KR20220001812A - Rf 스위치 - Google Patents

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KR20220001812A
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drain
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임종모
황원선
조병학
나유삼
허영식
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삼성전기주식회사
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Abstract

RF 스위치가 개시될 수 있다. 상기 RF 스위치는 복수의 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 상기 복수의 트랜지스터 중 적어도 2개의 트랜지스터에 대한 게이트 전극의 길이가 다를 수 있다.

Description

RF 스위치{RADIO FREQUENCY SWITCH}
본 기재는 RF 스위치에 관한 것이다.
RF 스위치는 통신 모듈의 송신단과 수신단에서 많이 사용되는 소자로서, RF 신호를 통과 시키거나 RF 신호를 그라운드로 바이패싱하는 역할을 수행한다. 그리고, RF 스위치는 안테나의 사용 주파수를 변동하기 위해서도 사용되고 있는데, RF 스위치는 안테나와 임피던스 소자 사이에 연결되어 임피던스 소자를 안테나에 연결하는 것을 스위칭한다.
이러한 RF 스위치는 RF 신호의 높은 파워를 견디는 내전압 특성이 중요하다. RF 스위치가 오프(off) 상태인 경우 높은 전압이 걸리게 되며, 이로 인해 RF 스위치의 선형성이 무너지고 물리적인 파괴가 발생할 수 있다. 오프(off) 상태의 스위치가 견딜 수 있는 전압은 한정적이므로, RF 스위치의 브레이크다운(break down)을 방지하기 위해 RF 스위치는 여러 단의 트랜지스터를 직렬로 연결하는 방법이 사용되고 있다. 이와 같이 여러 단의 트랜지스터를 직렬로 사용하여 RF 스위치를 구현하는 경우, 하나의 트랜지스터에 분배는 전압이 낮아져 RF 스위치의 브레이크다운을 막을 수 있다.
RF 스위치의 브레이크다운은 여러 단의 트랜지스터 중 특정 한 단에만 전압이 높게 분배되어도 발생하므로, 이를 해결하기 위해 더 많은 트랜지스터를 직렬로 연결할 수 있다. 그러나 트랜지스터를 많이 사용하는 경우, RF 스위치의 온(on) 상태의 특성이 나빠질 수 있다. 이를 보완 하기 위해 트랜지스터의 총 폭(total width)을 크게 할 수 있지만, 이는 직접 회로의 크기가 커지는 문제가 있다.
한 실시예는 브레이크 다운을 방지할 수 있는 RF 스위치를 제공하는 것이다.
한 실시예에 따르면, 복수의 트랜지스터를 포함하며, 상기 복수의 트랜지스터 중 적어도 2개의 트랜지스터에 대한 게이트 전극의 길이가 다른 RF 스위치를 제공할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 복수의 트랜지스터를 포함하며, 상기 복수의 트랜지스터 중 적어도 2개의 트랜지스터에 대한 임피던스 값이 다른 RF 스위치를 제공할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 적어도 2개의 트랜지스터에 대한 게이트 전극의 길이를 다르게 설정함으로써, RF 스위치의 브레이크 다운을 방지할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 적어도 2개의 트랜지스터에 대한 임피던스 값을 다르게 설정함으로써, RF 스위치의 브레이크 다운을 방지할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 각각 한 실시예에 따른 RF 스위치의 위치를 나타내는 도면이다.
도 2는 한 실시예에 따른 RF 스위치를 나타내는 도면이다.
도 3a는 RF 스위치가 두 개의 트랜지스터로 구성된 경우를 나타내며, 도 3b는 도 3a에서 두 개의 트랜지스터의 턴오프 시에 생성되는 커패시턴스 성분을 나타내는 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 RF 스위치를 나타내는 도면이다.
도 5는 한 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4의 RF 스위치 중 두 개의 트랜지스터를 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 일실시예에 따른 임피던스 값을 조절하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 다른 실시예에 따른 임피던스 값을 조절하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 또 다른 실시예에 따른 임피던스 값을 조절하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 10은 실시예에 따른 드레인 전극과 게이트 전극 사이의 간격을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1a 내지 도 1c는 각각 한 실시예에 따른 RF 스위치의 위치를 나타내는 도면이다.
도 1a를 참조하면, RF 스위치(100a)는 RF 신호의 전달을 스위칭하기 위해 RF 신호 라인 상에 존재할 수 있다. RF 스위치(100)는 RF 신호가 입력되는 단자(RFin)과 RF 신호가 출력되는 단자(RFout) 사이에 연결되며, 두 단자(RFin, RFout) 사이에서 RF 신호의 전달을 스위칭할 수 있다. 이하에서 RF 신호가 입력되는 단자(RFin)를 'RF 신호 입력 단자(Rin)'라 하며, RF 신호가 출력되는 단자(RFout)를 'RF 신호 출력 단자(Rout)'라 한다.
도 1b를 참조하면, RF 스위치(100b)는 RF 신호를 그라운드로 바이패싱하기 위해, RF 신호 입력 단자(RFin)과 접지 사이에 연결될 수 있다. RF 스위치(100b)는 턴온 시에 RF 신호를 접지로 바이패싱할 수 있다.
한편, 상기 도 1a의 RF 스위치(100a)와 상기 도 1b의 RF 스위치(100b)는 함께 사용될 수 있다. RF 스위치(100a)의 턴온 시에 RF 스위치(100b)는 턴오프되어, RF 신호가 출력될 수 있다. 그리고 RF 스위치(100b)의 턴오프 시에 RF 스위치(100b)는 턴온되어, RF 신호가 접지로 바이패싱될 수 있다.
