(57)【要約】【課題】ＭＯＳ型可変容量素子の電圧を生成するために回路規模を増大させることなく、発振周波数の可変範囲を広げた温度補償型水晶発振器を提供する。【解決手段】この温度補償型水晶発振器は、水晶振動子と、水晶振動子の第１又は第２の電極に電気的に接続された一端を各々が有する第１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子と、温度に応じて変化する温度補償電圧を第１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子の他端に印加する温度補償回路とを備え、第１のＭＯＳ型可変容量素子が、半導体基板内に配置された第１のバックゲートと、第１のバックゲート上に絶縁膜を介して配置されたＮ型の第１のゲート電極とを有し、第２のＭＯＳ型可変容量素子が、半導体基板内に配置されて第１のバックゲートと同じ導電型の第２のバックゲートと、第２のバックゲート上に絶縁膜を介して配置されたＰ型の第２のゲート電極とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極及び第２の電極を有する水晶振動子と、
前記水晶振動子の前記第１又は第２の電極に電気的に接続された一端を有する第１のＭＯＳ型可変容量素子と、
前記水晶振動子の前記第１又は第２の電極に電気的に接続された一端を有する第２のＭＯＳ型可変容量素子と、
温度に応じて変化する温度補償電圧を前記第１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子の他端に印加する温度補償回路と、
を備え、
前記第１のＭＯＳ型可変容量素子が、半導体基板内に配置された第１のバックゲートと、前記第１のバックゲート上に絶縁膜を介して配置されたＮ型の第１のゲート電極とを有し、
前記第２のＭＯＳ型可変容量素子が、前記半導体基板内に配置されて前記第１のバックゲートと同じ導電型の第２のバックゲートと、前記第２のバックゲート上に絶縁膜を介して配置されたＰ型の第２のゲート電極とを有する、
温度補償型水晶発振器。
【請求項２】
第１の電極及び第２の電極を有する水晶振動子と、
前記水晶振動子の前記第１又は第２の電極に電気的に接続された一端を有する第１のＭＯＳ型可変容量素子と、
前記水晶振動子の前記第１又は第２の電極に電気的に接続された一端を有する第２のＭＯＳ型可変容量素子と、
温度に応じて変化する温度補償電圧を前記第１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子の他端に印加する温度補償回路と、
を備え、
前記第１のＭＯＳ型可変容量素子が、半導体基板内に配置された第１のバックゲートと、前記第１のバックゲート上に絶縁膜を介して配置されてＮ型の部分及びＰ型の部分を含む第１のゲート電極とを有し、
前記第２のＭＯＳ型可変容量素子が、前記半導体基板内に配置されて前記第１のバックゲートと同じ導電型の第２のバックゲートと、前記第２のバックゲート上に絶縁膜を介して配置されてＮ型の部分及びＰ型の部分を含む第２のゲート電極とを有する、
温度補償型水晶発振器。
【請求項３】
前記水晶振動子の前記第１の電極と前記第２の電極との間に接続されて反転増幅動作を行う増幅回路をさらに備える、請求項１又は２記載の温度補償型水晶発振器。
【請求項４】
前記第１のＭＯＳ型可変容量素子の前記第１のゲート電極及び前記第２のＭＯＳ型可変容量素子の前記第２のゲート電極が、前記水晶振動子の前記第１及び第２の電極にそれぞれ電気的に接続され、
前記温度補償回路が、前記第１のＭＯＳ型可変容量素子の前記第１のバックゲート及び前記第２のＭＯＳ型可変容量素子の前記第２のバックゲートに前記温度補償電圧を供給する、
請求項１〜３のいずれか１項記載の温度補償型水晶発振器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の温度補償型水晶発振器を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量素子を用いて発振周波数が温度補償される温度補償型水晶発振器に関する。さらに、本発明は、そのような温度補償型水晶発振器を用いた電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）においては、発振周波数を温度補償するために、印加される電圧に応じて容量値が変化する可変容量素子として、例えば、ＭＯＳ型可変容量素子（ＭＯＳキャパシター）が用いられている。ＭＯＳ型可変容量素子において、容量値の可変範囲を広くするためには、ゲート絶縁膜を薄くすることが考えられる。しかしながら、ゲート絶縁膜を薄くするとゲートリークが増加するので、ゲート絶縁膜を薄くするには限界がある。そこで、複数のＭＯＳ型可変容量素子を互いに異なるバイアス領域で動作させることが行われている。
【０００３】
