專利名稱：場效應管和含有場效應管的功率放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及例如場效應(晶體)管(FET)和雙極(晶體)管這樣的晶體管以及含有這種晶體管的功率放大器。
通常，功率放大器，特別是放大高頻信號的功率放大器，經(jīng)常采用雙門極FET作為有源器件，以便在低功率工作時減少功耗。
圖13是一種普通高頻功率放大器100的方框圖。圖13中所示的高頻功率放大器100包括一個高頻功率輸入端口1、一個高頻功率輸出端口2、一個輸入阻抗匹配電路3、一個輸出阻抗匹配電路4、一個第一門極電壓供電電路5，一個第二門極電壓供電電路6、一個漏極電壓供電電路7、一個雙門極FET8、可調負電源9和10、以及一個正電源11?？烧{負電源9通過第一門極電壓供電電路5向雙門極FET8提供偏置電壓。正電源11通過漏極電壓供電電路7向雙門極FET8的漏極提供電壓。該漏極還通過輸出阻抗匹配電路4耦合到輸出端口2上，以提供輸出。
輸入信號在高頻功率輸入端口1處接收，通過輸入阻抗匹配電路3施加給雙門極FET8的第一門極，然后被以雙門極FET8放大。結果信號通過輸出阻抗匹配電路4從高頻輸出端2輸出。
對可調負電源10輸出電壓進行調節(jié)是為了控制該電源10通過第二門極電壓供電電路6提供給雙門極FET8的第二門極的電壓。這樣，在小信號工作時高頻功率放大器100的功耗得以減少。
小信號工作時高頻功率放大器100的功耗是通過控制施加給雙門極FET8的第二門極的電壓來減小的。然而，這時輸入阻抗匹配電路3和輸出阻抗匹配電路4都不是電匹配的。這是因為隨著施加給第二門電極的電壓的改變，雙門極FET8的輸入/輸出阻抗要有很大變化。由于輸入/輸出阻抗的不匹配，輸入/輸出損耗將增大，并且輸入/輸出頻率特性將受到破壞。
所以，在高頻功率放大的領域內(nèi)，要求有這樣一種FET，即使在為了減少小信號工作時的功耗而控制第二門極的電壓時，它的輸入/輸出阻抗也基本不改變，同時還要求有一種含有這種FET的功率放大器。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種晶體管，它含有一個源區(qū)；一個漏區(qū)；一個位在源區(qū)和漏區(qū)之間的通道區(qū)；以及設置在通道區(qū)上的至少一個第一門電極和一個第二門電極。其中第一和第二門電極中的至少一個基本上橫過通道區(qū)的全部寬度；第一和第二門電極中的至少另一個橫過通道區(qū)的一部分寬度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種晶體管，它含有互相交替排列的多個源區(qū)和多個漏區(qū)；位在各對源區(qū)和漏區(qū)之間的各個通道區(qū)；至少一個第一梳狀門電極和一個第二梳狀門電極，它們的梳齒在各通道區(qū)上互相交錯；一個與多個源區(qū)相連接的源電極；以及一個與多個漏區(qū)相連接的漏電極。其中，第一和第二梳狀門電極中的至少一個橫過各通道區(qū)的全部寬度；第一和第二梳狀門電極中的至少另一個橫過各通道區(qū)的一部分寬度。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種晶體管，它含有互相交替排列的多個源區(qū)和多個漏區(qū)；位在各對源區(qū)和漏區(qū)之間的各個通道區(qū)；至少一個第一梳狀門電極和一個第二梳狀門電極，它們的梳齒在各通道區(qū)上互相交錯；一個與多個源區(qū)相連接的源電極；以及一個與多個漏區(qū)相連接的漏電極。其中，第一和第二梳狀門電極中的至少一個橫過所有通道區(qū)的全部寬度；第一和第二梳狀門電極中的至少另一個橫過至少一個通道區(qū)的全部寬度。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種功率放大器，它含有上述各種晶體管中的一個晶體管；一個用來接收信號的輸入端口；一個用來輸出信號的輸出端口；一個連接在輸入端口和第一門電極之間的輸入阻抗匹配電路；一個連接在晶體管漏電極和輸出端口之間的輸出阻抗匹配電路；一個連接在第一門電極上的第一DC(直流)電壓電路；一個連接在第二門電極上的第二DC電壓電路；以及一個連接在漏電極上的第三DC電壓電路。
在本發(fā)明的一個實施例中，功率放大器還含有一個控制電路，用來控制第一和第二DC電壓電路的輸出。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種功率放大器系統(tǒng)，它含有多個上述的功率放大器。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種晶體管，它含有多個島區(qū)，其中每個島區(qū)都各自有一個源區(qū)、一個漏區(qū)、和一個通道區(qū)；設置在各通道區(qū)上的至少一個第一門電極、一個第二門電極和一個第三門電極；一個連接在各源區(qū)上的源電極；以及一個連接在各漏區(qū)上的漏電極。