JPH03138984A - Dual gate fet - Google Patents
Dual gate fetInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
高周波増幅等に用いて、電力利得や雑音指数の優れたデ
ュアルゲートFETであって、第2ゲートの電圧を固定
して用いるデュアルゲートFETに関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] This invention relates to a dual gate FET that is used in high frequency amplification, etc. and has excellent power gain and noise figure, and is used with the second gate voltage fixed. It is something.
第2ゲートの電圧を固定して用いるデュアルゲートFE
Tにおいて、ドレイン電極とソース電極との間に直列に
接続した第1の抵抗と第2の抵抗から、第2ゲートのし
きい値電圧に等しい電圧を取り出し、かつダンプ抵抗を
介して第2ゲートに固定バイアスを印加するように設定
したデュアルゲートFETである。第2ゲートの電圧を
しきい値電圧に等しくすれば、電力利得や雑音指数なら
びに混変調特性に優れ、ダンプ抵抗によって増幅等の安
定性を向上させることができる。Dual gate FE with fixed voltage of second gate
At T, a voltage equal to the threshold voltage of the second gate is extracted from a first resistor and a second resistor connected in series between the drain electrode and the source electrode, and is applied to the second gate through a dump resistor. This is a dual gate FET set to apply a fixed bias to. If the voltage of the second gate is made equal to the threshold voltage, the power gain, noise figure, and cross-modulation characteristics are excellent, and the stability of amplification etc. can be improved by using the dump resistor.
デュアルゲートFETには、4極MO3FETや4極接
合型FETや4極シヨツトキーゲート型FET等がある
。デュアルゲートであるためにミラー効果を小さくする
ことができるので高周波特性に優れている。特に高い電
力利得や雑音指数を得るのに、4極シヨツトキーゲート
FETが用いられる。Dual gate FETs include 4-pole MO3FETs, 4-pole junction FETs, and 4-pole shot key gate FETs. Since it is a dual gate, the mirror effect can be reduced, resulting in excellent high frequency characteristics. Four-pole Schottky gate FETs are used to obtain particularly high power gain and noise figure.
この4極シヨツトキーゲートFET(以下4極MESF
ETという)は、第7図に示すように、GaAs等の半
絶縁性の半導体基板1の表面に、窒化膜のような絶縁膜
2を用いて活性層3およびソース領域5aとドレイン領
域5bをイオン注入等によって形成した後、例えばAI
等のショットキー金属8によってショットキー障壁を形
成してさらに第1ゲート金属9aおよび第2ゲート金属
9bを形成する。ソースおよびドレイン領域にはオーミ
ック金属6を被着した後ソース電極7aおよびドレイン
電極7bを形成する。This 4-pole shot key gate FET (hereinafter referred to as 4-pole MESF)
ET), as shown in FIG. 7, an active layer 3, a source region 5a, and a drain region 5b are formed on the surface of a semi-insulating semiconductor substrate 1 made of GaAs or the like using an insulating film 2 such as a nitride film. After forming by ion implantation etc., for example, AI
A Schottky barrier is formed by a Schottky metal 8 such as, and a first gate metal 9a and a second gate metal 9b are further formed. After an ohmic metal 6 is deposited on the source and drain regions, a source electrode 7a and a drain electrode 7b are formed.
このようにして形成したデュアルゲートFETのドレイ
ン電極とソース電極間に所定の電圧を印加し、第1ゲー
ト電極に入力信号を加えて動作させるとき、第7図の活
性層3の領域にそれぞれのゲート電圧に依存した空乏層
4が生じて電流を制御することができる。ドレイン電圧
を0■としたとき空乏層の伸びが活性層の厚さに等しく
なったときのゲート電圧がしきい値電圧であるから、活
性層の厚さが薄ければデプレッション型、厚くなるとエ
ンハンスメント型になり易い。When a predetermined voltage is applied between the drain electrode and the source electrode of the dual gate FET thus formed and an input signal is applied to the first gate electrode to operate the dual gate FET, each region of the active layer 3 shown in FIG. A depletion layer 4 is generated depending on the gate voltage, and the current can be controlled. When the drain voltage is set to 0, the gate voltage when the extension of the depletion layer becomes equal to the thickness of the active layer is the threshold voltage, so if the active layer is thin, it is a depletion type, and if it is thick, it is an enhancement type. Easy to form.
