DE102014109241A1

DE102014109241A1 - MIT-Transistorsystem, das eine Vorrichtung mit einem kritischen Strom enthält

Info

Publication number: DE102014109241A1
Application number: DE201410109241
Authority: DE
Inventors: Hyun-Tak Kim
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Current assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2034-07-03
Also published as: CN104283535A; JP2015015715A; DE102014109241B4; JP5838244B2; US20150008974A1; US9281812B2; CN104283535B

Abstract

Es wird ein Metall/Isolator-Übergang-Transistorsystem (MIT-Transistorsystem) geschaffen, das eine MIT-Vorrichtung zur Versorgung mit einem kritischen Strom enthält, die ermöglicht, dass zwischen einem Steueranschluss und einem Auslassanschluss eines MIT-Transistors ein MIT auftritt, um den MIT-Transistor leicht und zweckmäßig anzusteuern. Ein Stromversorger in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stellt einen kritischen Strom bereit, um zu ermöglichen, dass zwischen dem Steueranschluss und dem Ausgangsanschluss des MIT-Transistors eine MIT-Erscheinung auftritt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldungen Nr. 10-2013-0078913 , eingereicht am 5. Juli 2013, und 10-2013-0156332 , eingereicht am 16. Dezember 2013, die hiermit durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die hier offenbarte vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Transistorsystem und insbesondere auf die Ansteuerung eines Metall/Isolator-Übergang-Transistors (MIT-Transistors).
Typischerweise ist ein Transistor mit drei Anschlüssen eine der repräsentativen elektronischen Vorrichtungen. Dieser Transistor arbeitet auf der Grundlage einer Halbleitercharakteristik.
Halbleiterleistungsvorrichtungen müssen gute Charakteristiken aufweisen, um zu ermöglichen, dass hohe Ströme fließen. Allerdings kann viel Wärme erzeugt werden, obwohl kein hoher Strom fließt. Wenn eine Größe eines Transistors auf ein Nanogrößenniveau abnimmt, tritt ein Kurzkanaleffekt auf und erschwert es, als ein Transistor zu arbeiten. Somit wird zunehmend eine Vorrichtung gefordert, die über die Beschränkungen dieser elektronischen Vorrichtung hinausgeht, wobei viele Forscher alle ihre Anstrengungen auf Forschungen über eine Vorrichtung, die über die Beschränkungen hinausgeht, konzentrieren.
Eines der Prinzipien zur Überwindung der Beschränkungen ist ein MIT-Prinzip. Ein MIT-Transistor, der keinen Feldeffekt, sondern eine durch Löcher angesteuerte MIT-Erscheinung verwendet, ist in der koreanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2012-0073002 und in einem Artikel "Applied Physics Letters 103, 1735-1 (2013); http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/103/17/10.1063/1.4826223", offenbart. Allerdings ist es notwendig, ihn mit einem kritischen Strom zu versorgen, um zu ermöglichen, dass die MIT-Erscheinung auftritt.
Dementsprechend ist eine Technologie zum einfachen Versorgen mit dem kritischen Strom notwendig.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schafft einen Stromversorger, der einen MIT-Transistor mit einem kritischen Strom versorgt, der notwendig ist, um zu ermöglichen, dass in dem MIT-Transistor eine MIT-Erscheinung auftritt, um den MIT-Transistor einfach und zweckmäßig anzusteuern.
Außerdem schafft die vorliegende Erfindung ein MIT-Transistorsystem, das einen MIT-Transistor problemlos ansteuern kann.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen ein Metall/Isolator-Übergang-Transistorsystem (MIT-Transistorsystem), das enthält: einen MIT-Transistor; und einen Stromversorger, der ihn mit einem kritischen Strom versorgt, um zu ermöglichen, dass zwischen einem Steueranschluss und einem Ausgangsanschluss des MIT-Transistors eine MIT-Erscheinung auftritt.
In einigen Ausführungsformen kann der Stromversorger einen Transistor enthalten, der ein Impulseingangssignal empfängt und den kritischen Strom erzeugt.
In anderen Ausführungsformen kann der Transistor einen NPN-Bipolartransistor enthalten, der eine Basis, an der das Impulseingangssignal empfangen wird, einen Kollektor, der mit einem Eingangsanschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und einen Emitter, der mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, aufweist.
In nochmals anderen Ausführungsformen kann der Transistor einen PNP-Bipolartransistor enthalten, der eine Basis, bei der das Impulseingangssignal empfangen wird, einen Emitter, der mit einem Eingangsanschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und einen Kollektor, der mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, aufweist.
In wiederum anderen Ausführungsformen kann der Transistor einen PNP-Bipolartransistor enthalten, der eine Basis, bei der das Impulseingangssignal empfangen wird, einen Emitter, der mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und einen Kollektor, der geerdet ist, aufweist.
In nochmals anderen Ausführungsformen kann der Transistor einen NPN-Bipolartransistor enthalten, der eine Basis, bei der das Impulseingangssignal empfangen wird, einen Kollektor, der mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und einen Emitter, der geerdet ist, aufweist.
In weiteren Ausführungsformen kann der Transistor einen N-Feldeffekttransistor enthalten, der ein Gate, bei dem das Impulseingangssignal empfangen wird, einen Drain, der mit einem Eingangsanschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und eine Source, die mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, aufweist.
In nochmals weiteren Ausführungsformen kann der Transistor einen N-Feldeffekttransistor enthalten, der ein Gate, bei dem das Impulseingangssignal empfangen wird, einen Drain, der mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und eine Source, die geerdet ist, aufweist.
