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KR20110116970A - Variable gate field effect transistor (FET) and electric and electronic device having the FET - Google Patents

Variable gate field effect transistor (FET) and electric and electronic device having the FET Download PDF

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KR20110116970A
KR20110116970A KR1020110019643A KR20110019643A KR20110116970A KR 20110116970 A KR20110116970 A KR 20110116970A KR 1020110019643 A KR1020110019643 A KR 1020110019643A KR 20110019643 A KR20110019643 A KR 20110019643A KR 20110116970 A KR20110116970 A KR 20110116970A
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South Korea
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fet
gate
mit
thin film
voltage
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김현탁
김봉준
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명에 의한 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 그 FET을 구비한 전기전자장치는 열에 의한 FET의 소스-드레인 간 전류 감소 문제를 효과적으로 해결하고, 또한, FET의 온도를 낮출 수 있는 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 그 FET을 구비한 전기전자장치를 제공한다. 그 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor: FET); 및 상기 FET의 표면 또는 발열 부분으로 부착되고, 회로적으로는 상기 FET의 게이트 단자에 연결되어 상기 게이트 단자의 전압을 가변시키는 게이트 제어 소자;를 포함하고, 상기 FET이 소정 온도 이상 상승 시에 상기 게이트 가변 소자에 의해 상기 게이트 단자의 전압이 가변되어 상기 FET의 소스-드레인 사이의 채널 전류가 제어된다.The variable gate field effect transistor (FET) according to the present invention and an electric and electronic device including the FET effectively solve the problem of reducing the source-drain current of the FET due to heat, and also reduce the temperature of the FET. An effect transistor (FET) and an electronic device having the FET are provided. The variable gate field effect transistor includes a field effect transistor (FET); And a gate control element attached to a surface or a heat generating portion of the FET and circuitally connected to a gate terminal of the FET to vary the voltage of the gate terminal. The voltage of the gate terminal is varied by a gate variable element to control the channel current between the source and the drain of the FET.

Description

가변 게이트 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 그 FET을 구비한 전기전자장치{Variable gate field-effect transistor(FET) and, electrical and electronic apparatus comprising the same FET}Variable gate field-effect transistor (FET) and, electrical and electronic apparatus comprising the same FET}

본 발명은 전계 효과 트랜지스터(FET)에 관한 것으로, 특히 MIT 소자나 써미스터 소자를 이용하여 FET의 게이트 전압을 가변시킴으로써, 안정적으로 동작할 수 있는 고효율 및 저발열의 FET에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to field effect transistors (FETs), and more particularly, to high efficiency and low heat generation FETs that can operate stably by varying the gate voltage of FETs using MIT devices or thermistor devices.

전자부품 중에서 대표적인 스위치는 3 단자 소자인 트랜지스터라고 할 수 있으며, 트랜지스터는 pn 접합원리를 이용한 바이폴라 트랜지스터와 캐패시터를 이용하는 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor: FET)로 분류된다. 고속신호 증폭용 FET는 전기전자장치의 전단-후단(Front-End)에서 RF 신호 증폭, DC-DC 컨버터, DC 스위칭용 소자로 사용되고 있다. 이러한 FET은 고속 스위칭 시에 소스-드레인 전도층에 열이 발생하고, 그 열이 게이트 절연체에 전달되어 소스-드레인 사이의 채널 전류가 줄어드는 것이 FET의 대표적인 문제점으로 지적되고 있다. A typical switch among electronic components is a transistor, which is a three-terminal device. The transistors are classified into bipolar transistors using a pn junction principle and field effect transistors (FETs) using capacitors. High-speed signal amplification FETs are used for RF signal amplification, DC-DC converters, and DC switching devices at the front-end of electrical and electronic devices. It is pointed out that a typical problem of the FET is that the FET generates heat in the source-drain conductive layer during high-speed switching, and the heat is transferred to the gate insulator to reduce the channel current between the source and the drain.

이러한 문제 때문에 FET은 고속의 신호 증폭이 가능하지 않다. 그에 따라, FET의 고속증폭을 위해, 온도센서, 메모리, D-A 컨버터 등의 주변소자와 이러한 주변소자들을 제어하는 마이크로프로세서가 필요하고, 이러한 주변장치가 동작하도록 하기 위하여 복잡한 시스템 개념의 프로그램이 요구된다.Because of this problem, FETs are not capable of high-speed signal amplification. Accordingly, for high speed amplification of FETs, peripheral devices such as temperature sensors, memories, DA converters, and microprocessors for controlling these peripheral devices are required, and complex system concept programs are required to operate these peripheral devices. .

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열에 의한 FET의 소스-드레인 간 전류 감소 문제를 효과적으로 해결하고, 또한, FET의 온도를 낮출 수 있는 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 그 FET을 구비한 전기전자장치를 제공하는 데에 있다.The problem to be solved by the present invention is to effectively solve the problem of the source-drain current reduction of the FET due to heat, and also to reduce the temperature of the FET, a variable gate field effect transistor (FET) and an electrical and electronic device having the FET Is in providing.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor: FET); 및 상기 FET의 표면 또는 발열 부분으로 부착되고, 회로적으로는 상기 FET의 게이트 단자에 연결되어 상기 게이트 단자의 전압을 가변시키는 게이트 제어 소자;를 포함하고, 상기 FET이 소정 온도 이상 상승 시에 상기 게이트 가변 소자에 의해 상기 게이트 단자의 전압이 가변되어 상기 FET의 소스-드레인 사이의 채널 전류가 제어되는 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a field effect transistor (FET); And a gate control element attached to a surface or a heat generating portion of the FET and circuitally connected to a gate terminal of the FET to vary the voltage of the gate terminal. Provided is a variable gate field effect transistor in which the voltage of the gate terminal is varied by a gate variable element to control the channel current between the source and the drain of the FET.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 게이트 제어 소자는, 임계 온도에서 급격한 금속 절연체 전이(Metal-Insulator Transition: MIT)가 발생하는 MIT 소자를 포함할 수 있다. 이러한 상기 MIT 소자는 상기 임계 온도에서 급격한 MIT를 일으키는 MIT 박막; 상기 급격한 MIT 박막에 컨택하는 2개의 전극 박막;을 포함하며, 2개의 상기 전극 박막 중 어느 하나인 제1 전극 박막은 상기 게이트 단자에 연결되고, 다른 하나인 제2 전극 박막은 제어용 전압원 또는 그라운드에 연결될 수 있다. 한편, 상기 FET의 드레인 전극으로는 구동 전압원이 연결되고, 상기 FET의 소스 전극으로는 구동 소자가 연결되며, 상기 FET의 게이트로는 게이트 전압원 및 상기 MIT 소자가 공통으로 연결될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the gate control device may include an MIT device that generates a sudden metal-insulator transition (MIT) at a critical temperature. The MIT device includes an MIT thin film that causes abrupt MIT at the critical temperature; And two electrode thin films contacting the abrupt MIT thin film, wherein one of the two electrode thin films is connected to the gate terminal, and the second electrode thin film is connected to a control voltage source or ground. Can be connected. A driving voltage source may be connected to a drain electrode of the FET, a driving device may be connected to a source electrode of the FET, and a gate voltage source and the MIT device may be commonly connected to a gate of the FET.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 게이트 제어 소자는, 온도 증가에 따라 저항이 감소하는 써미스터 소자를 포함할 수 있다. 이러한 상기 써미스터 소자의 2개의 단자 중 어느 하나는 상기 FET의 게이트에 연결되고, 다른 하나는 제어용 전압원 또는 그라운드에 연결될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the gate control element may include a thermistor element whose resistance decreases with increasing temperature. One of two terminals of the thermistor element may be connected to a gate of the FET, and the other may be connected to a control voltage source or ground.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 FET과 게이트 제어 소자는 하나의 칩으로 패키징될 수 있다. 또한, 상기 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터는 상기 FET으로부터 발생된 열을 전달하는 열 전달 매개체를 포함하고, 상기 FET과 게이트 제어 소자는 각각 패키징되며, 패키징된 상기 FET과 게이트 제어 소자는 상기 열 전달 매개체를 통해 열 전달이 되도록 결합될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the FET and the gate control element may be packaged into one chip. In addition, the variable gate field effect transistor includes a heat transfer medium for transferring heat generated from the FET, the FET and the gate control element are respectively packaged, the packaged FET and the gate control element is the heat transfer medium. Can be combined to allow heat transfer.

본 발명의 또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 구동 소자; 및 상기 구동 소자에 연결되어 상기 구동 소자로 공급되는 전류를 제어하는 적어도 하나의 상기 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터;를 포함하는 전기전자장치를 제공한다.Also, in order to solve the above problems, a drive element of the present invention; And at least one variable gate field effect transistor connected to the driving element to control a current supplied to the driving element.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 게이트 제어 소자는, 임계 온도에서 급격한 금속 절연체 전이(MIT)가 발생하는 MIT 소자 또는 온도 증가에 따라 저항이 감소하는 써미스터 소자를 포함할 수 있다. 이러한 MIT 소자 또는 써미스터 소자의 2개의 단자 중 어느 하나는 상기 FET의 게이트에 연결되고, 다른 하나는 제어용 전압원 또는 그라운드에 연결될 수 있다.In an embodiment of the present disclosure, the gate control device may include an MIT device in which an abrupt metal insulator transition (MIT) occurs at a critical temperature or a thermistor device whose resistance decreases with increasing temperature. Either one of the two terminals of the MIT device or thermistor element may be connected to the gate of the FET, and the other may be connected to a control voltage source or ground.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터는 복수 개이고, 복수 개의 상기 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터의 각각의 상기 FET은 어레이 구조로 배치되어 FET 어레이 소자를 구성하고, 상기 FET 어레이 소자의 각각의 FET에 상기 게이트 제어 소자가 연결될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the variable gate field effect transistor is a plurality, each of the plurality of the FET of the variable gate field effect transistor is arranged in an array structure constituting a FET array element, the FET array element The gate control element may be connected to each FET.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전기전자장치는, 상기 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터가 사용되는, RF 신호 증폭용 소자, DC-DC 스위칭 소자, 파워 서플라이용 스위칭 소자, 마이크로프로세서의 고속 신호 처리용 스위칭 소자, 전자기기들의 파워 제어용 스위칭 소자, 리튬이온 충전용 스위칭 소자, LED 제어용 스위칭 소자, 디스플레이 픽셀 제어용 스위치 소자, 메모리 셀 제어용 스위칭 소자, 음향기기에서 음향 및 음성 신호 증폭용 스위칭 소자, 포토-릴레이, 및 광 스위치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrical and electronic device, the variable gate field effect transistor is used, RF signal amplification device, DC-DC switching device, power supply switching device, microprocessor for high-speed signal processing Switching element, switching element for power control of electronic devices, switching element for lithium ion charging, switching element for LED control, switching element for display pixel control, switching element for memory cell control, switching element for amplifying sound and voice signals in sound equipment, photo-relay And an optical switch.

본 발명의 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 그 FET을 구비한 전기전자장치는, MIT 소자 또는 써미스터 소자를 이용하여, FET에서 발생된 열에 따라, FET의 게이트로 인가되는 전압을 가변시켜, FET의 소스-드레인 사이의 전류를 증가시키고, 또한 FET의 온도를 낮춤으로써, FET의 동작을 안정적으로 유지시킬 수 있다.A variable gate field effect transistor (FET) of the present invention and an electric and electronic device including the FET use a MIT element or a thermistor element to vary the voltage applied to the gate of the FET according to the heat generated in the FET, By increasing the current between the source-drain and lowering the temperature of the FET, the operation of the FET can be kept stable.

그에 따라, 본 발명의 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터(FET)는 고속, 고전력, 및 저발열의 스위칭 소자로서, RF 신호 증폭용 소자, DC-DC 스위칭 소자, 파워 서플라이용 스위칭 소자, 마이크로프로세서에서 고속 신호 처리용 스위칭 소자, 전자기기들의 파워 제어용 스위칭 소자, 리튬이온 충전용 스위칭 소자, LED 제어용 스위칭 소자, 디스플레이 픽셀 제어용 스위칭 소자, 메모리 셀 제어용 스위칭 소자, 음향기기에서 음향 및 음성 신호 증폭용 스위칭 소자, 포토-릴레이, 및 광 스위치 등의 스위칭 소자에 이용될 수 있고, 또한 그러한 스위칭 소자들을 포함하는 모바일폰, 노트북 컴퓨터, 컴퓨터, 메모리 등의 모든 전기전자장치에 유용하게 활용될 수 있다.Accordingly, the variable gate field effect transistor (FET) of the present invention is a high speed, high power, and low heat switching device, and is a high speed signal in an RF signal amplification device, a DC-DC switching device, a power supply switching device, and a microprocessor. Switching element for processing, switching element for controlling power of electronic devices, switching element for charging lithium ion, switching element for controlling LED, switching element for controlling display pixel, switching element for controlling memory cell, switching element for amplifying sound and voice signals in acoustic equipment, photo It can be used in switching elements such as relays and optical switches, and can also be usefully used in all electric and electronic devices such as mobile phones, notebook computers, computers, memories, etc. including such switching elements.

