JP3725688B2

JP3725688B2 - Logic unit

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Publication number: JP3725688B2
Application number: JP00843698A
Authority: JP
Inventors: 明彦枚田; 克之町田; 正彦前田; 憶久良木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: JPH11204013A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つの素子で論理演算を実現する静電型可動接点素子、及び静電型可動接点素子を用いた論理演算装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣプロセス技術を活用することにより、半導体基板上に微細な梁構造を作製することで、半導体センサやアクチュエーターなど、可動部を有する微小機械素子を作製した例が多数報告されている。この手法により形成された微小機械素子は、基本的にはＬＳＩ製造と同じ技術により形成されるため、微小機械素子の駆動回路、あるいは検出回路との集積が容易であること、大量生産が可能であるため、製造コストが安価なこと、及び微細構造を容易に形成できること等の利点を有する。
【０００３】
特に、論理回路を実現するための主要部品であるスイッチをマイクロマシン技術により形成する研究は精力的に進められてきた。この中で、静電引力を利用して接点の開閉を行う静電型可動接点素子は、製作プロセスが従来のＳｉプロセスと整合性が良いこと等から有望な技術と考えられる（参考文献：”Dynamic Micromechanics on Silicon:Technique and Devices”IEEE Trans.Electron Devices,ED-25,No 10,(1978)1241.）。
【０００４】
図８（ａ）は従来の静電型可動接点素子の断面図である。この静電型可動接点素子では、絶縁性基体２１の上に可動部駆動用電極２２及び固定コンタクト電極２３ａ，２３ｂが設けられている。また、絶縁性基体２１の上に接続部３３が設けられ、接続部３３の上に支持梁２７が設けられている。
一方が接続部３３を介して基体２１に固定された支持梁２７の固定されていない方の下面には、微小空隙２４を隔てて可動部駆動用電極２２と対向するように可動吸引電極２５が設けられると共に、微小空隙２４を隔てて固定コンタクト電極２３ａ，２３ｂと対向するように可動コンタクト電極２６が設けられている。
可動部駆動用電極２２は、入力端子２９に接続されている。固定コンタクト電極２３ａは、出力端子３０に接続されると共に抵抗３１を介して接地され、固定コンタクト電極２３ｂは、直流電源３２に接続されている。また、接続部３３は接地されている。
【０００５】
可動コンタクト電極２６と支持梁２７との間には絶縁膜２８が形成されているため、可動コンタクト電極２６は、支持梁２７とは絶縁されている。また、可動吸引電極２５は支持梁２７の下面に直接形成されているので、可動吸引電極２５と支持梁２７は導通しており、これにより可動吸引電極２５は接地されている。可動部駆動用電極２２−可動吸引電極２５間に電圧を印加すると、静電引力が発生して両電極が引き合う。この結果、図８（ｂ）に示すように、支持梁２７がたわみ、可動コンタクト電極２６と固定コンタクト電極２３ａ，２３ｂが接触することにより接点が閉じる。電圧印加を停止すると、支持梁２７の弾性力で可動コンタクト電極２６が元の位置に戻ることにより、接点が開放する。
【０００６】
図９にこの静電型可動接点素子を使用したＮＡＮＤ及びＮＯＲの論理回路を示す。図９（ａ）の論理回路はＮＡＮＤ論理を実現する論理回路であり、図９（ｂ）の論理回路はＮＯＲ論理を実現する論理回路である。同図において、４１ａ及び４１ｂが静電型可動接点素子、４２ａ及び４２ｂが入力端子、４３が出力端子、４４が抵抗、４５が直流電源である。
図９に示すように、図８の静電型可動接点素子を使用してＮＡＮＤやＮＯＲ等の論理回路を組むためには、通常のスイッチと同様、２個のスイッチが必要である。さらに、３個以上の入力信号に対する論理を実現するためには、入力信号の数に相当するスイッチの数が必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
静電型可動接点素子には、ＭＯＳＦＥＴで形成したスイッチと比較した場合、低抵抗であるという利点がある。しかし、占有面積は数千μｍ²以上とかなり大きい。このため、一つの論理回路を実現するために複数の静電型可動接点素子を使用すると、論理回路の占有する面積が大きくなる。この結果、静電型可動接点素子を使用した論理回路では、微細化及び高集積化が困難であるという問題点があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、１つの素子でＮＡＮＤやＮＯＲ等の論理演算を実現する静電型可動接点素子及び論理演算装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項１に記載のように、基体に設けられた複数の面積の異なる可動部駆動用電極と、前記基体に設けられた固定接点となる固定コンタクト電極と、前記基体に一部が固定された支持梁と、前記可動部駆動用電極と対向するように前記支持梁に設けられた可動吸引電極と、前記固定コンタクト電極と対向するように前記支持梁に設けられた可動接点となる可動コンタクト電極とを備え、前記複数の可動部駆動用電極のうち同一の電圧値が印加された可動部駆動用電極の面積の合計が前記電圧値に応じて決まる面積のしきい値を超えた場合のみ前記可動部駆動用電極と前記可動吸引電極間の静電引力により前記支持梁を動かして前記固定コンタクト電極と前記可動コンタクト電極とからなる接点の開閉状態を切り換える静電型可動接点素子を備えた複数入力の論理演算装置であって、前記可動部駆動用電極に与えられる各入力信号に対して各可動部駆動用電極の面積に比例する重み関数をかけた演算結果が出力されるものである。このように、可動吸引電極間を引き寄せるための可動部駆動用電極を複数に分割し、その各々の可動部駆動用電極に独立に電圧を印加できるようにした。この構造では、電圧が印加される可動部駆動用電極の数が異なれば、静電引力の働く電極の面積も異なる。この結果、電圧が印加される可動部駆動用電極の数により接点の開閉が制御可能になり、複数入力の論理演算が実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態となる、ＡＮＤ論理を実現する静電型可動接点素子の断面図である。
本実施の形態の静電型可動接点素子では、絶縁性基体１の上に可動部駆動用電極２ａ，２ｂ及び固定コンタクト電極３ａ，３ｂが設けられている。また、絶縁性基体１の上に接続部１３が設けられ、接続部１３の上に支持梁７が設けられている。
【００１２】
このように、一方が接続部１３を介して基体１に固定された支持梁７の固定されていない他方の下面には、微小空隙４を隔てて可動部駆動用電極２ａ，２ｂと対向するように可動吸引電極５が設けられると共に、微小空隙４を隔てて固定コンタクト電極３ａ，３ｂと対向するように可動コンタクト電極６が設けられている。
【００１３】
