DE112010005179B4

DE112010005179B4 - Oszillatorvorrichtung

Info

Publication number: DE112010005179B4
Application number: DE112010005179.8T
Authority: DE
Inventors: Richard White; Jani KIVIOJA
Original assignee: Provenance Asset Group LLC
Current assignee: Provenance Asset Group LLC
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2030-08-18
Also published as: US8084336B2; US20110057734A1; WO2011029988A1; TW201130220A; CN102577100A; DE112010005179T5; TWI549420B; CN102577100B

Abstract

Vorrichtung, die mehrere Oszillatoren (60₁, 60₂, 60₃) umfasst, wobei jeder der mehreren Oszillatoren (60₁, 60₂, 60₃) umfasst:
eine Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) und eine zweite Elektrode (12₁, 12₂, 12₃), die von der Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) durch einen Spalt getrennt ist, welcher eine Größe hat, die zum Erleichtern des Elektronentransfer über den Spalt ausgelegt ist, wobei die Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) zur schwingenden Bewegung gegenüber der zweiten Elektrode (12₁, 12₂, 12₃) montiert ist, die zu einer Größe des Spalts zwischen der Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) und der zweiten Elektrode (12₁, 12₂, 12₃) führt, die zeitlich variabel ist,
eine Rückkopplungsschaltung, die zum Transport eines Elektronentransfersignals, das vom Elektronentransfer über den Spalt abhängt, als Rückführungssignal (21₁, 21₂, 21₃) ausgelegt ist,
mindestens eine Steuerungselektrode (30₁, 30₂, 30₃) zum Ansteuern der Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃), die zum Aufnehmen eines Rückführungssignals (64_a, 64_b, 64_c) von einer Rückkopplungsschaltung ausgelegt ist, welche zur Bereitstellung eines Rückführungssignals (64_a, 64_b, 64_c) je nach Elektronentransfer über den Spalt ausgelegt ist; und
wobei die Vorrichtung (10) einen Steuerungsmechanismus umfasst, welcher zum Auswählen ausgelegt ist, welche Steuerungselektroden (30₁, 30₂, 30₃) Rückführungssignale (21₁, 21₂, 21₃) von welchen Oszillatoren (60₁, 60₂, 60₃) erhalten.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Oszillatorvorrichtung. Insbesondere eine Oszillatorvorrichtung, die ein elektromechanisch erzeugtes positives Rückführungssignal verwendet.
STAND DER TECHNIK
Ein Oszillator erfordert, dass ein Resonator zu einer Schwingung angeregt wird. Für Oszillatoren ohne Rückkopplung bedeuten die Verluste (Dämpfung), die mit der Oszillation verbunden sind, dass ein kontinuierliches schwingendes Steuersignal mit der Frequenz der Oszillation oder mit einem Mehrfachen der Betriebsfrequenz benötigt wird, um die Oszillation aufrechtzuerhalten. Wenn jedoch ein Oszillationssignal, das vom Oszillator selbst erzeugt wird, zum weiteren Anregen des Oszillators mit geeigneter Verstärkung und Phasenregelung zurückgeführt wird, dann können die Oszillationen aufrechterhalten werden, ohne dass ein schwingendes Steuerungssignal benötigt wird.
Die internationale Patentanmeldung WO 2005/112126 A1 beschreibt eine Nanoröhrenvorrichtung umfassend,eine Nanoröhre mit einer Längs- und einer Seitenverlängerung, eine Struktur zum Unterstützen mindestens eines ersten Teils der Nanoröhre, und erste Mittel zum Ausüben einer Kraft auf die Nanoröhre in einer ersten Richtung, die durch ihre seitliche Ausdehnung definiert ist. Mindestens ein zweiter Teil der Nanoröhre ragt übeer die Stütze der Struktur hinaus, sodass, wenn die Kraft ein bestimmtes Niveau übersteigt, sich der zweite Teil der Nanoröhre in Richtung seiner seitlichen Ausdehnung biegt und dadurch ein erster elektrischer Kreis schließt.
