專利名稱：具有用于產(chǎn)生電磁波的負微分電阻器件的振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有用于產(chǎn)生電磁波的負電阻(negative resistance)器件的振蕩器。更特別地，本發(fā)明涉及用于使在從毫米波段到太赫茲波段(不小于30GHz且不大于 30THz)的頻率區(qū)域(region)內(nèi)的頻帶中的電磁波振蕩的振蕩器。
背景技術(shù)：
負電阻器件與諧振器(resonator)組合地被用于電磁波振蕩器的應(yīng)用領(lǐng)域。已知的是，這種振蕩器產(chǎn)生包含從毫米波段到太赫茲波段(不小于30GHz且不大于30THz)的頻率區(qū)域的至少一部分的電磁波(也將簡稱為太赫茲波)。非專利文獻1公開了通過在基板上單片地(monolithically)使用負電阻器件而形成的振蕩器。在所公開的振蕩器中，在承載負電阻器件的半導(dǎo)體基板上一體化地形成縫隙天線(slot antenna)，并且，單片地布置諧振器結(jié)構(gòu)和增益介質(zhì)。圖8示出在非專利文獻1中公開的振蕩器。在該振蕩器中，在集電極側(cè)，使用具有肖特基勢壘(Schottky barrier)的諧振隧穿二極管(resonant tunneling diode) (S-RTD 11)作為負電阻器件。使用縫隙天線作為諧振器。非專利文獻1的縫隙天線在半導(dǎo)體基板上被形成為金屬圖案12，并且，在縫隙的端部處布置電容器13、14。非專利文獻1的振蕩器還具有整流二極管15。整流二極管15作為用于抑制寄生振蕩的穩(wěn)定化電路進行操作。寄生振蕩具體地指的是在與希望的頻率不同的并且位于低頻側(cè)的頻帶(frequency band)中寄生地產(chǎn)生的振蕩。這種寄生振蕩可在使用負電阻器件的振蕩器中引起它顯著地降低在希望的頻率處的振蕩輸出的問題。因此，在使用負電阻器件的振蕩器中，穩(wěn)定化電路的提供是非常重要的。關(guān)于細節(jié)請參照非專利文獻2。根據(jù)該文獻，假定振蕩器的振蕩波長和振蕩頻率分別為λ。3。和ω。3。，為了抑制寄生振蕩，用于在不低于DC且低于《。s。的頻率區(qū)域中供給偏壓的電源的阻抗需要是低的。作為用于實現(xiàn)該目的的技術(shù)，當(dāng)從S-RTD向電源側(cè)觀察時，應(yīng)在λ·/4內(nèi)的位置處布置低阻抗電路(例如，旁路(shunt)整流二極管)。出于這種原因，在圖8中，整流二極管15被一體化地布置于當(dāng)從S-RTD 11向電源16側(cè)觀察時的入。3。/4內(nèi)的位置處。在圖8中，17代表電源16的內(nèi)部電阻與連接線路的電阻之和。引文列表非專利文獻非專利文獻1 Journal of IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, Vol. 18,218(1997)非專利文獻2 Journal of IEEE MICROWAVE AND GUIDED WAVE LETTERS, Vol. 5, 219(1995)

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題但是，由于上面描述的已知的振蕩器的穩(wěn)定化電路中的整流二極管是與負電阻器件并聯(lián)地布置的，因此，等于負電阻器件的操作點電壓的電壓被施加給整流二極管，使得在大的程度上從電源消耗電力。這是在使用旁路器件時普遍出現(xiàn)的問題，并且不限于整流二極管的使用。因此，已知的振蕩器中的穩(wěn)定化電路的高功耗速率是大的問題。問題的解決方案在本發(fā)明的一個方面中，具有負電阻器件和諧振器的振蕩器包含與負電阻器件連接的傳輸線路；三端子器件，該三端子器件包含在傳輸線路的端子部分處與傳輸線路的信號線路側(cè)連接的第一端子；與傳輸線路的接地線路側(cè)連接的第二端子；和用于接收要對其施加的控制信號的第三端子；用于調(diào)整要向三端子器件的第三端子施加的控制信號的第一調(diào)整單元；和用于調(diào)整要向第二端子施加的電壓的第二調(diào)整單元，第一調(diào)整單元和第二調(diào)整單元適于分別調(diào)整控制信號和電壓，以便使傳輸線路的特性阻抗(characteristic impedance)與三端子器件的第一端子和第二端子間阻抗表現(xiàn)為阻抗匹配。結(jié)合附圖閱讀以下的描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得清晰，其中，在其所有的附圖中，類似的附圖標(biāo)記表示相同或類似的部分。


