JP2000294568A - ミリ波帯半導体スイッチ回路 - Google Patents

ミリ波帯半導体スイッチ回路

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JP2000294568A
JP2000294568A JP11101264A JP10126499A JP2000294568A JP 2000294568 A JP2000294568 A JP 2000294568A JP 11101264 A JP11101264 A JP 11101264A JP 10126499 A JP10126499 A JP 10126499A JP 2000294568 A JP2000294568 A JP 2000294568A
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electrodes
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    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来よりもFETの形状に付随するインダク
タンス成分を小さく抑え、高い周波数(ミリ波帯)のR
F信号に対して良好なスイッチ特性を示す電界効果トラ
ンジスタを提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明の半導体スイッチは、半導体基板
上に、ゲート電極を第1及び第2の電極により挟んでな
る複数組のFETを並列接続してなる半導体スイッチで
あって、上記複数組のFETの互いに隣り合う第1の電
極同士を電極の長手方向に沿って引き出し、接続する電
極引き出し線路と、上記複数組のFETの隣り合う第2
の電極同士を上記電極引き出し線路に直交する向きに接
続する電極接続配線と、上記複数組のFETの第2の電
極の内、少なくとも最離位置にある2つの第2の電極を
接地する接地配線とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ミリ波帯で使用さ
れる半導体スイッチ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波、ミリ波帯の通信、レーダー
等に使用する通信、受信、あるいは送受信モジュールに
は、送受信信号を切り換えるスイッチ用素子として一般
に電界効果トランジスタ( Field Effect Transistor :
以下、FETと表す)が使用される。
【0003】図17は、従来のFET600を1入力1
出力( SPST : Single-Pole-Single-Throw )スイッチ
として用いる半導体スイッチ回路の構成図である。図1
7の(a)は、FET600の正面図であり、(b)
は、FET600のX−X’断面図である。ドレイン電
極引き出し線路601とドレイン電極602は、ソース
電極605及びゲート電極612を跨ぐ導電性のエアー
ブリッジ617により接続されている。ドレイン電極6
02とドレイン電極603は、ソース電極606及びゲ
ート電極613,614を跨ぐ導電性のエアーブリッジ
616により接続されている。ドレイン電極603とド
レイン電極引き出し線路604は、ソース電極607及
びゲート電極615を跨ぐ導電性のエアーブリッジ61
9により接続されている。ソース電極605,606,
607は、ソース電極引き出し線路608を介してバイ
アホール609に接続される。上記ソース電極とドレイ
ン電極との間には、ゲート電極給電線路616に接続さ
れるゲート電極612,613,614及び615が櫛
状に設けられている。ドレイン電極引き出し線路601
は、MMICを構成する伝送線路610に接続されてい
る。ドレイン電極引き出し線路604は、同じくMMI
Cを構成する伝送線路611に接続されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図18は、FET60
0の等価回路である。FET600の前後段に設けられ
るインダクタンス623,624は、図17に示すFE
T600の形状に付随するインダクタンス成分Lであ
り、インダクタンス625は、図17に示すソース電極
605,606,607の左側に設けたバイアホール6
07のインダクタンス成分Lsである。
【0005】スイッチの切り換えは、FET600のゲ
ート電極(ゲート電極給電線路616)に与える電圧
(以下、ゲート電圧Vg)を制御して行う。FET60
0は、ゲート電圧Vgの値を所定のしきい値以下、例え
ば、約0Vに設定した時にオンとなり、伝送線路610
と接地導体622を接続する。この場合、伝送線路61
1には信号が流れない。
【0006】他方、FET600は、ゲート電圧Vgの
値を上記所定のしきい値電圧より大きくした時にオフと
なり、伝送線路610から接地導体622への信号の流
れを遮断して、伝送線路610から伝送線路611に信
号を流す。
【0007】図19は、FET600がオンしている時
の等価回路である。抵抗626は、オン抵抗Ronであ