KURZBESCHREIBUNG VERSCHIEDENER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Gemäß eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung, aber nicht notwendigerweise allen Ausführungsformen der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die mehrere Oszillatoren umfasst, wobei jeder der mehreren Oszillatoren umfasst: eine Resonatorelektrode und eine zweite Elektrode, die von der Resonatorelektrode durch einen Spalt getrennt ist, welcher eine Größe hat, die zum Erleichtern des Elektronentransfer über den Spalt ausgelegt ist, wobei die Resonatorelektrode zur schwingenden Bewegung gegenüber der zweiten Elektrode montiert ist, die zu einer Größe des Spalts zwischen der Resonatorelektrode und der zweiten Elektrode führt, die zeitlich variabel ist,
eine Rückkopplungsschaltung, die zum Transport eines Elektronentransfersignals, das vom Elektronentransfer über den Spalt abhängt, als Rückführungssignal ausgelegt ist, mindestens eine Steuerungselektrode zum Ansteuern der Resonatorelektrode, die zum Aufnehmen eines Rückführungssignals von einer Rückkopplungsschaltung ausgelegt ist, welche zur Bereitstellung eines Rückführungssignals je nach Elektronentransfer über den Spalt ausgelegt ist; und wobei die Vorrichtung einen Steuerungsmechanismus umfasst, welcher zum Auswählen ausgelegt ist, welche Steuerungselektroden Rückführungssignale von welchen Oszillaotren erhalten. Gemäß eines zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung, aber nicht notwendigerweise allen Ausführungsformen der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die mehrere Oszillatoren umfasst, wobei jeder der mehreren Oszillatoren umfasst: eine Resonatorelektrode und eine zweite Elektrode, die von der Resonatorelektrode durch einen Spalt getrennt ist, welcher eine Größe hat, die zum Erleichtern des Elektronentransfer über den Spalt ausgelegt ist, wobei die Resonatorelektrode zur schwingenden Bewegung gegenüber der zweiten Elektrode montiert ist, die zu einer Größe des Spalts zwischen der Resonatorelektrode und der zweiten Elektrode führt, die zeitlich variabel ist, eine Rückkopplungsschaltung, die zum Transport eines Elektronentransfersignals, das vom Elektronentransfer über den Spalt abhängt, als Rückführungssignal ausgelegt ist, mindestens eine Steuerungselektrode zum Ansteuern der Resonatorelektrode, die zum Aufnehmen eines Rückführungssignals von einer Rückkopplungsschaltung ausgelegt ist, welche zur Bereitstellung eines Rückführungssignals je nach Elektronentransfer über den Spalt ausgelegt ist; und wobei die Vorrichtung einen Steuerungsmechanismus umfasst, welcher zum selektiven Verbinden einer Steuerungselektrode eines ersten Oszillators zum Aufnehmen eines ausgewählten Rückführungssignals von einem der mehreren Oszillatoren ausgelegt ist.
Gemäß eines dritten Aspektes der vorliegenden Erfindung, aber nicht notwendigerweise allen Ausführungsformen der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die mehrere Oszillatoren umfasst, wobei jeder der mehreren Oszillatoren umfasst: eine Resonatorelektrode und eine zweite Elektrode, die von der Resonatorelektrode durch einen Spalt getrennt ist, welcher eine Größe hat, die zum Erleichtern des Elektronentransfer über den Spalt ausgelegt ist, wobei die Resonatorelektrode zur schwingenden Bewegung gegenüber der zweiten Elektrode montiert ist, die zu einer Größe des Spalts zwischen der Resonatorelektrode und der zweiten Elektrode führt, die zeitlich variabel ist, eine Rückkopplungsschaltung, die zum Transport eines Elektronentransfersignals, das vom Elektronentransfer über den Spalt abhängt, als Rückführungssignal ausgelegt ist, mindestens eine Steuerungselektrode zum Ansteuern der Resonatorelektrode, die zum Aufnehmen eines Rückführungssignals von einer Rückkopplungsschaltung ausgelegt ist, welche zur Bereitstellung eines Rückführungssignals je nach Elektronentransfer über den Spalt ausgelegt ist; und wobei die Vorrichtung einen Steuerungsmechanismus, welcher zum Kombinieren von Rückführungssignalen von mehreren ausgewählten Oszillatoren ausgelegt ist, um ein kombiniertes Rückführungssignal für eine oder mehrere Steuerungselektroden zu erzeugen.
Gemäß verschiedenen, aber nicht notwendigerweise allen Ausführungsformen der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, das folgendes umfasst: Transport eines oszillierenden Elektronentransferstroms, der vom Elektronentransfer über einen Spalt zwischen einer ersten oszillierenden Elektrode und einer zweiten Elektrode abhängt; und Ansteuern der ersten oszillierenden Elektrode unter Verwendung eines oszillierenden Elektronentransferstroms, der von dem Elektronentransfer über einen Spalt zwischen einer dritten oszillierenden Elektrode und einer vierten Elektrode abhängt.
Figurenliste
Zum besseren Verständnis verschiedener Beispiele von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nun nur durch Beispiele auf die begleitenden Zeichnungen verwiesen:

1 illustriert schematisch eine Vorrichtung, die einen einzelnen Oszillator umfasst.
2 illustriert schematisch eine Vorrichtung, die mehrere Oszillatoren umfasst, welche eine gemeinsame Steuerelektrode haben.