例えば、第１のＭＯＳ型可変容量素子と第２のＭＯＳ型可変容量素子とが水晶振動子を介して交流的に並列接続されて、第１のＭＯＳ型可変容量素子の一端に第１のバイアス電圧が印加され、第２のＭＯＳ型可変容量素子の一端に第１のバイアス電圧とは異なる第２のバイアス電圧が印加される。さらに、第１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子の他端に温度補償電圧を印加することにより、第１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子が互いに異なるバイアス領域で動作するので、温度補償型水晶発振器の発振周波数の可変範囲を広げることができる。
【０００４】
しかしながら、その場合には、互いに異なる２種類のバイアス電圧を生成するために、バイアス電圧をシフトさせるバイアス回路が必要になるので、回路規模が増大して温度補償型水晶発振器のコストアップを招いてしまう。また、バイアス回路はノイズ発生源となるので、温度補償型水晶発振器の発振特性を向上させることが困難になる。
【０００５】
関連する技術として、特許文献１には、使用電圧範囲での周波数調整範囲が大きく、温度補償のための制御信号の発生回路を簡略化でき、制御信号の狭い電圧範囲でも温度補償範囲が広い温度補償型水晶発振器が開示されている。この温度補償型水晶発振器は、ＡＴカット水晶振動子と発振周波数調整用の可変容量としてのＭＯＳ型コンデンサーとを有する水晶発振回路と、ＭＯＳ型コンデンサーの一方の端子に接続された温度補償用の第１の制御信号発生回路と、ＭＯＳ型コンデンサーの他方の端子に接続された温度補償用の第２の制御信号発生回路とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−８８０５２号公報（段落００１４−００１５、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の温度補償型水晶発振器においては、１つのＭＯＳ型コンデンサーのみが使用されるが、温度補償用に第１の制御信号発生回路と第２の制御信号発生回路とが必要となるので、回路規模が増大して温度補償型水晶発振器のコストアップを招いてしまう。また、制御信号発生回路はノイズ発生源となるので、温度補償型水晶発振器の発振特性を向上させることが困難になる。
【０００８】
そこで、上記の点に鑑み、本発明の第１の目的は、ＭＯＳ型可変容量素子に印加される電圧を生成するために回路規模を増大させることなく、発振周波数の可変範囲を広げることができる温度補償型水晶発振器を提供することである。また、本発明の第２の目的は、そのような温度補償型水晶発振器を用いた電子機器等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の第１の観点に係る温度補償型水晶発振器は、第１の電極及び第２の電極を有する水晶振動子と、水晶振動子の第１又は第２の電極に電気的に接続された一端を有する第１のＭＯＳ型可変容量素子と、水晶振動子の第１又は第２の電極に電気的に接続された一端を有する第２のＭＯＳ型可変容量素子と、温度に応じて変化する温度補償電圧を第１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子の他端に印加する温度補償回路とを備え、第１のＭＯＳ型可変容量素子が、半導体基板内に配置された第１のバックゲートと、第１のバックゲート上に絶縁膜を介して配置されたＮ型の第１のゲート電極とを有し、第２のＭＯＳ型可変容量素子が、半導体基板内に配置されて第１のバックゲートと同じ導電型の第２のバックゲートと、第２のバックゲート上に絶縁膜を介して配置されたＰ型の第２のゲート電極とを有する。
【００１０】
本発明の第１の観点によれば、Ｎ型の第１のゲート電極を有する第１のＭＯＳ型可変容量素子と、Ｐ型の第２のゲート電極を有する第２のＭＯＳ型可変容量素子とが、互いに異なるフラットバンド電圧を有しているので、第１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子を交流的に並列接続することにより、ＭＯＳ型可変容量素子に印加される電圧を生成するために回路規模を増大させることなく、発振周波数の可変範囲を広げることができる。
【００１１】
また、本発明の第２の観点に係る温度補償型水晶発振器は、第１の電極及び第２の電極を有する水晶振動子と、水晶振動子の第１又は第２の電極に電気的に接続された一端を有する第１のＭＯＳ型可変容量素子と、水晶振動子の第１又は第２の電極に電気的に接続された一端を有する第２のＭＯＳ型可変容量素子と、温度に応じて変化する温度補償電圧を第１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子の他端に印加する温度補償回路とを備え、第１のＭＯＳ型可変容量素子が、半導体基板内に配置された第１のバックゲートと、第１のバックゲート上に絶縁膜を介して配置されてＮ型の部分及びＰ型の部分を含む第１のゲート電極とを有し、第２のＭＯＳ型可変容量素子が、半導体基板内に配置されて第１のバックゲートと同じ導電型の第２のバックゲートと、第２のバックゲート上に絶縁膜を介して配置されてＮ型の部分及びＰ型の部分を含む第２のゲート電極とを有する。
【００１２】