도 1은 N형 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor: FET)의 동작을 설명하기 위한 기본 회로도이다.
도 2는 도 1의 회로에서 게이트 전압(VGS)에 따른 소스-드레인 전압(VDS)에 대한 드레인 전류(ID)를 보여주는 그래프이다.
도 3은 도 1의 회로에서 게이트 전압(VGS)에 따른 소스-드레인 전류(IDS)에 대한 FET의 표면 온도(T)를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 게이트 FET를 포함한 전기전자장치에 대한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 게이트 FET를 포함한 전기전자장치에 대한 회로도이다.
도 6a ~ 도 6b는 도 4 또는 5의 가변 게이트 FET에 이용되는 MIT 소자에 대한 단면도들 및 평면도이다.
도 7은 바나듐 옥사이드(VO2)를 이용하여 구현된 MIT 소자의 온도에 대한 저항 특성을 보여주는 그래프이다.
도 8은 정현파 입력에 대한 출력전압의 변화를 측정하기 위해 사용된 도 4의 변형 회로도이다.
도 9a 및 9b는 도 8의 회로도에서 측정한 입력 전압과 출력 전압을 보여주는 신호 파형도들이다.
도 10은 도 8의 회로도에서 측정한, VMIT 변화에 따른 출력전압의 최대 최소값을 표시한 그래프이다.
도 11는 도 8의 회로도에서 측정한, RMIT 변화에 따른 출력전압의 최대 최소값을 표시한 그래프이다.
도 12a 및 12b는 도 8의 회로도에서, 커패시터를 통과한 후의 출력전압을 보여주는 신호 파형도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 게이트 FET를 포함한 전기 전자장치에 대한 회로도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 게이트 FET를 포함한 전기 전자장치에 대한 회로도이다.
도 15a 및 15b는 도 13 또는 도 14에 가변 게이트 FET에 이용되는 써미스터 소자에 대한 단면도들이다.
도 16은 써미스터 소자의 온도에 대한 저항 특성을 보여주는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예 따른 가변 게이트 FET이 하나의 패키지로 패키징된 모습을 보여주는 평면도이다.
도 18a 및 18b는 본 발명의 일 실시예 따른 가변 게이트 FET의 게이트 가변 소자와 FET이 각각 패키징되어 결합된 모습을 보여주는 단면도 및 평면도이다.
1 is a basic circuit diagram illustrating the operation of an N-type field effect transistor (FET).
FIG. 2 is a graph showing the drain current I D versus the source-drain voltage V DS according to the gate voltage V GS in the circuit of FIG. 1.
FIG. 3 is a graph showing the surface temperature T of the FET versus the source-drain current I DS according to the gate voltage V GS in the circuit of FIG. 1.
4 is a circuit diagram of an electronic device including a variable gate FET according to an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram of an electronic device including a variable gate FET according to an embodiment of the present invention.
6A-6B are cross-sectional views and plan views of MIT devices used in the variable gate FETs of FIGS. 4 or 5.
FIG. 7 is a graph showing resistance to temperature of an MIT device implemented using vanadium oxide (VO 2 ).
8 is a modified circuit diagram of FIG. 4 used to measure the change in output voltage with respect to a sinusoidal input.
9A and 9B are signal waveform diagrams showing an input voltage and an output voltage measured in the circuit diagram of FIG. 8.
FIG. 10 is a graph showing the maximum minimum value of the output voltage according to the V MIT change measured in the circuit diagram of FIG. 8.
FIG. 11 is a graph showing the maximum minimum value of the output voltage according to the change of R MIT measured in the circuit diagram of FIG. 8.
12A and 12B are signal waveform diagrams showing an output voltage after passing through a capacitor in the circuit diagram of FIG. 8.
13 is a circuit diagram of an electronic device including a variable gate FET according to another embodiment of the present invention.
14 is a circuit diagram of an electronic device including a variable gate FET according to another embodiment of the present invention.
15A and 15B are cross-sectional views of thermistor elements used in the variable gate FETs in FIG. 13 or FIG.
16 is a graph showing resistance characteristics with respect to temperature of a thermistor element.
17 is a plan view illustrating a case in which a variable gate FET is packaged in one package according to an embodiment of the present invention.
18A and 18B are cross-sectional views and plan views illustrating a state in which a gate variable element and a FET of a variable gate FET are packaged and combined, respectively, according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 상부에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었고, 설명과 관계없는 부분은 생략되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, when an element is described as being present on top of another element, it may be directly on top of the other element, and a third element may be interposed therebetween. In the drawings, the thickness and size of each constituent element are exaggerated for convenience and clarity of description, and a portion not related to the description is omitted. Like numbers refer to like elements in the figures. It is to be understood that the terminology used is for the purpose of describing the present invention only and is not used to limit the scope of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

도 1은 N형 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor: FET)의 동작을 설명하기 위한 기본 회로도이다.1 is a basic circuit diagram illustrating the operation of an N-type field effect transistor (FET).

도 1을 참조하면, 일반적으로 전계 효과 트랜지스터(10, 이하 'FET')는 3 단자 스위치로서, 게이트 전압원(VG)으로부터 게이트(G)로 인가되는 전압을 조절하여, FET(10)의 소스(S) 및 드레인(D) 간의 채널을 온-오프 시킴으로써, 구동 전압원(VD)으로부터의 전류를 구동소자(미도시)로 공급하는 기능을 한다. FET(10)은 N형 FET과 P형 FET으로 분류되고, 본 도면에서는 N형 FET을 도시하고 있다.Referring to FIG. 1, in general, the field effect transistor 10 (hereinafter, referred to as 'FET') is a three-terminal switch, and adjusts a voltage applied from the gate voltage source V G to the gate G, thereby controlling the source of the FET 10. By turning on and off the channel between (S) and the drain (D), it functions to supply the current from the driving voltage source (V D ) to the driving element (not shown). The FET 10 is classified into an N-type FET and a P-type FET. In this figure, the N-type FET is shown.

FET(10)은 게이트에 게이트 전압이 가해지고 그 전압에 의해 유기되는 전하를 소스-드레인 전압에 의해 흐르게 하여 구동소자로 전류를 공급하게 한다. 이러한 FET(10)은 소스-드레인 전압을 높여 큰 전류를 흐르게 함으로써, 파워 FET로서 이용될 수 있다. 또한, FET(10)은 낮은 소스-드레인 전압에 적절한 게이트 전압을 인가함으로써, 고속의 스위칭을 수행하는 고속 스위칭 소자로 이용될 수도 있다. The FET 10 applies a gate voltage to the gate and causes electric charges induced by the voltage to flow by the source-drain voltage to supply current to the driving device. This FET 10 can be used as a power FET by increasing the source-drain voltage to flow a large current. In addition, the FET 10 may be used as a high speed switching element for performing high speed switching by applying an appropriate gate voltage to a low source-drain voltage.

그러나 이러한 FET(10)은 고속 스위칭 시에 소스-드레인 채널층에 열이 발생하고, 그 열이 게이트 절연체에 전달되어 소스-드레인 사이의 채널 전류가 줄어듦으로써, 구동소자(미도시)의 오작동을 유발한다. 여기서,

Figure pat00001
는 구동소자 대신 FET(10)에 연결시킨 전류계이다.However, the FET 10 generates heat in the source-drain channel layer during high-speed switching, and heat is transferred to the gate insulator to reduce the channel current between the source and the drain, thereby preventing malfunction of a driving device (not shown). cause. here,
Figure pat00001
Is an ammeter connected to the FET 10 instead of the driving element.

도 2는 도 1의 회로에서 게이트 전압(VGS)에 따른 소스-드레인 전압(VDS)에 대한 드레인 전류(ID)를 보여주는 그래프로서, FET으로서 N-MOS IRF640을 사용하여 얻은 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing the drain current I D versus the source-drain voltage V DS according to the gate voltage V GS in the circuit of FIG. 1, which is obtained using an N-MOS IRF640 as a FET.

도 2를 참조하면, 소스-드레인 전압(VDS)의 증가에 따라, 드레인 전류(ID)도 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 게이트 전압(VGS)이 높을수록 드레인 전류(ID)의 증가 속도, 즉, 해당 그래프의 기울기도 커짐을 알 수 있다. 한편, 5.5 V이상의 게이트 전압부터는 게이트 전압(VGS)의 증가에도 불구하고, 드레인 전류(ID)의 증가 속도는 거의 비슷하게 된다. 그래프 상에, 소스-드레인 전압(VDS)이 약 3.7V일 때, 드레인 전류(ID)가 2A인 부분이 화살표로 표시되어 있다.Referring to FIG. 2, as the source-drain voltage V DS increases, the drain current I D also increases. In addition, it can be seen that as the gate voltage V GS increases, the rate of increase of the drain current I D , that is, the slope of the graph increases. On the other hand, from the gate voltage of 5.5 V or higher, despite the increase in the gate voltage V GS , the rate of increase of the drain current I D becomes about the same. On the graph, when the source-drain voltage V DS is about 3.7 V, the portion where the drain current I D is 2A is indicated by an arrow.

도 3은 도 1의 회로에서 게이트 전압(VGS)에 따른 소스-드레인 전류(IDS)에 대한 FET의 표면 온도(T)를 보여주는 그래프로서, 역시 FET으로서 N-MOS IRF640을 사용하여 얻은 그래프이다. 여기서, 소스-드레인 전류(IDS)는 앞서 도 2의 드레인 전류(ID)와 동일한 것으로 봐도 무방하다.3 is a graph showing the surface temperature (T) of the FET versus the source-drain current (I DS ) according to the gate voltage (V GS ) in the circuit of FIG. 1, which is also a graph obtained using N-MOS IRF640 as the FET to be. Here, the source-drain current I DS may be regarded as the same as the drain current I D of FIG. 2.

도 3을 참조하면, 소스-드레인 전류(IDS)가 증가할수록 FET의 표면 온도(T)가 증가함을 알 수 있다. 또한, 게이트 전압(VGS)이 높을수록 표면 온도(T) 그래프가 오른쪽으로 이동함을 확인할 수 있는데, 이는 게이트 전압(VGS)을 증가시킴으로써, FET의 표면 온도를 낮출 수 있는 것으로 해석할 수 있다. 즉, Y축 70℃ 정도에 X축을 따라 그려진 검은색 화살표를 보면, 게이트 전압(VGS)의 증가에 따른 소스-드레인 전류(IDS)의 증가에도 불구하고 FET의 표면 온도(T)는 일정하다.Referring to FIG. 3, it can be seen that as the source-drain current I DS increases, the surface temperature T of the FET increases. In addition, the higher the gate voltage (V GS ) can be seen that the surface temperature (T) graph moves to the right, which can be interpreted that the surface temperature of the FET can be lowered by increasing the gate voltage (V GS ). have. In other words, when the black arrow is drawn along the X axis at about 70 ° C on the Y axis, the surface temperature T of the FET is constant despite the increase in the source-drain current I DS according to the increase in the gate voltage V GS . Do.

예컨대, 게이트 전압(VGS)이 5.0V인 그래프(A)의 경우, 소스-드레인 전류(IDS)가 2.0A 정도인 부분에서 FET의 표면 온도가 100℃ 이상이 됨을 알 수 있다. 그러나 게이트 전압(VGS)을 증가시키는 경우(게이트 전압(VGS)이 5.5V 이상인 그래프들), 동일한 2.0A의 소스-드레인 전류(IDS)에서 FET의 표면 온도가 60℃ 정도로 낮아짐을 확인할 수 있다. 한편, 도 2에서, 5.5 V이상의 게이트 전압(VGS)부터 게이트 전압(VGS)의 증가에도 불구하고, 드레인 전류(ID)의 증가 속도는 증가되지 않는 것과 같은 맥락으로, 5.5 V이상의 게이트 전압(VGS)에서부터 FET의 표면 온도 그래프도 오른쪽으로 이동하지 않고 거의 비슷하게 유지된다.For example, in the graph A having a gate voltage V GS of 5.0 V, the surface temperature of the FET may be 100 ° C. or higher at a portion where the source-drain current I DS is about 2.0A. However, if the gate voltage (V GS ) is increased (graphs with gate voltage (V GS ) of 5.5V or more), the surface temperature of the FET decreases to about 60 ° C at the same 2.0A source-drain current (I DS ). Can be. Meanwhile, in FIG. 2, in spite of the increase in the gate voltage V GS from the gate voltage V GS of 5.5 V or more, the increase rate of the drain current I D does not increase. From the voltage (V GS ), the surface temperature graph of the FET also remains almost similar without moving to the right.