3 illustriert schematisch eine Vorrichtung, die mehrere Oszillatoren umfasst, welche entgegengesetzte gemeinsame Steuerelektroden haben; und
4 illustriert schematisch eine Vorrichtung, die mehrere Oszillatoren und Steuerschaltungen haben, einschließlich der Kombination von Steuer- und Routingschaltungen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VERSCHIEDENER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die 1 bis 4 illustrieren schematisch eine Vorrichtung 10, umfassend:

eine erste Elektrode 11 (Resonatorelektrode) und eine zweite Elektrode 12, die von der ersten Elektrode 11 durch einen Spalt 13 getrennt ist, welcher eine Größe hat, die den Elektronentransfer 14 über den Spalt 13 erleichtert, wobei die erste Elektrode 11 eine Resonatorelektrode ist, die für eine Schwingbewegung 15 gegenüber der zweiten Elektrode 12 montiert ist, welche zu einer Größe des Spalts 13 zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 führt, die zeitlich variabel ist;
eine Rückkopplungsschaltung 20, die zum Transport eines Elektronentransfersignals (I) ausgelegt ist, das vom Elektronentransfer 14 über den Spalt 13 als Rückführungssignal 21 abhängt; und
eine Steuerungselektrode 30 neben der ersten Elektrode 11, die zum Aufnehmen eines Rückführungssignals 21 von einer Rückkopplungsschaltung ausgelegt ist, welche zur Bereitstellung eines Rückführungssignals 21 je nach Elektronentransfer über den Spalt ausgelegt ist.

Mit Bezug auf 1 illustriert diese Figur eine Vorrichtung 10, die einen einzelnen Oszillator umfasst. Die Steuerungselektrode 30 neben der ersten Elektrode 11 nimmt das Rückführungssignal 21 von der Rückkopplungsschaltung 20 auf (im Gegensatz zu einer anderen Rückkopplungsschaltung, die mit einer anderen ersten Elektrode eines anderen Oszillators verbunden ist) .
Die Vorrichtung 10 umfasst: eine erste Resonatorelektrode 11, eine zweite Elektrode 12, die von der ersten Elektrode 11 durch einen Spalt 13 getrennt ist, eine elektrische Energiequelle 2 zum Bereitstellen einer Vorspannung über den Spalt 13, welche den Elektronentransfer 14 über den Spalt 13 erleichtert, eine Rückkopplungsschaltung 20, die zum Transport eines Elektronentransfersignals (I) ausgelegt ist, das vom Elektronentransfer 14 über den Spalt 13 als Rückführungssignal 21 abhängt, und eine Steuerungselektrode 30 neben der ersten Elektrode 11, die zum Aufnehmen des Rückführungssignals 21 von der Rückkopplungsschaltung 20 ausgelegt ist.
Die erste Resonatorelektrode 11 ist für die Schwingbewegung 15 gegenüber der zweiten Elektrode 12 montiert.
Der erste Resonator kann ein mechanisch vibrierendes Element sein. In dem illustrierten Beispiel ist es ein steifer Freiträger. In anderen Ausführungsformen kann der erste Resonator andere oszillatorische Systeme verwenden, die auf der physischen Verformung eines Körpers beruht, wie zum Beispiel den Oberflächenverformungen oder Wellen oder dem Verzug eines dreidimensionalen Körpers.
Im illustrierten Beispiel ist die Vorrichtung 10 ein nanoelektromechanisches System (NEMS), weil es mindestens eine Dimension hat, die kleiner als 1 Mikrometer ist. Zum Beispiel haben die Breite und Höhe des Freiträgers, der als erste Elektrode 11 fungiert, Abmessungen von weniger als 1 Mikrometer.
In einigen Ausführungsformen kann die Breite zwischen 10 und 500 nm liegen, und in anderen Ausführungsformen können Breiten außerhalb dieses Bereichs verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Länge zwischen 100 und 10 Mikrometern liegen, und in anderen Ausführungsformen können Längen außerhalb dieses Bereichs verwendet werden. Die Geometrie des Freiträgers bestimmt seine fundamentale Resonanzfrequenz.
Die erste Resonatorelektrode 11 kann zum Beispiel ein Nanodraht sein, z.B. dotiertes Silizium-, Metall- oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder ein Halbleiter-Nanodraht.
Die erste Resonatorelektrode 11 kann zum Beispiel unter Verwendung eines Top-Down-Ansatzes und/oder eines Bottom-Up-Ansatzes gebildet werden. Ein Top-Down-Ansatz verwendet chemische oder physikalische Prozesse zum Entfernen von Material, um eine Struktur zu erzeugen. Ein Bottom-Up-Ansatz synthetisiert eine Struktur durch physikalische und/oder chemische Prozesse, die die Struktur selbst organisieren.
In einigen Ausführungsformen ist kein externer Anreiz erforderlich, um die erste Resonatorelektrode 11 in eine oszillierende Bewegung zu versetzen. Thermische Energie, die mit dem System verbunden ist, ist ausreichend, um die erste Resonatorelektrode 11 in Bewegung zu versetzen, wobei die Hauptkomponente seiner Bewegung mit seiner Grundmode verbunden ist. In anderen Ausführungsformen können unabhängige Anregungen verwendet werden, um die erste Resonatorelektrode 11 in eine oszillierende Bewegung zu versetzen.
