專利名稱：開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)裝置，尤其涉及適合于傳送路徑的切換的開關(guān)裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著信息通信領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展顯著，通信設(shè)備處理的信號的頻帶也實現(xiàn)了從微米波頻帶向毫米波頻帶和更高頻帶的展開。在處理這種從微米波頻帶到毫米波頻帶的高波帶的通信用電路等中，多數(shù)使用了控制傳送路徑的路徑切換型開關(guān)。
通常，路徑切換型的開關(guān)構(gòu)成為組合使用了半導(dǎo)體的P/I/N結(jié)的PIN二極管開關(guān)和使用了FET(場效應(yīng)管)的開關(guān)功能的FET開關(guān)等。例如，由FET開關(guān)構(gòu)成的路徑切換型開關(guān)裝置接通或斷開分別與切換對象的各傳送路徑連接的兩個FET開關(guān)之一，同時，斷開或接通另一個FET開關(guān)。這樣，通過使FET開關(guān)互補地切換動作，來切換傳送路徑。
另一方面，對于高頻電路的小型化的要求也正隨著其他電子電路的增加而增強。通常，高頻電路多數(shù)構(gòu)成為在一個半導(dǎo)體基板上集成了高頻晶體管等的半導(dǎo)體元件與匹配電路或偏壓電路等的MMIC(Monolithic Microwave IC)。在MMIC的情況下，優(yōu)選開關(guān)本身也由半導(dǎo)體元件構(gòu)成。因此，通常，MMIC中，雖然利用了上述的PIN二極管和FET開關(guān)等，但是由于做PIN結(jié)的工藝比形成FET的工藝復(fù)雜，所以優(yōu)選僅由FET構(gòu)成開關(guān)裝置。
FET開關(guān)通過向FET的柵極施加控制電壓而使溝道的導(dǎo)電率變化，并根據(jù)由此形成的源極—漏極間的導(dǎo)電率變化，而使源極—漏極間的傳送信號的傳送量改變。即，F(xiàn)ET開關(guān)在FET的溝道層為電導(dǎo)通狀態(tài)時，接通，從漏極端子和源極端子的一個中輸入傳送信號，在溝道中傳送，而從漏極端子和源極端子的另一個中輸出。另一方面，F(xiàn)ET在溝道層為夾斷斷開狀態(tài)時，斷開，源極—漏極間為電截斷狀態(tài)。并且，在高頻信號的情況下，通常使用形成了n型的溝道層的高電子遷移率晶體管(HEMTHigh Electron Mobility Transistor)等。
為使由相同溝道型的FET構(gòu)成的多個FET開關(guān)互補動作(使多個FET開關(guān)中的特定的FET開關(guān)接通或斷開，且使該多個FET開關(guān)中的其余的FET開關(guān)斷開或接通)，需要向各個FET開關(guān)的FET提供彼此不同的控制電壓，使各個FET開關(guān)進(jìn)行切換動作。但是，從控制的容易度和電路結(jié)構(gòu)的簡單化的角度來看，優(yōu)選由一個控制電壓來使多個FET互補地進(jìn)行切換動作。
另外，在好用的耗盡型的n溝道FET中，為了夾斷斷開溝道，需要在柵極中對源極電位提供負(fù)電位(下面，稱為負(fù)電壓)。但是，通常，由于多數(shù)源極接地，所以在將這種耗盡型的n溝道FET用作開關(guān)元件的情況下，必須設(shè)置與漏極偏壓的正電源不同的柵極控制用的負(fù)電源。
另外，在高頻信號的情況下，切換傳送路徑時，若切斷側(cè)的傳送線路仍為開路狀態(tài)，則在該開路點傳送線路的阻抗變?yōu)椴贿B續(xù)，而反射信號。該高頻信號的反射使電路特性劣化，電路動作不穩(wěn)定。
另外，F(xiàn)ET具有溝道電阻。因此，若將由FET構(gòu)成的開關(guān)插入到傳送線路中，產(chǎn)生了因FET的溝道電阻產(chǎn)生的傳送損耗。
另外，除了如上所述的技術(shù)之外，與傳送路徑切換用開關(guān)裝置有關(guān)的技術(shù)公開在特許第2848502號公報、特許第3068605號公報、特開平4-33501號公報、特開2000-349502號公報、特開平2-90723號公報、特開平8-213891號公報、特開平3-145801號公報、特開平4-346513號公報、特開平6-85641號公報、特開平10-313266號公報、特開平10-335901號公報、特開平7-235802號公報、特開平6-132701號公報、特開2002-141794號公報、特開平8-288400號公報、特開平9-27736號公報和特開平9-107203號公報中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是提供一種可通過一個控制電壓來互補切換傳送路徑的具有多個同一溝道型的FET開關(guān)的開關(guān)裝置。
本發(fā)明的第二目的是提供一種可僅通過正電源來互補切換傳送路徑的具有多個同一溝道型的FET開關(guān)的開關(guān)裝置。
本發(fā)明的第三目的是提供一種可抑制因切換切斷的傳送路徑中的傳送信號的反射的具有多個同一溝道型的FET開關(guān)的開關(guān)裝置。
本發(fā)明的第四目的是提供一種可減少因FET的溝道電阻引起的傳送損耗的具有多個同一溝道型的FET開關(guān)的開關(guān)裝置。
為實現(xiàn)這些目的，本發(fā)明的開關(guān)裝置，包括第一、第二和第三連接用端子；第一FET，分別經(jīng)第一直流阻止用電容性元件將一對主端子的一個連接到所述第一連接用端子，將所述一對主端子的另一個連接到所述第二連接用端子；第二FET，分別經(jīng)第二直流阻止用電容性元件將一對主端子的一個連接到所述第一連接用端子，將所述一對主端子的另一個連接到所述第三連接用端子；所述第一FET的溝道型和所述第二FET的溝道型相同；向所述第一FET的柵極提供第一偏壓電壓；向所述第二FET的一對主端子提供第二偏壓電壓；且比從所述第一偏壓電壓減去包含所述第一FET的符號的柵極閾值電壓的電壓和將包含第二FET的符號的柵極閾值電壓加到所述第二偏壓電壓的電壓兩者都低的電壓，及比從所述第一偏壓電壓減去包含所述第一FET的符號的柵極閾值電壓的電壓和將包含第二FET的符號的柵極閾值電壓加到所述第二偏壓電壓的電壓兩者都高的電壓的其中之一作為第一控制電壓，通過提供給所述第一FET的一對主端子和所述第二FET的柵極，而分別使所述第一FET和所述第二FET互補地分別導(dǎo)通和截斷，從而切換第一連接狀態(tài)和與第二連接狀態(tài)，其中第一連接狀態(tài)是，電連接所述第一連接用端子和所述第二連接用端子，且電切斷所述第一連接用端子和所述第三連接用端子；第二連接狀態(tài)是，電連接所述第一連接用端子和所述第三連接用端子，且電切斷所述第一連接用端子和所述第二連接用端子。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以通過一個控制電壓，互補地切換信號的傳送路徑。
所述第一偏壓電壓、所述第二偏壓電壓和所述第一控制電壓可以具有接地電位以上的電壓值。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可僅通過正電源互補切換信號的傳送路徑。
輸入輸出到所述第一、第二、第三連接用端子的信號頻率優(yōu)選大于等于100MHz小于等于75GHz。
輸入輸出到所述第一、第二、第三連接用端子的信號頻率優(yōu)選大于等于100MHz小于等于10GHz。
所述開關(guān)裝置也可進(jìn)一步包括控制電壓用端子，提供所述第一控制電壓；可將所述第一FET的一對主端子和所述第二FET的柵極連接到所述控制電壓用端子。
所述第一FET的一對主端子也可分別經(jīng)第一偏壓用電阻元件連接到所述控制電壓用端子。
兩個所述第一偏壓用電阻元件的電阻值的和優(yōu)選大于等于所述第一FET的接通電阻的100倍小于等于10萬倍。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以防止第一FET的截斷時的信號泄漏。
兩個所述第一偏壓用電阻元件的電阻值的和更優(yōu)選大于等于所述第一FET的接通電阻的1000倍小于等于10萬倍。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以更適當(dāng)?shù)胤乐沟谝籉ET截斷時地信號泄漏。
所述開關(guān)裝置也可進(jìn)一步包括偏壓電壓用端子，所述第二FET的一對主端子可分別經(jīng)第二偏壓用電阻元件連接到所述偏壓電壓用端子。
兩個所述第二偏壓用電阻元件的電阻值的和優(yōu)選大于等于所述第二FET的接通電阻的100倍小于等于10萬倍。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以防止第二FET截斷時的信號泄漏。
兩個所述第二偏壓用電阻元件的電阻值的和更優(yōu)選大于等于所述第二FET的接通電阻的1000倍小于等于10萬倍?？梢愿m當(dāng)?shù)胤乐沟诙﨔ET截斷時的信號泄漏。
所述第一和第二FET也可以是n溝道型。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以使用HEMT或HFET，而使開關(guān)裝置高速動作。
所述第一控制電壓也可取與所述第一偏壓電壓相等的電壓與與所述第二偏壓電壓相等的電壓兩值。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以使開關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)簡單和控制容易。
所述第一和第二FET也可以為耗盡型。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，通常，即使使用需要負(fù)電源的耗盡型FET，也可通過適當(dāng)選擇偏壓電壓和第一控制電壓，僅通過正電源來動作，所以本發(fā)明特別有效。
所述第一和第二FET也可共同通過由從Ga、In、Al中選出的至少一個元素和從As、P、N中選出的至少一個元素的化合物構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
所述開關(guān)裝置進(jìn)一步包括第三和第四FET，所述第三FET的一對主端子的一個經(jīng)第三直流阻止用電容性元件連接到所述第二連接用端子，同時，所述第三FET的一對主端子的另一個經(jīng)第四直流阻止用電容性元件或第四直流阻止用電容性元件和第一終端用電阻元件接地；所述第四FET的一對主端子的一個經(jīng)第五直流元件用電容性元件連接到所述第三連接用端子，同時，所述第四FET的一對主端子的另一個經(jīng)第六直流元件用電容性元件或該第六直流元件用電容性元件和第二終端用電阻元件接地；所述第三FET的溝道型和所述第四FET的溝道型相同；向所述第四FET的柵極提供第三偏壓電壓；向所述第三FET的一對主端子提供第四偏壓電壓；且比從所述第三偏壓電壓減去包含所述第四FET的符號的柵極閾值電壓的電壓和將包含第三FET的符號的柵極閾值電壓加到所述第四偏壓電壓的電壓兩者都低的電壓，及比從所述第三偏壓電壓減去包含所述第四FET的符號的柵極閾值電壓的電壓和將包含第三FET的符號的柵極閾值電壓加到所述第四偏壓電壓的電壓兩者都高的電壓的其中之一作為第二控制電壓，其與所述第一控制電壓同步，通過提供給所述第四FET的一對主端子和所述第三FET的柵極，而分別使所述第一FET和第四FET的組與所述第二和第三FET的組互補地分別為導(dǎo)通狀態(tài)和截斷狀態(tài)，在所述第一連接狀態(tài)中終端化所述第三連接用端子，且在所述第二連接狀態(tài)中終端化所述第二連接用端子。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以抑制通過切換切斷的傳送路徑中的傳送信號的反射。