결국, 도 3의 그래프에 기초하여, FET의 게이트 전극으로 인가되는 전압을 높임으로써, 소스-드레인 전류(IDS)를 증가시킬 수 있고, 그와 더불어 FET의 표면 온도도 낮출 수 있음을 알 수 있다.Finally, based on the graph of FIG. 3, it can be seen that by increasing the voltage applied to the gate electrode of the FET, the source-drain current I DS can be increased, and the surface temperature of the FET can be lowered as well. have.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 게이트 FET을 포함한 전기전자장치에 대한 회로도이다.4 is a circuit diagram of an electronic device including a variable gate FET according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 실시예의 전기전자장치는 가변 게이트 FET(1000), 및 구동소자(300)를 포함할 수 있다. 가변 게이트 FET(1000)은 FET(100), 및 FET(100)의 게이트(G)에 연결된 MIT 소자(200)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the electrical and electronic device of this embodiment may include a variable gate FET 1000 and a driving device 300. The variable gate FET 1000 may include a FET 100 and an MIT device 200 connected to the gate G of the FET 100.

FET(100)의 드레인(D)에는 구동 전압원(VD)이 연결되고, 소스(S)에는 구동 소자(300)가 연결될 수 있다. 또한, FET(100)의 게이트(G)에는 게이트 전압원(VG) 및 MIT 소자(200)가 접점(A)을 통해 함께 연결될 수 있다. MIT 소자(200)의 일 단자는 FET(100)의 게이트(G)에 연결되며, 타 단자는 제어용 전압원(VMIT)에 연결될 수 있다. The driving voltage source V D may be connected to the drain D of the FET 100, and the driving device 300 may be connected to the source S. In addition, the gate voltage source V G and the MIT device 200 may be connected to the gate G of the FET 100 through the contact A. One terminal of the MIT device 200 may be connected to the gate G of the FET 100, and the other terminal may be connected to a control voltage source V MIT .

한편, FET(100)의 드레인(D)과 구동 전압원(VD) 사이에 전압 강하 및 FET(100) 보호를 위한 저항 소자(400)가 연결될 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 게이트 전압원(VG)과 게이트(G) 그리고 제어용 전압원(VMIT)과 타 단자 사이에도 저항 소자가 연결될 수도 있다. 더 나아가, 다른 저항 소자들이 전기전자장치 내의 요구되는 각 부분에 추가되거나 생략될 수 있음은 물론이다.On the other hand, a resistor 400 for voltage drop and protection of the FET 100 may be connected between the drain D of the FET 100 and the driving voltage source V D. Also, although not shown, a resistor may be connected between the gate voltage source V G and the gate G, and the control voltage source V MIT and the other terminal. Furthermore, of course, other resistive elements may be added or omitted to each required portion of the electrical and electronic device.

MIT 소자(200)는 2 단자 소자로서, 임계 온도 미만에서 절연체로서 특성을 유지하다가, 임계 온도 이상에서 급격하게 전이하여 금속으로서 특성을 갖는다. MIT 소자(200)의 구체적인 구조와 특징에 대해서는 도 6a 내지 도 7에 대한 설명부분에서 좀더 상세히 기술한다.The MIT element 200 is a two-terminal element, and maintains its characteristics as an insulator below the critical temperature, and then rapidly transitions above the threshold temperature to have the characteristics as a metal. Specific structures and features of the MIT device 200 will be described in more detail later with reference to FIGS. 6A to 7.

본 실시예의 전기전자장치에서의 가변 게이트 FET(1000)의 동작을 설명하면,Referring to the operation of the variable gate FET 1000 in the electrical and electronic device of the present embodiment,

전술한 바와 같이, FET(100)이 고속으로 스위칭하면 소스-드레인 채널층에 열이 누적되어 결국에는 소스-드레인의 채널 전류를 줄이는 결과를 초래한다. 그러나 이때 발생된 열이 MIT 소자(200)에 전달되고, MIT 소자(200)가 열에 의해 금속으로 전이함으로써, 제어용 전압원(VMIT)의 전압이 접점(A)을 통해 FET(100)의 게이트(G)로 인가되어, FET(100)의 게이트 전압을 상승시키게 된다.As described above, when the FET 100 switches at high speed, heat accumulates in the source-drain channel layer, resulting in a reduction in the channel current of the source-drain channel. However, since the generated heat is transferred to the MIT device 200 and the MIT device 200 is transferred to the metal by heat, the voltage of the control voltage source V MIT is transferred to the gate of the FET 100 through the contact A. G) is applied to raise the gate voltage of the FET 100.

FET(100)의 게이트 전압이 상승하면, 도 3의 그래프에서 확인했듯이, 소스-드레인 전류가 증가하게 된다. 결과적으로 발열에 의해 줄어든 전류가 게이트 전압의 상승에 의해 증가된 전류에 보상되어, 구동소자(300)에 공급되는 실질적인 전류의 감소는 없게 되고, 그에 따라 구동소자(300)를 안정적으로 동작시킬 수 있다. 한편, 소스-드레인 전류의 증가와 함께, 소스-드레인 채널층의 온도도 감소하는 경향을 보인다. 이는, 도 3의 그래프에서 설명했듯이, Y축의 70℃에 있는 검은색 화살표에서 보여주는 게이트 전압의 증가에 따른 소스-드레인 전류의 증가에도 불구하고 온도가 일정하게 유지되는 것과 동일한 원리이다.As the gate voltage of the FET 100 rises, as shown in the graph of FIG. 3, the source-drain current increases. As a result, the current reduced by the heat generation is compensated for by the current increased by the increase of the gate voltage, so that there is no decrease in the substantial current supplied to the driving device 300, and thus the driving device 300 can be stably operated. have. On the other hand, with the increase in the source-drain current, the temperature of the source-drain channel layer also tends to decrease. This is the same principle as the temperature is kept constant despite the increase in the source-drain current with the increase in the gate voltage shown by the black arrow at 70 ° C on the Y axis, as explained in the graph of FIG.

도 4와 같은 설계된 회로에서, 실험적으로 측정된 결과는 다음 [표 1]과 같다. 여기서, FET(100)으로서 IRF640을 사용하였고, 구동 전압원(VD)과 FET(100) 사이의 저항 소자(400)의 저항값은 5Ω이며, MIT 소자(200)에 열 총(Heat Gun)을 통해 열을 가하였다.In the designed circuit as shown in Figure 4, the experimentally measured results are shown in Table 1 below. Here, the IRF640 is used as the FET 100, and the resistance value of the resistance element 400 between the driving voltage source V D and the FET 100 is 5 Ω, and a heat gun is applied to the MIT element 200. Heat was applied through.

VG V G VD V D IDS I DS VMIT V MIT Tem.Tem. 비고Remarks 4V4V 7V7 V 0.6A0.6 A 5V
ΔV=1V (VMIT와 접점(A) 사이의 전압)
5 V
ΔV = 1V (voltage between V MIT and contact (A))
136℃136 ℃ MIT 소자에 열을 가하기 전Before heating the MIT device
4.7V4.7 V 7V7 V 1.0A1.0A 70℃70 ℃ MIT 소자에 열을 가한 후After heating the MIT device

[표 1]에서, VG는 FET(100)의 게이트 전압을 나타내고, VD는 FET(100)의 드레인 전압을 나타내며, IDS는 소스-드레인 전류를 나타내며, VMIT는 MIT 소자(200)에 연결된 제어용 전압원의 전압을 나타내며, Tem.은 FET(100)의 표면온도를 나타낸다.In Table 1, V G represents the gate voltage of the FET 100, V D represents the drain voltage of the FET 100, I DS represents the source-drain current, and V MIT represents the MIT device 200. Voltage of the control voltage source connected to Tem. Represents the surface temperature of the FET 100.

[표 1]에서 확인할 수 있듯이, MIT 소자(200)에 열 총을 통해 열을 가하기 전에, FET(100)의 표면온도는 136℃ 이었고, 소스-드레인 전류는 0.6A 이었다. MIT 소자(200)에 열을 가한 후, FET(100)의 게이트 전압이 4V에서 4.7V로 상승하고, 이에 따라, 소스-드레인 전류도 0.6A에서 1.0A로 상승하였고, 또한, FET(100)의 표면온도는 136℃에서 70℃로 감소하였다. 이러한 결과는 가변 게이트 FET(1000)의 동작 원리와 정확히 일치한다.As can be seen from Table 1, before applying heat to the MIT device 200 through the heat gun, the surface temperature of the FET 100 was 136 ° C and the source-drain current was 0.6A. After applying heat to the MIT device 200, the gate voltage of the FET 100 rose from 4V to 4.7V, so that the source-drain current also rose from 0.6A to 1.0A, and also the FET 100 The surface temperature of was decreased from 136 ° C to 70 ° C. This result is exactly in accordance with the operating principle of the variable gate FET 1000.

한편, 위와 같은 가변 게이트 FET(1000)의 동작 원리에 기초에서, MIT 소자(200)는 FET(100)의 표면이나, 또는 발열이 잘 일어나는 부분에 부착될 수 있다. 예컨대, MIT 소자(200)는 발생된 열이 효과적으로 전달될 수 있도록 발열이 잘 일어나는 FET(100)의 채널층 및 게이트 전극 등에 가까운 부분에 부착될 수 있다.On the other hand, based on the operating principle of the variable gate FET 1000 as described above, the MIT device 200 may be attached to the surface of the FET 100, or the heat generation well. For example, the MIT device 200 may be attached to a portion near the channel layer and the gate electrode of the FET 100 where heat is generated so that the generated heat can be effectively transferred.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 게이트 FET을 포함한 전기전자장치에 대한 회로도이다.5 is a circuit diagram of an electronic device including a variable gate FET according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 실시예의 전기전자장치는 도 4의 전기전자장치와 유사한 구조를 가지나, MIT 소자(200) 부분만이 다르다. 즉, MIT 소자(200)의 일 단자는 접점(A)을 통해 FET(100)의 게이트(G)로 연결되고, 타 단자는 제어용 전압원이 아니 그라운드로 연결될 수 있다.Referring to FIG. 5, the electrical and electronic device of this embodiment has a structure similar to the electrical and electronic device of FIG. 4, but only a portion of the MIT device 200 is different. That is, one terminal of the MIT device 200 may be connected to the gate G of the FET 100 through the contact A, and the other terminal may be connected to the ground rather than the control voltage source.

이와 같이 그라운드를 MIT 소자(200)에 연결함으로써, FET(100)의 소스-드레인 전류를 감소시킬 수 있다. 예컨대, 앞서 도 4와 같은 구조를 통해, 소스-드레인 전류가 상승한 후, 소스-드레인 전류를 감소시킬 필요가 있는 경우에, MIT 소자(200)에 그라운드를 연결함으로써, 소스-드레인 전류를 감소시킬 수 있다.As such, by connecting ground to the MIT device 200, the source-drain current of the FET 100 may be reduced. For example, through the structure as shown in FIG. 4, after the source-drain current is increased, it is necessary to reduce the source-drain current by connecting ground to the MIT element 200 when it is necessary to reduce the source-drain current. Can be.

한편, 지금까지 하나의 FET에 하나의 MIT 소자가 연결되는 회로 구조에 대해서 설명하였지만, 그에 한정되지 않고 본 발명의 실시예의 가변 게이트 FET은 다수의 FET들이 어레이 구조로 배치된 FET 어레이 소자에 있어서, FET 어레이 소자 내의 각각의 FET에 MIT 소자가 하나씩 연결된 회로 구조로 확장될 수 있음은 물론이다.Meanwhile, although the circuit structure in which one MIT device is connected to one FET has been described so far, the present invention is not limited thereto, and the variable gate FET of the embodiment of the present invention includes a FET array device having a plurality of FETs arranged in an array structure. It goes without saying that the MIT device can be extended to a circuit structure in which one MIT device is connected to each FET in the FET array device.

도 6a ~ 도 6b는 도 4 또는 5의 가변 게이트 FET에 이용되는 MIT 소자에 대한 단면도들 및 평면도로서, 도 6a는 적층형 구조를 가지는 MIT 소자(200)에 대한 단면도이고, 도 6b는 수평형 구조를 가지는 MIT 소자(200a)에 대한 단면도이며, 도 6c는 도 6b의 수평형 MIT 소자에 대한 평면도이다.6A to 6B are cross-sectional views and a plan view of an MIT device used in the variable gate FET of FIG. 4 or 5, and FIG. 6A is a cross-sectional view of an MIT device 200 having a stacked structure, and FIG. 6B is a horizontal structure. 6 is a plan view of the horizontal MIT device of FIG. 6B.