Die oszillierende Bewegung 15 der ersten Elektrode 11 gegenüber der zweiten Elektrode 12 führt zu einer Größe des Spalts 13 zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12, die zeitlich variabel ist. Die Größe des Spalts 13 ändert sich, wenn die erste Resonatorelektrode 11 schwingt.
Der Spalt 13 zwischen der ersten Resonatorelektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 führt eine Barriere zwischen der ersten Resonatorelektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 ein. Der Spalt kann ein Vakuum oder ein nichtleitendes Medium umfassen. Ein nichtleitendes Medium ist ein Medium, das die Entwicklung einer beträchtlichen Potentialdifferenz darüber erfordert, bevor es Elektronen darüber leitet. Es gibt keine lineare Beziehung zwischen einer Potentialdifferenz und dem Strom für kleine Potentialdifferenzwerte. Das nichtleitende Material kann ein Fluid sein. Es kann zum Beispiel ein Gas oder eine Gasmischung sein, wie zum Beispiel Luft, oder eine Flüssigkeit.
Die elektrische Energiequelle 2 ist dafür ausgelegt, für eine Potentialdifferenz über dem Spalt 13 zu sorgen. In dem illustrierten Beispiel ist die Quelle der elektrischen Energie eine oder mehrere Batteriezellen, die für eine im wesentlichen konstante DC-Vorspannung sorgen. Die DC-Vorspannung steuert die Amplitude des AC-Elektronentransfersignals (I) und ermöglicht so die Steuerung der Übertragungsfunktion des Oszillators, H (jω₀), so dass das Barkhausen-Kriterium für selbst unterhaltende Oszillation erfüllt werden kann. Das Barkhausen-Kriterium ist H (jω₀) G(jω₀) =1, wobei G(jω₀) die Verstärkung der Rückkopplungsschleife ist und H (jω₀) die Übertragungsfunktion des Oszillators bei der Resonanzfrequenz ω₀ ist.
Die Kombination aus Potentialdifferenz über dem Spalt 13 und dem nichtleitenden Spalt 13 führt zum Ladungsaufbau auf der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12. Im illustrierten Beispiel ist die erste Elektrode eine Katode und die zweite Elektrode ist eine Anode. Die angelegte Potentialdifferenz und die Größe des Spalts sind so ausgelegt, dass sie für ein elektrisches Feld sorgen, welches den Elektronentransfer 14 über den Spalt 13 sorgt, zumindest wenn sich der Spalt mit der Bewegung der ersten Elektrode 11 verengt.
Die Wahrscheinlichkeit des Elektronentransfers 14 über den Spalt 13 hängt von der Größe des Spalts ab, da er vom elektrischen Feld abhängt, das zum Überwinden einer Potentialbarriere und zum Freisetzen eines Elektrons aus dem Material der ersten Elektrode erforderlich ist.
Die Potentialbarriere kann als Eigenschaft des Elektrodenmaterials angesehen werden, z.B. als Austrittsarbeit für die Feldemission.
Die Potentialbarriere kann als Eigenschaft des Spalts angesehen werden, z.B. als Potentialbarriere beim quantenmechanischen Tunneln.
Die Rückkopplungsschaltung 20 ist zum Transport eines Elektronentransfersignals (I) ausgelegt, das vom Elektronentransfer 14 über den Spalt 13 als Rückführungssignal 21 zur Steuerungselektrode 30 abhängt.
Die Rückkopplungsschaltung 20 ist in dieser Ausführungsform eine ‚innere Rückkopplungsschaltung‘. Das bedeutet, dass die Rückkopplungsschaltung 20 eine Zwischenverbindung umfasst, die eine Pfadlänge hat, welche von derselben Größenordnung ist wie die Größe der ersten Resonatorelektrode 11. Das heißt, sie ist mesoskopisch. In dieser Ausführungsform bewegt sich die Zwischenverbindung nicht zu einer externen Schaltung, die einen anderen, makroskopischen Maßstab hat. In anderen Ausführungsformen kann jedoch die Rückkopplungsschaltung eine ‚externe Rückkopplungsschaltung‘ sein. Das bedeutet, dass die Rückkopplungsschaltung 20 eine Zwischenverbindung umfasst, die zu einer externen Schaltung wandert, welche einen anderen, makroskopischen Maßstab hat.
Die Steuerungselektrode 30 ist neben und dicht bei der ersten Resonatorelektrode 11 positioniert, hat aber keinen Kontakt zur ersten Resonatorelektrode 11. Die Steuerungselektrode 30 entwickelt ein elektrisches Feld zwischen der ersten Resonatorelektrode 11 und der Steuerungselektrode 30, das vom Rückführungssignal 21 abhängt.
Der Flächeneinhalt der Steuerungselektrode 30 und ihr Abstand von der ersten Resonatorelektrode 11 sind so ausgelegt, dass es eine ausreichende kapazitive Kopplung zwischen der Steuerungselektrode 30 und der ersten Resonatorelektrode 11 gibt. Je größer die Kapazität zwischen der Steuerungselektrode 30 und der ersten Resonatorelektrode 11 ist, desto größer ist die Kraft, die von der Steuerungselektrode auf die erste Resonatorelektrode 11 ausgeübt wird.
