半导体装置的制作方法

[0001]
一种半导体装置，特别是一种具有围绕第一电极的第二电极以输入不同频率信号的半导体装置。


背景技术：

[0002]
倍频器通常用于频率合成器和通信电路。一些工作已演示一个具有利用负跨导(negative transconductance)现象的单装置的倍频器。然而，该装置需要在低温下操作以及装置的制造更为复杂。


技术实现要素：

[0003]
根据本揭露案的一实施例，揭露一种半导体装置，其包括半导体基板、设置在半导体基板的第一表面上的底电极、设置在半导体基板与第一表面相对的第二表面上的绝缘层、第一电极和第二电极以及电流-电压转换器。第一电极和第二电极彼此分离并且设置在绝缘层上。第一电极用以被施加输入信号，并且第二电极用以输出与输入信号相关联的输出电流信号。输入信号用以具有可变的电压电位，并且输出电流信号用以具有峰值电流值和谷值电流值。电流-电压转换器用以接收输出电流信号以产生输出电压信号。
附图说明
[0004]
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本揭露案的一实施例的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
[0005]
图1a是根据本揭露案的一些实施例的装置10的示意性布局的顶视图。图1b是根据本揭露案的一些实施例的沿着图1a中的横截线ab截取的装置10的示意性侧视图；
[0006]
图2是根据本揭露案的一些实施例与输入信号v
in
一同操作的装置10的示意图；
[0007]
图3是示出根据本揭露案的一些实施例的输出电流信号i
out
与图2中的输入信号v
in
的图表；
[0008]
图4是根据本揭露案的一些实施例的与输入信号v
in
一起操作的装置10的示意图；
[0009]
图5a是示出根据本揭露案的一些实施例的输出电流信号i
out
对应图4中的输入信号v
in
的图表。图5b示出了输入信号v
in
和对应的输出电压信号v
out
；
[0010]
图6a是示出根据本揭露案的一些实施例的输出电流信号i
out
对应图4中的输入信号v
in
的图表。图6b示出了输入信号v
in
和对应的输出电压信号v
out
；
[0011]
图7a是示出根据本揭露案的一些实施例的输出电流信号i
out
对应图4中的输入信号v
in
的图表。图7b示出了输入信号v
in
和对应的输出电压信号v
out
；
[0012]
图8a是示出根据本揭露案的一些实施例的输出电流信号i
out
对应图4中的输入信号v
in
的图表。图8b示出了输入信号v
in
和对应的输出电压信号v
out
；
[0013]
图9a是根据本揭露案的一些实施例的操作有输入信号v
in
和基板偏压v
substrate
的装
置10的示意图；
[0014]
图9b是示出根据本揭露案的一些实施例的具有各种基板偏置的输出电流信号i
out
与输入信号v
in
的图表；
[0015]
图10是示出根据本揭露案的一些实施例的装置10的基板偏压v
substrate
，输入信号v
in
和输出电流信号i
out
的图表；以及
[0016]
图11是根据本揭露案的一些实施例的与输入信号v
in
一起操作的装置10的示意图。
[0017]
【符号说明】
[0018]
10:装置
[0019]
100:半导体基板
[0020]
110:底电极
[0021]
120:绝缘层
[0022]
130,140:电极
[0023]
150:电流-电压转换器
[0024]
r:电阻器
[0025]
d:距离
[0026]
ab:横截线
[0027]
v
in
:输入信号
[0028]
v
out
:输出电压信号
[0029]
v
substrate
:基板偏压
[0030]
v
center
:电压
[0031]
i
out
:输出电流信号
[0032]
c1-c5:曲线
具体实施方式
[0033]
以下公开内容提供了许多用于实现本揭露案的一实施例的不同特征不同的实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实施例或实例以简化本揭露案的一实施例。当然这些仅是实例而不旨在限制。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。如本文使用的，在第二部件上形成第一部件是指形成与第二部件直接接触的第一部件。此外，本揭露案的一实施例可以在各个示例中重复参照数位和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0034]