本発明の第２の観点によれば、第１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子が、第１及び第２のゲート電極のＮ型の部分とＰ型の部分とにおいて互いに異なるフラットバンド電圧を有しているので、第１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子を交流的に並列接続することにより、ＭＯＳ型可変容量素子に印加される電圧を生成するために回路規模を増大させることなく、発振周波数の可変範囲を広げることができる。
【００１３】
本発明の第１又は第２の観点に係る温度補償型水晶発振器は、水晶振動子の第１の電極と第２の電極との間に接続されて反転増幅動作を行う増幅回路をさらに備えても良い。それにより、水晶振動子が増幅回路のフィードバックループに挿入されるので、増幅回路は、水晶振動子の共振特性を利用して発振動作を行うことができる。
【００１４】
また、第１のＭＯＳ型可変容量素子の第１のゲート電極及び第２のＭＯＳ型可変容量素子の第２のゲート電極が、水晶振動子の第１及び第２の電極にそれぞれ電気的に接続され、温度補償回路が、第１のＭＯＳ型可変容量素子の第１のバックゲート及び第２のＭＯＳ型可変容量素子の第２のバックゲートに温度補償電圧を供給するようにしても良い。その場合には、第１及び第２のバックゲートに同一の温度補償電圧が供給されるので、第１及び第２のバックゲートを一体化することも可能である。
【００１５】
さらに、本発明の第３の観点に係る電子機器は、上記いずれかの温度補償型水晶発振器を備える。本発明の第３の観点によれば、ＭＯＳ型可変容量素子に印加される電圧を生成するために回路規模を増大させることなく発振周波数の可変範囲を広げた温度補償型水晶発振器を用いて、広い温度範囲において正確な動作を行うことが可能な電子機器を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る温度補償型水晶発振器の構成例を示す回路図。
【図２】図１に示す第１のＭＯＳ型可変容量素子の構成例を示す断面図。
【図３】図１に示す第２のＭＯＳ型可変容量素子の構成例を示す断面図。
【図４】従来の温度補償型水晶発振器における容量変化の例を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る温度補償型水晶発振器における容量変化の例を示す図。
【図６】第２の実施形態におけるＭＯＳ型可変容量素子の構成例を示す断面図。
【図７】第２の実施形態に係る温度補償型水晶発振器における容量変化の例を示す図。
【図８】本発明の一実施形態に係る電子機器の構成例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る温度補償型水晶発振器の構成例を示す回路図である。この温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）は、高電位側の電源電位ＶＤＤと、電源電位ＶＤＤよりも低い低電位側の電源電位ＶＳＳ（図１に示す例においては、接地電位０Ｖ）とが供給されて、発振動作を行うことにより、発振信号ＯＳＣを生成する。
【００１８】
図１に示すように、温度補償型水晶発振器は、発振回路１０と、温度補償回路２０とを含んでいる。発振回路１０は、水晶振動子１１と、定電流源１２と、ＮＰＮバイポーラトランジスターＱＢ１と、抵抗Ｒ１及びＲ２と、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１と、第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２と、キャパシターＣ１とを含んでいる。ここで、水晶振動子１１以外の温度補償型水晶発振器の構成要素の少なくとも一部が、半導体装置（ＩＣ）に内蔵されても良い。
【００１９】
水晶振動子１１は、第１の電極１１ａ及び第２の電極１１ｂを有している。トランジスターＱＢ１及び抵抗Ｒ１は、水晶振動子１１の第１の電極１１ａと第２の電極１１ｂとの間に接続されて反転増幅動作を行う増幅回路を構成する。それにより、水晶振動子１１が増幅回路のフィードバックループに挿入されるので、増幅回路は、水晶振動子１１の共振特性を利用して発振動作を行うことができる。なお、増幅回路としては、インバーター等の他の回路を使用することもできる。
【００２０】
トランジスターＱＢ１は、水晶振動子１１の第１の電極１１ａに接続されたコレクターと、電源電位ＶＳＳの配線に接続されたエミッターと、水晶振動子１１の第２の電極１１ｂに接続されたベースとを有している。定電流源１２は、例えば、カレントミラー回路を含み、カレントミラー回路を構成する一方のトランジスターが、トランジスターＱＢ１のコレクターに定電流を供給する。抵抗Ｒ１は、トランジスターＱＢ１のコレクターとベースとの間に接続されて、トランジスターＱＢ１にベース電流を供給する。
【００２１】