所述開關(guān)裝置也可進(jìn)一步包括兩端具有第二和第三傳送信號用端子、進(jìn)行傳送信號的傳送的傳送線路；所述第一和第二FET經(jīng)所述傳送線路分別連接到所述第一連接用端子，同時，所述第二和第三連接端子分別接地；所述傳送線路上，將所述第一連接端子連接到某一點，所述第一FET經(jīng)所述第一直流阻止用電容性元件連接到從所述第一連接端子的連接點向所述第二傳送信號用端子方離開相當(dāng)于所述傳送信號的1/4波長的奇數(shù)倍的長度的第一點，且將所述第二FET經(jīng)所述第二直流阻止用電容性元件連接到從所述第一連接端子的連接點向所述第三傳送信號用端子方離開相當(dāng)于所述傳送信號的1/4波長的奇數(shù)倍的長度的第二點；所述第一連接用端子構(gòu)成第一傳送信號用端子；根據(jù)所述第一連接狀態(tài)和所述第二連接狀態(tài)的切換，切換第一傳送信號連接狀態(tài)與第二傳送信號連接狀態(tài)，其中，該第一傳送信號連接狀態(tài)是，可傳送所述傳送信號地連接所述第一傳送信號用端子和所述第二傳送信號用端子，且不能傳送所述傳送信號地切斷所述第一傳送信號用端子和所述第三傳送信號用端子；該第二傳送信號連接狀態(tài)是，可傳送所述傳送信號地連接所述第一傳送信號用端子和所述第三傳送信號用端子，且不能傳送所述傳送信號地切斷所述第一傳送信號用端子和所述第二傳送信號用端子。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于FET沒有位于傳送信號的傳送路徑上，所以可以減少因FET的溝道電阻引起的傳送損耗。
輸入輸出到所述第一、第二和第三傳送信號用端子的信號頻率優(yōu)選大于等于100MHz小于等于75GHz。
輸入輸出到所述第一、第二和第三傳送信號用端子的信號頻率更優(yōu)選為大于等于100MHz小于等于10GHz。
所述開關(guān)裝置也可進(jìn)一步包括第三和第四FET，所述第三FET的一對主端子的一個經(jīng)第三直流阻止用電容性元件連接到所述傳送線路中從所述第一點向所述第二傳送信號用端子方離開相當(dāng)于所述傳送信號的1/4波長的奇數(shù)倍的長度的第三點，同時，所述第三FET的一對主端子的另一個經(jīng)第四直流阻止用電容性元件或該第四直流阻止用電容性元件和第一終端用電阻元件接地，且所述第三FET的接通電阻或該第三FET的接通電阻與所述第一終端用電阻元件的電阻和與所述傳送線路的特性阻抗大致相同；所述第四FET的一對主端子的一個經(jīng)第五直流阻止用電容性元件連接到所述傳送線路中從所述第二點向所述第三傳送信號用端子方離開相當(dāng)于所述傳送信號的1/4波長的奇數(shù)倍的長度的第四點，同時，所述第四FET的一對主端子的另一個經(jīng)第六直流阻止用電容性元件或該第六直流阻止用電容性元件和第二終端用電阻元件接地，且所述第四FET的接通電阻或該第四FET的接通電阻與所述第二終端用電阻元件的電阻和與所述傳送線路的特性阻抗大致相同；所述第三FET的溝道型和所述第四FET的溝道型相同；向所述第三FET的柵極提供第三偏壓電壓；向所述第四FET的一對主端子提供第四偏壓電壓；且比從所述第三偏壓電壓減去包含所述第三FET的符號的柵極閾值電壓的電壓和將包含第四FET的符號的柵極閾值電壓加到所述第四偏壓電壓的電壓兩者都低的電壓，及比減去包含所述第三FET的符號的柵極閾值電壓的電壓和將包含第四FET的符號的柵極閾值電壓加到所述第四偏壓電壓的電壓兩者都高的電壓的其中之一作為第二控制電壓，其與所述第一控制電壓同步，通過提供給所述第三FET的一對主端子和所述第四FET的柵極，而分別使所述第一FET和第三FET的組與所述第二和第四FET的組互補地分別為導(dǎo)通狀態(tài)和截斷狀態(tài)，在所述第一傳送信號連接狀態(tài)中接地所述第二點，同時，終端化所述第四點，且在所述第二傳送信號連接狀態(tài)中接地所述第一點，同時，終端化所述第三點。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以抑制切換后的傳送路徑中的反射。
也可提供所述第一控制電壓來作為所述第二控制電壓。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以使開關(guān)裝置的控制容易。
也可提供所述第一偏壓電壓來作為第三偏壓電壓；提供所述第二偏壓電壓來作為所述第四偏壓電壓。根據(jù)這種結(jié)果，可以簡單化開關(guān)裝置的電路結(jié)構(gòu)。
參照附圖，可從下面的最佳實施方式的細(xì)節(jié)說明中明白本發(fā)明的上述目的、其他目的、特征和優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的實施方式1的開關(guān)裝置的電路圖；圖2(a)，(b)是圖1的FET開關(guān)的電路圖；圖3是模式表示圖1的FET的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖4是表示圖1的FET的Id-Vgs特定的曲線；圖5(a)、(b)是表示圖2(a)、(b)的FET開關(guān)的開關(guān)特性的曲線；圖6(a)、(b)是表示圖1的開關(guān)裝置的開關(guān)特性和反射特性的曲線；圖7(a)、(b)是表示圖1的開關(guān)裝置的開關(guān)特性和反射特性的曲線；圖8(a)、(b)、(c)是表示除n溝道耗盡型之外的FET的Id-Vgs特性的曲線，(a)是表示n溝道增強型的FET的Id-Vgs特性的曲線，(b)是表示p溝道耗盡型FET的Id-Vgs特性的曲線，(c)是表示p溝道增強型的FET的Id-Vgs特性的曲線；圖9(a)、(b)、(c)是表示n溝道耗盡型FET的控制電壓設(shè)定方法的圖，(a)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓低時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(b)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓高時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(c)是表示第一FET的通·斷切換電壓與第二FET的通·斷切換電壓一致時的控制電壓的設(shè)定方法的圖；圖10(a)、(b)、(c)是表示p溝道耗盡型FET的控制電壓設(shè)定方法的圖，(a)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓低時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(b)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓高時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(c)是表示第一FET的通·斷切換電壓與第二FET的通·斷切換電壓一致時的控制電壓的設(shè)定方法的圖；圖11(a)、(b)、(c)是表示n溝道增強型FET的控制電壓設(shè)定方法的圖，(a)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓低時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(b)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓高時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(c)是表示第一FET的通·斷切換電壓與第二FET的通·斷切換電壓一致時的控制電壓的設(shè)定方法的圖；圖12(a)、(b)、(c)是表示p溝道增強型FET的控制電壓設(shè)定方法的圖，(a)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓低時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(b)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓高時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(c)是表示第一FET的通·斷切換電壓與第二FET的通·斷切換電壓一致時的控制電壓的設(shè)定方法的圖；圖13是本發(fā)明的實施方式2的開關(guān)裝置的電路圖；圖14(a)、(b)是表示圖13的開關(guān)裝置的開關(guān)特性和反射特性的曲線；圖15(a)、(b)是表示圖13的開關(guān)裝置的開關(guān)特性和反射特性的曲線；圖16是本發(fā)明的實施方式3的開關(guān)裝置的示意電路圖；圖17(a)、(b)是表示圖16的開關(guān)裝置的開關(guān)的開關(guān)特性的曲線；圖18(a)、(b)是表示圖16的開關(guān)裝置的開關(guān)特性和反射特性的曲線；圖19是本發(fā)明的實施方式4的開關(guān)裝置的示意電路圖；圖20(a)、(b)是表示圖19的開關(guān)裝置的開關(guān)特性和反射特性的曲線。
具體實施例方式
下面，參照

本發(fā)明的實施方式。
(實施方式1)圖1是本發(fā)明的實施方式1的開關(guān)裝置10的電路圖，圖2(a)是圖1的FET開關(guān)11的電路圖，圖2(b)是圖1的FET開關(guān)12的電路圖。
圖1和圖2中，本實施方式的開關(guān)裝置10包括第一端子(連接用端子)P1(下面，稱為端子P1)、第二端子(連接用端子)P2(下面，稱為端子P2)和第三端子(連接用端子)P3(下面，稱為端子P3)。在端子P1和端子P2之間設(shè)置第一FET開關(guān)11(下面，稱為FET開關(guān)11)，在端子P1和端子P3之間設(shè)置第二FET開關(guān)12(下面，稱為FET開關(guān)12)，通過FET開關(guān)11和FET開關(guān)12為互補地導(dǎo)通(接通)和截斷(斷開)狀態(tài)，而切換端子P1和端子P2電連接、且端子P1和端子P3電切斷的第一連接狀態(tài)與端子P1和端子P3電連接、且端子P1和端子P2電切斷的第二連接狀態(tài)。
具體的，F(xiàn)ET開關(guān)11具有第一FET111(下面，稱為FET111)。FET111中，經(jīng)直流阻止用電容性元件(電容器)Cb將漏極連接到端子P1，經(jīng)直流阻止用電容性元件(電容器)Cb將源極連接到端子P2。FET111的漏極和源極分別經(jīng)漏極偏壓用電阻元件(第一偏壓用電阻元件)113和源極偏壓用電阻元件(第一偏壓用電阻元件)112連接到控制電壓用端子Tc。對控制電壓用端子Tc提供直流控制電壓。由此，若對控制電壓用端子Tc提供了控制電壓Vc，則充電直流阻止用電容性元件Cb，而保持為提供源極和漏極的控制電壓Vc，同時，防止了將直流控制電壓Vc施加到端子P1、端子P2和與其連接的電路。將FET111的柵極連接到第一偏壓端子Tb1。向第一偏壓端子Tb1提供直流的第一偏壓電壓Vb1。