在本说明书中使用的术语通常具有本领域和在使用每个术语的特定上下文中的普通含义。本说明书中的示例的使用，包括本文讨论的任何术语的示例，仅是说明性的，绝不限制本揭露案的一实施例或任何示例性术语的范围和含义。同样，本揭露案的一实施例不限于本说明书中给出的多种实施例。
[0035]
尽管术语“第一”、“第二”等在本文中可用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不脱离实施例的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元
件。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0036]
如本文所使用的“约”、“大约”、“大致上”或“基本上”应通常是指给定值或范围的任何近似值，近似值取决于所涉及的多种领域以及范围而变化，近似值的范围应与本领域技术人员所理解的最广泛的解释相一致，以涵盖所有此类修改和类似结构。在一些实施例中，近似值通常是指给定值或范围的百分之二十以内，优选地为百分之十以内，更优选地为百分之五以内。本文给出的数值是近似的，意味着如果没有明确说明则术语“约”、“大约”、“大致上”或“基本上”是可以推定的、或者意味着其他近似值。
[0037]
现在请参照图1a和图1b。图1a是根据本揭露案的一些实施例的装置10的示意性布局的顶视图。图1b是根据本揭露案的一些实施例的沿着图1a中的横截线ab截取的装置10的示意性侧视图。在一些实施例中，装置10在倍频器装置中或作为倍频器装置实施。
[0038]
如图1a和图1b所示，装置10包含半导体基板100、底电极110、绝缘层120和电极130、140。就说明而言，底电极110设置在半导体基板100的第一表面上。绝缘层120设置在半导体基板100与第一表面相对的第二表面上，电极130、140彼此分离并设置在绝缘层120上，其中电极130围绕电极140。
[0039]
在一些实施例中，半导体基板100包含或主要由以下组成：ii族、iii族、iv族、v族、vi族元素和/或它们的组合，例如，选自硅、锗、硅锗、砷化镓、锑化铝等及其组合。此外，在一些实施例中，半导体基板100由n型半导体材料制成，n型半导体材料具有掺杂浓度为约5
×
10
14
/cm-3
至约5
×
10
17
/cm-3
的n型掺杂，或由具有约5
×
10
14
/cm-3
至约5
×
10
17
/cm-3
的掺杂浓度的p型半导体材料制成。然而，上述半导体基板100的材料和掺杂浓度是出于说明性目的而给出的，并且实现本揭露案各实施例的方式不限于此。本领域具通常知识者可以根据各种应用使用任何合适的材料并调整掺杂浓度。
[0040]
在一些实施例中，底电极110由任何合适的导电材料制成，包含但不限于铝、金、钛、多晶硅(polysilicon)、银、镍、铜或其组合。
[0041]
在一些实施例中，绝缘层120由任何绝缘材料制成。例如，绝缘层120是氧化物层或氮化物层。在一些实施例中，当半导体基板100由硅制成时，绝缘层120由氧化硅，氮化硅或二氧化硅制成。然而，用于制造绝缘层120的材料不限于此。此外，在一些实施例中，绝缘层120的厚度在从约20nm至约40nm的范围内，使得电极130与电极140之间可发生量子穿隧效应(quantum tunnel effect)。换句话说，绝缘层120以这样的厚度形成，使得当在电极130和电极140之间施加电压时，穿隧电流从电极130流到电极140或从电极140流到电极130。
[0042]
在一些实施例中，电极130、140透过图案化形成在绝缘层120上的金属层而形成。就图1a说明而言，电极130具有围绕电极140的环形形状，并且电极140具有圆形形状，该圆形形状在一些实施例中与电极130隔开距离d。在一些实施例中，电极130是具有围绕电极140的任何合适形状的连续电极，电极130和电极140的上述配置是出于说明性目的给出的。电极130和电极140的各种配置在本揭露案的预期范围内。例如，在不同实施例中，电极140具有矩形形状。