其中第一、第二、第三門電極中的一個電極橫過所有通道區(qū)的全部寬度；其余的門電極橫過各自相應通道區(qū)的全部寬度。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種晶體管，它含有多個島區(qū)，其中每個島區(qū)各自含有多個源區(qū)、多個漏區(qū)、和多個位在各對源區(qū)和漏區(qū)之間的通道區(qū)；至少一個第一梳狀門電極、一個第二梳狀門電極和一個第三梳狀門電極，它們的梳齒在各通道區(qū)上互相交錯；一個連接在各源區(qū)上的源電極；以及一個連接在各漏區(qū)上的漏電極。其中，第一、第二、第三梳狀門電極中的一個橫過所有通道區(qū)的全部寬度；其余的梳狀門電極橫過各自相應通道區(qū)的全部寬度。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種功率放大器，它含有上述的一種晶體管；一個用來接收信號的輸入端口；一個用來輸出信號的輸出端口；一個連接在輸入端口和第一門電極之間的輸入阻抗匹配電路；一個連接在晶體管的一個漏極和輸出端口之間的輸出阻抗匹配電路；一個連接在第一門電極上的第一DC電壓電路；一個連接在第二門電極上的第二DC電壓電路；一個連接在第三門電極上的第三DC電壓電路；以及一個連接在晶體管漏極上的第四DC電壓電路。
在本發(fā)明的一個實施例中，功率放大器還含有一個控制電路，用來控制第一、第二、和第三DC電壓電路的輸出。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種功率放大器系統(tǒng)，它含有多個上述的功率放大器。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種晶體管，它含有一個源區(qū)；一個漏區(qū)；一個位在源區(qū)和漏區(qū)之間的通道區(qū)；一個第一門電極和一個第二門電極，為了有選擇地控制作為施加在第一門電極和第二門電極上的電壓的函數(shù)的通道區(qū)有效寬度，這兩個門電極各自以不同的程度橫過通道區(qū)的寬度。
這樣，這里所說明的本發(fā)明使得下述優(yōu)點成為可能提供一種通過保持輸入/輸出阻抗的匹配性而在大小信號工作時都能明顯地減少功耗的FET。本發(fā)明還使得下述優(yōu)點成為可能提供一種含有這種FET的放大器。
在閱讀并理解了下面參考附圖所作的詳細說明之后，本發(fā)明的這些優(yōu)點和其他優(yōu)點將對熟悉本技術領域的人們變得清楚明白。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一例的FET的平面圖；圖2A是FET沿著圖1中的IIA-IIA的截面圖；圖2B是FET沿著圖1中的IIB-IIB線的截面圖；圖3A是根據(jù)本發(fā)明第二例的FET的平面圖；圖3B是FET沿著圖3A中的IIIB-IIIB線的截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第三例的FET的平面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第四例的FET的平面圖；圖6A是FET沿著圖5中的VIA-VIA線的截面圖；圖6B是FET沿著圖5中的VIB-VIB線的截面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第五例的FET的平面圖；圖8是含有第一、第二、或第三例中的FET的第六例的高頻功率放大器的方框圖；圖9是大信號工作時圖8所示高頻功率放大器中的FET的等效電路圖；圖10是小信號工作時圖8所示高頻功率放大器中的FET的等效電路圖；圖11是含有第四或第五例中的FET的第七例的高頻功率放大器的方框圖；圖12是小信號工作時圖11所示高頻功率放大器中的FET的等效電路圖；以及圖13是普通高頻功率放大器的方框圖。
下面將通過一些說明性例子借助于附圖來說明本發(fā)明。(例1)圖1是根據(jù)本發(fā)明第一例的場效應管(以下寫作“FET”)10的平面圖。圖2A是FET10沿著圖1的IIA-IIA線的截面圖。圖2B是FET10沿著圖1的IIB-IIB線的截面圖。
如圖1所示，F(xiàn)ET10含有一個絕緣半導體基底111、一個源區(qū)112、一個漏區(qū)113、和一個通道區(qū)114。從圖2A可以清楚看出，源區(qū)112和漏區(qū)113都設置在絕緣半導體基底111的一個表面區(qū)域中。通道區(qū)114夾在源區(qū)112和漏區(qū)113之間。
在源區(qū)112上設置并連接有一個源電極121。在絕緣半導體基底111上方隔著一層絕緣薄膜122設置有一個副源電極121a(圖1)，該副源電極121a連接在源電極121上。
在漏區(qū)113中設置并連接有一個漏電極123。在絕緣半導體基底111上方隔著絕緣薄膜122設置有一個副漏電極123a(圖1)，該副漏電極123a連接在漏電極123上。