包含于說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出本發(fā)明的實施例、特征和方面，并與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖IA是實施例1的振蕩電路的構(gòu)成的示意圖。圖IB是實施例1的振蕩電路的操作點和操作點處的阻抗的示意圖。圖2是實施例2的振蕩電路的配置的示意圖。圖3是實施例3的振蕩電路的配置的示意圖。圖4A是實施例4的振蕩電路的配置的示意圖。圖4B是實施例4的振蕩電路的操作點和操作點處的阻抗的示意圖。圖5A是例子1的振蕩電路的配置的示意圖。圖5B是例子1的振蕩器的配置的示意圖。圖6A是例子2的振蕩電路的配置的示意圖。圖6B是例子2的振蕩器的配置的示意圖。圖7是在單個基板上一體化地形成根據(jù)本發(fā)明的振蕩器的布置的示意性截面圖。圖8是在非專利文獻1中描述的現(xiàn)有技術(shù)的振蕩器的示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。對于根據(jù)本發(fā)明的振蕩器，以下各點是重要的。即，三端子器件通過傳輸線路與負電阻器件串聯(lián)地連接，所述三端子器件具有要在傳輸線路的端子部分處與傳輸線路的信號線路側(cè)連接的第一端子、與傳輸線路的接地線路側(cè)連接的第二端子、和用于接收要對其施加的控制信號的第三端子。然后，要被施加到三端子器件的第三端子的控制信號被這樣調(diào)整以控制要被施加到第二端子的電壓，以使得傳輸線路的特性阻抗與三端子器件的第一端子和第二端子間阻抗表現(xiàn)為阻抗匹配。三端子器件可典型地為晶體管、場效應(yīng)晶體管，但是，只要具有可實現(xiàn)以上的點的類似的特征，任何三端子器件可被使用?；谏厦婷枋龅乃枷?，使得根據(jù)本發(fā)明的振蕩器具有上面描述的基本配置。根據(jù)上面描述的基本配置，根據(jù)本發(fā)明的振蕩器可具有以下描述的具體配置中的任一個。例如，三端子器件可以是晶體管，并且，晶體管的發(fā)射極可在傳輸線路的端子部分處與傳輸線路的信號線路側(cè)連接，而晶體管的集電極可與傳輸線路的接地線路側(cè)連接。然后，第一調(diào)整單元調(diào)整基極電流，并且，第二調(diào)整單元調(diào)整集電極電壓，以便使傳輸線路的特性阻抗和晶體管的發(fā)射極集電極間阻抗表現(xiàn)為阻抗匹配(參見將在下面描述的實施例1 等)。作為替代方案，三端子器件可以是為場效應(yīng)晶體管，并且，場效應(yīng)晶體管的源極在傳輸線路的端子部分處與傳輸線路的信號線路側(cè)連接，而場效應(yīng)晶體管的漏極與傳輸線路的接地線路側(cè)連接。然后，第一調(diào)整單元調(diào)整柵極電壓，并且，第二調(diào)整單元調(diào)整漏極電壓，以便使傳輸線路的特性阻抗與場效應(yīng)晶體管的源極漏極間阻抗表現(xiàn)為阻抗匹配(參見將在下面描述的實施例4等)。作為再一替代方案，根據(jù)本發(fā)明的振蕩器可包含多個傳輸線路與三端子器件的對，其中，這些對中的任一對并聯(lián)地連接到負電阻器件(參見將在下面描述的實施例3等)。 然后，諧振器可被布置為分布元件電路，而負電阻器件可被布置為集總(lumped)元件器件 (參見將在下面描述的例子1)。作為替代方案，諧振器可被布置為分布元件電路，并且，負電阻器件可被布置為與分布元件電路一體化的分布元件器件(參見將在下面描述的例子 2)。(實施例1)以下將通過參照圖IA和圖IB來描述實施例1的振蕩器或振蕩電路。圖IA是本實施例的振蕩電路的示意圖，圖IB是本實施例的振蕩電路的操作點和操作點處的阻抗的示意圖。在圖IA中，101是用于產(chǎn)生電磁波的負電阻器件，102是用于確定振蕩電路的諧振頻率的諧振器或諧振電路。希望諧振電路102在從毫米波段到太赫茲波段(不小于30GHz 且不大于30THz)的頻帶中為分布常數(shù)類型。