In wiederum weiteren Ausführungsformen kann der Transistor einen P-Feldeffekttransistor enthalten, der ein Gate, bei dem das Impulseingangssignal empfangen wird, eine Source, die mit einem Eingangsanschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und einen Drain, der mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, aufweist.
In nochmals weiteren Ausführungsformen kann der Transistor einen P-Feldeffekttransistor enthalten, der ein Gate, bei dem das Impulseingangssignal empfangen wird, eine Source, die mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und einen Drain, der geerdet ist, aufweist.
In nochmals weiteren Ausführungsformen kann der Stromversorger den Steueranschluss des MIT-Transistors mit in einer Sekundärspule eines Transformators induzierter Leistung versorgen.
In nochmals weiteren Ausführungsformen kann der MIT-Transistor als eine Stromvorrichtung einen Bipolartransistor in einer aktiven Durchlassbetriebsart enthalten, der in einer Betriebsart mit negativem differentiellem Widerstand (NDR) als eine MIT-Erscheinung arbeitet, wenn ein kritischer Strom angelegt ist.
In wiederum weiteren Ausführungsformen kann der MIT-Transistor als eine Stromvorrichtung einen Bipolartransistor in einer aktiven Sperrbetriebsart enthalten, der in einer NDR-Betriebsart als eine MIT-Erscheinung arbeitet, wenn ein kritischer Strom angelegt ist.
In nochmals weiteren Ausführungsformen kann der MIT-Transistor in einer NDR-Betriebsart arbeiten.
In nochmals weiteren Ausführungsformen können der Stromversorger und der MIT-Transistor auf einem einzelnen gleichen Substrat durch ein monolithisches Verfahren hergestellt worden sein oder können der Stromversorger und der MIT-Transistor in einer selben Baugruppe hergestellt worden sein.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten MIT-Transistorsysteme: einen MIT-Transistor, der einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Steueranschluss aufweist und der zulässt, dass darin der MIT auftritt; und einen Stromversorger, der zwischen den Eingangs- und den Steueranschluss des MIT-Transistors geschaltet ist und wenn der Eingangs- und der Ausgangsanschluss zwischen eine Stromversorgungsspannung und eine Massespannung geschaltet sind ein Eingangssignal empfängt und zulässt, dass zwischen dem Steuer- und dem Ausgangsanschluss die MIT-Erscheinung auftritt.
In nochmals anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten Betriebsverfahren eines MIT-Transistorsystems: Verbinden eines MIT-Transistors, der einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Steueranschluss aufweist, mit einer Eingangs- und einer Ausgangslast und Ermöglichen, dass darin der MIT auftritt; Empfangen eines Eingangssignals; und Erzeugen eines kritischen Stroms, um zu ermöglichen, dass zwischen dem Steuer- und dem Ausgangsanschluss eine MIT-Erscheinung auftritt, unter Verwendung des Eingangssignals.
In einigen Ausführungsformen kann der kritische Strom sein, dass das Eingangssignal in einem Impulstyp verstärkt wird.
In wiederum anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthält ein MIT-Transistorsystem: einen ersten MIT-Transistor, der einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Steueranschluss aufweist und der zulässt, dass der MIT auftritt; einen zweiten MIT-Transistor, der einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Steueranschluss aufweist und der zulässt, dass der MIT auftritt; einen Transformator, der zwischen den ersten und den zweiten MIT-Transistor geschaltet ist; einen Impulsgenerator, der ein Signal von einem Impulstyp erzeugt; und einen Verstärker, der das Signal verstärkt und das verstärkte Signal an den Steueranschluss des ersten MIT-Transistors anlegt.
In einigen Ausführungsformen kann der Transformator zwischen den Eingangsanschluss des ersten MIT-Transistors und den Steueranschluss des zweiten MIT-Transistors oder zwischen den Ausgangsanschluss des ersten MIT-Transistors und den Steueranschluss des zweiten MIT geschaltet sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu schaffen, und sind in dieser Patentschrift enthalten und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung von Prinzipien der vorliegenden Erfindung. In den Zeichnungen sind:
1 eine Veranschaulichung von Definitionen von Symbolen und Anschlüssen eines MIT-Transistors;
2 ein Stromlaufplan eines MIT-Transistorsystems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ein Stromlaufplan eines MIT-Transistorsystems in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ein Diagramm einer charakteristischen Signalform eines Zwei-Anschluss-Effekts in Übereinstimmung mit 2;
5 ein Diagramm einer charakteristischen Signalform eines Drei-Anschluss-Effekts in Übereinstimmung mit 2;
6 ein Diagramm einer charakteristischen Signalform in Übereinstimmung mit 3;
7 ein Stromlaufplan eines MIT-Transistorsystems in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ein Diagramm einer charakteristischen Signalform in Übereinstimmung mit 7;
9 ein Stromlaufplan eines MIT-Transistorsystems in Übereinstimmung mit einer ersten abgewandelten Ausführungsform von 3;
10 ein Diagramm einer charakteristischen Signalform in Übereinstimmung mit 9;
11 ein Stromlaufplan eines MIT-Transistorsystems in Übereinstimmung mit einer zweiten abgewandelten Ausführungsform von 3;
12 ein Diagramm einer charakteristischen Signalform in Übereinstimmung mit 11;
13 ein Stromlaufplan eines MIT-Transistorsystems in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 eine charakteristische Signalform, die auf einem ersten und auf einem zweiten Oszillographen aus 13 erschien;
15 eine charakteristische Signalform, die auf einem dritten und auf einem vierten Oszillographen aus 13 erschien;
16 ein Diagramm einer charakteristischen Signalform, die auf einem ersten und auf einem zweiten Oszillographen erschien, wenn ein MITR 1 und 2 in 13 in einer Durchlassbetriebsart arbeiteten;
17 ein Diagramm einer charakteristischen Signalform, die in einem dritten und in einem vierten Oszillographen erschien, wenn ein MITR 1 und 2 in 13 in einer Durchlassbetriebsart arbeiteten; und
18 ein Stromlaufplan eines MIT-Transistorsystems in Übereinstimmung mit einer abgewandelten Ausführungsform von 13.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlicher beschrieben. Allerdings kann die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen verkörpert werden und soll sie nicht auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt sein. Vielmehr werden diese Ausführungsformen geboten, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung dem Fachmann in dem Gebiet umfassend vermittelt.