在絕緣薄膜122上設置有一個第一門電極124和一個第二門電極125(圖2A和2B)?；氐綀D1，第一和第二門電極124和125互相平行，并重疊在通道區(qū)114上。第一門電極124橫過通道區(qū)114的全部寬度，而第二門電極125橫過通道區(qū)114的一部分寬度。第一和第二門電極124和125分別帶有副門電極124a和125a。
第一門電極124的鄰近于源區(qū)112那條邊線沿著平行于通道區(qū)114一條邊線的方向延伸。第二門電極125的鄰近于漏區(qū)113的那條邊線沿著平行于通道區(qū)114一條邊線的方向延伸，但沒有延伸到通道區(qū)114的全部寬度。
當?shù)谝缓偷诙T電極124和125各被施加一個能使通道區(qū)114導電的門極電壓時，F(xiàn)ET10將作為一個雙門極FET工作。
當?shù)谝婚T電極124被施加一個能使通道114導電的門極電壓，而第二門電極125被施加一個夾斷電壓時，F(xiàn)ET10將作為一個單門極FET工作。因為第二門電極125僅僅存在于通道區(qū)114的一部分上，所以夾斷電壓也只是施加在通道區(qū)114的這一部分上。這樣，源區(qū)112和漏區(qū)113只是部分地被互相隔離。
從上可以看出，F(xiàn)ET10具有兩種類型FET的功能。
在上述結構中，F(xiàn)ET10只有一個雙門極。對于不是設置一個第二門電極125而是設置兩個或多個橫過通道區(qū)114寬度的一部分的第二門電極的結構，F(xiàn)ET將具有單門極FET的功能，而且還具有兩種或多種類型的雙門極FET的功能。(例2)圖3A是根據(jù)本發(fā)明第二例的FET20的平面圖。圖3B是FET20沿著圖3A的IIIB-IIIB線的截面圖。
FET20含有一個絕緣半導體基底130(圖3B)和一個設置在絕緣半導體基底130的一個表面區(qū)域中的活性區(qū)131(圖3A)?；钚詤^(qū)131含有交替排列的多個漏區(qū)132和多個源區(qū)133。在設置于絕緣半導體基底130上的一層第一絕緣薄膜141(圖3B)上，設置有第一和第二梳狀門電極134和135(圖3A)。梳狀門電極134和135各自具有多個設置在通道區(qū)143上的多個梳齒134a和135a，它們互相交錯。在第一和第二門電極134和135上設置有一層第二絕緣薄膜142(圖3B)。在第二絕緣薄膜142上設置有互相交錯的一個源電極136和一個源電極137。
漏電極136通過多個穿過第一和第二絕緣薄膜141和142的孔144與每一個漏區(qū)132相連接。源電極137通過多個穿過第一和第二絕緣薄膜141和142的孔145與每一個源區(qū)133相連接。
多個梳齒134a中的每個梳齒都橫過位在相應的各對相鄰源電極137和漏電極136的齒之間的通道區(qū)143的全部寬度。多個梳齒135a中的每個梳齒都橫過位在相應的各對相鄰源電極137和漏電極136的齒之間的通道區(qū)143的一部分寬度。
與第一例一樣，在這種結構中，當?shù)谝缓偷诙T電極134和135各自被施加了一個能使通道143導電的門極電壓時，F(xiàn)ET20將作為一個雙門極FET工作。
當?shù)谝婚T電極134被施加一個能使通道區(qū)143導電的門極電壓而第二門電極135被施加一個能使源區(qū)133和漏區(qū)132部分地互相隔離的夾斷電壓時，F(xiàn)ET20將作為一個單門極FET工作。
由于FET20的交錯結構，本例中的FET20對高頻信號功率放大有最好效果。
在上述的結構中，F(xiàn)ET20只有一個雙門極。對于不是設置一個第二門電極135而是設置兩個或更多個橫過通道區(qū)143的一部分寬度的第二門電極的結構，F(xiàn)ET將具有單門極FET的功能，并且還具有兩種或多種類型的雙門極FET的功能。(例3)圖4是根據(jù)本發(fā)明第三例的FET30的平面圖。其中對于相同于圖3A和圖3B中已討論過的那些單元，用相同的代號表示，并將略去對它們的說明。
FET30不是含有第二門電極135，而是含有一個梳狀第二門電極138。梳狀第二門電極138含有多個橫過通道區(qū)143的全部寬度的梳齒138a。第二電極138的梳齒138a的數(shù)目少于第一電極134的梳齒134a的數(shù)目。這樣，例如在圖4中從右開始數(shù)的第一個漏區(qū)132和第一個源區(qū)133之間不存在梳齒138a，或者在第二個漏區(qū)132和第一個源區(qū)133之間不存在梳齒138a。
同樣，在該結構中，當?shù)谝婚T電極134和第二門電極138各自破施加了能使通道區(qū)143導電的門極電壓時，F(xiàn)ET30將作為一個雙門極FET工作。
當?shù)谝婚T電極134被施加一個能使通道區(qū)143導電的門極電壓而第二門電極138被施加一個能使源區(qū)133和漏區(qū)132部分地隔離的夾斷電壓時，F(xiàn)ET30將作為一個單門極FET工作。當這樣施加兩個門極電壓時，位在分別帶有梳齒134a和138a的源區(qū)133和漏區(qū)132之間的那些通道區(qū)143將變得不導電。只有那些對應于存在梳齒134a但不存在梳齒138a的通道區(qū)143，也即位在圖3中從右開始數(shù)的第一個漏區(qū)132和第一個源區(qū)131之間的，以及位在圖4中從右開始數(shù)的第二個漏區(qū)132和第一個源區(qū)133之間的那些通道區(qū)143，才變得導通。所以，F(xiàn)ET30將作為一個單門極FET工作。
