本願は、2009年10月15日出願の米国特許出願第12/579,792号に対する優先権を主張する。
本発明は、マルチゲートスイッチに関し、より具体的には、所望のスイッチ状態を記憶するように構成することができるマルチゲート電気機械スイッチに関する。
集積回路は、スイッチを含むことが多い。スイッチは、スイッチにわたって電気的接続を形成するようにオンにされてもよく、または電気的接続を断つようにオフにされてもよい。スイッチは、典型的に、金属酸化物半導体(MOS)トランジスタ等のトランジスタから形成される。微小電気機械(MEM)スイッチ等の電気機械スイッチの使用もまた提唱されている。ナノ電気機械(NEM)スイッチと呼ばれることもあるこれらのスイッチは、フォトリソグラフィパターン形成技法等の半導体処理技法を利用する微細加工操作を使用して形成されてもよい。
従来の電気機械スイッチは、基板上に形成される。従来の電気機械スイッチは、基板上に形成される、ソース端子、ドレイン端子、およびゲートを有する。片持ち梁は、ゲート上に形成される。梁は、ソース端子に取り付けられる。そのオフ状態において、スイッチのゲートは、低電圧に駆動される。梁は、ドレイン端子上を延在する先端を有する。スイッチのオフ状態において、先端およびドレイン端子は、空気によって分離される。したがって、オフ状態において、電気的接続は、ソースとドレイン端子との間に形成されない(例えば、スイッチが開放されている)。
従来のスイッチのゲートは、スイッチをオン状態に置くように、高電圧に駆動することができる。ソース端子は、オン状態で低電圧に駆動される。オン状態において、ゲート・ソース間電圧(例えば、ゲートとソース端子との間の電圧差)は、梁の先端がドレイン端子に接触するように梁を曲げる、静電力を生成する。梁は、電子のための導電性経路として機能し、それによって、ソースとドレイン端子との間に電気的接続を形成する(例えば、スイッチは閉鎖されている)。
従来の電気機械スイッチは、概して、単一ゲートを有する。結果として、専用制御回路(すなわち、アドレストランジスタ)が必要とされる。制御回路は、スイッチのゲートに接続される。制御回路は、スイッチがオンにされているか、またはオフにされているかを判定する。例えば、制御回路は、スイッチをそれぞれオンまたはオン状態に置くように、ゲートを高電圧または低電圧に駆動することができる。
1つを超えるスイッチが使用されるシナリオにおいて、各スイッチは、スイッチを所望の状態に置くために、対応する制御回路を必要とする。例えば、64×128アレイのスイッチは、8192(64×128)の制御回路を必要とする。したがって、多数の単一ゲートスイッチを使用する用途において、各スイッチを制御するために多数の制御回路がまた必要とされる。制御回路は、集積回路上の容認し難いほど大きな面積を消費し得る。
したがって、向上された電気機械スイッチ回路を提供することができることが望ましい。
集積回路は、構成可能なマルチゲートスイッチ回路が提供されてもよい。構成可能なマルチゲートスイッチ回路は、スイッチ制御回路と、マルチゲート電気機械スイッチのアレイとを含んでもよい。スイッチ制御回路は、行制御信号および列制御信号を提供してもよい。
マルチゲートスイッチのアレイ内の各マルチゲートスイッチは、第1の端子と、第2の端子と、第1のゲートと、第2のゲートとを含んでもよい。導電性の可撓性ブリッジ構造(例えば、片持ち梁、あるいは導電性材料から形成されるか、または導電性材料で被覆される、他の可撓性であり、したがって偏向可能な構造)は、第1の端子に取り付けられてもよい。ブリッジ構造は、ゲートを越えて延在してもよい。ブリッジは、マルチゲートスイッチがオフ状態の時に第2の端子に覆いかぶさる先端を有してもよい。先端は、第1および第2のゲート上の制御信号を調整することによって、変形されてもよい。例えば、マルチゲートスイッチがオン状態の時に、第2の端子と物理的に接触するように下方に曲げることによって、可撓性ブリッジ構造を変形させる第1および第2のゲート上に、制御信号は置かれてもよい。
マルチゲートスイッチは、スイッチのゲートにおいて印加される電圧に基づいて構成(開放または閉鎖されるように設定)されてもよい。
列制御信号は、マルチゲートスイッチの第1のゲートに提供されてもよい。行制御信号は、マルチゲートスイッチの第2のゲートに提供されてもよい。列および行制御信号は、マルチゲートスイッチアレイに所望のスイッチ状態をロードするために調整されてもよい。
スイッチアレイは、スイッチのグループに配設されてもよい。例えば、4つのスイッチのグループが形成されてもよい。4つのスイッチの各グループは、マルチプレクサを実装するために使用されてもよい。マルチプレクサは、プログラム可能論理デバイス回路等のプログラム可能回路において使用されてもよい。
スイッチアレイ回路のさらなる特徴、その性質、および種々の利点は、添付の図面および以下の発明を実施するための形態からより明らかになるであろう。
図1Aは、従来の電気機械スイッチの概略断面側面図である。
図1Bは、従来の電気機械スイッチの概略図である。
図2は、従来の電気機械スイッチの切替挙動を示すグラフである。
図3Aは、本発明の実施形態に従う、例示的なマルチゲート電気機械スイッチの概略断面側面図である。
図3Bは、本発明の実施形態に従う、例示的なマルチゲート電気機械スイッチの概略図である。
図4、5、および6は、本発明の実施形態に従う、マルチゲートスイッチのゲートに印加されてもよい例示的な電圧値を示す表である。
図4、5、および6は、本発明の実施形態に従う、マルチゲートスイッチのゲートに印加されてもよい例示的な電圧値を示す表である。
図4、5、および6は、本発明の実施形態に従う、マルチゲートスイッチのゲートに印加されてもよい例示的な電圧値を示す表である。
図7は、本発明の実施形態に従う、印加されたゲート電圧の種々の組み合わせの関数としてのマルチゲート電気機械スイッチの例示的な動作モードを示す表である。
図8および9は、本発明の実施形態に従う、マルチゲート電気機械スイッチの切替挙動を示す図である。
図8および9は、本発明の実施形態に従う、マルチゲート電気機械スイッチの切替挙動を示す図である。
図10は、本発明の実施形態に従う、構成可能なマルチゲートスイッチ回路の概略図である。
図11は、本発明の実施形態に従う、図10に示される種類の構成可能なマルチゲートスイッチ回路を構成することに関わる例示的なステップのフローチャートである。
図12は、本発明の実施形態に従う、二段階の構成可能なマルチゲートスイッチ回路の概略図である。
図13は、本発明の実施形態に従う、図12に示される種類の二段階の構成可能なマルチゲートスイッチ回路を構成することに関わる例示的なステップのフローチャートである。
集積回路は、スイッチの使用を必要とすることが多い。スイッチは、オフ状態で動作してもよく(すなわち、スイッチは開放されていてもよい)、またはオン状態で動作してもよい(すなわち、スイッチは閉鎖されていてもよい)。スイッチは、電気回路において、2つの別々の端子に接続されてもよい。オフ状態において、2つの端子は、電流がスイッチを通って2つの端子間を流れないように、電気的に切断される。オン状態において、2つの端子は、電流が2つの端子間を流れることができるように、電気的に接続される。スイッチのアレイを含む集積回路は、クロスバースイッチ回路、プログラム可能論理デバイス集積回路等のプログラム可能集積回路、回路の構成可能なブロックを伴う特定用途向け集積回路等を含んでもよい。
集積回路は、種々の種類のスイッチを有してもよい。集積回路は、金属酸化物半導体(MOS)トランジスタを含んでもよい。MOSトランジスタは、ソース端子、ドレイン端子、およびゲートを含む。ソース−ドレイン端子は、典型的に、シリコン基板上に直接形成される高ドープ領域である。ゲート(例えば、ポリシリコンゲート)は、ソースとドレイン端子を分離させる基板内の低ドープ領域上に形成される。ゲート酸化物の薄層は、ポリシリコンゲートと低ドープ領域との間に形成される。
チャネルは、ゲート酸化物の真下にある基板(例えば、低ドープ領域)の表面において形成される。MOSトランジスタをオンにする第1のセットの電圧に、ソース−ドレイン端子およびゲートを駆動することができる。オン状態において、電流は、チャネルを通ってソースとドレイン端子との間を流れる。MOSトランジスタをオフにする第2のセットの電圧に、ソース−ドレイン端子およびゲートを駆動することができる。オフ状態において、電流は、ソースとドレイン端子との間を流れることを止める。
チャネル内の電場(例えば、ゲートとソース端子との間の電圧差から生じる電場)の制御は、電流がMOSトランジスタを通って流れるかどうかを判定する。MOSトランジスタが(例えば、オフ状態からオン状態またはその逆に)切り替わる時、MOSトランジスタのゲートは、決して物理的に移動しない。
MOSトランジスタに加えて、集積回路は、微小電気機械システム(MEMS)スイッチ等の電気機械スイッチを含んでもよい。小さいバージョンのこれらのスイッチは、ナノ電気機械(NEM)スイッチと呼ばれることもある。集積回路上での使用のために、MEMSスイッチは、モダントランジスタ回路の寸法(例えば、10平方ミクロン未満、1平方ミクロン未満、0.1平方ミクロン未満等)におよそ匹敵する寸法で製造されてもよい。典型的な製造スキームにおいて、シリコン基板は、半導体製造技法(例えば、リソグラフィ、ウェットおよび/またはドライエッチング、蒸着、酸化等)を使用してエッチングされ、パターン形成されてもよい。MEMSスイッチを形成するための半導体製造技法の使用は、スイッチを小型の寸法で製造することを可能にする。
MOSトランジスタと対照的に、電気機械スイッチは、切替時に物理的に移動する部分を有する。いくつかの種類の電気機械スイッチは、特定のMOSトランジスタスイッチよりもいくらか大きな面積を消費し得るが、電気機械スイッチは、強化された性能を示し得る。例えば、電気機械スイッチは、ゼロ漏洩電流およびMOSトランジスタスイッチと比べて向上した放射線耐性を示し得る。所望される場合、MOSトランジスタおよび電気機械スイッチは、両方の種類の技術に適合する半導体製造技法を使用して、同じシリコン上で製造されてもよい。
従来の電気機械スイッチ10の断面図が図1Aに示される(図1Bは、対応する回路図記号を示す)。従来のスイッチ10は、基板12上に形成される。スイッチ10は、基板12上に形成される、ソース端子16、ドレイン端子18、およびゲート14を有する。スイッチ10は、ソース端子16に取り付けられる片持ち梁20を含む。梁20は、ゲート14を越えて延在し、ドレイン端子18に覆いかぶさる先端を有する。
スイッチのオフ状態において、梁20の先端は、空気によってドレイン端子18から分離される。スイッチのオン状態において、先端がドレイン端子18と直接接触するように、梁20は、物理的に下方に曲がる。物理的に下方に曲がる梁20の動作は、大幅な機械的遅延を発生させる。結果として、電気機械スイッチの切替時間は、典型的には、MOSトランジスタの切替時間よりも遅い。
従来のスイッチ10の状態は、ゲート・ソース間電圧(VGS)に依存する。ゲート・ソース間電圧は、ゲート14とソース端子16との間の電圧差である。図2は、ドレイン電流対VGSを示す(例えば、従来のスイッチ10の切替挙動を図示する)。図2は、ソース端子16およびドレイン端子18がそれぞれ接地および供給電圧で保持されると想定する。
従来のスイッチ10は、ゲート14が接地電圧VOFFに駆動される時に、開放されている(例えば、図2参照)。ゼロ電流IOFFに示されるように、電流は、オフ状態でスイッチ10を通って流れない。スイッチ10が現在開放されている場合、ゲート14が中間電圧VHOLDに上昇されたとしても、スイッチ10は開放されたままである。これは、電圧VHOLDが、スイッチを閉鎖するのに十分なほどには、スイッチの梁を曲げるには不十分であるためである。
従来のスイッチ10が現在開放されている場合、スイッチ10は、ゲート14が供給電圧VONに上昇された場合にオンとなる(例えば、閉鎖される)。供給電圧VONは、プルイン電圧VPIより大きい。プルイン電圧VPIは、ゲート電圧が開放スイッチを閉鎖するために克服する必要がある、最小閾値電圧である。経路22は、オフ状態からオン状態に移行するスイッチ10の挙動を図示する。電流IONに示されるように、電流は、オン状態でスイッチ10を通って流れる。
