JP2013009192A

JP2013009192A - Semiconductor device, oscillator, antenna system and transmission/reception system

Info

Publication number: JP2013009192A
Application number: JP2011140978A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Abe; 部和秀阿; Kazuhiko Itaya; 谷和彦板; Junji Wadatsumi; 潤治弘原海; Shohei Kozai; 西昌平香
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2013-01-10

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device that can be simply formed on a semiconductor substrate and operates as a differential type acoustic oscillator, and further to provide an oscillator using the semiconductor device, an antenna system and a transmission/reception system.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a semiconductor substrate; a plurality of acoustic wave propagation layers; a separation layer; an acoustic wave reflection layer; a first contact; and a second contact. The plurality of acoustic wave propagation layers is formed apart from each other on the semiconductor substrate. The separation layer is formed in the semiconductor substrate, electrically separates the plurality of acoustic wave propagation layers from each other but causes acoustic waves to pass therethrough. The acoustic wave reflection layer is formed in the semiconductor substrate such that the acoustic waves are confined in the plurality of acoustic wave propagation layers. The first contact is formed on one of the plurality of acoustic wave propagation layers and a first differential signal is input thereto and is output therefrom. The second contact is formed on other one of the plurality of acoustic wave propagation layers and a second differential signal that has a phase different from that of the first differential signal is input thereto and is output therefrom.

Description

本発明の実施形態は、半導体装置、発振器、アンテナシステムおよび送受信システムに関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device, an oscillator, an antenna system, and a transmission / reception system.

共振器として、水晶の圧電効果を利用した水晶振動子が広く用いられている。水晶振動子の機械系振動を利用することで、電気系振動のみを用いたインダクタンスより大きなインダクタンス成分を実現できる。ところが、水晶振動子を半導体集積回路上に形成することは極めて困難である。 As resonators, quartz crystal resonators using the piezoelectric effect of quartz are widely used. By utilizing the mechanical vibration of the crystal resonator, an inductance component larger than the inductance using only the electric vibration can be realized. However, it is extremely difficult to form a crystal resonator on a semiconductor integrated circuit.

半導体集積回路においても、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）共振器のように、機械系振動を利用したデバイスを半導体基板上に形成することもできるが、特殊なプロセスが必要である。 Even in a semiconductor integrated circuit, a device using mechanical vibration can be formed on a semiconductor substrate like a MEMS (Micro Electro Mechanical System) resonator, but a special process is required.

また、対ノイズ耐性を考慮すると、共振器は単相型より差動型で動作することが望ましい。 In consideration of resistance to noise, it is desirable that the resonator operates in a differential type rather than a single phase type.

G. Weinreich, Physical Review, 104 (1956), pp. 321 - 324G. Weinreich, Physical Review, 104 (1956), pp. 321-324

簡易に半導体基板上に形成でき、差動型で動作する半導体装置ならびにこれを用いた発振器、アンテナシステムおよび送受信システムを提供する。 A semiconductor device that can be easily formed on a semiconductor substrate and operates in a differential type, and an oscillator, an antenna system, and a transmission / reception system using the semiconductor device are provided.

実施形態によれば、半導体装置は、半導体基板と、複数の音響波伝播層と、分離層と、音響波反射層と、第１のコンタクトと、第２のコンタクトとを備える。前記複数の音響波伝播層は、前記半導体基板に、互いに離間して形成される。前記分離層は、前記半導体基板に形成され、前記複数の音響波伝播層を互いに電気的に分離するが、音響波は通過させる。前記音響波反射層は、前記半導体基板に形成され、前記複数の音響波伝播層内に前記音響波を閉じ込めるように形成される。前記第１のコンタクトは、前記複数の音響波伝播層の１つに形成され、第１の差動信号が入力または出力される。前記第２のコンタクトは、前記複数の音響波伝播層の他の１つに形成され、前記第１の差動信号とは位相が異なる第２の差動信号が入力または出力される。 According to the embodiment, the semiconductor device includes a semiconductor substrate, a plurality of acoustic wave propagation layers, a separation layer, an acoustic wave reflection layer, a first contact, and a second contact. The plurality of acoustic wave propagation layers are formed on the semiconductor substrate so as to be separated from each other. The separation layer is formed on the semiconductor substrate and electrically separates the plurality of acoustic wave propagation layers from each other, but allows acoustic waves to pass therethrough. The acoustic wave reflection layer is formed on the semiconductor substrate and is formed so as to confine the acoustic wave in the plurality of acoustic wave propagation layers. The first contact is formed in one of the plurality of acoustic wave propagation layers, and a first differential signal is input or output. The second contact is formed in another one of the plurality of acoustic wave propagation layers, and a second differential signal having a phase different from that of the first differential signal is input or output.

第１の実施形態に係る半導体装置１００の上面図。1 is a top view of a semiconductor device 100 according to a first embodiment. 第１の実施形態に係る半導体装置１００の斜視図。1 is a perspective view of a semiconductor device 100 according to a first embodiment. 第１の実施形態に係る半導体装置１００の断面図。1 is a cross-sectional view of a semiconductor device 100 according to a first embodiment. 半導体装置１００の製造工程を示す斜視図。FIG. 7 is a perspective view showing a manufacturing process of the semiconductor device 100. 半導体装置１００の動作原理を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an operation principle of the semiconductor device 100. 一次元形状の細長い半導体領域１０のモデルを示す図。The figure which shows the model of the elongate semiconductor area 10 of a one-dimensional shape. 分離部６がない場合の、波数ｎ＝２の場合の波動方程式の解を示す図。The figure which shows the solution of the wave equation in the case of the wave number n = 2 when there is no separation part 6. FIG. 半導体装置１００における波数ｎ＝２の場合の波動方程式の解を示す図。The figure which shows the solution of the wave equation in the case of the wave number n = 2 in the semiconductor device 100. 半導体装置１００を共振器として用いた差動型発振回路の一例を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of a differential oscillation circuit using the semiconductor device 100 as a resonator. 第２の実施形態に係る半導体装置１０１の上面図。FIG. 6 is a top view of a semiconductor device 101 according to a second embodiment. 第２の実施形態に係る半導体装置１０１の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device 101 which concerns on 2nd Embodiment. 半導体装置１０１の動作原理を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an operation principle of the semiconductor device 101. 第３の実施形態に係る半導体装置１０２の上面図。FIG. 7 is a top view of a semiconductor device 102 according to a third embodiment. 第３の実施形態に係る半導体装置１０２の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device 102 which concerns on 3rd Embodiment. 半導体装置１０２の製造工程を示す上面図。FIG. 10 is a top view showing a manufacturing process of the semiconductor device 102. 第４の実施形態に係る半導体装置１０３の上面図。FIG. 10 is a top view of a semiconductor device 103 according to a fourth embodiment. 第４の実施形態に係る半導体装置１０３の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device 103 concerning 4th Embodiment. 半導体装置１０３の動作原理を示す図。FIG. 6 shows an operation principle of a semiconductor device 103. 第５の実施形態に係る半導体装置１０４の上面図。FIG. 10 is a top view of a semiconductor device 104 according to a fifth embodiment. 第５の実施形態に係る半導体装置１０４の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device 104 concerning 5th Embodiment. 半導体装置１０４の動作原理を示す図。FIG. 6 shows an operation principle of a semiconductor device 104. アンテナシステム２０の概略構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a schematic configuration of an antenna system 20. FIG. アンテナシステム３０の概略構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a schematic configuration of an antenna system 30. FIG. 送信器４０および受信器５０を含む送受信システムの概略ブロック図。1 is a schematic block diagram of a transmission / reception system including a transmitter 40 and a receiver 50. FIG. 図２３の送受信システムの共振器４５、アンテナ４６，５１および共振器５２の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the resonator 45 of the transmission / reception system of FIG. 23, the antennas 46 and 51, and the resonator 52. FIG.

以下、実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments will be specifically described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１および図２はそれぞれ、第１の実施形態に係る半導体装置１００の上面図および斜視図である。また、図３（ａ）は半導体装置１００の断面図であり、同図（ｂ）はその一部の拡大図である。半導体装置１００は、シリコン基板１と、ｐ型拡散層２ａ，２ｂと、ＳｉＯ_２膜３と、コンタクト４ａ，４ｂと、配線５ａ，５ｂとを備えている。半導体装置１００は、配線５ａ，５ｂから差動信号を入力または出力する差動型共振器として用いることができる。 (First embodiment)
1 and 2 are a top view and a perspective view, respectively, of the semiconductor device 100 according to the first embodiment. 3A is a cross-sectional view of the semiconductor device 100, and FIG. 3B is a partially enlarged view thereof. The semiconductor device 100 includes a silicon substrate 1, p-type diffusion layers 2a and 2b, an SiO ₂ film 3, contacts 4a and 4b, and wirings 5a and 5b. The semiconductor device 100 can be used as a differential resonator that inputs or outputs differential signals from the wirings 5a and 5b.

シリコン基板１はｎ型の半導体基板であり、その表面に不純物として例えばホウ素がドーピングされたｐ型拡散層２ａ，２ｂが形成される。ｐ型拡散層２ａ，２ｂを上面から見たそれぞれの形状は、垂直方向に短辺を、水平方向に長辺をそれぞれ有する略長方形である。ｐ型拡散層２ａ，２ｂは、図示のように、シリコン基板１の一部である分離層６により物理的に分離して形成される。図３（ｂ）の拡大図に示すように、分離層６では、ｐ型拡散層２ａ，２ｂとｎ型のシリコン基板１との界面に空乏層領域８が形成され、ｐ型拡散層２ａとｐ型拡散層２ｂは電気的にも分離される。 The silicon substrate 1 is an n-type semiconductor substrate, and p-type diffusion layers 2a and 2b doped with, for example, boron as an impurity are formed on the surface thereof. Each shape of the p-type diffusion layers 2a and 2b when viewed from the top is a substantially rectangular shape having a short side in the vertical direction and a long side in the horizontal direction. The p-type diffusion layers 2 a and 2 b are formed by being physically separated by a separation layer 6 that is a part of the silicon substrate 1 as shown in the figure. As shown in the enlarged view of FIG. 3B, in the separation layer 6, a depletion layer region 8 is formed at the interface between the p-type diffusion layers 2a and 2b and the n-type silicon substrate 1, and the p-type diffusion layer 2a The p-type diffusion layer 2b is also electrically isolated.

そして、ｐ型拡散層２ａ、分離層６およびｐ型拡散層２ｂの外側を囲うように溝７がシリコン基板１に形成され、その中にＳｉＯ_２膜３が埋め込まれている。ＳｉＯ_２膜３は、いわゆるＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造であり、ｐ型拡散層２ａ，２ｂを、シリコン基板１上に形成される他のデバイスと電気的に分離する。 A groove 7 is formed in the silicon substrate 1 so as to surround the outside of the p-type diffusion layer 2a, the separation layer 6 and the p-type diffusion layer 2b, and the SiO ₂ film 3 is embedded therein. The SiO ₂ film 3 has a so-called STI (Shallow Trench Isolation) structure, and electrically isolates the p-type diffusion layers 2 a and 2 b from other devices formed on the silicon substrate 1.