由于FET30的交錯結構，本例中的FET30對于高頻信號的功率放大有最好的效果。
位在源區(qū)133和漏區(qū)132之間而沒有梳齒138a的通道區(qū)143可以設置任意多個，也可以設置在任意位置處。
在上述的結構中，F(xiàn)ET30只有一個雙門極。對于不是設置一個第二門電極138而是設置兩個或更多個橫過通道區(qū)143的全部寬度的第二門電極的情況，則不論是否使部分的梳齒不存在，F(xiàn)ET都將具有單門極FET的功能并且還具有兩種或多種類型的雙門極FET的功能。
或者，也可以在第二電極138之外還設置第二例中的第二電極135。(例4)圖5是根據(jù)本發(fā)明第四例的FET40的平面圖。圖6A是FET40沿著圖5的VIA-VIA線的截面圖。圖6B是FET40沿著圖5的VIB-VIB線的截面圖。
如圖5所示，F(xiàn)ET40含有一個絕緣半導體基底211；一個含有一個第一源區(qū)212、一個第一漏區(qū)213和一個第一通道區(qū)214的第一島區(qū)215；以及一個含有一個第二源區(qū)216、一個第二漏區(qū)217和一個第二通道區(qū)218的第二島區(qū)219。第一和第二島區(qū)215和219都設置在絕緣半導體基體211的一個表面區(qū)域中。
從圖6A可以清楚地看出，一個源電極221有兩個部分，它們分別設置并連接在第一源區(qū)212和第二源區(qū)216上。在絕緣半導體基底211上隔著一層絕緣薄膜222設置有一個副源電極221a(圖5)，該副源電極221a連接在源電極221上。
一個漏電極223有兩個部分，它們分別設置并連接在第一漏區(qū)213和第二漏區(qū)217(圖6B)上。在絕緣半導體基底211上隔著絕緣薄膜222設置有一個副漏電極223a(圖5)，該副漏電極223a連接在漏電極223上。
絕緣半導體基底211上的絕緣薄膜222上設置有一個第一門電極224。平行于第一門電極224設置有一個第二門電極225和一個第三門電極226。返回到圖5，第一門電極224橫過第一和第二通道區(qū)214和218的全部寬度。第二門電極225橫過第一通道區(qū)214的全部寬度。第三門電極226橫過第二通道區(qū)218的全部寬度。第一、第二、第三門電極224、225、226分別帶有副門電極224a、225a、226a。
第一門電極224的那條鄰近于第一源區(qū)212的邊線沿著平行于第一和第二通道區(qū)214和218的邊線方向延伸。第一門電極224的那條鄰近于第二源區(qū)216的邊線沿著平行于第一和第二通道區(qū)214和218的邊線方向延伸。類似地，第二門極225的那條鄰近于第一漏區(qū)213的邊線沿著平行于第一通道區(qū)214的邊線方向延伸。第三門電極226的鄰近于第二漏區(qū)217的邊線沿著平行于第二通道區(qū)218的邊線方向延伸。
雖然FET40具有一個FET的結構，其中源電極、漏電極和至少一個門電極工作于所有的通道區(qū)，但如下所述，F(xiàn)ET40有三種具有不同大小的雙門極的FET的功能。
當?shù)谝?、第二門電極224、225各自被施加了一個能使第一通道區(qū)214導電的門極電壓，并且第一、第三門電極224、226各自被施加了一個能使第二通道區(qū)218導電的門極電壓時，F(xiàn)ET40將作為一個具有一個第一雙門極的FET工作。
當?shù)谝?、第二門電極224、226各自被施加了一個能使第一通道區(qū)214導電的門極電壓，并且第三門電極226被施加了一個能使第二源區(qū)216和第二漏區(qū)217部分地互相隔離的夾斷電壓時，F(xiàn)ET40將作為一個具有一個第二雙門極的FET工作。
當?shù)谝?、第三門電極224、226各自被施加了一個能使通道218導電的門極電壓，并且第二門電極225被施加了一個能使第一源區(qū)212和第一漏區(qū)213部分地互相隔離的夾斷電壓時，F(xiàn)ET40將作為一個具有一個第三雙門極的FET工作。
在上述結構中，F(xiàn)ET40含有兩個各自有一個源區(qū)、一個漏區(qū)和一個通道區(qū)的島區(qū)215和219。對于設置有3個或更多個島區(qū)以及一個橫過所有通道區(qū)的全部寬度的門電極和和多個分別橫過各自相應通道區(qū)的全部寬度的門電極的結構，該FET能夠具有4種或更多種類型的雙門極FET的功能。(例5)圖7是根據(jù)本發(fā)明第五例的FET50的平面圖。FET50含有一個絕緣半導體基底(未示出)以及設置在絕緣半導體基底的一個表面區(qū)域中的一個第一島區(qū)231和一個第二島區(qū)232。第一島區(qū)231含有交替排列的多個漏區(qū)233和多個源區(qū)234。第二島區(qū)232含有交替排列的多個漏區(qū)235和多個源區(qū)236。在一層設置于絕緣半導體基底上的第一絕緣薄膜(未示出)上，分別設置了第一、第二和第三梳狀門電極237、238和239。第一、第二和第三梳狀門電極237、238和239分別帶有多個梳齒237a、238a和239a。梳齒237a、238a和239a相對于第一島區(qū)231和第二島區(qū)232都是互相交錯的。在第一、第二和第三門電極237、238和239上設置有一層第二絕緣薄膜(未示出)。在第二絕緣薄膜上設置有互相交錯的一個漏電極241和一個源電極242。