Falls bestimmte Vorrichtungen oder Leitungen in der vorliegenden Offenbarung als mit einem Zielvorrichtungsblock verbunden beschrieben sind, sind sie nicht nur direkt mit dem Zielvorrichtungsblock verbunden, sondern auch mittels irgendeiner anderen Vorrichtung mit dem Zielvorrichtungsblock verbunden.
Außerdem bezeichnen dieselben oder ähnliche Bezugszeichen, die in jeder Zeichnung gegeben sind, dieselben oder ähnliche Komponenten. In einigen Zeichnungen sind Verbindungsbeziehungen zwischen Vorrichtungen und Leitungen lediglich zur effizienten Beschreibung des technischen Gedankens gezeigt, so dass ferner andere Vorrichtungen oder Schaltungsblöcke vorgesehen sein können.
Die hier dargelegten beispielhaften Ausführungsformen können ergänzende Ausführungsformen davon enthalten, und es wird angemerkt, dass der allgemeine Betrieb eines Metall/Isolator-Übergang-Transistors (MIT-Transistors) weggelassen sein kann, um den wesentlichen Punkt des erfinderischen Konzepts nicht zu verdecken.
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 veranschaulicht Definitionen von Symbolen und Anschlüssen eines MIT-Transistors.
1 zeigt einen MIT-Transistor 10. Diese Art einer Drei-Anschluss-Vorrichtung wird als ein t-Schalter oder als ein MIT-Transistor bezeichnet. In Abkürzungen wird auf den MIT-Transistor auch als MITR Bezug genommen.
Der MIT-Transistor 10 aus 1 unterscheidet sich von einem Halbleitertransistor, wobei er drei Anschlüsse eines Einlasses I, eines Auslasses O und einer Steuerung C enthält. Der Einlass fungiert hier als ein Eingangsanschluss, der Auslass fungiert als ein Auslassanschluss und die Steuerung fungiert als ein Steueranschluss.
Wenn durch den Anschluss C des MIT-Transistors 10 ein Strom fließt, tritt zwischen dem Steueranschluss (dem Anschluss C) und dem Ausgangsanschluss eine MIT-Erscheinung auf, woraufhin wegen der MIT-Erscheinung ein hoher Strom von dem Eingangsanschluss (dem Anschluss I) zu dem Auslassanschluss (dem Anschluss O) fließt.
Der MIT-Transistor 10, in dem, wenn er eingeschaltet wird, eine unstetige Sprungerscheinung auftritt, ist eine Vorrichtung, die unter Verwendung einer Isolator-Metall-Übergangserscheinung (oder Halbleiter-Metall-Übergangs-Erscheinung) (MIT-Erscheinung) zwischen einem Isolator und einem Metall schaltet.
Wenn zwischen dem Steueranschluss und dem Ausgangsanschluss des MIT-Transistors 10 eine MIT-Erscheinung auftritt, muss eine Konzentration von in eine Steuerschicht dotierten Löchern etwa n_c = (0,25/a₀)³ sein. Hier bedeutet a₀ den Bohr'schen Radius eines Wasserstoffatoms. Typischerweise ist n_c ≈ 1·10¹⁸ cm^–3. Es sollte ein Strom, der Löcher enthält, von etwa n_c fließen. Dieser Strom wird ein kritischer Strom (kritischer Strom genannt, der ein maximaler Strom ist, der durch einen Halbleiter fließt. Somit ist es notwendig, den MIT-Transistor 10 mit dem kritischen Strom zu versorgen, um ihn anzusteuern.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ein Stromversorger, der mit dem kritischen Strom versorgt, wie in 2, 3, 7, 9, 11 und 13 gezeigt verwirklicht. In 2 ist ein NPN-Bipolartransistor als der Stromversorger verwirklicht und in 3 ist ein N-Feldeffekttransistor als der Stromversorger verwirklicht.
2 ist ein Stromlaufplan des MIT-Transistorsystems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Anhand von 2 enthält das MIT-Transistorsystem einen MIT-Transistor 10 und einen Stromversorger 20, der ihn mit einem kritischen Strom versorgt, damit zwischen dem Steueranschluss und dem Ausgangsanschluss des MIT-Transistors 10 eine MIT-Erscheinung auftritt.
Der Stromversorger 20 ist hier mit einem Bipolartransistor verwirklicht, der eine Impulseingabe empfängt und den kritischen Strom erzeugt.
Das heißt, der Bipolartransistor empfängt die Impulseingabe mit einer Basis B. Ein Kollektor C ist mit einem Eingangsanschluss I des MIT-Transistors 10 verbunden und ein Emitter E ist mit dem Steueranschluss C des MIT-Transistors 10 verbunden.
Der Eingangsanschluss I des MIT-Transistors 10 ist über eine erste Last, die zwischen die Knoten n1 und n2 geschaltet ist, mit einer Leistungsversorgungsspannung Vcc verbunden und der Ausgangsanschluss O des MIT-Transistors 10 ist über eine zweite Last, die zwischen die Knoten n3 und n4 geschaltet ist, mit einer Massespannung Vss verbunden.
