JP2005143283A - 電流制御回路 - Google Patents

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クワンヨン カン
Byung Gyu Chae
ビュンジュ チャエ
Yong Sik Lim
ヨンシク リ
Seong Hyun Kim
ソンヒュン キム
Sungyul Maeng
スンリュル マエン
Gyungock Kim
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Abstract

【課題】 急激な金属絶縁体相転移型素子を備えた電流制御回路を提供すること。
【解決手段】 電源１００と急激な金属絶縁体相転移型素子２００と抵抗要素３００とを具備する電流制御回路であって、急激な金属絶縁体相転移型素子２００は、電源１００に連結される第１電極及び第２電極を備え、第１電極及び第２電極間に電界が印加されることによって急激な金属絶縁体相転移特性を表す。抵抗要素３００は、電源１００と急激な金属絶縁体相転移型素子２００間に連結されて急激な金属絶縁体相転移型素子２００を貫通する大量の電流を制御する。これによれば、急激に発生する大量の電流により急激な金属絶縁体相転移型素子２００が破綻される現象が防止でき、多様な応用分野に急激な金属絶縁体相転移型素子２００を備えた電流制御回路が適用できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電流制御回路に関し、より詳細には、急激な金属絶縁体相転移型素子を備えた電流制御回路に関する。
最近、チャンネル長を減少させるのに限界を表す既存のＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の代わりに、連続的金属絶縁体相転移を起こすモット（Ｍｏｔｔ）絶縁体をチャンネル層として使用するモット電界効果トランジスタが提案されている。そして、このモット電界効果トランジスタは、連続的に発生する金属絶縁体相転移を利用するので、金属的特性が最もよく表れるまで連続的に電荷運搬子として利用される電子または正孔を添加せねばならず、したがって、添加する電荷が高濃度でなければならないという制約がある。
したがって、最近には、連続的な金属絶縁体相転移を表す絶縁体の代りに一定条件下で急激な金属絶縁体相転移特性を表す絶縁体を利用する方法が提案され、これは特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示されている電界効果トランジスタは、低濃度の正孔注入によって急激な金属絶縁体相転移特性を示すものである。
図１は、従来の急激な金属絶縁体相転移を表す物質を利用して製作した素子の電界電流密度特性をグラフに示した図である。
図１を参照すれば、前記素子の両端に一定サイズ、例えば、約７ＭＶ／ｍの電界Ｅｆｉｅｌｄを印加すれば、急激な金属絶縁体相転移型素子は、絶縁体から金属に急激に相転移し、素子の両端には大量の電流が流れる。このように限界以上の多い電流が流れれば、素子が耐えられず破綻される場合もある。本明細書では、上述したように一定サイズ以上の電界が印加されることによって急激に絶縁金属体相転移を発生させる素子を”急激な金属絶縁体相転移型素子”と定義する。
これまで説明したように、急激な金属絶縁体相転移型素子は、急激な金属絶縁体相転移によって大量の電流が急に発生し、したがって、この大量の電流に耐えられない場合、これら素子の応用において、大量の電流が制御できる制御回路が要求されているというのが実情である。
米国特許第６,６２４,４６３号明細書
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、急激な金属絶縁体相転移型素子に流れる大量の電流をうまく制御して急激な金属絶縁体相転移型素子が破綻されないようにする電流制御回路を提供することにある。
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、電源と、該電源に連結される第１電極及び第２電極を備え、前記第１電極及び第２電極間に電界が印加されることによって急激な金属絶縁体相転移特性を有する急激な金属絶縁体相転移型素子と、前記電源と前記急激な金属絶縁体相転移型素子間に連結されて前記急激な金属絶縁体相転移型素子を貫通する大量の電流が制御できる抵抗要素を具備することを特徴とする。
