される信号の周波数(GHz)を示しており、縦軸はロス(dB)を示している。また、図11では、Lg=1の場合と、Lg=0.8の場合とのそれぞれについてシミュレーション結果を示している。また、図12は、図11に示すシミュレーション結果を、Lg=1の場合を基準としてロスの改善量を相対値として示したグラフである。図12において、横軸は図11と同様に入出力される信号の周波数(GHz)を示している。また、縦軸については、ロスの改善量を、Lg=1の場合を基準とした相対値で示している。
 図11に示すように、Lg=1の場合と、Lg=0.8の場合とのいずれのシミュレーション結果においても、入出力される信号の周波数がより高くなるほど、ロスがより大きくなる傾向にある。また、図11及び図12を参照するとわかるように、Lg=0.8の場合には、オフ容量Coffの増大による影響を受けて、Lg=1の場合に比べて、高周波側においてロスがより大きくなる(即ち、特性が劣化する)傾向にある。その一方で、Lg=0.8の場合においても、低周波側については、Lg=1の場合に比べた特性の劣化の影響が極めて小さいことがわかる。
 以上、図9及び図10に示すように、高周波数帯側の系のシリーズ部101aを構成する各トランジスタのゲート長Lgをより短くすることで、当該高周波数帯側の系のロスをより低減することが可能となる。また、この場合においても、図11及び図12に示すように、低周波数帯側の系においては、高周波数帯側の系において当該ゲート長Lgをより短くした場合においても、低周波側(即ち、実際に入出力される信号の周波数帯)においては、特性の劣化の影響が極めて小さいことがわかる。即ち、図9~図12に示したシミュレーション結果から、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100においては、各送受信端子に対して入出力される信号の周波数帯に応じて、当該送受信端子に接続された系の特性をより改善することが可能であることがわかる。
 (実施例2:各パラメータと特性との関係)
 続いて、実施例2として、図13~図15を参照して、ゲート長Lgやトランジスタのスタック数等のパラメータと、各送受信端子に接続された系の特性との関係についてより詳しく説明する。図13~図15は、本開示の一実施例に係るアンテナスイッチ回路の特性のシミュレーション結果の一例を示している。
 例えば、図13は、シリーズ部101を構成するトランジスタのゲート長Lgと、当該シリーズ部101を含む系の特性との間の関係のシミュレーション結果の一例を示している。図13では、当該特性として、当該シリーズ部101を含む系のオン抵抗Ron、オフ容量Roff、及びオン抵抗とオフ容量との積RonRoffを、トランジスタのゲート長Lgが所定の長さの場合を基準状態とした相対値として示している。即ち、ゲート長Lg=1(相対値)の場合における、オン抵抗Ron、オフ容量Coff、及びオン抵抗とオフ容量との積RonRoffを、それぞれRon=1、Coff=1、RonCoff=1としている。図13に示すように、ゲート長Lgがより短くなるほど、オン抵抗Ronはより小さくなり、オフ容量Coffはより大きくなる傾向にある。
 また、図14は、図13に示す例と同様の構成において、シリーズ部101を構成するトランジスタのゲート長Lgと、当該シリーズ部101を含む系の特性との間の他の関係のシミュレーション結果の一例を示している。図14では、当該特性として、当該シリーズ部101を含む系の耐圧を、図13に示す例と同様に、トランジスタのゲート長Lgが所定の長さの場合を基準状態とした相対値として示している。即ち、ゲート長Lg=1(相対値)の場合における耐圧を1としている。図14に示すように、ゲート長Lgがより短くなるほど、耐圧はより低くなる傾向にある。
 例えば、ゲート長Lg=0.9とした場合には、図13に示すように、系のオン抵抗Ron=0.95となり、オフ容量Coff=1.05となる。また、図14に示すように、このときの当該系の耐圧は約0.91となる。
 また、ゲート長Lg=0.8とした場合には、図13に示すように、系のオン抵抗Ron=0.9となり、オフ容量Coff=1.1となる。また、図14に示すように、このときの当該系の耐圧は約0.82となる。