Obwohl in 2 ein Bipolar-NPN-Transistor als eine Vorrichtung zur Versorgung mit einem kritischen Strom verwendet ist, damit zwischen dem Steueranschluss C und dem Ausgangsanschluss O des MIT-Transistors 10 der MIT auftritt, kann, wie in 3 gezeigt ist, ebenfalls ein Feldeffekttransistor verwendet werden.
Außerdem kann der Stromversorger 20 unter Verwendung eines Operationsverstärkers verwirklicht werden.
Schließlich kann der MIT-Transistor 10 durch eine Vorrichtung zur Versorgung mit einem kritischen Strom oder durch eine beliebige Vorrichtung angesteuert werden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein System zwei oder mehr Vorrichtungen. Zum Beispiel enthält das System aus 2 oder 3 zwei oder mehr Vorrichtungen (eine Vorrichtung zur Versorgung mit einem kritischen Strom und einen MIT-Transistor) und wird so ein System genannt.
Darüber hinaus kann der Bipolartransistor oder der Feldeffekttransistor, der ein Stromversorgungstransistor ist, auf einem Substrat mit dem MIT-Transistor als eine monolithische integrierte Schaltung hergestellt sein. Außerdem können zwei in 2 gezeigte Transistoren als eine Baugruppe hergestellt sein.
Außerdem können der Stromversorgungstransistor und der MIT-Transistor in einer integrierten Schaltung wie etwa in einem vorhandenen Mikroprozessor, einem vorhandenen Speicher oder einer vorhandenen Leistungsvorrichtung wie einem Isolierschichtbipolartransistor (IGBT) enthalten sein.
3 ist ein Stromlaufplan eines MIT-Transistorsystems in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 3 ist ein Stromversorger mit einem Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) verwirklicht, was von 2 verschieden ist. Das heißt, der Feldeffekttransistor 22 ist als eine Vorrichtung zur Versorgung mit einem kritischen Strom für den Steueranschluss C des MIT-Transistors 10 verwendet, damit zwischen dem Steueranschluss C und dem Ausgangsanschluss O des MIT-Transistors 10 die MIT-Erscheinung auftritt.
4 ist ein Diagramm einer charakteristischen Signalform eines Zwei-Anschluss-Effekts in Übereinstimmung mit 2.
Die Messbedingungen in 4 sind V_Steuerung = 2 V, V_Einlass = 0 V, Last 1 = 0 und Last 2 = 1 W. in der Zeichnung bezeichnet eine horizontale Achse eine Zeit und bezeichnet eine vertikale Achse eine Spannungsausgabe von einem System.
5 ist ein Diagramm einer charakteristischen Signalform eines Drei-Anschluss-Effekts in Übereinstimmung mit 2.
Ähnlich bezeichnet in der Zeichnung eine horizontale Achse eine Zeit und bezeichnet eine vertikale Achse eine Spannungsausgabe von einem System.
Wenn der NPN-Transistor 20 aus 2 als ein Stromversorger zum Versorgen mit einem kritischen Strom verwendet wird, wird für eine Basis des NPN-Transistors 20 ein Eingangsimpuls von 500 kHz bereitgestellt. Abgesehen von der Einlassspannung V_Einlass = 7 V sind die Messbedingungen dieselben wie in 4.
Da die Messergebnissignalform aus 5 Eigenschaften eines Drei-Anschluss-MIT-Transistors zeigt, kann bekannt sein, dass der NP-Transistor 20 ausreichend eine Rolle als ein Stromversorger spielt.
Zur ausführlichen Beschreibung anhand von 2 muss wieder ein kritischer Strom von Löchern mit dem Mott-Kriterium n_c = 1·10¹⁸ cm^–3 von dem Steueranschluss zu dem Ausgangsanschluss fließen, damit zwischen dem Steueranschluss und dem Ausgangsanschluss des MIT-Transistors die MIT-Erscheinung auftritt. Damit dies erreicht wird, ist der NPN-Transistor 20 (2N3904) für die Versorgung mit dem kritischen Strom wie in 2 gezeigt geschaltet und wird an den Basisanschluss des Stromversorgungstransistors 20 ein Impulssignal mit einem kleinen Strom angelegt. Wegen der Verstärkung durch den Stromversorgungstransistor 20 fließt daraufhin ein größerer Strom als der angelegte von einem Kollektor C zu einem Emitter E und wird für den Steueranschluss des MIT-Transistors 10 bereitgestellt. Dementsprechend tritt zwischen dem Steueranschluss und dem Ausgangsanschluss des MIT-Transistors 10 der MIT auf und ermöglicht, dass ein hoher Strom von dem Eingangsanschluss zu dem Ausgangsanschluss fließt. Der MIT-Transistor 10 ist hier durch Verbinden eines Transistors wie etwa 2N3904 in einer aktiven Sperrbetriebsart [reverse active mode] verwirklicht. Der Grund dafür, dass der Transistor wie etwa 2N3904 als der MIT-Transistor verwirklicht ist, ist, dass ein Betrieb in Übereinstimmung mit der Verbindung in der aktiven Sperrbetriebsart des 2N3904 gleich der des MIT-Transistors 10 ist.
Die in 2 angenommenen Transistoren sind zwei 2N3904-Transistoren. Einer von ihnen ist in einer aktiven Durchlassbetriebsart [forward active mode] für die kritische Stromversorgung geschaltet und der andere ist in der aktiven Sperrbetriebsart geschaltet, um als der MIT-Transistor zu fungieren.