可動部駆動用電極２ａ，２ｂは、入力端子９ａ，９ｂにそれぞれ接続されている。固定コンタクト電極３ａは、出力端子１０に接続されると共に抵抗１１を介して接地され、固定コンタクト電極３ｂは、出力電圧が５Ｖの直流電源１２に接続されている。また、接続部１３は接地されている。
【００１４】
なお、可動コンタクト電極６と支持梁７との間には絶縁膜８が形成されているため、可動コンタクト電極６は、支持梁７とは絶縁されている。
また、可動吸引電極５は支持梁７の下面に直接形成されているので、可動吸引電極５と支持梁７は導通しており、これにより可動吸引電極５は、支持梁７、接続部１３を介して接地されている。
【００１５】
本実施の形態では、可動吸引電極５、可動部駆動用電極２ａ，２ｂ、支持梁７及び接続部１３をアルミニウムにより形成し、固定コンタクト電極３ａ，３ｂ及び可動コンタクト電極６を金により形成した。各電極の膜厚は、０．５μｍである。
【００１６】
そして、可動コンタクト電極６の面積を６μｍ×１４μｍ、固定コンタクト電極３ａ，３ｂの面積を４μｍ×５μｍ、可動吸引電極５の面積を７μｍ×１０μｍ、可動部駆動用電極２ａ，２ｂの面積を各々３μｍ×１０μｍとした。以下、可動部駆動用電極２ａ，２ｂの面積をそれぞれＳ１，Ｓ２とする。また、支持梁７の幅を１０μｍ、長さを１５μｍ、厚さを０．５μｍとした。
【００１７】
なお、静電引力の発生時に可動吸引電極５と可動部駆動用電極２ａ，２ｂとが接触すると、静電引力が消失してしまうので、静電引力が働いていないときの微小空隙４の厚さ方向（図１上下方向）の大きさは、固定コンタクト電極３ａ，３ｂと可動コンタクト電極６間よりも可動部駆動用電極２ａ，２ｂと可動吸引電極５間の方が大きくなるように設定されている。
【００１８】
これにより、静電引力が生じて固定コンタクト電極３ａ，３ｂと可動コンタクト電極６とが接触しても、可動部駆動用電極２ａ，２ｂと可動吸引電極５は接触しないようになっている。本実施の形態では、微小空隙４の厚さ方向の大きさを、可動部駆動用電極２ａ，２ｂと可動吸引電極５間において０．４μｍとしている。
【００１９】
図２に、可動部駆動用電極の面積と可動部を駆動するために必要な直流電圧との関係を示す。図２から明らかなように、可動部駆動用電極に１５Ｖの直流電圧を印加する場合、支持梁７をたわませるのに必要な静電引力を得るための可動部駆動用電極の面積の合計ＳＶは４０μｍ²以上である。
【００２０】
したがって、入力端子９ａ，９ｂの両方に信号として直流電圧１５Ｖを入力すると、可動部駆動用電極２ａ，２ｂのうち電圧が印加される可動部駆動用電極の総面積ＳＲはＳ１＋Ｓ２、すなわち６０μｍ²となり、ＳＶ＜ＳＲとなるので、支持梁７をたわませるのに十分な静電引力が可動部駆動用電極２ａ，２ｂと可動吸引電極５との間に生じる。
【００２１】
この静電引力により可動吸引電極５が可動部駆動用電極２ａ，２ｂの方に引き寄せられて支持梁７がたわみ、可動コンタクト電極６と固定コンタクト電極３ａ，３ｂとが接触する。
この結果、固定コンタクト電極３ａと３ｂは、可動コンタクト電極６を介して接続されるので、直流電源１２からの電圧５Ｖが出力端子１０に供給される。こうして、出力端子１０に出力される電圧は５Ｖとなる。
【００２２】
一方、入力端子９ａ，９ｂの何れか一方のみに直流電圧１５Ｖを入力した場合、あるいは入力端子９ａ，９ｂのどちらにも電圧を入力しない場合には、可動部駆動用電極２ａ，２ｂのうち電圧が印加される可動部駆動用電極の総面積ＳＲは０あるいは３０μｍ²となり、ＳＲ＜ＳＶとなるので、支持梁７をたわませるのに必要な静電引力が得られない。
したがって、固定コンタクト電極３ａ−３ｂ間は導通しないので、出力端子１０に出力される電圧は０Ｖとなる。
【００２３】
以上のように、本実施の形態の静電型可動接点素子は、入力端子９ａ，９ｂの両方に「１」を表す「Ｈ」レベルの信号（本実施の形態では１５Ｖ）が入力されると、「１」を表す「Ｈ」レベル（５Ｖ）を出力し、入力端子９ａ，９ｂの少なくとも一方に「０」を表す「Ｌ」レベルの信号（電圧を供給しないため０Ｖ）が入力されると、「０」を表す「Ｌ」レベル（０Ｖ）を出力する。
こうして、１つの静電型可動接点素子により、ＡＮＤ論理を実現することができる。
【００２４】
なお、本実施の形態では、可動吸引電極５の面積を７μｍ×１０μｍ、可動部駆動用電極２ａ，２ｂの面積を各々３μｍ×１０μｍとした。しかし、Ｓ１，Ｓ２＜ＳＶ＜Ｓ１＋Ｓ２が成り立つように面積Ｓ１，Ｓ２，ＳＶを設定すれば、他の大きさでも構わないことは言うまでもない。
【００２５】
また、本実施の形態では、可動吸引電極５及び可動部駆動用電極２ａ，２ｂをアルミニウムにより形成したが、導電体であれば他の材料であっても構わない。同様に、固定コンタクト電極３ａ，３ｂ及び可動コンタクト電極６を金により形成したが、両者が接触した際に導通が生じる導電体であれば他の材料を用いても構わない。
【００２６】
また、支持梁７及び接続部１３をアルミニウムにより形成したが、導電体あるいは絶縁体でも構わない。ただし、支持梁７あるいは接続部１３に絶縁体を用いた場合は、可動吸引電極５に電圧を印加できるように配線を引き出す構造にする必要がある。
【００２７】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を示す。図３は、本発明の第２の実施の形態となる、ＮＡＮＤ論理を実現する静電型可動接点素子の断面図である。
本実施の形態の静電型可動接点素子では、固定コンタクト電極３ｂは、出力端子１０に接続されると共に抵抗１１を介して直流電源１２に接続され、固定コンタクト電極３ａは、接地されている。その他の構成は図１と同様である。
【００２８】
以上の構成で、入力端子９ａ，９ｂの両方に信号として直流電圧１５Ｖを入力すると、第１の実施の形態と同様に、静電引力により可動吸引電極５が可動部駆動用電極２ａ，２ｂの方に引き寄せられて支持梁７がたわみ、可動コンタクト電極６と固定コンタクト電極３ａ，３ｂとが接触する。
この結果、固定コンタクト電極３ａと３ｂは、可動コンタクト電極６を介して接続されるので、出力端子１０は固定コンタクト電極３ｂ、可動コンタクト電極６、固定コンタクト電極３ａを介して接地される。したがって、出力端子１０に出力される電圧は０Ｖとなる。
【００２９】
一方、入力端子９ａ，９ｂの何れか一方のみに直流電圧１５Ｖを入力した場合、あるいは入力端子９ａ，９ｂのどちらにも電圧を入力しない場合には、支持梁７をたわませるのに必要な静電引力が得られないため、固定コンタクト電極３ａ−３ｂ間は導通しない。
この結果、抵抗１１を介して直流電源１２からの電圧５Ｖが出力端子１０に供給される。こうして、出力端子１０に出力される電圧は５Ｖとなる。
【００３０】
以上のように、本実施の形態の静電型可動接点素子は、入力端子９ａ，９ｂの両方に「１」を表す「Ｈ」レベルの信号が入力されると、「０」を表す「Ｌ」レベルを出力し、入力端子９ａ，９ｂの少なくとも一方に「０」を表す「Ｌ」レベルの信号が入力されると、「１」を表す「Ｈ」レベルを出力する。
こうして、１つの静電型可動接点素子により、ＮＡＮＤ論理を実現することができる。
【００３１】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態を示す。図４は、本発明の第３の実施の形態となる、ＯＲ論理を実現する静電型可動接点素子の断面図である。
