(57)【要約】  電界効果型装置はキャパシタのプレートをそれぞれ形成する複数のセグメントを有する少なくとも１つのセグメント化されたフィールド・プレートを含んでおり、選択されたセグメントを動的に接続してゲート−ドレイン間容量及びドレイン−ソース間容量を選択的に設定する電子素子に電界効果型装置が接続されている。トランスデューサを送信モードスイッチング装置と、受信モードスイッチング装置との間でスイッチングするスイッチング装置に結合されたトランスデューサを超音波装置が含んでおり、このスイッチング装置は電界効果型装置を含んでいる。
2007506287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャパシタのプレートをそれぞれ形成する複数のセグメントを有する少なくとも１つのセグメント化されたフィールド・プレートを備え、選択された複数のセグメントを動的に接続してゲート−ドレイン間容量（ＣＧＤ）とドレイン−ソース間容量（ＣＤＳ）とを選択的に設定する電子装置に接続される電界効果型装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのセグメント化されたフィールド・プレートが、第１のセグメント化されたフィールド・プレートと第２のセグメント化されたフィールド・プレートとをさらに備える請求項１に記載の電界効果型装置。
【請求項３】
前記電界効果型装置が金属酸化膜半導体電界効果型トランジスタである請求項１に記載の電界効果型装置。
【請求項４】
前記第２のフィールド・プレートが前記第１のフィールド・プレート上に少なくとも部分的に配置される請求項２に記載の電界効果型装置。
【請求項５】
前記第２のフィールド・プレートが前記第１のフィールド・プレートと部分的にオーバーラップする位置において、前記第１のセグメント化されたフィールド・プレートと前記第２のセグメント化されたフィールド・プレートとの間に誘電体層が配置される請求項４に記載の電界効果型装置。
【請求項６】
前記電界効果型装置がシリコン・オン・インシュレータ構造である請求項３に記載の電界効果型装置。
【請求項７】
前記電界効果型装置が半導体トランジスタであり、前記半導体が、シリコン、シリコン−ゲルマニウム、又はＩＩＩ−Ｖ半導体材料のうちの１つである請求項１に記載の電界効果型装置。
【請求項８】
ＣＧＤのＣＤＳに対する比率が前記電子装置によって選択的に動的に制御される請求項１に記載の電界効果型装置。
【請求項９】
前記比率が約０．３から約０．９よりも小さい範囲内に存在する請求項８に記載の電界効果型装置。
【請求項１０】
電界効果型装置が電気スイッチの要素である請求項１に記載の電界効果型装置。
【請求項１１】
送信モードと受信モードの間でトランスデューサをスイッチングするスイッチング装置に結合されたトランスデューサを備え、キャパシタのプレートをそれぞれ形成する複数のセグメントを有する少なくとも１つのセグメント化されたフィールド・プレートを含む電界効果型装置を前記スイッチング装置が含み、選択された複数のセグメントを動的に接続してゲート−ドレイン間容量（ＣＧＤ）とドレイン−ソース間容量（ＣＤＳ）とを選択的に設定する電子装置に前記電界効果型装置が接続される超音波装置。
【請求項１２】
前記トランスデューサがＣＧＤのＣＤＳに対する特定の比率において最適に動作し、前記電子装置が前記選択された複数のセグメントを接続して前記特定の比率を実現する請求項１１に記載の超音波装置。
【請求項１３】
ＣＧＤのＣＤＳに対する特定の比率のうちの１つでそれぞれ最適に動作する複数のトランスデューサのどれかに前記超音波装置が接続されるようになっており、前記超音波装置と共に使用されるときに、前記電子装置が前記選択された複数のセグメントを接続して前記複数のトランスデューサのうちの１つについての特定の比率を実現する請求項１１に記載の超音波装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのセグメント化されたフィールド・プレートが、第１のセグメント化されたフィールド・プレートと第２のセグメント化されたフィールド・プレートとをさらに備える請求項１１に記載の超音波装置。
【請求項１５】
前記電界効果型装置が金属酸化膜半導体電界効果型トランジスタである請求項１１に記載の超音波装置。
【請求項１６】
前記第２のセグメント化されたフィールド・プレートが前記第１のフィールド・プレート上に少なくとも部分的に配置される請求項１３に記載の超音波装置。
【請求項１７】