従来のスイッチ10が現在閉鎖されている場合、ゲート14が中間電圧VHOLDに低下されたとしても、スイッチ10は閉鎖されたままである。中間電圧VHOLDは、VPIより小さいが、プルアウト電圧VPOより大きい。ゲート電圧は、閉鎖スイッチを開放させるために(すなわち、ドレイン18との物理的接触から片持ち梁29を離脱させるために)、プルアウト電圧VPOより低い電圧に駆動されなければならない。経路24は、オン状態からオフ状態に移行するスイッチ10の挙動を図示する。図2の曲線で示されるヒステリシスは、MEMSスイッチの機械構造間の相互作用によって生じる。
従来のスイッチ10は、(例えば、スイッチをオンまたはオフにするために)ゲート14上の電圧を制御するように専用制御回路(例えば、アドレストランジスタ)を必要とする。したがって、多数のスイッチ10を使用する用途は、多数の対応する制御回路を必要とする。例えば、128×256スイッチのアレイは、32,768(128×256)の制御回路を必要とする。したがって、従来のスイッチに対する制御回路は、集積回路チップ上で所望されるよりもより大きな面積を占め得る。
構成可能なマルチゲート電気機械スイッチを使用することによって、スイッチを構成するために必要とされる制御回路の数を減少させ得る集積回路が提供されてもよい。集積回路上のスイッチのアレイにおいて使用されてもよい種類の、構成可能なマルチゲート電気機械スイッチ26の断面図が図3Aに示される。図3Bは、マルチゲートスイッチ26の回路図記号を示す。
図3Aに示されるように、マルチゲートスイッチ26は、基板28上に形成される。基板28は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンオンインシュレータ、ガラス、および他の絶縁材料等であってもよい。マルチゲートスイッチ26は、基板28上に形成される、第1の端子34、第2の端子36、第1のゲート30(G1)、および第2のゲート32(G2)を有してもよい。典型的な配設において、スイッチ26の構造の一部または全ては、MEMS技術を使用して(例えば、小型デバイス構造を形成するように、ウェットおよび/またはドライエッチング、フォトリソグラフィパターン形成、蒸着等の半導体製造技法を使用して)形成されてもよい。端子34および36は、スイッチ26に対するメインスイッチ端子を形成する。スイッチ26が閉鎖されている時、電流は、端子34と36との間を自由に流れる。ゲート端子30および32は、制御端子として機能する。スイッチ26の状態は、ゲート端子30および32に印加される電圧を制御することによって、制御することができる。
端子30および32上の電圧はそれぞれ、ゲート電圧VG1およびVG2と呼ばれてもよい。端子34の電圧は、ソース電圧VSと呼ばれてもよい。G1と第2の端子36との間の電圧差(例えば、VG1マイナスVS)は、VGS1と呼ばれてもよい。G2と第2の端子36との間の電圧差(例えば、VG2マイナスVS)は、VGS2と呼ばれてもよい。マルチゲートスイッチ26は、第1の端子34に取り付けられるブリッジ38等の導電性ブリッジ構造を含んでもよい。ブリッジ38は、(一例として)片持ち梁構造を使用して実装されてもよい。図3Aの図に示されるように、ブリッジ38は、第1のゲート30および第2のゲート32を越えて延在してもよく、第2の端子36に覆いかぶさる先端を有してもよい。第1および第2の端子34および36は、ソース−ドレイン端子と呼ばれることがあってもよい。
マルチゲートスイッチ26は、プルアウト電圧VPOおよびプルイン電圧VPI等の2つの臨界閾値電圧を有してもよい。スイッチ26をオフ状態からオン状態にするためには、総ゲート・ソース間電圧VGS12(例えば、VGS1およびVGS2の和)を、VPIより大きくなるように増加させなければならない。スイッチ26をオン状態からオフ状態にするためには、総VGS12を、VPOより小さくなるまで低下させなければならない。例えば、プルアウト電圧VPOおよびプルイン電圧VPIはそれぞれ、(図4に示されるように)2ボルト(V)および11Vに等しくてもよい。実際には、VGS1およびVGS2の値は、総ゲート電圧VGS12を形成するように、完全に直線的に、等しく加重される様式で組み合わされなくてもよい。本明細書に説明される方法は、VGS1およびVGS2の加重和または他の何らかの関数を使用することによって、容易にそのようなケースに拡張することができる。
スイッチ26のアレイを構成するために、スイッチ制御回路は、ゲートG1およびG2の電圧を調整してもよい。これは、行および列制御信号線を使用して効率的に達成されてもよい。
第1のゲート30(G1)は、動作の様々な段階中に、種々の電圧値に駆動されてもよい。一例として、G1は、所与の時間において、4つの異なる電圧値V1、V2、V3、およびV4のうちの1つに駆動されてもよい。図5に示されるように、電圧値V1、V2、V3、およびV4はそれぞれ、0V、5V、10V、および3Vに等しくてもよい。
同様に、第2のゲート32(G2)は、種々の電圧値に駆動されてもよい。例えば、G2は、3つの異なる電圧値VA、VB、およびVCのうちのいずれか1つに駆動されてもよい。電圧値VA、VB、およびVCはそれぞれ、(図6に示されるように)0V、5V、および3Vに等しくてもよい。
図4〜7に示される電圧値は、単なる例示である。第1のゲート30は、所望される場合、4つを超えるまたは4つ未満の電圧値に駆動されてもよい。第1のゲート30は、少なくとも2つの電圧値(例えば、低電圧値および中間電圧値)に駆動されてもよい。VG1上で2つの電圧のみを使用するように構成されるマルチゲートスイッチは、より低い雑音マージンを有してもよい。同様に、第2のゲート32は、3つを超える電圧値に駆動されてもよい。所望される場合、G1およびG2を駆動するために、他の適した電圧値が使用されてもよい。
図7の表は、マルチゲートスイッチ26に印加することができるゲート電圧の可能な組み合わせを列挙する。行AおよびBは、G1の電圧(VG1)がV1(例えば、0V)に駆動される第1のシナリオに対応する。行CおよびDは、VG1がV2(例えば、5V)に駆動される第2のシナリオに対応する。行およびFは、VG1がV3(例えば、10V)に駆動される第3のシナリオに対応する。行Gは、VG1がV4(例えば、3V)に駆動される第4のシナリオに対応する。
第1に、第1の端子(「ソース」)34の電圧が0Vであると想定する。第1のシナリオにおいて、VG2は、VAまたはVBに駆動されてもよい。VG2がVA(例えば、0V)に駆動される場合、総VGS12は、(行A、列4に示されるように)0Vに等しい。この総VGSは、VPOおよびVPIより小さい。したがって、V1でのVG1ならびにVG2およびVAの組み合わせは、常にスイッチ26を開放させる。行Aは、消去モード(リセットまたはクリアモードと呼ばれることもある)に対応する。VG2がVB(例えば、5V)に駆動される場合、総VGS12は、5V(行B、列4)に等しい。
第2のシナリオにおいて、VG2はまた、VAまたはVBにも駆動される。VG2がVAに駆動される場合、総VGS12は、5V(行C、列4)に等しい。VG2がVBに駆動される場合、総VGS12は、10V(行D、列4)に等しい。
第3のシナリオにおいて、VG2は、同様に、VAまたはVBに駆動されてもよい。VG2がVAに駆動される場合、総VGS12は、10V(行E、列4)に等しい。VG2がVBに駆動される場合、総VGS12は、15V(行F、列4)に等しい。
行B〜Eの総VGS12は、VPI(例えば、11V)より小さい。したがって、行B〜Eは、マルチゲートスイッチがその現在の状態に留まっている(例えば、スイッチが現在オフの場合はオフ状態にあり、またはスイッチが現在オンの場合はオン状態にある)保留モードに対応する。行Fの総VGS12は、VPIより大きくてもよい。したがって、行Fは、マルチゲートスイッチがオフ状態からオン状態に移行する閉鎖モードに対応してもよい。
第4のシナリオにおいて、VG1およびVG2はそれぞれ、3Vに駆動されてもよい。したがって、総VGS12は、6Vに等しい。6VのVGS12は、VPOとVPIとの間にあるため、行Gは、動作モードに対応する。動作モードにおいて、VSの値に関係なく、先に開放されているスイッチは、開放されたままであり、その一方、先に閉鎖されているスイッチは、閉鎖されたままである。行B〜Eの種々の保留モードとは異なり、動作モードの電圧VSG12は、最適動作点(すなわち、制御信号変動、ならびにソース−ドレイン端子34および36を通過する電圧の変動によって妨害されそうにない動作電圧)に等しくなるように選択されてもよい。
図7に示されるマルチゲートスイッチの挙動は、行および列制御信号を使用して、スイッチのアレイに所望のスイッチ状態のパターンをプログラムすることを可能にする。特定の列内のスイッチを消去またはプログラムするために取られる措置は、他の列に先にロードされた状態を乱すことなく、スイッチのその列上で実施することができる。
第1の端子34の電圧(例えば、ソース電圧VS)は、特にデバイスの動作中は、常に0Vでなくてもよい。したがって、総VGS12は、VSの値に応じて変化してもよい。VGS12は、VGS1(例えば、VG1マイナスVS)およびVGS2(例えば、VG2マイナスVS)の和に等しいため、VSにおける変化は、総和において2倍現れる。例えば、VSは、1Vに等しくてもよい。結果として、総VGSは、VSの2倍(例えば、本実施例においては、2V)低下されてもよい。
総VGS12におけるこの変化は、図7の5列目に反映される。行Aの新しいVGS12は、依然としてVPOおよびVPIより小さいままである(例えば、消去モード)。行B〜Eの新しいVGSは、依然としてVPOより大きく、VPIより小さい(例えば、保留モード)。行Fの新しいVGSは、依然としてVPIより大きい(例えば、閉鎖モードまたはプログラムモード)。行Gの新しいVGSは、依然としてVPOとVPIとの間である(例えば、動作モード)。動作モードでは、V3の値は、VGS12の動作マージンと下限(例えば、VGS12がVPOにより近い時)のVPOの動作マージンとの間の、ならびにVPIの動作マージンと上限(例えば、VGS12がVPIにより近い時)のVPIとの間の電圧マージンを最大にするように選択されてもよい。
図7の表のグラフ表示が図8に示される。スイッチ26は、オフ状態からオン状態に移行する時に経路40を横断してもよく、オン状態からオフ状態に移行する時に経路42を横断してもよい。プルイン電圧VPIは、スイッチを閉鎖するように十分に大きい静電ポテンシャルが、ゲート(例えば、G1およびG2)と第1の端子34との間に形成される閾値電圧を表してもよい。十分に大きい静電力は、ブリッジ38を下方に曲げ、第2の端子36と接触させてもよい。VGS12が、VPIより小さいより低い電圧に低下されるまで、原子間力は、ブリッジ38を端子36に取り付けた(例えば、「固着」)ままにさせてもよい。より低い電圧は、プルアウト電圧VPOであってもよい。
ヒステリシスループは、閾値電圧VPIとVPOとの間の領域に存在してもよい(例えば、経路40および42の移行)。ヒステリシスループは、マルチゲートスイッチ26における記憶効果を提供する。言い換えれば、スイッチに所望の状態(例えば、オンまたはオフ状態)がロードされると、スイッチは、(例えば、総VGS12をVPIより上またはVPOより下に駆動することによって)ヒステリシスループを出るのに十分な圧力がスイッチに印加されるまで、所望の状態を保持してもよい。
所望のスイッチ状態がロードされると、マルチゲートスイッチ26は、動作モードに置かれてもよい。動作モードにおいて、総VGS12は、動作電圧(例えば、V4およびVCの和)に駆動されてもよい。図9に示されるように、VSにおける正の変化は、総VGS12をVSの2倍減少させてもよい。動作時にソース上に伝送される信号に起因して、VSにおける変化(例えば、0Vから−1V)もまた可能である。VSにおけるこの負の変化は、総VGS12を、例えば、2Vの2倍増加させてもよい。したがって、ヒステリシスループの中間点において(例えば、VPOおよびVPIの平均に等しい最適電圧値において)動作電圧を設定することが所望され得る。このような方法で動作される場合、スイッチ26は、VS差異に対して最大の耐性を有してもよい。
