KR100211945B1 - 광게이트 트랜지스터를 이용한 mux 및 demux 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 진공 또는 대기 등의 기체에서 인접한 두 개의 전극 사이에 전계를 인가하여 전자를 방출시키는 유도방출(field emission)법과 물질의 표면에 임계 에너지 이상의 광(photon)을 조사하여 전자를 방출시키는 광전효과(photoelectric effect)를 이용한 것으로서, 즉 두 개의 박막형의 전극을 형성하고 이 전극을 각각 방출전극(emission electrode), 수전전극(collector electrode)으로 사용하고 임계 에너지 이상의 광을 방출전극에 조사하여 전자를 방출시켜 게이트의 동작을 수행하도록 하는 광게이트 트랜지스터를 이용하여 고속의 동작회로를 구현할 수 있는 여러 개의 전기신호를 시간분할하여 한 개의 전송선으로 송신할 수 있는 멀티플렉서(multiplex)회로 및 전송된 1개의 전송선으로부터 시간분할된 신호를 다시 복구하는 디멀티플렉서(demultiplex) 회로를 구현하기 위한 광게이트 트랜지스터를 사용한 MUX 및 DEMUX 회로에 관한 것으로, 광게이트 트랜지스터의 초고속의 동작특성을 이용하여 여러 가지 고속회로의 응용이 가능하며, 고속의 광 MUX/DEMUX 회로를 구성할 경우 광신호를 전송하거나 전기 신호를 전송할 경우 모두 전기신호로 신호형태의 전환이 이루어질 수 있으며, 또한 상기 MUX/DEMUX 회로가 전원전압과 광원의 광세기로 충분히 구동할 수 있는 장점이 있어 간단하게 구동회로를 구성할 수 있다.

Description

광게이트 트랜지스터를 이용한 MUX 및 DEMUX 회로
제1도는 종래의 고체소자의 구조 단면도.
제2도는 본 발명에서 사용한 광게이트 트랜지스터의 구조 단면도 및 기본동작 회로도.
제3도는 본 발명의 하나의 실시예에 의한 MUX 회로도.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 MUX 회로도.
제5도는 본 발명에 의한 DEMUX 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 게이트 전극 2 : 소스전극
3 : 드레인 전극 4 : 게이트 절연막
5 : 규소기판 6 : 방출전극
7 : 수전전극 8,8-1,8-2 : 광원
9 : 전압원 10 : 출력저항
11,12,13,14 : 입력저항 15,16 : 스위치
본 발명은 광게이트 트랜지스터를 이용한 MUX 및 DEMUX 회로에 관한 것으로, 특히 진공 또는 대기 등의 기체에서 인접한 두 개의 전극 사이에 전계를 인가하여 전자를 방출시키는 유도방출(field emission)법과 물질의 표면에 임계 에너지 이상의 광(photon)을 조사하여 전자를 방출시키는 광전효과(photoelectric effect)를 이용한 것으로서, 즉 두 개의 박막형의 전극을 형성하고 이 전극을 각각 방출전극(emission electrode), 수전전극(collector electrode)으로 사용하고 임계 에너지 이상의 광을 방출전극에 조사하여 전자를 방출시켜 게이트의 동작을 수행하도록 하는 광게이트 트랜지스터를 이용하여 고속의 동작회로를 구현할 수 있는 여러 개의 전기신호를 시간분할하여 한 개의 전송선으로 송신할 수 있는 멀티플렉서(multiplex)회로 및 전송된 1개의 전송선으로부터 시간분할된 신호를 다시 복구하는 디멀티플렉서(demultiplex) 회로를 구현하기 위한 광게이트 트랜지스터를 이용한 MUX 및 DEMUX 회로에 관한 것이다.
근래의 전자소자의 발전은 고체 반도체 물리학에 의하여 이루어져 왔다고 이야기할 수 있으며, 뿐만 아니라 전자소자 각각의 고속, 고집적, 고신뢰성 등의 요구는 계속 증대되고 있다.
그러나, 현재의 전자소자는 초미세 가공기술의 극한으로 발전되고 있으며, 이에 따른 여러 가지 장애요인도 나타나게 되었다.