一方、第2ゲート電極を接地もしくは固定バイアスを印
加して用いれば、ミラー効果が小さく、電力利得や雑音
指数に優れているので、高周波増幅に用いる場合は、固
定バイアスもしくは可変バイアスによって交流的に接地
した状態で用いることが多い。第8図に示す従来の4極
MESFETの回路図に示すように、ソース電極7aを
接地し、ドレイン電極7bにドレイン電圧を印加し、第
1ゲート電極9aに入力信号を加えて動作させるとき、
第2ゲート電極9bにバイアス抵抗10を介して最適動
作電圧を加えるようにしたものがある(特開昭64−4
9409号公報)。On the other hand, if the second gate electrode is grounded or a fixed bias is applied, the Miller effect is small and the power gain and noise figure are excellent. It is often used in a grounded state. As shown in the circuit diagram of the conventional 4-pole MESFET shown in FIG. 8, when the source electrode 7a is grounded, the drain voltage is applied to the drain electrode 7b, and the input signal is applied to the first gate electrode 9a, when the transistor is operated,
There is a device in which an optimum operating voltage is applied to the second gate electrode 9b via a bias resistor 10 (Japanese Patent Laid-Open No. 64-4
Publication No. 9409).
第2ゲート電極を接地する場合は、外付けの抵抗等の部
品は不要であるが、高周波特性が充分発揮されない。電
力利得や雑音指数を良くし、かつ混変調特性にも優れて
いるためには、第2ゲートのバイアス電圧を最適に設定
する必要があり、このバイアス電圧を印加するための抵
抗あるいは分岐抵抗をFETと一体的に形成する必要が
あった。When the second gate electrode is grounded, external components such as resistors are not required, but the high frequency characteristics are not sufficiently exhibited. In order to improve the power gain, noise figure, and cross-modulation characteristics, it is necessary to set the bias voltage of the second gate optimally. It was necessary to form it integrally with the FET.
また、バイアス電圧を印加したとき、インピーダンスの
不整合等による発振あるいは不安定性を除去する必要が
あった。Furthermore, when a bias voltage is applied, it is necessary to eliminate oscillation or instability due to impedance mismatch.
本発明は、前記課題を解決するために、ドレイン電極と
ソース電極との間に第1の抵抗と第2の抵抗を接続して
、その接続点から第3の抵抗を介して第2ゲートに、し
きい値に等しい電圧を印加するように、第1の抵抗と第
2の抵抗の比を設定することによって優れた特性を実現
するものである。In order to solve the above problems, the present invention connects a first resistor and a second resistor between the drain electrode and the source electrode, and connects the connection point to the second gate via the third resistor. Excellent characteristics are achieved by setting the ratio of the first resistance to the second resistance so that a voltage equal to the threshold value is applied.
第2ゲー、トのバイアス電圧が、しきい値電圧に比し小
さ過ぎれば電力利得が小さく、かつ雑音指数も高くなり
、また、しきい値電圧より高過ぎれば電力利得は飽和値
が得られるが、雑音指数は悪(なり、かつリニアリティ
が飽和領域のために悪(、従って混変調特性が悪くなる
。また、第3の抵抗をダンプ抵抗として用いれば、発振
や不安定性を軽減することができる。If the bias voltage of the second gate is too small compared to the threshold voltage, the power gain will be small and the noise figure will be high, and if it is too high than the threshold voltage, the power gain will reach a saturated value. However, the noise figure is bad (and the linearity is bad because it is in the saturation region), so the cross-modulation characteristics are bad. Also, if the third resistor is used as a dump resistor, oscillation and instability can be reduced. can.