構成可能なマルチゲートスイッチ回路は、図10の集積回路44等の集積回路上に形成されてもよい。集積回路44は、オフチップソースからの電力供給信号および接地信号を受信する外部供給ピン46を有してもよい。ピン46はまた、集積回路44に、および該集積回路44からデータを伝達する入出力回路に結合されてもよい。
回路44上のマルチゲートスイッチ回路は、スイッチ制御回路48と、マルチゲートスイッチ26のアレイとを含んでもよい。スイッチ制御回路48は、行制御信号および列制御信号を提供してもよい。行および列制御信号は、マルチゲートスイッチのアレイを構成するために使用されてもよい。行および列制御信号は、バッファ51を使用してバッファされてもよい。
マルチゲートスイッチのアレイは、行および列に配設されるスイッチ26を有してもよい。各行制御信号は、対応する行に沿って配設されるマルチゲートスイッチの第2のゲートに接続されてもよい。各列制御信号は、対応する列に沿って配設されるマルチゲートスイッチの第1のゲートに接続されてもよい。各列内のスイッチは、4つのグループに配設さてもよい。4つのマルチゲートスイッチの各グループは、マルチプレクサ50(例えば、4対1マルチプレクサ)を形成してもよい。4つのスイッチの各グループにおいて、スイッチの第2の端子は、マルチプレクサ出力52を形成するように一緒に接続されてもよい。各マルチプレクサ50の中の各マルチゲートスイッチの第1の端子は、集積回路44上の他の回路(図示せず)から供給される別々の入力(例えば、入力(0,0)、入力(1,0)等)に接続されてもよい。別々の入力は、それらは異なる信号経路に接続されるため、一緒に接続されなくてもよい。所望される場合、別々の入力のうちの少なくともいくつかは、共通信号経路に接続されてもよい。
図10のスイッチ回路は、単なる例示である。例えば、所望される場合、2対1マルチプレクサ、8対1マルチプレクサ、または他の種類の回路が回路44上に実装されてもよい。さらに、スイッチがあらゆる行および列の交点に位置する必要はない。
図10の実施例は、マルチゲートスイッチの8×2アレイを含む(例えば、16のスイッチが示される)。実際には、スイッチのより大きなまたはより小さなアレイが形成されてもよい。図10の構成で、スイッチ制御回路は、16のスイッチを構成するように、8つの対応する行制御信号および2つの対応する列制御信号を提供してもよい。各制御信号は、1つの制御回路を必要としてもよい。したがって、図10の構成可能なスイッチ回路は、10の制御回路を必要としてもよい。従来の単一ゲートスイッチが使用された場合、16の専用制御回路が必要とされる。したがって、従来の単一ゲートスイッチの代わりにマルチゲートスイッチ26を使用することは、特に大きなスイッチアレイにおいて、所与のアレイに使用される制御回路の数を著しく減少させ得る。例えば、128×256スイッチアレイにおいて、(前述のように)従来の単一ゲートスイッチが使用された場合、32,768の制御回路が必要とされる。しかしながら、マルチゲートスイッチ26が使用された場合、384の制御回路(例えば、128プラス256)のみが必要とされる。所望される場合、任意の寸法および数のスイッチのアレイが形成されてもよい。図10の構成は、単なる例示である。
図11は、図10と関連して説明される種類のマルチゲートスイッチ回路を構成することに関わる例示的なステップを示す。最初に、スイッチアレイは、電圧V1およびVAをそれぞれ、全ての列および行制御信号線上に置くことによってクリア(例えば、リセット)されてもよい(ステップ54)。列および行制御信号のこの組み合わせは、全てのスイッチを開放させる消去モードに対応するVGS12値をもたらす。行および列制御信号は、同時に、または連続的にアサートされてもよい。
リセット段階の後、行制御信号の所望のパターンをアサートする一方で、所与の列制御信号を体系的にアサートすることによって、アレイに所望のスイッチ状態が構成されてもよい(ちなわち、所望のセットのスイッチ構成がロードされてもよい)(ステップ56)。例えば、ステップ58において、所与の列は、対応する列制御信号をV3にすることによって選択されてもよい。その他の列制御信号は、V2に駆動されてもよい。この種類の配設では、その他の列にあるスイッチは、VG2に印加される電圧値に関係なく、保留モードのままである(例えば、図7の行CおよびD参照)。
電圧VBを対応する行制御信号線上に駆動させることによって、選択された列上の特定のスイッチが閉鎖されてもよい(例えば、図7の行F参照)。
あるいは、電圧VAを対応する行制御信号線上に置くことにより、スイッチを開放させたまま保ってもよい(ステップ60)。行制御信号は、同時に(例えば、スキャンチェーンを使用して)、または連続的に(例えば、デコーダを使用して)アサートされてもよい。
構成されるより多くの列がある場合(ステップ62)、ロードする別の列が選択されてもよい(ステップ64)。別の列は、ステップ60において前述したのと同じ方法でロードされてもよい。
アレイ全体に所望のスイッチ状態がロードされると、スイッチは、電圧V4およびVCをそれぞれ、全ての列および行制御信号上に駆動させることによって、動作モードに置かれてもよい(ステップ66)。このような方法で駆動される場合、スイッチは、ヒステリシスループ内(VPOとVPIとの間)に留まり、それらの所望のロードされたスイッチ状態を保持する。
次いで、スイッチは、コンピュータシステム等のシステムの一部として使用されてもよい(ステップ68)。スイッチは、構成可能な切替ネットワークとして使用されてもよい。スイッチは、所望のカスタム論理関数(例えば、ユーザ回路設計)を提供するように、プログラム可能論理デバイス回路等のプログラム可能回路において使用されてもよい。この種類の環境において、スイッチは、コンピュータ支援設計システムを使用して作成されるプログラミングデータに基づいて、所望の電気的接続を形成するように構成されてもよい。所望される場合、スイッチは、(例えば、クロスバースイッチ、特定用途向け集積回路の一部等として)他の種類の集積回路において使用されてもよい。
マルチゲートスイッチ回路は、起動後、1回を超えて構成されてもよい。新しいセットのスイッチ状態は、所望の機能性を提供するように、いつでもロードされてもよい。
所望される場合、マルチプレクサは、多段階マルチプレクサを形成するようにカスケードされてもよい。図12に示されるように、2つの4対1マルチプレクサ50は、2つの出力経路52を有してもよい。2対1マルチプレクサ72は、2つの入力端子を有してもよい。2つの出力経路は、マルチプレクサ72の2つの入力端子に接続されてもよい。2つのマルチプレクサ50は、第1の状態を形成してもよい。マルチプレクサ72は、第2の段階を形成してもよい。第2の段階でカスケードされた第1の段階は、8対1マルチプレクサ70を形成してもよい。マルチプレクサ72は、マルチプレクサ70の出力74を形成する出力を有してもよい。マルチプレクサ70は、出力74に接続するように、8つの入力信号(例えば、入力0から入力7)のうちの1つを選択してもよい。この種類のカスケード構成を使用して、より複雑なマルチプレクサが形成されてもよい(例えば、16対lマルチプレクサ、32対1マルチプレクサ等)。
図12に示される種類の二段階マルチプレクサの構成は、図13に示されるような追加のローディングステップを含んでもよい。ステップ76において、第1の段階(マルチプレクサ50)におけるスイッチがクリアされてもよい。リセット後、第1の段階におけるスイッチは、初期化スイッチ状態をロードされてもよい。このような方法で構成される場合、第2の段階(マルチプレクサ72)への入力(例えば、経路52)は、非浮動である。
ステップ80において、第2の段階におけるスイッチがクリアされてもよい。第2の段階におけるスイッチがクリアされると、第2の段階におけるスイッチに所望のスイッチ状態がロードされてもよい(ステップ82)。
この時点で、第1の段階におけるスイッチが再度クリアされてもよい(ステップ84)。ステップ86において、第1の段階おけるスイッチに所望のスイッチ状態がロードされてもよい。第1および第2の段階におけるスイッチに所望のスイッチ状態がロードされると、マルチプレクサ70の中の全てのスイッチは、動作モードに置かれてもよい。
追加の実施形態
追加の実施形態1。複数のマルチゲートスイッチを備え、各マルチゲートスイッチは、第1および第2の端子と、可撓性の導電性構造と、第1および第2の制御ゲートとを有し、可撓性の導電性構造は、第1および第2の制御ゲート上の電圧に応じて、第1および第2の端子を短絡するように変形する、回路。
追加の実施形態2。マルチプレクサを形成するように、複数のマルチゲートスイッチの第2の端子を一緒に電気的に接続する導電性経路をさらに備える、追加の実施形態1の回路。
追加の実施形態3。第1および第2の制御信号線をさらに備え、複数のマルチゲートスイッチの第1の制御ゲートは、第1の制御信号線に接続され、複数のマルチゲートスイッチの第2の制御ゲートは、第2の制御信号線に接続される、追加の実施形態2の回路。
追加の実施形態4。複数の異なる信号経路をさらに備え、複数のマルチゲートスイッチの第1の端子はそれぞれ、複数の異なる信号経路のうちの異なるそれぞれ1つに接続される、追加の実施形態3の回路。
追加の実施形態5。行および列に配設されるマルチゲートスイッチのアレイであって、スイッチはそれぞれ、可撓性の導電性構造と、第1および第2のゲートと、可撓性の導電性構造を変形させることによって、一緒に選択的に短絡される第1および第2の端子とを有する、マルチゲートスイッチのアレイと、それぞれがアレイのそれぞれの列にあるスイッチの第1の端子に連結される、複数の列制御信号線と、それぞれがアレイのそれぞれの列にあるスイッチの第2の端子に連結される、複数の行制御信号線と、を備える、構成可能なマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態6。行制御信号を複数の行制御信号線に提供し、かつ列制御信号を複数の列制御信号線に提供する、スイッチ制御回路をさらに備える、追加の実施形態5の構成可能なマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態7。行制御信号を複数の行制御信号線上に駆動させ、かつ列制御信号を列制御信号線上に駆動させる、バッファをさらに備える、追加の実施形態6の構成可能なマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態8。スイッチのうちの少なくともいくつかの第2の端子は、マルチプレクサを形成するように一緒に接続される、追加の実施形態5の構成可能なマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態9。各マルチプレクサの第1の端子は、マルチプレクサ入力を形成し、各マルチプレクサの第1の端子のそれぞれは、それぞれの信号経路に接続される、追加の実施形態8の構成可能なマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態10。スイッチは、4つのグループに配設され、4つのスイッチの各グループの第2の端子は、それぞれのマルチプレクサを形成するように一緒に接続される、追加の実施形態5の構成可能なマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態11。スイッチの第1のグループの第2の端子は、第1のマルチプレクサ出力を有する第1のマルチプレクサを形成するように一緒に接続され、スイッチの第2のグループの第2の端子は、第2のマルチプレクサ出力を有する第2のマルチプレクサを形成するように一緒に接続され、スイッチの第3のグループの第2の端子は、第3のマルチプレクサを形成するように一緒に接続され、第3のマルチプレクサの中のスイッチのうちの第1のスイッチの第1の端子は、第1のマルチプレクサ出力に接続され、第3のマルチプレクサの中のスイッチのうちの第2のスイッチの第1の端子は、第2のマルチプレクサ出力に接続される、追加の実施形態5の構成可能なマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態12。マルチゲートスイッチ回路を構成するための方法であって、マルチゲートスイッチ回路は、行および列に配設されるマルチゲートスイッチのアレイを含み、各スイッチは、第1および第2の端子と、第1および第2の制御ゲートと、第1および第2の制御ゲート上の信号に応じて変形する可撓性の導電性構造と、を含み、方法は、第1および第2の制御ゲート上の電圧を制御することによって、アレイのマルチゲートスイッチを、オンおよびオフ状態のパターンに置くステップを含む、方法。