る。点Bから見たFETのインピーダンスZonは、Zon
=Ron+j2πf(2L+Ls)と表される。上記関係
式より理解されるように、回路に入力されるRF信号の
周波数fが大きくなると、インピーダンスZonは大きく
なる。インピーダンスZonが大きくなると、抵抗分割の
作用により、伝送線路610から接地導体622に全て
流れるべき信号の一部が伝送線路611にも流れてしま
い、スイッチ特性が劣化(高損失化、低アイソレーショ
ン化)する。
【0008】図20は、FET600がオフしている場
合の等価回路である。容量627は、オフ容量Coff
ある。点Bから見たFET600のインピーダンスZ
offは、Zoff=−j/2πfCoff+j2πf(2L+
Ls)=−j[1−4π22of f/(2L+Ls)]
/(2πfCoff)で表される。上記構成において、R
F信号の周波数fの値が大きくなると、インピーダンス
offが小さくなる。インピーダンスZoffが小さくなる
と、抵抗分割の作用により伝送線路610から伝送線路
611に全て流れるべき信号の一部が接地導体622に
も流れてしまい、スイッチ特性が劣化(高損失化、低ア
イソレーション化)する。
【0009】図21は、周波数f=75GHzのRF信
号が流れる場合に図19及び図20の点Bから見たイン
ピーダンスZon及びZoffを黒丸により表すスミスチャ
ートである。上述したように、オン時におけるインピー
ダンスZon及びオフ時におけるZoffの値は、RF信号
の周波数fに比例した値を取る。高い周波数(ミリ波
帯)のRF信号に対するスイッチ特性を向上するには、
インダクタンス623,624,625の値、即ち、F
ETの形状に付随するインダクタンス成分L及びバイア
ホールのインダクタンス成分Lsを小さく抑えることが
要求される。
【0010】本発明は、FETの形状等に起因するイン
ダクタンス成分(L,Ls)を小さく抑え、特に、高い
周波数(ミリ波帯)のRF信号に対して良好なスイッチ
特性(低損失、高アイソレーション)を示す電界効果ト
ランジスタを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の第1のミリ波帯
半導体スイッチ回路は、ミリ波帯の伝送線路に対して、
接地との間にスイッチング素子としての電界効果トラン
ジスタを設けてなるミリ波帯半導体スイッチ回路におい
て、給電線路に接続される複数の櫛歯状のゲート電極
と、上記複数のゲート電極を所定の間隔をおいて交互に
挟む各複数の第1電極及び第2電極と、上記複数の第1
電極を、該第1電極の長手方向の両端において互いに接
続する第1電極接続配線と、隣り合う第2電極をエアー
ブリッジにより接続する第2電極接続配線と、上記第1
電極接続配線、又は、上記第2電極接続配線により接続
される第2電極であって接続方向の両端に位置する2つ
の第2電極を接地する接地配線とを備え、上記接地配線
に接続されていない、第2電極接続配線により接続され
る第2電極であって接続方向の両端に位置する2つの電
極、又は、上記第1電極接続配線に、伝送線路を接続し
たことを特徴とする。
【0012】本発明の第2のミリ波帯半導体スイッチ回
路は、上記第1のミリ波帯半導体スイッチ回路におい
て、第1電極がドレイン電極であり、第2電極がソース
電極であることを特徴とする。
【0013】本発明の第3のミリ波帯半導体スイッチ回
路は、上記第1のミリ波帯半導体スイッチ回路におい
て、第1電極がソース電極であり、第2電極がドレイン
電極であることを特徴とする。
【0014】本発明の第4のミリ波帯半導体スイッチ回
路は、上記第1乃至第3のミリ波帯半導体スイッチ回路
において、上記接地配線は、上記第1電極接続配線、又
は、第2電極接続配線により接続される第2電極であっ
て接続方向の両端に位置する2つの電極を、バイアホー
ルを介して接地することを特徴とする。
【0015】本発明の第5のミリ波帯半導体スイッチ回
路は、上記第1乃至第3のミリ波帯半導体スイッチ回路
において、上記接地配線は、上記第1電極接続配線、又
は、第2電極接続配線により接続される第2電極であっ
て接続方向の両端に位置する2つの電極を、接地平板に
直結することを特徴とする。
【0016】本発明の第6のミリ波帯半導体スイッチ回
路は、第1電極接続配線と第2電極接続配線を所定のリ
アクタンス成分を有する共振回路により接続してなるこ
とを特徴とする。
【0017】本発明の第7の半導体スイッチは、ミリ波
帯の伝送線路に対して、接地との間にスイッチング素子
としての電界効果トランジスタを設けてなるミリ波帯半
導体スイッチ回路において、給電線路に接続される複数
の櫛歯状のゲート電極と、上記複数のゲート電極を所定
の間隙を持って交互に挟む各複数の第1電極及び第2電
極と、上記複数の第1電極の各々を直接接地する接地配
線と、上記複数の第2電極同士を接続し、対向する2箇
所において伝送線路に接続される電極接続線路とを備え
ることを特徴とする。
【0018】本発明の第8の半導体スイッチは、上記第
7のミリ波帯半導体スイッチ回路において、上記電極接
続線路は、各第2電極を該第2電極の長手方向に引き出
して接続し、上記長手方向の両側に伝送線路接続用の端