[0043]
在一些实施例中，电极130、140由相同的导电材料形成，例如铝、铪(hafnium)、镁或其合金。因此，参照图1b进行说明的装置10的结构也被称为金属-绝缘体-半导体(metal-insulator-semiconductor，mis)结构。为了便于理解本揭露案，在以下段落中，电极130、绝缘层120和半导体基板100统称为环形mis结构，并且电极140、绝缘层120和半导体基板100
统称为中心mis结构。
[0044]
现在请参照图2。图2是根据本揭露案的一些实施例与输入信号v
in
一同操作的装置10的示意图。
[0045]
就说明而言，底电极110用以耦接到接地电压(即，0v)。电极130用以被施加输入信号v
in
。电极140用以输出与输入信号v
in
相关联的输出电流信号i
out
，而电极140用电压v
center
偏置，该电压v
center
，例如，具有0v。
[0046]
现在请参照图3。图3是示出根据本揭露案的一些实施例的输出电流信号i
out
与图2中的输入信号v
in
的图表。
[0047]
就说明而言，输入信号v
in
用以具有可变的电压电位。在一些实施例中，输入信号v
in
是振荡信号，包含，例如，三角波信号或具有固定振荡频率的任何振荡信号。当输入信号v
in
被施加在电极130上时，输出电流信号i
out
被相应地产生并用以具有峰值电流值和谷值电流值。用图3进行说明，参考图3，作为振荡信号的输入信号v
in
用以具有对应于输出电流信号i
out
的峰值的第一电压值和对应于输出电流信号i
out
的谷值的第二电压值。
[0048]
参考图3的另一说明，对应于输入信号v
in
的输出电流信号i
out
的电流-电压特性曲线包含几个电压范围，其中之一其跨导是负的。例如，在一些实施例中，在具有正跨导的一些电压范围中，当输入信号v
in
的绝对值增加时，输出电流信号i
out
增加。相对地，在具有负跨导的一些电压范围中，当输入信号v
in
的绝对值减小时，输出电流信号i
out
增加。下面将讨论操作细节。
[0049]
继续参考图3，在一些实施例中，输入信号v
in
的电压电位从0v变化到第一电压值。例如，在一些实施例中，第一电压值为约-0.5v。当输入信号v
in
从约0v变化到约-0.5v时，输入信号v
in
的绝对值增加，在环形mis结构下的反转电荷获得更多能量并且与在中心mis结构下电荷耦合。在中心mis结构下流到电极140的电荷引起输出电流信号i
out
，并且输出电流信号i
out
的绝对值相应地增加。在这种情况下，装置10以正跨导(positive transconductance)操作，并且输出电流信号i
out
具有峰值电流值。
[0050]
此外，在一些实施例中，输入信号v
in
的电压电位从第一电压值变为第二电压值。参考图3进行说明，第一电压值为约-0.5v，而第二电压值为约-0.8v。当输入信号v
in
从约-0.5v变化到约-0.8v时，输入信号v
in
的绝对值不断增加，耦合变得更强，但是环形mis结构下的反转电荷量减少，因为环形mis结构下的相对高能量反转电荷转移到电极110，而不是耦合到中心mis结构。换言之，耦合强度的因素和反转电荷量的因素竞争。因此，因为缺少反转电荷占主导地位，所以输出电流信号i
out
的绝对值减小。在这种情况下，装置10以负跨导(negative transconductance)操作，并且输出电流信号i
out
具有谷值电流值。
[0051]
此外，根据一些实施例，输入信号v
in
的电压电位从第二电压值改变(例如，第二电压值为约-0.8v)至约-1.5v。参考图3，当输入信号v
in
的电压电位从约-0.8v变化到约-1.5v时，输入信号v
in
的绝对值不断增加，电子作为少数载流子的供应从电极130注入并移动到电极140。因此，输出电流信号i
out
的绝对值再次增大，并且装置10以正跨导操作。
[0052]
上述值和范围是出于说明性目的给出的。各种值和范围在本揭露案的预期范围内。例如，在不同实施例中，当用于偏置图2的底电极110的电压被修改时，对应于输出电流信号i
out
峰值的第一电压值和对应于输出电流信号i