도 1c를 참조하면, RF 스위치(100c)는 안테나(300)의 임피던스를 변동시기 위해, 안테나(300)와 임피던스 소자(200) 사이에 연결될 수 있다. 즉, RF 신호 입력 단자(RFin) 및 안테나(300)에 RF 스위치(100c)이 일단이 연결되며, 임피던스 소자(200)는 RF 스위치(100c)의 타단과 접지 사이에 연결될 수 있다. 임피던스 소자(200)는 저항, 커패시터, 그리고 인덕터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. RF 스위치(100c)의 턴온 시, 안테나(300)는 임피던소자(200)에 의해 임피던스가 변동되어 다양한 주파수 밴드를 지원할 수 있다. 즉, RF 스위치(100c)의 턴온 여부에 따라, 안테나(300)가 지원 가능한 주파수 밴드(band)가 달라 질 수 있다.
이와 같이, 한 실시예에 따른 RF 스위치는 통신 모듈의 다양한 곳에 위치할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 RF 스위치가 도 1b의 위치하는 경우에 대해서 설명하나 다른 곳에 위치하는 RF 스위치에 적용될 수 있다. 그리고, 실시예에 따른 RF 스위치의 도면 부호를 1000으로 사용한다.
도 2는 한 실시예에 따른 RF 스위치(1000)를 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 한 실시예에 따른 RF 스위치(1000)는 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn)를 포함할 수 있으며, 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn)는 서로 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 한 실시예에 따른 RF 스위치(1000)는 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn)가 스택된(stacked) 구조이다. 트랜지스터(M1)의 드레인은 RF 신호 입력 단자(RFin)에 연결되고 트랜지스터(M2)의 드레인은 트랜지스터(M1)의 소스에 연결되며, 트랜지스터(Mn)의 드레인은 트랜지스터(Mn-1)의 소스에 연결될 수 있다. 그리고 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn)의 게이트에는 스위칭 제어 신호(턴온 또는 턴오프 신호)가 인가될 수 있다. 여기서, 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn)는 FET(Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 또는 BJT(Bipolar Junction Transistor) 등 일 수 있다. 이와 같이 구조에서, RF 스위치(1000)의 턴오프 시에 높은 전압이 RF 스위치(1000)에 걸리더라도, 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn) 각각에 전압이 분배될 수 있다. 이와 같은 전압 분배에 의해 RF 스위치(1000)의 브레이크다운(break down)을 막을 수 있다.
여기서, RF 신호의 전압이 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn) 각각에 동일하게 분배되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 트랜지스터는 턴 오프 시에 기생 커패시턴스 성분을 가지는데, 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn) 각각에서 보이는 기생 커패시턴스(parasitic capacitance) 값이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터(M1)에서 보이는 기생 커패시스턴스 값과 트랜지스터(M2)에서 보이는 기생 커패시턴스 값이 달라질 수 있다.
이러한 기생 커생시턴스 성분 차이로 인해, 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn)에 걸리는 전압이 달라질 수 있다. 도 3a 및 도 3b을 참조하여, RF 스위치(1000)가 두 개의 트랜지스터(M1, M2)로 구성된 경우, 각 트랜지스터에서 보이는 커패시턴스 성분 및 분배 전압에 대해서 알아본다.
도 3a는 RF 스위치(1000)가 두 개의 트랜지스터로 구성된 경우를 나타낸다. 그리고 도 3b는 도 3a에서 두 개의 트랜지스터의 턴오프 시에 생성되는 커패시턴스 성분을 나타내는 도면이다.
도 3a에서, RF 스위치(1000)의 턴오프 시에, 트랜지스터(M1)의 드레인-소스에 걸리는 전압을 V1로 나타내었으며, 트랜지스터(M2)의 드레인-소스에 걸리는 전압을 V2로 나타낸다. 이러한 V1, V2를 분배 전압이라 한다.
도 3b에서, 커패시턴스 CDS1(310)는 RF 스위치(1000)의 턴오프 시에 트랜지스터(M1)의 드레인-소스 간에 발생하는 커패시턴스를 나타낸다. 커패시턴스 CDS2(320)는 RF 스위치(1000)의 턴오프 시에 트랜지스터(M2)의 드레인-소스 간에 발생하는 커패시턴스를 나타낸다. 그리고, 기생 커패시턴스 CP(330)는 트랜지스터(M1)의 드레인과 기판(substrate) 사이에 발생하는 기생 커패시턴스를 나타낸다. 트랜지스터(M2)의 드레인은 접지에 연결되므로, 트랜지스터(M2)의 드레인과 기판(substrate) 사이에는 기생 커패시턴스가 발생하지 않을 수 있다. 이에 반해, 트랜지스터(M1)의 드레인은 접지 연결되지 않으므로, 트랜지스터(M1)의 드레인과 기판(substrate) 사이에는 기생 커패시턴스가 발생한다. 여기서, 기판(substrate)는 RF 스위치(1000)를 구성하는 각 트랜지스터의 실리콘 기판을 나타낸다.
