KR100859717B1 - 3 단자 ｍｉｔ 스위치, 그 스위치를 이용한 스위칭 시스템,및 그 스위치의 ｍｉｔ 제어방법 - Google Patents

3 단자 ｍｉｔ 스위치, 그 스위치를 이용한 스위칭 시스템,및 그 스위치의 ｍｉｔ 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 불연속 MIT 특성을 갖는 MIT 소자를 이용한 3 단자 스위치에 있어서, 기존의 게이트 절연막이 불필요하고 불연속 MIT 점프를 용이하게 제어할 수 있는 3 단자 MIT 스위치 및 그 스위치를 이용한 스위칭 시스템, 및 그 스위치의 MIT 제어방법을 제공한다. 그 3 단자 MIT 스위치는 전이 전압에서 불연속 금속-절연체 전이(Metal-Insulator Transition: MIT)를 일으키는 MIT 소자; 상기 MIT 소자 양단으로 연결된 인렛(inlet) 및 아웃렛(outlet) 전극; 및 상기 인렛 전극에 연결되되, 상기 인렛 전극의 외부 단자와 분리된 외부 단자를 갖는 컨트롤(control) 전극;을 포함하고, 상기 컨트롤 전극으로 인가되는 전압 또는 전류에 의해 상기 MIT 소자의 MIT가 제어된다. 또한, 그 스위칭 시스템은 상기 3 단자 MIT 스위치; 상기 인렛 전극으로 연결되는 전원 소자; 상기 컨트롤 전극으로 연결되는 컨트롤 전원 소자;를 포함한다.
금속-절연체 전이, MIT, 3 단자 MIT 소자

Description

3 단자 ＭＩＴ 스위치, 그 스위치를 이용한 스위칭 시스템, 및 그 스위치의 ＭＩＴ 제어방법{Three terminal metal-insulator transition(MIT) switch, switching system using the same switch, and method of controlling MIT of the same switch}
본 발명은 MIT 소자에 관한 것으로, 특히 MIT 소자를 이용한 3 단자 스위치 및 그 스위치를 포함하는 스위칭 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 3 단자 전자소자로 대표되는 반도체 트랜지스터(transistor)는 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극으로서 게이트 전극을 갖는데, 이러한 게이트 전극은 게이트 절연체에 의해 제1전극 제2전극과 분리되어 있다. 이러한 트랜지스터는 게이트 전극으로 전압이 인가되면 전하가 유기되고, 유기된 전하가 제1 전극과 제2 전극의 전위차에 의해 흐름으로써 전류의 흐름이 발생한다. 즉, 트랜지스터는 게이트 전극으로 전압 인가 여부에 따라 전류의 온-오프(On-Off) 동작이 수행된다.
모트 트랜지스터라고 하는 점프가 없는 연속 금속-절연체 전이(Metal-Insulator Transistor: MIT)를 이용하는 모트-허바드 MIT 트랜지스터와, 점프가 발생하는 불연속 MIT를 이용하는 트랜지스터는 위 반도체 트랜지스터의 게이트와 같 이 제3 전극이 제1 전극 및 제2 전극과 분리된 구조를 갖는다. 모트-허바드 MIT 트랜지스터와 관련된 내용은 "D. M. Newns, J. A. Misewich, C. C. Tsuei, A. Gupta, B. A. Scott, and A. Schrott, Applied Physics Letter Vol. 73, 780 (1998)"에 기재되어 있다. 불연속 MIT를 이용하는 트랜지스터는 “H. T. Kim, B. G. Chae, D. H. Youn, S. L. Maeng, G. Kim, K. Y. Kang, Y. S. Lim, New Journal Physics 6 (2004) 52" 에 발표되었다.