out
谷值的第二电压值被调整，如将在下面详细讨论的。
[0053]
现在请参照图4。图4是根据本揭露案的一些实施例的与输入信号v
in
一起操作的装置10的示意图。
[0054]
在一些实施例中，装置10还包含电流-电压转换器150。就说明而言，电流-电压转换器150串联耦接在电极140和参考电压v
ref
(例如，接地电压)之间。电流-电压转换器150用以接收输出电流信号i
out
以产生输出电压信号v
out
。在一些实施例中，电流-电压转换器150由电阻器r来实现。在一些实施例中，电阻器r具有足够小以防止电极140的电压被驱动得太远离工作偏置0v的电阻。例如，电阻器r的电阻在约1kω和约100kω之间的范围内。
[0055]
为了说明的目的，给出了电流-电压转换器150的上述配置。电流-电压转换器150的各种配置在本揭露案的预期范围内。例如，在不同实施例中，电流-电压转换器150由晶体管、二极管或能够提供如上的足够电阻的任何合适的元件来实现。
[0056]
现在请参照图5a和图5b。图5a是示出根据本揭露案的一些实施例的输出电流信号i
out
对应图4中的输入信号v
in
的图表。图5b示出了输入信号v
in
和对应的输出电压信号v
out
。
[0057]
就说明而言，参照图5a，当输入信号v
in
具有大约-0.5v的第一电压值时，图5a所示的实施例中的电流-电压曲线具有峰值电流值，并且当输入信号v
in
具有大约-0.8v的第二电压值时，电流-电压曲线具有谷值电流值。就说明而言，装置10用以以第一电压值和第二电压值之间的负跨导来操作。
[0058]
就说明而言，参考图5b，在一些实施例中，输入信号v
in
是三角波，并且输入信号v
in
的电压电位在大约-500mv和大约-800mv之间振荡。当输入信号v
in
从大约-500mv改变到大约-800mv时，由电流-电压转换器150产生的输出电压信号v
out
相应地从大约-100μv改变到大约0v。另一面，当输入信号v
in
的电压电位从大约-800mv改变到大约-500mv时，输出电压信号v
out
相应地从大约0v变为大约-100μv。此外，当输入信号v
in
的绝对值增加时，输出电压信号v
out
的绝对值减小。当输入信号v
in
的绝对值减小时，输出电压信号v
out
的绝对值增大。因此，输出电压信号v
out
具有与输入信号v
in
的相位相反的相位。换句话说，当输入信号v
in
在第一电压值和第二电压值之间的范围内振荡时，输出电压信号v
out
是从输入信号v
in
反转的信号。另外，输出电压信号v
out
具有与输入信号v
in
的振荡频率相同的振荡频率。以不同的方式解释，基于上述，图4中的装置10作为反向器操作。
[0059]
现在请参照图6a和图6b。图6a是示出根据本揭露案的一些实施例的输出电流信号i
out
对应图4中的输入信号v
in
的图表。图6b示出了输入信号v
in
和对应的输出电压信号v
out
。
[0060]
就说明而言，参照图6a，图6a所示的实施例中的电流-电压曲线与图5a所示的实施例中的电流-电压曲线相似。如图6a所示，当输入信号v
in
大于第一电压值时，装置10用以以正跨导进行操作，该第一电压值在大约0v和大约-0.5v之间的范围内。当输入信号v
in
处于第一电压值和第二电压值之间的范围内时，装置10用以以负跨导操作，该范围在-0.5v和-0.8v之间的范围内。
[0061]
就说明而言，参考图6b，在一些实施例中，输入信号v
in
是三角波，并且输入信号v
in
的电压电位在大约-305mv和大约-605mv之间振荡。就说明而言，输入信号v
in
的电压电位被配置在包含第一值(例如，大约-500mv)的范围内，而非第二值(例如，大约-800mv)，输出电压信号v
out
具有是输入信号v
in
的频率的两倍的频率。例如，如图6b所示，在输入信号v
in
的第一半振荡中，输入信号v
in
的电压电位从约-305mv改变到约-600mv。因此，当装置10以正跨导操作时，输出电压信号v
out
首先从大约-60μv改变到大约-105μv。第二，当装置10以负跨导操
作时，输出电压信号v
out
从-105μv改变到约-60μv。此外，在输入信号v
in
的第二半振荡中，输入信号v
in