另一方面，F(xiàn)ET開關(guān)12具有第二FET121(下面，稱為FET121)。FET121中，經(jīng)直流阻止用電容性元件Cb將漏極連接到端子P1，經(jīng)直流阻止用電容性元件Cb將源極連接到端子P3。FET121的漏極和源極分別經(jīng)漏極偏壓用電阻元件(第二偏壓用電阻元件)123和源極偏壓用電阻元件(第二偏壓用電阻元件)122連接到控制第二偏壓用端子Tb2。對第二偏壓用端子Tb2提供直流的第二偏壓電壓Vb2。由此，若對第二偏壓用端子Tb2提供了第二偏壓電壓Vb2，則充電直流阻止用電容性元件Cb，而保持為提供源極和漏極的第二偏壓電壓Vb2，同時，防止了將直流的第二偏壓電壓Vb2施加到端子P1、端子P3和與其連接的電路。將FET121的柵極連接到上述的控制電壓用端子Tc。
另外，本實施方式中，雖然將FET111和FET121的源極和漏極中，連接到端子P1的一個稱為漏極，將另一個稱為源極，但是，本實施方式中，由于源極和漏極實質(zhì)上被偏壓為相同電位，所以區(qū)分源極和漏極沒有意義。因此，也可將連接到端子P1的一個稱為源極，將另一個稱為漏極。這樣，由于區(qū)分源極和漏極沒有意義且將傳送信號輸入輸出到源極和漏極，所以本說明書和權(quán)利要求書中，將源極和漏極共同定義為主端子，而這樣進(jìn)行稱呼。
另外，雖然將FET111的源極和漏極與FET121的柵極連接到了共用的控制電壓用端子Tc，但是也可分別連接到另外的控制電壓用端子Tc。
將端子P1、P2和P3連接到其他電路，且將高頻的交流信號輸入輸出到端子P1、P2和P3。該交流信號通過在端子P1到端子P2的信號傳送路徑與端子P1到端子P3的信號傳送路徑上設(shè)置的直流阻止用電容性元件Cb。但是，該信號的頻率主要通過該直流阻止用電容性元件Cb的頻率特性限制其下限，另外，主要通過FET111、121的頻率特性限制其上限。因此，輸入輸出到端子P1、P2和P3的信號頻率優(yōu)選在100MHz以上，75GHz以下，更優(yōu)選在100MHz以上，10GHz以下。
FET111和FET121具有彼此相同的溝道型。具體的，由n溝道型的HEMT或HFET構(gòu)成。這是因為n溝道型的HEMT和HFET的載流子(電子)的遷移率比p溝道型的HEMT和HFET的載流子(空穴)的遷移率(遷移率)高。因此，通過由n溝道型的HEMT和HFET構(gòu)成FET111與FET121，而可使開關(guān)裝置10高速動作。結(jié)果，開關(guān)裝置10可適合用于高頻。
HEMT優(yōu)選由從Ga、In、Al中所選出的至少一個元素和從As、P、N中所選出的至少一個元素的化合物構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。當(dāng)然，也可由包括除此之外的元素的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
另外，F(xiàn)ET111、121在本實施方式中，由耗盡型FET構(gòu)成。若這樣構(gòu)成，由于耗盡型FET具有負(fù)的柵極閾值電壓，所以可分別更低設(shè)定柵極電壓、即，與FET111有關(guān)的偏壓電壓Vb1和與FET121有關(guān)的控制電壓Vc。
將源極偏壓用電阻元件112和漏極偏壓用電阻元件113串聯(lián)連接到FET111的漏極和源極之間，另外，將源極偏壓用電阻元件122和漏極偏壓用電阻元件123串聯(lián)連接到FET121的漏極和源極之間，這些電阻元件112、113、122、123的電阻值需要充分大，使從端子P1到端子P2和從端子P1到端子P3的各自的傳送信號實質(zhì)上不泄漏。因此，源極偏壓用電阻元件112的電阻值和漏極偏壓用電阻元件113的電阻值的和與源極偏壓用電阻元件122的電阻值和漏極偏壓用電阻元件123的電阻值的和分別優(yōu)選為FET111和FET121的接通電阻(導(dǎo)通時的漏極—源極間電阻)的100倍以上10萬倍以下，更優(yōu)選為1000倍以上10萬倍以下。本實施方式中，將源極偏壓用電阻元件112、漏極偏壓用電阻元件113、源極偏壓用電阻元件122、漏極偏壓用電阻元件123的電阻值設(shè)定為5kΩ。即，由于FET111和FET121的接通電阻為幾Ω，所以分別將源極偏壓用電阻元件112的電阻值和漏極偏壓用電阻元件113的電阻值的和與源極偏壓用電阻元件122的電阻值和漏極偏壓用電阻元件123的電阻值的和設(shè)為FET111和FET121的接通電阻的約2000倍。另外，由于柵極與源極和漏極間的阻抗充分大，所以也可省略電阻元件124。
將控制電壓Vc和偏壓電壓Vb1、Vb2全部設(shè)定為接地電位以上。進(jìn)一步，將偏壓電壓Vb1設(shè)定為FET111的柵極閾值電壓以上的電壓，另外，將偏壓電壓Vb2設(shè)定為FET121的柵極閾值電壓以上的電壓。后面詳細(xì)說明這些電壓的設(shè)定實例與設(shè)定方法。由此，可僅用正電源使開關(guān)裝置10動作。另外，本實施方式中，可在0V～5V左右的范圍內(nèi)設(shè)定控制電壓Vc，在0V～3V左右的范圍內(nèi)設(shè)定偏壓電壓Vb1、Vb2。進(jìn)一步，通過使FET121為高耐壓，而可將偏壓電壓Vb2設(shè)定為到3.5V左右為止的電壓。
接著，說明如上這樣構(gòu)成的開關(guān)裝置10的動作。
最初，簡單說明構(gòu)成FET111、112的n溝道耗盡型的FET的結(jié)構(gòu)和動作。
圖3是模式表示圖1的FET的結(jié)構(gòu)的截面圖，圖4是表示圖1的FET的Id-Vgs特性的曲線。
本說明書中，為說明方便，用相對接地電位的電位差表示偏壓電壓和控制電壓。另外，都用相對接地電壓的電位差來表示FET的基板、源極、漏極和柵極的電位，同時，將其分別稱為基板電壓、源極電壓、漏極電壓和柵極電壓。另外，將以源極電壓為基準(zhǔn)時的柵極電壓和源極電壓的電壓差([柵極電壓]—[源極電壓])稱為柵極—源極間電壓，用Vgs符號來表示。
如圖3所示，耗盡型FET中，在半導(dǎo)體基板201上形成柵極電極(柵極)G、源極電極(源極)S和漏極電極(漏極)D，使得源極S和漏極D位于柵極G的兩側(cè)。在柵極G和半導(dǎo)體基板201之間形成柵極絕緣膜202或肖特基勢壘層。半導(dǎo)體基板201具有p型的導(dǎo)電性。在位于半導(dǎo)體基板201的源極S和漏極D的下方的部分分別形成由n型雜質(zhì)的高濃度區(qū)域構(gòu)成的源極區(qū)域203和漏極區(qū)域204，分別在該源極區(qū)域203和漏極區(qū)域204之間預(yù)先形成由n型區(qū)域構(gòu)成的溝道205。
并且，通常，將基板電壓Vsub設(shè)定為與源極電壓Vs和漏極電壓Vd相同或比其低的電壓。
如圖3和圖4所示，由于在這樣構(gòu)成的耗盡型FET中，預(yù)先形成了溝道205，所以即使柵極—源極間電壓Vgs為0V，也可流過漏極電流Id。并且，若柵極—源極間電壓Vgs為負(fù)電壓，則在溝道205中形成了耗盡層206，由此減小了漏極電流。若柵極—源極間電壓Vgs進(jìn)一步降低，則耗盡層擴(kuò)大，逐漸截斷溝道205。截斷了該溝道205的柵極—源極間電壓Vgs為柵極閾值電壓Vth。相反，若柵極—源極間電壓Vgs為正電壓，且將其提高，則在基板201的p型區(qū)域形成反型層，溝道區(qū)域擴(kuò)大，由此，增大了漏極電流。
因此，耗盡型FET中，作為柵極—漏極間電壓Vgs，通過提供比柵極閾值電壓Vth低的電壓Vgsl來使其斷開，通過提供比柵極閾值電壓Vth高的電壓Vgsh來使其接通。
接著，說明開關(guān)裝置10的動作。
參照圖1、圖3和圖4，本實施方式中，F(xiàn)ET111、112共同具有大于-1.0V且小于0.0V的柵極閾值電壓Vth。并且，將偏壓電壓Vb1設(shè)定為作為接地電位的0.0V，將偏壓電壓Vb2設(shè)定為作為電源電壓的1.0V。進(jìn)一步，作為控制電壓Vc，提供成變換相當(dāng)于偏壓電壓Vb1的0.0V和相當(dāng)于偏壓電壓Vb2的1.0V的雙值。下面，將控制電壓Vc高的電壓值稱為Vch，將低的電壓值稱為Vcl。
首先，若提供0.0V(Vcl)來作為控制電壓Vc，則FET111中，源極電壓Vs為0.0V，由此，柵極—源極間電壓Vgs為0.0V(Vgsh)。結(jié)果，柵極—源極間電壓Vgs比柵極閾值電壓Vth高，F(xiàn)ET111為導(dǎo)通狀態(tài)。
另一方面，F(xiàn)ET112中，柵極電壓Vg為0.0V，由此，柵極—源極間電壓Vgs為-1.0V(Vgsl)。結(jié)果，柵極—源極間電壓Vgs比柵極閾值電壓Vth低，F(xiàn)ET112為截斷狀態(tài)。
由此，通過FET開關(guān)11，電連接端子P1和端子P2。即，控制電壓Vc為0.0V(Vcl)時，開關(guān)裝置10為第一連接狀態(tài)。
接著，若提供1.0V(Vch)來作為控制電壓Vc，則FET111中，源極電壓Vs為1.0V，由此，柵極—源極間電壓Vgs為-1.0V(Vgsl)。結(jié)果，柵極—源極間電壓Vgs比柵極閾值電壓Vth低，F(xiàn)ET111為截斷狀態(tài)。
另一方面，F(xiàn)ET112中，柵極電壓Vg為1.0V，由此，柵極—源極間電壓Vgs為0.0V(Vgsh)。結(jié)果，柵極—源極間電壓Vgs比柵極閾值電壓Vth高，F(xiàn)ET112為導(dǎo)通狀態(tài)。
由此，通過FET開關(guān)12，電連接端子P1和端子P3。即，控制電壓Vc為1.0V(Vch)時，開關(guān)裝置10為第二連接狀態(tài)。
接著，說明開關(guān)裝置10的傳送路徑切換特性。
圖5(a)、(b)表示偏壓電壓Vb1為接地電位(0.0V)，偏壓電壓Vb2為電源電壓(1.0V)，控制電壓Vc為相當(dāng)于偏壓電壓Vb1的0.0V和相當(dāng)于偏壓電壓Vb2的1.0V兩個值時的FET開關(guān)11、12的開關(guān)特性的曲線?？v軸表示從端子P1向端子P2傳送信號時的信號電平(順方向傳送系數(shù))，單位為dB。橫軸表示信號頻率，單位為GHz。
圖5(a)表示FET開關(guān)11的開關(guān)特性。FET開關(guān)11在控制電壓Vc為0.0V時，源極—漏極間為導(dǎo)通狀態(tài)，另一方面，在控制電壓Vc為1.0V時，源極—漏極間為截斷狀態(tài)。另一方面，圖5(b)表示FET開關(guān)12的開關(guān)特性。FET開關(guān)12與FET開關(guān)11相反，在控制電壓Vc為0.0V時，源極—漏極間為截斷狀態(tài)，另一方面，在控制電壓Vc為1.0V時，源極—漏極間為導(dǎo)通狀態(tài)。另外，該圖(a)、(b)所示的開關(guān)特性是電阻元件112、113、122、123的電阻值為5kΩ時的開關(guān)特性，但是即使電阻值為500Ω左右，開關(guān)特性也不會大大變化。另外，F(xiàn)ET111、121的規(guī)格也可為100Ω左右。
本實施方式的開關(guān)裝置10經(jīng)一對直流阻止用電容性元件Cb連接具有上述特性的FET開關(guān)11、12的各自一端，將其作為端子P1，將另一端分別設(shè)為端子P2、P3。并且，構(gòu)成為向FET111、121提供彼此共用的控制電壓Vc。