도 6a를 참조하면, 적층형 MIT 소자(200)는, 기판(210), 버퍼층(220), 전이 박막(230) 및 전극 박막(240)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6A, the stacked MIT device 200 may include a substrate 210, a buffer layer 220, a transition thin film 230, and an electrode thin film 240.

기판(210)은, Si, SiO2, GaAs, Al2O3, 플라스틱, 유리, V2O5, PrBa2Cu3O7, YBa2Cu3O7, MgO, SrTiO3, Nb가 도핑된 SrTiO3 및 SOI(Silicon On Insulator) 중에서 적어도 하나의 물질을 포함하여 형성될 수 있다.The substrate 210 is doped with Si, SiO 2 , GaAs, Al 2 O 3 , plastic, glass, V 2 O 5 , PrBa 2 Cu 3 O 7 , YBa 2 Cu 3 O 7 , MgO, SrTiO 3 , Nb SrTiO 3 And a silicon on insulator (SOI).

버퍼층(220)은 기판(210) 상으로 형성되며, 기판(210)과 제1 전극 박막(241) 사이에 격자 부정합을 완화시키는 역할을 수행한다. 기판(210)과 제1 전극 박막(241) 사이에 격자 부정합이 매우 작을 때는, 버퍼층(220)은 생략될 수 있다. 이러한 버퍼층(220)은 SiO2 또는 Si3N4막을 포함하여 형성할 수 있다.The buffer layer 220 is formed on the substrate 210 and serves to mitigate lattice mismatch between the substrate 210 and the first electrode thin film 241. When the lattice mismatch between the substrate 210 and the first electrode thin film 241 is very small, the buffer layer 220 may be omitted. The buffer layer 220 may include a SiO 2 or Si 3 N 4 film.

전극 박막(240)은 전이 박막(230)의 하부의 제1 전극 박막(241) 및 상부의 제2 전극 박막(243)을 포함할 수 있다. 제1 전극 박막(241)은 버퍼층(220) 상에 형성되며, 버퍼층(220) 경우에는 기판(210) 상으로 바로 형성될 수도 있다. 전극 박막(240)은, W, Mo, W/Au, Mo/Au, Cr/Au, Ti/W, Ti/Al/N, Ni/Cr, Al/Au, Pt, Cr/Mo/Au, YBa2Cu3O7 -d, Ni/Au, Ni/Mo, Ni/Mo/Au, Ni/Mo/Ag, Ni/Mo/Al, Ni/W, Ni/W/Au, Ni/W/Ag 및 Ni/W/Al 중에서 적어도 하나의 물질을 포함하여 형성될 수 있다. 이러한 전극 박막(240)은 스퍼터링 증착법, 진공증착법 및 E-빔증착법 중에서 적어도 하나의 증착법을 이용하여 형성될 수 있다.The electrode thin film 240 may include a first electrode thin film 241 and a second electrode thin film 243 below the transition thin film 230. The first electrode thin film 241 may be formed on the buffer layer 220, and in the case of the buffer layer 220, may be directly formed on the substrate 210. Electrode thin film 240 is W, Mo, W / Au, Mo / Au, Cr / Au, Ti / W, Ti / Al / N, Ni / Cr, Al / Au, Pt, Cr / Mo / Au, YBa 2 Cu 3 O 7 -d , Ni / Au, Ni / Mo, Ni / Mo / Au, Ni / Mo / Ag, Ni / Mo / Al, Ni / W, Ni / W / Au, Ni / W / Ag and It may be formed including at least one material of Ni / W / Al. The electrode thin film 240 may be formed using at least one deposition method among sputter deposition, vacuum deposition, and E-beam deposition.

전이 박막(230)은 제1 전극 박막(241) 상에 형성될 수 있다. 전이 박막(230)은 산소, 탄소, 반도체 원소(III-V족, II-VI족), 전이금속원소, 희토류원소, 란탄계 원소들을 포함하는 저 농도의 정공이 첨가된 무기물 화합물 반도체 및 절연체, 저 농도의 정공이 첨가된 유기물 반도체 및 절연체, 저 농도의 정공이 첨가된 반도체, 및 저 농도의 정공이 첨가된 산화물 반도체 및 절연체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 첨가된 정공의 농도는 3 x 1016 -3 정도이다. 또한, 전이 박막(230)은 n형이면서 매우 큰 저항을 갖는 반도체 및 절연체를 포함하여 형성될 수도 있다. The transition thin film 230 may be formed on the first electrode thin film 241. The transition thin film 230 may include inorganic compound semiconductors and insulators having low concentrations of holes including oxygen, carbon, semiconductor elements (Groups III-V, II-VI), transition metal elements, rare earth elements, and lanthanide elements, At least one of an organic semiconductor and an insulator to which holes of low concentration are added, a semiconductor to which holes of low concentration are added, and an oxide semiconductor and an insulator to which holes of low concentration are added may be included. Here, the concentration of the added holes is about 3 x 10 16 cm -3 . In addition, the transition thin film 230 may be formed of an n-type semiconductor and an insulator having a very large resistance.

MIT 소자(200)는 전압, 온도, 전자기파 등 다양한 물리적 특성 변화에 따라 전기적 특성이 급격하게 변한다. 예컨대, 임계 온도 미만에서 MIT 소자(200)는 절연체의 특성을 나타내며, 임계 온도 이상에서 불연속 MIT가 발생하여 금속성 물질의 특성을 갖게 된다. The MIT device 200 rapidly changes its electrical characteristics in response to various physical characteristics such as voltage, temperature, and electromagnetic waves. For example, below the threshold temperature, the MIT device 200 exhibits the characteristics of an insulator, and a discontinuous MIT occurs above the threshold temperature to have the properties of a metallic material.

도 6b을 참조하면, 수평형 MIT 소자(200a)는 적층형 MIT 소자(200)와 유사하게, 기판(210), 버퍼층(220), 전이 박막(230a) 및 전극 박막(240a)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6B, similar to the stacked MIT device 200, the horizontal MIT device 200a may include a substrate 210, a buffer layer 220, a transition thin film 230a, and an electrode thin film 240a. .

전이 박막(230a)은 버퍼층(220) 상에 형성되며, 기판(210)과 격자 부정합이 작은 경우에 기판(210) 상으로 바로 형성될 수 있다. 또한, 전극 박막(240a)의 제1 전극 박막(241a) 및 제2 전극 박막(243a)은 버퍼층(220) 상에 형성되되, 전이 박막(230a)의 양 측면에 서로 대향하도록 형성될 수 있다. 또한, 제1 전극 박막(241a) 및 제2 전극 박막(243a)은 도시된 바와 같이 전이 박막(230a)의 상면 일부는 덮는 구조로 형성될 수 있다.The transition thin film 230a is formed on the buffer layer 220, and may be directly formed on the substrate 210 when the lattice mismatch with the substrate 210 is small. In addition, the first electrode thin film 241a and the second electrode thin film 243a of the electrode thin film 240a may be formed on the buffer layer 220, and may be formed to face both sides of the transition thin film 230a. In addition, the first electrode thin film 241a and the second electrode thin film 243a may be formed to cover a portion of the upper surface of the transition thin film 230a as shown.

한편, 수평형 MIT 소자(200a)의 기판(210), 버퍼층(220), 전이 박막(230a) 및 전극 박막(240a)의 재질은 도 6a에 설명한 것과 동일한 재질로 형성될 수 있음은 물론이다.Meanwhile, materials of the substrate 210, the buffer layer 220, the transition thin film 230a and the electrode thin film 240a of the horizontal MIT device 200a may be formed of the same material as described with reference to FIG. 6A.

도 6c를 참조하면, 수평형 MIT 소자(200a)의 버퍼층(220), 전이 박막(230a) 및 제1 및 제2 전극 박막(241a, 243a)이 도시된다. 도시된 바와 같이 수평형 MIT 소자(200a)에서, 제1 전극 박막(241a) 및 제2 전극 박막(243a) 각각은 제1 폭(W)을 가질 수 있고, 또한, 제1 전극 박막(241a)과 제2 전극 박막(243a) 사이는 제1 간격(d)을 가질 수 있다.Referring to FIG. 6C, a buffer layer 220, a transition thin film 230a, and first and second electrode thin films 241a and 243a of the horizontal MIT device 200a are illustrated. As shown, in the horizontal MIT device 200a, each of the first electrode thin film 241a and the second electrode thin film 243a may have a first width W, and the first electrode thin film 241a may also be used. The second electrode thin film 243a may have a first gap d.

적층형 또는 수평형 MIT 소자(200, 200a)는 마이크로 미터(㎛) 단위의 소형으로 만들 수 있고, 경제적인 측면에서도 매우 저렴한 가격으로 제작할 수 있다. 또한, MIT 소자(200, 200a)는 구조 자체의 변화, 예컨대 도 6c에서 전극 박막의 제1 간격(d)이나 제1 폭(W) 등의 변화에 의해서 임계 온도를 변화시킬 수 있다. The stacked or horizontal MIT devices 200 and 200a can be made compact in micrometer (μm) units and can be manufactured at a very low cost in terms of economy. In addition, the MIT devices 200 and 200a may change the critical temperature by a change in the structure itself, for example, by changing the first interval d or the first width W of the electrode thin film in FIG. 6C.

도 7은 이산화바나듐(VO2)으로 제조된 MIT 소자의 온도에 대한 저항 특성을 보여주는 그래프로서, MIT 소자로는 일정한 소정 전압이 인가되어 있다.FIG. 7 is a graph showing a resistance characteristic of a MIT device made of vanadium dioxide (VO 2 ) with respect to temperature. A predetermined voltage is applied to the MIT device.

도 7을 참조하면, MIT 소자는 340K 미만에서는 105Ω 이상의 저항값을 가져 절연체로서 특성을 나타내다가 340K 이상에서 급격한 불연속 전이를 하여 수십 Ω 정도의 저항값을 갖는 금속으로서의 특성을 나타낸다. 본 그래프를 참조하여 볼 때, 실험에 사용된 MIT 소자는 340K에서 불연속 MIT가 일어나므로, 임계 온도를 340K 정도로 볼 수 있겠다.Referring to FIG. 7, an MIT device exhibits characteristics as an insulator having a resistance value of 10 5 Ω or more at less than 340 K, and exhibits characteristics as a metal having a resistance value of several tens of Ω due to a rapid discontinuous transition at 340 K or more. Referring to this graph, the MIT device used in the experiment has a discontinuous MIT at 340K, so the critical temperature can be viewed as about 340K.

도면으로 도시하지는 않았지만, MIT 소자의 전압-전류 곡선의 그래프의 경우에는 임계 온도에서 전류가 불연속 점프를 통해 급격하게 증가하고, 전압은 감소하는 것을 볼 수 있다. 여기서는 온도에 따른 MIT 발생을 설명하였지만, 일반적으로 MIT 소자는 온도 이외에도 압력, 전압, 전기장, 전자파 등의 여러 물리적인 특성에 의해서 MIT가 발생할 수 있다. 그러나 본 발명의 요지와 거리가 있으므로 다른 물리적 특성에 의한 MIT 발생에 대한 자세한 설명은 생략한다.Although not shown in the figure, in the case of the graph of the voltage-current curve of the MIT device, it can be seen that the current rapidly increases through the discontinuous jump and the voltage decreases at the critical temperature. Although MIT generation according to temperature has been described here, in general, MIT devices may generate MIT due to various physical characteristics such as pressure, voltage, electric field, and electromagnetic wave in addition to temperature. However, since there is a distance from the gist of the present invention, a detailed description of MIT generation due to other physical characteristics is omitted.

한편, 본 실험에 이용된 MIT 소자는 VO2로 형성된 MIT 박막을 이용하여 제작되었지만, VO2에 한정되지 않고, 앞서 여러 물리적 특성들에 의해 불연속 점프 특성을 가질 수 있는 신소재 또는 재료를 이용하여 MIT 박막을 제작할 수 있음은 물론이다. 또한, MIT 박막은 세라믹 박막 또는 단결정 박막 등의 형태로 제작할 수도 있다.On the other hand, the MIT device used in this experiment was fabricated using the MIT thin film formed of VO 2 , but is not limited to VO 2 , MIT using a new material or material that can have a discontinuous jump characteristic by various physical properties. Of course, a thin film can be produced. The MIT thin film can also be produced in the form of a ceramic thin film or a single crystal thin film.