이에 따라, 트랜지스터(M1)에 걸리는 전압(V1)과 트랜지스터(M2)에 걸리는 전압(V2)은 서로 다른 값을 가질 수 있다. 커패시턴스(CDS1)와 커패시턴스(CDS2)가 서로 같은 값이라고 가정하면, 트랜지스터(M2)에서 보이는 커패시턴스는 기생 커패시턴스(Cp)가 추가된다. 커패시턴스 성분에 대한 임피던스 값은 아래의 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
이에 따라, 트랜지스터(M1)의 임피던스 값이 트랜지스터(M2)의 임피던스 값보다 더 큰 값을 가진다. 이에 따라, 트랜지스터(M1)에 걸리는 전압(V1)이 트랜지스터(M2)에 걸리는 전압(V2)보다 더 크다. 즉, RF 신호 입력 단자(Rin)로부터 더욱 가까운 거리에 위치하는 트랜지스터(M1)에 걸리는 전압(V1)이 더욱 큰 전압을 가진다. 이와 같은 원리는 RF 스위치(1000)가 두 개의 트랜지스터로 구성된 경우뿐만 아니라 세 개 이상의 트랜지스터로 구성된 경우에도 확장될 수 있다. 즉, RF를 구성하는 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn) 중에서, RF 신호 입력 단자(Rin)로부터 가까운 곳에 위치하는 트랜지스터에 걸리는 전압이 먼 쪽에 위치하는 트랜지스터에 걸리는 전압보다 더 큰 값을 가진다. 즉, 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn) 각각에 균등한 분배 전압이 걸리는 것이 아니라 불균형이 발생한다. 특히, RF 신호 입력 단자(Rin)로부터 가까운 곳에 위치하는 트랜지스터에 높은 전압이 걸려 브레이크 다운(break down)이 발생할 수 있다.
이러한 점을 해결하기 위해, 일 실시예에 따른 RF 스위치(1000)는 크게 두 가지의 방법을 통해 각 트랜지스터의 분배 전압을 더욱 균등하게 설정할 수 있다. 첫 번째 방법은 RF 신호 입력 단자(Rin)로부터의 거리에 따라, 트랜지스터의 게이트 길이(gate length)를 조절하는 방법이다. 두 번째 방법은 RF 신호 입력 단자(Rin)로부터의 거리에 따라 트랜지스터의 임피던스 값을 조절하는 방법이다. 상기에서 도 3a 및 도 3b에서 설명한 바와 같이, RF 신호 입력 단자(RFin)에 가까운 곳에 위치하는 트랜지스터에 대한 임피던스 값이 더 큰 값을 가지므로 분배 전압이 높아지는 현상이 발생한다. 이러한 점을 착안하여, RF 신호 입력 단자(RFin)에 가까운 곳에 위치하는 트랜지스터의 커패시턴스 성분을 높여서, 임피던스 값을 낮출 수 있다. 이하에서는 이러한 두 가지 방법에 대해서 좀 더 상세히 설명한다. 상기 첫번째 방법에 대해서는 아래의 도 4 내지 도 6에서 설명하며, 두 번째 방법은 도 7a 내지 도 10에서 설명한다.
도 4는 다른 실시예에 따른 RF 스위치(1000a)를 나타내는 도면이다. 도 4의 RF 스위치(1000a)는 RF 스위치(1000a)의 각 트랜지스터의 게이트 길이(gate length)를 다르게 설정하여, 브레이크 다운(break down)을 방지하는 방법이다.
도 4에서, 게이트 길이(Lg1, Lg2, …Lgn-1, Lgn)는 각각 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn)의 게이트 길이(gate length)에 해당한다. 게이트 길이가 작아지는 경우, 공정의 FOM(figure of merit)을 작아지지만 브레이크다운 전압(breakdown voltage)도 작아진다. 즉, 게이트 길이가 커지는 경우, 브레이크다운 전압도 커진다. 이러한 점을 감안하여, 다른 실시예에서는 RF 신호 입력 단자(Rin)로부터의 거리에 따라 트랜지스터의 게이트 길이(gate length)를 다르게 설정된다. 상기에서 설명한 바와 같이 RF 신호 입력 단자(Rin)로부터 가까운 거리에 위치하는 트랜지스터의 브레이크다운 전압이 낮아지므로, 다른 실시예서는 RF 신호 입력 단자(Rin)로부터 가까운 거리에 위치하는 트랜지스터에 대한 게이트 길이를 더욱 크게 설정(설계)할 수 있다. 이러한 게이트 길이를 수식적으로 표현하면, 아래의 수학식 1과 같다.
Figure pat00002
한편, 상기 수학식 2와 다르게, Lg1=Lg2, Lg2>Lgn-1, 그리고 Lgn-1=Lgn으로 설정될 수 있다. 즉, RF 신호 입력 단자(RFin)로부터 제1 거리에 위치하는 트랜지스터의 게이트 길이는 제2 거리(제1 거리보다 먼)에 위치하는 트랜지스터의 게이트 길이보다 더욱 클 수 있다. 한편, 게이트 길이의 정의는 아래의 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 한 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터(FET)(500)를 나타내는 도면이다. 도 5의 전계 효과 트랜지스터(500)은 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn)의 각각에 대응될 수 있다.
도 5를 참조하면, 전계 효과 트랜지스터(500)는 기판(substrate)(510), 드레인 영역(region)(520), 소스 영역(region)(530), 드레인 전극(540), 소스 전극(550), 절연층(560), 그리고 게이트 전극(570)을 포함할 수 있다.