追加の実施形態13。アレイのマルチゲートスイッチを、オンおよびオフ状態のパターンに置くステップは、行制御信号および列制御信号を、スイッチ制御回路伴うアレイに提供するステップを含む、追加の実施形態12の方法。
追加の実施形態14。行および列制御信号をアレイに提供するステップは、行制御信号を、アレイのそれぞれの行にあるスイッチの第2の端子に提供し、かつ列制御信号を、それぞれの列にあるスイッチの第1の端子に提供するステップを含む、追加の実施形態13の方法。
追加の実施形態15。各マルチゲートスイッチは、プルアウト閾値電圧を有し、各マルチゲートスイッチは、プルイン閾値電圧を有し、プルアウト閾値電圧は、プルイン閾値電圧より小さく、行および列制御信号をアレイに提供するステップは、対応する行および列制御信号の電圧の和に等しい総ゲート電圧を、各マルチゲートスイッチに供給するステップを含む、追加の実施形態14の方法。
追加の実施形態16。マルチゲートスイッチのうちの少なくとも1つを、そのマルチゲートスイッチの総ゲート電圧をプルアウト電圧より小さい電圧に駆動することによって、オフ状態に強いるステップさらに含む、追加の実施形態15の方法。
追加の実施形態17。マルチゲートスイッチのうちの少なくとも1つを、そのマルチゲートスイッチの総ゲート電圧をプルイン電圧より大きい電圧に駆動することによって、オン状態に強いるステップさらに含む、追加の実施形態15の方法。
追加の実施形態18。マルチゲートスイッチのうちの少なくとも1つを、そのマルチゲートスイッチの総ゲート電圧をプルアウト電圧より大きく、プルイン電圧より小さい電圧に駆動することによって、その状態を保持するように構成するステップさらに含む、追加の実施形態15の方法。
追加の実施形態19。マルチゲートスイッチのそれぞれの総ゲート電圧を、プルアウト電圧とプルイン電圧との間の電圧に駆動することによって、マルチゲートスイッチのアレイを、動作モードで動作するように構成するステップをさらに含む、追加の実施形態15の方法。
追加の実施形態20。マルチゲートスイッチ回路は、プログラム可能集積回路上にプログラム可能論理回路の一部を形成し、方法は、マルチゲートスイッチのアレイを動作モードで動作するように構成するステップと、マルチゲートスイッチのアレイを使用して、複数のマルチプレクサを形成するステップと、マルチプレクサを用いて、プログラム可能論理回路に対する論理関数を実装するステップと、をさらに含む、追加の実施形態19の方法。
追加の実施形態21。第1の端子および第2の端子と、第1の制御ゲートおよび第2の制御ゲートと、第1の制御ゲートおよび第2の制御ゲートと関連する電圧に応じて屈曲するように動作可能な可撓性の導電性構造とを備える、少なくとも1つのマルチゲートスイッチを備え、可撓性の導電性構造の屈曲は、第1の端子および第2の端子を短絡するように動作可能である、マルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態22。マルチプレクサを形成するように、複数のマルチゲートスイッチの中の第2のマルチゲートスイッチの第2の端子に電気的に連結する、導電性経路をさらに備える、追加の実施形態21のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態23。第1および第2の制御信号線をさらに備え、第1の制御ゲートは、第1の制御信号線にさらに連結される複数のマルチゲートスイッチの中の第2のマルチゲートスイッチの第1の制御ゲートに連結され、第2の制御ゲートは、第2の制御信号線にさらに連結される複数のマルチゲートスイッチの中の第3のマルチゲートスイッチの第2の制御ゲートに連結される、追加の実施形態21のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態24。複数の信号経路をさらに備え、マルチゲートスイッチの第1の端子は、複数の信号経路のうちの選択された1つに連結される、追加の実施形態21のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態25。マルチゲートスイッチは、それぞれが第1の端子および第2の端子と、第1の制御ゲートおよび第2の制御ゲートと、第1の制御ゲートおよび第2の制御ゲートと関連する電圧に応じて屈曲するように動作可能な可撓性の導電性構造とを有する、複数のマルチゲートスイッチのうちの1つを備え、マルチゲートスイッチは、マルチゲートスイッチの行および列を備えるアレイに配設され、マルチゲートスイッチ回路はさらに、複数の列制御信号線であって、列制御信号線のうちの少なくとも1つは、アレイ内の対応する列にあるマルチゲートスイッチの第1の制御ゲートに連結される、複数の列制御信号線と、複数の行制御信号線であって、行制御信号線のうちの少なくとも1つは、アレイ内の対応する行にあるマルチゲートスイッチの第2の制御ゲートに連結される、複数の行制御信号線と、を備える、追加の実施形態21のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態26。行制御信号を複数の行制御信号線に提供するように動作可能であり、かつ列制御信号を複数の列制御信号線に提供するように動作可能である、スイッチ制御回路をさらに備える、追加の実施形態25のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態27。行制御信号を複数の行制御信号線上に駆動させるように動作可能であり、かつ列制御信号を列制御信号線上に駆動させるようにさらに動作可能である、バッファをさらに備える、追加の実施形態26のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態28。複数のマルチゲートスイッチのうちの少なくともいくつかの第2の端子は、マルチプレクサを形成するように一緒に連結される、追加の実施形態25のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態29。マルチゲートスイッチのうちの少なくとも1つの第1の端子は、信号経路に連結されるマルチプレクサ入力を形成する、追加の実施形態25のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態30。マルチゲートスイッチは、4つのグループに配設され、4つのマルチゲートスイッチの少なくとも1つのグループの第2の端子は、マルチプレクサを形成するように一緒に連結される、追加の実施形態25のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態31。スイッチの第1のグループの第2の端子は、第1のマルチプレクサ出力を備える第1のマルチプレクサを形成するように一緒に連結され、スイッチの第2のグループの第2の端子は、第2のマルチプレクサ出力を備える第2のマルチプレクサを形成するように一緒に連結され、スイッチの第3のグループの第2の端子は、第3のマルチプレクサを形成するように一緒に連結され、第3のマルチプレクサの中のスイッチのうちの第1のスイッチの第1の端子は、第1のマルチプレクサ出力に連結され、第3のマルチプレクサの中のスイッチのうちの第2のスイッチの第1の端子は、第2のマルチプレクサ出力に連結される、追加の実施形態25のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態32。マルチゲートスイッチは、プルイン電圧より大きい第1および第2の制御ゲート上の全電圧に応じてオン状態で動作し、マルチゲートスイッチは、プルアウト電圧より小さい第1および第2の制御ゲート上の全電圧に応じてオフ状態で動作し、プルアウト電圧は、プルイン電圧より小さい、追加の実施形態21のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態33。マルチゲートスイッチはさらに、プルアウト電圧より大きく、プルイン電圧より小さい第1および第2の制御ゲート上の全電圧に応じて保留状態で動作する、追加の実施形態32のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態34。マルチゲートスイッチは、プルアウト電圧より大きく、プルイン電圧より小さい第1および第2の制御ゲート上の全電圧に応じて保留状態で動作し、プルアウト電圧は、プルイン電圧より小さい、追加の実施形態21のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態35。マルチゲートスイッチは、プログラム可能論理回路の一部を形成し、マルチゲートスイッチは、プログラム可能論理回路に対する論理関数を実装するように動作可能である、追加の実施形態21のマルチゲートスイッチ回路。
上述は本発明の原理の単なる例示であり、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、種々の変更が当業者によりなされ得る。
本願は、2009年10月15日出願の米国特許出願第12/579,792号に対する優先権を主張する。
本発明は、マルチゲートスイッチに関し、より具体的には、所望のスイッチ状態を記憶するように構成することができるマルチゲート電気機械スイッチに関する。
集積回路は、スイッチを含むことが多い。スイッチは、スイッチにわたって電気的接続を形成するようにオンにされてもよく、または電気的接続を断つようにオフにされてもよい。スイッチは、典型的に、金属酸化物半導体(MOS)トランジスタ等のトランジスタから形成される。微小電気機械(MEM)スイッチ等の電気機械スイッチの使用もまた提唱されている。ナノ電気機械(NEM)スイッチと呼ばれることもあるこれらのスイッチは、フォトリソグラフィパターン形成技法等の半導体処理技法を利用する微細加工操作を使用して形成されてもよい。
従来の電気機械スイッチは、基板上に形成される。従来の電気機械スイッチは、基板上に形成される、ソース端子、ドレイン端子、およびゲートを有する。片持ち梁は、ゲート上に形成される。梁は、ソース端子に取り付けられる。そのオフ状態において、スイッチのゲートは、低電圧に駆動される。梁は、ドレイン端子上を延在する先端を有する。スイッチのオフ状態において、先端およびドレイン端子は、空気によって分離される。したがって、オフ状態において、電気的接続は、ソースとドレイン端子との間に形成されない(例えば、スイッチが開放されている)。
従来のスイッチのゲートは、スイッチをオン状態に置くように、高電圧に駆動することができる。ソース端子は、オン状態で低電圧に駆動される。オン状態において、ゲート・ソース間電圧(例えば、ゲートとソース端子との間の電圧差)は、梁の先端がドレイン端子に接触するように梁を曲げる、静電力を生成する。梁は、電子のための導電性経路として機能し、それによって、ソースとドレイン端子との間に電気的接続を形成する(例えば、スイッチは閉鎖されている)。
従来の電気機械スイッチは、概して、単一ゲートを有する。結果として、専用制御回路(すなわち、アドレストランジスタ)が必要とされる。制御回路は、スイッチのゲートに接続される。制御回路は、スイッチがオンにされているか、またはオフにされているかを判定する。例えば、制御回路は、スイッチをそれぞれオンまたはオン状態に置くように、ゲートを高電圧または低電圧に駆動することができる。
1つを超えるスイッチが使用されるシナリオにおいて、各スイッチは、スイッチを所望の状態に置くために、対応する制御回路を必要とする。例えば、64×128アレイのスイッチは、8192(64×128)の制御回路を必要とする。したがって、多数の単一ゲートスイッチを使用する用途において、各スイッチを制御するために多数の制御回路がまた必要とされる。制御回路は、集積回路上の容認し難いほど大きな面積を消費し得る。