도 8은 정현파 입력에 대한 출력전압의 변화를 측정하기 위해 사용된 도 4의 변형 회로도로서, 커패시터 일 단자에 연결된 게이트 단자(VG)로 입력 전압(VIN)이 인가되고, FET의 드레인 단자에서 제1 출력 전압(VOUT1)이 측정되며, 커패시터(C1)의 타 단자에서 제2 출력 전압(VOUT2)이 측정된다.8 is a modified circuit diagram of FIG. 4 used to measure a change in output voltage with respect to a sinusoidal input, in which an input voltage V IN is applied to a gate terminal V G connected to one terminal of a capacitor, and a drain terminal of the FET. The first output voltage V OUT1 is measured at, and the second output voltage V OUT2 at the other terminal of the capacitor C1 is measured.

도 8을 참조하면, 본 실험에서 사용한 가변 게이트 FET은 FET의 게이트로 커패시터(C1)가 연결되어 RC 회로를 구성한다. 이러한 RC 회로는 커패시터(C1)를 제외하고는 도 4와 동일한 회로일 수 있다. 한편, 사용된 FET은 MOS(Metal Oxide Semiconductor) FET으로서, 예컨대, KTK919S일 수 있다.Referring to FIG. 8, in the variable gate FET used in this experiment, a capacitor C1 is connected to the gate of the FET to form an RC circuit. This RC circuit may be the same circuit as that of FIG. 4 except for the capacitor C1. Meanwhile, the FET used may be a metal oxide semiconductor (MOS) FET, for example, KTK919S.

이와 같은 RC회로에서 게이트 단자(VG)에 입력 전압(VIN)으로 15MHz의 고주파 정현파를 인가하고, FET의 드레인 단자에서 MIT 소자의 저항(RMIT)의 변화 및 MIT 소자에 인가되는 전압(VMIT)의 변화에 따른, 제1 출력 전압(VOUT1)에 대한 두 가지 출력파형을 관찰한다. 또한, 커패시터 타단에서, MIT 소자의 저항(RMIT)의 변화에 따른, 제2 출력 전압(VOUT2)에 대한 출력 파형을 관찰한다.In such an RC circuit, a 15 MHz high frequency sine wave is applied to the gate terminal V G as an input voltage V IN , and the change of the resistance R MIT of the MIT device and the voltage applied to the MIT device ( Observe two output waveforms for the first output voltage V OUT1 as the V MIT ) changes. Also, at the other end of the capacitor, the output waveform of the second output voltage V OUT2 according to the change of the resistance R MIT of the MIT device is observed.

RC 회로는 High-pass filter로 간주되며, 아래의 식(1)에 따라, 고주파일 경우 입력전압에 대한 출력전압의 비가 커진다. The RC circuit is regarded as a high-pass filter, and according to the following equation (1), the ratio of the output voltage to the input voltage becomes large at high frequency.

Figure pat00002
, (ω=2πf)...........................식(1)
Figure pat00002
, (ω = 2πf) ........................ Equation (1)

표 2는 도 8의 RC 회로도에서, MIT 소자에 인가되는 전압(VMIT)을 변화시킬 때의 제1 출력 전압(VOUT1)을 보여준다.Table 2 shows the first output voltage V OUT1 when the voltage V MIT applied to the MIT device is changed in the RC circuit diagram of FIG. 8.

VG (V) =5sin2πftV G (V) = 5sin2πft VD (V)V D (V) Freq.
(Mhz)
Freq.
(Mhz)
C (pF)C (pF) R1
(Ω)
R 1
(Ω)
RR MITMIT (Ω)(Ω) VV MITMIT (V)(V) VV OUT1OUT1 (( mVmV ))
MaxMax .. MinMin .. 55 44 1515 1010 10k10k 연결안함Do not connect 연결안함Do not connect +230+230 -230-230 55 44 1515 1010 10k10k 3030 00 500500 -500-500 55 44 1515 1010 10k10k 3030 0.60.6 650650 -650-650 55 44 1515 1010 10k10k 3030 1.01.0 700700 -650-650 55 44 1515 1010 10k10k 3030 2.02.0 800800 -700-700 55 44 1515 1010 10k10k 3030 4.04.0 900900 -700-700

표 2에서, VG는 게이트 단자로 인가되는 전압을 나타내고, VD는 FET의 드레인 단자에 인가되는 전압을 나타내며, Freq.은 입력 전압의 주파수로 단위는 Mhz이며, C는 커패시터(C1)의 커패시턴스를 나타내며, R1은 FET의 드레인 단자에 연결된 저항 소자(R1)에 대한 저항값을 나타낸다.
In Table 2, V G represents the voltage applied to the gate terminal, V D represents the voltage applied to the drain terminal of the FET, Freq. Is the frequency of the input voltage, the unit is Mhz, and C is the capacitance of the capacitor C1. It represents capacitance, and R1 represents a resistance value of the resistor element R1 connected to the drain terminal of the FET.

표 2를 분석하면, Analyzing Table 2,

a. VMIT가 인가되기 전의 제1 출력 전압((VOUT1)은 230mV이다. VMIT가 인가된 후에는 제1 출력 전압((VOUT1)은 최대 900mV까지 증가하여, VMIT가 인가되기 전의 제1 출력 전압(VOUT1)보다 2~4배까지 증폭된다.
a. The first output voltage (V OUT1 ) before V MIT is applied is 230 mV After the V MIT is applied, the first output voltage (V OUT1 ) increases up to 900 mV, so that the first output voltage before V MIT is applied. It is amplified by 2 ~ 4 times the output voltage (V OUT1 ).

b. 1V 이상의 VMIT 전압이 인가되면서부터 양의 정현파에 옵셋(offset)이 발생한다. 제1 출력 전압(VOUT1)의 최대값은 VMIT의 전압상승에 따라 상승하였지만, 최소값은 VMIT=2V 이상부터 -700mV로 일정하다.
b. An offset is generated in the positive sine wave after the V MIT voltage of 1 V or more is applied. First maximum value of the output voltage (V OUT1) is but rises as the voltage rise of the V MIT, the minimum value is constant at least from -700mV MIT V = 2V.

도 9a 및 9b는 도 8의 회로도에서 측정한 입력 전압과 출력 전압을 보여주는 신호 파형도들로서, 도 9a는 MIT 소자가 연결되지 않은 경우의 제1 출력 전압에 대한 파형도이고, 도 9b는 MIT 소자로 4V의 전압을 인가한 경우의 제1 출력 전압에 대한 파형도이다..9A and 9B are signal waveform diagrams showing input voltages and output voltages measured in the circuit diagram of FIG. 8, and FIG. 9A is a waveform diagram of a first output voltage when the MIT device is not connected. FIG. 9B is a MIT device. Is a waveform diagram of a first output voltage when a voltage of 4V is applied.

도 9a의 파형도는 표 2의 최상부의 조건, 즉, 입력 전압(VIN)이 5sin2πft 이고, RMIT 및 VMIT가 연결이 안된 경우를 보여준다. 이러한 경우, 제1 출력 전압은 230mV 정도로 매우 작음을 알 수 있다. 한편, 도 9a 하부의 ch1 5V는 입력 전압 부분의 그래프 상의 눈금의 단위가 5V임을 의미하고, ch2 200mV는 출력 전압 부분의 눈금의 단위가 200mV임을 의미한다.The waveform diagram of FIG. 9A shows a case where the topmost condition of Table 2, that is, the input voltage V IN is 5sin2πft and R MIT and V MIT are not connected. In this case, it can be seen that the first output voltage is very small, about 230 mV. Meanwhile, ch1 5V in the lower part of FIG. 9A means that the unit of scale on the graph of the input voltage portion is 5V, and ch2 200mV means that the unit of scale of the output voltage portion is 200mV.

도 9b의 파형도는 표 2의 최하부의 조건, 즉, 입력 전압(VIN)이 5sin2πft 이고, RMIT가 30Ω 그리고 VMIT가 4V인 경우를 보여준다. 이러한 경우, 제1 출력 전압은 900mV 정도로 증가함을 알 수 있고, 또한, 최소값이 -700mV로 200mV 정도의 옵셋이 발생함을 알 수 있다. 결과적으로, VMIT증가에 따라, 제1 출력 전압이 VMIT 연결 전보다 증폭됨을 알 수 있다. 예컨대, VMIT 연결 전과 비교해서, VMIT가 4V일 때, 제1 출력 전압이 거의 4배 정도 증폭됨을 확인할 수 있다.The waveform diagram of FIG. 9B shows a case where the lowermost condition of Table 2, namely, the input voltage V IN is 5sin2πft, the R MIT is 30 Hz and the V MIT is 4V. In this case, it can be seen that the first output voltage increases by about 900 mV, and also, an offset of about 200 mV occurs with a minimum value of -700 mV. As a result, it can be seen that as the V MIT increases, the first output voltage is amplified than before the V MIT connection. For example, when the V MIT is 4V, the first output voltage is amplified by about four times compared to before the V MIT connection.

도 10은 도 8의 회로도에서 측정한, VMIT 변화에 따른 제1 출력 전압(VOUT1)의 최대 최소값을 표시한 그래프이다.FIG. 10 is a graph showing the maximum minimum value of the first output voltage V OUT1 according to the V MIT change measured in the circuit diagram of FIG. 8.

도 10을 통해 알 수 있듯이, VMIT가 연결되지 않은 부분에서의 제1 출력 전압이 도시되고 있고, 또한, VMIT가 증가함에 따라, 제1 출력 전압이 증가함을 할 수 있다. 한편, 제1 출력 전압의 최대값과 최소값의 측면에서 검토하면, 제1 출력 전압은 VMIT가 증가함에 따라, 계속 증가하나, 최소값은 VMIT=2V 이상부터 -700mV로 일정함을 할 수 있다. 그에 따라, VMIT=1V 이상부터 발생한 옵셋이 계속 증가함을 알 수 있다.As can be seen from FIG. 10, the first output voltage at the portion where the V MIT is not connected is shown, and as the V MIT increases, the first output voltage may increase. On the other hand, in terms of the maximum value and the minimum value of the first output voltage, the first output voltage continues to increase as V MIT increases, but the minimum value may be constant to -700mV from V MIT = 2V or more. . Accordingly, it can be seen that the offset generated from V MIT = 1 V or more continues to increase.

도 8의 회로도에서 측정한 RMIT 변화에 따른 제1 출력 전압(VOUT1)은 표 3과 같이 나타난다.
The first output voltage V OUT1 according to the change of R MIT measured in the circuit diagram of FIG. 8 is shown in Table 3.

VG (V) =5sin2πftV G (V) = 5sin2πft VD (V)V D (V) Freq.
(Mhz)
Freq.
(Mhz)
C (pF)C (pF) R1 (Ω)R 1 (Ω) RR MITMIT (Ω)(Ω) VV MITMIT (V)(V) VV OUT1OUT1 (( mVmV ))
MaxMax .. MinMin .. 55 44 1515 1010 5k5k 3030 44 900900 -700-700 55 44 1515 1010 5k5k 10k10k 44 620620 -520-520 55 44 1515 1010 5k5k 50k50k 44 500500 -450-450 55 44 1515 1010 5k5k 100k100k 44 450450 -400-400

표 3에 나타난 변수들의 의미는 표 1에서 설명한 것과 동일하다.
The meanings of the variables shown in Table 3 are the same as described in Table 1.

표 3을 분석하면,Analyzing Table 3,

a. RMIT의 저항이 커질수록 제1 출력 전압(VOUT1)이 줄어든다. 즉, 증폭이 잘 되지 않는다.a. As the resistance of R MIT increases, the first output voltage V OUT1 decreases. That is, the amplification is not good.

b. RMIT=30Ω, VOUT1의 최대값과 최소값의 절대값 차이는 200mV이다. 즉, b. R MIT = 30Ω, the maximum value of V OUT1 and the absolute value of the difference between the minimum value is 200mV. In other words,

│900│-│-700│= 200[mV]│900│-│-700│ = 200 [mV]

c. RMIT=100kΩ 에서는 VOUT1의 최대값과 최소값의 절대값 차이가 50mV로 저항이 증가할수록 옵셋이 줄어든다. 즉,c. At R MIT = 100kΩ, the offset between the maximum and minimum values of V OUT1 is 50mV and the offset decreases as the resistance increases. In other words,

│450│-│-400│= 50[mV]
│450│-│-400│ = 50 [mV]

도 11은 도 8의 회로도에서 측정한, RMIT 변화에 따른 제1 출력 전압(VOUT1)의 최대 최소값을 표시한 그래프이다.FIG. 11 is a graph showing the maximum minimum value of the first output voltage V OUT1 according to the change of R MIT measured in the circuit diagram of FIG. 8.