漏電極241通過第一和第二絕緣薄膜上的多個孔與每一個第一漏區(qū)233和每一個第二漏區(qū)235相連接。源電極242通過第一和第二絕緣薄膜上的多個孔與每一個源區(qū)234和每一個源區(qū)236相連接。
第一門電極237含有多個梳齒237a，其中每個梳齒都橫過位在各對相鄰的源電極242的齒和漏電極241的齒之間的相應通道區(qū)240的全部寬度。第二門電極238含有多個梳齒238a，其中每個梳齒都橫過位在各對相鄰的源電極242的齒和漏電極241的齒之間的相應通道區(qū)240的全部寬度。第三門電極239有多個梳齒239a，其中每個梳齒都橫過位在各對相鄰的源電極242的齒和漏電極241的齒之間的相應通道區(qū)240的全部寬度。
雖然FET50具有一個FET的結構，其中源電極、漏電極、和至少一個門電極工作于所有的通道區(qū)，位是如下所述，F(xiàn)ET50具有3個有不同尺寸的雙門極的FET的功能。
當?shù)谝?、第二門電極237、238各自被施加了一個能使通道區(qū)240導電的門極電壓，并且第一、第三門電極237、239各自被施加了一個能使通道區(qū)240導電的門極電壓時，F(xiàn)ET50將作為一個具有一個第一雙門極的FET工作。
當?shù)谝弧⒌诙T電極237、238各自被施加了一個能使通道區(qū)240導電的門極電壓，并且第三門電極239被施加了一個能使第二源區(qū)236和相應的第二漏區(qū)235部分地互相隔離的夾斷電壓時，F(xiàn)ET50將作為一個具有一第二雙門極的FET工作。
當?shù)谝?、第三門電極237、239各自被施加了一個能使通道區(qū)240導電的門極電壓，并且第二門電極238被施加了一個能使第一源區(qū)234和相應的第一漏區(qū)233部分地互相隔離的夾斷電壓時，F(xiàn)ET50將作為一個具有一個第三雙門極的FET工作。
因為FET50的交錯結構，本例中的FET50對于高頻信號的功率放大有最好的效果。
在上述的結構中，F(xiàn)ET50含有兩個各自帶有多個源區(qū)和多個漏區(qū)的島區(qū)231和232。對于設置有3個或更多個島區(qū)以及一個橫過各源區(qū)和各漏區(qū)之間的所有通道區(qū)的全部寬度的門電極和多個橫過各自相應通道區(qū)的全部寬度的門電極的結構，該FET結構起到4種或更多種類型的雙門極FET的作用。
第一至第五例的結構可以適當?shù)亟M合。
根據(jù)本發(fā)明的FET的半導體基底可以用任何可能的材料組成。
在第一至第五例的每一例中，說明了一種含有位在半導體基底上方并且中間插入了一層氧化薄膜的一些門電極的MOSFET(金屬氧化物半導體場效應管)。本發(fā)明也適用于含有直接位在GaAs(砷化鎳)基底上的一些門電極的晶體管。在該情形中，雖然晶體管的平面圖與MOSFET的平面圖相同，但其中不再有氧化薄膜。(例6)圖8是根據(jù)本發(fā)明第六例的一種高頻功率放大器(以下簡稱為“放大器”)60的方框圖。放大器60含有在第一、第二和第三例中所說明的FET中的任一個FET。圖8中該FET用代號300標示。FET300含有一個與第一門電極(未示出)相連接的第一門極端304、一個與第二門電極(未示出)相連接的第二門極端309、一個與漏電極(未示出)相連接的漏極端305、以及一個與源電極(未示出)相連接的源極端316。
放大器60含有FET300、一個高頻功率輸入端口301、一個連接在高頻功率輸入端口301和FET300的第一門極端304之間的輸入阻抗匹配電路303、一個高頻功率輸出端口307、以及一個連接在高頻功率輸出端口307和漏極端305之間的輸出阻抗匹配電路308。放大器60還含有串連在第一門極端304和地之間的一個第一門極電壓供電電路310和一個第一可調負電源311、串連在第二門極端309和地之間的一個第二門極電壓供電電路312和一個第二可調負電源313、以及串連接在漏極端305和地之間的一個漏極電壓供電電路314和一個正電源315。源極端316是接地的。
第一門極電壓供電電路310和第一可調負電源311含在一個串連的電壓供電電路中。第二門極電壓供電電路312和第二可調負電源313含在一個串連的電壓供電電路中。漏極電壓供電電路314和正電源315含在一個串連的電壓供電電路中。
放大器60還含有一個微處理器317，用來控制第一和第二可調負電源311和313的輸出。
