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CN111477456A - 一种可调三维集成电容器及电容调节方法 - Google Patents

一种可调三维集成电容器及电容调节方法 Download PDF

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CN111477456A CN202010305533.6A CN202010305533A CN111477456A CN 111477456 A CN111477456 A CN 111477456A CN 202010305533 A CN202010305533 A CN 202010305533A CN 111477456 A CN111477456 A CN 111477456A
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王凤娟
陈佳俊
余宁梅
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Shaanxi Snail Dengding Electronic Technology Co ltd
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Xian University of Technology
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/38—Multiple capacitors, i.e. structural combinations of fixed capacitors

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种可调三维集成电容器，包括多个三维集成电容、多个TSV垂直开关a、多个TSV垂直开关b，相邻两个三维集成电容之间设置一个TSV垂直开关a和一个TSV垂直开关b，每个TSV垂直开关a漏极连接上一个三维集成电容下极板，源极连接下一个三维集成电容上极板，每个TSV垂直开关b源极连接上一个三维集成电容上极板，漏极连接下一个三维集成电容下极板；与二维平面电容器相比，三维集成电容器具有较大的电容密度，较小的对地寄生电容参数；利用TSV垂直开关的栅极电压的变化会引起TSV垂直开关的打开与关断，从而实现对N+1个三维集成电容器是否并联和几个三维集成电容器并联的控制。

Description

一种可调三维集成电容器及电容调节方法
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种可调三维集成电容器，还涉及一种可调三维集成电容器的电容调节方法。
背景技术
电容器作为一种重要的无源器件，具有储存电荷、使电压变得平滑、隔断直流信号而通过交流信号、对频率高的噪声成分起到旁路作用等重要作用。传统的片式电容器里用得最多的是片式叠层陶瓷介质电容器，是由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层(外电极)形成的，不仅占用的芯片面积大，而且在形成以后电容值大小固定。近年来随着硅通孔(TSV)技术的发展技术成熟，三维集成电容器逐渐代替片式电容器，被广泛应用于模拟集成电路、模/数混合集成电路和射频/微波电路，是现代通信系统中各类电路的重要组成部分。在模拟集成电路中，集成电容器可实现电路滤波、偏置、补偿等功能；在模数混合集成电路中，集成电容器可实现匹配、采样、电荷转换和分配等功能；在射频和微波电路中，集成电容器是构成滤波器等功能单元的常用元件。集成电容器的质量、可靠性、电容密度，直接影响着电路系统的性能、体积。
但是三维集成电容器在设定好之后就不会改变，不能满足三维集成电路可调谐可配置的发展需求，因此可调三维集成电容器成为人们研究的一个重要方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种可调三维集成电容器，具有较大的电容密度，较小的对地寄生电容参数。
本发明的另一目的是提供一种可调三维集成电容器的电容调节方法。
本发明采用的第一种技术方案是，一种可调三维集成电容器，包括多个三维集成电容、多个TSV垂直开关a、多个TSV垂直开关b，相邻两个三维集成电容之间设置一个TSV垂直开关a和一个TSV垂直开关b，每个TSV垂直开关a漏极连接上一个三维集成电容下极板，每个TSV垂直开关a源极连接下一个三维集成电容上极板，每个TSV垂直开关b源极连接上一个三维集成电容上极板，每个TSV垂直开关b漏极连接下一个三维集成电容下极板，每个三维集成电容上极板、TSV垂直开关a源极、TSV垂直开关b源极连接同一上布线层，每个三维集成电容下极板、TSV垂直开关a漏极、TSV垂直开关b漏极连接同一下布线层。
本发明的特点还在于：
还包括输入端、输出端，输入端连接第一个三维集成电容上极板，输出端连接第一个三维集成电容下极板。
三维集成电容为N+1个，TSV垂直开关a与TSV垂直开关b均为N个，N是不小于1的整数。
上布线层、下布线层采用的是铜或铝。
本发明采用的第二种技术方案是，一种可调三维集成电容器的电容调节方法，使用一种可调三维集成电容器，具体操作方法为：将该可调三维集成电容器的输入端、输出端分别接到待控制电容的器件上，随后控制接入电路的多个三维电容个数，实现电容的调节。
控制接入电路的多个三维电容个数过程为：控制每个三维电容的TSV垂直开关a、TSV垂直开关b，当TSV垂直开关a、TSV垂直开关b同时接通，则该三维电容接入电路，否则，该三维电容未接入电路。
本发明的有益效果是：
(1)本发明一种可调三维集成电容器是基于TSV垂直开关的可调三维集成电容器，与二维平面电容器相比，三维集成电容器具有较大的电容密度，较小的对地寄生电容参数；
(2)本发明一种可调三维集成电容器，利用TSV垂直开关的栅极电压的变化会引起TSV垂直开关的打开与关断，从而实现对N+1个三维集成电容器是否并联和几个三维集成电容器并联的控制。
附图说明
图1是本发明一种可调三维集成电容器结构示意图；
图2是本发明一种可调三维集成电容器上半部分拆分示意图；
图3是本发明一种可调三维集成电容器下半部分拆分示意图。
图中，1.输入端，2.三维集成电容，3.TSV垂直开关a，4.TSV垂直开关b，5.输出端，6.上布线层，7.下布线层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种可调三维集成电容器，如图1、图2及图3所示，包括多个三维集成电容2、多个TSV垂直开关a4、多个TSV垂直开关b3，相邻两个三维集成电容2之间设置一个TSV垂直开关a4和一个TSV垂直开关b3，每个TSV垂直开关a4漏极连接上一个三维集成电容2下极板，每个TSV垂直开关a4源极连接下一个三维集成电容2上极板，每个TSV垂直开关b3源极连接上一个三维集成电容2上极板，每个TSV垂直开关b3漏极连接下一个三维集成电容2下极板，每个三维集成电容2上极板、TSV垂直开关a4源极、TSV垂直开关b3源极连接同一上布线层6，每个三维集成电容2下极板、TSV垂直开关a4漏极、TSV垂直开关b3漏极连接同一下布线层7。
还包括输入端1、输出端5，输入端1连接第一个三维集成电容2上极板，输出端5连接第一个三维集成电容2下极板。
三维集成电容2为N+1个，TSV垂直开关a3与TSV垂直开关b4均为N个，N是不小于1的整数。
上布线层6、下布线层7采用的是铜或铝。
一种可调三维集成电容器的电容调节方法，使用一种可调三维集成电容器，具体操作方法为：将该可调三维集成电容器的输入端1、输出端5分别接到待控制电容的器件上，随后控制接入电路的多个三维电容个数，实现电容的调节。
控制接入电路的多个三维电容个数过程为：控制每个三维电容的TSV垂直开关a3、TSV垂直开关b4，当TSV垂直开关a3、TSV垂直开关b4同时接通，则该三维电容接入电路，否则，该三维电容未接入电路。
通过实施例对本发明一种可调三维集成电容器的工作原理进一步说明：
在这里用5个三维集成电容器2和4个TSV垂直开关a3、4个TSV垂直开关b4为例进行分析(N＝4)，并且三维集成电容2由左到右依次编号为C1、C2、C3、C4、C5，4个TSV垂直开关a3由左到右依次编号为K1、K2、K3、K4，4个TSV垂直开关b4由左到右依次编号为K5、K6、K7、K8。当4个TSV垂直开关a3、4个TSV垂直开关b4都为关断的状态时，只有C1在工作，总电容大小为C＝C1；当K1、K5为打开状态，其他TSV开关为关断状态时，C1、C2在工作，总电容大小为C＝C1+C2；当K1、K5、K2、K6为打开状态，其他TSV开关为关断状态时，C1、C2、C3在工作，总电容大小为C＝C1+C2+C3；当K1、K5、K2、K6、K3、K7为打开状态，其他TSV开关为关断状态时，C1、C2、C3、C4在工作，总电容大小为C＝C1+C2+C3+C4；当所有8个TSV垂直开关都为打开的状态时，此时为5个三维集成电容器并联，总电容大小为C＝C1+C2+C3+C4+C5。
通过上述方式，本发明一种可调三维集成电容器是基于TSV垂直开关的可调三维集成电容器，包括输入端，输入端依次连接多个三维电容，三维电容末端连接输出端，多个三维电容的相同极板连接同一布线层；与二维平面电容器相比，三维集成电容器具有较大的电容密度，较小的对地寄生电容参数；利用TSV垂直开关的栅极电压的变化会引起TSV垂直开关的打开与关断，从而实现对N+1个三维集成电容器是否并联和几个三维集成电容器并联的控制。