도 11을 참조하면, 도시된 바와 같이, RMIT=30Ω일 때, 제1 출력 전압의 옵셋이 200mV로 가장 크고, RMIT= 100kΩ일 때 제1 출력 전압의 옵셋이 50mV로 줄어듦을 확인할 수 있다. 그래프의 기울기에 기초하여 RMIT가 증가할수록 제1 출력 전압의 옵셋이 줄어들어 어느 수치에서부터 옵셋이 사라질 것으로 예상된다.Referring to FIG. 11, it can be seen that when R MIT = 30 μs, the offset of the first output voltage is the largest at 200 mV, and when the R MIT = 100 k μs, the offset of the first output voltage is reduced to 50 mV. . It is expected that the offset of the first output voltage decreases as the R MIT increases based on the slope of the graph, and the offset disappears from a certain value.

도 12a 및 12b는 도 8의 회로도에서, 커패시터를 통과한 후의 제2 출력 전압(VOUT2)을 보여주는 신호 파형도로서, RMIT을 제외하고, 입력 전압, 주파수 등의 실험 조건은 표 3에 따른 제1 출력 전압 측정에서와 동일하게 적용된다. 12A and 12B are signal waveforms illustrating the second output voltage V OUT2 after passing through a capacitor in the circuit diagram of FIG. 8, except for R MIT , experimental conditions such as input voltage and frequency are shown in Table 3. The same applies as in the first output voltage measurement.

도 12a는 120Ω ≤ RMIT ≤ 200Ω 영역에서, 제2 출력 전압(VOUT2)을 보여주는데, 커패시터를 통과한 후의 출력 파형인 제2 출력 전압(VOUT2)에는 직류 성분이 더해졌음을 알 수 있다. 예컨대, 약, 0.5V의 DC 전압이 추가됨(베이스(base) 전압이 증가됨)을 확인할 수 있다. 이는, MIT 소자로부터의 전압 인가에 기인한 것으로 추정된다.FIG. 12A illustrates a second output voltage V OUT2 in a region of 120 mA ≤ R MIT ≤ 200 mA. It can be seen that a DC component is added to the second output voltage V OUT2 , which is an output waveform after passing through a capacitor. For example, it can be seen that a DC voltage of about 0.5V is added (the base voltage is increased). This is presumably due to voltage application from the MIT element.

도 12b는 120Ω ≤ RMIT ≤ 200Ω 영역 이외의 저항영역에서의 제2 출력 전압(VOUT2)을 보여주는데, 역시 직류 성분이 추가된다. 추가된 DC 전압은 0.5V 이상으로 측정된다. 여기서, ch1 5V는 입력 전압 부분의 눈금의 간격이 5V임을 의미하고, ch2 1V는 출력 전압 부분의 눈금의 간격이 1V임을 의미한다.FIG. 12B shows the second output voltage V OUT2 in the resistance region other than the region of 120 mA ≤ R MIT ≤ 200 mA, where a DC component is also added. The added DC voltage is measured above 0.5V. Here, ch1 5V means that the interval of the scale of the input voltage portion is 5V, ch2 1V means that the interval of the scale of the output voltage portion is 1V.

한편, 도 12a 및 12b의 입력 전압과 제2 출력 전압의 비교를 통해, 커패시터를 통과한 후 출력신호는 입력신호의 7~8배 감소됨을 알 수 있다. 또한, DC 전압 추가를 고려하지 않으면, 120Ω ≤ RMIT ≤ 200Ω 영역에서, 옵셋이 가장 적게 발생한다.On the other hand, through the comparison of the input voltage and the second output voltage of Figure 12a and 12b, after passing through the capacitor it can be seen that the output signal is reduced by 7 to 8 times the input signal. In addition, if the DC voltage addition is not taken into account, in the region of 120 mA? R MIT ? 200 mA, the least offset occurs.

지금까지의 도 8 회로도를 통한 제1 출력 전압 및 제2 출력 전압 측정 실험에서의 결론은 다음과 같다. The conclusions of the first and second output voltage measurement experiments through the circuit diagram of FIG. 8 up to now are as follows.

a. RC 고주파 회로에서 MIT 소자에 인가되는 전압과 저항을 변화시킨 결과, R-C로만 구성된 회로보다 더 높은 제1 출력 전압을 보여준다.a. As a result of varying the voltage and resistance applied to the MIT device in the RC high frequency circuit, the first output voltage is higher than that of the circuit consisting of only R-C.

b. VMIT=4V에서 최대 제1 출력 전압 (900mV)을 보여준다. 이러한 결과는 VMIT가 인가되지 않았을 경우보다 약 4배 제1 출력 전압이 증가함을 보여준다. b. The maximum first output voltage (900mV) is shown at V MIT = 4V. These results show that the first output voltage is about four times higher than without V MIT applied.

c. RMIT가 증가할수록 제1 출력 전압은 떨어지지만 옵셋은 작아진다.c. As R MIT increases, the first output voltage drops but the offset decreases.

d. MIT 소자의 저항이 120Ω ≤ RMIT ≤ 200Ω의 조건일 때, 옵셋이 가장 적게 발생한다.d. The minimum offset occurs when the resistance of the MIT device is 120 Ω ≤ R MIT ≤ 200 Ω.

덧붙여, 본 실험에서, 입력 전압을 15MHz의 고주파 정현파를 이용하였으나, RF 신호의 경우에도 동일한 결과가 나올 것으로 예측된다.In addition, in this experiment, the input voltage was used as a high frequency sinusoidal wave of 15 MHz, but the same result is expected for the RF signal.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 게이트 FET을 포함한 전기 전자장치에 대한 회로도이다.13 is a circuit diagram of an electronic device including a variable gate FET according to another embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 본 실시예의 전기전자장치는 도 4의 전기전자장치와 유사하게 가변 게이트 FET(1000a), 및 구동소자(300)를 포함할 수 있다. 그러나 가변 게이트 FET(1000a)은 도 4에서의 가변 게이트 FET(1000)과 다르다. 즉, 본 실시예에서의 가변 게이트 FET(1000a)은 FET(100) 및 FET(100)의 게이트(G)로 연결된 써미스터(Thermistor) 소자(500)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 13, the electronic device of the present embodiment may include a variable gate FET 1000a and a driving device 300 similarly to the electronic device of FIG. 4. However, the variable gate FET 1000a is different from the variable gate FET 1000 in FIG. That is, the variable gate FET 1000a according to the present embodiment may include a FET 100 and a thermistor element 500 connected to the gate G of the FET 100.

본 실시예에서의 써미스터 소자(500)는 도 4의 전기전자장치에서의 MIT 소자(200)와 동일 기능을 수행할 수 있다. 그에 따라, 본 실시예에서의 가변 게이트 FET(1000a)의 소자 연결 구조는 도 4에서의 가변 게이트 FET(1000)과 동일하다.The thermistor element 500 in the present embodiment may perform the same function as the MIT element 200 in the electrical and electronic device of FIG. 4. Accordingly, the device connection structure of the variable gate FET 1000a in this embodiment is the same as that of the variable gate FET 1000 in FIG.

즉, FET(100)의 드레인(D)으로는 구동 전압원(VD)이 연결되고, 소스(S)에는 구동 소자(300)가 연결된다. 또한, FET(100)의 게이트(G)에는 게이트 전압원(VG) 및 써미스터 소자(500)가 접점(A)을 통해 함께 연결된다. 써미스터 소자(500)의 일 단자는 FET(100)의 게이트(G)에 연결되며, 타 단자는 제어용 전압원(VTh)에 연결된다. 더 나아가, 저항 소자(400)가 FET(100)의 드레인(D)과 구동 전압원(VD) 사이에 연결될 수 있고, 다른 저항 소자가 전기전자장치 내의 요구되는 각 부분에 추가되거나 생략될 수 있다.That is, the driving voltage source V D is connected to the drain D of the FET 100, and the driving element 300 is connected to the source S. In addition, the gate voltage source V G and thermistor element 500 are connected to the gate G of the FET 100 through the contact A. One terminal of the thermistor element 500 is connected to the gate G of the FET 100, and the other terminal is connected to the control voltage source V Th . Furthermore, a resistive element 400 can be connected between the drain D of the FET 100 and the drive voltage source V D , and other resistive elements can be added or omitted to each required portion of the electrical and electronic device. .

써미스터 소자(500)는 2 단자 또는 3 단자 소자로서, 온도의 증가에 따라 저항이 감소하는 특성을 갖는다. 이러한 써미스터 소자(500)에 대한 구체적인 구조와 특징에 대해서는 도 15a 및 도 15b에 대한 설명부분에서 좀더 상세히 기술한다.Thermistor element 500 is a two-terminal or three-terminal element, and the resistance of the thermistor element 500 decreases with increasing temperature. Specific structures and features of the thermistor element 500 will be described in more detail in the description of FIGS. 15A and 15B.

본 실시예의 전기전자장치에서의 가변 게이트 FET(1000a)의 동작 원리는 도 4의 전기전자장치에서의 가변 게이트 FET(1000)과 유사하다.The operating principle of the variable gate FET 1000a in the electric and electronic device of this embodiment is similar to that of the variable gate FET 1000 in the electric and electronic device of FIG.

즉, FET(100)의 고속 스위칭에 의해 열이 발생하면서 소스-드레인의 채널 전류가 줄어든다. 그러나 이때 발생된 열이 써미스터 소자(500)에 전달되고, 써미스터 소자(500)가 열에 의해 저항이 줄어듦으로써, 제어용 전압원(VTh)의 전압이 접점(A)을 통해 FET(100)의 게이트(G)로 인가되어, FET(100)의 게이트 전압을 상승시키게 된다. 다만, MIT 소자(200)의 경우는 금속으로 전이되기 때문에 제어용 전압원(VMIT)의 전압과 거의 동일한 전압이 FET(100)의 게이트로 인가되지만, 써미스터 소자(500)의 경우는, 제어용 전압원(VTh)의 전압에서 저항 감소 후의 저항값에 해당하는 전압 강하를 뺀 전압이 FET(100)의 게이트로 인가된다.In other words, while the heat is generated by the fast switching of the FET 100, the channel current of the source-drain is reduced. However, heat generated at this time is transferred to the thermistor element 500, and the resistance of the thermistor element 500 decreases due to heat, so that the voltage of the control voltage source V Th is applied to the gate of the FET 100 through the contact A. G) is applied to raise the gate voltage of the FET 100. In the case of the MIT element 200, however, a voltage almost equal to the voltage of the control voltage source V MIT is applied to the gate of the FET 100. However, in the case of the thermistor element 500, the control voltage source ( A voltage obtained by subtracting the voltage drop corresponding to the resistance value after the resistance decrease from the voltage of V Th ) is applied to the gate of the FET 100.

결과적으로 FET(100)의 게이트 전압의 상승에 의해 소스-드레인 전류가 증가하고, 또한, 소스-드레인 전류의 증가에 의해, 소스-드레인 채널층의 온도가 감소됨은 전술한 바와 같다.As a result, as described above, the source-drain current increases due to the increase in the gate voltage of the FET 100, and the temperature of the source-drain channel layer decreases due to the increase in the source-drain current.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 게이트 FET을 포함한 전기 전자장치에 대한 회로도이다.14 is a circuit diagram of an electronic device including a variable gate FET according to another embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 본 실시예의 전기전자장치는 도 13의 전기전자장치와 유사한 구조를 가지나, 써미스터 소자(500) 부분만이 다르다. 즉, 써미스터 소자(500)의 일 단자는 접점(A)을 통해 FET(100)의 게이트(G)로 연결되고, 타 단자는 그라운드로 연결될 수 있다. 이와 같이 그라운드를 써미스터 소자(500)에 연결함으로써, FET(100)의 소스-드레인 전류를 감소시킬 수 있다. 이는 도 5의 전기전자장치에 대한 회로에서, MIT 소자(200)에 그라운드 전압을 인가하는 이유 또는 원리와 동일하다.Referring to FIG. 14, the electrical and electronic device of this embodiment has a structure similar to the electrical and electronic device of FIG. 13, but differs only in the thermistor element 500. That is, one terminal of the thermistor element 500 may be connected to the gate G of the FET 100 through the contact A, and the other terminal may be connected to the ground. By connecting ground to the thermistor element 500 in this manner, the source-drain current of the FET 100 can be reduced. This is the same as the reason or principle of applying the ground voltage to the MIT device 200 in the circuit for the electrical and electronic device of FIG. 5.

한편, 써미스터 박막을 이용하는 가변 게이트 FET의 경우도, 앞서 MIT 소자를 이용하는 가변 게이트 FET과 같이, FET 어레이 소자 내의 각각의 FET에 써미스터 소자가 하나씩 연결된 회로 구조로 확장될 수 있음은 물론이다.On the other hand, the variable gate FET using a thermistor thin film can be extended to a circuit structure in which one thermistor element is connected to each FET in the FET array element, like the variable gate FET using the MIT element.