本発明のデュアルゲートFETの代表、的な例として4
極MESFETについて、第1図ないし第6図を用いて
説明する。As a representative example of the dual gate FET of the present invention, 4
The polar MESFET will be explained using FIGS. 1 to 6.
まず、本発明の4極MESFETの等価回路図を第1図
に示す。ソース電極7aおよびドレイン電極7bと、第
1ゲート電極9aおよび第2ゲート電極9bとを有する
デュアルゲートFETであって、第2ゲート電極9bに
、しきい値に等しい電圧を印加するために、ドレイン電
極7bとソース電極7aとの間に第1の抵抗R811と
第2の抵抗R212を直列に接続する。このとき抵抗比
R2/III+R2が、しきい値電圧をVP% ドレ
イン電圧を■。First, an equivalent circuit diagram of the 4-pole MESFET of the present invention is shown in FIG. A dual gate FET having a source electrode 7a and a drain electrode 7b, and a first gate electrode 9a and a second gate electrode 9b, in which a voltage equal to a threshold voltage is applied to the second gate electrode 9b. A first resistor R811 and a second resistor R212 are connected in series between the electrode 7b and the source electrode 7a. At this time, the resistance ratio R2/III+R2 makes the threshold voltage VP% and the drain voltage .
とするときRt/ Rx + Rx0)値がv、/vo
に等しくなるようにR1とR,の比を設定する。通常
、チャンネル抵抗の値よりもRxおよびR1+の値を大
きく、例えば数十オームないし数キロオームの範囲で設
定するのが望ましい。この第1の抵抗11と第2の抵抗
12の接続点から、第3の抵抗R113を介して第2ゲ
ート電極9bに、実質的にしきい値に等しい電圧を印加
する。When Rt/Rx + Rx0) value is v, /vo
The ratio of R1 and R is set so that it is equal to . Normally, it is desirable to set the values of Rx and R1+ larger than the value of the channel resistance, for example, in the range of several tens of ohms to several kiloohms. A voltage substantially equal to the threshold value is applied from the connection point between the first resistor 11 and the second resistor 12 to the second gate electrode 9b via the third resistor R113.
次に、前述の抵抗を内蔵する4極MESFETの構造に
ついて第2図ないし第4図を用いて説明する。第2図に
本発明の4極MESFETの平面図、第3図にA−A断
面図、第4図にB−B断面図を示す。Next, the structure of the 4-pole MESFET incorporating the above-mentioned resistor will be explained using FIGS. 2 to 4. FIG. 2 shows a plan view of the 4-pole MESFET of the present invention, FIG. 3 shows a cross-sectional view along line AA, and FIG. 4 shows a cross-sectional view along line B-B.
第2図に示すように、ソース電極7aおよびドレイン電
極7bが、第1ゲート電極9aおよび第2ゲート電極9
bの両側に配置されたパターンを半導体基板1の表面に
形成している。本発明の主要な部分である固定バイアス
抵抗部分のA−A断面を第3図に、ダンプ抵抗部分のB
−B断面図を第4図を用いて説明する。As shown in FIG. 2, the source electrode 7a and the drain electrode 7b are connected to the first gate electrode 9a and the second gate electrode 9.
Patterns arranged on both sides of b are formed on the surface of the semiconductor substrate 1. Figure 3 shows the A-A cross section of the fixed bias resistor part, which is the main part of the present invention, and the B-A cross section of the dump resistor part.
-B sectional view will be explained using FIG.
第3図に示すように、ドレイン領域5bと第1の抵抗1
1および第2の抵抗12の領域をイオン注入または拡散
によって形成し、ドレイン部のオーミック金属6とドレ
イン電極7bが形成されている。As shown in FIG. 3, the drain region 5b and the first resistor 1
The regions of the first and second resistors 12 are formed by ion implantation or diffusion, and the ohmic metal 6 of the drain portion and the drain electrode 7b are formed.
