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TW201409955A - 本體接觸部分空乏絕緣層上覆矽電晶體 - Google Patents

本體接觸部分空乏絕緣層上覆矽電晶體 Download PDF

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TW201409955A
TW201409955A TW102122337A TW102122337A TW201409955A TW 201409955 A TW201409955 A TW 201409955A TW 102122337 A TW102122337 A TW 102122337A TW 102122337 A TW102122337 A TW 102122337A TW 201409955 A TW201409955 A TW 201409955A
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Abstract

本發明之實施例包含一設備、系統和方法，其相關於可使用在一開關電路中之本體接觸部分空乏絕緣層上覆矽電晶體(PDSOI)。在一些實施例中，該開關電路可包含一放電電晶體，以提供一開關電晶體本體之放電通路。其他實施例可以被描述並主張。

Description

本體接觸部分空乏絕緣層上覆矽電晶體
本揭露內容之實施例一般係關於電路領域，尤其是關於本體接觸部分空乏絕緣層上覆矽電晶體。
對於低功率無線電頻率(RF)之開關裝置，部分空乏絕緣層上覆矽(PDSOI)電晶體是一個最佳選擇，尤其是在以價格、性能和功率消耗為主要關鍵要素之手機應用中。然而，PDSOI電晶體在處理較大之信號時卻面臨挑戰。尤其是在PDSOI開關中之大信號性能，將被該PDSOI電晶體本體準中性區域中之電荷累積而影響。電荷累積可能會導致熱載子累積、過多之閘極感應漏電流(GIDL)、負向跨導、閘極控制之損失、滯後現象等。該些問題可被廣泛地稱為浮體效應(FBE)。
在一n-通道金屬氧化物半導體場效應電晶體(NMOS)之裝置，抑制相關於FBE之熱載子累積最常見之方式係為該累積之電荷建立一放電通路。當該本體保持在浮動時，將一負直流電壓施加至該NMOS之閘極，以將其關閉。因此，為了洩放該累積電荷，和關閉跨越該NMOS而形成寄生雙極性接面型電晶體(BJT)，該負直流電壓需要被傳送至該本體。
一些執行該任務之技術已被開發。該些技術包括將該本體連接至使用二極體或連接成二極體形式場效電晶體(diode-connected FETs)之 該閘極，或者甚至施加一使用大電阻(參照為“本體接觸阻抗(resistive body contact)”)，且與該閘極電壓相等之負直流電壓。雖然該些技術或許可以洩放該些熱電荷，關閉該寄生BJT，而且幫助抑制由關閉場效電晶體所產生之諧波；但是它們也可能對該裝置之操作，在其他方面造成不利之影響。
例如，該連接成二極體形式場效電晶體可能傳送該施加負直流電壓加上一DC臨界電壓Vth至閘極，Vth係相對應於該裝置之臨界電壓。這可能損害該電荷洩放機制的效率。
再例如，該本體接觸阻抗可以施加適當之負直流電壓至該裝置之本體；然而，該電阻可能與額外之插入損耗，和相對於互調失真(IMD)及第二次諧波之性能降低有所相關。
根據本發明之一觀點，一電路包括：具有閘極、源極、汲極、和本體接觸之一開關電晶體；第一和第二電阻，其彼此串聯耦合，並進一步與該源極接觸和該汲極接觸耦合並介於兩者之間；以及一放電電晶體，其具有一與該開關電晶體之本體接觸耦合之第一接觸、一與該開關電晶體之閘極接觸耦合之第二接觸和一與該第一和該第二電阻耦合之閘極接觸。
根據本發明之另一觀點，一部分空乏絕緣層上覆矽(PDSOI)之裝置包括：一第一電晶體，其被配置為在開啟時，讓一信號通過，而在關閉時，防止該信號通過；一節點，其被配置為提供一虛擬接地；以及一第二電晶體，其具有與該節點耦合之第一接觸和與該第一電晶體本體耦合之一第二接觸，當該第一電晶體於關閉時，將提供一放電通路至該本體。