기판(510)는 실리콘 기판일 수 있으며, 한 예로서 p-타입 실리콘 기판일 수 있다. 기판(510) 상에 드레인 영역(520)과 소스 영역(530)이 형성된다. 예를 들면, 기판(510)이 p-타입인 경우, p-타입의 실리콘 기판(510) 상에 n-type 영역이 도핑되어 드레인 영역(520)과 소스 영역(530)이 형성될 수 있다.
드레인 전극(540)은 드레인 영역(520) 상에 형성되며, 소스 전극(550)은 소스 영역(530) 상에 형성된다. 여기서, 드레인 전극(540)과 드레인 영역(520) 사이에 접촉 비아(contact via)(541)가 형성될 수 있으며, 드레인 전극(540)은 접촉 비아(541)를 통해 드레인 영역(520)과 연결될 수 있다. 한편, 드레인 영역(520)는 접촉 비아(541)를 통해 드레인 전극(540)과 연결되어, 다른 단(stage)의 전극(소스 전극 또는 드레인 전극)과 연결될 수 있다. 그리고, 소스 전극(550)과 소스 영역(530) 사이에 접촉 비아(contact via)(551)가 형성될 수 있으며, 소스 전극(550)은 접촉 비아(551)를 통해 소스 영역(530)과 연결될 수 있다. 한편, 소스 영역(530)는 접촉 비아(551)를 통해 소스 전극(550)과 연결되어, 다른 단(stage)의 전극(소스 전극 또는 드레인 전극)과 연결될 수 있다. 드레인 전극(540)과 소스 전극(550)은 금속(metal)일 수 있다. 접촉 비아(541)는 복수 개일 수 있으며, 접촉 비아(551)도 복수 개일 수 있다.
절연층(560)은 기판(510) 상에 형성되며, 드레인 영역(520)과 소스 영역(530) 사이에 위치하는 구역(area)를 덮는다(커버링(covering)한다). 게이트 전극(570)는 절연층(560) 상에 형성된다. 게이트 전극(570)은 폴리머 소재나 금속일 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 게이트 길이(gate length)는 절연층(560)의 하부에 위치하며 드레인 영역(520)과 소스 영역(530) 사이의 거리를 의미한다. 절연층(560)의 하부 영역에서 채널 영역(channel region)이 형성되는데, 채널 영역에서 드레인 영역(520)과 소스 영역(530) 사이의 거리를 '채널 길이(channel length)'라 한다. 이에 따라, 게이트 길이(gate length)는 채널 길이(channel length)에 대응될 수 있다. 즉, 게이트 길이는 채널 길이와 동일한 의미일 수 있다. 그리고 채널 영역 중 드레인 영역(520)과 소스 영역(530)에 대응 부분을 채널 폭(channel width)이라 한다. 한편, 도 5에 나타낸 바와 같이, 전극 폭(electrode width)(즉, 드레인 전극 폭, 소스 전극 폭)은 전극에서 채널 길이에 대응되는 방향의 길이를 말한다. 일반적으로 길이(length)와 폭(width)의 정의는 전류를 기준으로 정의되는데, 전류는 드레인에서 소스로 흐르므로, 도 5와 같이 게이트 길이, 채널 길이, 채널 폭 및 전극 폭이 정의 된다. 이러한 게이트 길이, 채널 길이, 채널 폭 및 전극 폭에 대한 정의는 아래의 설명에서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 6은 도 4의 RF 스위치 중 두 개의 트랜지스터를 나타내는 도면이다. 즉, 도 6에서, 610과 620은 각각 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn) 중 어느 하나에 대응된다. 여기서, 트랜지스터(610)는 트랜지스터(620)보다 RF 신호 입력 단자(RFin)로부터 더욱 가까운 거리에 위치하는 것을 가정한다.
한편, 도 6에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(610)는 핑거(finger) 수가 2인 트랜지스터일 수 있으며, 트랜지스터(620)도 핑거(finger) 수가 2인 트랜지스터일 수 있다. 트랜지스터(610, 620)은 핑거 수가 2이므로, 도 6에 나타낸 바와 같이, 두 게이트전극이 서로 연결되고 두 드레인 전극이 서로 연결되며 두 소스 전극이 서로 연결된다. 여기서, 각 트랜지스터의 핑거 수는 2가 다른 수를 가질 수 있음은 당연하다. 도 6의 각 트랜지스터의 구체적인 구성은 도 5의 구성과 대응되므로, 구체적인 설명은 생략한다.
도 6에서, 트랜지스터(610)의 게이트 길이(gate length)를 Lg610으로 나타내었으며, 트랜지스터(620)의 게이트 길이(gate length)를 Lg620으로 나타내었다. 여기서, 트랜지스터(610)의 게이트 길이(Lg610)는 트랜지스터(620)의 게이트 길이(Lg610)보다 더 큰 값을 가질 수 있다. 즉, 게이트 길이는 아래의 수학식 3의 관계를 만족할 수 있다.
Figure pat00003
이와 같이, 두 트랜지스터(610, 620) 중에서, RF 신호 입력 단자(RFin)로부터 더욱 가까운 거리에 위치하는 트랜지스터(610)에 대한 게이트 길이를 더욱 크게 설정함으로써, 트랜지스터(610)의 브레이크다운 전압이 높아질 수 있다. 게이트 길이에 의해 트랜지스터(610) 자체의 브레이크다운 전압이 높아지므로, RF 신호 입력 단자(RFin)에 높은 전압이 인가되더라도 RF 스위치(1000a)의 브레이크 다운을 막을 수 있다. 다시 말하면, 분배 전압이 높게 설정되는 트랜지스터에 대한 게이트 길이를 더욱 크게 설정함으로써, RF 스위치 전체의 브레이크다운 전압을 높일 수 있다. 이를 통해, RF 스위치를 구성하는 트랜지스터의 개수를 줄일 수 있으며, RF 스위치의 사이즈도 줄일 수 있다.