이하에서, 가변 게이트 FET에 대한 설명할 때, 설명의 편의를 위해 MIT 소자(200) 및 써미스터 소자(500)를 '게이트 제어 소자'로 통칭한다.Hereinafter, when describing the variable gate FET, the MIT element 200 and the thermistor element 500 are collectively referred to as a 'gate control element' for convenience of description.

도 15a 및 15b는 도 13 또는 도 14에 가변 게이트 FET에 이용되는 써미스터 소자에 대한 단면도들로서, 도 15a는 2 단자 써미스터 소자에 대한 단면도이고, 도 15b는 3 단자 써미스터 소자에 대한 단면도이다.15A and 15B are cross-sectional views of a thermistor element used in the variable gate FET in FIG. 13 or 14, FIG. 15A is a cross-sectional view of a two-terminal thermistor element, and FIG. 15B is a cross-sectional view of a three-terminal thermistor element.

도 15a를 참조하면, 2 단자 써미스터 소자(500)는 기판(510), 써미스터 박막(520), 및 전극 박막(530)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 15A, the two-terminal thermistor element 500 may include a substrate 510, a thermistor thin film 520, and an electrode thin film 530.

기판(510)은 절연 기판 또는 실리콘과 같은 반도체 기판일 수 있다.The substrate 510 may be an insulating substrate or a semiconductor substrate such as silicon.

써미스터 박막(520)은 기판(510) 상으로 형성되며, NTC(Negative temperature coefficient) 특성을 갖는 박막이다. NTC 특성에 대해서는 도 16의 그래프 부분에서 설명한다. 예컨대, 써미스터 박막(20)은 Ⅲ+Ⅴ족 반도체, Ⅱ+Ⅵ 반도체, 탄소화합물인 그라펜(Graphene)과 카본 나노튜브, pn 접합 Si와 같은 pn 접합 다이오드, V2O5, p형 GaAs, 및 p형 Ge 등을 포함하는 반도체 박막으로 형성될 수 있다.The thermistor thin film 520 is formed on the substrate 510 and has a negative temperature coefficient (NTC) characteristic. NTC characteristics will be described in the graph section of FIG. 16. For example, the thermistor thin film 20 may be composed of a group III + V semiconductor, a group II + VI semiconductor, a graphene and carbon nanotube, a carbon compound, a pn junction diode such as a pn junction Si, V 2 O 5 , p-type GaAs, And a semiconductor thin film including p-type Ge and the like.

이러한 써미스터 박막(520)은 제1 전극 박막(531)과 제2 전극 박막(533) 사이에 형성되는데, 평면 구조상으로, 하나의 직사각형 띠 형태로 상기 제1 및 제2 전극 박막(531, 533) 사이에 연결되는 구조로 형성되거나 또는, 적어도 2 개의 직사각형 띠 형태로 제1 및 제2 전극 박막(531, 533) 사이에 병렬로 연결되는 구조로 형성될 수 있다.The thermistor thin film 520 is formed between the first electrode thin film 531 and the second electrode thin film 533. In the planar structure, the first and second electrode thin films 531 and 533 have a rectangular band shape. The structure may be connected to each other, or may be formed to be connected in parallel between the first and second electrode thin films 531 and 533 in the form of at least two rectangular bands.

전극 박막(530)은 써미스터 박막(520)으로 전압을 인가하기 위한 전극으로서, 제1 전극 박막(531) 및 제2 전극 박막(533)을 포함할 수 있다. 제1 전극 박막(531) 및 제2 전극 박막(533)은 써미스터 박막(520) 양 측면으로 서로 대향하도록, 기판(510) 상에 형성될 수 있다. 한편, 도시된 바와 같이 제1 전극 박막(531) 및 제2 전극 박막(533)은 써미스터 박막(520) 상면 일부를 덮도록 형성될 수 있다.The electrode thin film 530 is an electrode for applying a voltage to the thermistor thin film 520 and may include a first electrode thin film 531 and a second electrode thin film 533. The first electrode thin film 531 and the second electrode thin film 533 may be formed on the substrate 510 to face each other on both sides of the thermistor thin film 520. As illustrated, the first electrode thin film 531 and the second electrode thin film 533 may be formed to cover a part of the upper surface of the thermistor thin film 520.

도 15b를 참조하면, 3 단자 써미스터 소자(500a)는 기판(510), 써미스터 박막(520), 전극 박막(530) 및 방열 박막(540)을 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예의 써미스터 소자(500a)는 도 15a의 2 단자 써미스터 소자(500) 달리, 기판(510) 하부에 방열 박막(540)을 더 포함한다.Referring to FIG. 15B, the three-terminal thermistor element 500a may include a substrate 510, a thermistor thin film 520, an electrode thin film 530, and a heat dissipating thin film 540. That is, unlike the two-terminal thermistor element 500 of FIG. 15A, the thermistor element 500a of the present embodiment further includes a heat dissipation thin film 540 under the substrate 510.

방열 박막(540)의 써미스터 소자(500a)의 방열을 위한 단자로서, 기판(510) 하부 전면에 열전달이 잘되는 금속 물질로 형성될 수 있다. 이러한 방열 박막(540)을 통해 열이 방출됨으로써, 써미스터 소자(500a)의 자체 온도 상승에 의한 오작동을 방지할 수 있다.As a terminal for dissipating the thermistor element 500a of the heat dissipation thin film 540, the heat dissipation thin film 540 may be formed of a metal material having good heat transfer on the entire lower surface of the substrate 510. By dissipating heat through the heat dissipation thin film 540, malfunction of the thermistor element 500a due to its own temperature rise may be prevented.

한편, 도시하지는 않았지만, 써미스터 소자(500, 500a)는, 기판(510)과 써미스터 박막(520) 사이에 격자 부정합을 완화시키기 위하여, 기판(510) 상에 형성된 버퍼층(미도시)을 포함할 수 있다. 또한, 써미스터 소자(500, 500a)는 써미스터 박막(520)을 보호하기 위하여, 전극 박막(530) 및 써미스터 박막(520) 상으로 형성된 써미스터 보호용 절연막(미도시)을 포함할 수도 있다.Although not shown, thermistor elements 500 and 500a may include a buffer layer (not shown) formed on the substrate 510 to mitigate lattice mismatch between the substrate 510 and the thermistor thin film 520. have. In addition, thermistor elements 500 and 500a may include an electrode thin film 530 and an thermistor protective insulating film (not shown) formed on the thermistor thin film 520 to protect the thermistor thin film 520.

도 16은 써미스터 소자의 온도에 대한 저항 특성을 보여주는 그래프이다.16 is a graph showing resistance characteristics with respect to temperature of a thermistor element.

도 16을 참조하면, 써미스터 소자, 좀더 구체적으로 써미스터 박막의 온도에 대한 저항의 그래프(A)는 도시된 바와 같이 온도의 증가에 따라 지수적으로 감소한다. 이와 같이 온도에 반비례하여, 온도의 증가에 따라 저항이 감소하는 써미스터를 부특성온도계수(Negative temperature coefficient: NTC) 써미스터라고 한다. Referring to FIG. 16, a graph A of resistance against temperature of a thermistor element, more specifically the thermistor thin film, decreases exponentially with increasing temperature as shown. In this way, a thermistor whose resistance decreases with increasing temperature is called a negative temperature coefficient (NTC) thermistor.

이러한, NTC 특성을 갖는 써미스터 박막은 Be-doped GaAs 박막으로 형성될 수 있다. 그러나 Be-doped GaAs 박막에 한정되지 않고, NTC 특성을 갖는 어떤 종류의 물질 박막도 써미스터 소자 제작에 이용될 수 있음은 물론이다. 예컨대, pn 접합 다이오드나 트랜지스터의 베이스-에미터 간의 pn 정션 부분을 써미스터 소자로 이용할 수도 있다.Such a thermistor thin film having NTC characteristics may be formed of a Be-doped GaAs thin film. However, the film is not limited to the Be-doped GaAs thin film, and any kind of material thin film having NTC characteristics may be used for thermistor device fabrication. For example, a pn junction portion between a base-emitter of a pn junction diode or a transistor may be used as a thermistor element.

전술한 본 실시예들의 게이트 제어 소자를 구비한 가변 게이트 FET는 고속, 고전력, 및 저발열의 스위칭 소자로서, RF 신호 증폭용 소자, DC-DC 스위칭 소자, 파워 서플라이용 스위칭 소자, 마이크로프로세서에서 고속 신호 처리용 스위칭 소자, 전자기기들의 파워 제어용 스위칭 소자, 리튬이온 충전용 스위칭 소자, LED 제어용 스위칭 소자, 디스플레이 픽셀 제어용 스위칭 소자, 메모리 셀 제어용 스위칭 소자, 음향기기에서 음향 및 음성 신호 증폭용 스위칭 소자, 포토-릴레이, 및 광 스위치 등의 스위칭 소자에 이용될 수 있다. 또한 그러한 스위칭 소자들을 포함하는 모바일폰, 노트북 컴퓨터, 컴퓨터, 메모리 등의 모든 전기전자장치에 유용하게 활용될 수 있다.The variable gate FET having the gate control element of the present embodiments described above is a high speed, high power, and low heat switching element, and is an RF signal amplification element, a DC-DC switching element, a power supply switching element, and a high speed in a microprocessor. Switching element for signal processing, switching element for controlling power of electronic devices, switching element for charging lithium-ion, switching element for controlling LED, switching element for controlling display pixels, switching element for controlling memory cells, switching element for amplifying sound and voice signals in acoustic devices, It can be used for switching elements such as photo-relays and optical switches. In addition, it can be usefully used in all electrical and electronic devices such as mobile phones, notebook computers, computers, memory, including such switching elements.

도 17은 본 발명의 일 실시예 따른 가변 게이트 FET이 하나의 패키지로 원칩화된 모습을 보여주는 평면도이다.17 is a plan view illustrating a state in which the variable gate FET is one-chip in one package according to an embodiment of the present invention.

도 17을 참조하면, 도 4, 5, 13 및 14의 전기전자장치 내의 가변 게이트 FET(1000, 1000a), 즉 FET(100)과 게이트 제어 소자(200, 500)는 도시된 바와 같이 하나의 패키지(2000)로 원칩화될 수 있다. 이러한 원칩 구조 패키지(2000) 내에서, 게이트 제어 소자(200, 500)는 FET(100)의 열이 발생하기 쉬운 부분으로 배치될 수 있다.Referring to FIG. 17, the variable gate FETs 1000, 1000a in the electrical and electronic devices of FIGS. 4, 5, 13, and 14, ie, the FET 100 and the gate control elements 200, 500, are packaged as shown. It can be one chip (2000). In the one-chip structure package 2000, the gate control elements 200 and 500 may be disposed at portions where heat of the FET 100 is likely to occur.

원칩 구조 패키지(2000)의 외부로 노출된 핀들(1 ~ 8)은 도 4, 5, 13 및 14의 전기전자장치 내에서 가변 게이트 FET(1000, 1000a)에 연결되는 소자들의 단자들과 연결을 위해 이용될 수 있다. 한편, 원칩 구조 패키지(2000)의 핀들의 배치 구조나 개수는 변경될 수 있음은 물론이다.Exposed pins 1-8 of the one-chip structure package 2000 connect the terminals of the devices connected to the variable gate FETs 1000, 1000a in the electrical and electronic devices of FIGS. 4, 5, 13, and 14. Can be used for On the other hand, the arrangement or number of the pins of the one-chip structure package 2000 may be changed.

도 18a 및 18b는 본 발명의 일 실시예 따른 가변 게이트 FET의 다른 패키지 구조를 보여주는 단면도 및 평면도이다.18A and 18B are cross-sectional and plan views illustrating another package structure of the variable gate FET according to an embodiment of the present invention.

도 18a를 참조하면, 본 실시예의 게이트 가변 트랜지스터(1000, 1000a)의 패키지 구조는 도 17의 원칩 구조 패키지(2000)와 달리, 가변 게이트 FET(1000, 1000a)를 구성하는 FET(100) 및 게이트 제어 소자(200, 500)가 각각 패키징되어 결합되는 구조를 가질 수 있다.Referring to FIG. 18A, unlike the one-chip structure package 2000 of FIG. 17, the package structure of the gate variable transistors 1000 and 1000a according to the present exemplary embodiment is the FET 100 and the gate constituting the variable gate FETs 1000 and 1000a. The control elements 200 and 500 may be packaged and coupled to each other.