그런데 이러한 트랜지스터들에서는 절연특성이 뛰어난 게이트 절연막을 만드는 것이 쉽지 않다. 그에 따라, 트랜지스터의 온-오프 특성 제어에 상당한 문제점을 가지고 있다. 특히, 불연속 MIT를 이용하는 트랜지스터에서 MIT 점프를 쉽게 제어할 수 있는 구조의 개발이 절실히 요구되어 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 불연속 MIT 특성을 갖는 MIT 소자를 이용한 3 단자 스위치에 있어서, 기존의 게이트 절연막이 불필요하고 불연속 MIT 점프를 용이하게 제어할 수 있는 3 단자 MIT 스위치 및 그 스위치를 이용한 스위칭 시스템, 및 그 스위치의 MIT 제어 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 전이 전압에서 불연속 금속-절연체 전이(Metal-Insulator Transition: MIT)를 일으키는 MIT 소자; 상기 MIT 소자 양단으로 연결된 인렛(inlet) 및 아웃렛(outlet) 전극; 및 상기 인렛 전극에 연결되되, 상기 인렛 전극의 외부 단자와 분리된 외부 단자를 갖는 컨트롤(control) 전극;을 포함하고, 상기 컨트롤 전극으로 인가되는 전압 또는 전류에 의해 상기 MIT 소자의 MIT가 제어되는 3 단자 MIT 스위치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 3 단자 MIT 스위치는 상기 컨트롤 전극이 내부에서 상기 인렛 전극에 연결되고, 외부로 노출되는 상기 인렛 전극의 외부 단자와 컨트롤 전극의 외부 단자는 서로 분리된 형태로 패키징(packaging)될 수 있다. 또한, 상기 3 단자 MIT 스위치는 상기 컨트롤 전극이 외부에서 상기 인렛 전극에 연결되고, 상기 인렛 전극의 외부 단자와 컨트롤 전극의 외부 단자는 서로 분리된 형태로 패키징(packaging)될 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 인렛 전극은 상기 MIT 소자의 제1 단자에 제1 박막 저항을 통해 연결되고, 상기 컨트롤 전극은 상기 MIT 소자의 제1 단자에 제2 박막저항을 통해 연결될 수 있으며, 또한 상기 인렛 전극은 상기 MIT 소자의 제1 단자에 바로 연결되고, 상기 컨트롤 전극은 상기 인렛 전극에 제2 박막저항을 통해 연결됨으로써, 상기 MIT 소자에 연결될 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 인렛 전극의 외부 단자에는 일정한 전압이 인가되고, 상기 컨트롤 전극의 외부 단자에는 가변시킬 수 있는 전압이 인가됨으로써, 상기 MIT 소자의 MIT가 제어될 수 있다. 또한, 상기 컨트롤 전극으로 소정 주파수의 연속파 전압이 인가됨으로써, 상기 MIT 소자에 소정 주기의 MIT가 발생되도록 할 수도 있다. 좀더 상세히 설명하면, 상기 인렛 전극으로 인가되는 전압은 상기 전이 전압보다 낮은 전압이고, 상기 3단자 MIT 스위치는 상기 컨트롤 전극으로 인가되는 전압이 상기 인렛 전극으로 인가되는 전압과 합쳐져 상기 전이 전압보다 높은 경우에 상기 MIT 소자에 MIT가 발생하여 턴-온(Turn-On) 상태가 되고, 상기 전이 전압보다 낮은 경우에 상기 MIT 소자에 MIT가 소멸되어 턴-오프(Turn-Off) 상태가 되므로, 상기 컨트롤 전극으로 인가되는 전압을 조절함으로써, 상기 3 단자 MIT 스위치를 제어할 수 있다.
한편, 상기 인렛 전극 및 컨트롤 전극의 각 외부 단자에는 소정 저항값을 갖는 저항 소자가 연결되어 상기 3 단자 MIT 스위치가 보호되는 것이 바람직하다. 이러한 상기 3 단자 MIT 스위치는 저전압, 고전압, 저전류, 고전류, 저전력, 및 고전력 스위칭 소자 중 적어도 하나의 스위칭 소자에 이용될 수 있고, 또한 상기 MIT 소자로의 정공 도핑을 제어할 수 있는 전압(또는 전계), 온도, 압력, 및 빛을 포함 한 물리적 또는 화학적 인자들을 감지하는 센서에도 이용될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 3 단자 MIT 스위치; 상기 인렛 전극으로 연결되는 전원 소자; 상기 컨트롤 전극으로 연결되는 컨트롤 전원 소자;를 포함하는 3 단자 MIT 스위치를 이용한 스위칭 시스템을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 스위칭 시스템은 복수 개의 상기 3 단자 MIT 스위치가 어레이(Array) 또는 매트릭스(matric) 구조로 집합적으로 배치될 수 있는데, 상기 각 3 단자 MIT 스위치의 상기 MIT 소자의 전이 전압을 서로 다르게 구성함으로써, 동시에 다양한 전류 또는 전압에 대한 스위칭를 제어할 수 있다. 한편 위와 같은 어레이 또는 메트릭스 구조로 배치함으로써, 이미지 센서와 같은 영상 센서로도 이용할 수도 있다.