Wenn die erste Resonatorelektrode 11 oszilliert, erzeugt sie ein oszillatorisches Rückführungssignal 21, das wiederum eine oszillatorische Kraft auf die erste Resonatorelektrode 11 erzeugt, was ein positives Rückführungssystem erzeugt, das Oszillationen der ersten Resonatorelektrode 11 selbst aufrechterhält, ohne die Notwendigkeit eines extern angelegten oszillierenden Steuerungssignals oder einer externen Phase oder Verstärkungsregelung. Die selbsterhaltende Oszillation wird erreicht, wenn die Parameter der Rückkopplungsschaltung, die zum großen Teil durch die DC-Potentialquelle gesteuert wird, das Barkhausen-Kriterium erfüllen.
Die mechanische Impedanz der ersten Resonatorelektrode 11 (Steifheit des Freiträgers) ist gering, so dass die Energie, die vom elektrischen Feld oder der Steuerungselektrode geliefert wird, ausreicht, um die Oszillationen aufrechtzuerhalten.
Die mechanische Impedanz der ersten Resonatorelektrode 11 (Steifheit des Freiträgers) kann auch dazu verwendet werden, für Stabilisierung zu sorgen. Zum Beispiel steigt die Steifheit des Freiträgers nichtlinear im Verhältnis zur dritten Potenz seiner Auslenkung an.
2 illustriert eine Vorrichtung 10, die mehrere Oszillatoren umfasst.
Jeder Oszillator umfasst: eine erste Resonatorelektrode 11, eine zweite Elektrode 12, die von der ersten Elektrode 11 durch einen Spalt 13 getrennt ist, eine Rückkopplungsschaltung 20, die zum Transport eines Elektronentransfersignals (I), das vom Elektronentransfer 14 über den Spalt 13 abhängt, als Rückführungssignal 21 ausgelegt ist, und eine Steuerungselektrode 30.
Die Oszillatoren teilen sich in diesem Beispiel eine gemeinsame elektrische Energiequelle 2 für die Bereitstellung einer Vorspannung über dem Spalt 13, die den Elektronentransfer 14 über den Spalt 13 erleichtert.
Die Oszillatoren teilen sich in diesem Beispiel eine gemeinsame Steuerungselektrode 30 neben den ersten Elektroden 11 der Oszillatoren, die zum Aufnehmen der Rückführungssignale 21 von den Rückkopplungsschaltungen 20 der Oszillatoren ausgelegt sind.
Die Rückführungssignale 21 von den getrennten Oszillatoren werden kombiniert und die kombinierte Überlagerung der erzeugten Rückführungssignale wird der gemeinsamen Steuerungselektrode 30 zugeführt. Das beinhaltet die Kopplung zwischen einzelnen Oszillatoren derart, dass eine Synchronisierung zwischen den Oszillatoren auftreten kann, d.h. die ersten Resonatorelektroden 11 der verschiedenen Oszillatoren können sich in Phase bewegen.
Die ersten Resonatorelektroden 11 der Oszillatoren im illustrierten Beispiel werden aus getrennten Nanodrähten 50 gebildet, von denen jeder in einer Freiträgeranordnung durch eine Klemme 52 gehalten wird, die auf einem Substrat 54 befestigt ist. Die gemeinsame Steuerungselektrode 30 und die gemeinsame zweite Elektrode 12 sind ebenfalls auf dem Substrat 54 montiert.
Das Substrat 54 kann zum Beispiel aus Saphir, Glas oder oxidiertem Silizium gebildet sein.
3 illustriert eine Vorrichtung 10, die mehrere Oszillatoren umfasst, ähnlich wie die in 2 illustrierten. Die Vorrichtung hat jedoch nicht nur ein unteres Substrat 54, das eine gemeinsame Steuerungselektrode 30 trägt, sie hat auch ein oberes Substrat 54, das eine weitere gemeinsame Steuerungselektrode 30 trägt.
Die Rückführungssignale 21 von den einzelnen Oszillatoren werden kombiniert und die kombinierte Überlagerung der erzeugten Rückführungssignale wird zwei entgegengesetzten gemeinsamen Steuerungselektroden 30 zugeführt, die in Phase zueinander sind. Das beinhaltet eine Kopplung zwischen einzelnen Oszillatoren derart, dass eine Synchronisierung zwischen den Oszillatoren auftreten kann. Einige der ersten Resonatorelektroden 11 der verschiedenen Oszillatoren können sich in Phase bewegen (angesteuert durch dieselbe der zwei entgegengesetzten Steuerungselektroden) und andere können sich in Gegenphase bewegen (angesteuert durch andere von den zwei entgegengesetzten Steuerungselektroden). Jeder Oszillator kann in Phase oder in Gegenphase zu jedem anderen Oszillator innerhalb des Feldes sein. D.h. jeder Oszillator nimmt einen von zwei Phasenzuständen ein.