當對第一門極端304施加電壓Vgg1、對第二門極端309施加電壓Vgg2、對漏極端305施加電壓Vdd時，放大器60將工作于大信號工作模式。如在第一、第二和第三例中所說明的，電壓Vgg1和Vgg2都位在能使FET300的源區(qū)和漏區(qū)之間的通道區(qū)導電的電壓范圍內(nèi)。
圖9是當使放大器60工作于大信號工作模式時FET300的等效電路圖。如圖9所示，F(xiàn)ET300既作為一個具有大門極寬度的雙門極FET工作，又作為一個并行工作的具有較小門極寬度的單門極FET工作。FET300的這種工作方式近似于一個用作有源器件的一般雙門極FET的工作方式。
當對第一門極端304施加電壓Vgg1、對第二門極端309施加電壓Vgg3、對漏極端305施加電壓Vdd時，放大器60將工作小于信號工作模式。電壓Vgg1和Vgg2都位在能使FET30的源區(qū)和漏區(qū)之間的通道區(qū)導電的電壓范圍內(nèi)。電壓Vgg3如第一、第二和第三例中所說明的那樣，是一個夾斷電壓，它能使FET300的源區(qū)和漏區(qū)部分地互相隔離。
圖10是當使放大器60工作于小信號工作模式時FET300的等效電路圖。如圖10所示，F(xiàn)ET300有一個用作有源器件的單門極FET部分和一個用作反饋電路的雙門極FET部分。放大器60的這種工作方式近似于一個帶有一個用作有源器件的一般單門極FET和一個反饋電路的放大器的工作方式。
一般，F(xiàn)ET的輸入/輸出阻抗近似地反比于門極寬度。對于相同的門極寬度，雙門極FET的輸入/輸出阻抗明顯大于單門極FET的輸入/輸出阻抗。
通過對FET施加反饋，輸入/輸出阻抗將被降低。
在本例中，當放大器60工作于大信號工作模式時，因為FET300作為一個有大門極寬度的雙門極FET工作，所以其阻抗是令人滿意地小的。當放大器60工作于小信號工作模式時，因較小門極寬度的單門極FET而趨于增大的阻抗被雙門極FET所提供的反饋作用減小了。因此，與使用普通雙門極FET的情形相比，大信號工作模式和小信號工作模式之間的輸入/輸出阻抗差別被明顯地減小了。
在FET300中，第二門電極的門極寬度設置得小于第一門電極的門極寬度。
例如，對于當FET作為雙門極FET工作時漏區(qū)和源區(qū)之間所形成的門極寬度與當FET作為單門極FET工作時的這個門極寬度之比為9∶1的情形，處于小信號工作模式的單門極FET的功耗是小于大信號工作模式的雙門極FET的功耗的1/10。
采用微處理器317添加了另外的優(yōu)點，即通過在小信號工作模式下適當?shù)卣{節(jié)施加給第一門極端304的電壓，可以進一步減小功耗。
從上面的說明可以看出，放大器60在小信號工作時實現(xiàn)了明顯的功耗減小而基本上不改變輸入/輸出阻抗，這是一個重大的優(yōu)點。
在本例中，可以采用第一、第二和第三例中的任何一種FET。對于采用具有兩種或更多雙門極FET功能的FET的情況，通過根據(jù)輸出功率來改變所用FET的有效門極寬度，可以更精確地控制功耗。
由多個放大器60串接而成的多級放大器有更大的增益。(例7)圖11是根據(jù)本發(fā)明第七例的一種高頻功率放大器70的方框圖。放大器70含有一個前述第四或第五例中的FET。在圖11中該FET用代號400標示。該FET400含有一個與第一門電極(未示出)相連接的第一門極端404、一個與第二門電極(未示出)相連接的第二門極端409、一個與第三門電極(未示出)相連接的第三門極端414、一個與漏電極(未示出)相連接的漏極端405、以及一個與源電極(未示同)相連接的源極端419。
放大器70含有FET400、一個高頻功率輸入端口401、一個連接在高頻功率輸入端口401和FET400的第一門極端404之間的輸入阻抗匹配電路403、一個高頻功率輸出端口407、以及一個連接在高頻功率輸出端口407和漏極端405之間的輸出阻抗匹配電路408。放大器70還含有串連在第一門極端404和地之間的一個第一門極電壓供電電路410和一個第一可調負電源411、串連在第二門極端409和地之間的一個第二門極電壓供電電路412和一個第二可調負電源413、串連在第三門極端414和地之間的一個第三門極電壓供電電路415和一個第三可調負電源416、以及串連在漏極端405和地之間的一個漏電壓供電電路417和一個正電源418。源極端419是接地的。
第一門極電壓供電電路410和第一可調負電源411含在一個串連的電壓供電電路中。第二門極電壓供電電路412和第二可調負電源413含在一個串連的電壓供電電路中。第三門極電壓供電電路415和第三可調負電源416含在一個串連的電壓供電電路中。漏極電壓供電電路417和正電源418含在一個串連的電壓供電電路中。
放大器70還含有一個微處理器421，用來控制第一、第二和第三可調負電源411、413和416的輸出。
在FET400中，第三門電極的門極寬度被設置得略小于第一門電極的門極寬度和第二門電極的門極寬度。