本実施の形態の静電型可動接点素子では、絶縁性基体１の上に可動部駆動用電極２ｃ，２ｄを設け、この可動部駆動用電極２ｃ，２ｄを入力端子９ａ，９ｂにそれぞれ接続しているが、可動部駆動用電極２ｃ，２ｄの面積を各々５μｍ×１０μｍとしている。
【００３２】
また、支持梁７の固定されていない方の下面には、微小空隙４を隔てて可動部駆動用電極２ｃ，２ｄと対向するように可動吸引電極５ａが設けられているが、この可動吸引電極５ａの面積を１１μｍ×１０μｍとしている。その他の構成は図１と同様である。
本実施の形態においても、可動部駆動用電極に１５Ｖの直流電圧を印加する場合、支持梁７をたわませるのに必要な静電引力を得るための可動部駆動用電極の面積の合計ＳＶは４０μｍ²以上である。
【００３３】
以上の構成で、入力端子９ａ，９ｂの少なくとも一方に信号として直流電圧１５Ｖを入力すると、可動部駆動用電極２ｃ，２ｄのうち電圧が印加される可動部駆動用電極の総面積ＳＲは５０あるいは１００μｍ²となり、ＳＶ＜ＳＲとなるので、支持梁７をたわませるのに十分な静電引力が可動部駆動用電極２ｃ，２ｄと可動吸引電極５ａとの間に生じる。
【００３４】
この静電引力により可動吸引電極５ａが可動部駆動用電極２ｃ，２ｄの方に引き寄せられて支持梁７がたわみ、可動コンタクト電極６と固定コンタクト電極３ａ，３ｂとが接触する。
この結果、固定コンタクト電極３ａと３ｂは、可動コンタクト電極６を介して接続されるので、直流電源１２からの電圧５Ｖが出力端子１０に供給される。こうして、出力端子１０に出力される電圧は５Ｖとなる。
【００３５】
一方、入力端子９ａ，９ｂのどちらにも電圧を入力しない場合には、電圧が印加される可動部駆動用電極の総面積ＳＲは０となり、ＳＲ＜ＳＶとなるので、支持梁７をたわませるのに必要な静電引力が得られない。
したがって、固定コンタクト電極３ａ−３ｂ間は導通しないので、出力端子１０に出力される電圧は０Ｖとなる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態の静電型可動接点素子は、入力端子９ａ，９ｂの少なくとも一方に「１」を表す「Ｈ」レベルの信号が入力されると、「１」を表す「Ｈ」レベルを出力し、入力端子９ａ，９ｂの両方に「０」を表す「Ｌ」レベルの信号が入力されると、「０」を表す「Ｌ」レベルを出力する。
こうして、１つの静電型可動接点素子により、ＯＲ論理を実現することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態では、可動吸引電極５ａの面積を１１μｍ×１０μｍ、可動部駆動用電極２ｃ，２ｄの面積を各々５μｍ×１０μｍとした。しかし、可動部駆動用電極２ｃ，２ｄの面積をそれぞれＳ３，Ｓ４としたとき、ＳＶ＜Ｓ３，Ｓ４が成り立つようにＳ３，Ｓ４，ＳＶを設定すれば、他の大きさでも構わないことは言うまでもない。
【００３８】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態を示す。図５は、本発明の第４の実施の形態となる、ＮＯＲ論理を実現する静電型可動接点素子の断面図である。
本実施の形態の静電型可動接点素子では、固定コンタクト電極３ｂは、出力端子１０に接続されると共に抵抗１１を介して直流電源１２に接続され、固定コンタクト電極３ａは、接地されている。その他の構成は図４と同様である。
【００３９】
以上の構成で、入力端子９ａ，９ｂの少なくとも一方に信号として直流電圧１５Ｖを入力すると、第３の実施の形態と同様に、静電引力により可動吸引電極５ａが可動部駆動用電極２ｃ，２ｄの方に引き寄せられて支持梁７がたわみ、可動コンタクト電極６と固定コンタクト電極３ａ，３ｂとが接触する。
この結果、固定コンタクト電極３ａと３ｂは、可動コンタクト電極６を介して接続されるので、出力端子１０は固定コンタクト電極３ｂ、可動コンタクト電極６、固定コンタクト電極３ａを介して接地される。したがって、出力端子１０に出力される電圧は０Ｖとなる。
【００４０】
一方、入力端子９ａ，９ｂのどちらにも電圧を入力しない場合には、支持梁７をたわませるのに必要な静電引力が得られないため、固定コンタクト電極３ａ−３ｂ間は導通しない。
この結果、抵抗１１を介して直流電源１２からの電圧５Ｖが出力端子１０に供給される。こうして、出力端子１０に出力される電圧は５Ｖとなる。
【００４１】
以上のように、本実施の形態の静電型可動接点素子は、入力端子９ａ，９ｂの少なくとも一方に「１」を表す「Ｈ」レベルの信号が入力されると、「０」を表す「Ｌ」レベルを出力し、入力端子９ａ，９ｂの両方に「０」を表す「Ｌ」レベルの信号が入力されると、「１」を表す「Ｈ」レベルを出力する。
こうして、１つの静電型可動接点素子により、ＮＯＲ論理を実現することができる。
【００４２】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態を示す。図６は、本発明の第５の実施の形態となる、３値入力のＡＮＤ論理を実現する静電型可動接点素子の断面図である。
本実施の形態の静電型可動接点素子では、絶縁性基体１の上に可動部駆動用電極２ｅ，２ｆ，２ｇを設け、この可動部駆動用電極２ｅ，２ｆ，２ｇを入力端子９ａ，９ｂ，９ｃにそれぞれ接続しており、可動部駆動用電極２ｅ，２ｆ，２ｇの面積Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７を各々１５μｍ²としている。その他の構成は図１と同様である。
【００４３】
以上の構成で、入力端子９ａ，９ｂ，９ｃの全てに信号として直流電圧１５Ｖを入力すると、電圧が印加される可動部駆動用電極の総面積ＳＲはＳ５＋Ｓ６＋Ｓ７、すなわち４５μｍ²となり、ＳＶ＜ＳＲとなるので、支持梁７をたわませるのに十分な静電引力が可動部駆動用電極２ｅ，２ｆ，２ｇと可動吸引電極５との間に生じる。
【００４４】
この静電引力により支持梁７がたわみ、可動コンタクト電極６と固定コンタクト電極３ａ，３ｂとが接触する。
この結果、固定コンタクト電極３ａと３ｂは、可動コンタクト電極６を介して接続されるので、直流電源１２からの電圧５Ｖが出力端子１０に供給される。こうして、出力端子１０に出力される電圧は５Ｖとなる。
【００４５】
一方、入力端子９ａ，９ｂ，９ｃの少なくとも１つに電圧を入力しない場合には、ＳＲ＜ＳＶとなるので、支持梁７をたわませるのに必要な静電引力が得られない。
したがって、固定コンタクト電極３ａ−３ｂ間は導通しないので、出力端子１０に出力される電圧は０Ｖとなる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態の静電型可動接点素子は、入力端子９ａ，９ｂ，９ｃの全てに「１」を表す「Ｈ」レベルの信号が入力されると、「１」を表す「Ｈ」レベルを出力し、入力端子９ａ，９ｂ，９ｃの少なくとも１つに「０」を表す「Ｌ」レベルの信号が入力されると、「０」を表す「Ｌ」レベルを出力する。こうして、１つの静電型可動接点素子により、３値入力のＡＮＤ論理を実現することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、３値入力のＡＮＤ論理を実現する例を示した。しかし、可動部駆動用電極２ｅ，２ｆ，２ｇの面積Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７を各々５０μｍ²とすると、３値入力のＯＲ論理を実現できることは言うまでもない。