第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１は、水晶振動子１１の第１の電極１１ａ又は第２の電極１１ｂに電気的に接続された一端を有している。また、第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２は、水晶振動子１１の第１の電極１１ａ又は第２の電極１１ｂに電気的に接続された一端を有している。図１に示す例においては、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１の一端が、水晶振動子１１の第１の電極１１ａに電気的に接続され、第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２の一端が、水晶振動子１１の第２の電極１１ｂに電気的に接続されている。
【００２２】
あるいは、水晶振動子１１の第１の電極１１ａに一端が電気的に接続された１組の第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２と、水晶振動子１１の第２の電極１１ｂに一端が電気的に接続されたもう１組の第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２とを設けても良い。キャパシターＣ１は、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２の他端と電源電位ＶＳＳの配線との間に接続されている。
【００２３】
トランジスターＱＢ１が反転増幅動作を行うと、コレクターに生成される発振信号ＯＳＣが、並列接続された水晶振動子１１及び抵抗Ｒ１を介してベースにフィードバックされる。その際に、水晶振動子１１は、トランジスターＱＢ１によって印加される交流電圧によって振動する。その振動は、固有の共振周波数において大きく励起されて、水晶振動子１１が負性抵抗として動作する。
【００２４】
その結果、発振回路１０は、主に水晶振動子１１の共振周波数によって決定される発振周波数で発振する。ただし、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２の容量値を変更することにより、発振回路１０の発振周波数を微調整することができる。第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２の容量値は、それらの両端間に印加される電圧に従って変化する。
【００２５】
温度補償回路２０は、温度センサーを含み、温度に応じて変化する温度補償電圧ＶＣを、抵抗Ｒ２を介して第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２の他端に印加する。温度センサーは、例えば、ＰＮ接合ダイオード、トランジスター、又は、サーミスターと、増幅回路とを含み、周囲の温度を検出して検出信号を出力する。温度補償回路２０は、例えば、温度センサーによって検出される温度の１次関数として表される電圧と、当該温度の３次関数として表される電圧とを加算することにより、水晶振動子１１の共振周波数の温度特性を相殺する温度補償電圧ＶＣを生成する。
【００２６】
図２は、図１に示す第１のＭＯＳ型可変容量素子の構成例を示す断面図である。図２に示すように、例えば、Ｐ型の不純物を含むシリコン（Ｓｉ）で構成されるＰ型の半導体基板４０内に、Ｎウェル４１と、Ｐウェル４２及び４３とが配置されている。さらに、Ｎウェル４１内に、Ｎウェル４１に温度補償電圧ＶＣを供給するためのＮ型のコンタクト領域（Ｎ＋）が配置され、Ｐウェル４２及び４３内に、Ｐウェル４２及び４３を介して半導体基板４０に電源電位ＶＳＳを供給するためのＰ型のコンタクト領域（Ｐ＋）が配置されている。
【００２７】
第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１は、半導体基板４０内に配置されたＮウェル４１で構成される第１のバックゲートと、第１のバックゲート上に絶縁膜（ゲート絶縁膜）５１を介して配置されたＮ型の第１のゲート電極６１とを有している。第１のゲート電極６１は、例えば、Ｎ型の不純物を含むポリシリコンで構成される。ここで、絶縁膜５１と第１のゲート電極６１との界面の実効的な固定電荷密度は、第１のゲート電極６１のフラットバンド電圧シフトに絶縁膜５１の容量を乗じることによって求められる。
【００２８】
一般に、半導体基板の表面ポテンシャルがゼロになって半導体基板のバンドがフラットになった状態をフラットバンドという。理想的な場合（絶縁膜の界面や絶縁膜中に電荷が存在しない場合）でも、半導体基板のフェルミ準位とゲート電極の仕事関数との差によって、ゲート電圧を０Ｖとしてもフラットバンドにならない。それらの差に相当する電圧をゲート電極に印加することによってフラットバンドとなり、そのゲート電圧が、理想的なフラットバンド電圧である。また、理想的な場合からの電圧差を、フラットバンド電圧シフトという。
【００２９】
図３は、図１に示す第２のＭＯＳ型可変容量素子の構成例を示す断面図である。図３に示すように、Ｐ型の半導体基板４０内に、Ｎウェル４４と、Ｐウェル４５及び４６とが配置されている。さらに、Ｎウェル４４内に、Ｎウェル４４に温度補償電圧ＶＣを供給するためのＮ型のコンタクト領域（Ｎ＋）が配置され、Ｐウェル４５及び４６内に、Ｐウェル４５及び４６を介して半導体基板４０に電源電位ＶＳＳを供給するためのＰ型のコンタクト領域（Ｐ＋）が配置されている。