子を有することを特徴とする。
【0019】本発明の第9の半導体スイッチは、上記第
7のミリ波帯半導体スイッチ回路において、上記電極接
続線路は、隣り合う第2電極を該第2電極の幅方向に延
びるエアーブリッジにより互いに接続し、上記幅方向の
両端に伝送線路接続用端子を有することを特徴とする。
【0020】本発明の第10の半導体スイッチは、上記
第7のミリ波帯半導体スイッチ回路において、上記電極
引き出し線路は、上記複数の第2電極を櫛歯状に接続
し、該第2電極の短手方向の両側に伝送線路接続用端子
を有することを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】(1)実施の形態1 実施の形態1に係るFET1は、1入力1出力の半導体
スイッチとして機能する。当該FET1は、給電線路に
櫛状に接続されたゲート電極を有するFETであって、
ソース電極同士をエアーブリッジにより接続し、更に、
上記並列に接続されるFETの両端に位置する2つのソ
ース電極に、それぞれ1個以上のバイアホールを接続す
ることを特徴とする。上記構成を採用することで、各ソ
ース電極からバイアホールまでの距離の短縮を図り、オ
ン又はオフ時に該バイアホールにより付加されるインダ
クタンス成分を低減することができる。これにより、オ
ン時におけるインピーダンスZonの増加、及び、オフ時
におけるZoffの減少を抑制してスイッチ特性を向上す
る。
【0022】図1は、接地層を有する半導体基板(図示
せず)上に形成されるFET1の構成を示す図である。
図1の(a)は、FET1の正面図であり、(b)は、
FET1のA−A’断面図である。ドレイン電極2及び
3は、櫛状に延びるゲート電極13,14,15,16
に平行な向きに引き出され、両端に設けられるドレイン
電極引き出し線路4及び6に接続される。上記ゲート電
極13,14,15,16は、ゲート電極給電線路17
に接続されている。なお、ドレイン電極引き出し線路4
とゲート電極給電線路17との交差部20a,20b
は、絶縁体により絶縁されている。
【0023】図1の(b)に示すように、ソース電極8
とソース電極9は、ゲート電極13,14及びドレイン
電極2を跨ぐ導電性のエアーブリッジ11により接続さ
れている。また、ソース電極9とソース電極10は、ゲ
ート電極15,16及びドレイン電極3を跨ぐ導電性の
エアーブリッジ12により接続されている。ソース電極
8は、図示しない半導体基板の接地層に直接接続される
バイアホール18に接続されている。ソース電極10
は、図示しない半導体基板の接地層に直接接続されるバ
イアホール19に接続されている。なお、ソース電極8
及び10に接続されるバイアホールの数は、各々1個以
上が好ましい。
【0024】図2は、上記FET1をMMIC内で1入
力1出力スイッチとして用いた場合であって、所定のゲ
ート電圧Vgを印加してFET1をオンした場合の等価
回路を示す図である。インダクタンス21,22は、F
ET1の形状に付随するインダクタンス成分L’であ
る。インダクタンス23,24は、バイアホール18,
19のインダクタンス成分Lsである。抵抗25は、F
ET1のソース・ドレイン間抵抗Ronである。Ronが数
Ωの場合、点aから見たFET1のインピーダンスZon
は、近似的に次の「数1」により表される。
【数1】 上記「数1」において、インダクタンス成分L’は、ス
イッチ素子1の形状に付随するインダクタンス成分であ
り、インダクタンス成分Lssumは、2以上設けられる
バイアホールのインダクタンス成分Lsの合計を表す。
【0025】図2に示す等価回路において、並列に接続
されるインダクタンス成分Ls(インダクタンス23,
24)の数は、ソース電極に接続されるバイアホールの
数に比例する。ここで、伝送線路に垂直な向きに、片側
に1つだけバイアホールを設けた場合のインダクタンス
成分をLs0とし、両端のソース電極8,10に接続さ
れるバイアホールの数をnとすると、伝送線路に垂直な
向きに両側に各1個以上接続されるバイアホールのイン
ダクタンス成分Lsの合計Lssumは、次の「数2」に
示す関係を満たす。
【数2】
【0026】上記「数1」に示すように、図2の点aか
ら見たインピーダンスZonは、入力されるRF信号の周
波数fの増加に伴い増加する。インピーダンスZonが増
加すると、抵抗分割の作用により伝送線路5に流れるR
F信号が完全に接地導体26,27へと流れず、一部の
RF信号が伝送線路7に流れてしまうといった問題が生
じる。しかし、両端に位置するソース電極に各1個以上
のバイアホールを接続する構成を採用することで、上記
「数2」に示すようにバイアホールのインダクタンス成
分Lssumの値を半分以下に減少することができる。こ
れにより、RF信号の高周波化に伴うインピーダンスZ
onの増加を大幅に抑えることが可能となり、FET1の
オン時のスイッチ特性の大幅な向上(低損失化及び高ア
イソレーション化)を図ることができる。
【0027】図3は、FET1をMMICに使用した場
合であって、ゲート電極給電線路17へ供給する電圧を
FET1のドレイン電流遮断電圧(ピンチオフ電圧:以