コンタクト４ａはｐ型拡散層２ａに形成され、アルミニウム等の金属からなる配線５ａとｐ型拡散層２ａとを電気的に接続する。同様に、コンタクト４ｂはｐ型拡散層２ｂに形成され、配線５ｂとｐ型拡散層２ｂとを電気的に接続する。 The contact 4a is formed in the p-type diffusion layer 2a, and electrically connects the wiring 5a made of a metal such as aluminum and the p-type diffusion layer 2a. Similarly, the contact 4b is formed in the p-type diffusion layer 2b, and electrically connects the wiring 5b and the p-type diffusion layer 2b.

後述するように、ｐ型拡散層２ａ，２ｂからコンタクト４ａ，４ｂおよび配線５ａ，５ｂを介して差動信号が出力され、あるいは、外部から配線５ａ，５ｂおよびコンタクト４ａ，４ｂを介してｐ型拡散層２ａ，２ｂに差動信号が入力される。 As will be described later, differential signals are output from the p-type diffusion layers 2a and 2b via the contacts 4a and 4b and the wirings 5a and 5b, or from the outside via the wirings 5a and 5b and the contacts 4a and 4b. Differential signals are input to the diffusion layers 2a and 2b.

半導体装置１００では、不図示のマスクを用いてホウ素等の不純物を注入することにより、互いに分離したｐ型拡散層２ａ，２ｂが形成される。より一般的な製造プロセスでは、図４に示すように、まずゲート電極９を形成し、これをマスクとして不純物を注入する自己整合プロセスによりｐ型拡散層２ａ，２ｂを形成してもよい。これにより、ゲート電極９に対応する位置が分離層６となって半導体装置１００が形成される。これは一般的なトランジスタとほぼ同様の製造法である。いずれにしても、通常のＣＭＯＳプロセスにより、簡易に半導体装置１００を形成できる。なお、図４のゲート電極９は、製造に用いられるものであり、必ずしも電圧を印加することを目的として形成するわけではない。 In the semiconductor device 100, p-type diffusion layers 2a and 2b separated from each other are formed by implanting impurities such as boron using a mask (not shown). In a more general manufacturing process, as shown in FIG. 4, the gate electrodes 9 may be formed first, and the p-type diffusion layers 2a and 2b may be formed by a self-alignment process using this as a mask to inject impurities. As a result, the position corresponding to the gate electrode 9 becomes the separation layer 6 and the semiconductor device 100 is formed. This is almost the same manufacturing method as a general transistor. In any case, the semiconductor device 100 can be easily formed by a normal CMOS process. Note that the gate electrode 9 in FIG. 4 is used for manufacturing and is not necessarily formed for the purpose of applying a voltage.

図５は、半導体装置１００の動作原理を示す図である。一般に、キャリアを有する半導体中では、電荷密度が変化すると体積が変化し、体積が変化すると電荷密度が変化すること、すなわち、電気と機械振動との相互作用が知られている。より具体的には、ρを電荷密度、Φを体積変化に比例する変数、ｃを半導体中の音速とすると、下記（１）式の波動方程式が成立する。

FIG. 5 is a diagram illustrating the operating principle of the semiconductor device 100. Generally, in a semiconductor having carriers, it is known that the volume changes when the charge density changes, and the charge density changes when the volume changes, that is, the interaction between electricity and mechanical vibration. More specifically, if ρ is a charge density, Φ is a variable proportional to the volume change, and c is the speed of sound in the semiconductor, the following wave equation (1) is established.

上記（１）式の左辺は音響波の伝搬を表す方程式であり、電荷密度ρの変化があると（右辺）、音速ｃの音響波が伝播する（左辺）ことを示している。 The left side of the above equation (1) is an equation representing the propagation of acoustic waves. When there is a change in the charge density ρ (right side), it indicates that an acoustic wave of sound velocity c propagates (left side).

このことを図１〜図３の半導体装置１００に当てはめる。半導体装置１００では、ｐ型拡散層２ａ，２ｂにキャリアとしてホールが存在する。コンタクト４ａ，４ｂの一方または両方から電気入力が与えられるとｐ型拡散層２ａ，２ｂの電荷密度が変化し、その結果、ｐ型拡散層２ａ，２ｂが音響波伝播層となって音響波が伝播する。 This applies to the semiconductor device 100 of FIGS. In the semiconductor device 100, holes exist as carriers in the p-type diffusion layers 2a and 2b. When electric input is applied from one or both of the contacts 4a and 4b, the charge density of the p-type diffusion layers 2a and 2b changes, and as a result, the p-type diffusion layers 2a and 2b become acoustic wave propagation layers to generate acoustic waves. Propagate.

ｐ型拡散層２ａ、空乏層領域８を含む分離層６、および、ｐ型拡散層２ｂは、いずれも連続したシリコン基板１の内部に形成され、弾性定数および密度ともに等しいため、音響波は分離層６で反射したり減衰したりすることなく伝播できる。 The p-type diffusion layer 2a, the separation layer 6 including the depletion layer region 8, and the p-type diffusion layer 2b are all formed in the continuous silicon substrate 1 and have the same elastic constant and density. It can propagate without being reflected or attenuated by the layer 6.

一方、ＳｉＯ_２膜３は音響波反射層として機能する。すなわち、音響波はｐ型拡散層２ａ，２ｂとＳｉＯ_２膜３との界面で反射し、ｐ型拡散層２ａ，２ｂに音響定在波が生じる。ここで、分離層６には空乏層領域８が形成されており、キャリアはほとんど存在しない。そのため、分離層６は定在波の節となる。 On the other hand, the SiO ₂ film 3 functions as an acoustic wave reflection layer. That is, the acoustic wave is reflected at the interface between the p-type diffusion layers 2a and 2b and the SiO ₂ film 3, and an acoustic standing wave is generated in the p-type diffusion layers 2a and 2b. Here, the depletion layer region 8 is formed in the separation layer 6 and there is almost no carrier. Therefore, the separation layer 6 becomes a node of a standing wave.

音響定在波の周波数はｐ型拡散層２ａ，２ｂの長辺の長さと音速ｃとに応じて定まる。したがって、半導体装置１００は特定の周波数のみで共振する共振器となる。ｐ型拡散層２ａ，２ｂの長辺の長さが短いほど定在波の波長は短くなるため、ｐ型拡散層２ａ，２ｂの長辺の長さに応じて、共振周波数を調整できる。また、シリコン基板１あるいはｐ型拡散層２ａ，２ｂにバイアスを印加することにより共振周波数を調整することもできる。 The frequency of the acoustic standing wave is determined according to the length of the long side of the p-type diffusion layers 2a and 2b and the sound velocity c. Therefore, the semiconductor device 100 becomes a resonator that resonates only at a specific frequency. Since the wavelength of the standing wave is shorter as the long sides of the p-type diffusion layers 2a and 2b are shorter, the resonance frequency can be adjusted according to the length of the long sides of the p-type diffusion layers 2a and 2b. The resonance frequency can also be adjusted by applying a bias to the silicon substrate 1 or the p-type diffusion layers 2a and 2b.

上述したように半導体装置１００の共振周波数は長辺の長さによって決定されるため、共振周波数のばらつきは製造上の形状ばらつきと同程度となる。半導体プロセスの加工精度は非常に高いため、半導体装置１００における共振周波数のばらつきを極めて小さくできる。 As described above, since the resonance frequency of the semiconductor device 100 is determined by the length of the long side, the variation in the resonance frequency is approximately the same as the shape variation in manufacturing. Since the processing accuracy of the semiconductor process is very high, the variation of the resonance frequency in the semiconductor device 100 can be extremely reduced.

以下、より詳細に説明する。図６は、一次元形状の細長い半導体領域１０のモデルを示す図である。断面積をＡ、長さをＬとする。また、半導体領域１０の長辺に沿う方向にｘ軸を設定し、半導体領域１０の一端の位置をｘ＝０、他端の位置をｘ＝Ｌとする。半導体領域１０は、周囲を絶縁膜あるいは空乏層で囲まれており、その外側は接地電位であるとする。さらに、半導体領域１０全体の接地電位に対する全体のキャパシタンスをＣ_ｔとし、ｘ軸方向に対してキャパシタンスは一様であると仮定する。この場合、単位長さ当たりのキャパシタンスはＣ_ｔ／Ｌである。 This will be described in more detail below. FIG. 6 is a diagram showing a model of the one-dimensional elongated semiconductor region 10. The cross-sectional area is A, and the length is L. Further, the x-axis is set in the direction along the long side of the semiconductor region 10, the position of one end of the semiconductor region 10 is x = 0, and the position of the other end is x = L. The semiconductor region 10 is surrounded by an insulating film or a depletion layer, and the outside thereof is assumed to be a ground potential. Furthermore, the overall capacitance to ground potential of the entire semiconductor region 10 and C _t, it is assumed that the capacitance with respect to the x-axis direction is uniform. In this case, the capacitance per unit length is C _t / L.

任意の位置ｘにおける微小な長さｄｘの領域１１のキャパシタンスをＣｄｘ、電荷密度をρ（ｘ）とする。この領域１１に蓄積されている電荷Ｑ_ｄｘおよびキャパシタンスＣ_ｄｘはそれぞれ下記（２），（３）式で表される。
Q_dx = ρ(x) * dx * A ・・・（２）
C_dx = Ct * dx / L ・・・（３）
したがって、電位Ｖ（ｘ）と電荷密度ρ（ｘ）との関係は下記（４）で表される。
V(x) = Q_dx / C_dx = ρ(x) * A * L / C_t = ρ(x) / C₀・・・（４）
ここで、Ｃ_０は単位体積当たりのキャパシタンスである。上記（４）式から分かるように、電位Ｖ（ｘ）は電荷密度ρ（ｘ）に比例する。 The capacitance of the region 11 having a minute length dx at an arbitrary position x is Cdx, and the charge density is ρ (x). The charge Q _dx and the capacitance C _dx accumulated in the region 11 are expressed by the following equations (2) and (3), respectively.
Q _dx = ρ (x) * dx * A (2)
C _dx = Ct * dx / L (3)
Therefore, the relationship between the potential V (x) and the charge density ρ (x) is expressed by the following (4).
V (x) = Q _dx / C _dx = ρ (x) * A * L / C _t = ρ (x) / C ₀ (4)
Here, C ₀ is a capacitance per unit volume. As can be seen from the above equation (4), the potential V (x) is proportional to the charge density ρ (x).

図６の一次元モデルにおいて、上記波動方程式（１）の変数Φおよびρは位置ｘおよび時間ｔの関数であると仮定すると、（１）式の解として、下記（５）式が考えられる。
Φ(x, t) =Φ_n * exp(ikx - iωt) ・・・（５） In the one-dimensional model of FIG. 6, assuming that the variables Φ and ρ of the wave equation (1) are functions of the position x and the time t, the following equation (5) can be considered as a solution of the equation (1).
Φ (x, t) = Φ _n * exp (ikx-iωt) (5)

長さＬの一次元領域に励起される定在波において、下記（６）式の境界条件を仮定する。
Φ(0, t) = Φ(L, t) = 0 ・・・（６）
これは、半導体領域１０の端部を固定端とする仮定であり、半導体領域１０に比べ、周囲の材料が「固い」場合、すなわち、音響インピーダンスが大きい場合に成立する。本実施形態の半導体装置１００では、半導体領域１０はｐ型拡散層２ａ，２ｂであり、その端部には音響インピーダンスがより高いＳｉＯ_２膜３が形成されているため、この仮定の下に以下の説明を行う。 For a standing wave excited in a one-dimensional region of length L, the following boundary condition of equation (6) is assumed.
Φ (0, t) = Φ (L, t) = 0 (6)
This is based on the assumption that the end portion of the semiconductor region 10 is a fixed end, and is valid when the surrounding material is “hard”, that is, when the acoustic impedance is large compared to the semiconductor region 10. In the semiconductor device 100 of the present embodiment, the semiconductor region 10 is the p-type diffusion layers 2a and 2b, and the SiO ₂ film 3 having higher acoustic impedance is formed at the ends thereof. Will be explained.