集積回路は、構成可能なマルチゲートスイッチ回路が提供されてもよい。構成可能なマルチゲートスイッチ回路は、スイッチ制御回路と、マルチゲート電気機械スイッチのアレイとを含んでもよい。スイッチ制御回路は、行制御信号および列制御信号を提供してもよい。
マルチゲートスイッチのアレイ内の各マルチゲートスイッチは、第1の端子と、第2の端子と、第1のゲートと、第2のゲートとを含んでもよい。導電性の可撓性ブリッジ構造(例えば、片持ち梁、あるいは導電性材料から形成されるか、または導電性材料で被覆される、他の可撓性であり、したがって偏向可能な構造)は、第1の端子に取り付けられてもよい。ブリッジ構造は、ゲートを越えて延在してもよい。ブリッジは、マルチゲートスイッチがオフ状態の時に第2の端子に覆いかぶさる先端を有してもよい。先端は、第1および第2のゲート上の制御信号を調整することによって、変形されてもよい。例えば、マルチゲートスイッチがオン状態の時に、第2の端子と物理的に接触するように下方に曲げることによって、可撓性ブリッジ構造を変形させる第1および第2のゲート上に、制御信号は置かれてもよい。
マルチゲートスイッチは、スイッチのゲートにおいて印加される電圧に基づいて構成(開放または閉鎖されるように設定)されてもよい。
列制御信号は、マルチゲートスイッチの第1のゲートに提供されてもよい。行制御信号は、マルチゲートスイッチの第2のゲートに提供されてもよい。列および行制御信号は、マルチゲートスイッチアレイに所望のスイッチ状態をロードするために調整されてもよい。
スイッチアレイは、スイッチのグループに配設されてもよい。例えば、4つのスイッチのグループが形成されてもよい。4つのスイッチの各グループは、マルチプレクサを実装するために使用されてもよい。マルチプレクサは、プログラム可能論理デバイス回路等のプログラム可能回路において使用されてもよい。
スイッチアレイ回路のさらなる特徴、その性質、および種々の利点は、添付の図面および以下の発明を実施するための形態からより明らかになるであろう。
例えば、本願は、以下の項目も提供する。
(項目1)
第1の端子および第2の端子と、第1の制御ゲートおよび第2の制御ゲートと、該第1の制御ゲートおよび該第2の制御ゲートと関連する電圧に応じて屈曲するように動作可能な可撓性の導電性構造とを備える、少なくとも1つのマルチゲートスイッチを備え、該可撓性の導電性構造の屈曲は、該第1の端子および該第2の端子を短絡するように動作可能である、マルチゲートスイッチ回路。
(項目2)
マルチプレクサを形成するように、前記マルチゲートスイッチの前記第2の端子を、複数のマルチゲートスイッチの中の第2のマルチゲートスイッチの第2の端子に電気的に連結する、導電性経路をさらに備える、項目1に記載のマルチゲートスイッチ回路。
(項目3)
第1および第2の制御信号線をさらに備え、前記第1の制御ゲートは、前記第1の制御信号線にさらに連結される複数のマルチゲートスイッチの中の第2のマルチゲートスイッチの第1の制御ゲートに連結され、前記第2の制御ゲートは、前記第2の制御信号線にさらに連結される前記複数のマルチゲートスイッチの中の第3のマルチゲートスイッチの第2の制御ゲートに連結される、項目1に記載のマルチゲートスイッチ回路。
(項目4)
複数の信号経路をさらに備え、前記マルチゲートスイッチの前記第1の端子は、前記複数の信号経路のうちの選択された1つに連結される、項目1に記載のマルチゲートスイッチ回路。
(項目5)
前記マルチゲートスイッチは、それぞれが第1の端子および第2の端子と、第1の制御ゲートおよび第2の制御ゲートと、前記第1の制御ゲートおよび前記第2の制御ゲートと関連する電圧に応じて屈曲するように動作可能な可撓性の導電性構造とを有する、複数のマルチゲートスイッチのうちの1つを備え、前記マルチゲートスイッチは、マルチゲートスイッチの行および列を備えるアレイに配設され、前記マルチゲートスイッチ回路はさらに、
複数の列制御信号線であって、前記列制御信号線のうちの少なくとも1つは、前記アレイ内の対応する列にある前記マルチゲートスイッチの前記第1の制御ゲートに連結される、複数の列制御信号線と、
複数の行制御信号線であって、前記行制御信号線のうちの少なくとも1つは、前記アレイ内の対応する行にある前記マルチゲートスイッチの前記第2の制御ゲートに連結される、複数の行制御信号線と
を備える、項目1に記載のマルチゲートスイッチ回路。
(項目6)
行制御信号を前記複数の行制御信号線に提供するように動作可能であり、かつ列制御信号を前記複数の列制御信号線に提供するように動作可能である、スイッチ制御回路をさらに備える、項目5に記載のマルチゲートスイッチ回路。
(項目7)
前記行制御信号を前記複数の行制御信号線上に駆動させるように動作可能であり、かつ前記列制御信号を前記列制御信号線上に駆動させるようにさらに動作可能である、バッファをさらに備える、項目6に記載のマルチゲートスイッチ回路。
(項目8)
前記複数のマルチゲートスイッチのうちの少なくともいくつかの前記第2の端子は、マルチプレクサを形成するように一緒に連結される、項目5に記載のマルチゲートスイッチ回路。
(項目9)
前記マルチゲートスイッチのうちの少なくとも1つの前記第1の端子は、信号経路に連結されるマルチプレクサ入力を形成する、項目5に記載のマルチゲートスイッチ回路。
(項目10)
前記マルチゲートスイッチは、4つのグループに配設され、4つのマルチゲートスイッチの少なくとも1つのグループの前記第2の端子は、マルチプレクサを形成するように一緒に連結される、項目5に記載のマルチゲートスイッチ回路。
(項目11)
前記スイッチの第1のグループの前記第2の端子は、第1のマルチプレクサ出力を備える第1のマルチプレクサを形成するように一緒に連結され、前記スイッチの第2のグループの前記第2の端子は、第2のマルチプレクサ出力を備える第2のマルチプレクサを形成するように一緒に連結され、前記スイッチの第3のグループの前記第2の端子は、第3のマルチプレクサを形成するように一緒に連結され、前記第3のマルチプレクサの中の前記スイッチのうちの第1のスイッチの前記第1の端子は、前記第1のマルチプレクサ出力に連結され、前記第3のマルチプレクサの中の前記スイッチのうちの第2のスイッチの前記第1の端子は、前記第2のマルチプレクサ出力に連結される、項目5に記載のマルチゲートスイッチ回路。
(項目12)
前記マルチゲートスイッチは、プルイン電圧より大きい前記第1および第2の制御ゲート上の全電圧に応じてオン状態で動作し、前記マルチゲートスイッチは、プルアウト電圧より小さい前記第1および第2の制御ゲート上の前記全電圧に応じてオフ状態で動作し、前記プルアウト電圧は、前記プルイン電圧より小さい、項目1に記載のマルチゲートスイッチ回路。
(項目13)
前記マルチゲートスイッチはさらに、前記プルアウト電圧より大きく、前記プルイン電圧より小さい前記第1および第2の制御ゲート上の前記全電圧に応じて保留状態で動作する、項目12に記載のマルチゲートスイッチ回路。
(項目14)
前記マルチゲートスイッチは、プルアウト電圧より大きく、プルイン電圧より小さい前記第1および第2の制御ゲート上の全電圧に応じて保留状態で動作し、前記プルアウト電圧は、前記プルイン電圧より小さい、項目1に記載のマルチゲートスイッチ回路。
(項目15)
前記マルチゲートスイッチは、プログラム可能論理回路の一部を形成し、前記マルチゲートスイッチは、前記プログラム可能論理回路に対する論理関数を実装するように動作可能である、項目1に記載のマルチゲートスイッチ回路。
図1Aは、従来の電気機械スイッチの概略断面側面図である。
図1Bは、従来の電気機械スイッチの概略図である。
図2は、従来の電気機械スイッチの切替挙動を示すグラフである。
図3Aは、本発明の実施形態に従う、例示的なマルチゲート電気機械スイッチの概略断面側面図である。
図3Bは、本発明の実施形態に従う、例示的なマルチゲート電気機械スイッチの概略図である。
図4、5、および6は、本発明の実施形態に従う、マルチゲートスイッチのゲートに印加されてもよい例示的な電圧値を示す表である。
図4、5、および6は、本発明の実施形態に従う、マルチゲートスイッチのゲートに印加されてもよい例示的な電圧値を示す表である。
図4、5、および6は、本発明の実施形態に従う、マルチゲートスイッチのゲートに印加されてもよい例示的な電圧値を示す表である。
図7は、本発明の実施形態に従う、印加されたゲート電圧の種々の組み合わせの関数としてのマルチゲート電気機械スイッチの例示的な動作モードを示す表である。
図8および9は、本発明の実施形態に従う、マルチゲート電気機械スイッチの切替挙動を示す図である。
図8および9は、本発明の実施形態に従う、マルチゲート電気機械スイッチの切替挙動を示す図である。
図10は、本発明の実施形態に従う、構成可能なマルチゲートスイッチ回路の概略図である。
図11は、本発明の実施形態に従う、図10に示される種類の構成可能なマルチゲートスイッチ回路を構成することに関わる例示的なステップのフローチャートである。
図12は、本発明の実施形態に従う、二段階の構成可能なマルチゲートスイッチ回路の概略図である。
図13は、本発明の実施形態に従う、図12に示される種類の二段階の構成可能なマルチゲートスイッチ回路を構成することに関わる例示的なステップのフローチャートである。
集積回路は、スイッチの使用を必要とすることが多い。スイッチは、オフ状態で動作してもよく(すなわち、スイッチは開放されていてもよい)、またはオン状態で動作してもよい(すなわち、スイッチは閉鎖されていてもよい)。スイッチは、電気回路において、2つの別々の端子に接続されてもよい。オフ状態において、2つの端子は、電流がスイッチを通って2つの端子間を流れないように、電気的に切断される。オン状態において、2つの端子は、電流が2つの端子間を流れることができるように、電気的に接続される。スイッチのアレイを含む集積回路は、クロスバースイッチ回路、プログラム可能論理デバイス集積回路等のプログラム可能集積回路、回路の構成可能なブロックを伴う特定用途向け集積回路等を含んでもよい。
集積回路は、種々の種類のスイッチを有してもよい。集積回路は、金属酸化物半導体(MOS)トランジスタを含んでもよい。MOSトランジスタは、ソース端子、ドレイン端子、およびゲートを含む。ソース−ドレイン端子は、典型的に、シリコン基板上に直接形成される高ドープ領域である。ゲート(例えば、ポリシリコンゲート)は、ソースとドレイン端子を分離させる基板内の低ドープ領域上に形成される。ゲート酸化物の薄層は、ポリシリコンゲートと低ドープ領域との間に形成される。
チャネルは、ゲート酸化物の真下にある基板(例えば、低ドープ領域)の表面において形成される。MOSトランジスタをオンにする第1のセットの電圧に、ソース−ドレイン端子およびゲートを駆動することができる。オン状態において、電流は、チャネルを通ってソースとドレイン端子との間を流れる。MOSトランジスタをオフにする第2のセットの電圧に、ソース−ドレイン端子およびゲートを駆動することができる。オフ状態において、電流は、ソースとドレイン端子との間を流れることを止める。
チャネル内の電場(例えば、ゲートとソース端子との間の電圧差から生じる電場)の制御は、電流がMOSトランジスタを通って流れるかどうかを判定する。MOSトランジスタが(例えば、オフ状態からオン状態またはその逆に)切り替わる時、MOSトランジスタのゲートは、決して物理的に移動しない。
MOSトランジスタに加えて、集積回路は、微小電気機械システム(MEMS)スイッチ等の電気機械スイッチを含んでもよい。小さいバージョンのこれらのスイッチは、ナノ電気機械(NEM)スイッチと呼ばれることもある。集積回路上での使用のために、MEMSスイッチは、モダントランジスタ回路の寸法(例えば、10平方ミクロン未満、1平方ミクロン未満、0.1平方ミクロン未満等)におよそ匹敵する寸法で製造されてもよい。典型的な製造スキームにおいて、シリコン基板は、半導体製造技法(例えば、リソグラフィ、ウェットおよび/またはドライエッチング、蒸着、酸化等)を使用してエッチングされ、パターン形成されてもよい。MEMSスイッチを形成するための半導体製造技法の使用は、スイッチを小型の寸法で製造することを可能にする。