下、Vp)よりも低い値に切り換え、FET1をオフに
切り換えた場合の等価回路を示す図である。図中、FE
T1のソース・ドレイン間容量をCoffと表す。点aか
らみたFET1のインピーダンスZoffは、次の「数
3」により表される。
【数3】
【0028】上記「数3」に示すように、点aから見た
インピーダンスZoffは、入力されるRF信号の周波数
の増加に伴い減少する。しかし、上記「数2」に示すよ
うに、ソース電極に2以上のバイアホールを接続する構
成を採用することで、バイアホールによるインダクタン
ス成分Lssumの値を1/2以下の値に減少することが
できる。これにより、高周波信号の入力時におけるイン
ピーダンスZoffの減少を抑制することができ、FET
1のオフ時におけるスイッチ特性の大幅な向上(低損失
化及び高アイソレーション化)を図ることができる。
【0029】図4は、周波数f=75GHzのRF信号
が流れる場合に図2及び図3に示す点aからみたインピ
ーダンスZon及びZoffを表すスミスチャートである。
図中、両端のソース電極の片側(例えばソース電極8だ
け)に1つだけバイアホール(例えばバイアホール18
だけ)を備えた場合におけるインピーダンスZon’及び
off’を点線で示し、ソース電極8にバイアホール1
8を接続すると共に、ソース電極10にバイアホール1
9を接続した場合におけるインピーダンスZon及びZ
offを実線で示す。図示するように、両端に位置する各
ソース電極にバイアホールを備えることで、インピーダ
ンスZonの増加を効率的に抑制すると共に、インピーダ
ンスZoffの減少を効率的に抑制できることが確認され
る。
【0030】なお、図1に示すように、伝送線路を伝わ
るRF信号の進行方向に対して垂直な向きに、バイアホ
ール18及び19を左右対称に配置することで、RF信
号とバイアホールとのカップリング容量が左右対象とな
り、RF特性が安定するといった効果を得ることができ
る。
【0031】FET1は、伝送線路5及び7を同一線状
に接続し、バイヤホール18,19を伝送線路に対して
直交する向きに2個対称に設ける形状を採用する。当該
構成を採用することで、半導体スイッチとしての設計の
便を図ることができる。以下、上記構成のFET1を採
用して3分配スイッチを単一の半導体基板上に作成する
場合について考察する。上述したようにFET1では、
接続する2つの伝送線路5及び7を同一直線上に形成す
る。このため、図5に示すように、1つの伝送線路を信
号の入力方向に設け、更に、残りの2つの伝送線路を信
号の入力方向に対して90度及び270度の方向に設
け、信号の入力端子から各スイッチまでの距離を等しく
することができる。当該構成を採用することで、低損失
でかつ等損失の3分配スイッチを形成することができ
る。
【0032】なお、上記FET1のように、バイアホー
ル18及び19を用いる代わりに、図6に示すFET
1’のように、基板表面に接地平板150,151を設
ける構成を採用してもよい。図6に示すように、FET
1’では、ソース電極8には、接地平板150を接続す
る。ソース電極10には、接地平板151を接続する。
FET1’のオン時におけるインピーダンスZon、及
び、オフ時におけるインピーダンスZoffは、上記FE
T1と同様の数式(「数1」〜「数3」を参照)により
表されるため、ここでの説明は省く。
【0033】(2)実施の形態1の変形例1 図7は、上記FET1の変形例であるFET30の構成
を示す図である。図7の(a)は、FET30の正面図
であり、(b)は、B−B’断面図である。上記FET
30とFET1の相違点は、FET1ではソース電極に
バイアホールが接続されているのに対し、FET30で
はドレイン電極にバイアホールが接続されている点であ
る。上記構成を採用することで、FET30では、伝送
線路41及び43が同一直線上に設けられ、当該伝送線
路41,43と直交する向きに2つのバイアホール3
4,36が設けられる。
【0034】ドレイン電極31,32の図中左端は、ド
レイン電極引き出し線路33を介してバイアホール34
に接続される。ドレイン電極31,32の図中右端は、
ドレイン電極引き出し線路35を介してバイアホール3
6に接続される。ソース電極37とソース電極38は、
ゲート電極44,45及びドレイン電極31を跨ぐ導電
性のエアーブリッジ50により接続される。ソース電極
38とソース電極39は、ゲート電極46,47及びド
レイン電極32を跨ぐ導電性のエアーブリッジ51によ
り接続されている。ソース電極37,39は、それぞれ
ドレイン電極引き出し線路40,42に接続されてい
る。ゲート電極44,45,46,47は、ゲート電極
給電線路48に櫛状に接続されている。ゲート電極給電
線路48とドレイン電極引き出し線路33a,33bと
の交差部49a,49bは、絶縁層を介して絶縁されて
いる。上記構成のFET30のオン時におけるインピー
ダンスZon、及び、オフ時におけるインピーダンスZ
offは、上記FET1と同様の数式(「数1」〜「数
3」を参照)で表されるため、ここでの説明は省く。
【0035】なお、上記バイアホール34,36の代わ