上記（６）式の境界条件により、上記（５）式の変数ｋは下記（７）式のようになる。
k = n * π / L ・・・（７）
ここで、波数ｎは１以上の整数である。ｎ＝０の場合、全ての位置ｘについて均一な分布を表すが、境界条件を満たすためにはΦ_０＝０となるので、定在波は存在できない。 Due to the boundary condition of the above equation (6), the variable k of the above equation (5) becomes the following equation (7).
k = n * π / L (7)
Here, the wave number n is an integer of 1 or more. When n = 0, a uniform distribution is expressed for all the positions x. However, in order to satisfy the boundary condition, Φ ₀ = 0, so that no standing wave can exist.

一方、電荷密度ρについてはこのような制約がないため、ｎ＝０の場合でも位置ｘについて均一な電荷分布でもよい。そこで、電荷密度ρは音響電荷に起因する位置ｘに依存する項ρ_１（ｘ）と、静電容量に起因しする位置ｘに依存しない均一な項ρ_２とに分けて考えることができ、下記（８）式で表される。
ρ(x, t) = ρ₁(x) +ρ₂
= ρ_n * exp(ikx - iωt) +ρ₀ * exp(-iωt) ・・・（８）
ただし、ｎは０以上の整数である。 On the other hand, since there is no such restriction with respect to the charge density ρ, even if n = 0, the charge distribution may be uniform for the position x. Therefore, the charge density ρ can be divided into a term ρ ₁ (x) that depends on the position x caused by the acoustic charge and a uniform term ρ ₂ that does not depend on the position x caused by the capacitance. It is represented by the following formula (8).
ρ (x, t) = ρ ₁ (x) + ρ ₂
= ρ _n * exp (ikx-iωt) + ρ ₀ * exp (-iωt) (8)
However, n is an integer greater than or equal to 0.

図７は、波数ｎ＝２の場合の波動方程式の解を示す図である。音響定在波に起因する電荷密度ρは、中心位置Ｌ／２に対して左右対称となり、極性が反転している。仮に、半導体領域１０が電気的に連続な場合、位置ｘに依存しない均一な項ρ_２は半導体領域１０全体にわたって一定の極性である。半導体領域１０の左側（ｘ≦Ｌ／２）半分ではρ_１（ｘ）とρ_２との極性が同じであるためにこれらが互いに強めあうが、右側（Ｌ／２≦ｘ）半分では極性が異なるために、弱めあう。したがって、実際には、電気的に図７に示すモードの音響定在波を励起することはできない。 FIG. 7 is a diagram illustrating a solution of the wave equation when the wave number n = 2. The charge density ρ caused by the acoustic standing wave is symmetrical with respect to the center position L / 2, and the polarity is inverted. If the semiconductor region 10 is electrically continuous, the uniform term ρ ₂ that does not depend on the position x has a constant polarity throughout the semiconductor region 10. In the left side (x ≦ L / 2) half of the semiconductor region 10, ρ ₁ (x) and ρ ₂ have the same polarity, so they strengthen each other, but in the right side (L / 2 ≦ x) half, the polarity is We weaken to be different. Therefore, in practice, the acoustic standing wave in the mode shown in FIG. 7 cannot be electrically excited.

ところが、図１〜図３の半導体装置１００では、半導体領域１０に対応するｐ型拡散層２ａ，２ｂは、分離層６により電気的に分離されている。配線５ａ，５ｂを介して、ｐ型拡散層２ａ，２ｂに互いに極性（位相）が異なる差動信号が入力されると、図８に示すように、位置ｘに依存しない項ρ_２は左側半分と右側半分で極性が反転する。そのため、左側半分および右側半分ともにρ_１（ｘ）とρ_２との極性が一致し、互いに強め合う。結果として、電気的な差動信号により音響定在波を励起させることができるとともに、音響定在波により電気的な差動信号を発生させることができる。このようにして、半導体装置１００は差動型の音響共振器として動作する。 However, in the semiconductor device 100 of FIGS. 1 to 3, the p-type diffusion layers 2 a and 2 b corresponding to the semiconductor region 10 are electrically separated by the separation layer 6. Wiring 5a, via 5b, p-type diffusion layer 2a, the polarity in 2b (phase) is different differential signals are input, as shown in FIG. 8, section [rho ₂ that does not depend on the position x is the left half The polarity is reversed in the right half. For this reason, the polarities of ρ ₁ (x) and ρ ₂ coincide with each other in the left half and the right half, and strengthen each other. As a result, the acoustic standing wave can be excited by the electrical differential signal, and the electrical differential signal can be generated by the acoustic standing wave. In this way, the semiconductor device 100 operates as a differential acoustic resonator.

差動信号の振幅を等しくするためには、コンタクト４ａ，４ｂを分離層６から互いに等しい位置に形成するのが望ましい。例えば、図８に示すように、ｐ型拡散層２ａ，２ｂの中央に形成することにより、差動信号の振幅をともに最大にすることができる。 In order to equalize the amplitudes of the differential signals, it is desirable to form the contacts 4a and 4b at the same position from the separation layer 6. For example, as shown in FIG. 8, by forming it in the center of the p-type diffusion layers 2a and 2b, both the amplitudes of the differential signals can be maximized.

図９は、半導体装置１００を共振器として用いた差動型発振回路２０の一例を示す回路図である。同図の差動型発振器２０は、半導体装置１００の出力を増幅してフィードバックすることにより発振信号を生成するものである。 FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of the differential oscillation circuit 20 using the semiconductor device 100 as a resonator. The differential oscillator 20 shown in the figure generates an oscillation signal by amplifying and feeding back the output of the semiconductor device 100.

差動型発振回路２０は、電源端子と接地端子との間に縦続接続されるｐ型トランジスタＭｐａおよびｎ型トランジスタＭｎａから構成されるインバータ（増幅器）Ｉ１と、ｐ型トランジスタＭｐｂおよびｎ型トランジスタＭｎｂから構成されるインバータ（増幅器）Ｉ２と、インバータＩ１，Ｉ２の入出力端子間にそれぞれ接続される抵抗Ｒａ，Ｒｂと、インバータＩ１の出力端子と、インバータＩ２の出力端子との間に縦続接続される容量Ｃａ，半導体装置１００および容量Ｃｂとを有する。半導体装置１００のコンタクト４ａが容量Ｃａに接続され、コンタクト４ｂが容量Ｃｂに接続される。 The differential oscillation circuit 20 includes an inverter (amplifier) I1 composed of a p-type transistor Mpa and an n-type transistor Mna cascaded between a power supply terminal and a ground terminal, and a p-type transistor Mpb and an n-type transistor Mnb. Is connected in cascade between an output terminal of the inverter I2 and an output terminal of the inverter I2. A capacitor Ca, a semiconductor device 100, and a capacitor Cb. Contact 4a of semiconductor device 100 is connected to capacitor Ca, and contact 4b is connected to capacitor Cb.

図９の差動型発振器２０では、半導体素子１００の共振時、各インバータＩ１，Ｉ２の出力における位相シフトは０度である。したがって、トータルの位相シフトが３６０度の正のフィードバックが形成され、発振する。抵抗ＲａはインバータＩａのフィードバック抵抗であり、容量Ｃａと合わせてハイパスフィルタを構成する。抵抗Ｒｂおよび容量Ｃｂも同様である。これにより、インバータＩ１，Ｉ２の入出力端子が電源電圧あるいは接地電圧に固定されるのが防止される。結果として、インバータＩ１，Ｉ２の入出力端子のいずれからも発振信号を取り出すことができる。 In the differential oscillator 20 of FIG. 9, when the semiconductor element 100 resonates, the phase shift at the outputs of the inverters I1 and I2 is 0 degree. Therefore, a positive feedback with a total phase shift of 360 degrees is formed and oscillates. The resistor Ra is a feedback resistor of the inverter Ia and forms a high-pass filter together with the capacitor Ca. The same applies to the resistor Rb and the capacitor Cb. This prevents the input / output terminals of the inverters I1 and I2 from being fixed to the power supply voltage or the ground voltage. As a result, an oscillation signal can be extracted from either of the input / output terminals of the inverters I1 and I2.

同図のトランジスタＭｐａ等と同じ半導体基板上に共振器として半導体装置１００を形成でき、小型かつ低コストで差動型発振回路を構成できる。 The semiconductor device 100 can be formed as a resonator on the same semiconductor substrate as the transistor Mpa and the like of FIG. 1, and a differential oscillation circuit can be configured with a small size and low cost.

このように、第１の実施形態では、シリコン基板１上に、分離層６により分離されたｐ型拡散層２ａ，２ｂを形成し、これらを取り囲むようにＳｉＯ_２膜３を形成する。そのため、互いに極性が異なる差動信号により音響定在波を励起でき、かつ、音響定在波により差動信号が生成される差動型共振器を、シリコン基板１上に簡易に形成できる。 Thus, in the first embodiment, the p-type diffusion layers 2a and 2b separated by the separation layer 6 are formed on the silicon substrate 1, and the SiO ₂ film 3 is formed so as to surround them. Therefore, it is possible to easily form on the silicon substrate 1 a differential resonator that can excite an acoustic standing wave with differential signals having different polarities and that generates a differential signal with the acoustic standing wave.

なお、図１〜図３では、ｎ型のシリコン基板１上にｐ型拡散層２ａ，２ｂを形成する例を示しているが、ｐ型またはｎ型のシリコン基板１上にｎウェルを形成し、このｎウェルにｐ型拡散層２ａ，２ｂを形成してもよい。このようにして、ｐ型拡散層２ａ，２ｂの間のｎウェル、すなわち、音響波伝播層とは導電型が異なる半導体層を分離層としてもよい。また、分離層は、音響波伝播層間を、音響波は通過させるが電気的には分離するものであればよく、例えばｐ型拡散層２ａ，２ｂの間に溝を形成して、この溝にＳｉＯ_２膜を埋め込んだものでもよい。 1 to 3 show an example in which the p-type diffusion layers 2 a and 2 b are formed on the n-type silicon substrate 1, an n-well is formed on the p-type or n-type silicon substrate 1. The p-type diffusion layers 2a and 2b may be formed in the n well. In this manner, an n well between the p-type diffusion layers 2a and 2b, that is, a semiconductor layer having a conductivity type different from that of the acoustic wave propagation layer may be used as the separation layer. The separation layer may be any layer that allows acoustic waves to pass between the acoustic wave propagation layers but electrically separates them. For example, a groove is formed between the p-type diffusion layers 2a and 2b, and the groove is formed in the groove. An SiO ₂ film embedded may be used.