103是具有特性阻抗&的傳輸線路。傳輸線路103起到向負電阻器件101供給偏壓的作用，并且與負電阻器件的相對的兩極連接。104是晶體管，它是與傳輸線路103—起形成穩(wěn)定化電路的三端子器件。晶體管104也與傳輸線路103連接。特別地，發(fā)射極與和負電阻器件101連接的傳輸線路103的信號線路側(cè)連接，而集電極通過作為第二調(diào)整單元的電壓源105與傳輸線路103的接地線路側(cè)連接。因此，形成以作為與基極連接的第一調(diào)整單元的電流源106和負電阻器件101分別作為輸入(控制信號輸入)和輸出的發(fā)射極跟隨器。此外，負電阻器件101和晶體管104關(guān)于電壓源105串聯(lián)地連接。因此，晶體管104 和集電極側(cè)的電壓源105作為用于作為負載的負電阻器件101的偏壓電源進行操作。此外，本實施例的傳輸線路103還起到在沒有任何反射的情況下將不與諧振電路 102諧振的電磁波向下傳輸?shù)降氐淖饔?。出于這種目的，電壓源105和電流源106被這樣調(diào)整以使傳輸線路103的特性阻抗4和晶體管104的發(fā)射極集電極間阻抗表現(xiàn)為阻抗匹配。因此，本實施例的振蕩電路具有這樣的電路配置該電路配置在除了由諧振電路102確定的振蕩頻率以外的任何頻率區(qū)域中不具有任何諧振點。這對應(yīng)于這樣的事實即，
5已知的具有低阻抗電路的振蕩電路不滿足由以下示出的(式1)所限定的振蕩要求，而本實施例的振蕩電路滿足由以下示出的(式2)所限定的振蕩要求。Re (Y) < 0 (式 1)和Im(Y) =0(式 2)這里，Y是整個振蕩電路的導(dǎo)納，并且(式1)和(式2)作為具有負電阻器件的振蕩電路的振蕩要求是已知的。該操作原理對于本實施例而言是共通的。從以上的描述將可以看出，需要本實施例的晶體管104同時調(diào)整負電阻器件101 處的操作點和與傳輸線路103的阻抗匹配。出于這種目的，按以下描述的方式調(diào)整作為獨立的源的電壓源105和電流源106。即，可通過改變電壓源105的電壓Vltl5而沿圖IB中的電壓V的方向調(diào)整負電阻器件101處的操作點。類似地，可通過改變電流源106的電流11(16而沿圖IB中的電流I的方向調(diào)整負電阻器件101處的操作點，并且，也可通過這樣做來調(diào)整操作點處的晶體管104的發(fā)射極和集電極之間的微分電導(dǎo)(differential conductance) dIc/dVce0由于dI。/dV。e的倒數(shù)是晶體管104的發(fā)射極集電極間阻抗，因此，可通過上面的調(diào)整同時調(diào)整操作點和操作點處的阻抗。為了阻抗匹配，使操作點處的dI。/dV。e和圖IB中的輔助線(粗虛線)所示的-1/ 的斜率相互一致。出于這種目的，可以良好地利用晶體管 104的飽和區(qū)域。幸運的是，典型線路的特性阻抗為從幾Ω (歐姆)到幾百Ω (歐姆)，使得能夠容易地實現(xiàn)與表現(xiàn)較低的電阻的晶體管的發(fā)射極集電極間阻抗的匹配。注意，在圖 IB中，單點劃線表示負電阻器件101的負電阻區(qū)域中的電壓/電流特性，并且，多根實線表示多個基極電流處的晶體管104的靜止特性，而細虛線表示操作點。電力從電壓源105被供給到本實施例的振蕩電路，并且在晶體管104的發(fā)射極和集電極及負電阻器件101之間被消耗。因此，將由振蕩電路以外消耗的電力可包含將在發(fā)射極和集電極之間消耗的電力(=發(fā)射極集電極間電壓VreX集電極電流I。)。當(dāng)在飽和區(qū)域中操作時，發(fā)射極集電極間電壓Vre可良好地被視為與接通基極電流Ib時的發(fā)射極基極間電壓Vte大致相同。發(fā)射極基極間電壓\e較低，并且可典型地為0. 7V，盡管它根據(jù)晶體管104的半導(dǎo)體布置而改變。另一方面，雖然負電阻器件101的操作點電壓可根據(jù)負電阻器件101在大的程度上從幾百mV(毫伏)變?yōu)閹譜(伏)，但是，所述操作點電壓較高。關(guān)于這一點，通過使用傳輸線路103和發(fā)射極跟隨器(晶體管104)所形成的本實施例的穩(wěn)定化電路的功耗速率比具有已知的電路配置的任何可比(comparable)電路的低。