りに、表面に接地平板を設ける構成を採用してもよい。
図8は、上記FET30の変形例であるFET30’の
構成を示す図である。当該FET30’では、バイアホ
ール34,36のかわりに接地平板160,161を備
える。接地平板160は、ドレイン電極引き出し線路3
3a,33bに接続される。接地平板161は、ドレイ
ン電極引き出し線路35a,35bに接続される。な
お、上記構成のFET30’のオン時におけるインピー
ダンスZon、及び、オフ時におけるインピーダンスZ
offは、上記FET1と同様の数式(「数1」〜「数
3」を参照)で表されるため、ここでの説明は省く。
【0036】(3)実施の形態2 実施の形態2に係るFET60は、各ソース電極に該ソ
ース電極を直接接地するバイアホールを備えることを特
徴とする。当該構成を採用することで、オン又はオフ時
にインピーダンスZon又はZoffおけるバイアホールの
インダクタンス成分Lsを一層低減する。これにより、
スイッチ特性の大幅な向上(低損失化及び高アイソレー
ション化)を図る。
【0037】図9は、実施の形態2に係るFET60の
構成を示す図である。各ソース電極65,66,67
は、該ソース電極を図示しない半導体基板の接地層に直
接接続するバイアホール68,69,70を備える。ド
レイン電極61,62の図中右端は、ドレイン電極引き
出し線路63に接続される。ドレイン電極61,62の
図中左端は、ドレイン電極引き出し線路64に接続され
る。ソース・ドレイン電極間に配置されるゲート電極7
1,72,73,74は、ゲート電極給電線路75に接
続される。ゲート電極給電線路75とドレイン電極引き
出し線路64との交差部76a,76bは、絶縁体によ
り絶縁されている。
【0038】上記構成を採用することで、上記実施の形
態1に係るFET1に比べ、ソース電極とバイアホール
間の距離を短縮してインダクタンス成分Lssumの一層
の低減を図ることができる。
【0039】(4)実施の形態2の変形例1 図10は、実施の形態2の変形例1に係るFET80の
構成を示す図である。図10の(a)は、FET80の
正面図であり、(b)は、FET80のC−C’断面図
である。各ソース電極86,87,88は、半導体基板
の接地層に接続されるバイアホール89,90,91を
備える。ドレイン電極引き出し線路83とドレイン電極
81は、ソース電極86とゲート電極92を跨ぐ導電体
であるエアーブリッジ97により接続される。ドレイン
電極81とドレイン電極82は、ゲート電極93,94
及びソース電極87を跨ぐ導電性のエアーブリッジ98
により接続される。ドレイン電極82とドレイン電極8
3は、ゲート電極95及びソース電極88を跨ぐ導電性
のエアーブリッジ99により接続される。櫛状に延びる
ゲート電極92,93,94,95は、ゲート電極給電
線路96に接続されている。上記構成のFET80で
は、ゲート電極給電線路96がソース及びドレインの何
れの電極とも交差しないため、構成の簡単化を図ること
ができる。
【0040】上記構成を採用することで、上記FET
1,FET1’,FET30,FET30’に比べ、ソ
ース電極とバイアホール間の距離をさらに短縮してイン
ダクタンス成分Lssumの一層の低減を図ることができ
る。即ち、上記構成において、ドレイン電極引き出し線
路83から見たインピーダンスZonを低減し、かつ、オ
フ状態のインピーダンスZoffを増加することができ
る。これにより、スイッチ特性を向上することができ
る。
【0041】(5)実施の形態2の変形例2 図11は、実施の形態2の変形例2であるFET100
の構成を示す図である。各ソース電極104,105,
106は、基板裏面の接地導体に接続されるバイアホー
ルを備える。ドレイン電極101,102は、ソース電
極104,105,106と交差しないように、図中右
端部において、ドレイン電極引き出し線路103に接続
される。
【0042】上記構成を採用することで、上記図10を
用いて説明したFET80と同様にソース電極とバイア
ホール間のインダクタンス成分Lssumの一層の低減を
図ることができる。即ち、上記構成を採用することで、
オン時におけるインピーダンスZonの増加を抑制すると
共に、オフ時のインピーダンスZoffの減少を抑制する
ことができる。これにより、スイッチ特性を向上するこ
とができる。
【0043】(6)実施の形態3 図12は、実施の形態3に係るFET200の構成を示
す図である。当該FET200は、図1に示したFET
1に、共振線路201,202を追加したものである。
共振線路201は、インダクタンス成分Lcを持ち、バ
イアホール18と伝送線路7を接続する。共振線路20
2は、上記共振線路201と同じインダクタンス成分L
cを持ち、バイアホール19と伝送線路7を接続する。
【0044】図13は、FET200をMMIC内で1
入力1出力スイッチとして使用し、所定のゲート電圧V
gを印加してFET200をオンした場合の等価回路を
示す図である。インダクタンス21,22は、FET2
00の形状に付随するインダクタンス成分L’である。
インダクタンス23,24は、バイアホール18,19