【００３０】
第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２は、半導体基板４０内に配置されたＮウェル４４で構成される第２のバックゲートと、第２のバックゲート上に絶縁膜（ゲート絶縁膜）５２を介して配置されたＰ型の第２のゲート電極６２とを有している。第２のゲート電極６２は、例えば、Ｐ型の不純物を含むポリシリコンで構成される。ここで、絶縁膜５２と第２のゲート電極６２との界面の実効的な固定電荷密度は、第２のゲート電極６２のフラットバンド電圧シフトに絶縁膜５２の容量を乗じることによって求められる。
【００３１】
図１〜図３を参照すると、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１の第１のゲート電極６１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２の第２のゲート電極６２が、水晶振動子１１の第１の電極１１ａ及び第２の電極１１ｂにそれぞれ電気的に接続されている。また、温度補償回路２０が、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１の第１のバックゲート及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２の第２のバックゲートに温度補償電圧ＶＣを供給する。その場合には、第１及び第２のバックゲートに同一の温度補償電圧ＶＣが供給されるので、第１及び第２のバックゲートを一体化することも可能である。
【００３２】
即ち、図２及び図３において、Ｎウェル４１とＮウェル４４とが一体化されても良い。さらに、Ｐウェル４２とＰウェル４５とが一体化され、Ｐウェル４３とＰウェル４６とが一体化されても良い。あるいは、第１及び第２のバックゲートが、Ｎ型の半導体基板又はＮウェル内に配置された少なくとも１つのＰウェルで構成されても良い。その場合には、温度補償電圧ＶＣの極性が逆極性にされる。いずれにしても、第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２の第２のバックゲートは、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１の第１のバックゲートと同じ導電型である必要がある。
【００３３】
図４は、従来の温度補償型水晶発振器における容量変化の例を示す図であり、図５は、本発明の第１の実施形態に係る温度補償型水晶発振器における容量変化の例を示す図である。図４及び図５において、横軸は、温度補償電圧を表しており、縦軸は、第１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子の容量及びそれらの合成容量を規格化して表している。
【００３４】
ＭＯＳ型可変容量素子のゲート電圧を上昇させて行くと、ウェル（例えば、図２又は図３に示すＮウェル４１又は４４）に形成される空乏層が次第に拡大して、ＭＯＳ型可変容量素子の容量値が次第に小さくなる。そして、ＭＯＳ型可変容量素子のゲート電圧がある程度上昇すると、空乏層の拡大が飽和して、ＭＯＳ型可変容量素子の容量値が一定値に近付く。
【００３５】
従来の温度補償型水晶発振器に用いられる第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＰ１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＰ２は、同一の構造を有している。第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＰ１の一端に第１のバイアス電圧が印加され、第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＰ２の一端に第２のバイアス電圧が印加される。また、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＰ１の他端及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＰ２の他端に温度補償電圧が印加される。
【００３６】
例えば、第２のバイアス電圧を第１のバイアス電圧よりも１Ｖだけ高くすることにより、第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＰ２の容量変化カーブは、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＰ１の容量変化カーブに対して、図４における右方向に１Ｖ分だけずれることになる。図４に示す合成容量は、交流的に並列接続された第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＰ１の容量と第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＰ２の容量とを足し合わせたものである。