この第1の抵抗11と第2の抵抗12は、ソースやドレ
イン領域よりも低濃度のN−として活性層の領域と同時
に形成することができる。ドレインに近い部分を第1の
抵抗11とし、ソースに近い部分を第2の抵抗12とす
る。The first resistor 11 and the second resistor 12 can be formed at the same time as the active layer region with a lower N- concentration than the source and drain regions. A portion close to the drain is defined as a first resistor 11, and a portion close to the source is defined as a second resistor 12.
次に、第4図に示すように、ダンプ抵抗としての第3の
抵抗13の一端を、前述の第1の抵抗11と第2の抵抗
12の所定の位置において接続し、他端を第2ゲート電
極9bに接続する。接続は、オーミック電極6を介して
行うのが良い。Next, as shown in FIG. 4, one end of the third resistor 13 as a dump resistor is connected at a predetermined position between the first resistor 11 and the second resistor 12, and the other end is connected to the second resistor 13. Connected to gate electrode 9b. The connection is preferably made via the ohmic electrode 6.
このようにして形成した4極MESFETの高周波特性
を、第5図および第6図に示す。The high frequency characteristics of the 4-pole MESFET thus formed are shown in FIGS. 5 and 6.
第5図は、第1ゲート電圧に対する電力利得を第2ゲー
ト電圧をパラメータとして表わした図であって、第2ゲ
ート電圧が高いほど電力利得は大きいが、しきい値電圧
を越える1、5ν近傍では電力利得は飽和状態になって
しまう。FIG. 5 is a diagram showing the power gain with respect to the first gate voltage using the second gate voltage as a parameter; the higher the second gate voltage is, the larger the power gain is; In this case, the power gain becomes saturated.
第6図は、第1ゲート電圧に対する雑音指数を第2ゲー
ト電圧をパラメータとして表わした図であって、第2ゲ
ート電圧が高いほど雑音指数は小さくなる傾向を示すが
、しきい値電圧を越える1、5v近傍では雑音指数も飽
和状態になってしまう。FIG. 6 is a diagram showing the noise figure for the first gate voltage using the second gate voltage as a parameter, and shows that the higher the second gate voltage is, the smaller the noise figure tends to be, but when it exceeds the threshold voltage. In the vicinity of 1.5V, the noise figure also becomes saturated.
飽和状態においてはりニアリティが良くないので混変調
特性も悪くなってしまう。Since the linearity is not good in the saturated state, the cross modulation characteristics are also poor.
本発明の実施例を4極MESFETを用いて説明したが
、4極MO3FETや4極接合型FETにおいても同様
の構造を用いて好適である。また、拡散抵抗に変えてポ
リシリコン等の抵抗体を用いて接続してもよい。Although the embodiment of the present invention has been described using a 4-pole MESFET, it is also suitable to use a similar structure in a 4-pole MO3FET or a 4-pole junction FET. Further, instead of the diffused resistor, a resistor such as polysilicon may be used for connection.
本発明の4極MESFETのようなデュアルゲー)FE
Tを用いれば、第2ゲートに印加される固定バイアス用
の電圧を最適値に設定する第1の抵抗と第2の抵抗と、
さらにダンプ抵抗としての第3の抵抗を介して第2ゲー
ト電圧が固定されているので、高周波における大きな電
力利得と低雑音指数が得られ、かつリニアリティの良い
範囲で用いるので混変調特性にも優れ、かっダンプ抵抗
によって安定な動作を実現することができる。Dual game) FE such as the 4-pole MESFET of the present invention
If T is used, a first resistor and a second resistor that set the fixed bias voltage applied to the second gate to an optimal value;
Furthermore, since the second gate voltage is fixed via the third resistor as a dump resistor, a large power gain and low noise figure can be obtained at high frequencies, and since it is used within a range with good linearity, it has excellent cross-modulation characteristics. , stable operation can be achieved by using a dump resistor.