Um in dem MIT-Transistor 10 die MIT-Erscheinung zu beobachten, wurde in dem System aus 2 zunächst eine Messung unter den Bedingungen 500 kHz, V_Steuerung = 2 V, V_Einlass = 0 V, Last 1 = 0, Last 2 = 1 W ausgeführt. Da hier eine Spannung über den Eingangsanschluss 0 ist, arbeitet das System tatsächlich als eine Zwei-Anschluss-MIT-Vorrichtung. 4 zeigt dies. Ein oberer Abschnitt der Signalform aus 4 ist ein bei dem Steueranschluss gemessenes Signal. In diesem Fall ist die Größe einer Signalspitze etwa 1,5 V. Ein unterer Abschnitt der Signalform ist ein bei einem Ausgangsanschluss gemessenes Signal. In diesem Fall ist die Größe einer Signalspitze 0,3 V. Da ein Widerstand der zweiten Last 1 Ohm ist, entspricht das bei dem Ausgangsanschluss gemessene Signal einem Strom.
Die MIT-Erscheinung tritt bei einem Spitzenabschnitt auf, bei dem das Steuersignal stark ansteigt und daraufhin eine Spannung sofort abfällt, was eine Folge des Auftretens einer Erscheinung eines negativen differentiellen Widerstands (NDR) ist, d. h., direkt nachdem der MIT auftritt und der Widerstand verringert wird, wird ein Strom begrenzt. Die Spitze und die NDR-Erscheinung sind Beweise, die das Auftreten des MIT zeigen. Wenn die Spitze auftritt, zeigt ein Signal des unteren Abschnitts in 4 ebenfalls eine kleine Spitze. Der Strom zu dieser Zeit ist der MIT-Strom von etwa 0,3 A.
Wenn unter den oben beschriebenen Bedingungen die Einlassspannung von V_Einlass = 7 V angelegt wird, fungiert das System aus 2 als eine normale Drei-Anschluss-Vorrichtung. Das heißt, sie arbeitet als ein normaler MIT-Transistor. Das Signal des oberen Abschnitts in 5 nimmt auf 2 V zu und ein Signal des unteren Abschnitts nimmt auf 1 V zu. Wegen des Widerstands von 1 Ohm der Last 2 entspricht das Signal des unteren Abschnitts von 1 V einem Strom von 1 A. Somit kann mit einem Impulssignal bei dem Steueranschluss ein höherer Strom gesteuert werden. Wie in 5 gezeigt ist, zeigt das Experiment aus 2 dementsprechend, dass eine Vorrichtung zur Versorgung mit einem kritischen Strom gut arbeitet und dass der MIT-Transistor normal arbeitet.
6 ist ein Diagramm einer charakteristischen Signalform in Übereinstimmung mit 3.
In der Zeichnung bezeichnet eine horizontale Achse eine Zeit und bezeichnet eine vertikale Achse eine von dem System aus 3 ausgegebene Spannung.
Das Messergebnis aus 6 wird durch einen Fall erhalten, in dem der Feldeffekttransistor 22 wie etwa der IRF640 als ein Stromversorger zum Versorgen mit einem kritischen Strom verwendet ist und ein Transistor wie etwa der 2N3904 als der MIT-Transistor 10 verwendet ist.
Die Messbedingungen aus 6 sind, dass an das Gate des IFR640 ein Impulssignal von 100 kHz und 2 V angelegt wird und dass V_Einlass = 7 V ist. Das Messergebnis zeigt, dass der Versorgungstransistor 22 normal arbeitet und dass der MIT-Transistor 10 normal arbeitet. Wenn der Feldeffekttransistor als ein Stromversorgungstransistor verwendet ist, ist der Stromverbrauch kleiner als der eines Bipolartransistors. Selbst in 3 ist der MIT-Transistor 10 dadurch verwirklicht, dass der Transistor 2N3904 in einer aktiven Sperrbetriebsart geschaltet ist.
7 ist ein Stromlaufplan eines MIT-Transistorsystems in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 7 ist der MIT-Transistor 10 dadurch verwirklicht, dass der PNP-Transistor 2N3906 in einer aktiven Sperrbetriebsart geschaltet ist, und ist der Stromversorger 23 dadurch verwirklicht, dass der PNP-Transistor 2N3906 in einer aktiven Durchlassbetriebsart geschaltet ist.
Das heißt, der 2N3906, der ein Transistor für die kritische Stromversorgung ist, ist als ein allgemeiner Transistor in einer aktiven Durchlassbetriebsart geschaltet. In diesem Fall ist der Emitter des Transistors 23 für die Versorgung mit dem kritischen Strom mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors 10 verbunden. In 7 bezeichnet ein Bezugszeichen 2 einen Funktionsgenerator, der einen Eingangsimpuls mit 100 kHz erzeugt, und bezeichnet ein Bezugszeichen 4 einen Oszillographen oder einen Monitor, der ein an den Steueranschluss des MIT-Transistors 10 angelegtes Signal misst.
8 ist ein Diagramm einer charakteristischen Signalform in Übereinstimmung mit 7.
8 zeigt in Übereinstimmung mit der Systemverwirklichung aus 7 gemessene experimentelle Daten. In der Zeichnung bezeichnet eine horizontale Achse eine Zeit und bezeichnet eine vertikale Achse eine von dem System ausgegebene Spannung.