【００３７】
一方、図１に示す温度補償型水晶発振器に用いられる第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２は、ゲート電極の導電型の違いによって互いに異なるフラットバンド電圧を有している。従って、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１の一端及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２の一端に同一の直流電圧が印加され、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１の他端及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２の他端に温度補償電圧が印加された場合においても、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１の容量変化カーブと、第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２の容量変化カーブとは、図５における横軸方向にずれることになる。図５に示す合成容量は、交流的に並列接続された第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１の容量と第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２の容量とを足し合わせたものである。
【００３８】
このように、本実施形態によれば、Ｎ型の第１のゲート電極６１（図２）を有する第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１と、Ｐ型の第２のゲート電極６２（図３）を有する第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２とが、互いに異なるフラットバンド電圧を有しているので、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２を交流的に並列接続することにより、ＭＯＳ型可変容量素子に印加される電圧を生成するために回路規模を増大させることなく、発振周波数の可変範囲を広げることができる。
【００３９】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態においては、図１に示す温度補償型水晶発振器に用いられる第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２の構成が、第１の実施形態におけるのと異なっている。その他の点に関しては、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様でも良い。
【００４０】
図６は、第２の実施形態において用いられるＭＯＳ型可変容量素子の構成例を示す断面図である。図６に示すように、Ｐ型の半導体基板４０内に、Ｎウェル４７と、Ｐウェル４８及び４９とが配置されている。さらに、Ｎウェル４７内に、Ｎウェル４７に温度補償電圧ＶＣを供給するためのＮ型のコンタクト領域（Ｎ＋）が配置され、Ｐウェル４８及び４９内に、Ｐウェル４８及び４９を介して半導体基板４０に電源電位ＶＳＳを供給するためのＰ型のコンタクト領域（Ｐ＋）が配置されている。
【００４１】
例えば、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１は、半導体基板４０内に配置されたＮウェル４７で構成される第１のバックゲートと、第１のバックゲート上に絶縁膜（ゲート絶縁膜）５３を介して配置された第１のゲート電極６３とを有している。第１のゲート電極６３は、Ｎ型の部分６３ａ及びＰ型の部分６３ｂを含んでおり、例えば、所定の部分にＰ型の不純物を含み、それ以外の部分にＮ型の不純物を含むポリシリコンで構成される。
【００４２】
同様に、第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２も、半導体基板４０内に配置されたＮウェルで構成される第２のバックゲートと、第２のバックゲート上に絶縁膜を介して配置された第２のゲート電極とを有している。第２のゲート電極は、Ｎ型の部分及びＰ型の部分を含んでいる。ただし、第２のゲート電極におけるＮ型の部分とＰ型の部分との平面視による面積比は、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１におけるのと異なっていても良い。
【００４３】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る温度補償型水晶発振器における容量変化の例を示す図である。図７において、横軸は、温度補償電圧を表しており、縦軸は、第１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子の合成容量を規格化して表している。第１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子の第１及び第２のゲート電極において、Ｎ型の部分とＰ型の部分との平面視による面積比は、４：１となっている。