また、前記抵抗要素は、前記急激な金属絶縁体相転移型素子と直列に連結されることが望ましい。
また、前記抵抗要素は、抵抗器であることが望ましい。この場合、前記抵抗器は、可変抵抗器であることが望ましい。
また、場合によって、前記抵抗要素は、抵抗器として使われうる平面形素子パターンでありうる。
また、前記急激な金属絶縁体相転移型素子は、前記第１電極及び第２電極間に急激な金属絶縁体相転移特性を有する絶縁体膜が配置される構造を有することが望ましい。この場合、前記絶縁体は、酸化バナジウムを含みうる。
以上説明したように、本発明の急激な金属絶縁体相転移型素子を備えた電流制御回路によれば、急激な金属絶縁体相転移現象によって大量の電流が発生しても急激な金属絶縁体相転移型素子に直列に連結された抵抗要素により電流の増加が制御されるので、急激な金属絶縁体相転移型素子の破綻が防止でき、多様な応用分野にこの回路が適用できる効果が提供される。
以下、図面を参照して本発明の実施の態様について説明する。
なお、本発明の実施例は、様々な他の形態に変形でき、したがって、本発明の技術的範囲が後述される実施例に限定されると解釈されてはならない。
図２は、本発明による急激な金属絶縁体相転移型素子を備えた電流制御回路の回路図で、図３は、図２に示した急激な金属絶縁体相転移型素子の断面構造図である。
まず、図２を参照すれば、本発明による電流制御回路は、電源１００と急激な金属絶縁体相転移型素子２００と抵抗要素３００とを備えている。電源１００は、直流電源である場合もあり、交流電源である場合もある。直流電源である場合には、一方向にのみ電流を流れるようにし、交流電源である場合には、両方に電流を流れるようにする。
急激な金属絶縁体相転移型素子２００は、図３に示されたように、基板２１０上に急激な金属絶縁体相転移特性を有する絶縁体（絶縁体膜）２２０が薄膜形態に配置され、絶縁体２２０の両端にはそれぞれ第１電極２３０及び第２電極２４０が配置される構造を有する。基板２１０は、サファイア基板又はシリコン基板でありうる。その他の物質よりなった基板が使用できることは当然である。
絶縁体２２０は、二酸化バナジウムを含む。抵抗要素３００は、制御可能な抵抗の役割を行える要素であり、代表的に抵抗器を含む。特に、抵抗要素３００は、抵抗値（Ｒ：Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を容易に調節できる可変抵抗器でありうる。場合によって抵抗要素３００は、抵抗器として使われうる平面形素子パターンでありうる。
この平面形素子パターンは、抵抗値が長さに比例する性質を利用して、屈曲の多い伝送線、多様な平面形インダクタ（交流抵抗）などを作って連結させることによって抵抗特性を示すものである。この場合、抵抗値は、伝送線の長さや平面形素子の数などを調節することによって制御できる。
次に、本発明の電流制御回路の動作について説明する。
電源１００により急激な金属絶縁体相転移型素子２００の第１電極２３０及び第２電極２４０の両端に一定サイズの電界が印加されれば、急激な金属絶縁体相転移型素子２００の絶縁体２２０は、急激な金属絶縁体相転移現象を経ながら、表面に電流移動経路（図３で点線の矢印で表示）を形成する。
そして、この電流移動経路を通じて第１電極２３０から第２電極２４０に大量の電流が移動する。この時、抵抗要素３００により電流量が減少し、すなわち制御され、したがって、急激な金属絶縁体相転移型素子２００が破綻に至らない程度の電流のみが流れうる。
図４は、本発明の第１実施例による急激な金属絶縁体相転移型素子を備えた電流制御回路の電圧電流密度特性をグラフに示した図である。
図４に示した横軸は、第１電極２３０及び第２電極２４０間に印加される電圧Ｖであり、縦軸は、第１電極２３０及び第２電極２４０間を流れる電流密度Ｊである。
図４のテストに使われた急激な金属絶縁体相転移型素子２００は、サファイア基板２１０及び二酸化バナジウム絶縁体２２０を有する素子であって、第１電極２３０及び第２電極２４０間のチャンネル長は５μmであり、チャンネル幅は２５μmである場合である。
図４において参照符号”●”で表示した線は、抵抗要素３００の抵抗値Ｒが１.０ｋΩである場合であり、参照符号”△”で表示した線は、抵抗要素３００の抵抗値Ｒが２.５ｋΩである場合であり、そして、参照符号”▽”で表示した線は、抵抗要素３００の抵抗値Ｒが５.０ｋΩである場合をそれぞれ表わしている。