的电压电位从约-305mv改变到约-600mv。因此，如图6b所示，输出电压信号v
out
以与上述相同的方式改变。换句话说，当输入信号v
in
在没有包含第二电压值并包含第一电压值的范围内振荡时，输出电压信号v
out
具有是输入信号v
in
的频率的两倍的频率。以不同的方式说明，基于上述，图4中的装置10操作为倍频器电路或倍频器装置。
[0062]
现在请参照图7a和图7b。图7a是示出根据本揭露案的一些实施例的输出电流信号i
out
对应图4中的输入信号v
in
的图表。图7b示出了输入信号v
in
和对应的输出电压信号v
out
。
[0063]
就说明而言，参照图7a，图7a所示的实施例中的电流-电压曲线与图5a及图6a所示的实施例中的电流-电压曲线相似。当输入信号v
in
是在第一电压值与第二电压值之间时，装置10用以以负跨导进行操作，有就是在大约-0.5v和大约-0.8v之间的范围内。当输入信号v
in
小于第二电压值时，装置10用以以正跨导操作，该范围在-0.8v和-1.5v之间的范围内。
[0064]
就说明而言，参考图7b，在一些实施例中，输入信号v
in
是三角波，并且输入信号v
in
的电压电位在大约-635mv和大约-935mv之间振荡。就说明而言，当输入信号v
in
的电压电位被配置在包含第二值(例如，大约-800mv)的范围内，而非包含第一值(例如，大约-500mv)，输出电压信号v
out
具有与输入信号v
in
相位相反的相位以及具有是输入信号v
in
的频率的两倍的频率。换句话说，当输入信号v
in
在包含第二电压值(例如，大约-800mv)而不包含第一电压值(例如，大约-500mv)的范围内振荡时，输出电压信号v
out
被配置为由输入信号v
in
反相并且具有是输入信号v
in
频率的两倍的频率的信号。说明而言，如图7b所示，在一些实施例中，在输入信号v
in
的第一半振荡中，输入信号v
in
的电压电位从约-635mv改变到约-935mv，输入信号v
in
的绝对值增加。因此，当装置10以负跨导操作在约-635mv到约-800mv的电压范围时，输出电压信号v
out
的绝对值首先从大约40μv下降到大约10μv。第二，当装置10以正跨导操作在约-800mv到约-935mv的电压范围时，输出电压信号v
out
的绝对值从大约10μv增加到大约40μv。换句话说，当装置10以正跨导操作在约-935mv到约-800mv的电压范围时，输出电压信号v
out
的绝对值首先从大约40μv下降到大约10μv。第二，当装置10以负跨导操作在约-800mv到约-635mv的电压范围时，输出电压信号v
out
的绝对值从大约10μv增加到大约40μv。换句话说，当输入信号v
in
振荡一次时，输出电压信号v
out
相应地振荡两次并与输入信号v
in
反相。以不同的方式说明，基于上述，图4中的装置10操作为结合倍频器与反相器的电路或装置。
[0065]
现在请参照图8a和图8b。图8a是示出根据本揭露案的一些实施例的输出电流信号i
out
对应图4中的输入信号v
in
的图表。图8b示出了输入信号v
in
和对应的输出电压信号v
out
。
[0066]
就说明而言，参照图8a，图8a所示的实施例中的电流-电压曲线与图5a、图6a、图7a所示的实施例中的电流-电压曲线相似。就说明而言，当输入信号v
in
大于第一电压值时，也就是在大约0v和大约-0.5v之间的范围内，装置10用以以正跨导进行操作。当输入信号v
in
处于第一电压值和第二电压值之间的范围内时，装置10用以以负跨导操作，该范围在-0.5v和-0.8v之间的范围内。当输入信号v
in
小于第二电压值时，也就是在大约-0.8v和大约-1.5v之间的范围内，装置10更用以以正跨导进行操作。
[0067]
就说明而言，参考图8b，在一些实施例中，输入信号v
in
是三角波，并且输入信号v
in
的电压电位在大约-100mv和大约-1100mv之间振荡。就说明而言，当输入信号v
in
的电压电位被配置在包含第一值(例如，大约-500mv)与第二值(例如，大约-800mv)的范围内，输出电压信号v
out
具有是输入信号v
in
的频率的三倍的频率。换句话说，当输入信号v
in
在包含第一电
压值(例如，大约-500mv)与第二电压值(例如，大约-800mv)的范围内振荡时，输出电压信号v