더 나아가 본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 전이 전압에서 불연속 금속-절연체 전이(Metal-Insulator Transition: MIT)를 일으키는 MIT 소자, 상기 MIT 소자 양단으로 연결된 인렛 및 아웃렛 전극; 및 상기 인렛 전극에 연결되되, 상기 인렛 전극의 외부 단자와 분리된 외부 단자를 갖는 컨트롤 전극;을 포함하는 3 단자 MIT 스위치에 있어서, 상기 컨트롤 전극으로 인가하는 전압을 가변함으로써, 상기 MIT 소자의 MIT를 제어하는 3 단자 MIT 스위치의 MIT 제어방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 MIT 제어 방법은 상기 인렛 전극의 외부 단자에는 일정한 전압을 인가하고, 상기 컨트롤 전극으로 소정 주파수의 연속파 전압을 인가함으로써, 상기 MIT 소자에 소정 주기의 MIT가 발생되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 3 단자 MIT 스위치는 기존의 트랜지스터와 달리 게이트 절연막이 불필요하며, 컨트롤 전극으로 인가되는 전압을 조절함으로써, 용이하게 불연속 MIT 점프를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 3 단자 MIT 스위치는 그 핵심 부품인 MIT 소자를 소형의 저비용으로 용이하게 제조할 수 있기 때문에, 기존의 3 단자 스위치에 비해 사이즈 축소, 제조 및 비용 면에서 매우 유리하다.
더 나아가 본 발명의 3 단자 MIT 스위치는 다양한 전이 전압을 갖는 MIT 소자를 채용할 수 있고, 그에 따라 저전력 또는 고전력 등 다양한 전력에 대한 스위칭 소자로 이용될 수 있으며, 또한 일반 트랜지스터나 센서 등의 용도로도 이용될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 상부에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었고, 설명과 관계없는 부분은 생략되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3 단자 MIT 스위치에 대한 등가 회로도이다. 여기서 가변저항은 MIT 소자를 의미한다.
도 1a를 참조하면, 본 발명에 따른 3 단자 MIT 스위치는 MIT 소자(100), MIT 소자(100)로 연결된 트리플(triple) 접점(234)과 아웃렛(outlet) 전극(300), 및 트리플 접점으로 연결된 인렛(inlet) 전극(200)과 컨트롤(control) 전극을 포함한다. 인렛 전극(200)과 컨트롤 전극은 제1 박막 저항(410) 및 제2 박막 저항(410)을 통해 트리플 접점(234)으로 연결된다. 이와 같이 형성된 3 단자 MIT 스위치에 대한 좀더 자세한 구조 및 구동 원리 등은 도 1b 이하의 도면 설명 부분에서 설명한다.
일반적인 2 단자 MIT 소자는 수직형 및 수평형으로 제조될 수 있는데, 이러한 2 단자 MIT 소자의 2 단자는 본 발명의 3 단자 MIT 스위치의 인렛 전극 및 아웃렛 전극에 대응된다. 먼저, 2 단자 MIT 소자에 대하여 간단히 설명하면,
수직형 구조를 가지는 2 단자 MIT 소자는, 기판, 기판 상에 형성된 버퍼층 및 버퍼층 상부에 형성된 제1 전극 박막, MIT 박막 및 제2 전극 박막을 포함하는 구조로 이루어진다. 여기서, 제1 전극 박막 및 제2 전극 박막은 3 단자 MIT 스위치에서 인렛 전극 및 아웃렛 전극에 대응되며, MIT 박막은 MIT 소자에 대응된다.
MIT 박막, 즉 MIT 소자(100)는 저농도의 정공이 첨가된 p형 무기물 반도체, p형 무기물 절연체, p형 유기물 반도체 및 p형 유기물 절연체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 상기 MIT 소자들은 산소, 탄소, Si, Ge, 반도체 화합물(Ⅲ-Ⅴ족,Ⅱ-Ⅳ족), 전이금속 원소, 희토류 원소, 및 란탄계 원소 중에도 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예컨대, MIT 소자(100)는 GaAS, GaSb, InP, InAs, GST (GeSbTe)의 화합물, Si, Ge과 같은 반도체 물질로 형성될 수 있다. 한편, MIT 소자(100)는 n형이면서 매우 큰 저항을 갖는 반도체 및 절연체를 포함하여 형성될 수도 있다. 여기서, 첨가된 정공의 농도는 3 × 1016 ㎝-3 정도이다.