Ein Eingangssignal von dem Funktionsgenerator ist ein Signal von 100 kHz, 3 V und einem Versatz von 1,5 V und schließlich 6 V. Eine Eingangsleistungsversorgungsspannung bei dem Eingangsanschluss sind 4 V. V_{Steuereingabe} (V) auf der linken Achse ist ein bei dem Steueranschluss des MIT-Transistors 10 gemessenes Signal. Die Spitzen in dem Signal bedeuten die NDR-Erscheinung. Dieser NDR tritt auf, wenn der MIT auftritt, und ist ein Beweis für den MIT. Eine rechte Achse gibt ein bei dem Ausgangsanschluss gemessenes Signal an. In diesem Fall ist der Strom etwa 0,3 A.
Wie 8 bestätigt, ist zu sehen, dass das System aus 7 als eine Schaltung arbeitet, die eine MIT-Erscheinung erzeugt.
9 ist ein Stromlaufplan eines MIT-Transistorsystems in Übereinstimmung mit einer ersten abgewandelten Ausführungsform von 3.
In 9 wird der PNP-Transistor 2N3906, der in einer aktiven Sperrbetriebsart geschaltet ist, als der MIT-Transistor 10 verwendet. Als ein Stromversorger für die Versorgung mit dem kritischen Strom sind zwei N-Feldeffekttransistoren verwendet. Abgesehen von der Verwendung des PNP 2N3906 als der MIT-Transistor 10 ist die Systemstruktur von 9 ähnlich der von 3.
10 ist ein Diagramm einer charakteristischen Signalform in Übereinstimmung mit 9.
In der Zeichnung bezeichnet eine horizontale Achse eine Zeit und bezeichnet eine vertikale Achse eine Spannungsausgabe von dem System.
In 10 zeigt die Achse auf der linken Seite Spitzen eines NDR-Signals als einer Eingangsspannung in den Steueranschluss. Die Achse auf der rechten Seite ist ein bei dem Ausgangsanschluss gemessenes Ausgangssignal und zeigt ebenfalls Spitzen des NDR-Signals. Eine Spitze von 1 V bezeichnet einen Strom, der für einen Widerstand von 1 Ohm 1 A entspricht.
11 ist ein Stromlaufplan eines MIT-Transistorsystems in Übereinstimmung mit einer zweiten abgewandelten Ausführungsform von 3.
Abgesehen davon, dass der Transistor 26 für die Versorgung mit dem kritischen Strom aus einem P-Feldeffekttransistor als der Stromversorger gebildet ist, weist 11 eine ähnliche Systemkonfiguration wie 3 auf.
12 ist ein Diagramm einer charakteristischen Signalform in Übereinstimmung mit 11.
In der Zeichnung bezeichnet eine horizontale Achse eine Zeit und bezeichnet eine vertikale Achse eine von dem System ausgegebene Spannung. Selbst wenn ein P-Feldeffekttransistor verwendet ist, sind in 12 NDR-Spitzen wie andere Daten zu sehen. Da in diesem Fall von einem Ausgang bei dem Ausgangsanschluss etwa 0,8 V erhalten wird, fließt für einen Widerstand von 1 Ohm ein Strom von 0,8 A.
13 ist ein Stromlaufplan eines MIT-Transistorsystems in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt ein System, das eine Schaltleistungsversorgung als einen Stromversorger nutzt. Die Schaltleistungsversorgung enthält einen MIT-Transistor (MITR1) 10 und einen Schalttransformator 6.
Der MIT-Transistor (MITR1) 10 fungiert als ein Schalttransistor.
Ein in einer Sekundärspule des Transformators 6 erzeugter Wechselstrom wird an den Steueranschluss des MIT-Transistors 11 angelegt.
Die Schaltgeschwindigkeit des MIT-Transistors (MITR1) 10 sind 100 kHz. Es wird der Transformator 6 für den Hochfrequenzbetrieb verwendet, der eine Fähigkeit besitzt, dass bei 10 V und 100 kHz 1 A fließen kann. Zunächst wird die Schaltoperation des MIT-Transistors (MITR1) 10 dadurch verwirklicht, dass in einem Funktionsgenerator 1 eine Rechteckschwingung von 100 kHz erzeugt wird und dem Steueranschluss ein durch einen Verstärker 2 verstärkter kritischer Strom zugeführt wird. In diesem Fall wird die Signalform durch die Oszillographen 1 und 2 gemessen. Das Messergebnis ist in 14 gezeigt. Die in dem Oszillographen 1 gemessenen Spitzen sind experimentelle Beweise, die angeben, dass die MIT-Erscheinung (NDR) auftritt. Die NDR ist eine Erscheinung des MIT und die Abkürzung für negativer differentieller Widerstand. Der Verstärker 2 kann mit einem nichtinvertierenden Operationsverstärker verwirklicht werden und einen Verstärkungsfaktor etwa des 100-fachen aufweisen.
Der in der Sekundärspule des Transformators 6 induzierte Strom entspricht einer Stärke des kritischen Stroms für den MIT-Transistor. Der induzierte Strom wird in den Steueranschluss des MITR2 11 eingegeben. Das experimentelle Ergebnis in Übereinstimmung mit einer Operation des MITR2 11 wird wie in 15 gezeigt durch Oszillographen 3 und 4 gemessen.
Wie in den Oszillographen 3 und 4 gezeigt ist, bedeuten die Spitzen (NDR-Erscheinung) das Auftreten des MIT (siehe 15). Der durch den Ausgangsanschluss des MITR2 11 fließende Strom ist etwa 300 mA. In diesem Fall ist der Widerstandswert eines Widerstands R1 1 Ohm und sind die Daten auf dem Oszillographen 4 diejenigen, die bei einem Verbindungspunkt des Ausgangsanschlusses und des Widerstands R1 erscheinen. Wie über 14 und 15 bekannt ist, kann von der Leistungsversorgung aus 13 ein kritischer Strom des MIT bereitgestellt werden.