また、目的とするＳＲとＳＶの関係を選択することにより、３値以上の入力に対しての論理演算も可能である。
【００４８】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態を示す。図７は、本発明の第６の実施の形態となる、ＮＡＮＤ論理を実現する静電型可動接点素子の断面図である。
本実施の形態の静電型可動接点素子では、絶縁性基体１の上に導電体からなる接続部１４ａ，１４ｂが設けられ、接続部１４ａ，１４ｂの上に導電体からなるコンタクト電極支持部１５ａ，１５ｂがそれぞれ設けられている。このコンタクト電極支持部１５ａ，１５ｂによって固定コンタクト電極３ａ，３ｂが支えられている。
【００４９】
また、一方が接続部１３を介して基体１に固定された支持梁７の固定されていない他方の上面には絶縁膜８ａが形成され、絶縁膜８ａの上に可動コンタクト電極６ａが形成されている。
接続部１４ａは出力端子１０に接続されると共に抵抗１１を介して接地され、接続部１４ｂは直流電源１２に接続されている。
【００５０】
したがって、固定コンタクト電極３ａは、コンタクト電極支持部１５ａ、接続部１４ａを介して出力端子１０及び抵抗１１に接続され、固定コンタクト電極３ｂは、コンタクト電極支持部１５ｂ、接続部１４ｂを介して直流電源１２に接続される。
本実施の形態では、第１〜第５の実施の形態がＮＯ（Normally Open ）の接点を提供するのに対し、ＮＣ（Normally Close）の接点を提供する。つまり、可動コンタクト電極６は、通常、固定コンタクト電極３ａ，３ｂと接触している。
【００５１】
以上の構成で、入力端子９ａ，９ｂの両方に信号として直流電圧１５Ｖを入力すると、第１の実施の形態と同様に、静電引力により可動吸引電極５が可動部駆動用電極２ａ，２ｂの方に引き寄せられて支持梁７がたわむ。
この結果、可動コンタクト電極６と固定コンタクト電極３ａ，３ｂとが離れるので、出力端子１０は抵抗１１を介して接地される。したがって、出力端子１０に出力される電圧は０Ｖとなる。
【００５２】
一方、入力端子９ａ，９ｂの何れか一方のみに直流電圧１５Ｖを入力した場合、あるいは入力端子９ａ，９ｂのどちらにも電圧を入力しない場合には、支持梁７をたわませるのに必要な静電引力が得られないため、可動コンタクト電極６と固定コンタクト電極３ａ，３ｂとは接触したままである。
この結果、固定コンタクト電極３ａと３ｂは、可動コンタクト電極６を介して接続されるので、直流電源１２からの電圧５Ｖが出力端子１０に供給される。こうして、出力端子１０に出力される電圧は５Ｖとなる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態の静電型可動接点素子は、入力端子９ａ，９ｂの両方に「１」を表す「Ｈ」レベルの信号が入力されると、「０」を表す「Ｌ」レベルを出力し、入力端子９ａ，９ｂの少なくとも一方に「０」を表す「Ｌ」レベルの信号が入力されると、「１」を表す「Ｈ」レベルを出力する。
こうして、１つの静電型可動接点素子により、ＮＡＮＤ論理を実現することができる。
【００５４】
なお、以上の実施の形態では、ＡＮＤやＯＲ等の基本論理演算を実現してきたが、本発明の静電型可動接点素子を使用すれば、多数決論理などその他の論理演算を実現できることは言うまでもない。
また、各可動部駆動用電極を全て同じ面積としたが、各可動部駆動用電極の面積を変えることにより各入力信号に重み関数をかけた入力に対する論理演算を行う論理演算装置を実現することが可能であることは言うまでもない。
【００５５】
ところで、上述の実施の形態では、断面図で説明する都合上、各電極や支持梁等を横一列に並べたが、これらは２次元平面上で考えればより自由な配置が可能であることは言うまでもない。
また、以上の実施の形態では、支持梁７の片側だけを基体１に固定しているが、両側を固定した梁構造でも良いことは言うまでもない。そして、支持梁７の本数も一方向に一本とは限らず、複数本の梁を用いるようにしても良い。
【００５６】
また、上述の全ての実施の形態では、可動部を駆動するための所定の電圧を１５Ｖとしたが、電圧を印加する電極の数によって接点の開閉を制御できる電圧、あるいはスイッチの構造であれば、他の電圧でも良い。
また、対向する電極間に電圧を印加して可動部を有する電極を引き寄せることにより、接点の開閉を行う形態の静電型可動接点素子であれば、他の構造であっても構わないことは言うまでもない。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、１つの静電型可動接点素子によりＮＡＮＤやＮＯＲ等の複数入力の論理演算を実現することができる。その結果、本発明によれば以下の効果が得られる。
（１）１つの静電型可動接点素子によりＮＡＮＤやＮＯＲ等の複数入力の論理演算が実現可能なため、基板上での素子の占有面積を縮小できる。
（２）入力端子を３つ以上にすることが可能なため、Ａ・Ｂ・ＣやＡ＋Ｂ＋Ｃ等、３つ以上の入力に対するＮＡＮＤやＮＯＲ等の論理演算を１つの静電型可動接点素子で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる、ＡＮＤ論理を実現する静電型可動接点素子の断面図である。
【図２】可動部駆動用電極の面積と可動部を駆動するために必要な直流電圧との関係を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態となる、ＮＡＮＤ論理を実現する静電型可動接点素子の断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態となる、ＯＲ論理を実現する静電型可動接点素子の断面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態となる、ＮＯＲ論理を実現する静電型可動接点素子の断面図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態となる、３値入力のＡＮＤ論理を実現する静電型可動接点素子の断面図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態となる、ＮＡＮＤ論理を実現する静電型可動接点素子の断面図である。
【図８】従来の静電型可動接点素子の断面図である。
【図９】図８の静電型可動接点素子を使用したＮＡＮＤ及びＮＯＲの論理回路の回路図である。
【符号の説明】
１…絶縁性基体、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ…可動部駆動用電極、３ａ、３ｂ…固定コンタクト電極、４…微小空隙、５、５ａ…可動吸引電極、６、６ａ…可動コンタクト電極、７…支持梁、８、８ａ…絶縁膜、９ａ、９ｂ、９ｃ…入力端子、１０…出力端子、１１…抵抗、１２…直流電源、１３、１４ａ，１４ｂ…接続部、１５ａ、１５ｂ…コンタクト電極支持部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic movable contact element that realizes a logical operation with one element, and a logical operation device using the electrostatic movable contact element.