音響波反射層は必ずしもＳｉＯ_２膜３でなくてもよく、ＳｉＮ等シリコン基板１と音響インピーダンスが異なる材料であればよい。 The acoustic wave reflection layer does not necessarily have to be the SiO ₂ film 3 and may be any material having a different acoustic impedance from the silicon substrate 1 such as SiN.

さらに、取り出される差動信号の振幅を大きくするためには、図６に示す容量が大きいほうがよい。したがって、図１〜図３に示すように、ｐ型拡散層２ａ、分離層６およびｐ型拡散層２ｂを取り囲むようにＳｉＯ_２膜３を形成するのが望ましいが、音響波をｐ型拡散層２ａ，２ｂ内に閉じ込めるよう、少なくともｐ型拡散層２ａ、分離層６およびｐ型拡散層２ｂの長手方向外側に音響波反射層を形成してもよい。 Furthermore, in order to increase the amplitude of the extracted differential signal, it is preferable that the capacity shown in FIG. 6 is large. Accordingly, as shown in FIGS. 1 to 3, it is desirable to form the SiO ₂ film 3 so as to surround the p-type diffusion layer 2a, the separation layer 6 and the p-type diffusion layer 2b. An acoustic wave reflection layer may be formed at least on the outer side in the longitudinal direction of the p-type diffusion layer 2a, the separation layer 6, and the p-type diffusion layer 2b so as to be confined in 2a and 2b.

また、コンタクト４ａ，４ｂをあえて分離層６に対して非対称の位置に形成してもよい。例えば、図８において、ｘ＝Ｌ／１２の位置にコンタクト４ａを形成し、ｘ＝３Ｌ／４の位置にコンタクト４ｂを形成すると、コンタクト４ａ，４ｂに生成される電圧の振幅の比は１：２となる。このようにして、半導体装置１００を電圧振幅１：２の変圧器として動作させることもできる。 Further, the contacts 4 a and 4 b may be formed at asymmetric positions with respect to the separation layer 6. For example, in FIG. 8, when the contact 4a is formed at the position x = L / 12 and the contact 4b is formed at the position x = 3L / 4, the ratio of the amplitudes of the voltages generated at the contacts 4a and 4b is 1: 2. In this way, the semiconductor device 100 can be operated as a transformer having a voltage amplitude of 1: 2.

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態は、分離層６により分離される２つのｐ型拡散層２ａ，２ｂが形成されるものであったが、以下に説明する第２の実施形態では、奇数個の分離層により互いに分離される偶数個のｐ型拡散層が形成されるものである。 (Second Embodiment)
In the first embodiment described above, the two p-type diffusion layers 2a and 2b separated by the separation layer 6 are formed. In the second embodiment described below, an odd number of separations are performed. An even number of p-type diffusion layers separated from each other by the layers are formed.

図１０および図１１はそれぞれ、第２の実施形態に係る半導体装置１０１の上面図および断面図である。図１０および図１１では、図１および図３とそれぞれ共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。 10 and 11 are a top view and a cross-sectional view, respectively, of the semiconductor device 101 according to the second embodiment. In FIG. 10 and FIG. 11, the same reference numerals are given to the components common to FIG. 1 and FIG. 3, and the differences will be mainly described below.

半導体装置１０１は、図１の半導体装置１００とは異なり、３つの分離層６ａ〜６ｃによりそれぞれ分離される４つのｐ型拡散層２ａ〜２ｄと、ｐ型拡散層２ａ〜２ｄ上にそれぞれ形成されるコンタクト４ａ〜４ｄと、コンタクト４ａ〜４ｄとそれぞれ電気的に接続される配線５ａ〜５ｄとを備えている。ｐ型拡散層２ａ〜２ｄおよび分離層６ａ〜６ｃは、所定の方向に沿ってほぼ一直線上に形成される。 Unlike the semiconductor device 100 of FIG. 1, the semiconductor device 101 is formed on four p-type diffusion layers 2a to 2d and p-type diffusion layers 2a to 2d respectively separated by three separation layers 6a to 6c. Contacts 4a to 4d, and wirings 5a to 5d electrically connected to the contacts 4a to 4d, respectively. The p-type diffusion layers 2a to 2d and the separation layers 6a to 6c are formed substantially in a straight line along a predetermined direction.

左端のｐ型拡散層２ｃと左から３番目のｐ型拡散層２ｂは、コンタクト４ｃ，４ｂおよび配線５ｃ，５ｂを介してポート１に電気的に接続される。一方、左から２番目のｐ型拡散層２ａと４番目のｐ型拡散層２ｄは、コンタクト４ａ，４ｄおよび配線５ａ，５ｄを介してポート２に電気的に接続される。ポート１およびポート２から互いに位相が異なる差動信号が入出力される。 The p-type diffusion layer 2c at the left end and the third p-type diffusion layer 2b from the left are electrically connected to the port 1 through contacts 4c and 4b and wirings 5c and 5b. On the other hand, the second p-type diffusion layer 2a and the fourth p-type diffusion layer 2d from the left are electrically connected to the port 2 through contacts 4a and 4d and wirings 5a and 5d. Differential signals having different phases from each other are input / output from port 1 and port 2.

図１２は、半導体装置１０１の動作原理を示す図である。ポート１およびポート２に差動信号を入力すると音響定在波が励起され、同図に示すような電荷密度分布が生じる。これにより、第１の実施形態と同様に、半導体装置１０１は差動型の音響共振器として動作する。 FIG. 12 is a diagram illustrating an operation principle of the semiconductor device 101. When a differential signal is input to port 1 and port 2, an acoustic standing wave is excited, and a charge density distribution as shown in FIG. As a result, as in the first embodiment, the semiconductor device 101 operates as a differential acoustic resonator.

ここで、分離層６ａ〜６ｃはいずれも定在波の節になる。そのため、第１の実施形態に係る半導体装置１００と本実施形態に係る半導体装置１０１とが同じサイズである場合、より具体的には、半導体装置１００におけるｐ型拡散層２ａの左端からｐ型拡散層２ｂの右端までの距離と、半導体装置１０１におけるｐ型拡散層２ｃの左端からｐ型拡散層２ｄの右端までの距離とが等しい場合、半導体装置１０１では波長が２倍になるため、共振周波数がより高くなる。 Here, the separation layers 6a to 6c all become nodes of standing waves. Therefore, when the semiconductor device 100 according to the first embodiment and the semiconductor device 101 according to the present embodiment have the same size, more specifically, the p-type diffusion starts from the left end of the p-type diffusion layer 2a in the semiconductor device 100. When the distance to the right end of the layer 2b is equal to the distance from the left end of the p-type diffusion layer 2c to the right end of the p-type diffusion layer 2d in the semiconductor device 101, the wavelength is doubled in the semiconductor device 101, so that the resonance frequency Becomes higher.

このように、第２の実施形態では、より多くの偶数個のｐ型拡散層を形成するため、共振周波数を高くすることができる。 As described above, in the second embodiment, since an even number of p-type diffusion layers are formed, the resonance frequency can be increased.

なお、図１０および図１１では、４つのｐ型拡散層２ａ〜２ｄが形成される例を示したが、偶数個のｐ型拡散層を形成し、偶数番目のｐ型拡散層同士を電気的に接続し、奇数番目のｐ型拡散層同士を電気的に接続し、差動信号を入出力してもよい。分割数を多くするほど共振周波数を高くすることができる。 10 and 11 show an example in which four p-type diffusion layers 2a to 2d are formed, an even number of p-type diffusion layers are formed, and the even-numbered p-type diffusion layers are electrically connected to each other. The odd-numbered p-type diffusion layers may be electrically connected to each other to input / output differential signals. The resonance frequency can be increased as the number of divisions is increased.

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、半導体装置を並列に設けるものである。 (Third embodiment)
In the third embodiment, semiconductor devices are provided in parallel.

図１３および図１４はそれぞれ、第３の実施形態に係る半導体装置１０２の上面図および断面図である。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。 13 and 14 are a top view and a cross-sectional view, respectively, of the semiconductor device 102 according to the third embodiment. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the first embodiment.

半導体装置１０２は、水平方向および垂直方向に沿ってマトリクス状に形成される複数のｐ型拡散層２ａ，２ｂを備えている。より具体的には、ｐ型拡散層２ａ，２ｂは、シリコン基板１上のＳｉＯ_２膜３で囲まれた領域に、シリコン基板１の一部であり、水平方向に延びる分離層６ｈにより垂直方向に互いに分離され、かつ、垂直方向に延びる分離層６ｖにより水平方向に互いに分離されて形成される。すなわち、図１〜図３に示す半導体装置１００を、分離層６ｈを介して垂直方向に並列に設けた構成になっている。また、ｐ型拡散層２ａに形成される各コンタクト４ａは配線５ａを介してポート１に接続され、ｐ型拡散層２ｂに形成される各コンタクト４ｂは配線５ｂを介してポート２に接続されている。ポート１およびポート２から差動信号が入出力される。 The semiconductor device 102 includes a plurality of p-type diffusion layers 2a and 2b formed in a matrix along the horizontal direction and the vertical direction. More specifically, the p-type diffusion layers 2a and 2b are part of the silicon substrate 1 in the region surrounded by the SiO ₂ film 3 on the silicon substrate 1, and are vertically separated by the separation layer 6h extending in the horizontal direction. Are separated from each other in the horizontal direction by the separation layer 6v extending in the vertical direction. That is, the semiconductor device 100 shown in FIGS. 1 to 3 is provided in parallel in the vertical direction via the separation layer 6h. Each contact 4a formed on the p-type diffusion layer 2a is connected to the port 1 through the wiring 5a, and each contact 4b formed on the p-type diffusion layer 2b is connected to the port 2 through the wiring 5b. Yes. Differential signals are input / output from port 1 and port 2.

また、半導体装置１０２の水平方向（長辺）および垂直方向（短辺）の長さはそれぞれ、例えば４０μｍおよび１０μｍであり、スパイラルインダクタを用いたＬＣ共振器と比べても大幅に面積を削減できる。 Further, the lengths of the semiconductor device 102 in the horizontal direction (long side) and the vertical direction (short side) are, for example, 40 μm and 10 μm, respectively, and the area can be greatly reduced compared to an LC resonator using a spiral inductor. .

図１５は、半導体装置１０２の製造工程を示す上面図である。まず、ゲート電極９をＳｉＯ_２膜３で囲まれたシリコン基板１上に形成する。ゲート電極９は、水平方向に延びる複数のゲート電極９ｈと、垂直方向に延びる１つのゲート電極９ｖとからなる。このゲート電極９をマスクとしてｐ型の不純物をシリコン基板１に注入することにより、ゲート電極９と対応する位置が分離層６ｈ，６ｖとなって半導体装置１０２が形成される。なお、ゲート電極９は製造に用いられるものであり、必ずしも電圧を印加することを目的として形成するわけではない。 FIG. 15 is a top view showing the manufacturing process of the semiconductor device 102. First, the gate electrode 9 is formed on the silicon substrate 1 surrounded by the SiO ₂ film 3. The gate electrode 9 is composed of a plurality of gate electrodes 9h extending in the horizontal direction and one gate electrode 9v extending in the vertical direction. By implanting p-type impurities into the silicon substrate 1 using the gate electrode 9 as a mask, the semiconductor device 102 is formed with the positions corresponding to the gate electrode 9 being the separation layers 6h and 6v. The gate electrode 9 is used for manufacturing and is not necessarily formed for the purpose of applying a voltage.