應(yīng)當(dāng)注意，晶體管104的操作區(qū)域決不限于飽和區(qū)域，而是只要功耗速率比具有已知的電路配置的任何可比電路的低，就可以替代性地利用活性(active)區(qū)域。(實施例2)以下將通過參照圖2來描述實施例2的振蕩器或振蕩電路。在圖2中，負電阻器件201、諧振器或諧振電路202、表現(xiàn)特性阻抗的線路203、以及晶體管204與實施例1的那些相同。通過具有電壓V。。的電源線路251和去耦電容器252來形成作為第二調(diào)整單元的本實施例的電壓源的電路。由于該電路布置，電壓源可能不一定是AC短路的理想電壓源。 換句話說，去耦電容器252在它如希望的那樣被短路的頻率區(qū)域中進行操作就夠了。它如希望的那樣被短路的頻率區(qū)域是如希望的那樣抑制任何寄生振蕩的頻率區(qū)域。雖然頻率區(qū)域優(yōu)選地為不小于DC且小于的頻率區(qū)域，但是，通常在DC處或其附近不出現(xiàn)寄生振蕩。因此，在許多情況下，幾MHz對于可通過利用去耦電容器252來應(yīng)對的頻率區(qū)域的底部是可能足夠的。通過電源206和電阻器207來形成作為本實施例的第一調(diào)整單元的電流源的電路。出于這種原因，電流源可能不一定是具有足夠大的內(nèi)部電阻的理想電流源。因此，電阻器207的電阻可以適當(dāng)?shù)貫閹譳Q。為了調(diào)整本實施例中的振蕩電路的操作點和操作點處的阻抗，可通過外部電源來調(diào)整電源線路251的V。。，并且，可通過調(diào)整電源206的電壓來調(diào)整電流Ib。因此，本實施例是可通過以上面描述的方式、用更簡單的電路配置來形成用于調(diào)整晶體管的電壓源和電流源的典型實施例。(實施例3)以下將通過參照圖3來描述實施例3的振蕩器或振蕩電路。在圖3中，負電阻器件301、諧振電路302、表現(xiàn)特性阻抗的線路303、晶體管304、以及電流源306與實施例1 的那些相同。另外，本實施例的電源線路351和去耦電容器352與實施例2的那些相同。在本實施例中提供一對穩(wěn)定化電路。通過使用傳輸線路303和晶體管304來形成所述穩(wěn)定化電路中的一個，而通過使用傳輸線路307和晶體管308來形成另一個穩(wěn)定化電路。它們關(guān)于負電阻器件301并聯(lián)地連接。作為結(jié)果，需要另一電流源309。關(guān)于圖3中的電源線路353和去耦電容器354，電源線路351和去耦電容器352可被穩(wěn)定化電路共享。 因此，本實施例具有用于負電阻器件301的兩個偏壓電源，并且，要被供給的電流可被加倍為21。。另外，由于存在兩個用于供給偏壓的線路，因此，將很少出現(xiàn)燒毀和斷線(cut line) 的問題?？赡懿挥谜f，穩(wěn)定化電路的數(shù)量決不限于兩個，而是可以替代性地提供η個穩(wěn)定化電路(η = 2，3，4· · ·)。當(dāng)負電阻器件301的負電阻值特別低時，本實施例是有效的。如前面所指出的，傳輸線路303的特性阻抗&在幾Ω (歐姆)和幾百Ω (歐姆)之間。表現(xiàn)與傳輸線路303的阻抗匹配的晶體管304的發(fā)射極集電極間阻抗等于特性阻抗4。因此，當(dāng)負電阻器件301 的負電阻的絕對值特別低時，所述絕對值會達不到晶體管304的發(fā)射極集電極間阻抗。如果是這種情況，則會出現(xiàn)不能在負電阻器件301的負電阻區(qū)域中選擇操作點的問題。但是， 上述阻抗和另一個晶體管308的發(fā)射極集電極間阻抗的合成阻抗將為這些阻抗中的每一個的一半。當(dāng)提供η個穩(wěn)定化電路時，所述合成阻抗將為這些阻抗中的每一個的l/n(n = 2、3、4...)。因此，當(dāng)提供多個穩(wěn)定化電路時，可以避免負電阻的絕對值達不到合成阻抗的情形，使得可以任意地選擇負電阻器件301的操作點。如上所述，本實施例是提供這樣的優(yōu)點的實施例即，當(dāng)負電阻器件的負電阻特別低時，可以任意地選擇負電阻器件的操作點。(實施例4)以下將通過參照圖4A和圖4B來描述實施例4的振蕩器或振蕩電路。圖4A是本實施例的振蕩電路的示意圖。在圖4A中，負電阻器件401、諧振電路402和表現(xiàn)特性阻抗& 的線路403與實施例1的那些相同。另外，本實施例的電源線路451和去耦電容器452與實施例2的那些相同。