 なお、図13において、参照符号R11及びR13で示した範囲は、例えば、系に対して要求されるオン抵抗Ron及びオフ容量Roffの特性の範囲を模式的に示したものである。同様に、図14において、参照符号R21及びR23で示した範囲は、系に対して要求される耐圧の特性の範囲を模式的に示したものである。なお、図13における範囲R11と、図14における範囲R21とが対応している。同様に、図13における範囲R13と、図14における範囲R23とが対応している。
 次いで、図15に着目する。図15は、シリーズ部101を構成するトランジスタ群のスタック数と、当該シリーズ部101を含む系の耐圧との関係のシミュレーション結果の一例を示している。なお、図15では、図13及び図14に示す例と同様に、トランジスタのゲート長Lgが所定の長さであり、かつスタック数が4の場合を基準状態とした相対値として示している。また、図15においては、トランジスタのゲート長Lgが、Lg=1、Lg=0.9、及びLg=0.8の場合のそれぞれについてシミュレーション結果を示している。
 図15を参照するとわかるように、シリーズ部101を構成するトランジスタ群のスタック数が増加するほど、当該シリーズ部101を含む系の耐圧は増加する傾向にある。一方で、各トランジスタのゲート長Lgがより短くなると、耐圧はより低くなる傾向にある。そのため、各トランジスタのゲート長Lgをより短くした場合には、耐圧を維持するためには、トランジスタ群のスタック数を増加させる必要がある。
 以上を踏まえ、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100においては、各系(即ち、各送受信端子に接続される系)に要求される特性に応じて、シリーズ部101を構成するトランジスタ群のスタック数と、当該トランジスタ群を構成する各トランジスタのゲート長Lgとを適宜調整すればよい。
 (素子パラメータのバリエーションについて)
 なお、上述した例では、トランジスタの素子パラメータとしてゲート長Lgを調整することで系の特性を変化させる場合に着目して説明した。一方で、調整対象となる素子パラメータは、ゲート長Lgのみには限定されない。具体的な一例として、図5を参照して説明した、ソースゲート間の物理的距離W、ゲートドレイン間の物理的距離W、ソースドレイン間の物理的距離W、及びゲート酸化膜の厚さWのうち少なくともいずれか調整することでも、系の特性(例えば、オン抵抗Ronやオフ容量Coff等)を変化させることが可能である。
 例えば、ソースゲート間の物理的距離W、ゲートドレイン間の物理的距離W、及びソースドレイン間の物理的距離Wをより短くすることで、オン抵抗Ronを低減させることが可能である。また、ゲート酸化膜の厚さWの厚さをより薄く形成した場合においても、オン抵抗Ronを低減させることが可能である。
 このような特性を利用し、例えば、高周波数帯側の系については、シリーズ部101を構成する各トランジスタのゲート酸化膜を、低周波数帯側の系よりもより薄く形成してもよい。このような構成により、高周波数帯側の系について、シリーズ部101を構成する各トランジスタのゲート長Lgを、低周波数帯側の系よりもより短くなるように調整した場合と同様の効果を期待することが可能となる。
 以上、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100の実施例として、前述した各シリーズ部101に用いられるトランジスタの素子パラメータを調整することで、各シリーズ部101に要求される特性を実現する手法の一例について説明した。
  <2.4.適用例>
 続いて、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100の適用例として、当該アンテナスイッチ回路100を適用した無線通信装置の構成の一例について説明する。例えば、図16は、本実施形態の適用例について説明するための説明図であり、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100を適用した無線通信装置1の機能構成の一例を示している。
 図16に示すように、無線通信装置1は、フロントエンドモジュール10と、アンテナ素子20と、無線部(RF部)30と、ベースバンドプロセッサ40と、アプリケーションプロセッサ50とを含む。
