无线通信技术的发展产生了各种用在诸如移动电话、个人数字助理(PDA)、个人计算机或膝上型计算机等设备上的无线通信服务。这样的无线通信服务包括全球移动通信系统(GSM)、个人通信服务(PCS)、微波存取全球互通(WiMAX)、无线局域网(WLAN)、无线宽带因特网(WiBro)以及蓝牙。
GSM使用890KHz～960MHz的波段。PCS使用1.8GHz的波段。WiMAX使用3.6GHz～3.8GHz的波段。WLAN使用作为工业、科学和医学波段的IEEE802.11b下的2.4GHz的波段，并使用作为免许可的国家信息基础波段的IEEE802.11a下的5GHz的波段。
为了使用在不同频率波段提供的不同无线通信服务，无线终端通常配备有可重配置天线、可调谐滤波器以及匹配电路，所述可重配置天线能够将频率调谐到用于发送和接收无线信号的相应服务波段，并对于服务波段中的频道偏移(shift)进行频率调谐。波段间调谐通常是指从一个服务波段到另一个服务波段的频率调谐，而波段内调谐是指在相同服务波段中的频率调谐。
为了构造可波段间调谐且可波段内调谐的天线、滤波器和匹配电路，可以使用PIN二极管和变容二极管。
PIN二极管的电阻率依赖于施加在该二极管上的DC电流。本质上，当施加在PIN二极管的电压超过阈值电压时，该PIN二极管允许电流流过，而当施加在该PIN二极管的电压是0V时，其阻塞电流。当PIN二极管被连接到天线的辐射器(radiator)、滤波线(filter line)以及匹配电路时，可以通过截止PIN二极管来缩短辐射器、滤波线以及匹配电路的尺寸(length)，因为其随后使辐射器、滤波线以及匹配电路的某些部分短路。因而，通过调整天线、滤波器和匹配电路的尺寸能够进行波段间调谐。
当采用变容二极管时，通过根据正在输入的反向(backward)电压的量而稍微移动频带能够进行服务波段中的频道间改变。
然而，如果PIN二极管和变容二极管二者都被用来进行波段间和波段内调谐，则由于元件的各自封装而产生插入损耗。此外，当变容二极管被在耗尽区域而不是I区域使用时，其不能提供良好的线性。此外，因为需要将RF块的电感器安装在PIN二极管和变容二极管的每一个中来防止DC电源电路的RF信号进入到二极管中，所以DC电源电路具有复杂的结构和增加的尺寸。

本发明的示范性实施例克服了上述缺点和上述没有提到的其它缺点。
本发明提供了一种将正-本-负(PIN)二极管和变容二极管合并到一个元件中的半导体以及具有该半导体的天线和频率调谐电路，从而能够防止诸如插入损耗、复杂的直流(DC)电源电路、尺寸增加或变容二极管的线性退化的缺点。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于波段间和波段内频率调谐的半导体元件，其包括相同极性的第一和第二半导体、插入到第一和第二半导体之间的相反极性的第三半导体、插入到第一和第三半导体之间的第一本征半导体、以及插入到第三和第二半导体之间的第二本征半导体。
所述第一和第二半导体可以包括p型半导体。所述第三半导体可以包括n型半导体。
所述第一和第二半导体可以包括n型半导体。所述第三半导体可以包括p型半导体。
所述第一和第二本征半导体可以包括插入到第一和第三半导体之间的第一本征(I)区域和插入到第三和第二半导体之间的第二本征(I)区域。
可以将所述第一I区域形成得比第二I区域窄。
所述第一半导体、第一I区域和第三半导体可以用作为变容二极管。
所述第三半导体、第二I区域和第二半导体可以用作为正-本-负(PIN)二极管。
所述半导体元件可以包括与第一半导体连接的第一端、与第二半导体连接的第二端以及与第三半导体连接的第三端。
所述第一和第三端可以彼此连接，并且第一电源可以被安排在连接所述第一和第三端的电源线上。
所述第二和第三端可以彼此连接，并且第二电源可以被安排在连接所述第二和第三端的电源线上。
所述第一和第二电源可以被连接为使得与第一和第三端连接相反的极性。