구체적으로 상기 MIT 소자(100)는, Al2O3, VO2, V2O3, ZrO2, ZnO, HfO2, CuO, Ta2O5, La2O3, Fe2O3, NiO, 및 MgO 중에서 적어도 하나가 함유된 산화막 물질, AlxTiyO, ZnxTiyO, ZrxTiyO, TaxTiyO, VxTiyO, LaxTiyO, BaxTiyO, 및 SrxTiyO 중에서 적어도 하나가 함유된 산화막 물질, 및 GaAS, GaSb, InP, InAs, GST (GeSbTe), Si, 및 Ge 중에서 적어도 하나가 함유된 반도체 물질 중에서 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
이러한 MIT 소자(100)는 sputtering 방식, MBE(molecular beam epitaxy), e-beam evaporation, thermal evaporation, ALE(atomic layer epitaxy), PLD(pulsed laser deposition), CVD(chemical vapor deposition), Sol-Gel 방법 및 ALD(atomic layer deposition) 등의 방법들 중 적어도 하나의 방법을 통하여 형성될 수 있다.
한편, 전극 박막, 즉 인렛 전극 및 아웃렛 전극(200, 300))은, Al, Cu, Ni, W, Mo, Cr, Zn, Mg, Fe, Co, Sn, Pb, Au, Ag, Pt, Ti, Ta, TaN, TaW, WN, TiN, TiW, poly-Si 및 산화물 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 여기서 산화물 전극은 IrO, RuO, InSnO(InO:Sn) 또는 ZnO 등을 들 수 있다.
기판의 경우, Si, SiO2, GaAs, Al2O3, 플라스틱, 유리, V2O5, PrBa2Cu3O7, YBa2Cu3O7, MgO, SrTiO3, Nb가 도핑된 SrTiO3 및 절연 박막 위의 실리콘(SOI) 중에서 적어도 하나의 물질을 포함하여 형성할 수 있다.
본 발명에 적용되는 MIT 소자(100)는 인가되는 전압에 따라 전기적 특성이 급격하게 변한다. 즉, MIT 발생 전압(이하' 전이 전압') 미만에서 MIT 소자(100)는 절연체의 특성을 나타내며, 전이 전압 이상에서는 불연속 MIT 점프가 발생하여 금속성 물질의 성질을 띠게 된다. 참고로 MIT 소자는 전압뿐만 아니라 MIT 소자로의 정공 도핑을 제어할 수 있는 온도, 압력, 및 빛을 포함한 물리적 또는 화학적 인자들을 통해서도 MIT가 발생할 수 있고, 그에 따라 그러한 물리적 또는 화학적 인자들을 감지할 수 있는 센서에 이용될 수 있다.
한편, 수평형 구조를 가지는 2 단자 MIT 소자에 대해 설명하자면,
수평형 구조를 가지는 2 단자 MIT 소자는, 기판, 기판 상에 형성된 버퍼층, 버퍼층 상면 일부에 형성된 MIT 소자(100) 및 버퍼층의 상부로 MIT 소자(100) 측면과 상면으로 서로 대향하면서 형성된 인렛 전극 및 아웃렛 전극(200, 300)을 포함하는 구조를 갖는다. 즉, 인렛 전극(200)과 아웃렛 전극(300)이 MIT 소자(100)를 사이에 두고 수평으로 분리된 구조를 갖는다.
수평형 구조를 갖는 2 단자 MIT 소자에서의 각 구성 부분의 재질 등은 앞서 수직형 구조에서 설명한 바와 같다. 전술한, 수직형 및 수평형의 2 단자 MIT 소자는 마이크로 미터(㎛) 단위의 소형으로 만들 수 있고, 경제적인 측면에서도 매우 저렴한 가격으로 제작할 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명에 따른 3 단자 MIT 스위치는 전술한 2 단자 MIT 소자의 수직형 또는 수평형 구조 중 어느 하나의 구조를 가지되, 인렛 및 아웃렛 전극(200, 300)과 함께, MIT 소자(100)의 MIT를 컨트롤하기 위한 컨트롤 전극(400)을 더 포함하는 구조를 갖는다. 여기서, 컨트롤 전극(400)은 앞서 설명한 인렛 및 아웃렛 전극(200, 300)과 동일한 재질로 형성될 수 있음은 물론이다.
도 1b는 도 1a의 3 단자 MIT 스위치의 내부 구조를 보여주는 구조도이다.
도 1b를 참조하면, 본 발명의 3 단자 MIT 스위치는 특정 전압, 즉 전이 전압에서 불연속 MIT를 일으키는 MIT 소자(100), MIT 소자(100) 양단으로 형성된 트리플 접점(234)과 아웃렛 전극(300), 트리플 접점(234)에 양 측면으로 형성된 제1 박막 저항(210)과 제2 박막 저항(410), 및 제1 박막 전극(210)에 연결된 인렛 전극(200)과 제1 박막 전극에 연결된 컨트롤 전극(400)을 포함한다.