ｐ型拡散層２ａ，２ｂは電気的には分離されているが、ｐ型拡散層２ａ、分離層６およびｐ型拡散層２ｂは、いずれも連続したシリコン基板１の内部に形成され、弾性定数および密度ともに等しいため、音響波は分離層６で反射したり減衰したりすることなく伝播できる。 Although the p-type diffusion layers 2a and 2b are electrically separated, the p-type diffusion layer 2a, the separation layer 6 and the p-type diffusion layer 2b are all formed inside the continuous silicon substrate 1, and have an elastic constant. Since the density is equal, the acoustic wave can propagate without being reflected or attenuated by the separation layer 6.

ｐ型拡散層２ａ，２ｂのそれぞれは、シリコン基板１の電位に対して静電容量を持つが、これらを並列接続することにより、全体の静電容量は大きくなる。すなわち、並列接続する数に応じてインピーダンスを調整できる。 Each of the p-type diffusion layers 2a and 2b has a capacitance with respect to the potential of the silicon substrate 1, but the overall capacitance is increased by connecting them in parallel. That is, the impedance can be adjusted according to the number of parallel connections.

したがって、例えば並列数を多くすることにより出力インピーダンスが小さくなり、半導体装置１０２はより大きな素子を駆動することができる。また、並列数を少なくすることにより入力インピーダンスが大きくなるため、小さな素子でも半導体装置１０２を駆動することができる。 Therefore, for example, the output impedance is reduced by increasing the parallel number, and the semiconductor device 102 can drive a larger element. Further, since the input impedance is increased by reducing the number of parallel connections, the semiconductor device 102 can be driven with a small element.

このように、第３の実施形態では、ｐ型拡散層２ａ，２ｂを垂直方向に並列に形成するため、半導体装置１０２のインピーダンスを簡易に調整できる。 Thus, in the third embodiment, since the p-type diffusion layers 2a and 2b are formed in parallel in the vertical direction, the impedance of the semiconductor device 102 can be easily adjusted.

なお、第２の実施形態と同様に、水平方向に奇数個の分離層６ｖおよび偶数個のｐ型拡散層を形成してもよい。 As in the second embodiment, an odd number of separation layers 6v and an even number of p-type diffusion layers may be formed in the horizontal direction.

（第４の実施形態）
第３の実施形態の半導体装置１０２は水平方向に２つのｐ型拡散層を備えるものであったが、以下に説明する第４の実施形態の半導体装置は、水平方向に奇数個のｐ型拡散層を備えるものである。本実施形態の半導体装置をトランス（インピーダンス変換器）またはバラン（単相差動変換器）としても用いることができる。 (Fourth embodiment)
The semiconductor device 102 according to the third embodiment includes two p-type diffusion layers in the horizontal direction, but the semiconductor device according to the fourth embodiment described below has an odd number of p-type diffusions in the horizontal direction. A layer is provided. The semiconductor device of this embodiment can also be used as a transformer (impedance converter) or a balun (single-phase differential converter).

図１６および図１７はそれぞれ、第４の実施形態に係る半導体装置１０３の上面図および断面図である。以下、第３の実施形態との相違点を中心に説明する。 16 and 17 are a top view and a cross-sectional view, respectively, of the semiconductor device 103 according to the fourth embodiment. Hereinafter, the difference from the third embodiment will be mainly described.

半導体装置１０３は、シリコン基板１の一部である分離層６ｖａ，６ｖｂにより水平方向および垂直方向に互いに分離されて形成される、複数のｐ型拡散層２ａ，２ｂ，２ｃを備えている。半導体装置１０３の水平方向（長辺）および垂直方向（短辺）の長さはそれぞれ、例えば６０μｍおよび１０μｍである。第３の実施形態と同様に、並列接続する数に応じてインピーダンスを調整できる。 The semiconductor device 103 includes a plurality of p-type diffusion layers 2a, 2b, and 2c that are formed by being separated from each other in the horizontal direction and the vertical direction by the separation layers 6va and 6vb that are part of the silicon substrate 1. The lengths of the semiconductor device 103 in the horizontal direction (long side) and the vertical direction (short side) are, for example, 60 μm and 10 μm, respectively. Similar to the third embodiment, the impedance can be adjusted according to the number of parallel connections.

半導体装置１０３をトランスとして用いる場合、ｐ型拡散層２ｂに形成される各コンタクト４ｂを配線５ｂを介してポート１に接続し、ｐ型拡散層２ａ，２ｃに形成される各コンタクト４ａ，３ｃを配線５ａ，５ｃを介してポート２に接続する。 When the semiconductor device 103 is used as a transformer, each contact 4b formed in the p-type diffusion layer 2b is connected to the port 1 via the wiring 5b, and each contact 4a, 3c formed in the p-type diffusion layer 2a, 2c is connected to the port 1. It is connected to port 2 via wirings 5a and 5c.

図１８は、半導体装置１０３の動作原理を示す図である。ポート１はｐ型拡散層２ｂのみに接続され、ポート２はｐ型拡散層２ａ，２ｃに接続されるため、ポート２から見た静電容量はポート１から見た静電容量の２倍となる。音響定在波が励起されない場合、これらの容量は結合せず、互いに独立な容量とみなすことができる。 FIG. 18 is a diagram illustrating an operation principle of the semiconductor device 103. Since the port 1 is connected only to the p-type diffusion layer 2b and the port 2 is connected to the p-type diffusion layers 2a and 2c, the capacitance seen from the port 2 is twice the capacitance seen from the port 1. Become. When acoustic standing waves are not excited, these capacities do not combine and can be considered as mutually independent capacities.

ところが、ポート１およびポート２に差動信号を入力すると、分離層６ｈａ，６ｈｂを節とするｎ＝３の音響定在波が励起される。これによって生じる電荷はポート１とポート２との間で結合する。ポート１側の電荷とポート２側の電荷の極性は反転しており、絶対値の比は１：２となる。このように、同じ振幅の電圧信号を与えても、ポート１とポート２との間でインピーダンスが異なるため、半導体装置１０３をトランス（インピーダンス変換器）として使用できる。 However, when a differential signal is input to port 1 and port 2, an acoustic standing wave of n = 3 having the separation layers 6ha and 6hb as nodes is excited. The resulting charge is coupled between port 1 and port 2. The polarities of the charge on the port 1 side and the charge on the port 2 side are reversed, and the absolute value ratio is 1: 2. As described above, even when voltage signals having the same amplitude are applied, the impedance differs between the port 1 and the port 2, so that the semiconductor device 103 can be used as a transformer (impedance converter).

一方、半導体装置１０３をバランとして用いる場合、ｐ型拡散層２ａに形成される各コンタクト４ａを配線５ａを介してポート１に接続し、ｐ型拡散層２ｂに形成される各コンタクト４ｂを配線５ｂを介してポート２に接続し、ｐ型拡散層２ｃに形成される各コンタクト４ｃを配線５ｃを介してポート３に接続する。 On the other hand, when the semiconductor device 103 is used as a balun, each contact 4a formed in the p-type diffusion layer 2a is connected to the port 1 through the wiring 5a, and each contact 4b formed in the p-type diffusion layer 2b is connected to the wiring 5b. The contact 4c formed in the p-type diffusion layer 2c is connected to the port 3 through the wiring 5c.

ｐ型拡散層２ｂとｐ型拡散層２ｃでは音響定在波の極性が異なるため、ポート１から単相信号を入力し、ポート２およびポート３から差動信号を出力することにより単相−差動変換が可能である。また、ポート２およびポート３から差動信号を入力し、ポート１から単相信号を出力することにより、差動−単相変換が可能である。 Since the polarity of the acoustic standing wave is different between the p-type diffusion layer 2b and the p-type diffusion layer 2c, a single-phase difference is obtained by inputting a single-phase signal from port 1 and outputting differential signals from port 2 and port 3. Dynamic conversion is possible. Further, differential-single-phase conversion is possible by inputting differential signals from port 2 and port 3 and outputting single-phase signals from port 1.

このように、第４の実施形態では、水平方向で３つに分離されるｐ型拡散層２ａ〜２ｃを備えるため、半導体集積回路上に簡易にトランスあるいはバランとして半導体装置１０３を形成できる。 Thus, since the fourth embodiment includes the p-type diffusion layers 2a to 2c that are separated into three in the horizontal direction, the semiconductor device 103 can be easily formed as a transformer or a balun on the semiconductor integrated circuit.

なお、水平方向に５個以上の奇数個のｐ型拡散層を形成してもよい。 Note that five or more odd p-type diffusion layers may be formed in the horizontal direction.

（第５の実施形態）
上述した第１〜第４の実施形態は、ｐ型拡散層２ａ，２ｂの端部を固定端として境界条件（上記（６）式）を仮定していた。これに対し、第５の実施形態では異なる境界条件を念頭に置いている。 (Fifth embodiment)
In the first to fourth embodiments described above, the boundary condition (the above formula (6)) is assumed with the ends of the p-type diffusion layers 2a and 2b as fixed ends. In contrast, the fifth embodiment has different boundary conditions in mind.

図１９および図２０はそれぞれ、第５の実施形態に係る半導体装置１０４の上面図および断面図である。図１および図３とそれぞれ共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。 19 and 20 are a top view and a cross-sectional view, respectively, of the semiconductor device 104 according to the fifth embodiment. Components common to those in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals, and different points will be mainly described below.

半導体装置１０４は、２つの分離層６ａ，６ｂによりそれぞれに分離される３つのｐ型拡散層２ａ〜２ｃと、ｐ型拡散層２ａ〜２ｃ上にそれぞれ形成されるコンタクト４ａ〜４ｃと、コンタクト４ａ〜４ｃとそれぞれ電気的に接続される配線５ａ〜５ｃを備えている。ｐ型拡散層２ａ，２ｃの長辺の長さは互いに等しく、ｐ型拡散層２ｂの長辺の長さの１／２である。 The semiconductor device 104 includes three p-type diffusion layers 2a to 2c separated by two separation layers 6a and 6b, contacts 4a to 4c formed on the p-type diffusion layers 2a to 2c, and contacts 4a, respectively. To 4c, which are respectively electrically connected to 4c. The lengths of the long sides of the p-type diffusion layers 2a and 2c are equal to each other and are ½ of the length of the long sides of the p-type diffusion layer 2b.

左端のｐ型拡散層２ａと右端のｐ型拡散層２ｃとは、コンタクト４ａ，４ｃおよび配線５ａ，５ｃを介してポート１に電気的に接続され、中央のｐ型拡散層２ｂは、コンタクト４ｂおよび配線５ｂを介してポート２に電気的に接続される。ポート１およびポート２から差動信号が入出力される。 The p-type diffusion layer 2a at the left end and the p-type diffusion layer 2c at the right end are electrically connected to the port 1 through contacts 4a and 4c and wirings 5a and 5c, and the p-type diffusion layer 2b at the center is connected to the contact 4b. And electrically connected to port 2 via wiring 5b. Differential signals are input / output from port 1 and port 2.