のインダクタンス成分Lsである。抵抗25は、FET
200のソース・ドレイン間抵抗Ronである。Ronが数
オームの場合、点pから見たFET200のインピーダ
ンスZonは、次の「数4」により表される。
【数4】 上記「数4」より、RF信号の周波数fが増加すると、
インピーダンスZonが増加することがわかる。
【0045】また、図14は、FET200をMMIC
に使用した場合であって、ゲート電極給電線路17へ供
給する電圧をFET200のドレイン電流遮断電圧(ピ
ンチオフ電圧:以下、Vp)よりも低い値に切り換え、
FET200をオフに切り換えた場合の等価回路を示す
図である。図中、FET200のソース・ドレイン間容
量をCoffと表す。点aからみたFET200のインピ
ーダンスZoffは、次の「数5」により表される。
【数5】
【0046】ここで、L’≪Lcの場合、次の「数6」
を満足するインダクタンス成分Lcの共振線路201,
202を採用すれば、インピーダンスZoff≒∞とな
り、周波数fのRF信号に対して当該FET200を、
ほぼ開放端と同様にみなすことが可能となり、理想的な
スイッチ特性(高アイソレーション)を得ることができ
る。
【数6】
【0047】図15は、周波数f=75GHzのRF信
号が流れる場合に図13及び図14の点Bから見たイン
ピーダンスZon及びZoffを表すスミスチャートであ
る。図示するように、FET200では、FET1に比
べてインピーダンスZonの値を更に低減できると共に、
インピーダンスZoffの値を無限大にまで増加すること
ができる。これにより、オフ時におけるスイッチ特性が
向上する。
【0048】(7)実施例3の変形例 図16は、実施例3の変形例であるFET300の構成
図である。当該FET300は、図7に示したFET3
0のバイアホール54と伝送線路43をインダクタンス
成分Lcを持つ共振線路301により接続すると共に、
バイアホール56と伝送線路43を上記共振線路301
と同じインダクタンス成分Lcを持つ共振線路302に
より接続したことを特徴とする。なお、当該FET30
0のオン時におけるインピーダンスZon、及び、オフ時
におけるインピーダンスZoffは、上記図12に示した
FET200と同様の数式(「数4」〜「数6」)で表
されるため、ここでの説明は省く。
【0049】
【発明の効果】本発明の第1のミリ波帯半導体スイッチ
回路は、上記第1電極接続配線、又は、上記第2電極接
続配線により接続される第2電極であって接続方向の両
端に位置する2つの第2電極を接地する接地配線を備え
る。これにより、複数の第1電極の両端に設けられる第
1電極接続配線の一方、又は、第2電極接続配線により
接続される第2電極であって接続方向の両端に位置する
2つの第2電極の内の1つを半導体基板の接地層と接続
する場合に比べ、電極から接地層までのインダクタンス
成分を低減し、スイッチ特性を向上することができる。
また、伝送線路を同一線状に接続することが可能とな
り、使用時における便が向上する。
【0050】本発明の第2のミリ波帯半導体スイッチ回
路では、第1電極がドレイン電極であり、第2電極がソ
ース電極とする。上記第1のミリ波帯半導体スイッチ回
路と同様に、上記第1電極接続配線、又は、上記第2電
極接続配線により接続される第2電極であって接続方向
の両端に位置する2つの第2電極を接地する接地配線を
備える。これにより、複数の第1電極の両端に設けられ
る第1電極接続配線の一方、又は、第2電極接続配線に
より接続される第2電極であって接続方向の両端に位置
する2つの第2電極の内の1つを半導体基板の接地層と
接続する場合に比べ、電極から接地層までのインダクタ
ンス成分を低減し、スイッチ特性を向上することができ
る。また、伝送線路を同一線状に接続することが可能と
なり、使用時における便が向上する。
【0051】本発明の第3のミリ波帯半導体スイッチ回
路では、第1電極がソース電極であり、第2電極がドレ
イン電極とする。上記第1のミリ波帯半導体スイッチ回
路と同様に、上記第1電極接続配線、又は、上記第2電
極接続配線により接続される第2電極であって接続方向
の両端に位置する2つの第2電極を接地する接地配線を
備える。これにより、複数の第1電極の両端に設けられ
る第1電極接続配線の一方、又は、第2電極接続配線に
より接続される第2電極であって接続方向の両端に位置
する2つの第2電極の内の1つを半導体基板の接地層と
接続する場合に比べ、電極から接地層までのインダクタ
ンス成分を低減し、スイッチ特性を向上することができ
る。また、伝送線路を同一線状に接続することが可能と
なり、使用時における便が向上する。
【0052】本発明の第4のミリ波帯半導体スイッチ回
路では、上記接地配線は、上記第1電極接続配線、又
は、第2電極接続配線により接続される第2電極であっ
て接続方向の両端に位置する2つの電極を、バイアホー
ルを介して接地する。上記第1のミリ波帯半導体スイッ
チ回路と同様に、上記第1電極接続配線、又は、上記第
2電極接続配線により接続される第2電極であって接続
方向の両端に位置する2つの第2電極を接地する接地配
線を備える。これにより、複数の第1電極の両端に設け
