特許ウォッチ

公開番号2024163695
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-22
出願番号2023079526
出願日2023-05-12
発明の名称増幅回路および電荷有感型前置増幅器
出願人大熊ダイヤモンドデバイス株式会社
代理人弁理士法人筒井国際特許事務所
主分類H03F 3/45 20060101AFI20241115BHJP(基本電子回路)
要約【課題】過酷な環境でも動作する実用的な増幅回路およびそれを使用した電荷有感型前置増幅器を提供する。
【解決手段】増幅回路10は、pチャネル型で構成され、かつそれぞれがダイヤモンド基板上に形成される電界効果トランジスタを複数有する。当該複数の電界効果トランジスタは、ゲート・ソース間に入力された入力電圧に応じて、ソース・ドレイン間に出力電流を出力する増幅用のトランジスタ(Q1,Q2)と、当該増幅用のトランジスタの出力電流を出力電圧に変換する負荷用のトランジスタ(Q3)と、を備える。増幅用のトランジスタ(Q1,Q2)は、ソース、ドレイン、ゲートがそれぞれ共通に接続された複数のダイヤモンドトランジスタで構成され、負荷用のトランジスタ(Q3)は、ゲート・ソース間が接続された電流源で構成される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ｐチャネル型で構成され、かつそれぞれがダイヤモンド基板上に形成される電界効果トランジスタを複数有する増幅回路であって、
前記複数の電界効果トランジスタは、
ゲート・ソース間に入力された入力電圧に応じて、ソース・ドレイン間に出力電流を出力する増幅用のトランジスタと、
前記増幅用のトランジスタの出力電流を出力電圧に変換する負荷用のトランジスタと、
を備え、
前記増幅用のトランジスタは、ソース、ドレイン、ゲートがそれぞれ共通に接続された複数のダイヤモンドトランジスタで構成され、
前記負荷用のトランジスタは、ゲート・ソース間が接続されることで電流源を構成する、
増幅回路。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
請求項１に記載の増幅回路において、
前記増幅用のトランジスタとして、ソースが共通に接続され、差動増幅回路の差動対を構成する第１のトランジスタおよび第２のトランジスタを備え、
前記第１のトランジスタを構成する前記複数のダイヤモンドトランジスタの数と、前記第２のトランジスタを構成する前記複数のダイヤモンドトランジスタの数とは、同数である、
増幅回路。
【請求項３】
請求項２に記載の増幅回路において、
前記複数の電界効果トランジスタは、さらに、前記第１のトランジスタのソースおよび前記第２のトランジスタのソースにドレインが接続されるテール用のトランジスタを備え、
前記テール用のトランジスタは、ゲート・ソース間が接続されることで前記差動増幅回路のテール電流源を構成する、
増幅回路。
【請求項４】
請求項２に記載の増幅回路において、
前記第１のトランジスタは、ゲートに基準電源電圧を中心に変化する交流電圧を入力し、
前記第２のトランジスタのゲートには、前記基準電源電圧が供給される、
増幅回路。
【請求項５】
請求項１に記載の増幅回路において、
前記増幅用のトランジスタは、ゲート接地増幅回路を構成するトランジスタである、
増幅回路。
【請求項６】
請求項１に記載の増幅回路において、
さらに、前記負荷用のトランジスタの出力電圧に対して、直流成分を遮断し、交流成分を通過させる結合コンデンサを備える、
増幅回路。
【請求項７】
ｐチャネル型で構成され、かつそれぞれがダイヤモンド基板上に形成される電界効果トランジスタを複数有する増幅回路であって、
前記複数の電界効果トランジスタは、
ゲートに入力された入力電圧に応じてソースから出力電圧を出力し、ドレイン接地回路を構成する第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタの出力電圧を入力としてソース・ドレイン間に出力電流を出力し、ゲート接地増幅回路を構成する第２のトランジスタと、
前記第２のトランジスタの出力電流を出力電圧に変換する負荷用のトランジスタと、
前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタにバイアス電流を供給するバイアス用のトランジスタと、
を備え、
前記第２のトランジスタは、ソース、ドレイン、ゲートがそれぞれ共通に接続された複数のダイヤモンドトランジスタで構成され、
前記負荷用のトランジスタおよび前記バイアス用のトランジスタのそれぞれは、ゲート・ソース間が、ソースに接続された抵抗素子を介して接続されることで電流源を構成する、
増幅回路。