out
被配置为具有是输入信号v
in
频率的三倍的频率。例如，如图8b所示，在一些实施例中，在输入信号v
in
的第一半振荡中，输入信号v
in
的电压电位从约-100mv改变到约-1100mv，输入信号v
in
的绝对值增加。当装置10以正跨导操作在大约-100mv到-500mv范围时，输出电压信号v
out
的绝对值首先从大约10μv增加到大约110μv。第二，当装置10以负跨导操作在大约-500mv到-800mv范围时，输出电压信号v
out
的绝对值从100μv下降到约10μv。第三，当装置10以正跨导操作在大约-800mv到-1100mv范围时，输出电压信号v
out
的绝对值首先从大约10μv增加到大约110μv。此外，在输入信号v
in
的第二半振荡中，输入信号v
in
的电压电位从约-1100mv改变到约-100mv，输入信号v
in
的绝对值减少。当装置10以正跨导操作在大约-1100mv到-800mv范围时，输出电压信号v
out
的绝对值首先从大约100μv减少到大约10μv。第二，当装置10以负跨导操作在大约-800mv到-500mv范围时，输出电压信号v
out
的绝对值从10μv增加到约110μv。第三，当装置10以正跨导操作在大约-500mv到-100mv范围时，输出电压信号v
out
的绝对值首先从大约100μv减少到大约110μv。换句话说，当输入信号v
in
振荡一次，输出电压信号v
out
振荡三次。以不同的方式说明，基于上述，图4中的装置10操作为三倍频器电路或三倍频器装置。
[0068]
现在请参照图9a。图9a是根据本揭露案的一些实施例的操作有输入信号v
in
和基板偏压v
substrate
的装置10的示意图。
[0069]
与图2中的装置10相比，为了便于理解，图9a中的相同元件用相同的附图标记表示。就说明而言，参考图9a，底电极110用以用可调节于修改输出电流信号i
out
的操作电压偏置。在一些实施例中。为了参考图9a进行说明，底电极110耦接到作为工作电压的基板偏压v
substrate
。此外，在一些实施例中，基板偏压v
substrate
是负电压偏置和正电压偏置中的一个。例如，基板偏压v
substrate
可以是约-0.4v或约+0.12v。
[0070]
现在请参照图9b。图9b是示出根据本揭露案的一些实施例的具有各种基板偏置的输出电流信号i
out
与输入信号v
in
的图表。
[0071]
就说明而言，曲线c1-c5示出了经过各种基板偏压调制的输出电流信号i
out
具有对应于不同第一电压值的不同峰值电流值和对应于不同第二电压值的不同谷值电流值。例如，在一些实施例中，以负基板偏压产生曲线c1-c3，其中基板偏压v
substrate
分别为约-0.4v、-0.25v和-0.15v，在没有基板偏压的情况下产生曲线c4，且在约0.15v的正基板偏压下产生的曲线c5。由于负基板偏置增强了环mis结构下的电荷和中心mis结构下的电荷之间的耦合，如图9b中所示的曲线c1-c3，当基板偏压v
substrate
为负并且基板偏压v
substrate
的绝对值增大时，输出电流信号i
out
的峰值电流值增大，并且第一电压值的绝对值和第二电压值的绝对值都增加。或者，当施加正基板偏压时，如图9b所示的曲线c5，输出电流信号i
out
的峰值电流值减小，并且第一电压值的绝对值和第二电压值的绝对值都减小。
[0072]
应当注意，基板偏压v
substrate
的布置是出于说明性目的给出的。基板偏压v
substrate
的各种布置在本揭露案的预期范围内。例如，在一些实施例中，基板偏压v
substrate
可以根据施加在输入信号v
in
上的偏置来改变，如将在下面详细讨论的。
[0073]
现在请参照图10。图10是示出根据本揭露案的一些实施例的装置10的基板偏压v
substrate
，输入信号v
in
和输出电流信号i
out
的图表。
[0074]
就说明而言，底电极110用以用诸如基板偏压v
substrate
的操作电压偏置，并且操作
电压与输出电压信号v
out
相关联并用以被调整以调制输出电压信号v
out
。例如，在一些实施例中，作为振荡信号的输入信号v
in