所述第一、第二和第三端的至少一个可以包括电感器。
所述第三端可以接地。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于波段间和波段内频率调谐的天线，其包括辐射电磁波的辐射器和部署在该辐射器的预定区域上的半导体元件。所述半导体元件包括相同极性的第一和第二半导体、插入到第一和第二半导体之间的相反极性的第三半导体、插入到第一和第三半导体之间的第一本征半导体、以及插入到第三和第二半导体之间的第二本征半导体。
根据本发明的另一方面，提供了一种频率调谐电路，包括安装在其上的用于波段间和波段内频率调谐的半导体元件，其中，所述半导体元件被部署在辐射器上的预定区域并且包括相同极性的第一和第二半导体、插入到第一和第二半导体之间的相反极性的第三半导体、插入到第一和第三半导体之间的第一本征半导体、以及插入到第三和第二半导体之间的第二本征半导体。
根据本发明的另一方面，提供了一种滤波器，所述滤波器包括安装在其上用于波段间和波段内频率调谐的半导体元件，其中，所述半导体元件被部署在辐射器上的预定区域并且包括相同极性的第一和第二半导体、插入到第一和第二半导体之间的相反极性的第三半导体、插入到第一和第三半导体之间的第一本征半导体、以及插入到第三和第二半导体之间的第二本征半导体。
根据本发明的另一方面，提供了一种匹配电路，所述匹配电路包括安装在其上的用于波段间和波段内频率调谐的半导体元件，其中，所述半导体元件被部署在辐射器上的预定区域、并且包括相同极性的第一和第二半导体、插入到第一和第二半导体之间的相反极性的第三半导体、插入到第一和第三半导体之间的第一本征半导体、以及插入到第三和第二半导体之间的第二本征半导体。
附图说明
通过下面参考附图对本发明的示范性实施例进行的描述，本发明的这些和其它方面将变得更加明显，并更容易理解，其中：
图1A说明了变容二极管和正-本-负(PIN)二极管的结构；
图1B说明了反向变容二极管的结构，使得变容二极管可以被耦接到PIN二极管上；
图1C说明了根据本发明的示范性实施例的用于波段间和波段内频率调谐的半导体的结构；
图2说明了用于波段间和波段内频率调谐且具有与图1C的半导体极性相反的极性的半导体的结构；
图3A是现有技术的变容二极管的电压和电容之间的关系的图解描述；
图3B是根据本发明的示范性实施例的变容二极管的电压和电容之间的关系的图解描述；
图4是根据本发明的示范性实施例的基于CMOS兼容工艺而制造的半导体的平面图；
图5是根据本发明的示范性实施例的基于MESA结构而制造的半导体的平面图；
图6A是根据本发明的示范性实施例的具有变容二极管和PIN二极管的DC电源电路的电路图；
图6B是根据本发明的示范性实施例的半导体的DC电源电路的电路图；
图7说明了具有根据本发明的示范性实施例的半导体的天线；
图8示范性地说明了具有多个根据本发明的示范性实施例的半导体的天线的结构；以及
图9示范性地说明了具有多个根据本发明的示范性实施例的半导体的滤波器。

现在将参考附图更详细地描述本发明的某些示范性实施例。
在下面的描述中，即使在不同的附图中，也使用相同的附图标号来指代相同的元素。提供在下面描述中定义的主题(诸如详细的结构和元件描述)作为示例来帮助完全理解本发明。而且，为了避免在不必要的细节上使本发明对于本领域内的普通技术人员来说变得模糊，没有描述公知的功能或结构。
图1A至图1C描述了将变容二极管和PIN二极管集成到集成元件中的处理。更具体而言，图1A说明了变容二极管和正-本-负(PIN)二极管的结构，图1B说明了反向变容二极管的结构，以使得可以将变容二极管耦接到PIN二极管上，图1C说明了根据本发明的示范性实施例的用于波段间和波段内频率调谐的半导体的结构。
变容二极管10包括n型半导体11、耗尽区域13和p型半导体12。n型和p型半导体11和12的每一个具有一引出点(element)。每个引出点与DC电源连接。DC电源的正(+)极连接到n型半导体11，而负(-)极连接到p型半导体12。结果，向变容二极管10施加反向电压。