 無線部30は、アンテナ素子20を介して外部装置(例えば、基地局)と無線通信を行うための構成である。無線部30は、ベースバンドプロセッサ40から出力されるベースバンド信号を、当該ベースバンド信号の送信に利用する周波数帯の搬送波で変調する。そして、無線部30は、変調後の信号(送信信号)を、フロントエンドモジュール10を介してアンテナ素子20から無線信号として送信させる。また、無線部30は、アンテナ素子20が受信した外部装置からの受信信号を、フロントエンドモジュール10を介して取得し、取得した受信信号を復調することでベースバンド信号に変換する。そして、無線部30は、受信信号が変換されたベースバンド信号をベースバンドプロセッサ40に出力する。
 ベースバンドプロセッサ40は、アプリケーションプロセッサ50から送信データを取得し、取得した当該送信データを無線通信に基づき送信するためのベースバンド信号を生成する。そして、ベースバンドプロセッサ40は、送信データに基づき生成したベースバンド信号を無線部30に出力する。また、ベースバンドプロセッサ40は、受信信号から変換されたベースバンド信号を無線部30から取得する。この場合には、ベースバンドプロセッサ40は、取得したベースバンド信号を受信データに変換し、変換された受信データをアプリケーションプロセッサ50に出力する。
 なお、無線部30及びベースバンドプロセッサ40としては、公知の技術を用いることが可能であるため、より詳細な説明については省略する。
 アプリケーションプロセッサ50は、各種機能(アプリケーション)を実行するための構成である。例えば、アプリケーションプロセッサ50は、各種機能の実行結果に基づき外部装置に送信する送信データを生成し、生成した送信データをベースバンドプロセッサ40に出力する。また、アプリケーションプロセッサ50は、ベースバンドプロセッサ40から受信データを取得し、取得した受信データに基づき所望の機能を実行してもよい。
 フロントエンドモジュール10は、アンテナ素子20と無線部30との間に介在し、当該アンテナ素子20と当該無線部30との間の信号の送受信を、当該信号の周波数帯ごとに選択的に切り替える。例えば、図17は、本実施形態の適用例について説明するための説明図であり、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100を適用したフロントエンドモジュール10の機能構成の一例を示している。
 図17に示すように、フロントエンドモジュール10は、アンテナスイッチ回路100と、デュプレクサ110a~110dと、パワーアンプ130a~130dと、フィルタ150a~150dとを含む。
 図17にアンテナスイッチ回路100は、前述した本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100に相当する。なお、図17に示す例では、アンテナ素子20に接続されたアンテナ端子Dantと、4つの送受信端子D1a~D1dとの間の接続関係を選択的に切り替え可能に構成されている。即ち、図17に示す例では、送受信端子D1a~D1dそれぞれに対して、互いに異なる周波数帯の信号が入出力される。
 送受信端子D1aには、デュプレクサ110aを介してパワーアンプ130a及びフィルタ150aが接続されている。より具体的には、無線部30から出力された所定の周波数帯の送信信号は、パワーアンプ130aにより増幅されたうえで、デュプレクサ110aを介してアンテナスイッチ回路100の送受信端子D1aに入力される。また、当該周波数帯の受信信号は、送受信端子D1aからデュプレクサ110aを介してフィルタ150aに入力され、当該フィルタ150aにより当該受信信号のうち所定の周波数帯の信号が抽出されて無線部30に出力される。デュプレクサ110aは、送受信端子D1aに入力する送信信号と、当該送受信端子D1aから出力される受信信号とを分波するための構成である。なお、デュプレクサ110a、パワーアンプ130a、及びフィルタ150aとしては、公知の技術を用いることが可能なため詳細な説明は省略する。
 なお、送受信端子D1b~D1dに接続された構成についても、入出力される信号の周波数帯が異なる点を除けば、送受信端子D1aに接続された構成と同様である。即ち、送受信端子D1bには、デュプレクサ110bを介してパワーアンプ130b及びフィルタ150bが接続されている。また、送受信端子D1cには、デュプレクサ110cを介してパワーアンプ130c及びフィルタ150cが接続されており、送受信端子D1dには、デュプレクサ110dを介してパワーアンプ130d及びフィルタ150dが接続されている。
 以上のような構成により、フロントエンドモジュール10は、アンテナ素子20と無線部30との間の信号の送受信を、当該信号の周波数帯ごとに選択的に切り替えることが可能となる。なお、フロントエンドモジュール10が、「モジュール装置」の一例に相当する。