[0002]
[Prior art]
In recent years, many examples have been reported in which micro-mechanical elements having movable parts, such as semiconductor sensors and actuators, are manufactured by manufacturing a fine beam structure on a semiconductor substrate by utilizing IC process technology. Micromechanical elements formed by this method are basically formed by the same technology as LSI manufacturing. Therefore, integration with micromechanical element drive circuits or detection circuits is easy, and mass production is possible. Therefore, there are advantages such as low manufacturing cost and easy formation of a fine structure.
[0003]
In particular, research on forming a switch, which is a main component for realizing a logic circuit, by micromachine technology has been energetically advanced. Among them, the electrostatic movable contact element that uses electrostatic attraction to open and close contacts is considered a promising technology because its manufacturing process is compatible with the conventional Si process (reference: " Dynamic Micromechanics on Silicon: Technology and Devices ”IEEE Trans. Electron Devices, ED-25, No 10, (1978) 1241.).
[0004]
FIG. 8A is a cross-sectional view of a conventional electrostatic movable contact element. In this electrostatic movable contact element, a movable portion driving electrode 22 and fixed contact electrodes 23 a and 23 b are provided on an insulating substrate 21. Further, the connection portion 33 is provided on the insulating base 21, and the support beam 27 is provided on the connection portion 33.
A movable suction electrode 25 is provided on the lower surface of the support beam 27, one of which is fixed to the base 21 via the connection portion 33, so as to face the movable portion driving electrode 22 with a minute gap 24 therebetween. A movable contact electrode 26 is provided so as to face the fixed contact electrodes 23 a and 23 b with a minute gap 24 therebetween.
The movable part driving electrode 22 is connected to the input terminal 29. The fixed contact electrode 23 a is connected to the output terminal 30 and grounded via a resistor 31, and the fixed contact electrode 23 b is connected to a DC power supply 32. Further, the connecting portion 33 is grounded.
[0005]
Since the insulating film 28 is formed between the movable contact electrode 26 and the support beam 27, the movable contact electrode 26 is insulated from the support beam 27. Further, since the movable suction electrode 25 is directly formed on the lower surface of the support beam 27, the movable suction electrode 25 and the support beam 27 are electrically connected, and thereby the movable suction electrode 25 is grounded. When a voltage is applied between the movable part driving electrode 22 and the movable suction electrode 25, an electrostatic attractive force is generated and the two electrodes attract each other. As a result, as shown in FIG. 8B, the support beam 27 is bent, and the contact is closed when the movable contact electrode 26 and the fixed contact electrodes 23a and 23b come into contact with each other. When the voltage application is stopped, the movable contact electrode 26 returns to the original position by the elastic force of the support beam 27, and the contact is opened.
[0006]
FIG. 9 shows a NAND and NOR logic circuit using this electrostatic movable contact element. The logic circuit in FIG. 9A is a logic circuit that implements NAND logic, and the logic circuit in FIG. 9B is a logic circuit that implements NOR logic. In the figure, 41a and 41b are electrostatic movable contact elements, 42a and 42b are input terminals, 43 is an output terminal, 44 is a resistor, and 45 is a DC power source.
As shown in FIG. 9, in order to build a logic circuit such as NAND or NOR using the electrostatic movable contact element shown in FIG. 8, two switches are necessary like a normal switch. Further, in order to realize the logic for three or more input signals, the number of switches corresponding to the number of input signals is required.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The electrostatic movable contact element has an advantage of low resistance when compared with a switch formed of a MOSFET. However, the occupied area is several thousand μm²That's pretty big. For this reason, when a plurality of electrostatic movable contact elements are used in order to realize one logic circuit, the area occupied by the logic circuit increases. As a result, there is a problem that miniaturization and high integration are difficult in the logic circuit using the electrostatic movable contact element.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an electrostatic movable contact element and a logical operation device that realize logical operations such as NAND and NOR with one element.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is provided on a substrate as described in claim 1.Multiple areas with differentThe movable part driving electrode, a fixed contact electrode serving as a fixed contact provided on the base, a support beam partially fixed to the base, and the support beam so as to face the movable part driving electrode A movable suction electrode provided, and a movable contact electrode serving as a movable contact provided on the support beam so as to face the fixed contact electrode,Only when the total area of the movable part driving electrodes to which the same voltage value is applied among the plurality of movable part driving electrodes exceeds the threshold value of the area determined according to the voltage valueA contact made of the fixed contact electrode and the movable contact electrode by moving the support beam by electrostatic attraction between the movable part driving electrode and the movable suction electrodeSwitching the open / close state ofElectrostatic movable contact elementMulti-input logic operation device withBecauseA calculation result obtained by multiplying each input signal given to the movable part driving electrode by a weighting function proportional to the area of each movable part driving electrode is output.Is. As described above, the movable part driving electrode for drawing between the movable suction electrodes is divided into a plurality of parts, and a voltage can be independently applied to each of the movable part driving electrodes. In this structure, if the number of movable part driving electrodes to which a voltage is applied is different, the area of the electrode on which electrostatic attraction acts is also different. As a result, the opening and closing of the contacts can be controlled by the number of movable part driving electrodes to which a voltage is applied, and a logical operation with multiple inputs can be realized..
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of an electrostatic movable contact element that realizes AND logic according to a first embodiment of the present invention.
In the electrostatic movable contact element of the present embodiment, movable part driving electrodes 2 a and 2 b and fixed contact electrodes 3 a and 3 b are provided on an insulating substrate 1. In addition, a connection portion 13 is provided on the insulating substrate 1, and a support beam 7 is provided on the connection portion 13.
[0012]
In this manner, the other lower surface of the support beam 7, which is fixed to the base body 1 through the connection portion 13, faces the movable portion driving electrodes 2 a and 2 b with the minute gap 4 interposed therebetween. In addition, a movable suction electrode 5 is provided, and a movable contact electrode 6 is provided so as to face the fixed contact electrodes 3 a and 3 b with a minute gap 4 therebetween.