특히, 고체 전자소자에서 전자의 전도현상이 입자와의 충돌에 의한 스캐터링 현상에 의하여 결정되며 이 정도를 나타내는 전자의 이동도가 매우 주요한 물리량이 되었다.
상기와 같은 이유로 인하여 상기 전자의 이동도는 반도체소자 및 소자재료의 전기적 특성을 결정하는 요인이 되었다.
규소기판을 이용한 트랜지스터의 경우 규소기판의 전자 및 정공의 이동도가 결정됨에 따라 트랜지스터의 성능은 결정되어 버린다.
제1도는 종래의 고체 전자소자로 대표적인 MOSFET의 단면을 나타낸 것으로, 게이트 전극(1)과 소오스(2)과, 드레인(3)과, 게이트 절연막(4) 및 규소기판(5)으로 이루어진다.
상기 제1도의 모스 트랜지스터의 동작원리에 있어서, 실리콘 기판은 대부분 지지 기판일 뿐 실제로 전자의 이동이 이루어지는 것은 게이트 절연막의 하부에 유기되는 채널 부분이다.
또한, 동작속도는 규소기판(5), 또는 이종의 반도체 기판의 전자 이동도에 의해 결정되며 초고속의 동작은 이 전자이동도에 의해 결정되어 버린다.
종래의 상기와 같은 고체 전자소자를 이용하는 MUX/DEMUX 회로는 상기 소자의 특성에 따라 고속동작의 한계가 결정되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 트랜지스터의 채널형성에 의한 전자의 이동을 고체 반도체가 아닌 진공 또는 대기 등의 기체 내에서 이루어지게 하여 전자의 이동이 분자나 원자 그리고 다른 입자와의 스케터링에 관여하지 않게 하고 단지 외부에 인가된 전계에 의하여 전자이동이 결정되게 하여 전자의 이동도를 증가시킬 수 있고, 이에 따라 고속의 동작특성을 얻을 수 있는 광게이트 트랜지스터를 이용한 MUX 및 DEMUX 회로를 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 진공 또는 대기 등의 기체 내에서 전자를 방출하는 방출전극과, 상기 방출전극에서 방출된 전자를 수집하는 수전전극과, 상기 방출전극의 표면에 광을 조사하기 위한 광원으로 이루어진 광게이트 트랜지스터를 이용하여 MUX/DEMUX 회로를 구현함에 있어서, 하나의 MUX 회로는, n개의 입력신호가 저항에 의해 분압되어 광게이트의 트랜지스터의 방출전극에 연결되고, 광원이 상기 입력신호와 동기되어 특정 광게이트 트랜지스터의 방출전극에 광이 조사됨에 따라 상기 방출전극이 전자를 방출하고, 상기 방출된 전자가 수전전극으로 전송되어 전원전압과 조사된 광의 세기에 따라 신호 전류 량이 출력저항에 의해 결정되고 전압이 출력되는데에 있다.
본 발명의 부가적인 특징은, DEMUX 회로는 하나의 입력신호가 저항에 의해 분압되어 각각의 광게이트 트랜지스터의 방출전극으로 입력시킨 다음, 여러 개의 광원 중 1개를 상기 입력신호와 동기시켜 선택된 방출전극으로부터 방출된 전자가 전압원에 의하여 수전전극으로 이동되어, 방출전류량이 출력저항에 의해 전압으로 출력되는데에 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 MUX 및 DEMUX 회로를 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에서 사용한 광게이트 트랜지스터 및 이를 동작하기 위한 기본회로를 도시한 도면으로서, 제1도의 소오스(2)에서 전자를 방출시켜 드레인(3)으로 전자를 유도하기 위하여 소오스(2)의 전자를 여기시키는 방법으로 'Einstein'에 의해 발표된 '광전효과'의 원리를 이용한다.
광게이트 트랜지스터는 진공 또는 대기 등의 기체 내에서 모스 트랜지스터의 소오스와 같은 기능을 하는 방출전극(6)과, 상기 방출전극(6)에서 방출된 전자를 수집하는 수전전극(7)과, 상기 방출전극(6)의 표면에 광을 조사하기 위한 광원(8)으로 이루어진다.