이와 같은 구조는 도 1a의 3 단자 MIT 스위치에 대한 가장 전형적인 구조로서, 인렛 전극(200), 아웃렛 전극(300) 및 컨트롤 전극(400)이 MIT 소자(100)로 전기적으로 연결된 3 단자를 구성한다. 여기서, 트리플 접점(234)에 형성된 제1 및 제2 박막 저항(210, 410)은 서로 분리되어 있기만 하면 트리플 접점(234)의 어느 부분으로 형성되어도 무방하다.
좀더 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 3 단자 MIT 스위치에서, 인렛 전극(200)은 제1 박막저항(210) 통해 그리고 컨트롤 전극(400)은 제2 박막 저항(410)을 통해 2 단자 MIT 소자(100)의 제1 단자(플러스)에 형성된 트리플 접점(234)으로 연결되고, 아웃렛 전극(300)은 2 단자 MIT 소자(100)의 제 2 단자(마이너스)에 연 결된다. 제1 박막 저항(210)은 가능한 작을수록 좋으며, 경우에 따라 영이 될 수 있다. 제1 박막 저항(210)과 제2 박막 저항(410)은 MIT 소자용 박막을 이용하거나 새롭게 저항 물질 박막을 트리플 접점(234)으로 증착하여 만들 수 있다. 여기서, 트리플 접점(234)은 금속 등의 일반적인 도전성 물질로 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 인렛 전극(200)의 외부 단자에는 일정한 전압이 인가되어 인렛 전류(Iinlet)가 흐르고, 상기 컨트롤 전극(400)의 외부 단자에는 가변시킬 수 있는 전압이 인가되어 콘트롤 전류(Icontrol)가 흐르게 됨으로써, 상기 MIT 소자(100)의 MIT가 제어될 수 있고, 아웃렛 전류(Ioutlet)는 Ioutlet = Iinlet + Icontrol 로 주어진다. MIT 소자(100)에 흐르는 누설 전류를 없애기 위해서, 즉 Ioutlet = 0, Icontrol = -Iinlet이 성립하게 함으로써, 컨트롤 전류를 통해 MIT 소자(100)에 흐르는 약간의 누설 전류를 조절하는 것이 가능하다. 통상적으로 Icontrol 는 반도체에 흐르는 전류이므로 전류밀도는 102 A/cm2 ~ 103 A/cm2 정도이다. MIT가 발생하면 Ioutlet 에 흐르는 전류 밀도는 105 A/cm2 ~ 106 A/cm2 정도이다. 그에 따라 증폭율은 Ioutlet/Icontrol ≒ 100 ~ 1000 정도이다.
도 1c는 도 1a의 3 단자 MIT 스위치에서 제1 박막 저항이 영인 경우, 즉 제1 박막 저항이 없는 경우의 3 단자 MIT 스위치의 내부 구조를 보여주는 구조도이다.
도 1c를 참조하면, 도 1b와 달리, 3 단자 MIT 스위치는 제1 박막 저항을 포 함하지 않는다. 또한, 인렛 전극(200)이 도전성 물질로 형성되므로, 트리플 접점(324)을 바로 인렛 전극으로 사용할 수 있다. 따라서, 도 1b에 비해 좀더 간단한 구조로 3 단자 MIT 스위치를 구현할 수 있다.
도 1d는 도 1a의 3 단자 MIT 스위치에서 제1 박막 저항이 영인 경우의 적층형의 3 단자 MIT 스위치를 보여주는 구조도이다.
도 1d를 참조하면, 적층형의 3 단자 MIT 스위치는 기판(10) 상에 순차적으로 아웃렛 전극(300), MIT 소자(100), 인렛 전극(200), 제2 박막 저항(410) 및 컨트롤 전극(400)이 적층되어 형성된다. 적층형의 3 단자 MIT 스위치의 기능이 도 1c의 수평형의 3 단자 MIT 스위치와 동일함은 물론이다. 한편, 도 1b의 수평형 3 단자 MIT 스위치도 MIT 소자(100) 상으로 트리플 접점(234)을 형성하고 그 상부로 제1 및 제2 박막 저항(210, 410)을 각각 형성한 후, 각 박막 저항으로 인렛 전극(200) 및 아웃렛 전극(400)을 형성함으로써, 적층형 구조로 구현할 수 있다. 한편, 이러한 적층형 구조의 경우 개별적인 전압 인가를 위해, 인렛 전극(200)과 컨트롤 전극(400) 사이에는 절연막 등이 삽입되는 것이 바람직하다.
