JPH02239498A - トランジスタを備えるマイクロ波サンプルホールド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、サンプリングスイッチが電界効果トランジス
タで構成されるサンプルホールド装置に関するものであ
る。本発明の装置は、トランジスタがそのトランジスタ
のゲート領域に直接接続された半導体レーザによってか
もしくはレーザと光ファイバとによって光学的に制御さ
れることを特徴とする。例えば、ＧａＡｓもしくはｒｎ
Ｐ等の■〜Ｖ族材料によって製造されたトランジスタの
光学的制御によって、サンプルホールド装置は少なくと
も約ＩＧＨｚの周波数で作動することができる。

従来の技術 第１図に図示したようなトランジスタを使用したサンプ
ルホールド装置は、周知である。アナログ信号（図面で
は正弦波で表した）は、サンプル回路の入力１に、すな
わち、スイッチとして働くトランジスタ２のソースに、
入力される。このトランジスタは、多くの場合、電界効
果トランジスタであり、動作周波数によって、シリコン
かもしくはＧａＡｓ等の■〜Ｖ族材料によって製造され
ている。トランジスタ２が導通である時、信号は、記憶
コンデンサ３を充電する。出力インターフェース４は、
出力５で、サンプルした値を出力する。

この値は、インターフェースの性質に応じて、増幅され
たり、デジタル化されたり、他の値と混合されたりする
。

トランジスタ２は、そのゲートで、電圧Ｖｉによって示
される一連のパルスによって制御される。

ゲートとソースは負荷Ｒによって相互接続されている。

従って、導通期間、ゲートとソースの電位は等しい。こ
の標準的な型の装置では、電子／正孔対は、電気的に形
成される。

実際、この装置は、比較的低い周波数（メガヘルツ）に
は完全に適合するが、周波数が大きくなると重大になる
欠点がある。チャネルの開閉を制御するゲートとソース
間の電圧ＶＧＳは、アナログ信号の電圧とパルス電圧Ｖ
１の電圧の合計であるからである。アナログ信号をサン
プルするのがその電圧Ｖ，ｌが最大値に近い点か、もし
くは、その電圧Ｖ．が最小値に近い点かによって、Ｖイ
＋Ｖ．＝Ｖ．＋Ｖ＋であるので、電圧ＶＧＳは変化する
。その結果、トランジスタ２のスイッチングのタイミン
グが不確実になり、従って、アナログ信号のサンプルの
タイミングが不確実になる。よって、トランジスタは周
波数の増大による線形を失う。

また、情報を転送する光ファイバの開発によって、光に
よって直接制御できる装置への関心が高まった。さらに
、装置の光学的制御は以下のように多くの利点を有する
。例えば、電気的な結合がなく、制御回路が絶縁されて
おり、光学的制御信号の振幅が小さく　（数ミクロヮッ
ト）、半導体レーザもしくはエレクトロルミネセンスダ
イオードの出力レベルと両立し、ジャムに対する免疫性
がある等である。

ＧａＡｓ，　ＩｎＰ及びそれらの三元系及び四元系合金
等のＩ−Ｖ族材料は、適当な波長の光線放射に反応する
ことが公知である。これによって、集積回路が同時に光
学的信号と電子信号を処理する装置を使用することが有
望である。

発明が解決しようとする課題 従って、本発明の第１の目的は、適切な波長の光によっ
て制御されるＩＩＩ−Ｖ族材料からなるトランジスタを
備えるサンプルホールド装置を提供することにある。こ
のトランジスタのゲートに、そのしきい値電圧とＶｍの
合計に極めて近い電圧を印加する。トランジスタのスイ
ッチングは、半導体レ：ザから来る光によって制御され
る。

本発明の第２の目的は、トランジスタによって形成され
たスイッチのスイッチングのタイミングの不確実性がな
くなるので、応答の線形性に優れ、サンプリングスピー
ドが速いサンプルホールド装置を得ることにある。

本発明の別の目的は、サンプルホールド装置は光学的に
制御されているので、電磁波と電気的干渉に対する優れ
た免疫性を得ることである。

課題を解決するための手段 本発明によるサンプルホールド装置は、集積回路のチッ
プに集積化することができ、この装置を作動させるため
に必要な電力は、半導体レーザによって放出される電力
より小さい。また、このレーザによって消費される電力
は、同じ機能を遂行する電子装置によって消費される電
力より小さい。

より正確には、本発明は、電気信号の入力と記憶コンデ
ンサとの間に配置されたスイッチを備えるマイクロ波サ
ンプルホールド装置であって、このスイッチはそのチャ
ネル領域に光学的制御装置を備える電界効果トランジス
タであることを特徴とするサンプルホールド装置からな
る。