상기 방출전극(6)과 수전전극(7)은 전계를 전극의 끝단에 집중시켜 전자 유도 방출이 쉽게 일어나게 하기 위하여 바늘 끝의 형태로 나타내었으며, 여러 가지 형태가 가능하다.
이와 같은 구성에 따라 방출되는 전자는 충돌없이 수전전극으로 이동할 수 있어 종래의 고체 전자소자에 비해 고속의 동작을 이룰 수 있게 된다.
한편, 방출되는 전자로 인한 전류의 량을 조절하기 위해서는 인가되는 전압원(9)의 전압을 증감시키거나 광원(8)의 광세기(light intensity)를 조절하면 된다.
상기와 같이 조절되는 전류는 전기저항(10)에 의하여 출력전압으로 나타낼 수 있으며, 입력저항(11, 12)은 입력신호를 적절한 크기로 분할한다.
제3도는 본 발명에 의한 광게이트 트랜지스터를 이용하여 n개 채널을 가진 MUX 회로의 회로도로서, 여러 개의 입력신호(Vin-1, n)는 각각 저항(11, 12), (13, 14)에 의해 일정한 비로 한정되어 각각 광게이트 트랜지스터의 방출전극(6)에 연결된다.
광 소스(optical source-1, n)(8, 8-1)가 입력신호(Vin)와 동기되어 특정 광게이트 트랜지스터의 방출전극(6)에 광을 조사하게 되면 전자를 방출하게 되고 전자가 수전전극(7)으로 전송된다.
따라서, 인가된 전압원(9)의 전압과 상기 조사된 광의 세기에 따라 그 신호 전류량이 출력저항(10)에 의하여 결정되고 출력전압(Vout)이 형성된다.
특정 광원의 선택으로 입력신호(Vin-1, n)중에 1개의 신호만을 선택할 수 있으며, 이 경우 시간은 광원의 선택을 위한 동기 주파수에 의해 결정된다.
또한, 광게이트 트랜지스터의 특징인 게이트와 방출전극사이의 용량성분의 제거로 광원의 광세기를 변조할 수 있는 속도로 광게이트 트랜지스터의 초고주파수의 동작영역이 가능하게 하며 이로써 고속의 muxtiplexing을 구현할 수 있다.
입력신호(Vin-1, n)를 광게이트 트랜지스터의 방출전극에 연결하고 광원(8, 8-1)의 동기신호에 따른 게이트 동작으로 전자를 방출시켜 여러 개의 입력신호중 1개의 신호만을 선택하여 전송하는 경우인 제3도에 대하여 제4도는 입력신호(Vin-1, n)가 직접 광원(8, 8-1, 8-2)을 구동하여 광게이트 트랜지스터를 작동시키는 방법을 나타낸다.
각각의 광게이트 트랜지스터는 입력신호와 동기된 스위치(SW-1, n)(15, 16) 들이 광게이트 트랜지스터의 방출전극(6)에 연결된다.
이때, 저항(R1-1, n)(12, 14)은 전자의 방출 전류를 조절하여 광게이트에 과다한 전류가 흐르는 것을 방지하게 된다.
상기 스위치들중 1개의 스위치가 선택되면 특정 광게이트 트랜지스터의 광원의 입력신호에 따라 광이 조사되고 방출전극(6)에서 전자가 방출되어 수전전극(7)에 접속된다.
따라서, 이때의 방출전자에 의한 전류는 제2도에서와 같이 출력저항(10)에 의해 출력전압(Vout)으로 나타난다.
그러므로 여러개의 입력신호들에서 1개의 입력신호를 스위치(15,16)로 선택하여 전송할 수 있게 된다.
제5도는 광게이트 트랜지스터를 이용한 DEMUX 회로의 회로도를 도시한 도면으로서, 1개의 입력신호(Vin)를 각각 저항(Rin-1, n)(11, 12)과 R1-1, n(13, 14)으로 적절하게 크기를 분할한 뒤 각각의 광게이트 트랜지스터의 방출전극(6)으로 입력시킨 다음, 여러 개의 광원(8) 중 1개를 입력과 동기시켜 구동한다.