根據本發明之另一觀點，一系統包括：一被配置為提供一信 號之收發器；一功率放大模組，其被配置為接收由該收發器送出之信號，並放大該信號以用於傳輸；以及一開關電路，其設置於該收發器或該功率放大器模組，該開關電路包含一部分空乏絕緣層上覆矽(PDSOI)之裝置，其具有：被配置為開關該信號之一開關電晶體；一對電阻，其被配置提供一虛擬接地於一第一節點；以及一放電電晶體，其與該開關電晶體和該第一節點耦合，並被配置為提供一放電通路，以在該開關電晶體的一本體中電荷放電。
100‧‧‧開關電路
104‧‧‧開關電晶體
108‧‧‧閘極接觸
112‧‧‧源極接觸
116‧‧‧汲極接觸
120‧‧‧本體接觸
124‧‧‧電阻
128‧‧‧電阻
130‧‧‧電阻
132‧‧‧放電電晶體
136‧‧‧閘極接觸
140‧‧‧源極接觸
144‧‧‧汲極接觸
148‧‧‧節點
200‧‧‧開關操作
204‧‧‧方塊圖
208‧‧‧方塊圖
300‧‧‧示例系統
302‧‧‧功率放大(PA)模組
304‧‧‧收發器
306‧‧‧天線開關模組(ASM)
308‧‧‧天線結構
實施例藉由示例之方式說明，而不應以該些附圖之圖示做為侷限，其中相同之符號表示相似的元件，並且其中：圖1說明一根據各種實施例之開關電路。
圖2說明一根據各種實施例之一開關操作的流程圖。
圖3是一根據各種實施例之一示例性的無線通信裝置之方塊圖。
該些說明性實施例之各種觀點，將使用熟習該項技術者平常使用之術語描述，其用以表達他們工作之實質內容至其他熟習該項技術者。然而對熟習該項技術者，僅利用部分之該描述觀點的替代實施例亦可被實施，將是顯而易見的。為了解釋之目的，被提出之特定的裝置和配置，是為了提供該些說明性實施例有一透徹的理解。然而對熟習該項技術者，未具有特定之細節的替代實施例亦可被實施，將是顯而易見的。在其它實施例中，省略或簡化之公知的特徵，以避免模糊該些實施例。
此外，各種操作將被描述為多個分立操作，換句話說，是理 解本發明最有幫助的一種方式；但是，描述之順序不應該被解釋為暗示該些操作必須依賴於該順序。特別是，該些操作不需依說明之順序而執行。
詞組“在一實施例中”被重複使用。該詞組一般而言並非參照至該相同之實施例；然而，也可能是。術語“包括”、“具有”和“包含”是同義的，除非上下文另有規定
提供一些澄清上下文之詞彙，可用於相關之各種實施例中，該詞組“A/B”和“A和/或B”是指(A)、(B)或(A和B)；詞組“A、B和/或C”是指(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)，、(B和C)或(A，B和C)。
術語“與…耦合”，和其衍生術語可被使用於此。“耦合”可以表示跟隨其後之一個或多個。“耦合”可以表示兩個或多個元件在物理或電性上之直接接觸。“耦合“也可以表示兩個或多個元件間接地彼此接觸，但仍然彼此合作或交互作用，並且也可以表示一個或多個其他元件，被耦合或連接至該些元件之間，這被稱為彼此耦合。
圖1說明一根據各種實施例中之一開關電路100。開關電路100可以是一絕緣層上覆矽(SOI)之裝置，它具有一設置在一絕緣層上之矽層，也可被參照為埋入氧化(BOX)層。在一些實施例中，一額外之矽層可以被設置在該絕緣層下面。
在各種實施例中，該頂矽層(top silicon layer)可以是約50-90奈米(nm)之厚度，而該絕緣層，其可能是一二氧化矽或藍寶石層，可能是約100到200奈米(nm)之厚度。在一些實施例中，該開關電路100可以是一部分空乏SOI(PDSOI)之裝置，其中位於一摻雜通道下之該矽， 可以是移動電荷載子之部分空乏。該部分空乏區域可以被參照為一準中性區域。
開關電路100可以包含一開關電晶體104。在實施例中，該開關電路100是一PDSOI，該開關電晶體104可能具有一在準中性區域中積累電荷之傾向。於此描述之實施例係提供該些累積電荷之放電，同時至少減輕一些該上述指明之問題，其相關於其他技術之設計，用於解決該FBE之問題。