[0013]
The movable part driving electrodes 2a and 2b are connected to the input terminals 9a and 9b, respectively. The fixed contact electrode 3a is connected to the output terminal 10 and grounded via a resistor 11, and the fixed contact electrode 3b is connected to a DC power source 12 having an output voltage of 5V. Further, the connecting portion 13 is grounded.
[0014]
Since the insulating film 8 is formed between the movable contact electrode 6 and the support beam 7, the movable contact electrode 6 is insulated from the support beam 7.
In addition, since the movable suction electrode 5 is directly formed on the lower surface of the support beam 7, the movable suction electrode 5 and the support beam 7 are electrically connected, whereby the movable suction electrode 5 connects the support beam 7 and the connection portion 13. Is grounded.
[0015]
In the present embodiment, the movable suction electrode 5, the movable portion driving electrodes 2a and 2b, the support beam 7 and the connection portion 13 are formed of aluminum, and the fixed contact electrodes 3a and 3b and the movable contact electrode 6 are formed of gold. The film thickness of each electrode is 0.5 μm.
[0016]
The area of the movable contact electrode 6 is 6 μm × 14 μm, the area of the fixed contact electrodes 3a and 3b is 4 μm × 5 μm, the area of the movable suction electrode 5 is 7 μm × 10 μm, and the areas of the movable part driving electrodes 2a and 2b are 3 μm, respectively. × 10 μm. Hereinafter, the areas of the movable part driving electrodes 2a and 2b are denoted by S1 and S2, respectively. The width of the support beam 7 was 10 μm, the length was 15 μm, and the thickness was 0.5 μm.
[0017]
In addition, when the movable suction electrode 5 and the movable portion driving electrodes 2a and 2b come into contact with each other when the electrostatic attractive force is generated, the electrostatic attractive force disappears. Therefore, the thickness of the minute gap 4 when the electrostatic attractive force is not working. The size in the vertical direction (the vertical direction in FIG. 1) is set so that the distance between the movable portion driving electrodes 2a and 2b and the movable suction electrode 5 is larger than that between the fixed contact electrodes 3a and 3b and the movable contact electrode 6. ing.
[0018]
As a result, even if the electrostatic attractive force is generated and the fixed contact electrodes 3a and 3b and the movable contact electrode 6 come into contact with each other, the movable portion driving electrodes 2a and 2b and the movable suction electrode 5 do not come into contact with each other. In the present embodiment, the size of the minute gap 4 in the thickness direction is set to 0.4 μm between the movable portion driving electrodes 2 a and 2 b and the movable suction electrode 5.
[0019]
FIG. 2 shows the relationship between the area of the movable part driving electrode and the DC voltage required to drive the movable part. As is apparent from FIG. 2, when a DC voltage of 15 V is applied to the movable part driving electrode, the total area of the movable part driving electrode for obtaining the electrostatic attractive force required to bend the support beam 7 is obtained. SV is 40μm²That's it.
[0020]
Therefore, when a DC voltage of 15 V is input as a signal to both input terminals 9a and 9b, the total area SR of the movable part driving electrodes to which the voltage is applied among the movable part driving electrodes 2a and 2b is S1 + S2, that is, 60 μm.²Since SV <SR, an electrostatic attractive force sufficient to bend the support beam 7 is generated between the movable portion driving electrodes 2a and 2b and the movable suction electrode 5.
[0021]
Due to this electrostatic attraction, the movable suction electrode 5 is attracted toward the movable portion driving electrodes 2a and 2b, and the support beam 7 is bent, and the movable contact electrode 6 and the fixed contact electrodes 3a and 3b come into contact with each other.
As a result, the fixed contact electrodes 3 a and 3 b are connected via the movable contact electrode 6, so that the voltage 5 V from the DC power supply 12 is supplied to the output terminal 10. Thus, the voltage output to the output terminal 10 is 5V.
[0022]
On the other hand, when a DC voltage of 15 V is input to only one of the input terminals 9a and 9b, or when no voltage is input to either of the input terminals 9a and 9b, the voltage of the movable part driving electrodes 2a and 2b. The total area SR of the movable part driving electrodes to which is applied is 0 or 30 μm²Since SR <SV, the electrostatic attractive force necessary for bending the support beam 7 cannot be obtained.
Therefore, since the fixed contact electrodes 3a-3b are not conducted, the voltage output to the output terminal 10 is 0V.
[0023]
As described above, when the electrostatic movable contact element according to the present embodiment receives an “H” level signal (15 V in the present embodiment) representing “1” at both of the input terminals 9a and 9b. When “H” level (5 V) representing “1” is output and an “L” level signal (0 V because no voltage is supplied) representing “0” is input to at least one of the input terminals 9a and 9b. , “L” level (0V) representing “0” is output.
Thus, AND logic can be realized by one electrostatic movable contact element.
[0024]
In the present embodiment, the area of the movable suction electrode 5 is 7 μm × 10 μm, and the areas of the movable part driving electrodes 2a and 2b are 3 μm × 10 μm, respectively. However, it goes without saying that other sizes may be used as long as the areas S1, S2, and SV are set so that S1, S2 <SV <S1 + S2.
[0025]
In the present embodiment, the movable suction electrode 5 and the movable portion driving electrodes 2a and 2b are formed of aluminum, but other materials may be used as long as they are conductors. Similarly, although the fixed contact electrodes 3a and 3b and the movable contact electrode 6 are made of gold, other materials may be used as long as they are conductors that conduct when they come into contact with each other.
[0026]
Moreover, although the support beam 7 and the connection part 13 were formed with aluminum, a conductor or an insulator may be sufficient. However, when an insulator is used for the support beam 7 or the connection portion 13, it is necessary to have a structure in which wiring is drawn out so that a voltage can be applied to the movable suction electrode 5.
[0027]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view of an electrostatic movable contact element that realizes NAND logic, according to the second embodiment of the present invention.
In the electrostatic movable contact element of the present embodiment, the fixed contact electrode 3b is connected to the output terminal 10 and connected to the DC power source 12 through the resistor 11, and the fixed contact electrode 3a is grounded. Other configurations are the same as those in FIG.
[0028]
With the above configuration, when the DC voltage 15V is input as a signal to both the input terminals 9a and 9b, the movable suction electrode 5 is connected to the movable portion drive electrodes 2a and 2b by electrostatic attraction as in the first embodiment. The support beam 7 is bent by being pulled in the direction, and the movable contact electrode 6 and the fixed contact electrodes 3a and 3b come into contact with each other.
As a result, since the fixed contact electrodes 3a and 3b are connected via the movable contact electrode 6, the output terminal 10 is grounded via the fixed contact electrode 3b, the movable contact electrode 6 and the fixed contact electrode 3a. Therefore, the voltage output to the output terminal 10 is 0V.
[0029]
On the other hand, when a DC voltage of 15 V is inputted to only one of the input terminals 9a and 9b, or when no voltage is inputted to either of the input terminals 9a and 9b, it is necessary to bend the support beam 7. Since the electrostatic attractive force cannot be obtained, the fixed contact electrodes 3a-3b do not conduct.
As a result, the voltage 5 V from the DC power supply 12 is supplied to the output terminal 10 via the resistor 11. Thus, the voltage output to the output terminal 10 is 5V.