【００４４】
図６に示すＭＯＳ型可変容量素子の容量変化カーブは、ゲート電極のＮ型の部分とＰ型の部分とにおいてフラットバンド電圧が異なるので、Ｎ型のゲート電極を有するＭＯＳ型可変容量素子の容量変化カーブと、Ｐ型のゲート電極を有するＭＯＳ型可変容量素子の容量変化カーブとの中間状態となる。図７に示す合成容量は、交流的に並列接続された第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１の容量と第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２の容量とを足し合わせたものである。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２が、第１及び第２のゲート電極のＮ型の部分とＰ型の部分とにおいて互いに異なるフラットバンド電圧を有しているので、第１のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ１及び第２のＭＯＳ型可変容量素子ＣＶ２を交流的に並列接続することにより、ＭＯＳ型可変容量素子に印加される電圧を生成するために回路規模を増大させることなく、発振周波数の可変範囲を広げることができる。
【００４６】
＜電子機器＞
次に、本発明のいずれかの実施形態に係る温度補償型水晶発振器を用いた電子機器について説明する。
図８は、本発明の一実施形態に係る電子機器の構成例を示すブロック図である。以下においては、電子機器の一例として、時計及びタイマーについて説明する。本発明の一実施形態に係る時計は、本発明のいずれかの実施形態に係る温度補償型水晶発振器１１０と、分周器１２０と、操作部１３０と、計時部１４０と、表示部１５０と、音声出力部１６０とを含んでいる。また、本発明の一実施形態に係るタイマーは、音声出力部１６０の替りに制御部１７０を含んでいる。なお、図８に示す構成要素の一部を省略又は変更しても良いし、あるいは、図８に示す構成要素に他の構成要素を付加しても良い。
【００４７】
分周器１２０は、例えば、複数のフリップフロップ等で構成され、温度補償型水晶発振器１１０から供給されるクロック信号を分周して、計時用の分周クロック信号を生成する。計時部１４０は、例えば、カウンター等で構成され、分周器１２０から供給される分周クロック信号に基づいて計時動作を行うと共に、現在時刻又はアラーム時刻を表す表示信号や、アラーム音を発生するためのアラーム信号を生成する。
【００４８】
操作部１３０は、計時部１４０に現在時刻又はアラーム時刻を設定するために用いられる。表示部１５０は、計時部１４０から供給される表示信号に従って、現在時刻又はアラーム時刻を表示する。音声出力部１６０は、計時部１４０から供給されるアラーム信号に従って、アラーム音を発生する。
【００４９】
タイマーの場合には、アラーム機能の替りにタイマー機能が設けられる。即ち、計時部１４０は、現在時刻が設定時刻に一致したことを表すタイマー信号を生成する。制御部１７０は、計時部１４０から供給されるタイマー信号に従って、タイマーに接続されている機器をオン又はオフさせる。
【００５０】
本実施形態によれば、ＭＯＳ型可変容量素子に印加される電圧を生成するために回路規模を増大させることなく発振周波数の可変範囲を広げた温度補償型水晶発振器１１０を用いて、広い温度範囲において正確な動作を行うことが可能な電子機器を低コストで提供することができる。
【００５１】
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、当該技術分野において通常の知識を有する者によって、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。例えば、以上説明した実施形態の内から選択された複数の実施形態を組み合わせて実施することも可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…発振回路、１１…水晶振動子、１１ａ、１１ｂ…電極、１２…定電流源、２０…温度補償回路、４０…半導体基板、４１、４４、４７…Ｎウェル、４２、４３、４５、４６、４８、４９…Ｐウェル、５１〜５３…絶縁膜、６１〜６３…ゲート電極、６３ａ…Ｎ型の部分、６３ｂ…Ｐ型の部分、１１０…温度補償型水晶発振器、１２０…分周器、１３０…操作部、１４０…計時部、１５０…表示部、１６０…音声出力部、１７０…制御部、ＱＢ１…ＮＰＮバイポーラトランジスター、Ｒ１、Ｒ２…抵抗、ＣＶ１、ＣＶ２…ＭＯＳ型可変容量素子、Ｃ１…キャパシター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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