前記第２のフィールド・プレートが前記第１のフィールド・プレートと部分的にオーバーラップする位置において、前記第１のセグメント化されたフィールド・プレートと前記第２のセグメント化されたフィールド・プレートとの間に誘電体層が配置される請求項１５に記載の超音波装置。
【請求項１８】
前記電界効果型装置がシリコン・オン・インシュレータ構造である請求項１４に記載の超音波装置。
【請求項１９】
前記電界効果型装置が半導体トランジスタであり、前記半導体が、シリコン、シリコン−ゲルマニウム、又はＩＩＩ−Ｖ半導体材料のうちの１つである請求項１１に記載の超音波装置。
【請求項２０】
前記トランスデューサからの入力を受け取り、前記入力に基づいて前記動的選択に影響を及ぼすマルチプレクサを前記電子装置が含む請求項１１に記載の超音波装置。
【請求項２１】
ＣＧＤがＣＤＳよりも小さい請求項１１に記載の超音波装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
シリコンベースの金属酸化膜半導体電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の電界効果型装置の様々な素子の容量は、この装置の性能に影響を及ぼす可能性がある。例えば、様々な素子の容量は、この装置のスイッチング速度、及び従ってこの装置の過渡応答に影響を及ぼす可能性がある。それ故に、この装置のこれらの素子の容量を制御することが有用である。
【０００２】
さらに、一部の用途では、電界効果型トランジスタの個々の素子の容量を動的に制御できることが有益である。例えば、ＨＶ（high voltage高電圧）トランジスタにおいては、ゲート−ドレイン間容量（ＣＧＤ）若しくはドレイン−ソース間容量（ＣＤＳ）、又はこれらの両方を動的に変化させ、あるいは一方又は両方の容量素子を変更することにより、ＣＧＤ／ＣＤＳの比率（以降ではしばしば「比率」と称する）を変化させることが有益なこともある。
【０００３】
この比率を動的に変更することが有用となり得る１つの用途は超音波技術に基づいた撮像装置等の超音波装置におけるものである。この技術は医学検査装置においてしばしば使用される。多数の超音波ベースの撮像装置では、電子送信機及び電子受信機に結合されたトランスデューサが存在する。これらのトランスデューサは比較的高電圧の装置であり、この受信機は画像の分解能を高めるために多くの場合に必然的に非常に感度が良い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この感度は画像分解能を改善する際には役に立つが、この感度により、受信機は過渡電気パルスの影響を受けやすくなる。この影響の受けやすさに対処するためには、比較的高いＨＶ伝送信号の伝送中に受信機が確実に分離されるようにすることが必要である。さらに、スイッチが受信機をスイッチ「オン」するときに、このスイッチからのパルスがあまり大きくなりすぎず、それ故に望ましくない画像が回避されるようにするために、スイッチ自体が制御される必要がある。これを実現するためには、このＭＯＳＦＥＴベースのＨＶスイッチの製造中に上記比率を制御することが必要である。
【０００５】
知られているように、各トランスデューサはそれ自体の電気特性を有しており、トランスデューサが特定の用途のために変更される場合には、この比率についてもまた変更される必要がある。知られている技術では、上記比率は静的な値である。残念ながら、知られているＨＶ電界効果型装置中における比率の値は、この装置配置によって決定され、この装置設計者によってはほとんど又は全く制御されない。それ故に、この比率は固定されているので、その過渡応答を含めて、この装置のスイッチング動作は、特定のトランスデューサについて最適化することが困難となる。
【０００６】
従って、比率（ＣＧＤ／ＣＤＳ）の動的な変化が可能な電界効果型装置が必要になっている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の一例によれば、キャパシタのプレートをそれぞれ形成する複数のセグメントを有する少なくとも１つのセグメント化されたフィールド・プレートを電界効果型装置が含んでおり、ここでは、選択されたセグメントを動的に接続してゲート−ドレイン間容量とドレイン−ソース間容量とを選択的に設定する電子素子に電界効果型装置が接続される。
【０００８】
実施形態の一例によれば、送信モードスイッチング装置と受信モードスイッチング装置の間でトランスデューサをスイッチングするスイッチング装置に結合されたこのトランスデューサを超音波装置が含んでおり、ここでは、キャパシタのプレートをそれぞれ形成する複数のセグメントを有する少なくとも１つのセグメント化されたフィールド・プレートを含む電界効果型装置をスイッチング装置が含んでおり、またここでは、選択されたセグメントを動的に接続してゲート−ドレイン間容量とドレイン−ソース間容量とを選択的に設定する電子素子に電界効果型装置が接続される。