이하에서는 도 7a 내지 도 10을 참조하여, RF 신호 입력 단자(Rin)로부터의 거리에 따라 트랜지스터의 임피던스 값을 다르게 설정하여, 브레이크 다운(break down)을 방지하는 방법에 대해서 설명한다. 상기에서 설명한 바와 같이, RF 스위치의 복수의 트랜지스터에서 RF 신호 입력 단자(RFin)로부터 가까운 곳에 위치하는 트랜지스터에서의 임피던스 값이 커져서, 분배 전압의 불균일이 발생한다. 이에 따라, 아래의 실시예들에서는 RF 신호 입력 단자(RFin)로부터 가까운 곳에 위치하는 트랜지스터의 드레인-소스 커패시턴스를 높여서, 임피던스 값을 낮출 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 일실시예에 따른 임피던스 값을 조절하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 7a 및 도 7b에서, 710과 720은 각각 도 2의 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn) 중 어느 하나에 대응된다. 좀더 상세히 설명하면, 도 7a는 두 개의 트랜지스터에 대한 사시도이며, 도 7b는 도 7a의 레이아웃(layout)을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 트랜지스터(710)는 트랜지스터(720)보다 RF 신호 입력 단자(RFin)로부터 더욱 가까운 거리에 위치하는 것을 가정한다.
한편, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(710)는 핑거(finger) 수가 2인 트랜지스터일 수 있으며, 트랜지스터(720)도 핑거(finger) 수가 2인 트랜지스터일 수 있다. 여기서, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 각 트랜지스터의 핑거 수는 2가 아닌 다른 수를 가질 수 있음은 당연하다. 트랜지스터(710)는 기판(substrate)(711), 드레인 영역(region)(712), 소스 영역(region)(713), 드레인 전극(714), 소스 전극(715), 절연층(716), 게이트 전극(717), 그리고 복수의 접촉 비아(7141, 7151)을 포함할 수 있다. 그리고, 트랜지스터(720)는 기판(substrate)(721), 드레인 영역(region)(722), 소스 영역(region)(723), 드레인 전극(724), 소스 전극(725), 절연층(726), 게이트 전극(727), 그리고 복수의 접촉 비아(7241, 7251)을 포함할 수 있다. 도 7a의 각 트랜지스터의 구체적인 구성은 도 5의 구성과 대응되므로, 구체적인 설명은 생략한다.
도 7a 및 도 7b에서, 트랜지스터(710)의 드레인 전극 폭(drain electrode width)을 Wd710으로 나타내었으며, 트랜지스터(710)의 소스 전극 폭(source electrode width)을 Ws710으로 나타내었다. 그리고, 트랜지스터(720)의 드레인 전극 폭(drain electrode width)을 Wd720으로 나타내었으며, 트랜지스터(720)의 소스 전극 폭(source electrode width)을 Ws720으로 나타내었다. 하나의 트랜지스터 내에서 드레인과 소스는 서로 대칭적이므로, 하나의 트랜지스터 내에서는 드레인 전극 폭과 소스 전극 폭을 동일하게 설정할 수 있다. 즉, Wd710= Ws710, Wd720= Ws720 일 수 있다. 이에 따라, 아래에서는 설명의 편의상 드레인 전극 폭을 예로 하여 설명하지만, 소스 전극 폭에도 동일하게 적용될 수 있다.
일실시예에 따르면, 트랜지스터(710)의 드레인 전극 폭(Wd710)은 트랜지스터(720)의 드레인 전극 폭(Wd720)보다 큰 값을 가진다. 즉, 드레인 전극의 폭은 아래의 수학식 4와 같은 관계를 만족할 수 있다.
Figure pat00004
상기 수학식 4와 같이, 두 트랜지스터(710, 720) 중에서, RF 신호 입력 단자(RFin)로부터 더욱 가까운 거리에 위치하는 트랜지스터(710)에 대한 드레인 전극 폭을 더욱 크게 설정함으로써, 트랜지스터(710)의 임피던스 값을 낮춘다. 드레인 전극(714) 폭이 커지는 경우, 턴오프 상태인 트랜지스터(710)에서 드레인-소스간의 커패시턴스 및 드레인-게이트간의 커패시턴스가 더욱 커지고 저항 성분은 감소한다. 커패시턴스의 값이 커지고 저항 성분도 감소하므로, 상기 수학식 1과 같이 트랜지스터(710)의 임피던스 값은 작아지게 된다. 트랜지스터(710)의 임피던스 값이 작아지는 경우 분배 전압도 작아지게 되므로, 트랜지스터(710)의 브레이크다운을 막을 수 있다. 즉, 트랜지스터(710) 자체의 임피던스 값은 작아지며, 이에 따라 브레이크 다운이 발생할 가능성이 높은 트랜지스터(710)에 대한 분배 전압이 낮아질 수 있다. 다시 말하면, 분배 전압이 높게 설정되는 트랜지스터에 대한 드레인 전극 폭을 더욱 크게 설정함으로써, RF 스위치 전체의 브레이크다운 전압을 높일 수 있다. 이를 통해, RF 스위치를 구성하는 트랜지스터의 개수를 줄일 수 있으며, RF 스위치의 사이즈를 줄일 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 다른 실시예에 따른 임피던스 값을 조절하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 8a 및 도 8b에서, 810과 820은 각각 도 2의 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn) 중 어느 하나에 대응된다. 좀더 상세히 설명하면, 도 8a는 두 개의 트랜지스터에 대한 사시도이며, 도 8b는 도 8a의 레이아웃(layout)을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 트랜지스터(810)는 트랜지스터(820)보다 RF 신호 입력 단자(RFin)로부터 더욱 가까운 거리에 위치하는 것을 가정한다.