在本實施例中，用場效應(yīng)晶體管404代替之前的實施例中的任一個實施例的晶體管。對于該場效應(yīng)晶體管，源極與和負電阻器件401連接的傳輸線路403的信號線路側(cè)連接，并且，漏極通過表現(xiàn)電壓Vdd的電源線路451和去耦電容器452與接地線路側(cè)連接。因此，形成以與柵極連接的電源406和負電阻器件401分別作為輸入和輸出的源極跟隨器。此外，還如實施例1的情況那樣，負電阻器件401和場效應(yīng)晶體管404關(guān)于電源451串聯(lián)地連接。因此，場效應(yīng)晶體管404和電源451作為用于作為負載的負電阻器件401的偏壓電源進行操作。本實施例的場效應(yīng)晶體管404需要同時調(diào)整負電阻器件401處的操作點和與傳輸線路403的阻抗匹配。出于這種目的，按以下描述的方式調(diào)整相互獨立的兩個電源451、 406。即，可通過改變電源線路451的電壓Vdd而沿圖4B中的電壓V的方向調(diào)整負電阻器件 401處的操作點，而可通過改變電源406的電壓Vg而沿圖4B中的電流I的方向調(diào)整負電阻器件401處的操作點，并且，同時，也可通過這樣做來調(diào)整所述操作點處的場效應(yīng)晶體管 404的源極和漏極之間的微分電導(dǎo)dId/dVds。由于dId/dVds的倒數(shù)是場效應(yīng)晶體管404的源極漏極間阻抗，因此，可通過以上的調(diào)整來同時調(diào)整操作點和操作點處的阻抗。為了阻抗匹配，使操作點處的dId/dVds和圖4B中的輔助線所示的-1/ 的斜率相互一致。出于這種目的，可以良好地利用場效應(yīng)晶體管404的線性區(qū)域。將由本實施例的振蕩電路以外消耗的電力可包含將在源極和漏極之間消耗的電力(=源極漏極間電壓VdsX漏極電流Id)。當(dāng)在線性區(qū)域中操作時，源極漏極間電壓Vds可良好地被視為不大于閾值電壓Vt。閾值電壓Vt較低，并且可典型地為-0. 5V，其根據(jù)場效應(yīng)晶體管404的半導(dǎo)體布置而改變。更準(zhǔn)確地講，源極漏極間電壓Vds可良好地被視為基本上等于夾斷(pinch-off)電壓Vds-Vt,并且，可使其低于閾值電壓Vt的電平。因此，本實施例是可進一步減少晶體管的功耗速率的實施例。同時，在上面描述的實施例中的任一個中，可以使用例如諧振隧穿二極管(RTD)、 Esaki 二極管或Gurm 二極管作為負電阻器件。作為npn型晶體管的替代，可以使用pnp型晶體管。但是，如果使用pnp型晶體管，則圖IA和圖1B、圖2或圖3中的任何適當(dāng)?shù)碾娐吩臉O性需要被顛倒。作為η溝道場效應(yīng)晶體管的替代，可以使用ρ溝道場效應(yīng)晶體管。 也可使用 HFET (包含 ΗΕΜΤ)、MOSFET、JFET 或 IGBT。通過參照以下列出的例子，將進一步描述具體的電路配置。(例子1)以下將通過參照圖5Α和圖5Β來描述例子1的振蕩器或振蕩電路。圖5Α是例子1 的振蕩電路的示意圖。圖5Β是通過應(yīng)用例子1的振蕩電路而實現(xiàn)的振蕩器的結(jié)構(gòu)的示意圖。在圖5Α和圖5Β中，501是諧振隧穿二極管RTD。用InP基板51上的InGaAs/ InAlAs、InGaAs/AlAs的多量子阱結(jié)構(gòu)和n-InGaAs的電氣接觸層，形成本例子的RTD 501?？蓪τ诙嗔孔于褰Y(jié)構(gòu)采用例如三重勢壘結(jié)構(gòu)。更具體而言，可通過AlAs (1.3nm)/ InGaAs (7. 6nm)/InAlAs (2. 6nm)/InGaAs (5. 6nm)/AlAs(l. 3nm)的半導(dǎo)體多層膜結(jié)構(gòu)來形成多量子阱結(jié)構(gòu)。在這些層中，InGaAs是阱層，并且，晶格匹配的InAlAs和晶格不匹配的AlAs 是勢壘層。有意地不摻雜這些層。換句話說，不對它們進行載流子摻雜。多量子阱結(jié)構(gòu)被夾在表現(xiàn)2X IO18CnT3的電子濃度的n-hGaAs的電氣接觸層之間。通過這種夾在電氣接觸層之間的結(jié)構(gòu)的電流/電壓(I-V)特性，峰值電流密度為^OkA/cm2，并且，負電阻區(qū)域在約 0. 7V和約0.9V之間。