【０００９】
本発明については、添付図面と併せ読むときに、以降の詳細な説明から最も良く理解される。様々な特徴については、必ずしも縮尺するように描かれるとは限らないことが強調される。実際に、これらの寸法は、説明を明確にするために自由裁量で拡大され、縮小されていることもある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以降の詳細な説明においては、例証の目的のためであり限定する目的ではなく、個々の詳細を開示する実施形態の各例が本発明を完全に理解するために述べられている。しかし、本発明は本明細書中で開示されるこれらの特定の詳細を逸脱した他の実施形態においても実行することができることが本開示の恩恵に浴する当業者には明らかであろう。さらに、よく知られている装置、方法、及び材料についての説明は、本発明の説明をあいまいにすることがないように省略されることもある。
【００１１】
簡単に言えば、これらの実施形態の例は、動的に可変なＣＧＤ及びＣＤＳと、それによって動的に可変な比率ＣＧＤ／ＣＤＳとを有するスイッチング素子としての電界効果型装置と、その実装に関する。この動的な可変性はゲート及びソースに対する諸セグメントの選択的な接続によってもたらされる。この選択的な接続は、多重化装置又は同様な装置の使用によって実現される。実施形態の一例においては、このスイッチング素子は、超音波トランスデューサの送信機能と受信機能との間でスイッチングする際に使用される。特徴としては、スイッチング素子は２つの状況において使用することができる。第１の状況では、比率ＣＧＤ／ＣＤＳは、このスイッチング素子のターンオン中に変更して電荷注入を最小にすることができ、第２の状況では、トランスデューサごとに特定のＣＧＤ／ＣＤＳを動的に選択して、このトランスデューサからの受信信号の品質を最適化することができる。これら及び他の詳細については、実施形態の各例について本説明が継続されるにつれて、より明らかになるはずである。
【００１２】
図１は実施形態の一例による電界効果型装置１００を示している。図１の実施形態の一例においては、この装置はシリコンベースのＨＶセミコンダクタ・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）である。これは、単に例示的なものにすぎず、他の模範実施形態は、他の材料／技術からのものでもよいことに留意されたい。例えば、この装置は図に示されるような横型２重拡散ＭＯＳ（ＬＤＭＯＳ）構造であってもよい。代わりに、この装置は横型接合ＦＥＴ又はダイオード等他のタイプのＨＶ電界効果型構造であってもよい。これらの装置の半導体ベースは、シリコン、シリコン−ゲルマニウム（Ｓｉ−Ｇｅ）、又はＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ材料であってもよい。最後に、これらの実施形態の例の概念は、約１００Ｖより大きな絶縁破壊電圧を有する装置についても使用することができる。
【００１３】
装置１００の多くのアスペクトが半導体装置及びその製造技術における当業者によく知られている。従って、それ以外に説明していない限り、当業者によく知られている製造技法、材料及びドーピング・レベルについては、これらの実施形態の説明をあいまいにしないようにするために省略される。
【００１４】
装置１００は単結晶シリコン等の基板１０１を含んでいる。装置１００がＳＯＩ装置であることから、埋込み酸化物層が基板１０１上に配置され、標準的な製造方法によって形成される。バルクＳｉ層１０３がＳＯＩ層１０２上に配置され、これは、例示の装置１００のｎ−形ドリフト領域となる。フィールド酸化膜１０４がｎ−ドリフト層１０３上に配置される。ｐ−形ボディ１０５は、このｐ−ボディ１０５とコンタクトして形成されるｐ＋ボディ・コンタクト１０６を有する。ｐ＋ボディ・コンタクト１０６に隣接して、図に示されるようなソース金属配線１１０を有するｎ＋ソース１０７が存在する。ｎ＋ドレイン１０８が図に示されるように配置され、その上にドレイン金属配線１１２を有する。フィールド・プレート１０９は上述のようにセグメント化され、セグメント１１４を有し、例としては金属であり、またゲートのドープ・ポリシリコン（ポリ）フィールド・プレート１１１も同様にセグメント化され、セグメント１１５を有する。最後に、窒化ケイ素等の誘電体層１１３がポリ・フィールド・プレート１１１の下に配置される。
【００１５】