14 ist ein Diagramm einer charakteristischen Signalform, die auf den Oszillographen 1 und 2 aus 13 erschienen ist. Die Ausgabe des Verstärkers 2 erscheint auf dem Oszillographen 1 (die Signalform des oberen Abschnitts aus 14) und ein Signal zwischen dem Transformator 6 und dem Eingangsanschluss des MIT-Transistors (MITR1) 10 erscheint auf dem Oszillographen 2 (unterer Abschnitt von 14). Wie auf dem Oszillographen 1 gezeigt ist, zeigen die bei dem Eingangsanschluss des MIT-Transistors 10 gezeigten Spitzen, wenn der Stromversorger bei 100 kHz arbeitet, Beweise, die repräsentieren, dass in dem MITRI 10 die MIT-Erscheinung auftritt.
Darüber hinaus ist 15 ein Diagramm einer auf den Oszillographen 3 und 4 aus 13 erschienenen charakteristischen Signalform. Wie in einer Signalform in einem oberen Abschnitt von 15 gezeigt ist, ist ein in der Sekundärspule des Transistors 6 induzierter Strom über den Oszillographen 3 gezeigt. Der induzierte Strom ist ein kritischer Strom und wird an den Steueranschluss des MIT-Transistors angelegt, um zu ermöglichen, dass in dem MIT-Transistor 11 die MIT-Erscheinung auftritt. Wie in einer Signalform im unteren Abschnitt von 15 gezeigt ist, wird ein bei dem Ausgangsanschluss des MIT-Transistors 11 erhaltener Strom über den Oszillographen 4 beobachtet. Spitzen einer über 15 gemessenen Signalform zeigen Beweise, die repräsentieren, dass in dem MIT-Transistor 11 die MIT-Erscheinung auftritt.
In den Zeichnungen aus 14 und 15 bezeichnet eine horizontale Achse eine Zeit und bezeichnet eine vertikale Achse eine Spannungsausgabe von dem System.
16 ist ein Diagramm einer charakteristischen Signalform, die auf den Oszillographen 1 und 2 erscheint, wenn der MITR1 und der MITR2 in 13 in der aktiven Durchlassbetriebsart arbeiten, wobei dadurch NDR-Spitzen beobachtet werden.
17 ist ein Diagramm einer charakteristischen Signalform, die auf den Oszillographen 3 und 4 erscheint, wenn der MITR1 und der MITR2 in 13 in der aktiven Durchlassbetriebsart arbeiten, wodurch NDR-Spitzen beobachtet werden. Die Ergebnisse aus 16 und 17 zeigen Beweise, dass der MIT-Transistor ebenfalls in der aktiven Durchlassbetriebsart eines Bipolartransistors arbeitet.
Ähnlich bezeichnet in den Zeichnungen aus 16 und 17 eine horizontale Achse eine Zeit und bezeichnet eine vertikale Achse eine Spannungsausgabe von dem System.
18 ist eine abgewandelte Ausführungsform von 13 und zeigt eine Struktur, in der der Ausgangsanschluss O des MITR1 10 mit einer Primärspule des Transformators 6 verbunden ist. Dies kann effektiver als der Fall aus 13 sein, da ein in den Steueranschluss C des MITR1 10 in 13 fließender Strom verwendet wird.
Da wie oben beschrieben in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einfach und effizient ein Stromversorger geschaffen wird, der mit einem kritischen Strom versorgen kann, der notwendig ist, um zu ermöglichen, dass in einem MIT-Transistor eine MIT-Erscheinung auftritt, ist ein problemloser Betrieb des MIT-Transistors möglich.
In der Patentschrift ist ein Stromversorger als ein Transistor oder als ein Typ, in dem ein Transistor und ein Transformator kombiniert sind, beschrieben, wobei aber die detaillierte Verwirklichung des Stromversorgers anders sein kann, indem eine Schaltungskonfiguration in den Zeichnungen geändert oder angepasst wird, ohne von der technischen Idee der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Der oben offenbarte Gegenstand wird als veranschaulichend und nicht als einschränkend angesehen und die beigefügten Ansprüche sollen alle solchen Änderungen, Verbesserungen und andere Ausführungsformen, die im wahren Erfindungsgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung liegen, umfassen.
Somit bestimmt sich der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung im maximalen rechtlich zulässigen Umfang durch die weitestmögliche Auslegung der folgenden Ansprüche und ihrer Entsprechungen und soll er durch die vorstehende ausführliche Beschreibung nicht beschränkt oder begrenzt sein.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform wird ein Metall/Isolator-Übergang-Transistorsystem (MIT-Transistorsystem) geschaffen, das eine MIT-Vorrichtung zur Versorgung mit einem kritischen Strom enthält, die ermöglicht, dass zwischen einem Steueranschluss und einem Auslassanschluss eines MIT-Transistors ein MIT auftritt, um den MIT-Transistor leicht und zweckmäßig anzusteuern. Ein Stromversorger in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stellt einen kritischen Strom bereit, um zu ermöglichen, dass zwischen dem Steueranschluss und dem Ausgangsanschluss des MIT-Transistors eine MIT-Erscheinung auftritt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2013-0078913 [0001]
KR 10-2013-0156332 [0001]
KR 2012-0073002 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Applied Physics Letters 103, 1735-1 (2013); http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/103/17/10.1063/1.4826223” [0005]

Claims

Metall/Isolator-Übergang-Transistorsystem (MIT-Transistorsystem), das umfasst: einen MIT-Transistor; und einen Stromversorger, der dafür konfiguriert ist, einen kritischen Strom zuzuführen, um zu ermöglichen, dass zwischen einem Steueranschluss und einem Ausgangsanschluss des MIT-Transistors eine MIT-Erscheinung auftritt.