이때, 선택된 방출전극(6)으로부터 방출된 전자는 인가된 전압원(9)에 의하여 수전전극(7)으로 이동된다.
상기 전류는 출력저항(10)에 의하여 출력전압으로 나타나며, 이때에도 전자에 의한 방출전류의 크기는 인가된 전원(9)과 광원(8)의 광세기에 의해 조절될 수 있다.
상기와 같이 입력신호(Vin)에 의해 임의의 시간동안 광원(8)을 구동함으로써 시간분할된 정보를 원하는 출력단(Vout-1)으로 전하는 디멀티플렉싱(demultiplexing)이 가능하게 된다.
이상과 같이 본 발명은 광게이트 트랜지스터의 초고속의 동작특성을 이용하여 여러 가지 고속회로의 응용이 가능하며, 고속의 광 MUX/DEMUX 회로를 구성할 경우 광신호를 전송하거나 전기 신호를 전송할 경우 모두 전기신호로 신호형태의 전환이 이루어질 수 있으며, 또한 상기 MUX/DEMUX 회로가 전원전압과 광원의 광세기로 충분히 구동할 수 있는 장점이 있어 간단하게 구동회로를 구성할 수 있다.

Claims (4)

  1. 진공 또는 대기 등의 기체 내에서 전자를 방출하는 방출전극과, 상기 방출전극에서 방출된 전자를 수집하는 수전전극과, 상기 방출전극의 표면에 광을 조사하기 위한 광원으로 이루어진 광게이트 트랜지스터를 이용하여 MUX/DEMUX 회로를 구현함에 있어서, n개의 입력신호가 저항에 의해 분압되어 광게이트의 트랜지스터의 방출전극에 연결되고, 광원이 상기 입력신호와 동기되어 특정 광게이트 트랜지스터의 방출전극에 광이 조사됨에 따라 상기 방출전극이 전자를 방출하고, 상기 방출된 전자가 수전전극으로 전송되어 전원전압과 조사된 광의 세기에 따라 신호 전류량이 출력저항에 의해 결정되고 전압이 출력되는 것을 특징으로 하는 광게이트를 이용한 MUX회로.
  2. 진공 또는 대기 등의 기체 내에서 전자를 방출하는 방출전극과, 상기 방출전극에서 방출된 전자를 수집하는 수전전극과, 상기 방출전극의 표면에 광을 조사하기 위한 광원으로 이루어진 광게이트 트랜지스터를 이용하여 MUX/DEMUX 회로를 구현함에 있어서, n개의 입력신호와 동기되는 스위치들이 광게이트 트랜지스터의 방출전극에 연결되고, 상기 스위치 중 어느 하나가 선택되는 경우 특정 광게이트 트랜지스터의 방출전극으로부터 전자가 방출되어 수전전극에 전송되어 방출전류량이 출력저항에 의해 전압으로 출력되는, 즉 상기 입력신호가 직접 광원을 구동하여 광게이트 트랜지스터를 작동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 광게이트를 이용한 MUX회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스위치에 저항이 연결되고, 상기 저항은 전자의 방출전류를 조절하여 광게이트에 과다한 전류가 흐르는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 광게이트를 이용한 MUX회로.
  4. 진공 또는 대기 등의 기체 내에서 전자를 방출하는 방출전극과, 상기 방출전극에서 방출된 전자를 수집하는 수전전극과, 상기 방출전극의 표면에 광을 조사하기 위한 광원으로 이루어진 광게이트 트랜지스터를 이용하여 MUX/DEMUX 회로를 구현함에 있어서, 하나의 입력신호가 저항에 의해 분압되어 각각의 광게이트 트랜지스터의 방출전극으로 입력시킨 다음, 여러 개의 광원 중 1개를 상기 입력신호와 동기시켜 선택된 방출전극으로부터 방출된 전자가 전압원에 의하여 수전전극으로 이동되어, 방출전류량이 출력저항에 의해 전압으로 출력되는 것을 특징으로 하는 광게이트 트랜지스터를 이용한 DEMUX회로.
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