[0030]
As described above, when the “H” level signal representing “1” is input to both the input terminals 9a and 9b, the electrostatic movable contact element according to the present embodiment represents “L” representing “0”. When an “L” level signal representing “0” is input to at least one of the input terminals 9a and 9b, an “H” level representing “1” is output.
Thus, NAND logic can be realized by one electrostatic movable contact element.
[0031]
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view of an electrostatic movable contact element that realizes OR logic according to a third embodiment of the present invention.
In the electrostatic movable contact element of the present embodiment, movable part drive electrodes 2c and 2d are provided on an insulating substrate 1, and the movable part drive electrodes 2c and 2d are connected to input terminals 9a and 9b, respectively. However, the areas of the movable portion driving electrodes 2c and 2d are each 5 μm × 10 μm.
[0032]
A movable suction electrode 5a is provided on the lower surface of the support beam 7 that is not fixed so as to face the movable portion driving electrodes 2c and 2d with a minute gap 4 therebetween. The area of 5a is 11 μm × 10 μm. Other configurations are the same as those in FIG.
Also in the present embodiment, when a DC voltage of 15 V is applied to the movable part drive electrode, the total SV of the movable part drive electrode area for obtaining the electrostatic attractive force required to bend the support beam 7. Is 40μm²That's it.
[0033]
With the above configuration, when a DC voltage of 15 V is input as a signal to at least one of the input terminals 9a and 9b, the total area SR of the movable part driving electrodes to which the voltage is applied among the movable part driving electrodes 2c and 2d is 50 or 100 μm²Since SV <SR, an electrostatic attractive force sufficient to bend the support beam 7 is generated between the movable portion driving electrodes 2c and 2d and the movable suction electrode 5a.
[0034]
Due to this electrostatic attraction, the movable suction electrode 5a is attracted toward the movable portion driving electrodes 2c and 2d, and the support beam 7 bends, and the movable contact electrode 6 and the fixed contact electrodes 3a and 3b come into contact with each other.
As a result, the fixed contact electrodes 3 a and 3 b are connected via the movable contact electrode 6, so that the voltage 5 V from the DC power supply 12 is supplied to the output terminal 10. Thus, the voltage output to the output terminal 10 is 5V.
[0035]
On the other hand, when no voltage is input to either of the input terminals 9a and 9b, the total area SR of the movable part driving electrodes to which the voltage is applied is 0 and SR <SV. The electrostatic attraction necessary for the operation cannot be obtained.
Therefore, since the fixed contact electrodes 3a-3b are not conducted, the voltage output to the output terminal 10 is 0V.
[0036]
As described above, the electrostatic movable contact element according to the present embodiment represents “1” when an “H” level signal representing “1” is input to at least one of the input terminals 9a and 9b. When the “H” level is output and a signal of “L” level indicating “0” is input to both the input terminals 9a and 9b, an “L” level indicating “0” is output.
Thus, OR logic can be realized by one electrostatic movable contact element.
[0037]
In the present embodiment, the area of the movable suction electrode 5a is 11 μm × 10 μm, and the areas of the movable part driving electrodes 2c and 2d are 5 μm × 10 μm, respectively. However, when the areas of the movable portion driving electrodes 2c and 2d are S3 and S4, respectively, it is needless to say that other sizes may be used as long as S3, S4 and SV are set so that SV <S3 and S4. Yes.
[0038]
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view of an electrostatic movable contact element that realizes NOR logic according to a fourth embodiment of the present invention.
In the electrostatic movable contact element of the present embodiment, the fixed contact electrode 3b is connected to the output terminal 10 and connected to the DC power source 12 via the resistor 11, and the fixed contact electrode 3a is grounded. Other configurations are the same as those in FIG.
[0039]
With the above configuration, when the DC voltage 15V is input as a signal to at least one of the input terminals 9a and 9b, the movable suction electrode 5a is moved by the electrostatic attraction force to the movable portion driving electrodes 2c and 2d as in the third embodiment. The support beam 7 is deflected by being pulled toward this direction, and the movable contact electrode 6 and the fixed contact electrodes 3a and 3b come into contact with each other.
As a result, since the fixed contact electrodes 3a and 3b are connected via the movable contact electrode 6, the output terminal 10 is grounded via the fixed contact electrode 3b, the movable contact electrode 6 and the fixed contact electrode 3a. Therefore, the voltage output to the output terminal 10 is 0V.
[0040]
On the other hand, when no voltage is input to either of the input terminals 9a and 9b, the electrostatic attractive force required to bend the support beam 7 cannot be obtained, so that the fixed contact electrodes 3a to 3b are not conducted.
As a result, the voltage 5V from the DC power supply 12 is supplied to the output terminal 10 via the resistor 11. Thus, the voltage output to the output terminal 10 is 5V.
[0041]
As described above, the electrostatic movable contact element according to the present embodiment represents “0” when an “H” level signal representing “1” is input to at least one of the input terminals 9a and 9b. When an “L” level signal is output and an “L” level signal indicating “0” is input to both of the input terminals 9a and 9b, an “H” level signal indicating “1” is output.
Thus, NOR logic can be realized by one electrostatic movable contact element.
[0042]
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a sectional view of an electrostatic movable contact element that realizes a ternary input AND logic according to a fifth embodiment of the present invention.
In the electrostatic movable contact element of the present embodiment, movable part driving electrodes 2e, 2f, 2g are provided on an insulating substrate 1, and the movable part driving electrodes 2e, 2f, 2g are connected to input terminals 9a, 9b. , 9c, and the areas S5, S6, S7 of the movable part driving electrodes 2e, 2f, 2g are 15 μm each.²It is said. Other configurations are the same as those in FIG.
[0043]
With the above configuration, when a DC voltage of 15 V is input as a signal to all of the input terminals 9a, 9b, 9c, the total area SR of the movable portion driving electrodes to which the voltage is applied is S5 + S6 + S7, that is, 45 μm.²Since SV <SR, an electrostatic attractive force sufficient to bend the support beam 7 is generated between the movable portion driving electrodes 2e, 2f, 2g and the movable suction electrode 5.
[0044]
The support beam 7 is bent by this electrostatic attraction, and the movable contact electrode 6 and the fixed contact electrodes 3a and 3b come into contact with each other.
As a result, the fixed contact electrodes 3 a and 3 b are connected via the movable contact electrode 6, so that the voltage 5 V from the DC power supply 12 is supplied to the output terminal 10. Thus, the voltage output to the output terminal 10 is 5V.
[0045]
On the other hand, when no voltage is input to at least one of the input terminals 9a, 9b, and 9c, SR <SV, so that the electrostatic attractive force necessary to bend the support beam 7 cannot be obtained.
Therefore, since the fixed contact electrodes 3a-3b are not conducted, the voltage output to the output terminal 10 is 0V.