한편, 도 8a에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(810)는 핑거(finger) 수가 2인 트랜지스터일 수 있으며, 트랜지스터(820)도 핑거(finger) 수가 2인 트랜지스터일 수 있다. 여기서, 도 8b에 나타낸 바와 같이, 각 트랜지스터의 핑거 수는 2가 아닌 다른 수를 가질 수 있음은 당연하다. 트랜지스터(810)는 기판(substrate)(811), 드레인 영역(region)(812), 소스 영역(region)(813), 드레인 전극(814), 소스 전극(815), 절연층(816), 게이트 전극(817), 그리고 복수의 접촉 비아(8141, 8151)을 포함할 수 있다. 그리고, 트랜지스터(820)는 기판(substrate)(821), 드레인 영역(region)(822), 소스 영역(region)(823), 드레인 전극(824), 소스 전극(825), 절연층(826), 게이트 전극(827), 그리고 복수의 접촉 비아(8241, 8251)을 포함할 수 있다. 도 8a의 각 트랜지스터의 구체적인 구성은 도 5의 구성과 대응되므로, 구체적인 설명은 생략한다.
다른 실시예에 따르면, 트랜지스터(810)의 접촉 비아(8141) 개수가 트랜지스터(820)의 접촉 비아(8241) 개수보다 더욱 많을 수 있다. 즉, 드레인 전극(814)에 형성되어 있는 접촉 비아(8141)의 개수가 드레인 전극(824)에 형성되어 있는 접촉 비아(8241)의 개수보다 더욱 많을 수 있다. 그리고, 트랜지스터(810)의 접촉 비아(8151) 개수가 트랜지스터(820)의 접촉 비아(8251) 개수보다 더욱 많을 수 있다. 즉, 소스 전극(815)에 형성되어 있는 접촉 비아(8151)의 개수가 소스 전극(825)에 형성되어 있는 접촉 비아(8251)의 개수보다 더욱 많을 수 있다. 도 8a 및 도 8b에서는 트랜지스터(810)의 각 전극에 형성되어 있는 접촉 비아의 개수가 4개이고 트랜지스터(820)의 각 전극에 형성되어 있는 접촉 비아의 개수가 3개이 것으로 나타내었지만, 개수에 한정되지 않는다.
드레인 영역 및 소스 영역이 전극으로 컨택되는 부분(예를 들어, 접촉 비아의 개수)이 많을수록, 드레인-소스간의 커패시턴스, 드레인-게이트간의 커패시턴스, 그리고 소스-게이트간 커패시턴스가 더욱 커지고, 저항 성분을 감소한다. 커패시턴스의 값이 커지고 저항 성분도 감소하므로, 상기 수학식 1과 같이 트랜지스터(810)의 임피던스 값은 작아지게 된다. 트랜지스터(810)의 임피던스 값이 작아지는 경우 분배 전압도 작아지게 되므로, 트랜지스터(810)의 브레이크 다운을 막을 수 있다. 즉, 트랜지스터(810) 자체의 임피던스 값은 작아지며, 이에 따라 브레이크다운이 발생할 가능성이 높은 트랜지스터(810)에 대한 분배 전압이 낮아질 수 있다. 다시 말하면, 분배 전압이 높게 설정되는 트랜지스터에 대한 접촉 비아의 개수를 더욱 많이 설정함으로써, RF 스위치 전체의 브레이크다운 전압을 높일 수 있다. 이를 통해, RF 스위치를 구성하는 트랜지스터의 개수를 줄일 수 있으며, RF 스위치의 사이즈를 줄일 수 있다.
한편, 상기 도 8a 및 도 8b와 같이 접촉 비아의 개수를 통해 임피던스 값을 조정할 수 있지만, 접촉 비아의 전체 면적을 통해서도 임피던스 값을 조정할 수 있다. 즉, 트랜지스터(810)의 전체 접촉접촉 비아 비아(8141, 8151)의 면적이 트랜지스터(820)의 전체 접촉 비아(8241, 8251)의 면적보다 더 클 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 또 다른 실시예에 따른 임피던스 값을 조절하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 9a 및 도 9b에서, 910과 920은 각각 도 2의 복수의 트랜지스터(M1, M2, …Mn-1, Mn) 중 어느 하나에 대응된다. 좀더 상세히 설명하면, 도 9a는 두 개의 트랜지스터에 대한 사시도이며, 도 9b는 도 9a의 레이아웃(layout)을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 트랜지스터(910)는 트랜지스터(920)보다 RF 신호 입력 단자(RFin)로부터 더욱 가까운 거리에 위치하는 것을 가정한다.