MOSトランジスタと対照的に、電気機械スイッチは、切替時に物理的に移動する部分を有する。いくつかの種類の電気機械スイッチは、特定のMOSトランジスタスイッチよりもいくらか大きな面積を消費し得るが、電気機械スイッチは、強化された性能を示し得る。例えば、電気機械スイッチは、ゼロ漏洩電流およびMOSトランジスタスイッチと比べて向上した放射線耐性を示し得る。所望される場合、MOSトランジスタおよび電気機械スイッチは、両方の種類の技術に適合する半導体製造技法を使用して、同じシリコン上で製造されてもよい。
従来の電気機械スイッチ10の断面図が図1Aに示される(図1Bは、対応する回路図記号を示す)。従来のスイッチ10は、基板12上に形成される。スイッチ10は、基板12上に形成される、ソース端子16、ドレイン端子18、およびゲート14を有する。スイッチ10は、ソース端子16に取り付けられる片持ち梁20を含む。梁20は、ゲート14を越えて延在し、ドレイン端子18に覆いかぶさる先端を有する。
スイッチのオフ状態において、梁20の先端は、空気によってドレイン端子18から分離される。スイッチのオン状態において、先端がドレイン端子18と直接接触するように、梁20は、物理的に下方に曲がる。物理的に下方に曲がる梁20の動作は、大幅な機械的遅延を発生させる。結果として、電気機械スイッチの切替時間は、典型的には、MOSトランジスタの切替時間よりも遅い。
従来のスイッチ10の状態は、ゲート・ソース間電圧(VGS)に依存する。ゲート・ソース間電圧は、ゲート14とソース端子16との間の電圧差である。図2は、ドレイン電流対VGSを示す(例えば、従来のスイッチ10の切替挙動を図示する)。図2は、ソース端子16およびドレイン端子18がそれぞれ接地および供給電圧で保持されると想定する。
従来のスイッチ10は、ゲート14が接地電圧VOFFに駆動される時に、開放されている(例えば、図2参照)。ゼロ電流IOFFに示されるように、電流は、オフ状態でスイッチ10を通って流れない。スイッチ10が現在開放されている場合、ゲート14が中間電圧VHOLDに上昇されたとしても、スイッチ10は開放されたままである。これは、電圧VHOLDが、スイッチを閉鎖するのに十分なほどには、スイッチの梁を曲げるには不十分であるためである。
従来のスイッチ10が現在開放されている場合、スイッチ10は、ゲート14が供給電圧VONに上昇された場合にオンとなる(例えば、閉鎖される)。供給電圧VONは、プルイン電圧VPIより大きい。プルイン電圧VPIは、ゲート電圧が開放スイッチを閉鎖するために克服する必要がある、最小閾値電圧である。経路22は、オフ状態からオン状態に移行するスイッチ10の挙動を図示する。電流IONに示されるように、電流は、オン状態でスイッチ10を通って流れる。
従来のスイッチ10が現在閉鎖されている場合、ゲート14が中間電圧VHOLDに低下されたとしても、スイッチ10は閉鎖されたままである。中間電圧VHOLDは、VPIより小さいが、プルアウト電圧VPOより大きい。ゲート電圧は、閉鎖スイッチを開放させるために(すなわち、ドレイン18との物理的接触から片持ち梁29を離脱させるために)、プルアウト電圧VPOより低い電圧に駆動されなければならない。経路24は、オン状態からオフ状態に移行するスイッチ10の挙動を図示する。図2の曲線で示されるヒステリシスは、MEMSスイッチの機械構造間の相互作用によって生じる。
従来のスイッチ10は、(例えば、スイッチをオンまたはオフにするために)ゲート14上の電圧を制御するように専用制御回路(例えば、アドレストランジスタ)を必要とする。したがって、多数のスイッチ10を使用する用途は、多数の対応する制御回路を必要とする。例えば、128×256スイッチのアレイは、32,768(128×256)の制御回路を必要とする。したがって、従来のスイッチに対する制御回路は、集積回路チップ上で所望されるよりもより大きな面積を占め得る。
構成可能なマルチゲート電気機械スイッチを使用することによって、スイッチを構成するために必要とされる制御回路の数を減少させ得る集積回路が提供されてもよい。集積回路上のスイッチのアレイにおいて使用されてもよい種類の、構成可能なマルチゲート電気機械スイッチ26の断面図が図3Aに示される。図3Bは、マルチゲートスイッチ26の回路図記号を示す。
図3Aに示されるように、マルチゲートスイッチ26は、基板28上に形成される。基板28は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンオンインシュレータ、ガラス、および他の絶縁材料等であってもよい。マルチゲートスイッチ26は、基板28上に形成される、第1の端子34、第2の端子36、第1のゲート30(G1)、および第2のゲート32(G2)を有してもよい。典型的な配設において、スイッチ26の構造の一部または全ては、MEMS技術を使用して(例えば、小型デバイス構造を形成するように、ウェットおよび/またはドライエッチング、フォトリソグラフィパターン形成、蒸着等の半導体製造技法を使用して)形成されてもよい。端子34および36は、スイッチ26に対するメインスイッチ端子を形成する。スイッチ26が閉鎖されている時、電流は、端子34と36との間を自由に流れる。ゲート端子30および32は、制御端子として機能する。スイッチ26の状態は、ゲート端子30および32に印加される電圧を制御することによって、制御することができる。
端子30および32上の電圧はそれぞれ、ゲート電圧VG1およびVG2と呼ばれてもよい。端子34の電圧は、ソース電圧VSと呼ばれてもよい。G1と第2の端子36との間の電圧差(例えば、VG1マイナスVS)は、VGS1と呼ばれてもよい。G2と第2の端子36との間の電圧差(例えば、VG2マイナスVS)は、VGS2と呼ばれてもよい。マルチゲートスイッチ26は、第1の端子34に取り付けられるブリッジ38等の導電性ブリッジ構造を含んでもよい。ブリッジ38は、(一例として)片持ち梁構造を使用して実装されてもよい。図3Aの図に示されるように、ブリッジ38は、第1のゲート30および第2のゲート32を越えて延在してもよく、第2の端子36に覆いかぶさる先端を有してもよい。第1および第2の端子34および36は、ソース−ドレイン端子と呼ばれることがあってもよい。
マルチゲートスイッチ26は、プルアウト電圧VPOおよびプルイン電圧VPI等の2つの臨界閾値電圧を有してもよい。スイッチ26をオフ状態からオン状態にするためには、総ゲート・ソース間電圧VGS12(例えば、VGS1およびVGS2の和)を、VPIより大きくなるように増加させなければならない。スイッチ26をオン状態からオフ状態にするためには、総VGS12を、VPOより小さくなるまで低下させなければならない。例えば、プルアウト電圧VPOおよびプルイン電圧VPIはそれぞれ、(図4に示されるように)2ボルト(V)および11Vに等しくてもよい。実際には、VGS1およびVGS2の値は、総ゲート電圧VGS12を形成するように、完全に直線的に、等しく加重される様式で組み合わされなくてもよい。本明細書に説明される方法は、VGS1およびVGS2の加重和または他の何らかの関数を使用することによって、容易にそのようなケースに拡張することができる。
スイッチ26のアレイを構成するために、スイッチ制御回路は、ゲートG1およびG2の電圧を調整してもよい。これは、行および列制御信号線を使用して効率的に達成されてもよい。
第1のゲート30(G1)は、動作の様々な段階中に、種々の電圧値に駆動されてもよい。一例として、G1は、所与の時間において、4つの異なる電圧値V1、V2、V3、およびV4のうちの1つに駆動されてもよい。図5に示されるように、電圧値V1、V2、V3、およびV4はそれぞれ、0V、5V、10V、および3Vに等しくてもよい。
同様に、第2のゲート32(G2)は、種々の電圧値に駆動されてもよい。例えば、G2は、3つの異なる電圧値VA、VB、およびVCのうちのいずれか1つに駆動されてもよい。電圧値VA、VB、およびVCはそれぞれ、(図6に示されるように)0V、5V、および3Vに等しくてもよい。
図4〜7に示される電圧値は、単なる例示である。第1のゲート30は、所望される場合、4つを超えるまたは4つ未満の電圧値に駆動されてもよい。第1のゲート30は、少なくとも2つの電圧値(例えば、低電圧値および中間電圧値)に駆動されてもよい。VG1上で2つの電圧のみを使用するように構成されるマルチゲートスイッチは、より低い雑音マージンを有してもよい。同様に、第2のゲート32は、3つを超える電圧値に駆動されてもよい。所望される場合、G1およびG2を駆動するために、他の適した電圧値が使用されてもよい。
図7の表は、マルチゲートスイッチ26に印加することができるゲート電圧の可能な組み合わせを列挙する。行AおよびBは、G1の電圧(VG1)がV1(例えば、0V)に駆動される第1のシナリオに対応する。行CおよびDは、VG1がV2(例えば、5V)に駆動される第2のシナリオに対応する。行およびFは、VG1がV3(例えば、10V)に駆動される第3のシナリオに対応する。行Gは、VG1がV4(例えば、3V)に駆動される第4のシナリオに対応する。
第1に、第1の端子(「ソース」)34の電圧が0Vであると想定する。第1のシナリオにおいて、VG2は、VAまたはVBに駆動されてもよい。VG2がVA(例えば、0V)に駆動される場合、総VGS12は、(行A、列4に示されるように)0Vに等しい。この総VGSは、VPOおよびVPIより小さい。したがって、V1でのVG1ならびにVG2およびVAの組み合わせは、常にスイッチ26を開放させる。行Aは、消去モード(リセットまたはクリアモードと呼ばれることもある)に対応する。VG2がVB(例えば、5V)に駆動される場合、総VGS12は、5V(行B、列4)に等しい。
第2のシナリオにおいて、VG2はまた、VAまたはVBにも駆動される。VG2がVAに駆動される場合、総VGS12は、5V(行C、列4)に等しい。VG2がVBに駆動される場合、総VGS12は、10V(行D、列4)に等しい。
第3のシナリオにおいて、VG2は、同様に、VAまたはVBに駆動されてもよい。VG2がVAに駆動される場合、総VGS12は、10V(行E、列4)に等しい。VG2がVBに駆動される場合、総VGS12は、15V(行F、列4)に等しい。
行B〜Eの総VGS12は、VPI(例えば、11V)より小さい。したがって、行B〜Eは、マルチゲートスイッチがその現在の状態に留まっている(例えば、スイッチが現在オフの場合はオフ状態にあり、またはスイッチが現在オンの場合はオン状態にある)保留モードに対応する。行Fの総VGS12は、VPIより大きくてもよい。したがって、行Fは、マルチゲートスイッチがオフ状態からオン状態に移行する閉鎖モードに対応してもよい。
第4のシナリオにおいて、VG1およびVG2はそれぞれ、3Vに駆動されてもよい。したがって、総VGS12は、6Vに等しい。6VのVGS12は、VPOとVPIとの間にあるため、行Gは、動作モードに対応する。動作モードにおいて、VSの値に関係なく、先に開放されているスイッチは、開放されたままであり、その一方、先に閉鎖されているスイッチは、閉鎖されたままである。行B〜Eの種々の保留モードとは異なり、動作モードの電圧VSG12は、最適動作点(すなわち、制御信号変動、ならびにソース−ドレイン端子34および36を通過する電圧の変動によって妨害されそうにない動作電圧)に等しくなるように選択されてもよい。
図7に示されるマルチゲートスイッチの挙動は、行および列制御信号を使用して、スイッチのアレイに所望のスイッチ状態のパターンをプログラムすることを可能にする。特定の列内のスイッチを消去またはプログラムするために取られる措置は、他の列に先にロードされた状態を乱すことなく、スイッチのその列上で実施することができる。
第1の端子34の電圧(例えば、ソース電圧VS)は、特にデバイスの動作中は、常に0Vでなくてもよい。したがって、総VGS12は、VSの値に応じて変化してもよい。VGS12は、VGS1(例えば、VG1マイナスVS)およびVGS2(例えば、VG2マイナスVS)の和に等しいため、VSにおける変化は、総和において2倍現れる。例えば、VSは、1Vに等しくてもよい。結果として、総VGSは、VSの2倍(例えば、本実施例においては、2V)低下されてもよい。