 以上、図16及び図17を参照して、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100の適用例として、当該アンテナスイッチ回路100を適用した無線通信装置の構成の一例について説明した。なお、図17に示した、フロントエンドモジュール10と、アンテナ素子20と、無線部(RF部)30と、ベースバンドプロセッサ40と、アプリケーションプロセッサ50とのうち、少なくとも一部の2以上の構成は、1つのチップとして構成されていてもよい。
 <<3.むすび>>
 以上説明したように、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100を構成する半導体装置は、複数の送受信端子と、当該送受信端子ごとに設けられシリーズ部とを備える。また、当該シリーズ部は、複数のトランジスタが直列に接続されて構成されている。このような構成のもと、当該半導体装置においては、送受信端子ごとに接続されたシリーズ部(即ち、トランジスタ群)は、互いに異なるオン抵抗を有し、互いに電力の異なる信号が入力される。
 このような構成により、本実施形態に係るアンテナスイッチ回路100は、多バンドへ対応し、かつ、各周波数帯の信号の送受信に要求されるデバイス特性(例えば、「Insertion loss」)を、当該周波数帯ごとにより好適な態様で実現することが可能となる。これにより、当該アンテナスイッチ回路100を適用したフロントエンドモジュールや、当該フロントエンドモジュールを適用した無線通信装置の高性能化を図ることも可能となる。
 以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
 また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
 なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)
 複数の端子と、
 前記端子ごとに設けられ、かつ複数のトランジスタが直列に接続されてなる複数のトランジスタ群と、
 を備え、
 前記複数のトランジスタ群は、互いに異なるオン抵抗を有し、互いに電力の異なる信号が入力される、
 半導体装置。
(2)
 前記複数のトランジスタ群のうち、第1のトランジスタ群は、当該第1のトランジスタ群よりも電力の低い信号が入力される第2のトランジスタ群よりも、より高いオン抵抗を有する、前記(1)に記載の半導体装置。
(3)
 前記第2のトランジスタ群は、前記第1のトランジスタ群よりも高い耐電圧を有する、前記(2)に記載の半導体装置。
(4)
 前記第1のトランジスタ群を構成する第1のトランジスタと、前記第2のトランジスタ群を構成する第2のトランジスタとは、ゲート長、ソースゲート間の物理的距離、ゲートドレイン間の物理的距離、ソースドレイン間の物理的距離、及びゲート酸化膜の厚さのうち、少なくともいずれかの素子パラメータが異なる、前記(2)または(3)に記載の半導体装置。
(5)
 前記素子パラメータは、前記第1のトランジスタ群と前記第2のトランジスタ群との間のオン抵抗の違いに応じて、前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタとの間で異なる、前記(4)に記載の半導体装置。
(6)
 前記第1のトランジスタ群と前記第2のトランジスタ群とは、互い異なる耐電圧を有し、
 前記素子パラメータは、前記第1のトランジスタ群と前記第2のトランジスタ群との間の耐電圧の違いに応じて、前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタとの間で異なる、
 前記(4)または(5)に記載の半導体装置。
(7)
 前記複数の端子である複数の第1の端子とは異なる第2の端子を備え、
 前記複数の第1の端子それぞれに接続された前記トランジスタ群が選択的に導通状態に制御されることで、前記第2の端子と、当該複数の第1の端子それぞれとの間の接続関係が選択的に導通状態に制御される、
 前記(1)~(6)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(8)
 前記複数の端子と、前記複数のトランジスタ群とは、SOI基板上に形成される、前記(1)~(7)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(9)