また、半導体装置１００のＳｉＯ_２膜３に代えて、シリコン基板１より音響インピーダンスが小さい材料（例えば樹脂、空洞など）の音響波反射層３’が形成される。 Further, instead of the SiO ₂ film 3 of the semiconductor device 100, an acoustic wave reflection layer 3 ′ made of a material (for example, resin, cavity, etc.) having an acoustic impedance smaller than that of the silicon substrate 1 is formed.

第１の実施形態で説明したように、音響波伝播層としてのｐ型拡散層２ａ〜２ｃに比べて、音響波反射層としてのＳｉＯ_２膜３の音響インピーダンスが大きい場合、両者の界面は固定端となる。一方、音響反射層の音響インピーダンスが小さい場合、界面は自由端となる。本実施形態の半導体装置はこの違いを考慮したデバイス構造となっている。 As described in the first embodiment, when the acoustic impedance of the SiO ₂ film 3 as the acoustic wave reflection layer is larger than that of the p-type diffusion layers 2a to 2c as the acoustic wave propagation layer, the interface between the two is fixed. End. On the other hand, when the acoustic impedance of the acoustic reflection layer is small, the interface is a free end. The semiconductor device of this embodiment has a device structure that takes this difference into account.

図２１は、半導体装置１０４の動作原理を示す図である。ｐ型拡散層２ａ，２ｃとＳｉＯ_２膜３’との界面が自由端であるために音響定在波の腹となり、分離層６ａ，６ｂが節となる。さらに、中央のｐ型拡散層２ｂの長さは両端のｐ型拡散層２ａ，２ｃの２倍であるため、ｎ＝３のモードの音響定在波が励起される。これにより、第１の実施形態と同様に、差動型の音響共振器として動作する。 FIG. 21 is a diagram illustrating an operation principle of the semiconductor device 104. Since the interface between the p-type diffusion layers 2a and 2c and the SiO ₂ film 3 ′ is a free end, it becomes an antinode of acoustic standing waves, and the separation layers 6a and 6b become nodes. Furthermore, since the length of the central p-type diffusion layer 2b is twice that of the p-type diffusion layers 2a and 2c at both ends, an acoustic standing wave of n = 3 mode is excited. Thereby, it operates as a differential acoustic resonator as in the first embodiment.

このように、第５の実施形態では、２つの分離層６ａ，６ｂにより３つに分離されたｐ型拡散層２ａ〜２ｃを形成する。そのため、音響波伝播層と音響波反射層との界面が自由端となる場合でも、半導体装置１０４を差動型の共振器として動作させることができる。 Thus, in the fifth embodiment, the p-type diffusion layers 2a to 2c separated into three by the two separation layers 6a and 6b are formed. Therefore, even when the interface between the acoustic wave propagation layer and the acoustic wave reflection layer becomes a free end, the semiconductor device 104 can be operated as a differential resonator.

音響波伝播層の音響インピーダンスより、音響波反射層の音響インピーダンスが大きい場合、これらの界面が固定端となるため、半導体装置の構造を第１の実施形態（図１等）のようにすればよい。一方、音響波伝播層の音響インピーダンスより、音響波反射層の音響インピーダンスが小さい場合、これらの界面が自由端となるため、半導体装置の構造を第５の実施形態（図１８等）のようにすればよい。 When the acoustic impedance of the acoustic wave reflection layer is larger than the acoustic impedance of the acoustic wave propagation layer, these interfaces become fixed ends. Therefore, if the structure of the semiconductor device is as in the first embodiment (FIG. 1 and the like) Good. On the other hand, when the acoustic impedance of the acoustic wave reflection layer is smaller than the acoustic impedance of the acoustic wave propagation layer, these interfaces become free ends, so that the structure of the semiconductor device is as in the fifth embodiment (FIG. 18 and the like). do it.

上述した各実施形態の半導体装置において、音響定在波が励起される半導体領域としてｐ型拡散領域を利用したが、ｎ型拡散領域で形成してもよい。また半導体基板としてシリコン基板を例にとって説明したが、そのゲルマニウムや、ＳｉＣやＧａＮ、ＧａＡｓなどの化合物半導体を用いてもよい。 In the semiconductor device of each embodiment described above, the p-type diffusion region is used as the semiconductor region where the acoustic standing wave is excited. However, the semiconductor device may be formed of an n-type diffusion region. Further, although a silicon substrate has been described as an example of the semiconductor substrate, germanium, compound semiconductors such as SiC, GaN, and GaAs may be used.

以下、上述した各実施形態の半導体装置を使用したアプリケーションをいくつか説明する。 Hereinafter, some applications using the semiconductor device of each embodiment described above will be described.

（第６の実施形態）
第６の実施形態は、半導体装置をアンテナシステムに使用するものである。 (Sixth embodiment)
In the sixth embodiment, a semiconductor device is used for an antenna system.

図２２は、アンテナシステム２０の概略構成を示すブロック図である。アンテナシステム２０は、差動型共振器２１と、２つの導体２２ａ，２２ｂを有するダイポールアンテナ２２と、差動型信号源２３とを備えている。 FIG. 22 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the antenna system 20. The antenna system 20 includes a differential resonator 21, a dipole antenna 22 having two conductors 22a and 22b, and a differential signal source 23.

差動型共振器２１は、例えば図１〜図３の半導体装置１００であり、ｐ型拡散層２ａ，２ｂに形成されたコンタクト４ａ，４ｂが、それぞれ導体２２ａ，２２ｂと接続される。また、ｐ型拡散層２ａ，２ｂにはさらにコンタクト４ｃ，４ｄがそれぞれ形成され、差動型信号源２３の端子に接続される。ダイポールアンテナ２２および差動型信号源２３は差動型共振器２１と同一のシリコン基板１上に形成するのが望ましい。 The differential resonator 21 is, for example, the semiconductor device 100 of FIGS. 1 to 3, and contacts 4a and 4b formed on the p-type diffusion layers 2a and 2b are connected to conductors 22a and 22b, respectively. Further, contacts 4c and 4d are formed on the p-type diffusion layers 2a and 2b, respectively, and are connected to the terminals of the differential signal source 23. The dipole antenna 22 and the differential signal source 23 are preferably formed on the same silicon substrate 1 as the differential resonator 21.

差動型信号源２３から差動型共振器２１の共振周波数に等しい周波数の差動信号を入力することにより、差動型共振器２１のｐ型拡散層２ａ，２ｂには差動型の音響定在波が励起される。音響定在波が励起された状態では、音響波と電荷が結合し、それぞれのｐ型拡散層２ａ，２ｂに配置されたコンタクト４ａ，４ｂ間には、大きな高周波の電位差が発生する。このため、コンタクト４ａ，４ｂ間に接続されたダイポールアンテナ２２の２つの導体２２ａ，２２ｂ間には大きな高周波の電位差が生じ、アンテナから外部に電磁波が放出される。 By inputting a differential signal having a frequency equal to the resonance frequency of the differential resonator 21 from the differential signal source 23, the differential acoustic wave is input to the p-type diffusion layers 2 a and 2 b of the differential resonator 21. A standing wave is excited. In the state where the acoustic standing wave is excited, the acoustic wave and the electric charge are combined, and a large high-frequency potential difference is generated between the contacts 4a and 4b arranged in the p-type diffusion layers 2a and 2b. For this reason, a large high-frequency potential difference is generated between the two conductors 22a and 22b of the dipole antenna 22 connected between the contacts 4a and 4b, and electromagnetic waves are emitted from the antenna to the outside.

ダイポールアンテナ２２と差動型信号源２３との間に差動型共振器２１を接続し、共振現象を利用して増幅するため、結果として、通常のダイポールアンテナを用いたアンテナシステムよりも小型で効率のよい電磁波を放出できる。 Since the differential resonator 21 is connected between the dipole antenna 22 and the differential signal source 23 and is amplified using the resonance phenomenon, as a result, the antenna system is smaller than an antenna system using a normal dipole antenna. Efficient electromagnetic waves can be emitted.

一方、ダイポールアンテナ２２の外部から差動共振器２１の共振周波数と同じ周波数成分を有する電磁波が到達すると、電磁波の強度が微弱であっても、差動型共振器２１の内部に音響定在波を励起することができる。そのため、導体２２ａ，２２ｂを信号の波長の１／４に合わせなくても、ｐ型拡散層２ａ，２ｂに配置されたコンタクト４ａ，４ｂを差動型共振器２１に接続して受信した電磁波を増幅することにより、微弱な電磁波を効率的に検出できる。 On the other hand, when an electromagnetic wave having the same frequency component as the resonance frequency of the differential resonator 21 arrives from the outside of the dipole antenna 22, an acoustic standing wave is generated inside the differential resonator 21 even if the intensity of the electromagnetic wave is weak. Can be excited. Therefore, the electromagnetic waves received by connecting the contacts 4a and 4b arranged in the p-type diffusion layers 2a and 2b to the differential resonator 21 can be obtained without adjusting the conductors 22a and 22b to ¼ of the signal wavelength. By amplifying, a weak electromagnetic wave can be detected efficiently.

また、差動型共振器２１として、例えば図１３および図１４の半導体装置１０２を用いて、並列接続する数を調整して、ダイポールアンテナ２２および差動型信号源２３のインピーダンスを整合させてもよい。 Further, as the differential resonator 21, for example, by using the semiconductor device 102 of FIG. 13 and FIG. 14, the number of parallel connections may be adjusted to match the impedances of the dipole antenna 22 and the differential signal source 23. Good.

このように、第６の実施形態のアンテナシステム２０は、シリコン基板１上に形成可能な差動型共振器２１を用いるため、小型かつ高効率のアンテナシステムを実現できる。 Thus, since the antenna system 20 of the sixth embodiment uses the differential resonator 21 that can be formed on the silicon substrate 1, a small and highly efficient antenna system can be realized.

なお、差動型共振器２１として他の半導体装置を用いてもよい。 Note that another semiconductor device may be used as the differential resonator 21.

（第７の実施形態）
第７の実施形態は、半導体装置を別のアンテナシステムに使用するものである。 (Seventh embodiment)
In the seventh embodiment, a semiconductor device is used for another antenna system.

図２３は、アンテナシステム３０の概略構成を示すブロック図である。アンテナシステム３０は、差動型共振器３１と、ループアンテナ３２と、差動型信号源３３とを備えている。 FIG. 23 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the antenna system 30. The antenna system 30 includes a differential resonator 31, a loop antenna 32, and a differential signal source 33.

差動型共振器３１は、例えば図１０および図１１の半導体装置１０１である。左端のｐ型拡散層２ｃおよび右端のｐ型拡散層２ｄには、差動型信号源３３からそれぞれ差動信号が入力される。また、ｐ型拡散層２ｂ，２ｃには、ループアンテナ３２の一端および他端がそれぞれ接続される。ループアンテナ３２および差動型信号源３３は差動型共振器３１と同一のシリコン基板１上に形成されるのが望ましい。 The differential resonator 31 is the semiconductor device 101 of FIGS. 10 and 11, for example. Differential signals are respectively input from the differential signal source 33 to the leftmost p-type diffusion layer 2c and the rightmost p-type diffusion layer 2d. One end and the other end of the loop antenna 32 are connected to the p-type diffusion layers 2b and 2c, respectively. The loop antenna 32 and the differential signal source 33 are preferably formed on the same silicon substrate 1 as the differential resonator 31.