MIT-Transistorsystem nach Anspruch 1, wobei der Stromversorger einen Transistor umfasst, der ein Impulseingangssignal empfängt, um den kritischen Strom zu erzeugen.
MIT-Transistorsystem nach Anspruch 2, wobei der Transistor einen NPN-Bipolartransistor umfasst, der eine Basis, an der das Impulseingangssignal empfangen wird, einen Kollektor, der mit einem Eingangsanschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und einen Emitter, der mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, aufweist.
MIT-Transistorsystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Transistor einen PNP-Bipolartransistor umfasst, der eine Basis, bei der das Impulseingangssignal empfangen wird, einen Emitter, der mit einem Eingangsanschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und einen Kollektor, der mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, aufweist.
MIT-Transistorsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Transistor einen PNP-Bipolartransistor umfasst, der eine Basis, bei der das Impulseingangssignal empfangen wird, einen Emitter, der mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und einen Kollektor, der geerdet ist, aufweist.
MIT-Transistorsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Transistor einen NPN-Bipolartransistor umfasst, der eine Basis, bei der das Impulseingangssignal empfangen wird, einen Kollektor, der mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und einen Emitter, der geerdet ist, aufweist.
MIT-Transistorsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Transistor einen N-Feldeffekttransistor umfasst, der ein Gate, bei dem das Impulseingangssignal empfangen wird, einen Drain, der mit einem Eingangsanschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und eine Source, die mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, aufweist.
MIT-Transistorsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der Transistor einen N-Feldeffekttransistor umfasst, der ein Gate, bei dem das Impulseingangssignal empfangen wird, einen Drain, der mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und eine Source, die geerdet ist, aufweist.
MIT-Transistorsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der Transistor einen P-Feldeffekttransistor umfasst, der ein Gate, über das das Impulseingangssignal empfangen wird, eine Source, die mit einem Eingangsanschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und einen Drain, der mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, aufweist.
MIT-Transistorsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Transistor einen P-Feldeffekttransistor umfasst, der ein Gate, bei dem das Impulseingangssignal empfangen wird, eine Source, die mit dem Steueranschluss des MIT-Transistors verbunden ist, und einen Drain, der geerdet ist, aufweist.
MIT-Transistorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Stromversorger den Steueranschluss des MIT-Transistors mit in einer Sekundärspule eines Transformators induzierter Leistung versorgt.
MIT-Transistorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der MIT-Transistor als eine Stromvorrichtung einen Bipolartransistor in einer aktiven Durchlassbetriebsart umfasst, der in einer Betriebsart mit negativem differentiellem Widerstand (NDR) als eine MIT-Erscheinung arbeitet, wenn ein kritischer Strom angelegt ist.
MIT-Transistorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der MIT-Transistor als eine Stromvorrichtung einen Bipolartransistor in einer aktiven Sperrbetriebsart umfasst, der in einer NDR-Betriebsart als eine MIT-Erscheinung arbeitet, wenn ein kritischer Strom angelegt ist.
MIT-Transistorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der MIT-Transistor in einer NDR-Betriebsart arbeitet.
MIT-Transistorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Stromversorger und der MIT-Transistor auf einem einzelnen gleichen Substrat durch ein monolithisches Verfahren hergestellt worden sind oder der Stromversorger und der MIT-Transistor in einer selben Baugruppe hergestellt worden sind.
MIT-Transistorsystem, das umfasst: einen MIT-Transistor, der einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Steueranschluss aufweist und der zulässt, dass darin der MIT auftritt; und einen Stromversorger, der zwischen den Eingangs- und den Steueranschluss des MIT-Transistors geschaltet ist und wenn der Eingangs- und der Ausgangsanschluss zwischen eine Stromversorgungsspannung und eine Massespannung geschaltet sind ein Eingangssignal empfängt und zulässt, dass zwischen dem Steuer- und dem Ausgangsanschluss die MIT-Erscheinung auftritt.
Betriebsverfahren eines MIT-Transistorsystems, wobei das Verfahren umfasst: Verbinden eines MIT-Transistors, der einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Steueranschluss aufweist, mit einer Eingangs- und einer Ausgangslast und zum Ermöglichen, dass darin der MIT auftritt; Empfangen eines Eingangssignals; und Erzeugen eines kritischen Stroms, um zu ermöglichen, dass zwischen dem Steuer- und dem Ausgangsanschluss eine MIT-Erscheinung auftritt, unter Verwendung des Eingangssignals.
Betriebsverfahren nach Anspruch 17, wobei der kritische Strom ist, dass das Eingangssignal in einem Impulstyp verstärkt wird.
MIT-Transistorsystem, das umfasst: einen ersten MIT-Transistor, der einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Steueranschluss aufweist und der zulässt, dass der MIT auftritt; einen zweiten MIT-Transistor, der einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss und einen Steueranschluss aufweist und der zulässt, dass der MIT auftritt; einen Transformator, der zwischen den ersten und den zweiten MIT-Transistor geschaltet ist; einen Impulsgenerator, der ein Signal von einem Impulstyp erzeugt; und einen Verstärker, der das Signal verstärkt und das verstärkte Signal an den Steueranschluss des ersten MIT-Transistors anlegt.
MIT-Transistorsystem nach Anspruch 19, wobei der Transformator zwischen den Eingangsanschluss des ersten MIT-Transistors und den Steueranschluss des zweiten MIT-Transistors oder zwischen den Ausgangsanschluss des ersten MIT-Transistors und den Steueranschluss des zweiten MIT geschaltet ist.