 前記複数の端子と、前記複数のトランジスタ群とは、半絶縁性基板上に形成される、前記(1)~(7)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(10)
 アンテナに接続されるアンテナ端子と、
 前記アンテナ端子とは異なる複数の送受信端子と、
 前記送受信端子ごとに設けられ、複数のトランジスタが直列に接続された複数のトランジスタ群と、
 を備え、
 前記複数のトランジスタ群は、互いに異なるオン抵抗を有し、互いに電力の異なる信号が入力され、
 前記複数の送受信端子それぞれに接続された前記トランジスタ群が選択的に導通状態に制御されることで、前記アンテナ端子と、当該複数の送受信端子それぞれとの間の選択的に接続関係が導通状態に制御される、
 アンテナスイッチ回路。
(11)
 アンテナに接続されるアンテナ端子と、前記アンテナ端子とは異なる複数の送受信端子とを含み、前記アンテナ端子と前記複数の送受信端のそれぞれとの間の接続関係を選択的に切り替えるアンテナスイッチ回路と、
 前記複数の送受信端子それぞれに接続され、当該送受信端子に対して入力される送信信号と、当該送受信端子から出力される受信信号とを分波するデュプレクサと、
 を備え、
 前記アンテナスイッチ回路は、前記送受信端子ごとに設けられ、かつ複数のトランジスタが直列に接続されてなる複数のトランジスタ群を含み、
 前記複数のトランジスタ群は、互いに異なるオン抵抗を有し、互いに電力の異なる信号が入力され、
 前記複数の送受信端子それぞれに接続された前記トランジスタ群が選択的に導通状態に制御されることで、前記アンテナ端子と、当該複数の送受信端子それぞれとの間の接続関係が選択的に導通状態に制御される、
 モジュール装置。
(12)
 アンテナと、
 前記アンテナへの送信信号の入力と、前記アンテナで受信した受信信号の出力とを、周波数ごとに選択的に切り替えるフロントエンドモジュールと、
 を備え、
 前記フロントエンドモジュールは、
 前記アンテナに接続されるアンテナ端子と、前記アンテナ端子とは異なる複数の送受信端子とを含み、前記アンテナ端子と前記複数の送受信端のそれぞれとの間の接続関係を選択的に切り替えるアンテナスイッチ回路と、
 前記複数の送受信端子それぞれに接続され、当該送受信端子に対して入力される前記送信信号と、当該送受信端子から出力される前記受信信号とを分波するデュプレクサと、
 を備え、
 前記アンテナスイッチ回路は、前記送受信端子ごとに設けられ、かつ複数のトランジスタが直列に接続されてなる複数のトランジスタ群を含み、
 前記複数のトランジスタ群は、互いに異なるオン抵抗を有し、互いに電力の異なる信号が入力され、
 前記複数の送受信端子それぞれに接続された前記トランジスタ群が選択的に導通状態に制御されることで、前記アンテナ端子と、当該複数の送受信端子それぞれとの間の接続関係が選択的に導通状態に制御される、
 無線通信装置。
 1   無線通信装置
 10  フロントエンドモジュール
 100 アンテナスイッチ回路
 101 シリーズ部
 103 シャント部
 110a~110d デュプレクサ
 130a~130d パワーアンプ
 150a~150d フィルタ
 20  アンテナ素子
 30  無線部(RF部)
 40  ベースバンドプロセッサ
 50  アプリケーションプロセッサ

Claims (12)

  1.  複数の端子と、
     前記端子ごとに設けられ、かつ複数のトランジスタが直列に接続されてなる複数のトランジスタ群と、
     を備え、
     前記複数のトランジスタ群は、互いに異なるオン抵抗を有し、互いに電力の異なる信号が入力される、
     半導体装置。
  2.  前記複数のトランジスタ群のうち、第1のトランジスタ群は、当該第1のトランジスタ群よりも電力の低い信号が入力される第2のトランジスタ群よりも、より高いオン抵抗を有する、請求項1に記載の半導体装置。
  3.  前記第2のトランジスタ群は、前記第1のトランジスタ群よりも高い耐電圧を有する、請求項2に記載の半導体装置。
  4.  前記第1のトランジスタ群を構成する第1のトランジスタと、前記第2のトランジスタ群を構成する第2のトランジスタとは、ゲート長、ソースゲート間の物理的距離、ゲートドレイン間の物理的距離、ソースドレイン間の物理的距離、及びゲート酸化膜の厚さのうち、少なくともいずれかの素子パラメータが異なる、請求項2に記載の半導体装置。