圖6(a)、(b)表示控制電壓Vc為0.0V時的將信號頻率作為橫軸的開關(guān)裝置10的各種特性的曲線。該圖(a)表示從端子P1向端子P2的信號傳送特性(順方向傳送系數(shù)S21)、和從端子P1向端子P3的信號傳送特性(順方向傳送系數(shù)S31)。另外，該圖(b)表示端子P2的反射特性(反射系數(shù)S22)、和端子P3的反射特性(反射系數(shù)S33)。另外，該圖縱軸的單位是dB，橫軸的單位是GHz。從該圖(a)所示的傳送特性可以看出，端子P1和端子P2為連接狀態(tài)，端子P1和端子P3為切斷狀態(tài)。
圖7(a)、(b)表示控制電壓Vc為1.0V時的將信號頻率作為橫軸的開關(guān)裝置10的各種特性的曲線。該圖(a)表示從端子P1向端子P2的信號傳送特性(順方向傳送系數(shù)S21)、和從端子P1向端子P3的信號傳送特性(順方向傳送系數(shù)S31)。另外，該圖(b)表示端子P2的反射特性(反射系數(shù)S22)、和端子P3的反射特性(反射系數(shù)S33)。另外，該圖縱軸和橫軸的單位與圖6相同。從該圖(a)所示的傳送特性可以看出，端子P1和端子P2為切斷狀態(tài)，端子P1和端子P3為連接狀態(tài)。
圖6(b)所示的反射特性S33和圖7(b)所示的反射特性S22不必說處于充分的電平。后面敘述其反射特性的改善方案。
如上面所說明的，根據(jù)本實施方式，可以通過一個控制電壓Vc使分別包括由HEMT或HFET構(gòu)成的FET111、121的FET開關(guān)11、12互補地切換動作，而可以互補地設(shè)定第一連接狀態(tài)和第二連接狀態(tài)。另外，由于偏壓電壓Vb1、Vb2和控制電壓Vc全部為接地電位以上，所以可僅通過正電源動作開關(guān)裝置10。由此，不需要供給負(fù)電壓的負(fù)電源，可以減少電路規(guī)模。
另外，F(xiàn)ET111、121并不限于HEMT或HFET，也可以是其他構(gòu)造的FET。下面詳細(xì)說明這種情況下的偏壓電壓Vb1、Vb2和控制電壓Vc的設(shè)定方法。
上面，表示了第一FET111和第二FET121為n溝道耗盡型FET，兩者大致具有相同的柵極閾值電壓Vth時的偏壓電壓Vb1、Vb2和控制電壓Vc的具體設(shè)定實例，下面，說明第一FET111和第二FET121由n溝道耗盡型、p溝道耗盡型、n溝道增強型、p溝道增強型的四型FET構(gòu)成時的偏壓電壓Vb1、Vb2和控制電壓Vc的一般設(shè)定方法。
首先，作為該前提，說明除n溝道耗盡型之外的FET的Id-Vgs特性。
圖8(a)、(b)、(c)是表示除n溝道耗盡型之外的FET的Id-Vgs特性的曲線，(a)是表示n溝道增強型FET的Id-Vgs特性的曲線，(b)是表示p溝道耗盡型FET的Id-Vgs特性的曲線，(c)是表示p溝道增強型FET的Id-Vgs特性的曲線。
如圖8(a)所示，n溝道增強型FET的Id-Vgs特性除了柵極閾值電壓Vth為正電壓之外，與n溝道耗盡型FET的Id-Vgs特性(參照圖4)相同。
如圖8(b)所示，p溝道耗盡型的FET的Id-Vgs特性中，柵極閾值電壓Vth為正電壓且隨柵極—源極間電壓Vgs降低，漏極電流Id增大。因此，柵極閾值電壓Vgs的極性和漏極電流Id相對柵極—源極間電壓Vgs的變化與n溝道耗盡型FET的Id-Vgs特性相反。
如圖8(c)所示，p溝道增強型FET的Id-Vgs特性中，柵極閾值電壓Vth為負(fù)電壓且隨柵極—源極間電壓Vgs降低漏極電流Id增大。因此，與n溝道耗盡型FET的Id-Vgs特性相比，柵極閾值電壓Vgs的極性相同且漏極電流Id相對柵極—源極間電壓Vgs的變化相反。
接著，說明偏壓電壓Vb1、Vb2和控制電壓Vc的設(shè)定方法。
首先，說明n溝道耗盡型的FET。
圖9(a)、(b)、(c)是表示n溝道耗盡型FET的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(a)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓低時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(b)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓高時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(c)是表示第一FET的通·斷切換電壓與第二FET的通·斷切換電壓一致時的控制電壓的設(shè)定方法的圖。圖9(a)、(b)、(c)中，橫軸表示相對接地電位的電壓。
參照圖1，定義第一FET111為向柵極提供偏壓電壓(Vb1)，向源極提供控制電壓(Vc)的FET。另一方面，定義第二FET121為向源極提供偏壓電壓(Vb2)，向柵極提供控制電壓(Vc)的FET。
并且，將切換第一FET111的接通(導(dǎo)通狀態(tài))和斷開(截斷狀態(tài))的源極電壓定義為第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1。
另外，將切換第二FET121的接通和斷開的柵極電壓定義為第二FET121的通·斷切換電壓Vsw2。
另外，分別將第一FET111和第二FET121的柵極閾值電壓設(shè)為Vth1、Vth2。
這時，由于第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1為[柵極閾值電壓Vth1]＝[柵極電壓偏壓電壓Vb1]-[源極電壓通·斷切換電壓Vsw1]，所以為Vsw1＝Vb1-Vth1＝Vb1+|Vth1|。
另一方面，由于第二FET111的通·斷切換電壓Vsw2為[柵極閾值電壓Vth2]＝[柵極電壓通·斷切換電壓Vsw2]-[源極電壓偏壓電壓Vb2]，所以為Vsw2＝Vb2+Vth2＝Vb2-|Vth2|。
這里，第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1和第二FET111的通·斷切換電壓Vsw2的組合存在(a)第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1比第二FET111的通·斷切換電壓Vsw2低時、(b)第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1比第二FET111的通·斷切換電壓Vsw2高時、(c)第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1與第二FET111的通·斷切換電壓Vsw2一致時的三種組合。
如圖9(a)所示，第一FET111中，源極電壓為通·斷切換電壓Vsw1以下的電壓范圍為接通區(qū)域，源極電壓超過通·斷切換電壓Vsw1的電壓范圍為斷開區(qū)域。另一方面，第二FET121中，柵極電壓為通·斷切換電壓Vsw2以上的電壓范圍為接通區(qū)域，源極電壓是低于通·斷切換電壓Vsw2的電壓范圍為斷開區(qū)域。
這里，控制電壓Vc在第一FET111中相當(dāng)于源極電壓，在第二FET121中相當(dāng)于柵極電壓。因此，由于控制電壓Vc為第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1以下的電壓范圍中，第一FET111接通，第二FET121斷開，所以該電壓范圍是應(yīng)設(shè)定為控制電壓Vc的低電壓值Vcl的區(qū)域(下面，稱為Vcl設(shè)定區(qū)域)。另一方面，在控制電壓Vc為第二FET121的通·斷切換電壓Vsw2以上的電壓范圍中，第一FET111斷開，第二FET121接通，所以該電壓范圍是應(yīng)設(shè)定為控制電壓Vc的高電壓值Vch的區(qū)域(下面，稱為Vch設(shè)定區(qū)域)。并且，在控制電壓超過第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1且低于第二FET121的通·斷切換電壓Vsw2的電壓范圍中，由于第一FET111和第二FET121共同斷開，所以該電壓范圍為控制電壓Vc的設(shè)定禁止區(qū)域。
即，將偏壓電壓Vb2設(shè)定為比偏壓電壓Vb1高，將控制電壓Vc低的電壓值Vcl設(shè)定為小于等于比偏壓電壓Vb1高第一FET111的柵極閾值電壓Vth1的絕對值的電壓(Vsw1)，同時，也可將控制電壓Vc的高電壓值Vch設(shè)定為大于等于比偏壓電壓Vb2低第二FET121的柵極閾值電壓Vth2的絕對值的電壓(Vsw2)。通過這樣設(shè)定，可以通過一個控制電壓Vc，來使第一FET111和第二FET121互補地切換動作。
另外，通過將偏壓電壓Vb1、偏壓電壓Vb2和控制電壓Vc(正確地為Vcl)全部設(shè)定為大于等于接地電位，而可僅通過正電源使開關(guān)裝置10動作。
如圖9(b)所示，在控制電壓Vc低于第二FET121的通·斷切換電壓Vsw2的電壓范圍中，由于第一FET111為通、第二FET121為斷，所以該電壓范圍為控制電壓Vc的Vcl設(shè)定區(qū)域，在控制電壓Vc超過了第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1的電壓范圍中，由于第一FET111為斷、第二FET121為通，所以該電壓范圍為控制電壓Vc的Vch設(shè)定區(qū)域。并且，在控制電壓Vc為大于等于第二FET121的通·斷切換電壓Vsw2且小于等于第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1的電壓范圍中，由于第一FET111和第二FET121共同為通，所以該電壓范圍為控制電壓Vc的設(shè)定禁止區(qū)域。
并且，偏壓電壓Vb1和偏壓電壓Vb2在第二FET121的通·斷切換電壓Vsw2和第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1為接近的范圍、且偏壓電壓Vb1比偏壓電壓Vb2低，第二FET121的通·斷切換電壓Vsw2和第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1的電壓差為特定值的情況下，在偏壓電壓Vb1與偏壓電壓Vb2一致，第二FET121的通·斷切換電壓Vsw2與第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1不同的情況下，如圖9(b)所示，偏壓電壓Vb1比偏壓電壓Vb2高。即，該情況下，還可更高設(shè)定偏壓電壓Vb1和偏壓電壓Vb2的其中之一。
并且，也可將控制電壓Vc的低電壓值Vcl設(shè)定為小于等于比偏壓電壓Vb2低第二FET121的柵極閾值電壓Vth2的絕對值的電壓(Vsw2)，將控制電壓Vc的高電壓值Vch設(shè)定為大于等于比偏壓電壓Vb1高第一FET111的柵極閾值電壓Vth1的絕對值的電壓(Vsw1)。該方面與(a)的情況相同。
如圖9(c)所示，在控制電壓Vc低于第一FET121的通·斷切換電壓Vsw1和第二FET121的通·斷切換電壓Vsw2的電壓范圍中，由于第一FET111為通、第二FET121為斷，所以該電壓范圍為控制電壓Vc的Vcl設(shè)定區(qū)域，在控制電壓Vc超過了第一FET121的通·斷切換電壓Vsw1和第二FET121的通·斷切換電壓Vsw2的電壓范圍中，由于第一FET111為斷、第二FET121為通，所以該電壓范圍為控制電壓Vc的Vch設(shè)定區(qū)域。由于不存在第一FET111和第二FET121兩者為通或斷的區(qū)域，所以不存在控制電壓Vc的設(shè)定禁止區(qū)域。