【請求項８】
請求項７に記載の増幅回路において、
前記バイアス用のトランジスタのドレインは、前記第１のトランジスタのソースおよび前記第２のトランジスタのソースに接続される、
増幅回路。
【請求項９】
請求項８に記載の増幅回路において、
前記第１のトランジスタは、ソース、ドレイン、ゲートがそれぞれ共通に接続された、前記第２のトランジスタと同数のダイヤモンドトランジスタで構成される、
増幅回路。
【請求項１０】
請求項７に記載の増幅回路において、
さらに、前記負荷用のトランジスタの出力電圧に対して、直流成分を遮断し、交流成分を通過させる結合コンデンサを備える、
増幅回路。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅回路および電荷有感型前置増幅器に関し、例えば、ダイヤモンドＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）を有する増幅回路、および当該増幅回路を有する電荷有感型前置増幅器に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、高い放射線耐性がありつつ回路特性も確保された電界効果トランジスタが示される。当該電界効果トランジスタは、表面が水素終端されたノンドープダイヤモンド層と、当該水素終端された領域上に絶縁層を介して形成されたゲート電極と、絶縁層の両側でｐ＋ダイヤモンド層を介して形成されたソース電極及びドレイン電極とを備える。当該電界効果トランジスタは、５ＭＧｙのＸ線照射を受けた後であっても、室温条件下において０．５ｍＳ／ｍｍ以上の相互コンダクタンスを確保できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１０４８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、原子炉、航空宇宙分野等を代表とする高放射線環境や、産業用機械、自動車分野等を代表とする高温環境といった過酷な環境で、安定動作を実現する半導体デバイスへの需要が高まっている。過酷な環境では、シリコンを材料とする一般的な半導体素子は、正常に動作することが困難となる。このため、ワイドバンドギャップ半導体の活用が広く検討されている。その中でも、特に、ダイヤモンド半導体は、強固な結合と、大きなバンドギャップおよび熱伝導度とを有するため、過酷な環境に適した材料として期待されている。
【０００５】
しかしながら、ダイヤモンド半導体においては、現状、素子レベルの開発に留まっており、実用的な回路およびシステムとしての開発は進んでいない。すなわち、過酷な環境で使用可能な回路およびシステムは、依然として得られていない。その要因の一部として、シリコンの場合のような相補的な回路が使えないことや、トランジスタ単体での増幅度が低いこと等が挙げられる。
【０００６】
具体的には、実用レベルの性能を有するｐチャネル型のトランジスタは、例えば、特許文献１に示されるような構成によって実現できる。ただし、実用レベルの性能を有するｎチャネル型のトランジスタを実現することは困難となっている。また、トランジスタ単体の増幅度、すなわち相互コンダクタンスは、例えば、特許文献１に示されるような０．５ｍＳ／ｍｍを前提とした場合、シリコンに比べて数桁レベル低くなり得る。これらの結果、実用的な増幅回路、特に高いゲインを有する増幅回路を実現することが困難となっていた。
【０００７】
本発明は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、過酷な環境でも動作する実用的な増幅回路および電荷有感型前置増幅器を提供することにある。
【０００８】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態の概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１０】
一実施の形態による増幅回路は、ｐチャネル型で構成され、かつそれぞれがダイヤモンド基板上に形成される電界効果トランジスタを複数有する。当該複数の電界効果トランジスタは、ゲート・ソース間に入力された入力電圧に応じて、ソース・ドレイン間に出力電流を出力する増幅用のトランジスタと、当該増幅用のトランジスタの出力電流を出力電圧に変換する負荷用のトランジスタと、を備える。増幅用のトランジスタは、ソース、ドレイン、ゲートがそれぞれ共通に接続された複数のダイヤモンドトランジスタで構成され、負荷用のトランジスタは、ゲート・ソース間が接続されることで電流源を構成する。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許