當對第一門極端404施加電壓Vgg1、對第二門極端409和第三門極端414各施加電壓Vgg2，并且對漏極端405施加電壓Vdd時，放大器70將工作于大信號工作模式。如在第四和第五例中說明的，電壓Vgg1位在能使FET400的第一源區(qū)和第一漏區(qū)之間的通道區(qū)導電的電壓范圍內(nèi)，電壓Vgg2位在能使FET400的第二源區(qū)和第二漏區(qū)之間的通道區(qū)導電的電壓范圍內(nèi)。
與參考圖9所說明的第六例一樣，F(xiàn)ET400也是既作為具有大門極寬度的雙門極FET工作，又并行于地作為具有較小門極寬度的單門極FET工作。FET400的這種工作方式近似于用作一個有源器件的普通雙門極FET的工作方式。
當對第一門極端404施加電壓Vgg1、對第三門極端414施加電壓Vgg2、對第二門極端409施加電壓Vgg3、并且對漏極端405施加電壓Vdd時，放大器70將工作于小信號工作模式。電壓Vgg1和Vgg2都位在能使各源區(qū)和各相應漏區(qū)之間的通道區(qū)導電的電壓范圍內(nèi)。如第一、第二和第三例中所說明的，電壓Vgg3是一個夾斷電壓，它能使源區(qū)和漏區(qū)部分地互相隔離。
圖12是使放大器70工作于小信號工作模式時FET400的等效電路圖。如圖12所示，F(xiàn)ET400含有一個形成在第二島區(qū)內(nèi)用作有源器件的有較小門極寬度的雙門極FET部分和一個形成在第一島區(qū)內(nèi)的用作反饋電路的有較大門極寬度的雙門極FET部分。放大器70的這種工作模式近似于一個帶有一個用作有源器件的普通單門極FET和一個反饋電路的放大器的工作模式。
一般，如前所述，F(xiàn)ET的輸入/輸出阻抗近似反比于門極寬度。通過向FET施加反饋將會減小輸入/輸出阻抗。
在本例中，當放大器70工作于大信號工作模式時，由于FET400作為一個有大門極寬度的雙門極FET工作，所以其阻抗是令人滿意地小的。當放大器70工作小信號工作模式時，因較小門極寬度的雙門極FET而趨于增大的阻抗被較大門極寬度的雙門極FET所提供的反饋作用減小了。從而，與采用普通雙門極FET的情況相比較，大信號工作模式和小信號工作模式之間的輸入/輸出阻抗的差別被明顯地減小了。
例如，對于第二門電極和第三門電極的門極寬度之比為9∶1的情況，F(xiàn)ET在小信號工作模式下的功耗是大信號工作模式下功耗的1/10。
采用微處理器412增添了另外的優(yōu)點，即通過在小信號工作模式時適當?shù)卣{節(jié)施加給第一門極端404的電壓，可以進一步減小功耗。
從上面的說明可以看出，放大器70實現(xiàn)了小信號工作時功耗的明顯減小，而基本上不改變輸入/輸出阻抗，這是很大的優(yōu)點。
在本例中，可以采用第四或第五例中的FET。對于采用含有形成在三個或更多個島區(qū)中的多種類型的雙門極的FET的情形，通過根據(jù)輸出功率來改變所用FET功能的有效門極寬度，可以更精確地控制功耗。
由多個放大器70串接而成的多級放大器有更大的增益。
根據(jù)本發(fā)明，通過保持輸入/輸出阻抗基本不變，對于大信號和小信號工作模式都明顯地減小了功耗。
對于熟悉本技術領域的人們來說，在不偏離本發(fā)明范圍疇和精神的情形下，各種其他的修改都是明顯的和容易做到的。所以，不希望這里所附的各項權利要求的范疇被限制在這里所給出的說明的范圍內(nèi)，而希望這些權利要求能被廣義地理解。
權利要求
1.一種晶體管，它包括一個源區(qū)；一個漏區(qū)；一個位在源區(qū)和漏區(qū)之間的通道區(qū)；以及設置在通道區(qū)上的至少一個第一門電極和一個第二門電極，其中第一和第二門電極中的至少一個基本上橫過通道區(qū)的全部寬度，并且第一和第二門電極中的至少另一個橫過通道區(qū)的一部分寬度。
2.一種晶體管，它包括互相交替排列的多個源區(qū)和多個漏區(qū)；位在各對源區(qū)和漏區(qū)之間的各個通道區(qū)；至少一個第一梳狀門電極和一個第二梳狀門電極，它們的各個梳齒在各通道區(qū)上互相交錯；一個與多個源區(qū)相連接的源電極；以及一個與多個漏區(qū)相連接的漏電極，其中第一和第二梳狀門電極中的至少一個橫過各通道區(qū)的全部寬度，并且第一和第二梳狀門電極中的至少另一個橫過各通道區(qū)的一部分寬度。
3.一種晶體管，它包括互相交替排列的多個源區(qū)和多個漏區(qū)；位在各對源區(qū)和漏區(qū)之間的各個通道區(qū)；至少一個第一梳狀門電極和一個第二梳狀門電極，它們的各梳齒在各通道區(qū)上互相交錯；一個與多個源區(qū)相連接的源電極；以及一個與多個漏區(qū)相連接的漏電極，其中第一和第二梳狀門電極中的至少一個橫過所有通道區(qū)的全部寬度；第一和第二梳狀門電極中的至少另一個橫過至少一個通道區(qū)的全部寬度。
4.一種晶體管，它包括多個島區(qū)，其中每個島區(qū)都含有一個源區(qū)，一個漏區(qū)和一個通道區(qū)；設置在各通道區(qū)上的至少一個第一門電極、一個第二門電極和一個第三門電極；一個與各源區(qū)相連接的源電極；以及一個與各漏區(qū)相連接的漏電極，其中第一、第二、第三門電極中的一個橫過所有通道區(qū)的全部寬度；并且第一、第二、第三門電極中的其余門電極橫過各自相應的通道區(qū)的全部寬度。