PIN二极管20包括n型半导体21、本征区域23以及p型半导体22。n型和p型半导体21、22的每一个具有一引出点。每个引出点与DC电源连接。DC电源的负(-)极连接到n型半导体21，而正(+)极连接到p型半导体22。
变容二极管10被反向，以将变容二极管10和PIN二极管20集成到一个元件中。图1B示出了反向变容二极管10，其中依次放置p型半导体12、耗尽区域13和n型半导体11。通过将变容二极管10反向，将变容二极管10的n型半导体11放置为靠近n型半导体21，从而通过共享n型半导体11、21而允许将变容二极管10和PIN二极管20集成到一个元件中。
如图1C所示，通过共享n型半导体11、21的变容二极管10和PIN二极管20的组合而形成了根据本发明的示范性实施例的用于波段间和波段内频率调谐的半导体元件30。
在用于波段间和波段内频率调谐的半导体元件30中，相同极性的第一和第二半导体31、32被放置在两端，而相反极性的第三半导体33被插入在第一和第二半导体31、32的中间。在图1C所示的示范性实施例中，第一和第二半导体31、32是p型半导体，而第三半导体33是n型半导体。可替代地，在图2中所示的示范性实施例中，第一和第二半导体131、132是n型半导体，而第三半导体133是p型半导体。可以将本征半导体插入在第一和第三半导体31、33之间，并可以将另一本征半导体插入在第三和第二半导体33和32之间。第一和第三半导体31、33之间的本征半导体被称为第一I区域34，而第三和第二半导体33、32之间的本征半导体被称为第二I区域35。
继续参考图1C，半导体元件30可以包括连接到第一半导体31的第一端41、连接到第二半导体32的第二端42以及连接到第三半导体33的第三端43。第一和第三端41、43可以彼此连接，且第二和第三端42、43可以彼此连接。
在上述的半导体元件30中，第一半导体31、第一I区域34和第三半导体33作为变容二极管部分，而第三半导体33、第二I区域35和第二半导体32作为PIN二极管部分。与现有技术中的变容二极管部分使用耗尽区域相比，根据本发明的示范性实施例的半导体元件30使用I区域来代替耗尽区域。
图3A中说明了现有技术的缺点，其中线性度以电容随电压变化的二维函数而退化。如图3B所示，因为二极管部分31、34、33使用了如PIN二极管中的本征半导体，所以根据本发明的示范性实施例的半导体元件30的变容二极管部分31、34、33保持了电容对电压的线性度。随着线性度增加，可以增加相对于RF功率的电容的变化范围。
因为变容二极管部分31、34、33的频带调整的范围比PIN二极管部分32、35、33的频带调整的范围窄，所以将第一I区域34形成得比第二I区域35窄。
连接第一和第三端41、43的电源线包括第一电源44，用于向变容二极管部分31、34、33提供反向电压，所述第一和第三端41、43被连接到变容二极管部分31、34、33。作为p型半导体的第一半导体31连接到第一电源44的负(-)极，而作为n型半导体的第三半导体33连接到第一电源44的正(+)极。
连接第三和第二端43、42的电源线包括第二电源45，用于向PIN二极管部分32、35、33提供电源，所述第三和第二端43、42被连接到PIN二极管部分32、35、33。作为n型半导体的第三半导体33连接到第二电源45的负(-)极，而作为p型半导体的第二半导体32连接到第二电源45的正(+)极。
半导体元件30的第一和第二端41、42可以分别连接到可用于波段间调谐和波段内调谐的元件或电路，而第三端43接地。电感器47可以被形成在第一、第二和第三端41、42、43，以阻止RF信号的进入。电感器47可以与半导体元件30集成形成。
图4是根据本发明的示范性实施例的基于CMOS兼容处理制造的半导体的平面图。