られる第1電極接続配線の一方、又は、第2電極接続配
線により接続される第2電極であって接続方向の両端に
位置する2つの第2電極の内の1つを半導体基板の接地
層と接続する場合に比べ、電極から接地層までのインダ
クタンス成分を低減し、スイッチ特性を向上することが
できる。また、伝送線路を同一線状に接続することが可
能となり、使用時における便が向上する。
【0053】本発明の第5のミリ波帯半導体スイッチ回
路では、上記接地配線は、上記第1電極接続配線、又
は、第2電極接続配線により接続される第2電極であっ
て接続方向の両端に位置する2つの電極を、接地平板に
直結することを特徴とする。上記第1のミリ波帯半導体
スイッチ回路と同様に、上記第1電極接続配線、又は、
上記第2電極接続配線により接続される第2電極であっ
て接続方向の両端に位置する2つの第2電極を接地する
接地配線を備える。これにより、複数の第1電極の両端
に設けられる第1電極接続配線の一方、又は、第2電極
接続配線により接続される第2電極であって接続方向の
両端に位置する2つの第2電極の内の1つを半導体基板
の接地層と接続する場合に比べ、電極から接地層までの
インダクタンス成分を低減し、スイッチ特性を向上する
ことができる。また、伝送線路を同一線状に接続するこ
とが可能となり、使用時における便が向上する。
【0054】本発明の第6の半導体スイッチは、上記第
1の半導体スイッチにおいて、上記第1電極接続配線及
び第2電極接続配線を所定のインダクタンス成分を持つ
導電体で接続する。当該構成を採用することで、電極と
接地層との間に生じるインダクタンス成分を低減し、上
記第1の半導体スイッチに比べてオフ時におけるスイッ
チ特性を更に向上することができる。
【0055】本発明の第7の半導体スイッチは、複数の
第1電極の各々を半導体基板の接地層に直接接続する接
地配線を有することで、上記第1の半導体スイッチに比
べ、電極と接地層との間に生じるインダクタンス成分を
一層低減し、オフ時におけるスイッチ特性を更に向上す
ることができる。
【0056】本発明の第8の半導体スイッチは、複数の
第1電極の各々を半導体基板の接地層に直接接続する接
地配線を有することで、上記第1の半導体スイッチに比
べ、電極と接地層との間に生じるインダクタンス成分を
一層低減し、オフ時におけるスイッチ特性を更に向上す
ることができる。
【0057】本発明の第9の半導体スイッチは、複数の
第1電極の各々を半導体基板の接地層に直接接続する接
地配線を有することで、上記第1の半導体スイッチに比
べ、電極と接地層との間に生じるインダクタンス成分を
一層低減し、オフ時におけるスイッチ特性を更に向上す
ることができる。
【0058】本発明の第10の半導体スイッチは、複数
の第1電極の各々を半導体基板の接地層に直接接続する
接地配線を有することで、上記第1の半導体スイッチに
比べ、電極と接地層との間に生じるインダクタンス成分
を一層低減し、オフ時におけるスイッチ特性を更に向上
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1に係るFETの構成図である。
【図2】 FETのオン時における等価回路図である。
【図3】 FETのオフ時における等価回路図である。
【図4】 スミスチャートである。
【図5】 FETを用いた1入力3出力回路の構成図で
ある。
【図6】 実施の形態2に係るFETの構成図である。
【図7】 変形例に係るFETの構成図である。
【図8】 変形例に係るFETの構成図である。
【図9】 変形例に係るFETの構成図である。
【図10】 変形例に係るFETの構成図である。
【図11】 変形例に係るFETの構成図である。
【図12】 実施の形態3に係るFETの構成図であ
る。
【図13】 実施の形態3に係るFETの構成図であ
る。
【図14】 オン時における等価回路図である。
【図15】 オフ時における等価回路図である。
【図16】 スミスチャートである。
【図17】 従来のFETの構成図である。
【図18】 図17に示す従来のFETの等価回路図で
ある。
【図19】 オン時におけるFETの等価回路図であ
る。
【図20】 オフ時におけるFETの等価回路図であ
る。
【図21】 スミスチャートである。
【符号の説明】
1,1’,1”,30,30’,30”,60,600
電界効果トランジスタ、2,3,61,62,81,
82,101,102,602,603 ドレイン電
極、4,6,63,64,83,84,103,60
1,604 ドレイン電極引き出し線路、5,7,4
1,42,610,611伝送線路、8,9,10,6
5,66,67,86,87,88,104,105,
109 ソース電極、11,12,50,51,97,
98,99,617,618,619 エアーブリッ
ジ、13,14,15,16,71,72,73,7
4,110,111,112,113,612,61
3,614,615ゲート電極、17,75,96,1
14,616 ゲート電極給電線路、18,19,6
8,69,70,89,90,91,107,108,
109 バイアホール、20,49,76 ドレイン電
極とゲート電極の交差部、21,22,23,24,6