當(dāng)諧振隧穿二極管表現(xiàn)約2 μ πιΦ的臺式結(jié)構(gòu)(mesa structure)時，獲得9mA的峰值電流和-22 Ω的負電阻。在圖5Α和圖5Β中，502是通過利用貼片(patch)天線所形成的諧振電路。在本例子中，使用具有設(shè)計的410GHz的振蕩頻率的200 μ mX 200 μ m的方形圖案導(dǎo)體貼片。貼片天線502還作為RTD 501的電極中的一個進行操作，而接地導(dǎo)體(未示出)作為RTD 501 的另一個電極進行操作。503是被設(shè)計為表現(xiàn)= 20 Ω的特性阻抗的微帶線。微帶線503 通過貼片天線502與負電阻器件501連接。在本例子中，作為貼片天線的接地導(dǎo)體(未示出)并且還作為微帶線的接地導(dǎo)體(未示出)，導(dǎo)體被共同地使用。微帶線503延伸到小片 (die) (InP基板)51的端部附近。在圖5A和圖5B中，504是HFET。在本例子中，使用NE!3514S02 (可從NEC Electronics得到)。HFET 504被集成地布置于源電極Ml、漏電極551和柵電極561上， 源電極Ml、漏電極551和柵電極561被布置于接合小片51的接收器(receptor)上。HFET 504通過導(dǎo)線接合542來與微帶線503連接。包含源電極541處的接觸電阻和導(dǎo)線接合 542處的電感的串聯(lián)電阻可被視為與實施例4的類似，如果它們被認(rèn)為包含于集總元件器件504中。導(dǎo)體對于漏電極551和電壓Vdd的電源線路兩者是被共同地使用的。通過在電源線路551和接地導(dǎo)體553之間布置MIM(金屬-絕緣體-金屬)552來形成去耦電容器。 可能不用說，可在外部布置具有更大的電容并適于適應(yīng)低頻率區(qū)域的去耦電容器。柵電極 561與電源506連接?？梢园匆韵旅枋龅姆绞秸{(diào)整本例子的振蕩電路的操作點和操作點處的阻抗。首先，通過參照NE3514S02的數(shù)據(jù)表來確認(rèn)，當(dāng)Vds在OV與0. 4V之間并且Vgs在OV與-0. 4V 之間時，存在dId/dVds可與1/ = 0. 05S 一致的區(qū)域。更準(zhǔn)確地講，計算dId/dVds以便包含串聯(lián)電阻541和電感M2。然后，考慮到RTD 501的操作點在0.8V處或其附近，假定Vdd = Vds+0. 8V并且Vg = Vgs+0. 8V。因此，將電源線路551的電壓Vdd和電源506的電壓分別在 0. 8V和1. 3V之間與在0. 8V和0. 4V之間進行調(diào)整就夠了。例如，如果希望對于RTD 501的操作點選擇0. 8V和7mA,那么，假定串聯(lián)電阻541和電感542足夠小，將選擇Vdd = 0. 9V和 Vg = 0. 6V。將由本例子的振蕩電路以外消耗的電力包含將在源極和漏極之間消耗的電力。如果假定RTD 501的操作點為0.8V和7mA而電源線路551的電壓為Vdd = 0. 9V并且電源506 的電壓為Vg = 0. 6V，則Vds = 0. IV并且Id = 7mA。換句話說，功耗速率將為0. IVX 7mA = 0.7mW?，F(xiàn)在將其與已知旁路器件的功耗速率進行比較。根據(jù)非專利文獻2，旁路器件的電阻需要不高于22 Ω。換句話說，如果將旁路器件看作簡單電阻器來進行計算，則功耗速率被估計為0.8ν2/22Ω =^mW。因此，如果與已知的電路配置相比，則通過使用本例子的傳輸線路503和源極跟隨器(晶體管504)所形成的穩(wěn)定化電路消耗更少的電力。(例子2)以下將通過參照圖6A和圖6B來描述例子2的振蕩器或振蕩電路。圖6A是例子2 的振蕩電路的示意圖。圖6B是通過應(yīng)用例子2的振蕩電路而實現(xiàn)的振蕩器的結(jié)構(gòu)的示意圖。本例子提供例子1的振蕩器的變型。除了負電阻器件601的廓形(profile)和諧振電路602的廓形以外，本例子的布置基本上與例子1的相同。負電阻器件601表現(xiàn)沿諧振電路602伸展(running)的帶形臺式結(jié)構(gòu)。當(dāng)尺寸為5 μ mX 150 μ m時，獲得約2A的峰值電流。通過利用導(dǎo)體帶的表面等離子體波導(dǎo)(surface plasmon waveguide)而形成諧振電路602，并且，其沿諧振器方向的長度為150 μ m。