ｐ型拡散層２ａ〜２ｄは、分離層６ａ〜６ｃによりそれぞれ電気的に分離されているため、差動型信号源３３からループアンテナ３２に直流電流が流れることはなく、電力効率がよい。 Since the p-type diffusion layers 2a to 2d are electrically separated by the separation layers 6a to 6c, respectively, direct current does not flow from the differential signal source 33 to the loop antenna 32, and power efficiency is good.

差動型信号源３３から差動型共振器３１の共振周波数に等しい周波数の差動信号を入力することにより、差動型共振器３１の４つのｐ型拡散層２ａ〜２ｄには、差動型の音響定在波が励起される。音響定在波が励起された状態では、音響波と電荷が結合し、中央の２つのｐ型拡散領域２ａ，２ｂに配置されたコンタクト４ａ，４ｂが、高周波の電流源として機能する。コンタクト４ａ，４ｂ間に接続されたループアンテナ３２には大きな高周波電流が流れ、ループアンテナ３２から外部に電磁波が放出される。 By inputting a differential signal having a frequency equal to the resonance frequency of the differential resonator 31 from the differential signal source 33, the four p-type diffusion layers 2a to 2d of the differential resonator 31 have a differential signal. A type acoustic standing wave is excited. In the state where the acoustic standing wave is excited, the acoustic wave and the electric charge are combined, and the contacts 4a and 4b arranged in the two central p-type diffusion regions 2a and 2b function as a high-frequency current source. A large high-frequency current flows through the loop antenna 32 connected between the contacts 4a and 4b, and electromagnetic waves are emitted from the loop antenna 32 to the outside.

ループアンテナ３２と差動型信号源３３との間に差動型共振器３１を接続し、共振現象を利用して増幅するため、結果としてループアンテナ３２を小さくすることができ、通常のループアンテナを用いたアンテナシステムよりも小型で効率のよい電磁波を放出できる。 Since the differential resonator 31 is connected between the loop antenna 32 and the differential signal source 33 and amplified using the resonance phenomenon, the loop antenna 32 can be reduced as a result. It is possible to emit electromagnetic waves that are smaller and more efficient than the antenna system using the antenna.

一方、ループアンテナ３２の外部から差動型共振器３１の共振周波数と同じ周波数成分を有する電磁波が到達すると、電磁波の強度が微弱であっても、差動型共振器３１の内部には音響定在波を励起することができる。そのため、音響定在波に配置されたコンタクト４ｃ，４ｄを差動型共振器３１に接続して受信した電磁波を増幅することにより、微弱な電磁波を効率的に検出できる。 On the other hand, when an electromagnetic wave having the same frequency component as the resonance frequency of the differential resonator 31 arrives from the outside of the loop antenna 32, an acoustic constant is generated inside the differential resonator 31 even if the intensity of the electromagnetic wave is weak. The standing wave can be excited. Therefore, the weak electromagnetic waves can be efficiently detected by amplifying the received electromagnetic waves by connecting the contacts 4c and 4d arranged in the acoustic standing wave to the differential resonator 31.

このように、第７の実施形態のアンテナシステム３０は、シリコン基板１上に形成可能な差動型共振器３１を用いるため、小型かつ高効率のアンテナシステムを実現できる。 Thus, since the antenna system 30 of the seventh embodiment uses the differential resonator 31 that can be formed on the silicon substrate 1, a small and highly efficient antenna system can be realized.

なお、差動型共振器３１として他の半導体装置を用いてもよい。 Note that another semiconductor device may be used as the differential resonator 31.

（第８の実施形態）
第７の実施形態は、半導体装置を送受信システムに使用するものである。 (Eighth embodiment)
In the seventh embodiment, a semiconductor device is used in a transmission / reception system.

図２４は、送信器４０および受信器５０を含む送受信システムの概略ブロック図である。本実施形態の送受信システムでは、送信器４０が単相信号を差動信号に変換してアンテナから受信器５０に送信し、受信器５０はアンテナで受信した差動信号を単相信号に変換して用いることを念頭に置いている。 FIG. 24 is a schematic block diagram of a transmission / reception system including the transmitter 40 and the receiver 50. In the transmission / reception system of this embodiment, the transmitter 40 converts a single-phase signal into a differential signal and transmits it from the antenna to the receiver 50, and the receiver 50 converts the differential signal received by the antenna into a single-phase signal. To keep in mind.

送信機４０は、変調回路４１と、高周波発振器４２と、アップコンバータ４３と、増幅器４４と、共振器４５と、アンテナ４６とを有する。変調回路４１は送信すべき信号（入力信号）を変調して、変調信号を生成する。アップコンバータ４３は高周波発振器４２が生成した基準信号を用いて変調信号を高周波信号に変換する。増幅器４４は高周波信号を増幅する。共振器４５は増幅された高周波信号を差動信号に変換してアンテナ４６に給電し、アンテナから差動信号が送信される。 The transmitter 40 includes a modulation circuit 41, a high frequency oscillator 42, an up converter 43, an amplifier 44, a resonator 45, and an antenna 46. The modulation circuit 41 modulates a signal to be transmitted (input signal) to generate a modulated signal. The up converter 43 converts the modulation signal into a high frequency signal using the reference signal generated by the high frequency oscillator 42. The amplifier 44 amplifies the high frequency signal. The resonator 45 converts the amplified high frequency signal into a differential signal and feeds it to the antenna 46, and the differential signal is transmitted from the antenna.

一方、受信器５０は、アンテナ５１と、共振器５２と、ロウノイズアンプ（ＬＮＡ）５３と、局部発振器５４と、ダウンコンバータ５５と、ロウパスフィルタ（ＬＰＦ）５６と、低周波増幅器５７とを有する。アンテナ５１が送信器４０から差動信号を受信すると、共振器５２はこれを単相信号に変換する。ＬＮＡ５３は単相信号を増幅する。ダウンコンバータ５５は、局部発振器５４が生成した基準信号を用いて低周波信号に変換する。ＬＰＦ５６は低周波信号を復調し、復調信号を生成する。低周波増幅器５７は復調信号を増幅し、外部へ取り出される。 On the other hand, the receiver 50 includes an antenna 51, a resonator 52, a low noise amplifier (LNA) 53, a local oscillator 54, a down converter 55, a low pass filter (LPF) 56, and a low frequency amplifier 57. Have. When the antenna 51 receives a differential signal from the transmitter 40, the resonator 52 converts it into a single-phase signal. The LNA 53 amplifies the single phase signal. The down converter 55 converts the reference signal generated by the local oscillator 54 into a low frequency signal. The LPF 56 demodulates the low frequency signal and generates a demodulated signal. The low frequency amplifier 57 amplifies the demodulated signal and takes it out.

このようにして、送信器４０と受信器５０との間で無線通信ができる。 In this way, wireless communication can be performed between the transmitter 40 and the receiver 50.

図２４は、図２３の送受信システムの共振器４５、アンテナ４６，５１および共振器５２の概略構成を示すブロック図である。 FIG. 24 is a block diagram showing a schematic configuration of the resonator 45, the antennas 46 and 51, and the resonator 52 of the transmission / reception system of FIG.

送信機４０の共振器４５は、例えば図１６および図１７に示す半導体装置１０３である。増幅器４４により増幅された単相信号である高周波信号は、ｐ型拡散層２ａに入力される。そして、共振器４４により差動信号に変換されて、ｐ型拡散層２ｂ，２ｃから取り出され、アンテナ４６から受信器５０へ送信される。 The resonator 45 of the transmitter 40 is, for example, the semiconductor device 103 illustrated in FIGS. 16 and 17. A high-frequency signal that is a single-phase signal amplified by the amplifier 44 is input to the p-type diffusion layer 2a. Then, it is converted into a differential signal by the resonator 44, taken out from the p-type diffusion layers 2 b and 2 c, and transmitted from the antenna 46 to the receiver 50.

また、受信器５０の共振器５２も、例えば半導体装置１０３である。共振器５２の共振周波数は、共振器４４の共振周波数と等しい。アンテナ５１により受信された差動信号の一方はｐ型拡散層２ｂに、他方はｐ型拡散層２ｃに入力される。そして、共振器５２により単相信号に変換されて、ｐ型拡散層２ａから取り出され、ＬＮＡ５３に供給される。 The resonator 52 of the receiver 50 is also the semiconductor device 103, for example. The resonance frequency of the resonator 52 is equal to the resonance frequency of the resonator 44. One of the differential signals received by the antenna 51 is input to the p-type diffusion layer 2b and the other is input to the p-type diffusion layer 2c. Then, it is converted into a single-phase signal by the resonator 52, taken out from the p-type diffusion layer 2 a, and supplied to the LNA 53.

アンテナ４６，５１は、例えばダイポールアンテナであり、第６の実施形態で説明したように、共振器４４を，５２を用いることにより、小型化が可能である。もちろん、アンテナ４６，５１は第７の実施形態で説明したループアンテナであってもよい。 The antennas 46 and 51 are, for example, dipole antennas, and can be reduced in size by using the resonators 44 and 52 as described in the sixth embodiment. Of course, the antennas 46 and 51 may be the loop antennas described in the seventh embodiment.

このように、第８の実施形態では、送信器４０内に、信号源とアンテナ４６との間に共振器４４を設け、受信器５０内に、アンテナ５１とＬＮＡ３３との間に共振器５２を設ける。そのため、送信器４０および受信器５０を小型化できる。 As described above, in the eighth embodiment, the resonator 44 is provided between the signal source and the antenna 46 in the transmitter 40, and the resonator 52 is provided between the antenna 51 and the LNA 33 in the receiver 50. Provide. Therefore, the transmitter 40 and the receiver 50 can be reduced in size.