  5.  前記素子パラメータは、前記第1のトランジスタ群と前記第2のトランジスタ群との間のオン抵抗の違いに応じて、前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタとの間で異なる、請求項4に記載の半導体装置。
  6.  前記第1のトランジスタ群と前記第2のトランジスタ群とは、互い異なる耐電圧を有し、
     前記素子パラメータは、前記第1のトランジスタ群と前記第2のトランジスタ群との間の耐電圧の違いに応じて、前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタとの間で異なる、
     請求項4に記載の半導体装置。
  7.  前記複数の端子である複数の第1の端子とは異なる第2の端子を備え、
     前記複数の第1の端子それぞれに接続された前記トランジスタ群が選択的に導通状態に制御されることで、前記第2の端子と、当該複数の第1の端子それぞれとの間の接続関係が選択的に導通状態に制御される、
     請求項1に記載の半導体装置。
  8.  前記複数の端子と、前記複数のトランジスタ群とは、SOI基板上に形成される、請求項1に記載の半導体装置。
  9.  前記複数の端子と、前記複数のトランジスタ群とは、半絶縁性基板上に形成される、請求項1に記載の半導体装置。
  10.  アンテナに接続されるアンテナ端子と、
     前記アンテナ端子とは異なる複数の送受信端子と、
     前記送受信端子ごとに設けられ、複数のトランジスタが直列に接続された複数のトランジスタ群と、
     を備え、
     前記複数のトランジスタ群は、互いに異なるオン抵抗を有し、互いに電力の異なる信号が入力され、
     前記複数の送受信端子それぞれに接続された前記トランジスタ群が選択的に導通状態に制御されることで、前記アンテナ端子と、当該複数の送受信端子それぞれとの間の選択的に接続関係が導通状態に制御される、
     アンテナスイッチ回路。
  11.  アンテナに接続されるアンテナ端子と、前記アンテナ端子とは異なる複数の送受信端子とを含み、前記アンテナ端子と前記複数の送受信端のそれぞれとの間の接続関係を選択的に切り替えるアンテナスイッチ回路と、
     前記複数の送受信端子それぞれに接続され、当該送受信端子に対して入力される送信信号と、当該送受信端子から出力される受信信号とを分波するデュプレクサと、
     を備え、
     前記アンテナスイッチ回路は、前記送受信端子ごとに設けられ、かつ複数のトランジスタが直列に接続されてなる複数のトランジスタ群を含み、
     前記複数のトランジスタ群は、互いに異なるオン抵抗を有し、互いに電力の異なる信号が入力され、
     前記複数の送受信端子それぞれに接続された前記トランジスタ群が選択的に導通状態に制御されることで、前記アンテナ端子と、当該複数の送受信端子それぞれとの間の接続関係が選択的に導通状態に制御される、
     モジュール装置。
  12.  アンテナと、
     前記アンテナへの送信信号の入力と、前記アンテナで受信した受信信号の出力とを、周波数ごとに選択的に切り替えるフロントエンドモジュールと、
     を備え、
     前記フロントエンドモジュールは、
     前記アンテナに接続されるアンテナ端子と、前記アンテナ端子とは異なる複数の送受信端子とを含み、前記アンテナ端子と前記複数の送受信端のそれぞれとの間の接続関係を選択的に切り替えるアンテナスイッチ回路と、
     前記複数の送受信端子それぞれに接続され、当該送受信端子に対して入力される前記送信信号と、当該送受信端子から出力される前記受信信号とを分波するデュプレクサと、
     を備え、
     前記アンテナスイッチ回路は、前記送受信端子ごとに設けられ、かつ複数のトランジスタが直列に接続されてなる複数のトランジスタ群を含み、
     前記複数のトランジスタ群は、互いに異なるオン抵抗を有し、互いに電力の異なる信号が入力され、
     前記複数の送受信端子それぞれに接続された前記トランジスタ群が選択的に導通状態に制御されることで、前記アンテナ端子と、当該複数の送受信端子それぞれとの間の接続関係が選択的に導通状態に制御される、
     無線通信装置。
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