これらのセグメントは知られているパターン形成技法及びエッチング技法によって製造される。例としては、セグメント１１４間及びセグメント１１５間の間隔１１６は、およそ２．０μｍの程度であり、この装置の動作が悪化することなしにソース・コンタクト又はゲート・コンタクトへの接続を可能にしている。これらのセグメント１１４及び１１５は、約５０μｍ程度の（セグメント化されていない）一体フィールド・プレートの幅より小さな約２．０μｍ程度の幅を有することができる。セグメント１１４及び１１５の数が各ＣＧＤ及びＣＤＳの容量値の可変性並びにその最大値を決定する。ゲートに電気的に接続されたセグメント１１４はＣＧＤに寄与することになるが、ソースに接続されたセグメント１１５はＣＤＳに寄与することになる。
【００１６】
本明細書中で、さらに詳細に説明されるように、フィールド・プレート１０９及びポリ・フィールド・プレート１１１はセグメント化されて、これらのフィールド・プレートの各セグメントの、ドレイン・コンタクト１１２又はソース・コンタクト１１０に対する選択的接続を可能にする。これらのセグメント１１４及び１１５の選択的接続は、それぞれ容量性要素ＣＧＤ及びＣＤＳの制御を可能にする。もちろん、これにより、このキャパシタのプレートの面積を増大させることによってこれらの要素の一方又は両方の選択的な増加が可能になる。当然のことながら、比率ＣＧＤ／ＣＤＳは、この選択により変更することができる。
【００１７】
図２は、実施形態の一例による、装置１００等の電界効果型装置のコンタクト・パターン２００の平面図である。もちろん実際には、複数のかかる装置が単一チップ上に存在していてもよい。明確にするために１つの装置が詳細に説明される。ソース・コンタクト２０１、ゲート・コンタクト２０２、及びドレイン・コンタクト２０３が示されている。半導体装置処理及び設計における当業者の範囲内においては、セグメント化されたゲート・フィールド・プレート２０４は、例としてはドープ・ポリシリコンであり、セグメント化されたフィールド・プレート２０５は、例としては適切なコンタクト金属である。ＣＧＤ若しくはＣＤＳのある値及び／又はこの比率の特定の値を実現するための、セグメント化されたフィールド・プレート２０４及び２０５の選択されたセグメントに対する接続が、それぞれコンタクト２０６及び２０７を介してもたらさせる。これらのコンタクト２０６及び２０７は、図２には示されていないが制御回路に接続されており、この制御回路がこれらの選択的な接続をもたらす。
【００１８】
図３は、電界効果型装置のフィールド・プレートのあるセグメントに対する接続をもたらして、容量ＣＧＤ、ＣＤＳ及び／又はこの比率の特定値を動的に制御する際に有効である例示の制御回路３００の概略図を示している。ゲート３０１、ドレイン３０２及びソース３０３は図１に示されるようになっている。ゲートのセグメント化されたフィールド・プレート（例えば、セグメント化されたフィールド・プレート１１５）に対するコンタクトの接続は、（図２のコンタクト２０６に対応する）コンタクト３０６によってもたらされ、このゲート上のセグメント化されたフィールド・プレート（例えば、セグメント化されたフィールド・プレート１１４）に対する接続は、（コンタクト２０７に対応する）コンタクト３０７によってもたらされる。これらのコンタクト３０６及び３０７は、マルチプレクサ３０４（ＭＵＸ）によって選択的に接続され、このマルチプレクサは、セレクタ３０５から入力を受け取る。ＭＵＸ３０５は、例としては、通常１４Ｖであるゲート−ソース間電圧より大きな絶縁破壊電圧を有するトランジスタを含んでいる。
【００１９】
ＭＵＸ３０４の複数のスイッチ素子３０８のうちのどれが接続されるべきか、またどのコンタクトに対して所望の値のＣＧＤ、ＣＤＳ及び／又はこの比率の特定値がもたらされるかについての接続情報をセレクタ３０５が受け取る。セレクタ３０５に対する入力が超音波装置のトランスデューサからのものである例示の実施形態においては、トランスデューサ電子回路がセレクタ３０５に対して接続情報を提供するようにされている。
【００２０】
実施形態の一例においては、ＣＧＤの値は、かなりの程度まで最小化される。これは、装置１００がスイッチング機能を実施する用途においては非常に有利である。これに際しては、ＣＧＤの値が大きくなればなるほどスイッチング損失がより顕著になる。知られているように、スイッチング損失は装置及び／又はチップの加熱をもたらす可能性があり、回路性能を制限する可能性がある。それ故に、ＣＧＤの値を許容可能なレベルまで低下させることが有用であり、これは、接続先のセグメント１１４の数を少なくすることにより、フィールド・プレート１０９の面積を減少させることによって実現できる。