参考图4，n型半导体33被放置在p型矩形衬底上，第一和第二I区域34、35被并排放置在n型半导体33上。P型半导体31、32被分别放置在第一和第二I区域34、35的中央。在n型半导体33的中央形成第三端43，并且沿p型半导体31、32的边缘分别形成第一和第二端41、42。第一至第三端41、42、43分别连接到电感器47。与半导体元件30一起集成形成电感器47。
图5是根据本发明的示范性实施例的基于MESA结构而制造的半导体的平面图。
MESA结构的半导体元件30包括依次放置在p型衬底上的p型半导体31、n型半导体33和p型半导体31。分别在n型半导体33和p型半导体31、32之间形成第一I区域34和第二I区域35。分别在p型半导体31、32和n型半导体33上形成第一至第三端41、42、43，并且在第一至第三端41、42、43上集成地形成电感器47。
图6A是根据本发明的示范性实施例的包括变容二极管和PIN二极管的DC电源电路的电路图，图6B是根据本发明的示范性实施例的半导体的DC电源电路的电路图。
参考图6A，在现有技术中，将电感器47安装在DC块电路70、PIN二极管DC偏置电路80和变容二极管DC偏置电路90上，以阻止RF信号的进入。因为安装了多个电感器47，所以DC电源电路变得复杂，并且电路尺寸也增加。
根据本发明的示范性实施例的半导体元件30具有在其中集成形成的电感器47，这省去了DC块电路170、PIN二极管DC偏置电路180和变容二极管DC偏置电路190中所需的分立电感器(参见图4和5)。如图6B所示，当从DC电源电路中移去电感器47时，DC电源电路变得更简单且尺寸紧凑。
图7说明了具有根据本发明的示范性实施例的半导体的天线。
图7中的天线包括辐射器100、地110以及用于波段间和波段内频率调谐的半导体元件130。该半导体元件例如可以是图1C或图2中所示的半导体元件。
地110被附接到电路板的一侧，并且与辐射器100电连接。
辐射器100被配置成贴片(patch)天线形式，并且被附接到电路板的另一侧。辐射器100包括在纵向弯曲多次的弯曲线部分105和条型馈入部分101。
弯曲线部分105从馈入部分101的末端开始延伸，并以“Z”字形图案弯曲。面向馈入部分101的弯曲线部分105的一端通过过孔与地110电连接。
用于波段间和波段内频率调谐的半导体元件30可以被安装到弯曲线部分105的一端，并且用于电闭合或电断开与半导体元件130的两端连接的弯曲线。
半导体元件130的PIN二极管部分32、35、33具有1Ω的串联电阻分量，并且根据预定电压而被导通。结果，使半导体元件130连接的弯曲线短路，而辐射器100的长度变成馈入部分101和弯曲线部分105的总长度。
如果不进行供电，则PIN二极管部分32、35、33具有10kΩ的串联电阻分量，并且被截止。结果，断开了半导体元件130连接的弯曲线，并且辐射器100的总长度对应于馈入部分101的长度再加上直到半导体元件130处的弯曲线部分105的长度。因此，辐射器100具有比当PIN二极管部分32、35、33导通时更短的长度以及更高的谐振频率。
半导体元件130的变容二极管部分31、34、33具有根据施加其上的反向电压的大小而变化的电容，并且使得天线的频率在服务波段内变化。
也就是说，变容二极管部分31、34、33接收根据第一电源44而从大约0V至大约3V连续变化的反向电压。在施加反向电压偏置以前，变容二极管的第一I区域34占用最窄的区域，因而具有最高的电容。在具有服务波段内的最低频率的频道形成天线的谐振点。
当向变容二极管部分31、34、33施加反向电压时，耗尽区域增加且电容降低。天线的谐振点移动到服务波段内的更高频率的频道。换句话说，当提供给变容二极管部分31、34、33的反向电压增加时，谐振点移到更高频率的频道。结果，通过调整提供给变容二极管部分31、34、33的反向电压而执行服务波段内的频道转换，即波段内调谐。
在一个示范性实施例中，当PIN二极管部分32、35、33导通时，辐射器100的长度增加，使得在2.4GHz附近形成谐振点，而当PIN二极管部分32、35、33截止时，辐射器100的长度减小，使得在5.3GHz附近形成谐振点。这些在下面的表中被列出。