并且，偏壓電壓Vb2比偏壓電壓Vb1高。
其他方面與(a)的情況相同。
若總結(jié)以上三種情況，通過一個控制電壓Vc來使第一FET111和第二FET121互補地切換動作用的設(shè)定條件如下。
即，也可任意設(shè)定偏壓電壓Vb1、Vb2。
控制電壓Vc可以將低電壓值Vcl設(shè)定為比偏壓電壓Vb1高第一FET111的柵極閾值電壓Vth1的絕對值的電壓(Vsw1)和比偏壓電壓Vb2低第二FET121的柵極閾值電壓Vth2的絕對值的電壓(Vsw2)兩者低，同時，將控制電壓的高電壓值Vch設(shè)定為比偏壓電壓Vb1高第一FET111的柵極閾值電壓Vth1的絕對值的電壓(Vsw1)和比偏壓電壓Vb2低第二FET121的柵極閾值電壓Vth2的絕對值的電壓(Vsw2)兩者高。
另外，為了通過正電源使開關(guān)裝置10動作，除了上述條件之外，進(jìn)一步，也可將偏壓電壓Vb1、偏壓電壓Vb2和控制電壓Vc全部設(shè)定為接地電位以上。
{p溝道耗盡型}接著，說明p溝道耗盡型的FET。
圖10(a)、(b)、(c)是表示p溝道耗盡型FET的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(a)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓低時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(b)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓高時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(c)是表示第一FET的通·斷切換電壓與第二FET的通·斷切換電壓一致時的控制電壓的設(shè)定方法的圖。圖10(a)、(b)、(c)中，橫軸表示相對接地電位的電壓。
P溝道耗盡型時，從圖10(a)～(c)與圖9(a)～(c)的比較可以看出，第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1為Vsw1＝Vb1-Vth1＝Vb1-|Vth1|，第二FET121的通·斷切換電壓Vsw2為Vsw2＝Vb2+Vth2＝Vb2+|Vth2|。
并且，第一FET111中，源極電壓是大于等于通·斷切換電壓Vsw1的電壓范圍為接通區(qū)域，源極電壓是低于通·斷切換電壓Vsw1的電壓范圍為斷開區(qū)域。另一方面，第二FET121中，柵極電壓小于等于通·斷切換電壓Vsw2的電壓范圍為接通區(qū)域，源極電壓超過通·斷切換電壓Vsw2的電壓范圍為斷開區(qū)域。因此，在Vcl設(shè)定區(qū)域中，第一FET111為斷，第二FET121為通，在Vch設(shè)定區(qū)域中，第一FET111為通，第二FET121為斷。
除此之外的方面與n溝道耗盡型的情況相同。因此，通過一個控制電壓Vc來使第一FET111和第二FET121互補地進(jìn)行切換動作用的設(shè)定條件如下。
即，也可任意設(shè)定偏壓電壓Vb1、Vb2。
控制電壓Vc可以將低電壓值Vcl設(shè)定為比偏壓電壓Vb1低第一FET111的柵極閾值電壓Vth1的絕對值的電壓(Vsw1)和比偏壓電壓Vb2高第二FET121的柵極閾值電壓Vth2的絕對值的電壓(Vsw2)兩者低，同時，將控制電壓的高電壓值Vch設(shè)定為比偏壓電壓Vb1低第一FET111的柵極閾值電壓Vth1的絕對值的電壓(Vsw1)和比偏壓電壓Vb2高第二FET121的柵極閾值電壓Vth2的絕對值的電壓(Vsw2)兩者高。
另外，為了僅用正電源使開關(guān)裝置10動作，除了上述條件之外，進(jìn)一步，可以將偏壓電壓Vb1、偏壓電壓Vb2、控制電壓Vc(準(zhǔn)確為Vcl)全部設(shè)定為大于等于接地電位。
{n溝道增強型}接著，說明n溝道增強型的FET。
圖11(a)、(b)、(c)是表示n溝道增強型FET的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(a)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓低時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(b)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓高時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(c)是表示第一FET的通·斷切換電壓與第二FET的通·斷切換電壓一致時的控制電壓的設(shè)定方法的圖。圖11(a)、(b)、(c)中，橫軸表示相對接地電位的電壓。
n溝道增強型時，從圖11(a)～(c)與圖9(a)～(c)的比較可以看出，第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1為Vsw1＝Vb1-Vth1＝Vb1-|Vth1|，第二FET121的通·斷切換電壓Vsw2為Vsw2＝Vb2+Vth2＝Vb2+|Vth2|。
除此之外的方面與n溝道耗盡型的情況相同。因此，通過一個控制電壓Vc來使第一FET111和第二FET121互補地進(jìn)行切換動作用的設(shè)定條件如下。
即，也可任意設(shè)定偏壓電壓Vb1、Vb2。
控制電壓Vc可以將低電壓值Vcl設(shè)定為比偏壓電壓Vb1低第一FET111的柵極閾值電壓Vth1的絕對值的電壓(Vsw1)和比偏壓電壓Vb2高第二FET121的柵極閾值電壓Vth2的絕對值的電壓(Vsw2)兩者低，同時，將控制電壓的高電壓值Vch設(shè)定為比偏壓電壓Vb1低第一FET111的柵極閾值電壓Vth1的絕對值的電壓(Vsw1)和比偏壓電壓Vb2高第二FET121的柵極閾值電壓Vth2的絕對值的電壓(Vsw2)兩者高。
另外，為了僅用正電源使開關(guān)裝置10動作，除了上述條件之外，進(jìn)一步，可以將偏壓電壓Vb1、偏壓電壓Vb2、控制電壓Vc全部設(shè)定為大于等于接地電位。
{p溝道增強型}接著，說明p溝道增強型的FET。
圖12(a)、(b)、(c)是表示p溝道增強型FET的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(a)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓低時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(b)是表示第一FET的通·斷切換電壓比第二FET的通·斷切換電壓高時的控制電壓的設(shè)定方法的圖，(c)是表示第一FET的通·斷切換電壓與第二FET的通·斷切換電壓一致時的控制電壓的設(shè)定方法的圖。圖12(a)、(b)、(c)中，橫軸表示相對接地電位的電壓。
p溝道增強型時，從圖12(a)～(c)與圖9(a)～(c)的比較可以看出，第一FET111的通·斷切換電壓Vsw1為Vsw1＝Vb1-Vth1＝Vb1+|Vth1|，第二FET121的通·斷切換電壓Vsw2為Vsw2＝Vb2+Vth2＝Vb2-|Vth2|。
并且，第一FET111中，源極電壓大于等于通·斷切換電壓Vsw1的電壓范圍為接通區(qū)域，源極電壓低于通·斷切換電壓Vsw1的電壓范圍為斷開區(qū)域。另一方面，第二FET121中，柵極電壓小于等于通·斷切換電壓Vsw2的電壓范圍為接通區(qū)域，源極電壓超過通·斷切換電壓Vsw2的電壓范圍為斷開區(qū)域。
除此之外的方面與n溝道耗盡型的情況相同。因此，通過一個控制電壓Vc來使第一FET111和第二FET121互補地進(jìn)行切換動作用的設(shè)定條件如下。
即，也可任意設(shè)定偏壓電壓Vb1、Vb2。
控制電壓Vc可以將低電壓值Vcl設(shè)定為比偏壓電壓Vb1高第一FET111的柵極閾值電壓Vth1的絕對值的電壓(Vsw1)和比偏壓電壓Vb2低第二FET121的柵極閾值電壓Vth2的絕對值的電壓(Vsw2)兩者低，同時，將控制電壓的高電壓值Vch設(shè)定為比偏壓電壓Vb1高第一FET111的柵極閾值電壓Vth1的絕對值的電壓(Vsw1)和比偏壓電壓Vb2低第二FET121的柵極閾值電壓Vth2的絕對值的電壓(Vsw2)兩者高。
另外，為了僅用正電源使開關(guān)裝置10動作，除了上述條件之外，進(jìn)一步，可以將偏壓電壓Vb1、偏壓電壓Vb2、控制電壓Vc全部設(shè)定為大于等于接地電位。
{4種類型FET的總結(jié)}使用n溝道耗盡型、p溝道耗盡型、n溝道增強型、p溝道增強型這四種類型的FET時，通過一個控制電壓Vc來使第一FET111和第二FET121互補地切換動作用的設(shè)定條件如下。
即，也可任意設(shè)定偏壓電壓Vb1、Vb2。
控制電壓Vc可以將低電壓值Vcl設(shè)定為比從偏壓電壓Vb1減去第一FET111的柵極閾值電壓Vth1(包括符號)的電壓(Vsw1)和在偏壓電壓Vb2上加上第二FET121的柵極閾值電壓Vth2(包括符號)的電壓(Vsw2)兩者低，同時，將控制電壓的高電壓值Vch設(shè)定為比從偏壓電壓Vb1減去第一FET111的柵極閾值電壓Vth1(包括符號)的電壓(Vsw1)和在偏壓電壓Vb2上加上第二FET121的柵極閾值電壓Vth2(包括符號)的電壓(Vsw2)兩者高。
另外，為了僅用正電源使開關(guān)裝置10動作，除了上述條件之外，進(jìn)一步，可以將偏壓電壓Vb1、偏壓電壓Vb2、控制電壓Vc全部設(shè)定為大于等于接地電位。
(實施方式2)如上所述，圖6(b)所示的反射特性S33和圖7(b)所示的反射特性S22不必說處于充分的電平。本發(fā)明的實施方式2的開關(guān)裝置試圖改善該反射特性。
圖13是本實施方式的開關(guān)裝置20的電路圖。開關(guān)裝置20在實施方式1的開關(guān)裝置10中包含相當(dāng)于本發(fā)明的第三FET開關(guān)的FET開關(guān)13和相當(dāng)于本發(fā)明的第四FET開關(guān)的FET開關(guān)14。另外，對于與圖1的構(gòu)成要素相同的元件，添加同一符號，而省略說明。另外，分別在FET開關(guān)11～14的兩端設(shè)置直流阻止用電容性元件Cb。
FET開關(guān)13具有第三FET131(下面，稱為FET131)，構(gòu)成為與FET開關(guān)12相同。即，F(xiàn)ET131與FET121同樣，由HEMT或HFET構(gòu)成，經(jīng)與電阻元件124相同的電阻元件134向柵極提供相當(dāng)于第二控制電壓的控制電壓Vc。另外，經(jīng)分別與源極偏壓用電阻元件122和漏極偏壓用電阻元件123相同的源極偏壓用電阻元件132和漏極偏壓用電阻元件133，向源極和漏極提供相當(dāng)于第三偏壓電壓的偏壓電壓Vb2。這里，偏壓電壓Vb2與提供給FET開關(guān)12的電壓共用，控制電壓Vc與提供給FET11、12的電壓共用。當(dāng)然，也可不使其共用，而提供其他值的第三偏壓電壓和第二控制電壓。