게이트 제어 소자(200, 500)가 패키징된 제2 패키지(4000)는 FET(100)이 패키징된 제1 패키지(3000)에 열 전달 매개체(3500)를 통해 결합될 수 있다. 이러한 열 전달 매개체(3500)는 FET(100)으로부터 발생된 열을 게이트 제어 소자(200, 500)로 효율적으로 전달하는 물질, 예컨대 열전도도가 높은 물질로 형성될 수 있다. 또한, 게이트 제어 소자(200, 500)의 동작 성능 향상을 위해, 제2 패키지(4000)는 제1 패키지(3000) 상에서 열이 많이 발생하는 부분으로 결합될 수 있다.The second package 4000 in which the gate control elements 200 and 500 are packaged may be coupled to the first package 3000 in which the FET 100 is packaged through the heat transfer medium 3500. The heat transfer medium 3500 may be formed of a material that efficiently transfers heat generated from the FET 100 to the gate control elements 200 and 500, for example, a material having high thermal conductivity. In addition, in order to improve operating performance of the gate control elements 200 and 500, the second package 4000 may be combined into a portion where heat is generated on the first package 3000.

도 18b를 참조하면, 제1 패키지(3000) 내에 FET(100)이 배치되고, 열이 많이 발생하는 부분인 타원의 점선 부분(B) 상부에 제2 패키지(4000)가 배치될 수 있다. 평면도이기 때문에 도시되지 않았지만, 열 전달 매개체(3500)가 제1 패키지(3000)와 제2 패키지(4000) 사이에 존재할 수 있음은 물론이다.Referring to FIG. 18B, the FET 100 may be disposed in the first package 3000, and the second package 4000 may be disposed on the dotted line B of the ellipse, which is a heat generating portion. Although not shown because of the plan view, the heat transfer medium 3500 may be present between the first package 3000 and the second package 4000.

지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

100: FET 200, 200a: MIT 소자
210: 기판 220: 버퍼
230, 230a: MIT 박막 240, 240a: 전극 박막
241, 241a: 제1 전극 박막 243, 243a: 제2 전극 박막
300: 구동 소자 400: 저항 소자
500, 500a: 써미스터 소자 510: 기판
520: 써미스터 박막 530: 전극 박막
531: 제1 전극 박막 533: 제2 전극 박막
540: 방열 박막 1000, 1000a: 게이트 가변 트랜지스터
2000: 원칩 구조 패키지 3000: 제1 패키지
3500: 열 전달 매개체 4000: 제2 패키지
100: FET 200, 200a: MIT device
210: substrate 220: buffer
230, 230a: MIT thin film 240, 240a: electrode thin film
241 and 241a: first electrode thin film 243 and 243a: second electrode thin film
300: drive element 400: resistance element
500, 500a: thermistor element 510: substrate
520: thermistor thin film 530: electrode thin film
531: first electrode thin film 533: second electrode thin film
540: heat dissipation thin film 1000, 1000a: gate variable transistor
2000: one-chip structure package 3000: first package
3500: heat transfer medium 4000: second package

Claims (19)

전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor: FET); 및
상기 FET의 표면 또는 발열 부분으로 부착되고, 회로적으로는 상기 FET의 게이트 단자에 연결되어 상기 게이트 단자의 전압을 가변시키는 게이트 제어 소자;를 포함하고,
상기 FET이 소정 온도 이상 상승 시에 상기 게이트 가변 소자에 의해 상기 게이트 단자의 전압이 가변되어 상기 FET의 소스-드레인 사이의 채널 전류가 제어되는 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터.
Field Effect Transistors (FETs); And
A gate control element attached to a surface or a heat generating portion of the FET, and electrically connected to a gate terminal of the FET to vary a voltage of the gate terminal;
And a gate voltage of the gate terminal is changed by the gate variable element when the FET rises above a predetermined temperature, thereby controlling the channel current between the source and the drain of the FET.
제1 항에 있어서,
상기 게이트 제어 소자는,
임계 온도에서 급격한 금속 절연체 전이(Metal-Insulator Transition: MIT)가 발생하는 MIT 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터.
The method according to claim 1,
The gate control element,
A variable gate field effect transistor comprising an MIT device in which an abrupt Metal-Insulator Transition (MIT) occurs at a critical temperature.
제2 항에 있어서,
상기 MIT 소자는 상기 임계 온도에서 급격한 MIT를 일으키는 MIT 박막; 및
상기 급격한 MIT 박막에 컨택하는 적어도 2 개의 전극 박막;을 포함하며,
상기 MIT 소자는 상기 MIT 박막을 사이에 두고 2개의 상기 전극 박막이 상하로 적층된 적층형이거나, 또는 상기 MIT 박막의 양 측면으로 2개의 상기 전극 박막이 배치된 수평형인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터.
The method of claim 2,
The MIT device includes an MIT thin film that causes abrupt MIT at the critical temperature; And
And at least two electrode thin films contacting the abrupt MIT thin film.
The MIT device may be a stacked type in which two electrode thin films are stacked up and down with the MIT thin film interposed therebetween, or horizontally in which two electrode thin films are disposed on both sides of the MIT thin film. Variable gate field effect transistor.
제2 항에 있어서,
상기 MIT 소자는 상기 임계 온도에서 급격한 MIT를 일으키는 MIT 박막;
상기 급격한 MIT 박막에 컨택하는 2개의 전극 박막;을 포함하며,
2개의 상기 전극 박막 중 어느 하나인 제1 전극 박막은 상기 게이트 단자에 연결되고, 다른 하나인 제2 전극 박막은 제어용 전압원 또는 그라운드에 연결되는 것을 특징으로 하는 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터.
The method of claim 2,
The MIT device includes an MIT thin film that causes abrupt MIT at the critical temperature;
And two electrode thin films contacting the abrupt MIT thin film.
The first electrode thin film, which is one of two electrode thin films, is connected to the gate terminal, and the other second electrode thin film is connected to a control voltage source or ground.
제4 항에 있어서,
상기 FET이 임계 온도 이상 상승 시에,
상기 MIT 박막이 절연체에서 금속으로 전이함으로써, 상기 제어용 전압원 또는 그라운드 전압이 상기 게이트 단자에 인가되는 것을 특징으로 하는 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터.
The method of claim 4, wherein
When the FET rises above the threshold temperature,
And the control voltage source or ground voltage is applied to the gate terminal as the MIT thin film transitions from an insulator to a metal.
제4 항에 있어서,
상기 FET의 드레인 전극으로는 구동 전압원이 연결되고,
상기 FET의 소스 전극으로는 구동 소자가 연결되며,
상기 FET의 게이트로는 게이트 전압원 및 상기 MIT 소자가 공통으로 연결되는 것을 특징으로 하는 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터.
The method of claim 4, wherein
A driving voltage source is connected to the drain electrode of the FET.
A driving element is connected to the source electrode of the FET,
And a gate voltage source and the MIT device are commonly connected to the gate of the FET.
제1 항에 있어서,
상기 게이트 제어 소자는,
온도 증가에 따라 저항이 감소하는 써미스터(thermistor) 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터.
The method according to claim 1,
The gate control element,
A variable gate field effect transistor comprising a thermistor element whose resistance decreases with increasing temperature.
제7 항에 있어서,
상기 써미스터 소자의 2개의 단자 중 어느 하나는 상기 FET의 게이트에 연결되고, 다른 하나는 제어용 전압원 또는 그라운드에 연결되는 것을 특징으로 하는 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터.
The method of claim 7, wherein
Wherein one of two terminals of the thermistor element is connected to a gate of the FET, and the other is connected to a control voltage source or ground.
제1 항에 있어서,
상기 FET은 N형 또는 P형이며,
상기 FET은 IGBT(insulated Gate Bipolar Transistor) 및 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터 중 어느 하나를 포함하는 특징으로 하는 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터.
The method according to claim 1,
The FET is N type or P type,
The FET includes one of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a metal oxide semiconductor (MOS) transistor.
제1 항에 있어서,
상기 FET과 게이트 제어 소자는 하나의 칩으로 패키징된 것을 특징으로 하는 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터.
The method according to claim 1,
And the FET and the gate control element are packaged into one chip.
제1 항에 있어서,
상기 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터는 상기 FET으로부터 발생된 열을 전달하는 열 전달 매개체를 포함하고,
상기 FET과 게이트 제어 소자는 각각 패키징되며, 패키징된 상기 FET과 게이트 제어 소자는 상기 열 전달 매개체를 통해 열 전달이 되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터.
The method according to claim 1,
The variable gate field effect transistor includes a heat transfer medium that transfers heat generated from the FET,
The FET and the gate control element are respectively packaged, and the packaged FET and the gate control element are coupled for heat transfer through the heat transfer medium.
구동 소자; 및
상기 구동 소자에 연결되어 상기 구동 소자로 공급되는 전류를 제어하는 적어도 하나의 제1 항의 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터;를 포함하는 전기전자장치.
Drive elements; And
And at least one variable gate field effect transistor connected to the driving element to control a current supplied to the driving element.
제12 항에 있어서,
상기 게이트 제어 소자는, 임계 온도에서 급격한 금속 절연체 전이(MIT)가 발생하는 MIT 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전자장치.
The method of claim 12,
And the gate control device comprises an MIT device in which an abrupt metal insulator transition (MIT) occurs at a critical temperature.
제13 항에 있어서,
상기 게이트 제어 소자는,
상기 MIT 소자는 상기 임계 온도에서 급격한 MIT를 일으키는 MIT 박막;
상기 급격한 MIT 박막에 컨택하는 2개의 전극 박막;을 포함하며,
2개의 상기 전극 박막 중 어느 하나인 제1 전극 박막은 상기 게이트 단자에 연결되고, 다른 하나인 제2 전극 박막은 제어용 전압원 또는 그라운드에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기전자장치.
The method of claim 13,
The gate control element,
The MIT device includes an MIT thin film that causes abrupt MIT at the critical temperature;
And two electrode thin films contacting the abrupt MIT thin film.
The first electrode thin film, which is one of two electrode thin films, is connected to the gate terminal, and the other second electrode thin film is connected to a control voltage source or ground.
제14 항에 있어서,
상기 FET의 드레인 전극으로는 구동 전압원이 연결되고,
상기 FET의 소스 전극으로는 상기 구동 소자가 연결되며,
상기 FET의 게이트로는 게이트 전압원 및 상기 MIT 소자가 공통으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기전자장치.
The method of claim 14,
A driving voltage source is connected to the drain electrode of the FET.
The driving device is connected to the source electrode of the FET,
And a gate voltage source and the MIT device are commonly connected to the gate of the FET.
제12 항에 있어서,
상기 게이트 제어 소자는,
온도 증가에 따라 저항이 감소하는 써미스터 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전자장치.
The method of claim 12,
The gate control element,
An electrical and electronic device comprising a thermistor element whose resistance decreases with increasing temperature.
제16 항에 있어서,
상기 써미스터 소자의 2개의 단자 중 어느 하나는 상기 FET의 게이트에 연결되고, 다른 하나는 제어용 전압원 또는 그라운드에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기전자장치.
The method of claim 16,
Any one of two terminals of the thermistor element is connected to a gate of the FET, and the other is connected to a control voltage source or ground.
제12 항에 있어서,
상기 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터는 복수 개이고,
복수 개의 상기 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터의 각각의 상기 FET은 어레이 구조로 배치되어 FET 어레이 소자를 구성하고, 상기 FET 어레이 소자의 각각의 FET에 상기 게이트 제어 소자가 연결되는 것을 특징으로 하는 전기전자장치.
The method of claim 12,
The variable gate field effect transistor is a plurality,
And wherein each of the FETs of the plurality of variable gate field effect transistors is arranged in an array structure to form a FET array element, and the gate control element is connected to each FET of the FET array element.
제12 항에 있어서,
상기 전기전자장치는,
상기 가변 게이트 전계 효과 트랜지스터가 사용되는, RF 신호 증폭용 소자, DC-DC 스위칭 소자, 파워 서플라이용 스위칭 소자, 마이크로프로세서의 고속 신호 처리용 스위칭 소자, 전자기기들의 파워 제어용 스위칭 소자, 리튬이온 충전용 스위칭 소자, LED 제어용 스위칭 소자, 디스플레이 픽셀 제어용 스위치 소자, 메모리 셀 제어용 스위칭 소자, 음향기기에서 음향 및 음성 신호 증폭용 스위칭 소자, 포토-릴레이, 및 광 스위치 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전자장치.
The method of claim 12,
The electrical and electronic device,
RF signal amplification element, DC-DC switching element, switching element for power supply, switching element for high-speed signal processing of microprocessor, switching element for power control of electronic devices, lithium ion charging, in which the variable gate field effect transistor is used A switching element, a switching element for controlling an LED, a switching element for controlling a display pixel, a switching element for controlling a memory cell, a switching element for amplifying sound and voice signals in an acoustic device, a photo-relay, and an optical switch. Electronics.
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