Claims (6)

1.一种可调三维集成电容器，其特征在于，包括多个三维集成电容(2)、多个TSV垂直开关a(4)、多个TSV垂直开关b(3)，相邻两个所述三维集成电容(2)之间设置一个TSV垂直开关a(4)和一个TSV垂直开关b(3)，每个所述TSV垂直开关a(4)漏极连接上一个三维集成电容(2)下极板，每个所述TSV垂直开关a(4)源极连接下一个三维集成电容(2)上极板，每个所述TSV垂直开关b(3)源极连接上一个三维集成电容(2)上极板，每个所述TSV垂直开关b(3)漏极连接下一个三维集成电容(2)下极板，每个所述三维集成电容(2)上极板、TSV垂直开关a(4)源极、TSV垂直开关b(3)源极连接同一上布线层(6)，每个所述三维集成电容(2)下极板、TSV垂直开关a(4)漏极、TSV垂直开关b(3)漏极连接同一下布线层(7)。
2.根据权利一种可调三维集成电容器，其特征在于，还包括输入端(1)、输出端(5)，所述输入端(1)连接第一个三维集成电容(2)上极板，所述输出端(5)连接第一个三维集成电容(2)下极板。
3.根据权利一种可调三维集成电容器，其特征在于，所述三维集成电容(2)为N+1个，所述TSV垂直开关a(3)与TSV垂直开关b(4)均为N个，N是不小于1的整数。
4.根据权利要求1所述一种可调三维集成电容器，其特征在于，所述上布线层(6)、下布线层(7)采用的是铜或铝。
5.一种可调三维集成电容器的电容调节方法，其特征在于，使用权利要求2所述一种可调三维集成电容器，具体操作方法为：将该可调三维集成电容器的输入端(1)、输出端(5)分别接到待控制电容的器件上，随后控制接入电路的多个三维电容个数，实现电容的调节。
6.根据权利要求5所述一种可调三维集成电容器的电容调节方法，其特征在于，所述控制接入电路的多个三维电容个数过程为：控制每个三维电容的TSV垂直开关a(3)、TSV垂直开关b(4)，当TSV垂直开关a(3)、TSV垂直开关b(4)同时接通，则该三维电容接入电路，否则，该三维电容未接入电路。
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