4 illustriert schematisch eine Vorrichtung 10, die mehrere Oszillatoren 50₁ , 50₂ und 50₃ und Steuerungsschaltungen umfasst, einschließlich der Kombinationsschaltung 62₁ und der Routingschaltung 66₃ .
Jeder Oszillator 50_n umfasst: eine erste Resonatorelektrode 11_n , eine zweite Elektrode 12_n , die von der ersten Elektrode 11_n durch einen Spalt getrennt ist, eine Rückkopplungsschaltung, die zum Transport eines Elektronentransfersignals (I), das vom Elektronentransfer über den Spalt abhängt, als Rückführungssignal 21_n ausgelegt ist; und eine Steuerungselektrode 30_n neben der ersten Elektrode 11_n , die zum Aufnehmen eines Rückführungssignals von einer Rückkopplungsschaltung ausgelegt ist.
Die Vielzahl von Rückführungssignalen 21₁ , 21₂ und 21₃ sind als Eingaben in die erste Kombinationsschaltung 62₁ vorgesehen. Die erste Kombinationsschaltung 62₁ erzeugt eine Summierung von ausgewählten Signalen ihrer Eingaben und stellt die Summierung als Ausgangssignal 64₁ bereit. Die Summierung kann in einigen Ausführungsformen selektiv gewichtet sein.
Die Vielzahl von Rückführungssignalen 21₁ , 21₂ und 21₃ sind als Eingaben in die zweite Kombinationsschaltung 62₂ vorgesehen. Die zweite Kombinationsschaltung 62₂ erzeugt eine Summierung von ausgewählten Signalen ihrer Eingaben und stellt die Summierung als Ausgangssignal 64₂ bereit. Die Summierung kann in einigen Ausführungsformen selektiv gewichtet sein.
Die Vielzahl von Rückführungssignalen 21₁ , 21₂ und 21₃ sind als Eingaben in die dritte Kombinationsschaltung 62₃ vorgesehen. Die dritte Kombinationsschaltung 62₃ erzeugt eine Summierung von ausgewählten Signalen ihrer Eingaben und stellt die Summierung als Ausgangssignal 64₃ bereit. Die Summierung kann in einigen Ausführungsformen selektiv gewichtet sein.
Die Routingschaltung 66₃ empfängt die mehreren Ausgangssignale 64₁ , 64₂ , 64₃ und stellt selektiv eines der Vielzahl von Ausgangssignalen 64₁ , 64₂ , 64₃ als Rückführungssignal 64a für die Steuerungselektrode 30₁ des ersten Oszillators 60₁ bereit, stellt selektiv eines der Vielzahl von Ausgangssignalen 64₁ , 64₂ , 64₃ als Rückführungssignal 64b für die Steuerungselektrode 30₂ des zweiten Oszillators 60₂ bereit und stellt selektiv eines der Viehlzahl von Ausgangssignalen 64₁ , 64₂ , 64₃ als Rückführungssignal 64c für die Steuerungselektrode 30₃ des dritten Oszillators 60₃ bereit.
Es ist daher möglich, zeitweilig oder dauerhaft die Vorrichtung 10 derart auszulegen, dass die Steuerungselektrode eines ersten Oszillators 60₁ zum Aufnehmen eines Rückführungssignals 21₂ von der Rückkopplungsschaltung eines zweiten Oszillators 60₂ ausgelegt ist.
Es ist daher möglich, zeitweilig oder dauerhaft die Vorrichtung derart auszulegen, dass die Steuerungselektrode eines ersten Oszillators 60₁ nicht zum Aufnehmen eines Rückführungssignals 21₁ von der Rückkopplungsschaltung des ersten Oszillators 60₁ ausgelegt ist.
Es ist auch möglich, dasselbe Rückführungssignal 64 mehreren Steuerungselektroden 30 der entsprechenden Oszillatoren 60 zuzuführen. Die mehreren Steuerungselektroden 30 arbeiten dann als gemeinsame Steuerungselektrode.
Die Kombinationsschaltung 62₁ und die Routingschaltung 66₃ werden normalerweise als externe Schaltungen bereitgestellt, die nicht ‚auf dem Chip‘ mit den Oszillatoren integriert sind. Der Größenmaßstab der Kombinationsschaltung 62₁ und der Routingschaltung 66 sind normalerweise makroskopisch, das ist ein sehr viel größerer Maßstab als der der Oszillatoren 60.
In den Zeichnungen und der vorhergehenden Beschreibung können Komponenten als angeschlossen dargestellt und/oder beschrieben werden. Es versteht sich jedoch, dass die Komponenten stattdessen betriebsmäßig verbunden sind und dass jede Anzahl oder Kombination von dazwischen liegenden Elementen vorhanden sein kann (einschließlich keiner dazwischen liegender Elemente).