5.一種晶體管，它包括多個島區(qū)，其中每個島區(qū)都含有多個源區(qū)、多個漏區(qū)、和多個分別位在相應的各對源區(qū)和漏區(qū)之間的通道區(qū)；至少一個第一梳狀門電極、一個第二梳狀門電極和一個第三梳狀門電極，它們的梳齒在各通道區(qū)上互相交錯；一個與各源區(qū)相連接的源電極；以及一個與各漏區(qū)相連接的漏電極，其中第一、第二、第三梳狀門電極中的一個橫過所有通道區(qū)的全部寬度，并且第一、第二、第三梳狀門電極中的其余門電極橫過各自相應通道區(qū)的全部寬度。
6.一種功率放大器，它包括一個根據(jù)權利要求1的晶體管；一個用來接收信號的輸入端口；一個用來輸出信號的輸出端口；一個連接在輸入端口和第一門電極之間的輸入阻抗匹配電路；一個連接在晶體管的一個漏電極和輸出端口之間的輸出阻抗匹配電路；一個與第一門電極相連接的第一DC(直流)電壓電路；一個與第二門電極相連接的第二DC電壓電路；以及一個與漏電極相連接的第三DC電壓電路。
7.根據(jù)權利要求6的功率放大器，它還包括一個控制電路，用來控制第一DC電壓電路和第二DC電壓電路的輸出。
8.一種功率放大器系統(tǒng)，它包括多個根據(jù)權利要求6的功率放大器。
9.一種功率放大器，它包括一個根據(jù)權利要求2的晶體管；一個用來接收信號的輸入端口；一個用來輸出信號的輸出端口；一個連接在輸入端口和第一門電極之間的輸入阻抗匹配電路；一個連接在晶體管的一個漏電極和輸出端口之間的輸出阻抗匹配電路；一個與第一門電極相連接的第一DC電壓電路；一個與第二門電極相連接的第二DC電壓電路；以及一個與漏電極相連接的第三DC電壓電路。
10.根據(jù)權利要求9的功率放大器，它還包括一個控制電路，用來控制第一DC電壓電路和第二DC電壓電路的輸出。
11.一種功率放大器系統(tǒng)，它包括多個根據(jù)權利要求9的功率放大器。
12.一種功率放大器，它包括一個根據(jù)權利要求3的晶體管；一個用來接收信號的輸入端口；一個用來輸出信號的輸出端口；一個連接在輸入端口和第一門電極之間的輸入阻抗匹配電路；一個連接在晶體管的一個漏電極和輸出端口之間的輸出阻抗匹配電路；一個與第一門電極相連接的第一DC電壓電路；一個與第二門電極相連接的第二DC電壓電路；以及一個與漏電極相連接的第三DC電壓電路。
13.根據(jù)權利要求12的功率放大器，它還包括一個控制電路，用來控制第一DC電壓電路和第二DC電壓電路的輸出。
14.一種功率放大器系統(tǒng)，它包括多個根據(jù)權利要求12的功率放大器。
15.一種功率放大器，它包括一個根據(jù)權利要求4的晶體管；一個用來接收信號的輸入端口；一個用來輸出信號的輸出端口；一個連接在輸入端口和第一門電極之間的輸入阻抗匹配電路；一個連接在晶體管的一個漏電極和輸出端口之間的輸出阻抗匹配電路；一個與第一門電極相連接的第一DC電壓電路；一個與第二門電極相連接的第二DC電壓電路；一個與第三門電極相連接的第三DC電壓電路；以及一個與晶體管的漏極相連接的第四DC電壓電路。
16.根據(jù)權利要求15的功率放大器，它還包括一個控制電路，用來控制第一DC電壓電路，第二DC電壓電路和第三DC電壓電路的輸出。
17.一種功率放大器系統(tǒng)，它包括多個根據(jù)權利要求15的功率放大器。
18.一種功率放大器，它包括一個根據(jù)權利要求5的晶體管；一個用來接收信號的輸入端口；一個用來輸出信號的輸出端口；一個連接在輸入端口和第一門電極之間的輸入阻抗匹配電路；一個連接在晶體管的一個漏電極和輸出端口之間的輸出阻抗匹配電路；一個與第一門電極相連接的第一DC電壓電路；一個與第二門電極相連接的第二DC電壓電路；一個與第三門電極相連接的第三DC電壓電路；以及一個與晶體管的漏極相連接的第四DC電壓電路。
19.根據(jù)權利要求18的功率放大器，它還包括一個控制電路，用來控制第一DC電壓電路、第二DC電壓電路和第三DC電壓電路的輸出。
20.一種功率放大器系統(tǒng)，它包括多個根據(jù)權利要求18的功率放大器。
21.一種晶體管，它包括一個源區(qū)；一個漏區(qū)；一個位在源區(qū)和漏區(qū)之間的通道區(qū)；一個第一門電極和一個第二門電極，為了利用通道區(qū)有效寬度和施加給第一門電極和第二門電極的電壓之間的函數(shù)關系來有選擇地控制通道區(qū)的有效寬度，第一門電極和第二門電極各自以不同的程度橫過通道區(qū)的寬度。
全文摘要
一種晶體管,它含有:一個源區(qū);一個漏區(qū);一個位在源區(qū)和漏區(qū)之間的通道區(qū);以及設置在通道區(qū)上的至少一個第一門電極和一個第二門電極。第一和第二門電極中的至少一個基本上橫過通道區(qū)的全部寬度。第一和第二門電極中的至少另一個橫過通道區(qū)的一部分寬度。
文檔編號H01L27/088GK1198019SQ9810102
公開日1998年11月4日 申請日期1998年3月16日 優(yōu)先權日1997年3月14日
發(fā)明者杉村昭久, 金澤邦彥 申請人:松下電子工業(yè)株式會社