在大约-0.5v到大约-0.8v之间振荡，并且电极140的电压电位是0v。参照图10进行说明，首先，当施加约-0.4v的基板偏压v
substrate
时，输出电压信号v
out
具有与输入信号v
in
相同的相位和频率。其次，当施加约0.12v的基板偏压v
substrate
时，输出电压信号v
out
的频率是输入信号v
in
的频率的两倍，并且是反相的。第三，当施加约-0.225v的基板偏压v
substrate
时，输出电压信号v
out
的频率是输入信号v
in
的频率的两倍。第四，当在电极110上没有偏压时，输出电压信号v
out
是输入信号v
in
的反相。换句话说，装置10可以在输入信号v
in
的电压振荡保持相同的同时，透过接收不同的基板偏压v
substrate
来执行不同的操作。
[0075]
现在请参照图11。图11是根据本揭露案的一些实施例的与输入信号v
in
一起操作的装置10的示意图。
[0076]
与图4中的装置10相比，为了便于理解，图11中的相同元件用相同的附图标记表示。就说明而言，电极140可以用以与输入信号v
in
一起应用，并且电极130可以用以输出用以被转换成输出电压信号v
out
的输出电流信号i
out
。此外，电流-电压转换器150可以耦接在参考电压vref和电极130之间，以便输出输出电流信号i
out
。在一些实施例中，电流-电压转换器150可以是电阻性装置，诸如电阻器r。
[0077]
根据上文所论述的本揭露案的一些实施例，装置10可用以根据输入信号v
in
的量值操纵输出电压信号v
out
的频率、相位或以上的组合。在一些实施例中，装置10的细节操作总结如下表i：
[0078][0079]
表i:装置10的操作与输入信号v
in
的范围
[0080]
就说明而言，如上面提到的表i，与在底电极110上以0v的偏压在相同模式下操作的装置10的输入信号v
in
的电压范围相比，当离差电压δv施加在基板偏压v
substrate
上时，在特定模式下操作的装置10的输入信号v
in
的电压范围可以被离差电压δv偏移。应当注意到的是，离差电压δv可以是任何任意电压。
[0081]
在一些实施例中，输入信号v
in
在约-500mv至-800mv之间振荡，装置10的细节操作总结如在下表ii中：
[0082][0083]
表ii:装置10的操作与基板偏压v
substrate
的范围
[0084]
就说明而言，如上文所提及的表ii，与施加在输入信号v
in
上的0v偏置相同的模式
操作的装置10的基板偏压v
substrate
的电压范围相比，当在输入信号v
in
上施加离差电压δv时，在特定模式下操作的装置10的基板偏压v
substrate
的电压范围可以被离差电压δv移位，。应该注意的是，离差电压δv可以是任意的电压。
[0085]
为了说明的目的，给出了输入信号v
in
和基板偏压v
substrate
的布置。输入信号v
in
和基板偏压v
substrate
的各种布置在本揭露案的预期范围内。
[0086]
综合以上所述，本揭露案一实施例的装置能够以简单的结构产生具有是输出信号相同、两倍或三倍的频率的输出信号，并且输出信号是输入信号的同相或反相。此外，本揭露案一实施例的装置10能够透过接收基板偏压而在不同的操作模式下进行切换。
[0087]
根据本揭露案的一实施例，揭露一种半导体装置，其包括半导体基板、设置在半导体基板的第一表面上底电极、设置在半导体基板与第一表面相对的第二表面上的绝缘层、电流-电压转换器以及第一电极和第二电极。第一电极和第二电极彼此分离并且设置在绝缘层上。第一电极用以被施加输入信号，并且第二电极用以输出与输入信号相关联的输出电流信号。输入信号用以具有可变的电压电位，并且输出电流信号用以具有峰值电流值和谷值电流值。电流-电压转换器用以接收输出电流信号以产生输出电压信号。
[0088]
在一些实施例中，其中第一电极围绕第二电极，或者第二电极围绕第一电极。
[0089]
在一些实施例中，其中电流-电压转换器包含电阻器，其耦接在第二电极与参考电压之间。
[0090]
在一些实施例中，其中底电极用以用操作电压偏置，且操作电压与输出电压信号相关联且用以经调整以调制输出电压信号。
[0091]
在一些实施例中，其中输入信号的电压电位具有对应于峰值电流值的第一值，或对应于谷值电流值的第二值，以及当输入信号的电压电位介于第一值与第二值之间时，输出电压信号具有与输入信号的相位相反的相位。