第1図は本発明の4極MESFETの等価回路図、第2
図は本発明の4極MESFETの平面図、第3図は第2
図のA−A断面図、第4図は第2図のB−B断面図、第
5図は本発明の4極MESFETの電力利得を表わす図
、第6図は本発明の4極MESFETの雑音指数を表わ
す図、第7図は従来の4極MESFETの断面図、第8
図は従来の4極MESFETの回路図である。
1 半導体基板
2・−・・−・・・・・絶縁膜
3−−−−−−−−・・・活性層
4−・・−・−・・・・・空乏層
5a−・・−ソース領域
5 b−−−−ドレイン領域
6−・−・−オーミック金属
7a・−−−−−−ソース電極
7b−・・・・ドレイン電極
8−・−・・・・・−ショットキーゲー9a−・・・−
第1ゲート電極
9b−・・−第2ゲート電極
IO・−・−・−バイアス抵抗
11・−一−−−−−−−・第1の抵抗12・−・・−
・−第2の抵抗
13−・−・−第3の抵抗
ト金属
7bドレイン電極
5bドレイン季彫或
第3図 第2図のA−A断面図
9b第2ゲ゛−ト電極
b
第4図
13第3の抵抗
第2霞のB−8断面図
第1図
本侘明の4極MESFETの等イ面回発図第2図
本発明の4極MESFETの平面図
ゲートトソース間電圧VGIS(V)
第5図
本発明の4極MESFETの電7′:I利得と表わす図
ゲートトソース間電圧VGIS()
7、.6図
木今明の4極MESFETの維膏指数庖表わす図Fig. 1 is an equivalent circuit diagram of the 4-pole MESFET of the present invention;
The figure is a plan view of the 4-pole MESFET of the present invention, and FIG.
FIG. 4 is a sectional view taken along line BB in FIG. 2, FIG. 5 is a diagram showing the power gain of the 4-pole MESFET of the present invention, and FIG. Figure 7 is a cross-sectional view of a conventional 4-pole MESFET, and Figure 8 is a diagram showing the noise figure.
The figure is a circuit diagram of a conventional 4-pole MESFET. 1 Semiconductor substrate 2 --- Insulating film 3 --- Active layer 4 --- Depletion layer 5a --- Source Region 5 b - Drain region 6 - Ohmic metal 7 a - Source electrode 7 b - Drain electrode 8 - Schottky gate 9 a - ...-
First gate electrode 9b--Second gate electrode IO--Bias resistor 11--1--First resistor 12--
・-Second resistor 13--Third resistor metal 7b Drain electrode 5b Drain cutout Figure 3 A-A sectional view in Figure 2 9b Second gate electrode b Figure 4 13 B-8 cross-sectional view of the third resistor No. 2 Kasumi Figure 1 Isoplanar diagram of the 4-pole MESFET of Wabiaki Honwa Figure 2 Plan view of the 4-pole MESFET of the present invention Gate-source voltage VGIS (V ) Figure 5 is a diagram showing the voltage 7':I gain of the 4-pole MESFET of the present invention.Gate-to-source voltage VGIS() 7, . Figure 6: Diagram showing the coefficient of index of Akira Kima's 4-pole MESFET.
Claims (1)
ETにおいて、ドレイン電極とソース電極との間に第1
の抵抗と第2の抵抗とを直列に接続して、該第1の抵抗
と第2の抵抗の接続点から第3の抵抗を介して前記第2
ゲートに固定バイアスを印加するとき、前記接続点の電
圧が第2ゲートのしきい値電圧に等しくなるように、前
記第1の抵抗と第2の抵抗の比を設定したことを特徴と
するデュアルゲートFET。Dual gate F with fixed voltage of the second gate
In ET, a first electrode is placed between the drain electrode and the source electrode.
and a second resistor are connected in series, and the second resistor is connected from the connection point of the first resistor and the second resistor through the third resistor.
The dual resistor is characterized in that the ratio of the first resistor to the second resistor is set so that when a fixed bias is applied to the gate, the voltage at the connection point is equal to the threshold voltage of the second gate. Gate FET.
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JP27500489A JP2822498B2 (en) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | Dual gate FET |
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