総VGS12におけるこの変化は、図7の5列目に反映される。行Aの新しいVGS12は、依然としてVPOおよびVPIより小さいままである(例えば、消去モード)。行B〜Eの新しいVGSは、依然としてVPOより大きく、VPIより小さい(例えば、保留モード)。行Fの新しいVGSは、依然としてVPIより大きい(例えば、閉鎖モードまたはプログラムモード)。行Gの新しいVGSは、依然としてVPOとVPIとの間である(例えば、動作モード)。動作モードでは、V3の値は、VGS12の動作マージンと下限(例えば、VGS12がVPOにより近い時)のVPOの動作マージンとの間の、ならびにVPIの動作マージンと上限(例えば、VGS12がVPIにより近い時)のVPIとの間の電圧マージンを最大にするように選択されてもよい。
図7の表のグラフ表示が図8に示される。スイッチ26は、オフ状態からオン状態に移行する時に経路40を横断してもよく、オン状態からオフ状態に移行する時に経路42を横断してもよい。プルイン電圧VPIは、スイッチを閉鎖するように十分に大きい静電ポテンシャルが、ゲート(例えば、G1およびG2)と第1の端子34との間に形成される閾値電圧を表してもよい。十分に大きい静電力は、ブリッジ38を下方に曲げ、第2の端子36と接触させてもよい。VGS12が、VPIより小さいより低い電圧に低下されるまで、原子間力は、ブリッジ38を端子36に取り付けた(例えば、「固着」)ままにさせてもよい。より低い電圧は、プルアウト電圧VPOであってもよい。
ヒステリシスループは、閾値電圧VPIとVPOとの間の領域に存在してもよい(例えば、経路40および42の移行)。ヒステリシスループは、マルチゲートスイッチ26における記憶効果を提供する。言い換えれば、スイッチに所望の状態(例えば、オンまたはオフ状態)がロードされると、スイッチは、(例えば、総VGS12をVPIより上またはVPOより下に駆動することによって)ヒステリシスループを出るのに十分な圧力がスイッチに印加されるまで、所望の状態を保持してもよい。
所望のスイッチ状態がロードされると、マルチゲートスイッチ26は、動作モードに置かれてもよい。動作モードにおいて、総VGS12は、動作電圧(例えば、V4およびVCの和)に駆動されてもよい。図9に示されるように、VSにおける正の変化は、総VGS12をVSの2倍減少させてもよい。動作時にソース上に伝送される信号に起因して、VSにおける変化(例えば、0Vから−1V)もまた可能である。VSにおけるこの負の変化は、総VGS12を、例えば、2Vの2倍増加させてもよい。したがって、ヒステリシスループの中間点において(例えば、VPOおよびVPIの平均に等しい最適電圧値において)動作電圧を設定することが所望され得る。このような方法で動作される場合、スイッチ26は、VS差異に対して最大の耐性を有してもよい。
構成可能なマルチゲートスイッチ回路は、図10の集積回路44等の集積回路上に形成されてもよい。集積回路44は、オフチップソースからの電力供給信号および接地信号を受信する外部供給ピン46を有してもよい。ピン46はまた、集積回路44に、および該集積回路44からデータを伝達する入出力回路に結合されてもよい。
回路44上のマルチゲートスイッチ回路は、スイッチ制御回路48と、マルチゲートスイッチ26のアレイとを含んでもよい。スイッチ制御回路48は、行制御信号および列制御信号を提供してもよい。行および列制御信号は、マルチゲートスイッチのアレイを構成するために使用されてもよい。行および列制御信号は、バッファ51を使用してバッファされてもよい。
マルチゲートスイッチのアレイは、行および列に配設されるスイッチ26を有してもよい。各行制御信号は、対応する行に沿って配設されるマルチゲートスイッチの第2のゲートに接続されてもよい。各列制御信号は、対応する列に沿って配設されるマルチゲートスイッチの第1のゲートに接続されてもよい。各列内のスイッチは、4つのグループに配設さてもよい。4つのマルチゲートスイッチの各グループは、マルチプレクサ50(例えば、4対1マルチプレクサ)を形成してもよい。4つのスイッチの各グループにおいて、スイッチの第2の端子は、マルチプレクサ出力52を形成するように一緒に接続されてもよい。各マルチプレクサ50の中の各マルチゲートスイッチの第1の端子は、集積回路44上の他の回路(図示せず)から供給される別々の入力(例えば、入力(0,0)、入力(1,0)等)に接続されてもよい。別々の入力は、それらは異なる信号経路に接続されるため、一緒に接続されなくてもよい。所望される場合、別々の入力のうちの少なくともいくつかは、共通信号経路に接続されてもよい。
図10のスイッチ回路は、単なる例示である。例えば、所望される場合、2対1マルチプレクサ、8対1マルチプレクサ、または他の種類の回路が回路44上に実装されてもよい。さらに、スイッチがあらゆる行および列の交点に位置する必要はない。
図10の実施例は、マルチゲートスイッチの8×2アレイを含む(例えば、16のスイッチが示される)。実際には、スイッチのより大きなまたはより小さなアレイが形成されてもよい。図10の構成で、スイッチ制御回路は、16のスイッチを構成するように、8つの対応する行制御信号および2つの対応する列制御信号を提供してもよい。各制御信号は、1つの制御回路を必要としてもよい。したがって、図10の構成可能なスイッチ回路は、10の制御回路を必要としてもよい。従来の単一ゲートスイッチが使用された場合、16の専用制御回路が必要とされる。したがって、従来の単一ゲートスイッチの代わりにマルチゲートスイッチ26を使用することは、特に大きなスイッチアレイにおいて、所与のアレイに使用される制御回路の数を著しく減少させ得る。例えば、128×256スイッチアレイにおいて、(前述のように)従来の単一ゲートスイッチが使用された場合、32,768の制御回路が必要とされる。しかしながら、マルチゲートスイッチ26が使用された場合、384の制御回路(例えば、128プラス256)のみが必要とされる。所望される場合、任意の寸法および数のスイッチのアレイが形成されてもよい。図10の構成は、単なる例示である。
図11は、図10と関連して説明される種類のマルチゲートスイッチ回路を構成することに関わる例示的なステップを示す。最初に、スイッチアレイは、電圧V1およびVAをそれぞれ、全ての列および行制御信号線上に置くことによってクリア(例えば、リセット)されてもよい(ステップ54)。列および行制御信号のこの組み合わせは、全てのスイッチを開放させる消去モードに対応するVGS12値をもたらす。行および列制御信号は、同時に、または連続的にアサートされてもよい。
リセット段階の後、行制御信号の所望のパターンをアサートする一方で、所与の列制御信号を体系的にアサートすることによって、アレイに所望のスイッチ状態が構成されてもよい(ちなわち、所望のセットのスイッチ構成がロードされてもよい)(ステップ56)。例えば、ステップ58において、所与の列は、対応する列制御信号をV3にすることによって選択されてもよい。その他の列制御信号は、V2に駆動されてもよい。この種類の配設では、その他の列にあるスイッチは、VG2に印加される電圧値に関係なく、保留モードのままである(例えば、図7の行CおよびD参照)。
電圧VBを対応する行制御信号線上に駆動させることによって、選択された列上の特定のスイッチが閉鎖されてもよい(例えば、図7の行F参照)。
あるいは、電圧VAを対応する行制御信号線上に置くことにより、スイッチを開放させたまま保ってもよい(ステップ60)。行制御信号は、同時に(例えば、スキャンチェーンを使用して)、または連続的に(例えば、デコーダを使用して)アサートされてもよい。
構成されるより多くの列がある場合(ステップ62)、ロードする別の列が選択されてもよい(ステップ64)。別の列は、ステップ60において前述したのと同じ方法でロードされてもよい。
アレイ全体に所望のスイッチ状態がロードされると、スイッチは、電圧V4およびVCをそれぞれ、全ての列および行制御信号上に駆動させることによって、動作モードに置かれてもよい(ステップ66)。このような方法で駆動される場合、スイッチは、ヒステリシスループ内(VPOとVPIとの間)に留まり、それらの所望のロードされたスイッチ状態を保持する。
次いで、スイッチは、コンピュータシステム等のシステムの一部として使用されてもよい(ステップ68)。スイッチは、構成可能な切替ネットワークとして使用されてもよい。スイッチは、所望のカスタム論理関数(例えば、ユーザ回路設計)を提供するように、プログラム可能論理デバイス回路等のプログラム可能回路において使用されてもよい。この種類の環境において、スイッチは、コンピュータ支援設計システムを使用して作成されるプログラミングデータに基づいて、所望の電気的接続を形成するように構成されてもよい。所望される場合、スイッチは、(例えば、クロスバースイッチ、特定用途向け集積回路の一部等として)他の種類の集積回路において使用されてもよい。
マルチゲートスイッチ回路は、起動後、1回を超えて構成されてもよい。新しいセットのスイッチ状態は、所望の機能性を提供するように、いつでもロードされてもよい。
所望される場合、マルチプレクサは、多段階マルチプレクサを形成するようにカスケードされてもよい。図12に示されるように、2つの4対1マルチプレクサ50は、2つの出力経路52を有してもよい。2対1マルチプレクサ72は、2つの入力端子を有してもよい。2つの出力経路は、マルチプレクサ72の2つの入力端子に接続されてもよい。2つのマルチプレクサ50は、第1の状態を形成してもよい。マルチプレクサ72は、第2の段階を形成してもよい。第2の段階でカスケードされた第1の段階は、8対1マルチプレクサ70を形成してもよい。マルチプレクサ72は、マルチプレクサ70の出力74を形成する出力を有してもよい。マルチプレクサ70は、出力74に接続するように、8つの入力信号(例えば、入力0から入力7)のうちの1つを選択してもよい。この種類のカスケード構成を使用して、より複雑なマルチプレクサが形成されてもよい(例えば、16対lマルチプレクサ、32対1マルチプレクサ等)。
図12に示される種類の二段階マルチプレクサの構成は、図13に示されるような追加のローディングステップを含んでもよい。ステップ76において、第1の段階(マルチプレクサ50)におけるスイッチがクリアされてもよい。リセット後、第1の段階におけるスイッチは、初期化スイッチ状態をロードされてもよい。このような方法で構成される場合、第2の段階(マルチプレクサ72)への入力(例えば、経路52)は、非浮動である。
ステップ80において、第2の段階におけるスイッチがクリアされてもよい。第2の段階におけるスイッチがクリアされると、第2の段階におけるスイッチに所望のスイッチ状態がロードされてもよい(ステップ82)。
この時点で、第1の段階におけるスイッチが再度クリアされてもよい(ステップ84)。ステップ86において、第1の段階おけるスイッチに所望のスイッチ状態がロードされてもよい。第1および第2の段階におけるスイッチに所望のスイッチ状態がロードされると、マルチプレクサ70の中の全てのスイッチは、動作モードに置かれてもよい。
追加の実施形態
追加の実施形態1。複数のマルチゲートスイッチを備え、各マルチゲートスイッチは、第1および第2の端子と、可撓性の導電性構造と、第1および第2の制御ゲートとを有し、可撓性の導電性構造は、第1および第2の制御ゲート上の電圧に応じて、第1および第2の端子を短絡するように変形する、回路。
追加の実施形態2。マルチプレクサを形成するように、複数のマルチゲートスイッチの第2の端子を一緒に電気的に接続する導電性経路をさらに備える、追加の実施形態1の回路。
追加の実施形態3。第1および第2の制御信号線をさらに備え、複数のマルチゲートスイッチの第1の制御ゲートは、第1の制御信号線に接続され、複数のマルチゲートスイッチの第2の制御ゲートは、第2の制御信号線に接続される、追加の実施形態2の回路。
追加の実施形態4。複数の異なる信号経路をさらに備え、複数のマルチゲートスイッチの第1の端子はそれぞれ、複数の異なる信号経路のうちの異なるそれぞれ1つに接続される、追加の実施形態3の回路。