[0092]
在一些实施例中，其中输入信号的电压电位具有对应于峰值电流值的第一值，或对应于谷值电流值的第二值，以及当输入信号的电压电位被配置在包含第一值而不包含第二值的范围内时，输出电压信号具有为输入信号的频率的两倍的频率。
[0093]
在一些实施例中，其中输入信号的电压电位具有对应于峰值电流值的第一值，或对应于谷值电流值的第二值，以及当输入信号的电压电位被配置在包含第二值而不包含第一值的范围内时，输出电压信号具有与输入信号的相位相反的相位，并且具有是输入信号的频率的两倍的频率。
[0094]
在一些实施例中，其中输入信号的电压电位具有对应于峰值电流值的第一值，或对应于谷值电流值的第二值，以及当输入信号的电压电位被配置在包含第一值和第二值的范围内时，输出电压信号具有为输入信号的频率的三倍的频率。
[0095]
根据本揭露案的另一实施例，揭露一种半导体装置，包含半导体基板、设置在半导体基板上绝缘层、第一电极、第二电极和第三电极。第一电极和第二电极彼此分离并且设置在绝缘层上，其中第一电极为围绕第二电极的连续电极，第一电极和第二电极中的一者用以被施加振荡信号，且第一电极及第二电极中的另一者用以输出用以转换为输出电压信号的输出电流信号，其中振荡信号经配置以具有对应于输出电流信号的峰值的第一电压值及对应于输出电流信号的谷值的第二电压值。第三电极与绝缘层相对设置在半导体基板上，其中第三电极用以被工作电压偏置。
[0096]
在一些实施例中，半导体装置还包含电阻器，其耦接在参考电压与第一电极与第二电极中的另一者之间，电阻器用以输出输出电流信号。
[0097]
在一些实施例中，其中第三电极用以被操作电压偏置，操作电压可调整以用于调整输出电流信号。
[0098]
在一些实施例中，其中当振荡信号经配置以在第一电压值与第二电压值之间的范围内振荡时，输出电压信号经配置以是从振荡信号反转的信号。
[0099]
在一些实施例中，其中当振荡信号经配置以在包含第一电压值而无第二电压值的范围内振荡时，输出电压信号经配置以具有为振荡信号的频率的两倍的频率。
[0100]
在一些实施例中，其中当振荡信号用以在包含第二电压值的范围内振荡而没有第一电压值时，输出电压信号用以从振荡信号反转并且具有是振荡信号的频率的两倍的频率的信号。
[0101]
在一些实施例中，其中当振荡信号经配置以在包含第一电压值及第二电压值的范围内振荡时，输出电压信号经配置以具有为振荡信号的频率的三倍的频率。
[0102]
根据本揭露案的一实施例，揭露一种方法，方法包含以下步骤：将振荡信号施加到彼此分离并且设置在半导体基板上的绝缘层上的第一电极和第二电极中的一个，其中，第一电极围绕第二电极；以及透过转换来自第一电极和第二电极中的另一个的输出电流信号产生输出电压信号；其中振荡信号用以在包含对应于输出电流信号的峰值的第一电压值、对应于输出电流信号的谷值的第二电压值或者同时包含第一电压值和第二电压值的范围内振荡。
[0103]
在一些实施例中，方法还包含透过在半导体基板上与绝缘层相对设置的第三电极施加基板偏置，以调整输出电流信号。
[0104]
在一些实施例中，其中当振荡信号用以在第一电压值与第二电压值之间的范围内振荡时，输出电压信号被配置为从振荡信号反相的信号；当振荡信号用以在包含第一电压值而没有第二电压值的范围内振荡时，输出电压信号用以具有为振荡信号的频率的两倍的频率；以及当振荡信号用以在包含第二电压值而没有第一电压值的范围内振荡时，输出电压信号被配置为从振荡信号反相的信号并且具有是振荡信号的频率的两倍的频率。
[0105]
在一些实施例中，当振荡信号用以在包含第一电压值和第二电压值的范围内振荡时，输出电压信号用以具有为振荡信号的频率的三倍的频率。
[0106]
在一些实施例中，其中透过第一电极和第二电极中的一个施加输入偏置以修改输出电流信号。
[0107]
上文概述数种实施例的特征，使得熟悉此项技术者可更好地理解本揭露案的态样。熟悉此项技术者应了解，可轻易使用本揭示案作为设计或修改其他制程及结构的基础，以便执行本文所介绍的实施例的相同目的及/或实现相同优点。熟悉此项技术者亦应认识到，此类等效构造并未脱离本揭露案的精神及范畴，且可在不脱离本揭示案的精神及范畴的情况下产生本文的各种变化、取代及更改。