実施例 本発明は、添付図面を参照して行われる以下の実施例の
説明によってより明らかとなろう。

本発明によるサンプルホールド装置の概略図を第２図に
示した。従来技術のように、スイッチ６が極めて短時間
の間導通である時、入力１に存在するアナログ信号はコ
ンデンサ３に記憶される。

入力インタフェース４は、コンデンサ３に記憶されたサ
ンプルを処理し、それを出力５に送る。

このサンプルホールド装置の独創的な特徴は、スイッチ
６が■〜Ｖ族材料によって形成されていることであり、
最も多く使用されるものは、ＧａＡｓ　，ＡＩ．，Ｇａ
ｔ−ｘ及びＩｎＰである。従って、スイッチ６は電界効
果トランジスタであり、その内部構造は電界効果トラン
ジスタである。このトランジスタは、チャネルを閉塞す
るのに十分なゲート電圧によってバイアスされるならば
、ＭＥＳＦＥＴか、もしくは、ＴＥＧＦＥＴ等のへテロ
接合トランジスタであり、通常ノーマリーオンでもノー
マリーオフでもよい。このトランジスタに要求される主
な特微は、光に反応し、高いカットオフ周波数を有する
ことである。

半導体材料の異なる種類の吸収の間の差は、材料の禁制
帯の幅に対する入射光線ビームのエネルギーに関係があ
る。

従って、入射放射線のエネルギーが材料の禁止バンドの
幅に等しいかそれより大きい（ｈν＞　Ｅｇ）時、固有
の光の吸収がある。内部バンド直接遷移の時、そのタイ
ミングを維持して、電子は伝導帯に転送される。吸収し
きい値は、ｈν＝εｇである入射放射線エネルギーを特
徴づける。

入射放射線の波長が以下の式； Ｋ （但し、上記式において、Ｋは定数である）で表される
時、固有の吸収が起こる。

ＧａＡｓはλ≦８６９ｎｍ　（３００゜Ｋ）の光線放射
に反応し、ＩｎＰはλ≦１５００ｎｍの放射線に反応す
る。

吸収係数は、トランジスタの活性層を通過する放射光の
伝播方向の入射光子流の減少を特徴づける。この吸収係
数は、ドーピングの減少関数であり、従って、トランジ
スタの活性層は１０　，１　８　ａｍ−３以上になるよ
うに高度にドーブされていなければならない。

トランジスタ６は、金属化部分７によってそのゲートに
印加された直流電圧ＶＰによって、照明がない時しきい
値電圧とＶ，の合計に近いがそれより低い点になるよう
に、すなわち、トランジスタがオフであり、入力１の入
力信号が記憶コンデンサ３から絶縁されているように、
バイアスされる。

しかし、トランジスタ６は、光学ビームによって制御さ
れる。この光学ビームは、半導体レーザ９によって生じ
た放射線を伝送する先ファイバ８によって第２図に概略
的に図示した。

もちろん、異なった光学的制御も可能である。

例えば、レーザとトランジスタを直接接続することによ
って実施しても、もしくは、半導体レーザ以外の他の放
射線源によって実施してもよい。光ファイバは、純粋に
、光源とトランジスタのチャネル領域をとの間の好適な
接続手段である。

レーザ９がトランジスタ６の材料に適した波長でパルス
化された放射線を放出する時、光学信号によって、トラ
ンジスタの空乏領域に電子／正孔対が生じる。これらの
電子／正孔対によって、トランジスタのソースとドレイ
ンとの間に電流の流れが生成し、それによって、入力電
圧が完全にコピーされるまで、記憶コンデンサ３を充電
したり、放電したりすることができる。

レーザ９が消えると、トランジスタ６は闇の中にあり、
入力１の入力信号は記憶コンデンサ３から絶縁される。

サンプルホールド装置の次段の装置４は、コンデンサ３
に記憶された電圧の正確な値を示す。

本発明によるサンプルホールド装置は、トランジスタ６
を特殊な形状にすることを必要としない。

得られるサンプリング周波数、すなわち、Ｉ　ＧＨｚは
、すでに、従来技術のサンプル回路に対して優れている
ことを示しているが、コンデンサ３の充電時間によって
制限される。この充電時間は、Ｒ．．Ｃに等しい。但し
、Ｒ　ｏｒｉは導通抵抗であり、Ｃは容量である。