表1
  频率   第一端电压   第三端电压   第二端电压   2.4GHz   1V   0V   1V   2.48GHz   3V   0V   1V   5.15GHz   1V   0V   0V   5.35GHz   3V   0V   0V
第二端42包括PIN二极管部分32、35、33。如果向第二端42施加1V，则PIN二极管部分32、35、33导通，且天线的谐振点范围为大约2.4GHz至大约2.48GHz。如果向第二端42施加0V，则PIN二极管部分32、35、33截止，则天线的谐振点范围为大约5.15GHz至大约5.35GHz。也就是说，当PIN二极管部分32、35、33导通或截止时执行波段间调谐。
第一端41包括变容二极管部分31、34、33。当PIN二极管部分32、35、33导通时，通过向第一端41施加1V的反向电压而使天线在2.4GHz谐振；并通过向第一端41施加3V的反向电压而使天线在2.48GHz谐振。通过向第一端41施加从大约1V至大约3V的反向电压，可以根据电容的线性变化而线性调整2.4GHz至2.48GHz范围内的频率。
当PIN二极管部分32、35、33截止时，通过向变容二极管部分31、34、33施加从大约1V至大约3V的反向电压而使天线从大约5.15Hz至大约5.35GHz变化。也就是说，通过调整提供给变容二极管部分31、34、33的反向电压来执行波段内调谐。
因为辐射器100的长度根据PIN二极管的导通或截止是可变的，所以可以通过适当改变设计来改变辐射器100的长度。因此，可以允许对于诸如GSM、PCS、WiMAX、WLAN、WiBro、蓝牙等无线通信服务的设计。
图8示范性地说明了具有根据本发明的示范性实施例的多个半导体的天线的结构。
根据示范性实施例的天线包括多个辐射器和插入在各个辐射器之间的半导体元件30。当与辐射器连接时，半导体元件30的第一和第二端41、42与位于其前和后的辐射器连接，并且第三端43接地。
通过在多个辐射器之间安装多个半导体元件30，使得可以根据PIN二极管32、35、33是否导通或截止来进行频带的多级调整。结果，可以提供不同频带的多个无线通信服务。也可以通过调整提供给变容二极管部分31、34、33的反向电压来实现各个服务频带中的频道转换。
图9示范性地说明了具有根据本发明的示范性实施例的多个半导体的滤波器。
根据本发明的示范性实施例的半导体元件30可以实现用于频率调谐的各种元件和电路，诸如可调谐滤波器和匹配电路。图9具体说明了安装在滤波器上的半导体元件30。
滤波器一般包括电感器或电容器，但是图9简单说明了一个线型的滤波器。半导体元件30被安装在用作滤波器的多条滤波线之间。半导体元件30的第一和第二端41、42连接到滤波线，第三端43接地。因为将多个半导体元件30安装到滤波器上，所以可以通过使用PIN二极管部分32、35、33来进行滤波频带的波段间调谐，也可以通过使用变容二极管部分31、34、33来进行滤波频带的波段内调谐。
如上所述，根据本发明的示范性实施例，用于波段间和波段内调谐的半导体元件30包括在其中集成了PIN二极管和变容二极管的元件、以及从而集成形成的电感器。因此，可以降低由于使用多个元件而导致的插入损耗，并且因为从DC电源电路中移去了电感器，所以可以简化DC电源电路，并且减小其尺寸。此外，通过将变容二极管的耗尽区域改变为I区域，改进了变容二极管部分的线性度。此外，通过使用一个集成的元件，降低了价格并增加了电路的完整性。
尽管已参考本发明的某些示例实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当明白，在不背离由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种形式和细节上的改变。