FET開關(guān)14具有第四FET141(下面，稱為FET141)，構(gòu)成為與FET開關(guān)11相同。即，F(xiàn)ET141與FET111同樣，由HEMT或HFET構(gòu)成，向柵極提供相當(dāng)于第四偏壓電壓的偏壓電壓Vb1。另外，分別經(jīng)與源極偏壓用電阻元件112和漏極偏壓用電阻元件113相同的源極偏壓用電阻元件142和漏極偏壓用電阻元件143，向源極和漏極提供相當(dāng)于第二控制電壓的控制電壓Vc。這里，偏壓電壓Vb1與提供給FET開關(guān)11的電壓共用，控制電壓Vc與提供給FET11、12的電壓共用。當(dāng)然，也可不使其共用，而提供其他值的第四偏壓電壓和第二控制電壓。這時，需要同步于第一控制電壓提供第二控制電壓。
在FET開關(guān)13和地之間，設(shè)置電阻元件(終端用電阻元件)21。電阻元件21的電阻值設(shè)定為其與FET131的溝道電阻值的總和等于連接到端子P2的傳送線路的特性阻抗。因此，通過FET131為導(dǎo)通狀態(tài)，而使端子P2終端化(第一終端狀態(tài))。
同樣，在FET開關(guān)14和地之間，設(shè)置電阻元件(終端用電阻元件)22。電阻元件22的電阻值設(shè)定為其與FET141的溝道電阻值的總和等于連接到端子P3的傳送線路的特性阻抗。因此，通過FET141為導(dǎo)通狀態(tài)，而使端子P3終端化(第二終端狀態(tài))。
另外，通過使FET131導(dǎo)通時的溝道電阻等于傳送線路的特性阻抗，而可省略電阻元件21。對于電阻元件22也相同。
接著，說明如上這樣構(gòu)成的開關(guān)裝置20的動作。
當(dāng)提供0.0V來作為控制電壓Vc時，F(xiàn)ET111、141為導(dǎo)通狀態(tài)，同時FET121、131為截斷狀態(tài)。由此，通過FET開關(guān)11，端子P1與端子P2相連，同時通過FET開關(guān)14，端子P3被終端化。即，控制電壓Vc為0.0V時，開關(guān)裝置20為第一連接狀態(tài)和第二終端狀態(tài)。
圖14(a)、(b)表示提供0.0V來作為控制電壓Vc時的開關(guān)裝置20的各種特性的曲線。另外，該圖的曲線看上去與圖6相同。若比較圖14(a)和圖6(a)，可以看出，對于開關(guān)裝置20的開關(guān)特性，與開關(guān)裝置10大致相同。另一方面，若比較圖14(b)和圖6(b)，可以看出，開關(guān)裝置20的反射特性S33被大幅度改善。其原因是端子P3通過FET開關(guān)14和電阻元件22被終端化。
另一方面，當(dāng)提供1.0V來作為控制電壓Vc時，F(xiàn)ET111、141為截斷狀態(tài)，同時FET121、131為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，通過FET開關(guān)12，端子P1與端子P3相連，同時通過FET開關(guān)13，端子P2被終端化。即，控制電壓Vc為1.0V時，開關(guān)裝置10為第二連接狀態(tài)和第一終端狀態(tài)。
圖15(a)、(b)表示提供1.0V來作為控制電壓Vc時的開關(guān)裝置20的各種特性的曲線。另外，該圖的曲線看上去與圖7相同。若比較圖15(a)和圖7(a)，可以看出，對于開關(guān)裝置20的開關(guān)特性，與開關(guān)裝置10大致相同。另一方面，若比較圖15(b)和圖7(b)，可以看出，開關(guān)裝置20的反射特性S22被大幅度改善。其原因是端子P2通過FET開關(guān)13和電阻元件21被終端化。
如上所說明的，根據(jù)本實施方式，通過一個控制電壓Vc使分別包括由HEMT或HFET構(gòu)成的FET111～141的FET開關(guān)11～14互補地進(jìn)行切換動作，從而可以進(jìn)行開關(guān)裝置20為第一連接狀態(tài)和第二終端狀態(tài)，或為第二連接狀態(tài)和第一終端狀態(tài)的所謂路徑切換。由此，在路徑切換時，可以終端化所截斷的端子，可以抑制所截斷的端子中的信號反射。
上述說明中，雖然通過彼此共用的控制電壓Vc來控制全部FET開關(guān)11～14，但是也可分別獨立控制FET開關(guān)13、14。另外，對于FET開關(guān)11、13的第一組合，可以使用第一控制電壓互補地進(jìn)行切換控制，對于FET開關(guān)12、14的第二組合，可以使用與第一控制電壓同步的第二控制電壓互補地進(jìn)行切換控制。而且，僅對于第一和第二的任一組合，可進(jìn)行互補地切換控制。即使是其中之一的情況，也可得到與本發(fā)明相同的效果。但是，從開關(guān)裝置20的控制的容易性和電路結(jié)構(gòu)的簡單化的觀點來看，優(yōu)選如本實施方式那樣，使偏壓電壓Vb1、Vb2和控制電壓Vc共用。
在表示了各種特性曲線的各圖中，作為信號頻率，雖然僅表示到10GHz，但是本發(fā)明并不限于此。本發(fā)明的開關(guān)裝置10、20可適用到60G～75GHz的毫米波帶。也可適用到高頻帶。與此相反，在比曲線所示的頻率低的頻帶中，也可通過本發(fā)明的開關(guān)裝置10、20，得到上述效果。具體的，本發(fā)明的開關(guān)裝置10、20可適用于大于等于100MHz小于等于75GHz的頻率信號傳送路徑，更優(yōu)選可適用于大于等于100MHz小于等于10GHz的頻率信號傳送路徑。
(實施方式3)圖16是本發(fā)明的實施方式3的開關(guān)裝置30的示意電路圖。圖16中，與圖1相同的符號表示相同或相當(dāng)?shù)牟糠?。開關(guān)裝置30在實施方式1的開關(guān)裝置10中進(jìn)一步包括兩端具有端子(第二傳送信號用端子)接口2和端子(第三傳送信號用端子)接口3的傳送線路15，F(xiàn)ET開關(guān)11和FET開關(guān)12經(jīng)傳送線路15，分別連接到相當(dāng)于端子P1的端子(第一傳送信號用端子)接口1，同時，端子P2和端子P3分別接地。
具體的，包括可接地第一點Pt1的FET開關(guān)11和可接地第二點Pt2的FET開關(guān)12，通過切換可傳達(dá)傳送信號地連接端子接口1和端子接口2且不能傳達(dá)傳送信號地切斷端子接口1和端子接口3的第一傳送信號連接狀態(tài)和可傳達(dá)傳送信號地連接端子接口1和端子接口3且不能傳達(dá)傳送信號地切斷端子接口1和端子接口2的第二傳送信號連接狀態(tài)，而可切換傳送信號的傳送路徑。另外，該圖中，為說明方便，分開描述本來連續(xù)的一條傳送線路15。
FET開關(guān)11在端子接口1和端子接口2間的傳送線路15中，具有在第一點Pt1與地之間設(shè)置的第一FET111，該第一點從端子接口1向端子接口2側(cè)離開相當(dāng)于λ/4(λ是傳送信號的波長)長度，通過該FET111為導(dǎo)通狀態(tài)，而構(gòu)成為接地第一點Pt1。FET111經(jīng)直流阻止用電容性元件Cb分別連接到第一點Pt1和地。
另一方面，F(xiàn)ET開關(guān)12在端子接口1和端子接口3間的傳送線路15中，具有在從端子接口1向端子接口3側(cè)離開相當(dāng)于λ/4長度的第二點Pt2與地之間設(shè)置的第二FET121，通過該FET121為導(dǎo)通狀態(tài)，而構(gòu)成為接地第二點Pt2。FET121經(jīng)直流阻止用電容性元件Cb分別連接到第二點Pt2和地。
傳送線路15由背面設(shè)置了接地電極的100微米厚的GaAs基板和在該GaAs基板上形成的寬為20微米、厚為5微米的Au圖形構(gòu)成。
將端子接口1、接口2和接口3連接到其他傳送線路和高頻電路上，且將高頻的交流傳送信號輸入輸出到端子接口1、接口2和接口3，而在傳送線路15上傳送。該傳送信號的頻率優(yōu)選大于等于100MHz小于等于75GHz，更優(yōu)選大于等于100MHz小于等于10GHz。具體的，假定為5GHz。
FET111、121由被稱為HEMT或HFET的GaAs系的n溝道耗盡型FET構(gòu)成。將第一偏壓電壓Vb1提供給FET111的柵極，同時，經(jīng)源極偏壓用電阻元件112和漏極偏壓用電阻元件113向源極和漏極提供第一控制電壓Vc。另一方面，經(jīng)源極偏壓用電阻元件122和漏極偏壓用電阻元件123向FET121的源極和漏極提供第二偏壓電壓Vb2，同時，經(jīng)電阻元件124向柵極提供第一控制電壓Vc。
其他方面與實施方式1相同。
圖17(a)、(b)是表示偏壓電壓Vb1為0.0V、偏壓電壓Vb2為1.0V，控制電壓Vc為相當(dāng)于第一偏壓電壓Vb1的0.0V(Vcl)和相當(dāng)于第二偏壓電壓Vb2的1.0V(Vch)兩值時的FET開關(guān)11、12的開關(guān)特性的曲線?？v軸表示從FET的漏極向源極傳送信號時的信號電平(順方向傳送系數(shù))，單位為dB。橫軸表示信號頻率，單位為GHz。
圖17(a)表示FET開關(guān)11的開關(guān)特性。FET開關(guān)11在控制電壓Vc為0.0V時，源極—漏極間為導(dǎo)通狀態(tài)，另一方面，在控制電壓Vc為1.0V時，源極—漏極間為截斷狀態(tài)。另一方面，圖17(b)表示FET開關(guān)12的開關(guān)特性。FET開關(guān)12與FET開關(guān)11相反，在控制電壓Vc為0.0V時，源極—漏極間為截斷狀態(tài)，另一方面，在控制電壓Vc為1.0V時，源極—漏極間為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，可以通過一個控制電壓Vc，而使FET111、121互補地為導(dǎo)通狀態(tài)。另外，該圖(a)、(b)所示的開關(guān)特性是電阻元件112、113、122、123的電阻值為5kΩ時的開關(guān)特性，但是即使電阻值為500Ω左右，開關(guān)特性也不會大大變化。另外，對于FET111、121的特性也可為100Ω左右。
下面，詳細(xì)說明如上這樣構(gòu)成的開關(guān)裝置30的動作。
提供0.0V來作為控制電壓Vc時，F(xiàn)ET111為導(dǎo)通狀態(tài)，同時FET121為截斷狀態(tài)。由此，通過FET開關(guān)11接地第一點Pt1。這時，從端子接口1看被接地側(cè)的傳送線路15與終端短路的1/4λ線路等價，等于斷開狀態(tài)、即，不連接的狀態(tài)。另一方面，由于FET開關(guān)12為斷開狀態(tài)，所以將信號傳送到端子接口3側(cè)。即，控制電壓Vc為0.0V時，開關(guān)裝置30為第二傳送信號連接狀態(tài)。
圖18(a)、(b)是表示控制電壓Vc為0.0V時的橫軸為信號頻率的開關(guān)裝置30的各種特性的曲線。該圖(a)表示從端子接口1向端子接口2的信號的傳送特性(順方向傳送系數(shù)S21)與從端子接口1向端子接口3的信號的傳送特性(順方向傳送系數(shù)S31)。該圖(b)表示端子接口2的反射特性(反射系數(shù)S22)和端子接口3的反射特性(反射系數(shù)S33)。該圖的縱軸單位為dB、橫軸單位為GHz。從該圖(a)所示的傳送特性可以看出，端子接口1和端子接口3為連接狀態(tài)，端子接口1和端子接口2為切斷狀態(tài)。不必說該圖(b)所示的反射特性S22為充分電平。后面描述其改善方案。
另一方面，提供1.0V來作為控制電壓Vc時，F(xiàn)ET111為截斷狀態(tài)，同時FET121為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，通過FET開關(guān)12接地第二點Pt2。這時，從端子接口1看被接地側(cè)的傳送線路15與斷開狀態(tài)、即不連接的狀態(tài)等價，將信號傳送到端子接口2側(cè)。即，控制電壓Vc為1.0V時，開關(guān)裝置30為第一傳送信號連接狀態(tài)。雖然沒有圖示，但是控制電壓Vc為1.0V時的開關(guān)裝置30的各種特性從電路的對稱性來看，與圖18(a)、(b)相同。