従って、カットオフ周波数がＩ　Ｇｆ｛ｚより大きいト
ランジスタ６が適している。トランジスタのカットオフ
周波数は、部分的に、ドレインとソース間の距離の関数
であることが公知である。トランジスタ６のドレイン、
ゲート及びソースの金属化部分の平面図である第３図で
は、ドレインとゲート間、及びゲートとソース間の距離
ｒｄＪは、少なくとも上記の周波数、すなわち、Ｉ　Ｇ
Ｈｚの範囲で、チャネルの下にある層を照射することが
できるのに十分である。

前記のように、トランジスタ６は、オン／オフスイッチ
ング点に極めて近い電圧Ｖｐによってバイアスされる。

装置を改善し、トランジスタ６の開始についての不確実
性を除去するために、レーザ９もまたその放射しきい値
の近傍に維持される。

公知のように〈第４図）、半導体レーザによって放出さ
れる光学的バワーＰは、ほとんど０から、レーザに注入
される電流Ｉのいわゆるしきい値強さ１。までである。

この強さｌ０を越えると、放出される光学的電力は急速
に大きくなる。レーザ９はバルスモードで光を放出し、
スイッチ６を交互に開閉しなければならないので、レー
ザ９を流れるパルス電流の値は、１０に等しいか、極め
て近い低い値である。電流バルスｉｃに達するとすぐに
、レーザが放射線を放出し始め、トランジスタ６自体が
そのしきい値に近いので、スイッチがスイッチングされ
る。従って、トランジスタ６の開閉のタイミングに関す
る不確実性はない。

また、ソースとゲート間に接続がないので、トランジス
タ６のスイッチング時間は、入力信号のレベルに無関係
である。

光ファイバもしくは光ファイバ素子をレーザ９とトラン
ジスタ６を接続するのに使用する場合には、ＧａＡｓの
場合にはコアの直径が約５０ミクロンの多モードファイ
バを８６９ｎｍで使用するのが好ましく、また、ＩｎＰ
の場合にはで芯の直径が約９ミクロンのシングルモード
ファイバを１５００ｎｍで使用するのが好ましい。

本発明によるサンプルホールド装置は、計装、マイクロ
波集積回路によるデータ処理もしくは集積化サービスデ
ジタルネットワークに使用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術によるサンプルホールド装置を図示
したものであり、 第２図は、本発明によるサンプルホールド装置を示し、 第３図は、本発明によるサンプルホールド装置のスイッ
チングトランジスタの金属化部分の平面図であり、 第４図は、本発明によるサンプルホールド装置のトラン
ジスタの制御に使用する半導体レーザの応答曲線を示す
。 （主な参照番号） １・・・入力　　　　　　２・・・トランジスタ３・・
・記憶コンデンサ　４・・・出力インターフェース・出
力 トランジスタ ・金属化部分 ・光ファイバ ・半導体レーザ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気信号の入力と記憶コンデンサとの間に配置さ
   れたスイッチを備えるマイクロ波サンプルホールド装置
   であって、このスイッチはそのチャネル領域に光学的制
   御装置を備える電界効果トランジスタであることを特徴
   とするサンプルホールド装置。
2. （２）上記トランジスタは、ＧａＡｓ、ＩｎＰ及びそれ
   らの三元系もしくは四元系合金等のIII−Ｖ族材料によ
   って形成された、少なくとも１つのチャネル領域を備え
   ることを特徴とする請求項１に記載のサンプルホールド
   回路。
3. （３）上記トランジスタは、上記入力信号の値に関係な
   く、このトランジスタをそのしきい値電圧に近い点に維
   持する直流電圧Ｖ＿ｐによってそのゲートがバイアスさ
   れていることを特徴とする請求項１に記載のサンプルホ
   ールド装置。
4. （４）上記ゲートに直流バイアス電流を加えられる上記
   チャネル領域の光学的制御は、光ファイバ素子と上記サ
   ンプルホールド装置のサンプリング周波数でパルス駆動
   された半導体レーザとによって行われることを特徴とす
   る請求項１に記載のサンプルホールド装置。
5. （５）上記トランジスタがＧａＡｓもしくはその合金に
   よって形成されており、上記レーザは波長が８６９ｎｍ
   以下のパルス光を放出することを特徴とする請求項４に
   記載のサンプルホールド装置。
6. （６）上記トランジスタがＩｎＰもしくはその合金によ
   って形成されており、上記レーザは波長が１５００ｎｍ
   以下のパルス光を放出することを特徴とする請求項４に
   記載のサンプルホールド装置。
7. （７）上記トランジスタのスイッチング時間の不確実性
   を減少させるために、上記半導体レーザは、その光学的
   放出のしきい値に対応する直流電流によってバイアスさ
   れることを特徴とする請求項４に記載のサンプルホール
   ド装置。