도 1e는 도 1a의 3 단자 MIT 스위치에서 제1 및 제2 박막 저항이 영인 경우, 즉 제1 및 제2 박막 저항이 없는 경우의 3 단자 MIT 스위치의 내부 구조를 보여주는 구조도이다.
도 1e를 참조하면, 3 단자 MIT 스위치는 도 1c에 비교하여 제2 박막 저항까지도 없앰으로써, 좀더 간단한 구조를 갖는다. 즉, 컨트롤 전극(400)이 인렛 전극(200) 또는 트리플 접점(324)으로 바로 연결되는 구조를 갖는다.
다만, 도 1c ~ 1e 구조의 경우, 인렛 전극(200) 또는 컨트롤 전극(400)을 통해 인가되는 전압이나 전류가 박막 저항을 통한 여과 없이 바로 MIT 소자(100)로 인가되는 구조이므로, MIT 소자 보호 등을 위해 인가되는 전압이나 전류를 세밀하게 조절하는 것이 바람직하다.
도 1f는 도 1a의 3 단자 MIT 스위치가 패키지 된 구조를 보여주는 구조도로서, 도 1a의 3 단자 MIT 스위치가 패키징된 후 외부 모습을 보여준다. 여기서 MIT 소자(100)는 MIT 패키지(100') 내부로 패키징된다.
도 1f를 참조하면, 본 발명의 따른 3 단자 MIT 스위치는 실제적인 제품으로 사용되기 위하여 패키징되는데, 도 1b ~ 1e에서 도시한 바와 같이 내부적으로는 인렛 전극(200) 및 컨트롤 전극(400)이 연결되어 있지만, 패키징된 후에는 인렛 전극(200)의 외부 단자와 컨트롤 전극(400)의 외부 단자가 서로 분리된 구조를 갖는다. 이와 같이 분리된 인렛 전극(200) 및 컨트롤 전극(400)의 외부 단자로는 각각의 전원이 연결되어 서로 다는 전압이 인가되게 된다. 그에 대한 좀더 상세한 설명은 도 3 부분에서 설명한다.
도 1g는 도 1a의 3 단자 MIT 스위치가 도 1f와 다르게 패키지 된 구조를 보여주는 구조도이다.
도 1g를 참조하면, 도 1f에서 3 단자 MIT 스위치는 인렛 전극(200)과 컨트롤 전극(400)이 내부적으로 연결되고, 외부적으로 각각의 단자들이 분리된 구조를 가졌다. 그러나 본 실시예에서는 인렛 전극(200)과 컨트롤 전극(400)의 연결이 패키징된 3 단자 MIT 스위치의 외부에서 이루어지도록 패키지 된다. 즉 패키지 MIT(100')의 외부에서 인렛 전극(200)과 컨트롤 전극(400)이 연결되도록 구성된다.
이와 같이 인렛 전극(200)과 컨트롤 전극(400)이 외부에서 연결되는 경우에도, 도 1f와 같이 내부에서 연결된 3 단자 MIT 스위치와 기능면에서 전혀 다르지 않다. 즉, 도 1f의 구조로 제작될지, 도 1g의 구조로 제작될지는 3 단자 MIT 스위치의 사용목적이나 사용환경에 따라 임으로 정해질 수 있다. 일반적으로는 인렛 전극(200)과 컨트롤 전극(400)의 연결부분의 보호 차원에서, 도 1f와 같이 내부적으로 연결되는 구조가 바람직하다. 또한, 도 1a ~ 1d와 같이 박막 저항을 포함하는 경우에도 박막 저항의 저항 특성 유지를 위해 내부 연결 구조의 패키지를 사용하는 것이 바람직하다.
이하에서는 전술한 3 단자 MIT 스위치에 대한 동작 원리에 대하여, 실험 데이터 등을 통해 상세히 설명한다.
도 2는 2 단자 MIT 소자에서 측정된 MIT 점프를 보여주는 전압-전류 곡선 그래프이다.
도 2를 참조하면, 2 단자 MIT 소자의 양단의 인렛 전극 및 아웃렛 전극을 통해 전압을 인가한 경우에 불연속 MIT 점프가 발생하는 모습을 보여주고 있다. 그래프 상 약 14 V 정도에서 불연속 MIT가 발생하므로, MIT 소자의 전이 전압이 14 V 정도임을 알 수 있다.