[0046]
As described above, the electrostatic movable contact element of the present embodiment represents “1” when a signal of “H” level representing “1” is input to all of the input terminals 9a, 9b, 9c. When an “H” level is output and an “L” level signal representing “0” is input to at least one of the input terminals 9a, 9b, 9c, an “L” level representing “0” is output. In this manner, a three-value input AND logic can be realized by one electrostatic movable contact element.
[0047]
In the present embodiment, an example in which ternary input AND logic is realized is shown. However, the areas S5, S6, and S7 of the movable portion driving electrodes 2e, 2f, and 2g are 50 μm each.²Needless to say, an OR logic of ternary input can be realized.
In addition, by selecting the target relationship between SR and SV, a logical operation can be performed on inputs of three or more values.
[0048]
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view of an electrostatic movable contact element that realizes NAND logic, according to a sixth embodiment of the present invention.
In the electrostatic movable contact element of the present embodiment, connection portions 14a and 14b made of a conductor are provided on the insulating substrate 1, and a contact electrode support portion 15a made of a conductor is formed on the connection portions 14a and 14b. , 15b are provided. The fixed contact electrodes 3a and 3b are supported by the contact electrode support portions 15a and 15b.
[0049]
In addition, an insulating film 8a is formed on the other upper surface of the support beam 7 that is fixed to the base body 1 through the connection portion 13, and the movable contact electrode 6a is formed on the insulating film 8a. Yes.
The connecting portion 14 a is connected to the output terminal 10 and grounded via the resistor 11, and the connecting portion 14 b is connected to the DC power source 12.
[0050]
Accordingly, the fixed contact electrode 3a is connected to the output terminal 10 and the resistor 11 via the contact electrode support 15a and the connection 14a, and the fixed contact electrode 3b is connected to the DC power source via the contact electrode support 15b and the connection 14b. 12 is connected.
In the present embodiment, the first to fifth embodiments provide NO (Normally Open) contacts, whereas NC (Normally Close) contacts are provided. That is, the movable contact electrode 6 is normally in contact with the fixed contact electrodes 3a and 3b.
[0051]
With the above configuration, when the DC voltage 15V is input as a signal to both the input terminals 9a and 9b, the movable suction electrode 5 is connected to the movable portion drive electrodes 2a and 2b by electrostatic attraction as in the first embodiment. The support beam 7 bends by being pulled toward the side.
As a result, the movable contact electrode 6 and the fixed contact electrodes 3 a and 3 b are separated from each other, so that the output terminal 10 is grounded via the resistor 11. Therefore, the voltage output to the output terminal 10 is 0V.
[0052]
On the other hand, when a DC voltage of 15 V is inputted to only one of the input terminals 9a and 9b, or when no voltage is inputted to either of the input terminals 9a and 9b, it is necessary to bend the support beam 7. Since the electrostatic attractive force cannot be obtained, the movable contact electrode 6 and the fixed contact electrodes 3a and 3b remain in contact with each other.
As a result, the fixed contact electrodes 3 a and 3 b are connected via the movable contact electrode 6, so that the voltage 5 V from the DC power supply 12 is supplied to the output terminal 10. Thus, the voltage output to the output terminal 10 is 5V.
[0053]
As described above, when the “H” level signal representing “1” is input to both the input terminals 9a and 9b, the electrostatic movable contact element according to the present embodiment represents “L” representing “0”. When an “L” level signal representing “0” is input to at least one of the input terminals 9a and 9b, an “H” level representing “1” is output.
Thus, NAND logic can be realized by one electrostatic movable contact element.
[0054]
In the above embodiments, basic logical operations such as AND and OR have been realized. However, it goes without saying that other logical operations such as majority logic can be realized by using the electrostatic movable contact element of the present invention. .
Moreover, although all the movable part drive electrodes have the same area, a logical operation device that performs a logical operation on an input obtained by multiplying each input signal by a weight function is realized by changing the area of each movable part drive electrode. It goes without saying that is possible.
[0055]
By the way, in the above-mentioned embodiment, for convenience of explanation in the cross-sectional view, the electrodes, the support beams, and the like are arranged in a horizontal row, but these can be arranged more freely if considered on a two-dimensional plane. Needless to say.
Further, in the above embodiment, only one side of the support beam 7 is fixed to the base 1, but it goes without saying that a beam structure in which both sides are fixed may be used. The number of support beams 7 is not limited to one in one direction, and a plurality of beams may be used.
[0056]
In all the embodiments described above, the predetermined voltage for driving the movable part is 15 V. However, the voltage can be controlled by the number of electrodes to which the voltage is applied, or a switch structure. Other voltages may be used.
Also, any other structure may be used as long as it is an electrostatic movable contact element that opens and closes contacts by applying a voltage between opposing electrodes to draw an electrode having a movable part. Needless to say.
[0057]
【The invention's effect】
According to the present invention, a plurality of input logical operations such as NAND and NOR can be realized by one electrostatic movable contact element. As a result, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Since a plurality of input logical operations such as NAND and NOR can be realized by one electrostatic movable contact element, the area occupied by the element on the substrate can be reduced.
(2) Since it is possible to have three or more input terminals, logical operations such as NAND and NOR for three or more inputs such as A, B, C and A + B + C are realized with one electrostatic movable contact element. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an electrostatic movable contact element that realizes AND logic, according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between the area of a movable part driving electrode and a DC voltage necessary for driving the movable part.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an electrostatic movable contact element that realizes NAND logic, according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an electrostatic movable contact element that realizes OR logic, according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of an electrostatic movable contact element that realizes NOR logic, according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an electrostatic movable contact element that realizes AND logic of a ternary input according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of an electrostatic movable contact element that realizes NAND logic, according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional electrostatic movable contact element.
9 is a circuit diagram of a NAND and NOR logic circuit using the electrostatic movable contact element of FIG. 8. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulating base | substrate, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g ... Electrode for movable part drive, 3a, 3b ... Fixed contact electrode, 4 ... Micro gap 5, 5a ... Movable suction electrode, 6, 6a DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Movable contact electrode, 7 ... Support beam, 8, 8a ... Insulating film, 9a, 9b, 9c ... Input terminal, 10 ... Output terminal, 11 ... Resistance, 12 ... DC power supply, 13, 14a, 14b ... Connection part, 15a 15b: Contact electrode support.

Claims

A plurality of movable part driving electrodes having different areas provided on the substrate;
A fixed contact electrode serving as a fixed contact provided on the substrate;
A support beam partially fixed to the base;
A movable suction electrode provided on the support beam so as to face the movable part driving electrode;
A movable contact electrode serving as a movable contact provided on the support beam so as to face the fixed contact electrode;
The movable part driving electrode is used only when the total area of the movable part driving electrodes to which the same voltage value is applied exceeds the threshold value of the area determined according to the voltage value among the plurality of movable part driving electrodes . A multiple-input logical operation including an electrostatic movable contact element that switches an open / close state of a contact composed of the fixed contact electrode and the movable contact electrode by moving the support beam by electrostatic attraction between an electrode and the movable suction electrode A device ,
2. A logical operation device, wherein a calculation result obtained by multiplying each input signal applied to the movable part driving electrode by a weight function proportional to the area of each movable part driving electrode is output.