この送受信システムは、例えば無線ＩＣタグやチップ間通信に適用することができる。また、環境に存在する電磁エネルギーを用いた発電、いわゆるエネルギーハーベストに用いることもできる。 This transmission / reception system can be applied to, for example, wireless IC tags and inter-chip communication. It can also be used for power generation using electromagnetic energy present in the environment, so-called energy harvesting.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１シリコン基板
２ａ〜２ｄｐ型拡散層
３ＳｉＯ_２膜
４ａ〜４ｄコンタクト
５ａ〜５ｄ配線
６，６ｈ，６ｖ，６ｖａ，６ｖｂ分離層
７溝
８空乏層領域
９，９ｈ，９ｖゲート電極
１０半導体領域
２０，３０アンテナシステム
２２ダイポールアンテナ
２２ａ，２２ｂ導体
３２ループアンテナ
４０送信器
５０受信器
２１，３１，４５，５２差動型共振器
１００〜１０４半導体装置 1 silicon substrate 2a to 2d p-type diffusion layer 3 SiO ₂ film 4a to 4d contact 5a to 5d wiring 6, 6h, 6v, 6va, 6vb separation layer 7 groove 8 depletion layer region 9, 9h, 9v gate electrode 10 semiconductor region 20 , 30 Antenna system 22 Dipole antenna 22a, 22b Conductor 32 Loop antenna 40 Transmitter 50 Receiver 21, 31, 45, 52 Differential resonator 100-104 Semiconductor device

Claims

半導体基板と、
前記半導体基板に、互いに離間して形成される複数の音響波伝播層と、
前記半導体基板に形成され、前記複数の音響波伝播層を互いに電気的に分離するが、音響波は通過させる分離層と、
前記半導体基板に形成され、前記複数の音響波伝播層内に前記音響波を閉じ込めるように形成される音響波反射層と、
前記複数の音響波伝播層の１つに形成され、第１の差動信号が入力または出力される第１のコンタクトと、
前記複数の音響波伝播層の他の１つに形成され、前記第１の差動信号とは位相が異なる第２の差動信号が入力または出力される第２のコンタクトと、を備えることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A plurality of acoustic wave propagation layers formed on the semiconductor substrate and spaced apart from each other;
A separation layer that is formed on the semiconductor substrate and electrically separates the plurality of acoustic wave propagation layers from each other;
An acoustic wave reflection layer formed on the semiconductor substrate and formed to confine the acoustic wave in the plurality of acoustic wave propagation layers;
A first contact formed in one of the plurality of acoustic wave propagation layers and receiving or outputting a first differential signal;
A second contact formed on the other one of the plurality of acoustic wave propagation layers, to which a second differential signal having a phase different from that of the first differential signal is input or output. A featured semiconductor device.

所定の方向に沿って形成される偶数個の前記音響波伝播層を備え、
偶数番目の前記音響波伝播層には、前記第１の差動信号が入力または出力される前記第１のコンタクトが形成され、
奇数番目の前記音響波伝播層には、前記第２の差動信号が入力または出力される前記第２のコンタクトが形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。 An even number of acoustic wave propagation layers formed along a predetermined direction;
In the even-numbered acoustic wave propagation layer, the first contact to which the first differential signal is input or output is formed,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second contact to which the second differential signal is input or output is formed in the odd-numbered acoustic wave propagation layer.

前記複数の音響波伝播層は、第１の方向およびこれと略直交する第２の方向に沿って、マトリクス状に前記半導体基板に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。 The plurality of acoustic wave propagation layers are formed on the semiconductor substrate in a matrix form along a first direction and a second direction substantially orthogonal to the first direction. Semiconductor device.

前記複数の音響波伝播層は所定の方向に沿って形成され、両端の音響波伝播層の幅は、他の音響波伝播層の幅の略１／２であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。 The plurality of acoustic wave propagation layers are formed along a predetermined direction, and the widths of the acoustic wave propagation layers at both ends are substantially ½ of the widths of the other acoustic wave propagation layers. A semiconductor device according to 1.

前記音響波伝播層は、第１の導電型の不純物が注入された半導体層であり、
前記分離層は、前記第１の導電型とは異なる第２の不純物が注入された半導体層であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。 The acoustic wave propagation layer is a semiconductor layer in which an impurity of the first conductivity type is implanted,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the separation layer is a semiconductor layer into which a second impurity different from the first conductivity type is implanted.

第１の差動信号と、前記第１の差動信号とは位相が異なる第２の差動信号と、が入力または出力される共振器と、
前記第１の差動信号を増幅して前記共振器にフィードバックする第１の増幅器と、
前記第２の差動信号を増幅して前記共振器にフィードバックする第２の増幅器と、を備え、
前記共振器は、
半導体基板と、
前記半導体基板に、互いに離間して形成される複数の音響波伝播層と、
前記半導体基板に形成され、前記複数の音響波伝播層を互いに電気的に分離するが、音響波は通過させる分離層と、
前記半導体基板に形成され、前記複数の音響波伝播層内に前記音響波を閉じ込めるように形成される音響波反射層と、
前記複数の音響波伝播層の１つに形成され、前記第１の差動信号が入力または出力される第１のコンタクトと、
前記複数の音響波伝播層の他の１つに形成され、前記第２の差動信号が入力または出力される第２のコンタクトと、を有することを特徴とする発振器。 A resonator to which a first differential signal and a second differential signal having a phase different from that of the first differential signal are input or output;
A first amplifier for amplifying the first differential signal and feeding it back to the resonator;
A second amplifier for amplifying the second differential signal and feeding it back to the resonator;
The resonator is
A semiconductor substrate;
A plurality of acoustic wave propagation layers formed on the semiconductor substrate and spaced apart from each other;
A separation layer that is formed on the semiconductor substrate and electrically separates the plurality of acoustic wave propagation layers from each other;
An acoustic wave reflection layer formed on the semiconductor substrate and formed to confine the acoustic wave in the plurality of acoustic wave propagation layers;
A first contact formed in one of the plurality of acoustic wave propagation layers, to which the first differential signal is input or output;
An oscillator comprising: a second contact formed on another one of the plurality of acoustic wave propagation layers, to which the second differential signal is input or output.

アンテナと、
前記アンテナで送受信する信号を増幅する共振器と、を備え、
前記共振器は、
半導体基板と、
前記半導体基板に、互いに離間して形成される複数の音響波伝播層と、
前記半導体基板に形成され、前記複数の音響波伝播層を互いに電気的に分離するが、音響波は通過させる分離層と、
前記半導体基板に形成され、前記複数の音響波伝播層内に前記音響波を閉じ込めるように形成される音響波反射層と、
前記複数の音響波伝播層のうちの１つに形成され、第１の差動信号が入力または出力される第１のコンタクトと、
前記複数の音響波伝播層の他の１つに形成され、前記第１の差動信号とは位相が異なる第２の差動信号が入力または出力される第２のコンタクトと、
前記複数の音響波伝播層の１つに形成され、前記アンテナと接続される第３のコンタクトと、
を有することを特徴とするアンテナシステム。 An antenna,
A resonator for amplifying a signal transmitted and received by the antenna,
The resonator is
A semiconductor substrate;
A plurality of acoustic wave propagation layers formed on the semiconductor substrate and spaced apart from each other;
A separation layer that is formed on the semiconductor substrate and electrically separates the plurality of acoustic wave propagation layers from each other;
An acoustic wave reflection layer formed on the semiconductor substrate and formed to confine the acoustic wave in the plurality of acoustic wave propagation layers;
A first contact formed in one of the plurality of acoustic wave propagation layers and receiving or outputting a first differential signal;
A second contact formed on the other one of the plurality of acoustic wave propagation layers, to which a second differential signal having a phase different from that of the first differential signal is input or output;
A third contact formed on one of the plurality of acoustic wave propagation layers and connected to the antenna;
An antenna system comprising:

前記アンテナは、第１および第２の導体を有し、
前記第３のコンタクトは前記複数の音響波伝播層のうちの第１の音響波伝播層に形成されて、前記第１の導体に接続され、
前記共振器は、前記音響波伝播層のうちの第２の音響波伝播層に形成され、前記第２の導体と接続される第４のコンタクトを有することを特徴とする請求項７に記載のアンテナシステム。 The antenna has first and second conductors;
The third contact is formed in a first acoustic wave propagation layer of the plurality of acoustic wave propagation layers, and is connected to the first conductor;
The said resonator is formed in the 2nd acoustic wave propagation layer of the said acoustic wave propagation layer, and has a 4th contact connected with the said 2nd conductor. Antenna system.

送信器と、
前記送信器が送信した信号を受信する受信器と、を備え、
前記送信器は、
入力信号を、第１の差動信号と、前記第１の差動信号とは位相が異なる第２の差動信号を含む送信信号に変換する第１の共振器と、
前記送信信号を前記受信器に送信する第１のアンテナと、を備え、
前記受信器は、
前記送信信号を受信する第２のアンテナと、
前記受信された送信信号を単相信号に変換する第２の共振器と、を備え、
前記第１の共振器は、
第１の半導体基板と、
前記第１の半導体基板に、互いに離間して形成される複数の第１の音響波伝播層と、
前記第１の半導体基板に形成され、前記複数の第１の音響波伝播層を互いに電気的に分離するが、音響波は通過させる第１の分離層と、
前記第１の半導体基板に形成され、前記複数の第１の音響波伝播層内に前記音響波を閉じ込めるように形成される第１の音響波反射層と、
前記複数の第１の音響波伝播層の１つに形成され、前記入力信号が入力される第１のコンタクトと、
前記複数の第１の音響波伝播層の他の１つに形成され、前記第１の差動信号が出力される第２のコンタクトと、
前記複数の第１の音響波伝播層の他の１つに形成され、前記第２の差動信号が出力される第３のコンタクトと、を有し、
前記第２の共振器は、
第２の半導体基板と、
前記第２の半導体基板に、互いに離間して形成される複数の第２の音響波伝播層と、
前記第２の半導体基板に形成され、前記複数の第２の音響波伝播層を互いに電気的に分離するが、音響波は通過させる第２の分離層と、
前記２の半導体基板に形成され、前記複数の第２の音響波伝播層内に前記音響波を閉じ込めるように形成される第２の音響波反射層と、
前記複数の第２の音響波伝播層の１つに形成され、前記第１の差動信号が入力される第４のコンタクトと、
前記複数の第２の音響波伝播層の他の１つに形成され、前記第２の差動信号が入力される第５のコンタクトと、
前記複数の第２の音響波伝播層の他の１つに形成され、前記単相信号が出力される第６のコンタクトと、を有することを特徴とする送受信システム。 A transmitter,
A receiver for receiving a signal transmitted by the transmitter, and
The transmitter is
A first resonator for converting an input signal into a transmission signal including a first differential signal and a second differential signal having a phase different from that of the first differential signal;
A first antenna for transmitting the transmission signal to the receiver;
The receiver is
A second antenna for receiving the transmission signal;
A second resonator for converting the received transmission signal into a single-phase signal,
The first resonator includes:
A first semiconductor substrate;
A plurality of first acoustic wave propagation layers formed on the first semiconductor substrate and spaced apart from each other;
A first separation layer formed on the first semiconductor substrate and electrically separating the plurality of first acoustic wave propagation layers from each other, but allowing acoustic waves to pass therethrough;
A first acoustic wave reflection layer formed on the first semiconductor substrate and formed to confine the acoustic waves in the plurality of first acoustic wave propagation layers;
A first contact formed in one of the plurality of first acoustic wave propagation layers and receiving the input signal;
A second contact that is formed on the other one of the plurality of first acoustic wave propagation layers and that outputs the first differential signal;
A third contact formed on the other one of the plurality of first acoustic wave propagation layers and outputting the second differential signal;
The second resonator is
A second semiconductor substrate;
A plurality of second acoustic wave propagation layers formed on the second semiconductor substrate and spaced apart from each other;
A second separation layer formed on the second semiconductor substrate and electrically separating the plurality of second acoustic wave propagation layers from each other, but allowing acoustic waves to pass therethrough;
A second acoustic wave reflection layer formed on the second semiconductor substrate and formed to confine the acoustic wave in the plurality of second acoustic wave propagation layers;
A fourth contact formed in one of the plurality of second acoustic wave propagation layers and receiving the first differential signal;
A fifth contact formed on the other one of the plurality of second acoustic wave propagation layers, to which the second differential signal is input;
A transmission / reception system comprising: a sixth contact formed on another one of the plurality of second acoustic wave propagation layers and outputting the single-phase signal.