該開關電晶體104可包含一閘極接觸108、一源極接觸112、一汲極接觸116和一本體接觸120。該開關電路100可以進一步包含彼此串聯連接之電阻124和128，並進一步如圖所示，與該源極接觸112及該汲極接觸116耦合且介於兩者之間。在一些實施例中，該電阻器124和128可以是相同大小的。該開關電路100可以進一步包含與閘極接觸108耦合之電阻130。
雖然在圖1中顯示之該開關電晶體104通常是一NMOS，但是在其它實施例中，該開關電晶體104亦可是一PMOS。
該開關電路100可以進一步包含一放電電晶體132。該放電電晶體132可以產生一放電通路，而將累積在該開關電晶體104中之準中性區域的電荷放電。該放電電晶體132可包含一閘極接觸136、一源極接觸140以及一汲極接觸144。該閘極接觸136與一位於電阻器124和128之間的節點148耦合；該源極接觸140可以與該本體接觸120耦合；該汲極接觸144可以與該閘極接觸108耦合。
該電阻124和128可以提供一虛擬接地，例如，在該節點 148與該閘極接觸136之一固定電位。使用該放電電晶體132將本體接觸120，該汲極接觸116及該源極接觸112，連結至該節點148之固定電位，而有利於去除介於該閘極接觸108和該本體接觸120之間的電位差，因此而將來自該準中性區域之電荷放電。
圖2顯示了一根據各種實施例之一開關操作200的流程圖。根據一些實施例，該開關操作200可藉由一開關電路而被實施，例如：開關電路100。
在方塊204中，該開關操作200可以包含開啟該開關電路。在一些實施例中，該開關電路可以藉由開啟開關電晶體開啟，例如，開關電晶體104，以傳遞一信號，例如，一無線電頻率(RF)信號，介於源極和汲極接觸之間。
在一些實施例中，該開關電晶體可藉由施加一正直流電壓，例如，2.5伏特(V)，至該開關電晶體之閘極接觸而開啟。該放電電晶體之汲極接觸，例如，汲極接觸144，也將看到該正直流電壓。該放電電晶體之閘極接觸，例如，閘極接觸136，可在該虛擬接地看到一0伏特。這可導致在該放電電晶體之閘-極源電壓，V_gs，為-2.5V，而將該放電電晶體關閉，而且，實際上，將該放電電晶體從該開關電路中移除。
在方塊圖208中，該開關操作200可以包含關閉該開關電路，以及提供一介於該開關電晶體之閘極和基體間之放電通路。在一些實施例中，該開關電路可以藉由關閉該開關電晶體而被關閉，以防止一信號之通過，例如，該RF信號。在一些實施例中，開關電晶體可以藉由施加一負直流電壓，例如，-2.5V，至該開關電晶體之閘極接觸而被關閉。該放電 電晶體之汲極接觸，亦將會看到該負直流電壓。這將導致該放電電晶體之V_gs為2.5V。這將開啟該放電電晶體132，藉由耦合該開關電晶體之閘體接觸至該開關電晶體之本體接觸，從而產生了一放電通路。這可以在無需提供電壓空間之情形下被完成，且沒有Vth壓降。
當開關操作200使用一NMOS電晶體作為該開關電晶體(也參照為“NMOS開關”)被廣泛地討論時，開關操作也可由使用一PMOS電晶體作為該開關電路(也參照為“PMOS開關“)之實施例實施。在各種實施例中，在傳送一負直流電壓至該開關電路電晶體之本體的一開關電路中，該NMOS電晶體可被當作該放電電晶體使用，而一PMOS電晶體可被使用於傳送一正直流電壓至該開關電晶體之本體的一開關電路。
使用如上所述之該開關電路100而提供一放電通路不會遭受相關於電壓臨界空間相同之損害，其與一連接成二極體形式FET開關電路有關。範例模擬已顯示，相對於一連接成二極體形式FET開關電路，該開關電路100相對於IMD有3 dB之改善，相對於三階諧波有2.5 dB之改善，以及相對於二階諧波有1.5 dB之改善。
使用如上所述之該開關電路100而提供一放電通路不會遭受相關於插入損耗相同之損害，其與一本體接觸(BC)阻抗開關電路有關。範例模擬已顯示，相對於一BC阻抗開關電路，該開關電路100相對於插入損耗有40毫分貝(dBM)或更大之改善，相對於IMD有1 dB之改善，相對於二階諧波有3.5 dB之改善，以及相對於三階諧波有0.5 dB之改善。