追加の実施形態5。行および列に配設されるマルチゲートスイッチのアレイであって、スイッチはそれぞれ、可撓性の導電性構造と、第1および第2のゲートと、可撓性の導電性構造を変形させることによって、一緒に選択的に短絡される第1および第2の端子とを有する、マルチゲートスイッチのアレイと、それぞれがアレイのそれぞれの列にあるスイッチの第1の端子に連結される、複数の列制御信号線と、それぞれがアレイのそれぞれの列にあるスイッチの第2の端子に連結される、複数の行制御信号線と、を備える、構成可能なマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態6。行制御信号を複数の行制御信号線に提供し、かつ列制御信号を複数の列制御信号線に提供する、スイッチ制御回路をさらに備える、追加の実施形態5の構成可能なマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態7。行制御信号を複数の行制御信号線上に駆動させ、かつ列制御信号を列制御信号線上に駆動させる、バッファをさらに備える、追加の実施形態6の構成可能なマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態8。スイッチのうちの少なくともいくつかの第2の端子は、マルチプレクサを形成するように一緒に接続される、追加の実施形態5の構成可能なマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態9。各マルチプレクサの第1の端子は、マルチプレクサ入力を形成し、各マルチプレクサの第1の端子のそれぞれは、それぞれの信号経路に接続される、追加の実施形態8の構成可能なマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態10。スイッチは、4つのグループに配設され、4つのスイッチの各グループの第2の端子は、それぞれのマルチプレクサを形成するように一緒に接続される、追加の実施形態5の構成可能なマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態11。スイッチの第1のグループの第2の端子は、第1のマルチプレクサ出力を有する第1のマルチプレクサを形成するように一緒に接続され、スイッチの第2のグループの第2の端子は、第2のマルチプレクサ出力を有する第2のマルチプレクサを形成するように一緒に接続され、スイッチの第3のグループの第2の端子は、第3のマルチプレクサを形成するように一緒に接続され、第3のマルチプレクサの中のスイッチのうちの第1のスイッチの第1の端子は、第1のマルチプレクサ出力に接続され、第3のマルチプレクサの中のスイッチのうちの第2のスイッチの第1の端子は、第2のマルチプレクサ出力に接続される、追加の実施形態5の構成可能なマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態12。マルチゲートスイッチ回路を構成するための方法であって、マルチゲートスイッチ回路は、行および列に配設されるマルチゲートスイッチのアレイを含み、各スイッチは、第1および第2の端子と、第1および第2の制御ゲートと、第1および第2の制御ゲート上の信号に応じて変形する可撓性の導電性構造と、を含み、方法は、第1および第2の制御ゲート上の電圧を制御することによって、アレイのマルチゲートスイッチを、オンおよびオフ状態のパターンに置くステップを含む、方法。
追加の実施形態13。アレイのマルチゲートスイッチを、オンおよびオフ状態のパターンに置くステップは、行制御信号および列制御信号を、スイッチ制御回路伴うアレイに提供するステップを含む、追加の実施形態12の方法。
追加の実施形態14。行および列制御信号をアレイに提供するステップは、行制御信号を、アレイのそれぞれの行にあるスイッチの第2の端子に提供し、かつ列制御信号を、それぞれの列にあるスイッチの第1の端子に提供するステップを含む、追加の実施形態13の方法。
追加の実施形態15。各マルチゲートスイッチは、プルアウト閾値電圧を有し、各マルチゲートスイッチは、プルイン閾値電圧を有し、プルアウト閾値電圧は、プルイン閾値電圧より小さく、行および列制御信号をアレイに提供するステップは、対応する行および列制御信号の電圧の和に等しい総ゲート電圧を、各マルチゲートスイッチに供給するステップを含む、追加の実施形態14の方法。
追加の実施形態16。マルチゲートスイッチのうちの少なくとも1つを、そのマルチゲートスイッチの総ゲート電圧をプルアウト電圧より小さい電圧に駆動することによって、オフ状態に強いるステップさらに含む、追加の実施形態15の方法。
追加の実施形態17。マルチゲートスイッチのうちの少なくとも1つを、そのマルチゲートスイッチの総ゲート電圧をプルイン電圧より大きい電圧に駆動することによって、オン状態に強いるステップさらに含む、追加の実施形態15の方法。
追加の実施形態18。マルチゲートスイッチのうちの少なくとも1つを、そのマルチゲートスイッチの総ゲート電圧をプルアウト電圧より大きく、プルイン電圧より小さい電圧に駆動することによって、その状態を保持するように構成するステップさらに含む、追加の実施形態15の方法。
追加の実施形態19。マルチゲートスイッチのそれぞれの総ゲート電圧を、プルアウト電圧とプルイン電圧との間の電圧に駆動することによって、マルチゲートスイッチのアレイを、動作モードで動作するように構成するステップをさらに含む、追加の実施形態15の方法。
追加の実施形態20。マルチゲートスイッチ回路は、プログラム可能集積回路上にプログラム可能論理回路の一部を形成し、方法は、マルチゲートスイッチのアレイを動作モードで動作するように構成するステップと、マルチゲートスイッチのアレイを使用して、複数のマルチプレクサを形成するステップと、マルチプレクサを用いて、プログラム可能論理回路に対する論理関数を実装するステップと、をさらに含む、追加の実施形態19の方法。
追加の実施形態21。第1の端子および第2の端子と、第1の制御ゲートおよび第2の制御ゲートと、第1の制御ゲートおよび第2の制御ゲートと関連する電圧に応じて屈曲するように動作可能な可撓性の導電性構造とを備える、少なくとも1つのマルチゲートスイッチを備え、可撓性の導電性構造の屈曲は、第1の端子および第2の端子を短絡するように動作可能である、マルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態22。マルチプレクサを形成するように、複数のマルチゲートスイッチの中の第2のマルチゲートスイッチの第2の端子に電気的に連結する、導電性経路をさらに備える、追加の実施形態21のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態23。第1および第2の制御信号線をさらに備え、第1の制御ゲートは、第1の制御信号線にさらに連結される複数のマルチゲートスイッチの中の第2のマルチゲートスイッチの第1の制御ゲートに連結され、第2の制御ゲートは、第2の制御信号線にさらに連結される複数のマルチゲートスイッチの中の第3のマルチゲートスイッチの第2の制御ゲートに連結される、追加の実施形態21のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態24。複数の信号経路をさらに備え、マルチゲートスイッチの第1の端子は、複数の信号経路のうちの選択された1つに連結される、追加の実施形態21のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態25。マルチゲートスイッチは、それぞれが第1の端子および第2の端子と、第1の制御ゲートおよび第2の制御ゲートと、第1の制御ゲートおよび第2の制御ゲートと関連する電圧に応じて屈曲するように動作可能な可撓性の導電性構造とを有する、複数のマルチゲートスイッチのうちの1つを備え、マルチゲートスイッチは、マルチゲートスイッチの行および列を備えるアレイに配設され、マルチゲートスイッチ回路はさらに、複数の列制御信号線であって、列制御信号線のうちの少なくとも1つは、アレイ内の対応する列にあるマルチゲートスイッチの第1の制御ゲートに連結される、複数の列制御信号線と、複数の行制御信号線であって、行制御信号線のうちの少なくとも1つは、アレイ内の対応する行にあるマルチゲートスイッチの第2の制御ゲートに連結される、複数の行制御信号線と、を備える、追加の実施形態21のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態26。行制御信号を複数の行制御信号線に提供するように動作可能であり、かつ列制御信号を複数の列制御信号線に提供するように動作可能である、スイッチ制御回路をさらに備える、追加の実施形態25のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態27。行制御信号を複数の行制御信号線上に駆動させるように動作可能であり、かつ列制御信号を列制御信号線上に駆動させるようにさらに動作可能である、バッファをさらに備える、追加の実施形態26のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態28。複数のマルチゲートスイッチのうちの少なくともいくつかの第2の端子は、マルチプレクサを形成するように一緒に連結される、追加の実施形態25のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態29。マルチゲートスイッチのうちの少なくとも1つの第1の端子は、信号経路に連結されるマルチプレクサ入力を形成する、追加の実施形態25のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態30。マルチゲートスイッチは、4つのグループに配設され、4つのマルチゲートスイッチの少なくとも1つのグループの第2の端子は、マルチプレクサを形成するように一緒に連結される、追加の実施形態25のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態31。スイッチの第1のグループの第2の端子は、第1のマルチプレクサ出力を備える第1のマルチプレクサを形成するように一緒に連結され、スイッチの第2のグループの第2の端子は、第2のマルチプレクサ出力を備える第2のマルチプレクサを形成するように一緒に連結され、スイッチの第3のグループの第2の端子は、第3のマルチプレクサを形成するように一緒に連結され、第3のマルチプレクサの中のスイッチのうちの第1のスイッチの第1の端子は、第1のマルチプレクサ出力に連結され、第3のマルチプレクサの中のスイッチのうちの第2のスイッチの第1の端子は、第2のマルチプレクサ出力に連結される、追加の実施形態25のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態32。マルチゲートスイッチは、プルイン電圧より大きい第1および第2の制御ゲート上の全電圧に応じてオン状態で動作し、マルチゲートスイッチは、プルアウト電圧より小さい第1および第2の制御ゲート上の全電圧に応じてオフ状態で動作し、プルアウト電圧は、プルイン電圧より小さい、追加の実施形態21のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態33。マルチゲートスイッチはさらに、プルアウト電圧より大きく、プルイン電圧より小さい第1および第2の制御ゲート上の全電圧に応じて保留状態で動作する、追加の実施形態32のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態34。マルチゲートスイッチは、プルアウト電圧より大きく、プルイン電圧より小さい第1および第2の制御ゲート上の全電圧に応じて保留状態で動作し、プルアウト電圧は、プルイン電圧より小さい、追加の実施形態21のマルチゲートスイッチ回路。
追加の実施形態35。マルチゲートスイッチは、プログラム可能論理回路の一部を形成し、マルチゲートスイッチは、プログラム可能論理回路に対する論理関数を実装するように動作可能である、追加の実施形態21のマルチゲートスイッチ回路。
上述は本発明の原理の単なる例示であり、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、種々の変更が当業者によりなされ得る。上述の実施形態は、個別に、あるいは、任意の組み合わせで実装され得る。