한편, 도 9a에 나타낸 바와 같이, 트랜지스터(910)는 핑거(finger) 수가 2인 트랜지스터일 수 있으며, 트랜지스터(920)도 핑거(finger) 수가 2인 트랜지스터일 수 있다. 여기서, 도 9b에 나타낸 바와 같이, 각 트랜지스터의 핑거 수는 2가 아닌 다른 수를 가질 수 있음은 당연하다. 트랜지스터(910)는 기판(substrate)(911), 드레인 영역(region)(912), 소스 영역(region)(913), 드레인 전극(914), 소스 전극(915), 절연층(916), 게이트 전극(917), 그리고 복수의 접촉 비아(9141, 9151)을 포함할 수 있다. 그리고, 트랜지스터(920)는 기판(substrate)(921), 드레인 영역(region)(922), 소스 영역(region)(923), 드레인 전극(924), 소스 전극(925), 절연층(926), 게이트 전극(927), 그리고 복수의 접촉 비아(9241, 9251)을 포함할 수 있다. 도 9a의 각 트랜지스터의 구체적인 구성은 도 5의 구성과 대응되므로, 구체적인 설명은 생략한다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 각 트랜지스터에서, 드레인 영역과 드레인 전극의 접촉 지점으로부터 게이트 전극 사이의 거리를 Ddg로 정의한다. 트랜지스터(910)의 드레인 영역(912)과 드레인 전극(914)의 접촉 지점으로부터 게이트 전극(917)까지의 거리(간격)을 Ddg910으로 나타내었다. 여기서, 드레인 영역(912)과 드레인 전극(914)의 접촉 지점은 컨택 비아(9141)의 중심점이 될 수 있다. 그리고, 트랜지스터(910)의 소스 영역(913)과 소스 전극(915)의 접촉 지점으로부터 게이트 전극(917)까지의 거리(간격)을 Dsg910으로 나타내었다. 여기서, 소스 영역(913)과 소스 전극(915)의 접촉 지점은 접촉 비아(9151)의 중심점이 될 수 있다. 그리고, 트랜지스터(920)의 드레인 영역(922)과 드레인 전극(924)의 접촉 지점으로부터 게이트 전극(927)까지의 거리(간격)을 Ddg920으로 나타내었으며, 트랜지스터(920)의 소스 영역(923)과 소스 전극(925)의 접촉 지점으로부터 게이트 전극(927)까지의 거리(간격)을 Dsg920으로 나타내었다. 하나의 트랜지스터 내에서 드레인과 소스는 서로 대칭적이므로, Ddg910= Dsg910, Ddg920= Dsg920 일 수 있다. 이에 따라, 아래에서는 설명의 편의상 드레인 전극을 기준으로 설명하지만, 소스 전극에도 동일하게 적용될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 아래의 수학식 5와 같이, 트랜지스터(910)의 드레인 영역(912)과 드레인 전극(914)의 접촉 지점으로부터 게이트 전극(917)까지의 거리(Ddg910)는 트랜지스터(920)의 드레인 영역(922)과 드레인 전극(924)의 접촉 지점으로부터 게이트 전극(927)까지의 거리(Ddg920)보다 작은 값을 가질 수 있다.
Figure pat00005
상기 수학식 5와 같이, 두 트랜지스터(910, 920) 중에서, RF 신호 입력 단자(RFin)로부터 더욱 가까운 거리에 위치하는 트랜지스터(910)에 대한 드레인-게이트 간 거리(즉, 드레인 영역과 드레인 전극과의 접촉 지점으로부터 게이트 전극까지의 거리)를 작게 설정함으로써, 트랜지스터(910)의 임피던스 값을 낮출 수 있다. 드레인-게이트 간의 거리가 작아지는 경우, 턴오프 상태인 트랜지스터(910)에서 드레인-소스간의 커패시턴스 및 드레인-게이트간의 커패시턴스가 더욱 커지고 저항 성분은 감소한다. 커패시턴스의 값이 커지고 저항 성분도 감소하므로, 상기 수학식 1과 같이 트랜지스터(910)의 임피던스 값은 작아지게 된다. 트랜지스터(910)의 임피던스 값이 작아지는 경우 분배 전압도 작아지게 되므로, 트랜지스터(910)의 브레이크다운을 막을 수 있다. 즉, 트랜지스터(910) 자체의 임피던스 값은 작아지며, 이에 따라 브레이크다운이 발생할 가능성이 높은 트랜지스터(910)에 대한 분배 전압이 낮아질 수 있다. 다시 말하면, 분배 전압이 높게 설정되는 트랜지스터에 대한 드레인-게이트 간의 거리를 더욱 적게 설정함으로써, RF 스위치 전체의 브레이크다운 전압을 높일 수 있다. 이를 통해, RF 스위치를 구성하는 트랜지스터의 개수를 줄일 수 있으며, RF 스위치의 사이즈를 줄일 수 있다.
한편, 상기 도 9a 및 9b와 달리, 드레인 전극과 게이트 전극 사이의 공간 거리(간격)를 Ddg910으로 정의할 수 도 있다. 도 10은 실시예에 따른 드레인 전극과 게이트 전극 사이의 간격을 나타내는 도면이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 드레인 전극과 게이트 전극 사이의 공간의 거리가 Ddg910일 수 있다. 그리고, 드레인 전극의 중심점과 게이트 전극 중심적 사이의 거리가 Ddg910 일 수 있다.