23,624,625 リアクタンス、25,626
オン抵抗、627 オフ容量、26,27,622,6
25 接地導体、40 ソース電極引き出し線路、15
0,151,160,161 接地平板、201,20
2,301,302 共振線路

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ミリ波帯の伝送線路に対して、接地との
    間にスイッチング素子としての電界効果トランジスタを
    設けてなるミリ波帯半導体スイッチ回路において、 給電線路に接続される複数の櫛歯状のゲート電極と、 上記複数のゲート電極を所定の間隔をおいて交互に挟む
    各複数の第1電極及び第2電極と、 上記複数の第1電極を、該第1電極の長手方向の両端に
    おいて互いに接続する第1電極接続配線と、 隣り合う第2電極をエアーブリッジにより接続する第2
    電極接続配線と、 上記第1電極接続配線、又は、上記第2電極接続配線に
    より接続される第2電極であって接続方向の両端に位置
    する2つの第2電極を接地する接地配線とを備え、 上記接地配線に接続されていない、上記第2電極接続配
    線により接続される第2電極であって接続方向の両端に
    位置する2つの電極、又は、上記第1電極接続配線に、
    伝送線路を接続したことを特徴とするミリ波帯半導体ス
    イッチ回路。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のミリ波帯半導体スイッ
    チ回路において、 第1電極がドレイン電極であり、第2電極がソース電極
    であることを特徴とするミリ波帯半導体スイッチ回路。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のミリ波帯半導体スイッ
    チ回路において、 第1電極がソース電極であり、第2電極がドレイン電極
    であることを特徴とするミリ波帯半導体スイッチ回路。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至請求項3の何れかに記載の
    ミリ波帯半導体スイッチ回路において、 上記接地配線は、上記第1電極接続配線、又は、第2電
    極接続配線により接続される第2電極であって接続方向
    の両端に位置する2つの電極を、バイアホールを介して
    接地することを特徴とするミリ波帯半導体スイッチ回
    路。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至請求項3の何れかに記載の
    ミリ波帯半導体スイッチ回路において、 上記接地配線は、上記第1電極接続配線、又は、第2電
    極接続配線により接続される第2電極であって接続方向
    の両端に位置する2つの電極を、接地平板に直結するこ
    とを特徴とするミリ波帯半導体スイッチ回路。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至請求項5の何れかに記載の
    ミリ波帯半導体スイッチ回路において、 第1電極接続配線と第2電極接続配線を所定のリアクタ
    ンス成分を有する共振回路により接続してなることを特
    徴とするミリ波帯半導体スイッチ回路。
  7. 【請求項7】 ミリ波帯の伝送線路に対して、接地との
    間にスイッチング素子としての電界効果トランジスタを
    設けてなるミリ波帯半導体スイッチ回路において、 給電線路に接続される複数の櫛歯状のゲート電極と、 上記複数のゲート電極を所定の間隙を持って交互に挟む
    各複数の第1電極及び第2電極と、 上記複数の第1電極の各々を直接接地する接地配線と、 上記複数の第2電極同士を接続し、対向する2箇所にお
    いて伝送線路に接続される電極接続線路とを備えること
    を特徴とするミリ波帯半導体スイッチ回路。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載のミリ波帯半導体スイッ
    チ回路において、 上記電極接続線路は、各第2電極を該第2電極の長手方
    向に引き出して接続し、上記長手方向の両側に伝送線路
    接続用の端子を有することを特徴とするミリ波帯半導体
    スイッチ回路。
  9. 【請求項9】 請求項7に記載のミリ波帯半導体スイッ
    チ回路において、 上記電極接続線路は、隣り合う第2電極を該第2電極の
    幅方向に延びるエアーブリッジにより互いに接続し、上
    記幅方向の両端に伝送線路接続用端子を有することを特
    徴とするミリ波帯半導体スイッチ回路。
  10. 【請求項10】 請求項7に記載のミリ波帯半導体スイ
    ッチ回路において、 上記電極引き出し線路は、上記複数の第2電極を櫛歯状
    に接続し、該第2電極の短手方向の両側に伝送線路接続
    用端子を有することを特徴とするミリ波帯半導体スイッ
    チ回路。
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