Zu den Anwendungen der Vorrichtung 10, die in den vorhergehenden Abschnitten beschrieben wurde, gehören, ohne darauf beschränkt zu sein: Mustererkennung, Datenklassifizierung, Hochfrequenzelektronik, Signalverarbeitung, Abtastung und Codierung/Decodierung.
Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in den vorhergehenden Abschnitten mit Verweis auf verschiedene Beispiele beschrieben wurden, versteht e sich, dass Modifizierungen an den angeführten Beispielen vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung entsprechend den Ansprüchen abzuweichen.
Merkmale, die in der vorhergehenden Beschreibung beschrieben wurden, können in Kombinationen verwendet werden, die andere als die hier explizit beschriebenen sind.
Obwohl Funktionen mit Verweis auf bestimmte Merkmale beschrieben wurden, können diese Funktionen durch andere Merkmale, beschrieben oder nicht, ausgeführt werden.
Obwohl Merkmale mit Verweis auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, können diese Merkmale auch in anderen Ausführungsformen, beschrieben oder nicht, vorhanden sein.
Während in der vorhergehenden Beschreibung danach gestrebt wurde, die Aufmerksamkeit auf diese Merkmale der Erfindung zu lenken, die als besonders wichtig angesehen werden, versteht es sich, dass der Anmelder Schutz in Bezug auf jedes patentierbare Merkmal oder jede Kombination von Merkmalen beansprucht, auf die hierin zuvor verwiesen wurde und/oder die in den Zeichnungen gezeigt wurden, unabhängig davon, ob eine besondere Betonung darauf gelegt wurde oder nicht.

Claims

Vorrichtung, die mehrere Oszillatoren (60₁, 60₂, 60₃) umfasst, wobei jeder der mehreren Oszillatoren (60₁, 60₂, 60₃) umfasst: eine Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) und eine zweite Elektrode (12₁, 12₂, 12₃), die von der Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) durch einen Spalt getrennt ist, welcher eine Größe hat, die zum Erleichtern des Elektronentransfer über den Spalt ausgelegt ist, wobei die Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) zur schwingenden Bewegung gegenüber der zweiten Elektrode (12₁, 12₂, 12₃) montiert ist, die zu einer Größe des Spalts zwischen der Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) und der zweiten Elektrode (12₁, 12₂, 12₃) führt, die zeitlich variabel ist, eine Rückkopplungsschaltung, die zum Transport eines Elektronentransfersignals, das vom Elektronentransfer über den Spalt abhängt, als Rückführungssignal (21₁, 21₂, 21₃) ausgelegt ist, mindestens eine Steuerungselektrode (30₁, 30₂, 30₃) zum Ansteuern der Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃), die zum Aufnehmen eines Rückführungssignals (64_a, 64_b, 64_c) von einer Rückkopplungsschaltung ausgelegt ist, welche zur Bereitstellung eines Rückführungssignals (64_a, 64_b, 64_c) je nach Elektronentransfer über den Spalt ausgelegt ist; und wobei die Vorrichtung (10) einen Steuerungsmechanismus umfasst, welcher zum Auswählen ausgelegt ist, welche Steuerungselektroden (30₁, 30₂, 30₃) Rückführungssignale (21₁, 21₂, 21₃) von welchen Oszillatoren (60₁, 60₂, 60₃) erhalten.
Vorrichtung (10), die mehrere Oszillatoren (60₁, 60₂, 60₃) umfasst, wobei jeder der mehreren Oszillatoren (60₁, 60₂, 60₃) umfasst: eine Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) und eine zweite Elektrode (12₁, 12₂, 12₃), die von der Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) durch einen Spalt getrennt ist, welcher eine Größe hat, die zum Erleichtern des Elektronentransfer über den Spalt ausgelegt ist, wobei die Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) zur schwingenden Bewegung gegenüber der zweiten Elektrode (12₁, 12₂, 12₃) montiert ist, die zu einer Größe des Spalts zwischen der Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) und der zweiten Elektrode (12₁, 12₂, 12₃) führt, die zeitlich variabel ist, eine Rückkopplungsschaltung, die zum Transport eines Elektronentransfersignals, das vom Elektronentransfer über den Spalt abhängt, als Rückführungssignal (21₁, 21₂, 21₃) ausgelegt ist, mindestens eine Steuerungselektrode (30₁, 30₂, 30₃) zum Ansteuern der Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃), die zum Aufnehmen eines Rückführungssignals (64_a, 64_b, 64_c) von einer Rückkopplungsschaltung ausgelegt ist, welche zur Bereitstellung eines Rückführungssignals (64_a, 64_b, 64_c) je nach Elektronentransfer über den Spalt ausgelegt ist; und wobei die Vorrichtung einen Steuerungsmechanismus umfasst, welcher zum selektiven Verbinden einer Steuerungselektrode (30₁, 30₂, 30₃) eines ersten Oszillators (60₁, 60₂, 60₃) zum Aufnehmen eines ausgewählten Rückführungssignals (21₁, 21₂, 21₃) von einem der mehreren Oszillatoren (60₁, 60₂, 60₃) ausgelegt ist.