이와 같이 2 단자 MIT 소자의 경우, 인렛 전극을 통해 인가되는 전압에 의해서만 불연속 MIT가 발생하므로, 불연속 MIT 제어가 쉽지 않다. 또한, 일반적으로 불연속 MIT 발생 이후에, 인렛 전극으로 인가되는 전압을 전이 전압 이하로 낮추는 경우에도 전압-전류 이력 곡선 특성에 의해 MIT가 바로 소멸하지 않는다. 그로 인해, 불연속 MIT 제어가 더욱 어려운 실정이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 1a의 3 단자 MIT 스위치를 이용한 스위칭 시스템을 보여주는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 스위칭 시스템은 전술한 3 단자 MIT 스위치 및 3 단자 MIT 스위치의 인렛 전극(200)으로 연결된 전원 소자(600) 및 컨트롤 전극(400)으로 연결된 컨트롤 전원 소자(500)를 포함한다. 여기서, 3 단자 MIT 스위치의 각 전극 또는 그 외부 단자들은 접점(200, 300, 400)으로 표시되어 있다. 한편, 아웃렛 전극(300)은 그라운드(800)와 연결된다.
한편, MIT 소자(100) 보호를 위해 인렛 전극(200)과 전원 소자(600) 사이와 컨트롤 전극(400)과 컨트롤 전원 소자(500) 사이에는 각각의 외부 저항들 RS, RO(710, 720)이 연결되어 있다. 또한, 아웃렛 전극(300)과 그라운드(800) 사이에도 부하 저항 Rroad(730)이 연결되어 있다. 부하 저항(730)의 경우, 스위칭 시스템의 전압 측정 위치나 목적에 따라 생략될 수도 있다. 외부 저항들(710, 720)은 박막 저항들(210, 410)과 같은 기능을 갖는다.
본 발명의 스위칭 시스템에서, 전원 소자(600)는 일정 전압을 인렛 전극(200)을 통해 MIT 소자로 일정 전압을 인가하는데, 인가되는 일정 전압은 MIT 소자(100)에서 불연속 MIT가 발생할 수 없는 전압, 즉 전이 전압보다 낮은 전압이 인가된다. 한편, 전원 소자(600)는 MIT 소자(100)에서 MIT 발생 이후의 전압 변화에 따라 인가되는 전압을 변화시켜 제공할 수도 있다. 즉, 전원 소자(600)를 고정 전류 소스원으로서, 세팅함으로써, MIT 발생에 따라 급격히 전류가 증가되는 경우에 전류를 고정하기 위하여 전압을 가변시킬 수 있다. 이러한 전원 소자(600)는 예컨대 파라메터에널라이저(parameter analyzer)일 수 있다.
한편, 컨트롤 전극(400)으로 전압을 인가하는 컨트롤 전원 소자(500)는 컨트롤 전극으로 가변 전압 또는 전류를 인가하는 전원 소자이다. 컨트롤 전원 소자(500)를 통해 가변 전압을 인가함으로써, MIT 소자(100)의 불연속 MIT를 제어할 수 있다. 즉, 컨트롤 전원 소자(500)를 통해 인가된 전압이 전원 소자(600)에서 인가된 전압과 합쳐져, 전이 전압 이상이 되면 MIT 소자(100)에서 불연속 MIT가 발생하고, 전이 전압 미만이 되면 불연속 MIT가 소멸하는 원리로 불연속 MIT가 제어되게 된다.
이와 같은 원리는 홀-드리븐 MIT 이론에 기반을 둔 것으로서, 이 이론은 Physica C 341-348 (2000) 729; http//xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0110112; New J. Phys. 6 (2004) 52 에 공개되어 있다. 간단히, 설명하면 컨트롤 전극(400)으로 인가되는 전압을 통해 MIT 소자로 홀을 도핑 또는 디도핑(dedoping)함으로써, MIT 소자의 전이 전압을 변화시키게 된다. 이는 또한 앞서 설명한 바와 같이 컨트롤 전극(400)의 전압이 인렛 전극(200)의 전압과 합쳐서 원래의 전이 전압 이상이 되는지에 따라 불연속 MIT가 발생하는 것으로도 해석할 수 있다. 한편, 여기서 컨트롤 전극(400)으로 인가되는 전압은 인렛 전극(200)의 전압과 합쳐질 수 있도록 순간적으로 인가되는 것이 바람직하다. 예컨대, 컨트롤 전원 소자(500)는 주기적인 펄스 파를 인가할 수 있는 파동 발생기(Function Generator)일 수 있다.