因此，在本例子中，負電阻器件601沿與表面等離子體波導(dǎo)的諧振器方向與諧振電路602 —體化地分布。帶602還作為負電阻器件 601的電極中的一個進行操作，并且，接地導(dǎo)體(未示出)也作為負電阻器件的另一電極進行操作。在圖6A和圖6B中，603是寬的微帶線。該微帶線具有100 μ m的寬度和設(shè)計的& =1Ω的特性阻抗。雖然可替代性地使用以上對于實施例3所描述的多個微帶線，但是，由于大的電流流過負電阻器件601，因此，在本例子中使用這樣的微帶線。在本例子中，也對于諧振電路的接地導(dǎo)體(未示出)和微帶線的接地導(dǎo)體(未示出)共同地使用導(dǎo)體。微帶線 603延伸到小片61的端部附近。在圖6A和圖6B中，604是功率型場效應(yīng)晶體管。在本例子中，使用NE5520379A (可從NEC Electronics得到)。雖然可以替代性按照以上對于實施例描述的方式使用多個晶體管，但是，由于大的電流流過負電阻器件601，因此，對于本例子選擇該布置?？梢园匆韵旅枋龅姆绞秸{(diào)整本例子的振蕩電路的操作點和操作點處的阻抗。首先，通過參照 NE5520379A的數(shù)據(jù)表來確認(rèn)，當(dāng)Vds在OV和IV之間并且Vgs在3. 6V和2. 4V之間時，存在 dId/dVds可與1/ = IS—致的區(qū)域。更準(zhǔn)確地講，計算dId/dVds以便包含串聯(lián)電阻641和電感642。因此，考慮到負電阻器件601的操作點在0. 8V處或其附近，將電源線路651的電壓Vdd和與柵電極661連接的電源606的電壓分別在0. 8V和1. 8V之間與在4. 2V和3. 2V 之間進行調(diào)整就夠了。注意，在本例子中，如例子1的情況下那樣，通過在電源線路651和接地導(dǎo)體653 之間布置MIM(金屬-絕緣體-金屬)652來形成去耦電容器。可能不用說，可在外部布置具有更大的電容并適于適應(yīng)低頻率區(qū)域的去耦電容器。本例子的將由振蕩電路以外消耗的電力與例子1的類似并由此較小。通過使用傳輸線路603和源極跟隨器(晶體管604)所形成的穩(wěn)定化電路僅在小的程度上消耗電力，并由此在這方面優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。作為使用導(dǎo)線接合的替代，可通過使用通孔和焊盤(bump)來實現(xiàn)上面描述的例子中的每一個的振蕩器結(jié)構(gòu)。在這種情況下，對于串聯(lián)電阻部件和電抗部件而言，考慮作為集總元件器件的晶體管就夠了。作為上面描述的實施方式的替代，也可形成通過在同一基板上集成負電阻器件、 具有特性阻抗&的傳輸線路、以及晶體管而形成的振蕩器結(jié)構(gòu)。圖7是作為例子示出的振蕩器結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。通過活性層711、電氣接觸層712、713、以及分別保持與它們接觸的電極714、715來形成負電阻器件701。通過導(dǎo)體帶731、電介質(zhì)732和接地電極733而形成線路703。與負電阻器件701共同地布置于基板71上的晶體管704包含發(fā)射極層741、 基極層742、集電極層743、和子集電極層744、以及分別保持與它們接觸的發(fā)射極電極745、 基極電極746、集電極電極747。傳輸線路703的帶731保持與負電阻器件701接觸，還保持與晶體管704的發(fā)射極接觸。由于接地電極733表現(xiàn)與負電阻器件701的電極715相等的電勢，因此，可通過插入電壓源、在集電極電極747和接地電極733之間布置MIM來實現(xiàn)本例子的振蕩電路。由于可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下作出本發(fā)明的許多明顯地區(qū)別很大的實施例，因此，應(yīng)當(dāng)理解，除了在權(quán)利要求中被限定的內(nèi)容以外，本發(fā)明不限于其具體的實施例。工業(yè)適用性本發(fā)明涉及具有用于產(chǎn)生電磁波(特別是太赫茲波)的負電阻器件的振蕩器。根據(jù)本發(fā)明的振蕩器可被用作層析成像裝置、分光(spectroscopic)檢查裝置或無線電通信設(shè)備的光源部分。雖然已參照示例性實施例說明了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。以下權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋以包含所有這樣的變更方式以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。本申請要求在2009年9月7日提交的日本專利申請No. 2009-205672的權(quán)益，在此通過弓丨用將其全部內(nèi)容并入本文。