該開關電路100可以是一共閘極放大器，而且可與眾多之應用結合，包含但不限於，互補金屬氧化物半導體(CMOS)開關、功率放大 器、低雜訊放大器(LNAs)、緩衝器、雙工器等。
該開關電路100可以與各種不同之系統結合。如圖3中所說明之一示例系統300之方塊圖。如圖說明，該系統300包含一功率放大器(PA)模組302，在一些實施例中，它可以是一無線電頻率(RF)功率放大器模組。如圖說明之該系統300，可以包含與該PA模組302耦合之一收發器304。該PA模組302可以包含該開關電路100以執行的任一之各種操作，如放大，開關，混和等。在各種實施方式中，一開關電路(例如：開關電路100)，可以額外地/替換地被包含於該收發器304中而提供，例如：向上轉換，或在一天線開關模組(ASM)306中而提供各種開關功能。
該PA模組302可接收一RF輸入信號，RFin，其由收發器304傳送。該PA模組302可以放大該RF輸入信號，RFin，並提供該RF輸出信號，RFout。該RF輸入信號，RFin，和該RF輸出信號，RFout，兩者可以是一發送鏈的一部分，由圖3中Tx-RFin和Tx-RFout分別說明。
該放大之RF輸出信號，RFout，可以被提供至ASM 306，其經由天線結構308，將該RF輸出信號，RFout，執行一通過空中(over-the-air，OTA)的傳送。該ASM306也可以經由天線結構308接收RF信號，並耦合該接收之RF信號，Rx，沿著一接收鏈至該收發器304。
在各種實施例中，該天線結構308可以包含一個或多個定向和/或全向天線，包含，例如，一偶極天線、一單極天線、一貼片天線、一環形天線、一微帶天線或適合為OTA之RF信號之發送/接收的任何其他類型之天線。
該系統300可以是任何包含功率放大之系統。在各種實施例 中，當該系統300被用於高RF功率及頻率之功率放大時，使用包含在該系統300中之開關電路100去開關該RF信號將可能是特別有用的。例如，將該開關電路100包含至該系統300中，對於具有一約32 dBm或更大之功率，且其頻率約為1800百萬赫茲(MHz)或更高之全球移動通信系統(GSM)信號，以及較低頻帶GSM信號，例如，800MHz-915MHz，且具有一約34 dBM或更高的功率的傳輸可能是特別有助益地。
該系統300可以適用於地面和衛星通信，雷達系統，以及在各種工業和醫療可能之應用中的任何一個或多個。更具體地，在各種實施例中，該系統300可以是一雷達裝置、一衛星通信設備、一移動計算設備(例如，一電話、一平板電腦、一膝上型電腦等)、一基地台、一無線電廣播、或一電視放大器系統，所選定之一。
雖然本發明已經依照該上述說明性之實施例所描述，一般技藝人士應瞭解的是，在不脫離本發明範疇的情況下，被用以達到同樣之目的之眾多的替代和/或相等的計畫實施，可以取代該些特定之已顯示和描述的實施例。熟習該項技術者很容易理解，本發明之該教導，可以在眾多之實施例中被實現。本說明書旨在被視為說明性的而非限制性的。
100‧‧‧開關電路
104‧‧‧開關電晶體
108‧‧‧閘極接觸
112‧‧‧源極接觸
116‧‧‧汲極接觸
120‧‧‧本體接觸
124‧‧‧電阻
128‧‧‧電阻
130‧‧‧電阻
132‧‧‧放電電晶體
136‧‧‧閘極接觸
140‧‧‧源極接觸
144‧‧‧汲極接觸
148‧‧‧節點

Claims (20)

  1. 一種電路，包括：具有閘極、源極、汲極和本體接觸之一開關電晶體；第一和第二電阻，其彼此串聯耦合，並進一步與該源極接觸和該汲極接觸耦合並介於兩者之間；以及一放電電晶體，其具有與該開關電晶體之該本體接觸耦合之一第一接觸，與該開關電晶體之該閘極接觸耦合之一第二接觸，和與該第一和該第二電阻耦合之一閘極接觸。
  2. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該閘極接觸與介於該第一和第二電阻間之一第一節點耦合。