【００２１】
他の実施形態の一例においては、ＣＧＤを増大させＣＤＳを減少させることにより、この比率ＣＧＤ／ＣＤＳを最適化することが有利である。もちろん、この最適化は、比較的少ないセグメント１１４と比較的多くのセグメント１１５とに接続することによってもたらされる。この実施形態は、例としては、送信モードへスイッチングし、そして、送信モードをターンオフして送信機の動作中に受信機を保護するのに適用できる。さらに、スイッチによって放出され得るＨＶパルスは、この実施形態によりかなり低下させることができ、それによって受信機における誤った受信を減少させることができる。
【００２２】
上記比率の最適化が有利となる一実施例は、超音波撮像の分野におけるものである。上述されるように、受信機へのダメージ及び誤った画像は、この比率を制御することによって実質的に回避することができる。電界効果型装置１００は送信／受信（ＴＲ）スイッチ回路中で使用することもできる。各トランスデューサの周波数応答は異なるので、実施形態の一例によれば、比率ＣＧＤ／ＣＤＳはトランスデューサ素子ごとに変化させられ、その結果、実質的に最適な比率は、トランスデューサが最適に機能できるように個々のトランスデューサごとに選択される。これは、最終的には、超音波装置の受信機をターンオンさせてトランスデューサからの信号を受け取ることが望ましいときに、スイッチが「オン」状態にターンオンさせられるときに、このスイッチによって送信され得る誤ったＨＶパルスを低下させる。もちろん、この信号は受信機の電子素子によって電気信号に変換され、この信号を使用してトランスデューサによって検出された対象物の画像を形成する。
【００２３】
実施形態の一例による超音波撮像装置４００が図４中に概略形式で示されている。装置４００の送信、受信及び撮像の詳細は、大部分について本開示の範囲外であることに留意されたい。しかし、本実施形態の一例のスイッチの電界効果型装置の重要な利点は、上記比率を制御することにより、誤ったＨＶパルスをこの電界効果型装置によって放出されないようにかなり低下させることができる機能にある。実施形態の一例において、これは、ＣＧＤを増大させＣＤＳを減少させることにより達成されるが、他の実施形態の一例においては、この比率はトランスデューサごとに最適化される。その結果、１つのスイッチング装置と共に、それぞれが異なる周波数応答とスイッチについての比率要件を有する複数のトランスデューサが使用されてもよい。従って、トランスデューサが異なる状況について置き換えられるときに、受信信号の品質について、又は超音波装置と共に使用することができるトランスデューサ数を不必要に制限することについて妥協する必要性がある。
【００２４】
超音波撮像装置４００は、超音波電子モジュール４０１と、撮像ディスプレイ４０２と、トランスデューサ４０３と、キーボード／エントリ装置４０５とを含んでいる。超音波電子モジュール４０１は、送信機と、受信機と、スイッチング素子と、このスイッチング素子用の制御回路とを含んでいる。このスイッチング素子は上述の電界効果型装置１００等の半導体装置を組み込んだ送信／受信（ＴＲ）スイッチを含んでいてもよい。この電子モジュールの様々な素子は、様々な実施形態の例に関連して前述されたようなものである。トランスデューサ４０３は、これらの実施形態の例と調和させて使用することが可能な複数の交換可能なトランスデューサのうちの１つである。以上で詳細に説明されるように、各トランスデューサ４０３は、上記比率及び／又はその要素についてのある種の必要条件を有する。これらの必要条件が前述のようにこの制御回路に入力されて、トランスデューサ及び受信機の性能を最適化する。最後に、撮像ディスプレイ４０２は超音波撮像において知られている装置である。
【００２５】
これらの実施形態の例については、例示の実施形態の説明に関連して詳細に説明してきたが、本発明の変更形態については、本開示の恩典を有している当業者には明らかとなることが明白である。かかる変更形態及び変形形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態の一例による電界効果型トランジスタの断面図である。
【図２】実施形態の一例による接続パターンの平面図である。
【図３】実施形態の一例による回路の等価回路図である。
【図４】実施形態の一例による超音波装置の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2007506287.tif 000007
2007506287.tif 000008
2007506287.tif 000009