Vorrichtung (10), die mehrere Oszillatoren (60₁, 60₂, 60₃) umfasst, wobei jeder der mehreren Oszillatoren (60₁, 60₂, 60₃) umfasst: eine Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) und eine zweite Elektrode (12₁, 12₂, 12₃), die von der Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) durch einen Spalt getrennt ist, welcher eine Größe hat, die zum Erleichtern des Elektronentransfer über den Spalt ausgelegt ist, wobei die Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) zur schwingenden Bewegung gegenüber der zweiten Elektrode (12₁, 12₂, 12₃) montiert ist, die zu einer Größe des Spalts zwischen der Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) und der zweiten Elektrode (12₁, 12₂, 12₃) führt, die zeitlich variabel ist, eine Rückkopplungsschaltung, die zum Transport eines Elektronentransfersignals, das vom Elektronentransfer über den Spalt abhängt, als Rückführungssignal (21₁, 21₂, 21₃) ausgelegt ist, mindestens eine Steuerungselektrode (30₁, 30₂, 30₃) zum Ansteuern der Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃), die zum Aufnehmen eines Rückführungssignals (64_a, 64_b, 64_c) von einer Rückkopplungsschaltung ausgelegt ist, welche zur Bereitstellung eines Rückführungssignals (64_a, 64_b, 64_c) je nach Elektronentransfer über den Spalt ausgelegt ist; und wobei die Vorrichtung einen Steuerungsmechanismus, welcher zum Kombinieren von Rückführungssignalen (21₁, 21₂, 21₃) von mehreren ausgewählten Oszillatoren (60₁, 60₂, 60₃) ausgelegt ist, um ein kombiniertes Rückführungssignal (64_a, 64_b, 64_c) für eine oder mehrere Steuerungselektroden (30₁, 30₂, 30₃) zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, die ferner eine elektrische Energiequelle zum Bereitstellen einer konstanten Vorspannung umfasst, welche zum Entwickeln einer Spannung über dem Spalt verwendet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder Anspruch 4, wobei die Rückkopplungsschaltung für eine interne Rückkopplung sorgt, die denselben Größenmaßstab wie die Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) hat.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) ein Freiträger ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung ein nanoelektromechanisches System ist und die Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) eine Nanostruktur ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuerungselektrode (30₁, 30₂, 30₃) so bemessen und positioniert ist, dass die Kapazität zwischen der Steuerungselektrode (30₁, 30₂, 30₃) und der Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) eine sich selbst unterhaltende oszillierende Bewegung der Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) ermöglicht.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Einsatz eine Wahrscheinlichkeit des Elektronentransfers über einen sich zeitlich ändernden Spalt ein sich zeitlich veränderndes Rückführungssignal erzeugt, und ein zeitlich variierendes Rückführungssignal (64_a, 64_b, 64_c), das an die Steuerungselektrode (30₁, 30₂, 30₃) angelegt ist, sorgt für ein zeitlich variierendes Feld, durch welches sich die Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) bewegt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuerungselektrode (30₁, 30₂, 30₃) neben der Resonatorelektrode (11₁, 11₂, 11₃) zum Aufnehmen des Rückführungssignals von der Rückkopplungsschaltung ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei eine gemeinsame Steuerungselektrode für einige oder alle der mehreren Oszillatoren (60₁, 60₂, 60₃) verwendet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansrüche 1 bis 3 oder Anspruch 11, wobei eine gemeinsame zweite Elektrode (12₁, 12₂, 12₃) für einige oder alle der mehreren Oszillatoren (60₁, 60₂, 60₃) verwendet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansrüche 1 bis 3, wobei die Steuerungselektrode (30₁, 30₂, 30₃) eines ersten Oszillators (60₁, 60₂, 60₃) zum Aufnehmen eines Rückführungssignals von der Rückkopplungsschaltung eines zweiten Oszillators (60₁, 60₂, 60₃) ausgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Steuerungselektrode (30₁, 30₂, 30₃) des ersten Oszillators (60₁, 60₂, 60₃) nicht zum Aufnehmen eines Rückführungssignals von der Rückkopplungsschaltung des ersten Oszillators (60₁, 60₂, 60₃) ausgelegt ist.
Verfahren, umfassend: Transport eines oszillierenden Elektronentransferstroms, der vom Elektronentransfer (14) über einen Spalt (13) zwischen einer ersten oszillierenden Elektrode (11) und einer zweiten Elektrode (12) abhängt; und Ansteuern der ersten oszillierenden Elektrode (11) unter Verwendung eines oszillierenden Elektronentransferstroms, der von dem Elektronentransfer (14) über einen Spalt (13) zwischen einer dritten oszillierenden Elektrode (11) und einer vierten Elektrode (30) abhängt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die erste (11) und dritte Elektrode eine gemeinsame Elektrode (11) ausbilden.