權(quán)利要求
1.一種振蕩器，所述振蕩器具有負電阻器件和諧振器，并且包含 與所述負電阻器件連接的傳輸線路；三端子器件，所述三端子器件包含第一端子，在所述傳輸線路的端子部分處與所述傳輸線路的信號線路側(cè)連接； 第二端子，與所述傳輸線路的接地線路側(cè)連接；和第三端子，用于接收要對該第三端子施加的控制信號；用于調(diào)整要向所述三端子器件的第三端子施加的控制信號的第一調(diào)整單元；以及用于調(diào)整要向第二端子施加的電壓的第二調(diào)整單元，第一調(diào)整單元和第二調(diào)整單元適于分別調(diào)整所述控制信號和所述電壓，以便使所述傳輸線路的特性阻抗與所述三端子器件的第一端子和第二端子間阻抗表現(xiàn)為阻抗匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的振蕩器，其特征在于， 所述三端子器件是晶體管，所述晶體管的發(fā)射極在所述傳輸線路的端子部分處與所述傳輸線路的信號線路側(cè)連接，所述晶體管的集電極與所述傳輸線路的接地線路側(cè)連接，并且， 第一調(diào)整單元和第二調(diào)整單元分別調(diào)整所述晶體管的基極電流和集電極電壓，以便使所述傳輸線路的特性阻抗與所述晶體管的發(fā)射極集電極間阻抗表現(xiàn)為阻抗匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的振蕩器，其特征在于， 所述三端子器件是場效應(yīng)晶體管，所述場效應(yīng)晶體管的源極在傳輸線路的端子部分處與所述傳輸線路的信號線路側(cè)連接，所述場效應(yīng)晶體管的漏極與所述傳輸線路的接地線路側(cè)連接，并且， 第一調(diào)整單元和第二調(diào)整單元分別調(diào)整所述場效應(yīng)晶體管的柵極電壓和漏極電壓，以便使所述傳輸線路的特性阻抗與所述場效應(yīng)晶體管的源極漏極間阻抗表現(xiàn)為阻抗匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的振蕩器，其特征在于，所述振蕩器包含多個傳輸線路和三端子器件對，所述多個傳輸線路和三端子器件對并聯(lián)地連接到所述負電阻器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的振蕩器，其特征在于，所述諧振器被布置為分布元件電路，并且所述負電阻器件被布置為集總元件器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的振蕩器，其特征在于，所述諧振器被布置為分布元件電路，并且所述負電阻器件被布置為分布元件器件。
全文摘要
具有負電阻器件和諧振器的振蕩器包含與負電阻器件連接的傳輸線路；三端子器件，包含在端子部分處與傳輸線路的信號線路側(cè)連接的第一端子、與傳輸線路的接地線路側(cè)連接的第二端子、以及用于接收要對其施加的控制信號的第三端子；用于調(diào)整要向第三端子施加的控制信號的第一調(diào)整單元；以及用于調(diào)整要向第二端子施加的電壓的第二調(diào)整單元，第一調(diào)整單元和第二調(diào)整單元適于分別調(diào)整所述控制信號和所述電壓，以便使傳輸線路的特性阻抗與第一端子和第二端子間阻抗表現(xiàn)為阻抗匹配。穩(wěn)定化電路的功耗速率可被減少。
文檔編號H03B7/14GK102577099SQ20108003901
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月7日
發(fā)明者井辻健明, 關(guān)口亮太 申請人:佳能株式會社