[发明专利]半导体装置及通讯设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置及采用该半导体装置的通讯设备。

背景技术

近年来，在通讯领域和信息处理领域中，随着处理速度的提高，需要发展更小的、具有广泛应用范围并具有优良能量效率的功能元件。

在半导体装置或功能元件领域中，1998年在理论上预测了具有负介电常数或负磁导率的材料，其后，在人造材料中证实了该效应，随即人们在装置应用和系统应用方面对该材料给予了极大关注。

目前，采用新材料或新结构的超材料(metamaterial)的可变波束天线或可变滤波器等被积极地研究。这里，超材料是人工形成的左手性材料(物质)，在电磁或光学特性上具有负介电常数或负磁导率。

在现有技术的电磁波传播过程中，电场和磁场的传播方向由右手性传输线(right handed transmission line，RH-TL)表示。另一方面，因为负介电常数和负磁导率效应使传播方向反转并且关系以左手性传输线(left handed transmission line，LH-TL)来表示，所以超材料被称为左手性材料。

作为采用超材料的功能元件，例如已知的有阵列天线(漏波天线(leaky wave antenna))，其中电压施加给形成为短桩电感(stub inductor)的液晶，并且控制相位以使得可以操控束方向(例如，参见JP-A-2006-211328(专利文件1))。

发明内容

在现有技术的大部分功能元件中，采用利用液晶、铁电物质或磁性物质等的结构，并且需要特定的制造方法。从而，当进一步实现小型化和高性能时它们不适合与半导体装置和其他集成电路功能集成。所希望的是，这里将要描述的超材料结构能简单地与半导体LSI及其封装最大限度地集成，这是由于还期望应用于屏蔽结构。

另一方面，在采用超材料结构可实现的高频功能元件中，考虑到多带和宽带的趋势，当频带可变时，可以获得一个元件能够应对很多波带的巨大优势。这里，作为高频功能元件，可以列举传输线、滤波器、平衡-不平衡转换器(平衡到不平衡的转换器)以及天线等。

如上可见，结合采用液晶或铁电物质等的传输线的现有高频功能元件不适合与诸如硅(Si)的半导体放大器、相位检测器或混频器等简单且紧凑地集成。

因此，希望提供半导体装置以及采用该半导体装置的通讯设备，在该半导体装置中，由左手性材料或右手性材料形成的传输特性可变的传输线可以以简单的结构构造在半导体基板上。

根据本发明的实施例，所提供的半导体装置包括：传输线，该传输线具有设置在半导体基板上的电容器部分和电感器部分；以及该半导体基板与该电容器部分和该电感器部分之一的结，该传输线的传输特性由施加给该结的电压决定。

该半导体装置可用于通讯设备，尤其是30GHz或更高的高速传输通讯设备。

利用半导体结的特性而电连接到该结的传输线形成在半导体基板上，从而传输特性可变的左手性或右手性传输线可以以简单的结构直接形成在半导体基板上。这里，传输特性由施加给结的电压决定意味着传输线的传输特性可以由电压控制。

根据本发明的实施例，由左手性材料或右手性材料形成的传输特性可变的传输线可以以简单的结构形成在半导体基板上。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的半导体装置的结构概要的立体图。

图2是示出根据第一实施例的半导体装置的等效电路的示意图。

图3是示出沿着图1的a-a′线剖取的截面结构的截面图。

图4是示出在电压V1改变时能量传输效率(S参数)相对于频率f的特性图。

图5是示出基于左手性传输线等效电路的高通滤波器的频率特性示例的示意图。

图6是示出根据第一实施例的修改示例的传输线的结构概要的立体图。

图7是示出根据第一实施例的修改示例的传输线的等效电路的示意图。

图8是示出沿着图5的b-b’线剖取的截面结构的截面图。

图9是示出根据本发明第二实施例的半导体装置的结构概要的立体图。

图10是示出根据第二实施例的半导体装置的等效电路的示意图。

图11是示出沿着图8的c-c′线剖取的截面结构的截面图。

图12是示出C-V特性示例的特性图，C-V特性表示施加的电压V改变时耗尽层电容C的变化状态。

图13是示出基于右手性传输线等效电路的低通滤波器的频率特性示例的示意图。

图14是示出根据第二实施例的修改示例的传输线的结构概要的立体图。