図４から分かるように、急激な金属絶縁体相転移型素子２００が絶縁体状態（図中Ｉに表示）である場合には、抵抗要素３００の抵抗値Ｒが異なっても多大な差がないが、急激な金属絶縁体相転移型素子２００が金属状態（図面でＭに表示）である場合には、抵抗要素３００の抵抗値Ｒが大きくなるにつれて急激な金属絶縁体相転移型素子２００を流れる電流が緩慢に増加する傾向を表す。
この結果を図１の場合、すなわち、抵抗要素３００が存在していない場合と比較してみれば、急激な金属絶縁体相転移により生成された大量の電流によっても素子が破綻される現象が防止されうることが容易に分かる。
図５は、本発明の第２実施例による急激な金属絶縁体相転移型素子を備えた電流制御回路の電圧電流密度特性をグラフに示した図である。図５に示した横軸は、第１電極２３０及び第２電極２４０間に印加される電圧Ｖであり、縦軸は、第１電極２３０及び第２電極２４０間を流れる電流密度Ｊである。
図５のテストに使われた急激な金属絶縁体相転移型素子２００は、シリコン基板２１０及び二酸化バナジウム絶縁体２２０を有する素子であって、第１電極２３０及び第２電極２４０間のチャンネル長は５μmであり、チャンネル幅は２５μmである場合である。
図５で参照符号”□”で表示した線は、抵抗要素３００の抵抗値Ｒが１１０である場合であり、参照符号”●”で表示した線は、抵抗要素３００の抵抗値Ｒが３４０である場合であり、参照符号”△”で表示した線は、抵抗要素３００の抵抗値Ｒが１.０ｋΩである場合であり、参照符号”▽”で表示した線は、抵抗要素３００の抵抗値Ｒが５.０ ｋΩ である場合であり、そして、参照符号”◆”で表示した線は、抵抗要素３００の抵抗値Ｒが１０ｋΩである場合をそれぞれ表わしている。
図５で分かるように、抵抗要素３００の抵抗値Ｒが大きくなるにつれて急激な金属絶縁体相転移型素子２００を流れる電流が緩慢に増加する傾向を表す。
本発明は、急激な金属絶縁体相転移型素子を備えた電流制御回路に関し、スイッチング素子などのように既存のＭＯＳトランジスタを利用して作られる半導体素子及びシステムに使われうる。
従来の急激な金属絶縁体相転移型素子の電界電流密度特性をグラフに示した図である。 本発明による急激な金属絶縁体相転移型素子を備えた電流制御回路の回路図である。 図２に示した急激な金属絶縁体相転移型素子の断面構造図である。 本発明の第１実施例による急激な金属絶縁体相転移型素子を備えた電流制御回路の電圧電流密度特性をグラフに示した図である。 本発明の第２実施例による急激な金属絶縁体相転移型素子を備えた電流制御回路の電圧電流密度特性をグラフに示した図である。
符号の説明
１００ 電源
２００ 急激な金属絶縁体相転移型素子
２２０ 絶縁体（絶縁体膜）
２３０ 第１電極
２４０ 第２電極
３００ 抵抗要素

Claims (8)

  1. 電源と、
    該電源に連結される第１電極及び第２電極を備え、前記第１電極及び前記第２電極間に電界が印加されることによって急激な金属絶縁体相転移特性を有する急激な金属絶縁体相転移型素子と、
    前記電源と前記急激な金属絶縁体相転移型素子間に連結されて前記急激な金属絶縁体相転移型素子を貫通する電流が制御できる抵抗要素と
    を具備することを特徴とする電流制御回路。
  2. 前記抵抗要素は、前記急激な金属絶縁体相転移型素子と直列に連結されることを特徴とする請求項１に記載の電流制御回路。
  3. 前記抵抗要素は、抵抗器であることを特徴とする請求項１に記載の電流制御回路。
  4. 前記抵抗器は、可変抵抗器であることを特徴とする請求項３に記載の電流制御回路。
  5. 前記抵抗要素は、抵抗器として使われる平面形素子パターンであることを特徴とする請求項１に記載の電流制御回路。
  6. 前記抵抗要素は、抵抗器として使われる交流抵抗器であることを特徴とする請求項１に記載の電流制御回路。
  7. 前記急激な金属絶縁体相転移型素子は、前記第１電極及び前記第２電極間に急激な金属絶縁体相転移特性を有する絶縁体膜が配置される構造を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電流制御回路。
  8. 前記絶縁体は、酸化バナジウムを含むことを特徴とする請求項６に記載の電流制御回路。
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