  3. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該第一節點是一虛擬接地。
  4. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該電路是一絕緣層上覆矽(SOI)裝置。
  5. 如申請專利範圍第4項之電路，其中該絕緣層上覆矽(SOI)裝置包括一部分空乏絕緣層上覆矽(SOI)裝置。
  6. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該電路是一n-通道金屬氧化物半導體場效應電晶體(NMOS)開關，其被配置為傳送一負直流電壓。
  7. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該電路是一p-通道金屬氧化物半導體場效應電晶體(PMOS)開關，其被配置為傳送一正直流電壓。
  8. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該第一電阻和該第二電阻是相同大小的。
  9. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該放電電晶體之該第一接觸係 該放電電晶體之一源極接觸，以及該放電電晶體之該第二接觸係該放電電晶體之一汲極接觸。
  10. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該電路包括一共閘極放大器。
  11. 一種部分空乏絕緣層上覆矽(PDSOI)裝置，包括：一第一電晶體，其被配置為在開啟時，讓一信號通過，而在關閉時，防止該信號通過；一節點，其被配置為提供一虛擬接地；以及一第二電晶體，其具有與該節點耦合之一第一接觸，和與該第一電晶體本體耦合之一第二接觸，當該第一電晶體於關閉時，將提供一放電通路至該本體。
  12. 如申請專利範圍第11項之部分空乏絕緣層上覆矽(PDSOI)裝置，其中該第一接觸係一閘極接觸，以及該第二接觸係一源極接觸。
  13. 如申請專利範圍第11項之部分空乏絕緣層上覆矽(PDSOI)裝置，更進一步包括：一第一電阻與一第二電阻彼此串聯耦合，其中該節點設置於該第一與第二電阻之間。
  14. 如申請專利範圍第11項之部分空乏絕緣層上覆矽(PDSOI)裝置，其中該第一電晶體包括與該第一電阻耦合之一源極接觸和與該第二電阻耦合之一汲極接觸。
  15. 如申請專利範圍第11項之部分空乏絕緣層上覆矽(PDSOI)裝置，其中當該第一電晶體開啟時，該第二電電晶體將被設置為關閉。
  16. 如申請專利範圍第15項之部分空乏絕緣層上覆矽(PDSOI)裝置， 其中當該第一電晶體關閉時，該第二電電晶體進一步被設置為開啟。
  17. 一種系統，包括：一收發器，其被配置為提供一信號；一功率放大模組，其被配置為接收由該收發器送出之該信號，並放大該信號以用於傳輸；以及一開關電路，其設置於該收發器或該功率放大器模組，該開關電路包含一部分空乏絕緣層上覆矽(PDSOI)裝置，其具有：一開關電晶體，其被配置為開關該信號；一對電阻，其被配置於提供一虛擬接地於一第一節點；以及一放電電晶體，其與該開關電晶體和該第一節點耦合，並被配置為提供一放電通路，以在該開關電晶體的一本體中將電荷放電。
  18. 如申請專利範圍第17項之系統，其中當該開關電晶體關閉時，該放電電晶體被配置為提供該放電通路。
  19. 如申請專利範圍第17項之系統，其中該信號以32 dBM或更大之一功率被傳輸，而且具有1800百萬赫茲或更高之一頻率。
  20. 如申請專利範圍第17項之系統，其中該信號以34 dBM或更大之一功率被傳輸，並且具有在800-915百萬赫茲之一頻率。
TW102122337A 2012-06-27 2013-06-24 本體接觸部分空乏絕緣層上覆矽電晶體 TWI595751B (zh)

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