圖18(a)、(b)中，作為開關(guān)裝置30的開關(guān)特性，僅表示了傳送信號到10GHz的信號，但是對于到大于等于其的60～75GHz的毫米波頻帶，開關(guān)裝置30也實現(xiàn)了同樣的效果。也可使用到毫米波頻帶以上的高頻帶。
上述說明中，雖然第一偏壓電壓Vb1為0.0V，第二偏壓電壓Vb2為1.0V，但是如實施方式1所述，也可以是除此之外的電壓。作為控制電壓Vc，雖然為相當(dāng)于第一偏壓電壓Vb1的電壓和相當(dāng)于第二偏壓電壓Vb2的電壓兩值，但本發(fā)明并不限于此，與實施方式1所描述的相同。
以上，根據(jù)本實施方式，通過FET開關(guān)11、12分別接地傳送線路15上的第一點Pt1和第二點Pt2，從而可切換傳送信號的傳送路徑。由此，傳送信號時，不會產(chǎn)生傳送損耗。另外，通過一個控制電壓Vc，使FET開關(guān)11、12互補地進(jìn)行開關(guān)動作，而可互補地設(shè)定第一傳送信號連接狀態(tài)和第二傳送信號連接狀態(tài)，使控制容易。由于將偏壓電壓Vb1、Vb2和控制電壓Vc全部設(shè)定為大于等于接地電位，所以可僅通過正電源動作開關(guān)裝置30。由此，不需要供給負(fù)電壓的負(fù)電源，而可減小電路規(guī)模。
(實施方式4)如前所述，圖18(b)所示的反射特性S22不必說為充分的電平。本發(fā)明的實施方式2的開關(guān)裝置實現(xiàn)了該反射特性的改善。
圖19是本實施方式的開關(guān)裝置30A的示意電路圖。開關(guān)裝置30A在實施方式3的開關(guān)裝置30上進(jìn)一步追加了第三點Pt3可為終端的第三FET開關(guān)13和第四點Pt4可為終端的第四FET開關(guān)14。另外，為說明簡單，分開描述本來連續(xù)的一條傳送路徑。
FET開關(guān)13在第一點Pt1和端子接口2之間的傳送線路15中，具有在從第一點Pt1向端子接口2側(cè)離開相當(dāng)于λ/4長度的第三點Pt3與地之間設(shè)置的第三FET131與在FET131的源極和地之間設(shè)置的電阻元件(終端用電阻元件)135，通過FET131為導(dǎo)通狀態(tài)，而構(gòu)成為終端化第三點Pt3。電阻元件135的電阻值調(diào)整為與FET131的溝道電阻值的總和為傳送線路15的特性阻抗值。另外，F(xiàn)ET131、電阻元件132、133分別與FET111、電阻元件112、113相同。即，F(xiàn)ET開關(guān)13除了具有電阻元件135之外，具有與FET11相同的結(jié)構(gòu)，而呈現(xiàn)出圖17(a)所示的開關(guān)特性。另外，F(xiàn)ET131經(jīng)直流阻止用電容性元件Cb分別連接到第三點Pt3和電阻元件135。
另一方面，F(xiàn)ET開關(guān)14在第二點Pt2和端子接口3之間的傳送線路15中，具有在從第二點Pt2向端子接口3側(cè)離開相當(dāng)于λ/4長度的第四點Pt4與地之間設(shè)置的第四FET141與在FET141的源極和地之間設(shè)置的電阻元件(終端用電阻元件)145，通過FET141為導(dǎo)通狀態(tài)，而構(gòu)成為終端化第四點Pt4。電阻元件145的電阻值調(diào)整為與FET141的溝道電阻值的總和為傳送線路15的特性阻抗值。另外，F(xiàn)ET141、電阻元件142～144分別與FET121、電阻元件122～124相同。即，F(xiàn)ET開關(guān)14除了具有電阻元件145之外，具有與FET12相同的結(jié)構(gòu)，而呈現(xiàn)出圖17(b)所示的開關(guān)特性。另外，F(xiàn)ET141經(jīng)直流阻止用電容性元件Cb分別連接到第四點Pt4和電阻元件145。
向FET131的柵極提供提供給FET111的柵極的第一偏壓電壓Vb1來作為第三偏壓電壓。另外，向源極和漏極經(jīng)電阻元件源極偏壓用電阻元件132和漏極偏壓用電阻元件133提供提供給FET111的源極和漏極的第一控制電壓Vc來作為第二控制電壓，使其分別在直流上為大致相同電位。另一方面，向FET141的源極和漏極經(jīng)源極偏壓用電阻元件142和漏極偏壓用電阻元件143提供提供給FET121的源極和漏極的第二偏壓電壓Vb2來作為第四偏壓電壓，使其分別在直流上為大致相同電位。另外，經(jīng)電阻元件144向柵極提供提供給FET121的柵極的第一控制電壓Vc來作為第二控制電壓。另外，對于控制電壓Vc和偏壓電壓Vb1、Vb2的具體值，由于如實施方式3中所說明的，這里省略說明。
下面，詳細(xì)說明如上這樣構(gòu)成的開關(guān)裝置30A的動作。
當(dāng)提供0.0V(Vcl)來作為控制電壓Vc時，F(xiàn)ET111和FET131的組為導(dǎo)通狀態(tài)，同時，F(xiàn)ET121和FET141的組為截斷狀態(tài)。由此，通過FET開關(guān)11接地第一點Pt1，同時，通過FET開關(guān)13終端化第三點Pt3，開關(guān)裝置30為第二傳送信號連接狀態(tài)。另外，接地第一點Pt1時，從該點離開λ/4的第三點Pt3為與通過傳送信號的頻率(5GHz)斷開時相同的狀態(tài)。因此，終端化第三點Pt3與終端化傳送線路15的端部、即，端子接口2等價。由此，可以抑制端子接口2的傳送信號的反射。
圖20(a)、(b)是表示控制電壓Vc為0.0V時的以信號頻率為橫軸的開關(guān)裝置30A的各種特性的曲線。另外，該圖看上去與圖18(a)、(b)相同。從圖20(a)所示的傳送特性可以看出與圖18(a)相同，端子接口1和端子接口3為連接狀態(tài)，端子接口1和端子接口2為切斷狀態(tài)。并且，圖20(b)所示的反射特性S22可看出在作為傳送信號頻率的5GHz附近，為-20dB以下，可充分抑制端子接口2的信號反射。
另一方面，當(dāng)提供1.0V(Vch)來作為控制電壓Vc時，F(xiàn)ET111和FET131的組為截斷狀態(tài)，同時，F(xiàn)ET121和FET141的組為導(dǎo)通狀態(tài)。由此，通過FET開關(guān)12接地第二點Pt2，同時，通過FET開關(guān)14終端化第四點Pt4，開關(guān)裝置30A為第一傳送信號連接狀態(tài)。另外，接地第二點Pt2時，從該點離開λ/4的第四點Pt4為與通過傳送信號的頻率(5GHz)斷開時相同的狀態(tài)。因此，終端化第四點Pt4與終端化傳送線路15的端部、即，端子接口3等價。由此，可以抑制端子接口3的信號的反射。另外，雖然沒有圖示，但是控制電壓Vc為1.0V時的開關(guān)裝置30A的各種特性從電路的對稱性來看，與圖20(a)、(b)相同。
圖20(a)、(b)中，作為開關(guān)裝置30A的開關(guān)特性，雖然僅表示了傳送信號到10GHz的信號，但是開關(guān)裝置30A對于到大于等于該頻率的60～75GHz的毫米波頻帶，也可實現(xiàn)同樣的效果。進(jìn)一步，也可適用到毫米波頻率以上的高頻帶。
以上，根據(jù)本實施方式，通過FET開關(guān)13、14分別終端化傳送線路15上的第三點Pt3和第四點Pt4，從而可以抑制信號截斷了側(cè)的信號反射。
通過FET131、141具有相當(dāng)于傳送線路15的特性阻抗值的溝道電阻，而分別可以省略電阻元件135、145。另外，雖然通過一個控制電壓Vc來控制FET開關(guān)11～14，但是本發(fā)明并不限于此。即使分別獨立控制FET11～14，或使用負(fù)電壓來進(jìn)行控制，也可以與本發(fā)明實現(xiàn)的效果相同。另外，在分別獨立控制FET開關(guān)11～14的情況下，需要提供各個控制電壓Vc，來使其彼此同步。
另外，實施方式3、4中，雖然由GaAs系的半導(dǎo)體構(gòu)成FET111、121、131、141，但是并不限于此。FET111、121、131、141優(yōu)選由從Ga、In、Al中所選的至少一個元素和從As、P、N中所選的至少一個元素的化合物構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。當(dāng)然，可以由包含除此之外的元素的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。另外，也可由Si和Ge的所謂單晶半導(dǎo)體構(gòu)成。FET開關(guān)11～14并不需要必然由FET構(gòu)成，也可由與FET不同的開關(guān)部件，例如PIN二極管開關(guān)構(gòu)成，也可與本發(fā)明實現(xiàn)的效果相同。另外，與實施方式1、2相同，F(xiàn)ET111、121、131、141也可由p溝道型的FET構(gòu)成，也可由增強型的FET構(gòu)成。
第一點Pt1和第二點Pt2與端子接口1的間隔、第一點Pt1和第三點Pt3的間隔及第二點Pt2與第四點Pt4的間隔可以是相當(dāng)于傳送信號的1/4波長的奇數(shù)倍的長度，但并不限于λ/4。另外，這些間隔并不需要嚴(yán)格為1/4波長的奇數(shù)倍，允許有一些誤差。在這些間隔有一些誤差的情況下，開關(guān)特性多少有點劣化。即，根據(jù)所要求的開關(guān)特性來決定允許誤差。在要求嚴(yán)時，允許僅稍微有一點誤差，在要求比較松時，允許到λ/8左右的誤差。
從上面所說明的，本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員可明白本發(fā)明的多個改進(jìn)和其他實施方式。因此，上述說明應(yīng)解釋為僅為示例，其目的是提供啟示本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員實施本發(fā)明的最佳形態(tài)?？稍趯嵸|(zhì)上改變其結(jié)構(gòu)和/或功能細(xì)節(jié)，而不脫離本發(fā)明的精神。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的開關(guān)裝置作為在傳送線路上所傳送的信號的路徑切換用的開關(guān)而有用。