한편, 상기 도 7a의 방법, 상기 도 8a의 방법 그리고 상기 도 9a의 방법을 조합하여, 임피던스 값을 조절할 수 있다. 즉, 상기 도 7a의 방법, 상기 도 8a의 방법 그리고 상기 도 9a의 방법 중 적어도 하나의 방법을 적용하여, 임피던스 값을 조절할 수 있으며, 이를 통해 RF 스위치의 브레이크 다운을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
RFin: RF 신호 입력 단자
RFout: RF 신호 출력 단자
M1, M2, …Mn-1, Mn: 복수의 트랜지스터
100a, 100b, 100c: RF 스위치
1000, 1000a: RF 스위치
200: 임피던스 소자
300: 안테나
Lg1, Lg2, …Lgn-1, Lgn: 게이트 길이
Wd: 드레인 전극 폭
Ws: 소스 전극 폭
Ddg: 드레인-게이트 간 거리
Dsg: 소스-게이트 간 거리

Claims (18)

  1. 제1 단자로 입력되는 RF(Radio Frequency) 신호를 스위칭하는 RF 스위치로서,
    상기 제1 단자로부터 제1 거리에 위치하며, 상기 RF 신호를 스위칭하는 제1 트랜지스터, 그리고
    상기 제1 단자로부터 제2 거리에 위치하며, 상기 RF 신호를 스위칭하는 제2 트랜지스터를 포함하며,
    상기 제1 거리는 상기 제2 거리보다 가까우며, 상기 제1 트랜지스터에서 제1 전극에 형성되어 있는 제1 접촉 비아에 대한 개수는 상기 제2 트랜지스터에서 제2 전극에 형성되어 있는 제2 접촉 비아에 대한 개수보다 많은 RF 스위치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 제1 트랜지스터의 드레인 전극과 소스 전극 중 적어도 하나의 전극이며,
    상기 제2 전극은 상기 제2 트랜지스터의 드레인 전극과 소스 전극 중 적어도 하나의 전극인 RF 스위치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 접촉 비아는 상기 제1 전극과 상기 제1 트랜지스터의 도핑 영역을 서로 연결하는 비아이며,
    상기 제2 접촉 비아는 상기 제2 전극과 상기 제2 트랜지스터의 도핑 영역을 서로 연결하는 비아인 RF 스위치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극의 폭은 상기 제2 전극의 전극 폭보다 큰 RF 스위치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제1 트랜지스터의 제어 전극 사이의 거리는 상기 제2 전극과 상기 제2 트랜지스터의 제어 전극 사이의 거리보다 작은 값을 가지는 RF 스위치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 접촉 비아의 면적은 상기 제2 접촉 비아의 면적보다 큰 RF 스위치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터는 상기 제1 단자와 상기 RF 스위치의 제2 단자 사이에서 서로 간에 스택된 구조를 가지는 RF 스위치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 턴오프 시에 상기 제1 트랜지스터에 대응하는 임피던스 값은 상기 제2 트랜지스터의 턴오프 시에 상기 제2 트랜지스터에 대응하는 임피던스 값보다 작은 RF 스위치.
  9. 제1 단자와 제2 단자 사이를 스위칭하는 RF(Radio Frequency) 스위치로서,
    상기 제1 단자로부터 제1 거리에 위치하며, 스위칭 신호가 인가되는 제1 제어 전극을 포함하는 제1 트랜지스터, 그리고
    상기 제1 단자로부터 제2 거리에 위치하며, 상기 스위칭 신호가 인가되는 제2 제어 전극을 포함하는 제2 트랜지스터를 포함하며,
    상기 제1 거리는 상기 제2 거리보다 가까우며, 상기 제1 트랜지스터의 제1 전극과 상기 제1 제어 전극 사이의 제3 거리는 상기 제2 트랜지스터의 제2 전극과 상기 제2 제어 전극 사이의 거리인 제4 거리보다 작은 값을 가지는 RF 스위치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 제1 트랜지스터의 드레인 전극과 소스 전극 중 적어도 하나의 전극이며,
    상기 제2 전극은 상기 제2 트랜지스터의 드레인 전극과 소스 전극 중 적어도 하나의 전극인 RF 스위치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제3 거리는 상기 제1 전극과 상기 제1 트랜지스터의 도핑 영역간의 접촉 지점으로부터 상기 제1 제어 전극까지의 거리이며,
    상기 제4 거리는 상기 제2 전극과 상기 제2 트랜지스터의 도핑 영역간의 접촉 지점으로부터 상기 제2 제어 전극까지의 거리인 RF 스위치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제3 거리는 상기 제1 전극과 상기 제1 제어 전극 사이의 공간 거리이며,
    상기 제4 거리는 상기 제2 전극과 상기 제2 제어 전극 사이의 공간 거리인 RF 스위치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전극의 폭은 상기 제2 전극의 폭보다 큰 RF 스위치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전극에 형성되어 있는 접촉 비아의 개수는 상기 제2 전극에 형성되어 있는 접촉 비아의 개수보다 많은 RF 스위치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터는 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에서 서로 직렬로 연결되는 RF 스위치
  16. 제9항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 턴오프 시에 상기 제1 트랜지스터에 대응하는 임피던스 값은 상기 제2 트랜지스터의 턴오프 시에 상기 제2 트랜지스터에 대응하는 임피던스 값보다 작은 RF 스위치.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 제1 단자로 RF 신호가 인가되며,
    상기 제2 단자는 접지에 연결되는 RF 스위치.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 제1 단자로 RF 신호가 인가되며,
    상기 제2 단자는 안테나에 임피던스 값을 제공하는 임피던스 소자에 연결되는 RF 스위치.
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