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)裝置，其特征在于，包括第一、第二和第三連接用端子；第一FET，其中，分別經(jīng)第一直流阻止用電容性元件將一對主端子的一個連接到所述第一連接用端子，將所述一對主端子的另一個連接到所述第二連接用端子；第二FET，其中，分別經(jīng)第二直流阻止用電容性元件將一對主端子的一個連接到所述第一連接用端子，將所述一對主端子的另一個連接到所述第三連接用端子；所述第一FET的溝道型和所述第二FET的溝道型相同；向所述第一FET的柵極提供第一偏壓電壓；向所述第二FET的一對主端子提供第二偏壓電壓；且比從所述第一偏壓電壓減去包含所述第一FET的符號的柵極閾值電壓的電壓和將包含第二FET的符號的柵極閾值電壓加到所述第二偏壓電壓的電壓兩者都低的電壓，及比從所述第一偏壓電壓減去包含所述第一FET的符號的柵極閾值電壓的電壓和將包含第二FET的符號的柵極閾值電壓加到所述第二偏壓電壓的電壓兩者都高的電壓的其中之一作為第一控制電壓，通過提供給所述第一FET的一對主端子和所述第二FET的柵極，而分別使所述第一FET和所述第二FET互補地分別導(dǎo)通和截斷，從而切換第一連接狀態(tài)和第二連接狀態(tài)，其中，該第一連接狀態(tài)是，電連接所述第一連接用端子和所述第二連接用端子，且電切斷所述第一連接用端子和所述第三連接用端子；該第二連接狀態(tài)是，電連接所述第一連接用端子和所述第三連接用端子，且電切斷所述第一連接用端子和所述第二連接用端子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其特征在于所述第一偏壓電壓、所述第二偏壓電壓和所述第一控制電壓具有接地電位以上的電壓值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其特征在于輸入輸出到所述第一、第二、第三連接用端子的信號頻率大于等于100MHz小于等于75GHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)裝置，其特征在于輸入輸出到所述第一、第二、第三連接用端子的信號頻率大于等于100MHz小于等于10GHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其特征在于所述開關(guān)裝置進(jìn)一步包括提供所述第一控制電壓用的控制電壓用端子；將所述第一FET的一對主端子和所述第二FET的柵極連接到所述控制電壓用端子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)裝置，其特征在于所述第一FET的一對主端子分別經(jīng)第一偏壓用電阻元件連接到所述控制電壓用端子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開關(guān)裝置，其特征在于兩個所述第一偏壓用電阻元件的電阻值的和大于等于所述第一FET的接通電阻的100倍小于等于10萬倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開關(guān)裝置，其特征在于兩個所述第一偏壓用電阻元件的電阻值的和大于等于所述第一FET的接通電阻的1000倍小于等于10萬倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開關(guān)裝置，其特征在于所述開關(guān)裝置進(jìn)一步包括偏壓電壓用端子，所述第二FET的一對主端子分別經(jīng)第二偏壓用電阻元件連接到所述偏壓電壓用端子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的開關(guān)裝置，其特征在于兩個所述第二偏壓用電阻元件的電阻值的和大于等于所述第二FET的接通電阻的100倍小于等于10萬倍。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的開關(guān)裝置，其特征在于兩個所述第二偏壓用電阻元件的電阻值的和大于等于所述第二FET的接通電阻的1000倍小于等于10萬倍。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其特征在于所述第一和第二FET是n溝道型。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其特征在于所述第一控制電壓取等于所述第一偏壓電壓的電壓與等于所述第二偏壓電壓的電壓兩值。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其特征在于所述第一和第二FET為耗盡型。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其特征在于所述第一和第二FET同時由從Ga、In、Al中選出的至少一個元素和從As、P、N中選出的至少一個元素的化合物形成的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其特征在于所述開關(guān)裝置進(jìn)一步包括第三和第四FET，所述第三FET的一對主端子的一個經(jīng)第三直流阻止用電容性元件連接到所述第二連接用端子，同時，所述第三FET的一對主端子的另一個經(jīng)第四直流阻止用電容性元件或第四直流阻止用電容性元件和第一終端用電阻元件接地；所述第四FET的一對主端子的一個經(jīng)第五直流元件用電容性元件連接到所述第三連接用端子，同時，所述第四FET的一對主端子的另一個經(jīng)第六直流元件用電容性元件或該第六直流元件用電容性元件和第二終端用電阻元件接地；所述第三FET的溝道型和所述第四FET的溝道型相同；向所述第四FET的柵極提供第三偏壓電壓；向所述第三FET的一對主端子提供第四偏壓電壓；且，比從所述第三偏壓電壓減去包含所述第四FET的符號的柵極閾值電壓的電壓和將包含第三FET的符號的柵極閾值電壓加到所述第四偏壓電壓的電壓兩者都低的電壓，及比從所述第三偏壓電壓減去包含所述第四FET的符號的柵極閾值電壓的電壓和將包含第三FET的符號的柵極閾值電壓加到所述第四偏壓電壓的電壓兩者都高的電壓的其中之一作為第二控制電壓，其與所述第一控制電壓同步，通過提供給所述第四FET的一對主端子和所述第三FET的柵極，而分別使所述第一FET和第四FET的組與所述第二和第三FET的組互補地分別為導(dǎo)通狀態(tài)和截斷狀態(tài)，在所述第一連接狀態(tài)中終端化所述第三連接用端子，且在所述第二連接狀態(tài)中終端化所述第二連接用端子。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的開關(guān)裝置，其特征在于提供所述第一控制電壓來作為所述第二控制電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的開關(guān)裝置，其特征在于提供所述第一偏壓電壓來作為所述第三偏壓電壓；提供所述第二偏壓電壓來作為所述第四偏壓電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其特征在于所述開關(guān)裝置進(jìn)一步包括兩端具有第二和第三傳送信號用端子、進(jìn)行傳送信號的傳送的傳送線路；所述第一和第二FET經(jīng)所述傳送線路分別連接到所述第一連接用端子，同時，所述第二和第三連接端子分別接地；所述傳送線路上，將所述第一連接端子連接到某一點，所述第一FET經(jīng)所述第一直流阻止用電容性元件連接到從所述第一連接端子的連接點向所述第二傳送信號用端子離開相當(dāng)于所述傳送信號的1/4波長的奇數(shù)倍的長度的第一點，且將所述第二FET經(jīng)所述第二直流阻止用電容性元件連接到從所述第一連接端子的連接點向所述第三傳送信號用端子離開相當(dāng)于所述傳送信號的1/4波長的奇數(shù)倍的長度的第二點；所述第一連接用端子構(gòu)成第一傳送信號用端子；根據(jù)所述第一連接狀態(tài)和所述第二連接狀態(tài)的切換，切換第一傳送信號連接狀態(tài)和第二傳送信號連接狀態(tài)，其中，該第一傳送信號連接狀態(tài)是，可傳送所述傳送信號地連接所述第一傳送信號用端子和所述第二傳送信號用端子，且不能傳送所述傳送信號地切斷所述第一傳送信號用端子和所述第三傳送信號用端子；該第二傳送信號連接狀態(tài)是，可傳送所述傳送信號地連接所述第一傳送信號用端子和所述第三傳送信號用端子，且不能傳送所述傳送信號地切斷所述第一傳送信號用端子和所述第二傳送信號用端子。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的開關(guān)裝置，其特征在于輸入輸出到所述第一、第二和第三傳送信號用端子的信號頻率大于等于100MHz小于等于75GHz。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的開關(guān)裝置，其特征在于輸入輸出到所述第一、第二和第三傳送信號用端子的信號頻率大于等于100MHz小于等于10GHz。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的開關(guān)裝置，其特征在于所述開關(guān)裝置進(jìn)一步包括第三和第四FET，所述第三FET的一對主端子的一個經(jīng)第三直流阻止用電容性元件連接到所述傳送線路中從所述第一點向所述第二傳送信號用端子離開相當(dāng)于所述傳送信號的1/4波長的奇數(shù)倍的長度的第三點，同時，所述第三FET的一對主端子的另一個經(jīng)第四直流阻止用電容性元件或該第四直流阻止用電容性元件和第一終端用電阻元件接地，且所述第三FET的接通電阻或該第三FET的接通電阻與所述第一終端用電阻元件的電阻和與所述傳送線路的特性阻抗大致相同；所述第四FET的一對主端子的一個經(jīng)第五直流阻止用電容性元件連接到所述傳送線路中從所述第二點向所述第三傳送信號用端子離開相當(dāng)于所述傳送信號的1/4波長的奇數(shù)倍的長度的第四點，同時，所述第四FET的一對主端子的另一個經(jīng)第六直流阻止用電容性元件或該第六直流阻止用電容性元件和第二終端用電阻元件接地，且所述第四FET的接通電阻或該第四FET的接通電阻與所述第二終端用電阻元件的電阻的和與所述傳送線路的特性阻抗大致相同；所述第三FET的溝道型和所述第四FET的溝道型相同；向所述第三FET的柵極提供第三偏壓電壓；向所述第四FET的一對主端子提供第四偏壓電壓；且，比從所述第三偏壓電壓減去包含所述第三FET的符號的柵極閾值電壓的電壓和將包含第四FET的符號的柵極閾值電壓加到所述第四偏壓電壓的電壓兩者都低的電壓，及比減去包含所述第三FET的符號的柵極閾值電壓的電壓和將包含第四FET的符號的柵極閾值電壓加到所述第四偏壓電壓的電壓兩者都高的電壓的其中之一作為第二控制電壓，其與所述第一控制電壓同步，通過提供給所述第三FET的一對主端子和所述第四FET的柵極，而分別使所述第一FET和第三FET的組與所述第二和第四FET的組互補地分別為導(dǎo)通狀態(tài)和截斷狀態(tài)，在所述第一傳送信號連接狀態(tài)中接地所述第二點，同時，終端化所述第四點，且在所述第二傳送信號連接狀態(tài)中接地所述第一點，同時，終端化所述第三點。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的開關(guān)裝置，其特征在于提供所述第一控制電壓來作為所述第二控制電壓。
24.根據(jù)權(quán)利要求12所述的開關(guān)裝置，其特征在于提供所述第一偏壓電壓來作為第三偏壓電壓；提供所述第二偏壓電壓來作為所述第四偏壓電壓。
全文摘要
本發(fā)明的開關(guān)裝置(10)具有三個連接用端子(P1、P2、P3)和兩個相同溝道型FET(111、121)，兩個FET的一對主端子的一個分別經(jīng)直流阻止用電容性元件(Cb)連接到第一連接用端子，另一個連接到第二和第三連接用端子，將第一偏壓電壓(Vb1)提供給第一FET的柵極，將第二偏壓電壓(Vb2)提供給第二FET的一對主端子，通過兩值的控制電壓(Vc)提供給第一FET的一對主端子和第二FET的柵極，從而電切換連接第一連接用端子和第二或第三連接用端子。
文檔編號H01P1/10GK1653691SQ0381092
公開日2005年8月10日 申請日期2003年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月20日
發(fā)明者水野纮一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社