도 4는 VO2로 제작된 MIT 소자를 이용한 도 3의 스위칭 시스템에서 측정한 전압-전류에 대한 그래프로서, 부하 저항(730) 없이 컨트롤 전극(400)을 통해 인가되는 전압을 - 10 ~ + 10 V까지 변화시키면서 측정한 전압-전류 곡선이다. 여기서, X축은 전원 소자에서 인가되는 전압 또는 MIT 소자에 인가되는 전압을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 컨트롤 전극(400)으로 인가된 전압에 따라 MIT 소자(100)의 불연속 MIT가 발생하는 전압, 즉 전이 전압이 달라짐을 볼 수 있는데, 컨트롤 전극(400)으로 인가된 전압이 높을수록 전이 전압이 낮아지고 낮을수록 전이 전압이 높아지게 된다. 이는 전술한 바와 같이 컨트롤 전극(400)을 통해 전압이 인가됨으로써, 저 농도의 정공이 MIT소자(100)로 도핑되거나 디도핑됨으로써 일어나는 현상이다.
한편, 다른 측면으로도 해석가능한데, 즉, 인렛 전극(200)을 통해 전원 소자(600)에서 인가되는 전압을 고정했을 때, 컨트롤 전극(400)의 전압에 따라, MIT 소자에서 불연속 MIT 발생하거나 소멸하게 된다. 그에 대한 설명은 도 6을 참조하여 설명한다.
본 그래프를 통해 알 수 있듯이, 3 단자 MIT 스위치의 불연속 MIT 점프를 컨트롤 전극(400)으로 인가되는 전압을 통해 제어할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 컨트롤 전극(400)으로 인가되는 전압을 조절함으로써, MIT 소자(100)에서 MIT를 발생시키거나 소멸시킬 수 있다.
도 5는 Be가 도핑된 GaAs로 제작된 MIT 소자를 이용한 도 3의 스위치 시스템에서 측정한 전압-전류에 대한 그래프로서, 역시, 부하 저항(730) 없이 컨트롤 전극(400)을 통해 인가되는 전압을 - 10 ~ + 10 V까지 변화시키면서 측정한 전압-전류 곡선이다.
도 5 역시, 도 4와 비슷하게 컨트롤 전극(400)으로 인가되는 전압을 통해 전이 전압이 변화됨을 알 수 있다. 즉, 컨트롤 전극(400)으로 인가되는 전압이 낮을수록 전이 전압이 높아지고 높을수록 전이 전압이 낮아지게 된다.
도 6은 도 3의 스위칭 시스템에서, 컨트롤 전극에 파동 발생기(Function Generator)에서 변조된 변조파를 입력하여 MIT 소자에서의 MIT 변화를 측정한 그래프이다. 여기서, 최상부의 곡선은 전원 소자(600)에 인가되는 전압을 나타내고 왼쪽의 전압 단위를 따르며, 중간의 펄스파 형태의 곡선은 부하 저항(730) 전단에서 측정된 전압을 나타내고 오른쪽의 전압 단위를 따르며, 최하부의 펄스파 형태의 곡선은 컨트롤 전극(400)에 인가된 전압을 나타내고 왼쪽 전압 단위를 따른다.
도 6을 참조하면, 전원 소자(600)에 일정 전압이 인가되고, 컨트롤 전원 소자(500)를 통해 주기적인 연속파 형태의 펄스파가 인가된다. 컨트롤 전극(400)으로 고전압부분이 인가될 때는 MIT 소자에서 불연속 MIT가 발생하여 MIT 소자에 낮은 전압이 걸리게 되고, 그에 따라 부하 저항(730)으로 높은 전압이 걸리게 된다. 한편, 저전압 부분이 인가될 때는, MIT 소자(100)에서의 MIT가 소멸하여 MIT 소자(100)로 높은 전압이 걸리게 되고, 그에 따라 부하 저항(730)으로 낮은 전압이 걸리게 된다.
즉, 전원 소자(600)를 통해 인가되는 전압은 MIT 소자(100)의 전이 전압보다 낮아 불연속 MIT가 발생하지 않지만, 컨트롤 전극(400)으로 인가되는 전압이 합쳐서 전이 전압 이상이 되면, 불연속 MIT가 발생하게 되고, 다시 전이 전압 미만이 되면 불연속 MIT가 소멸하는 식으로 스위칭 시스템이 동작하게 된다. 결국, 전술한 바와 같이 컨트롤 전극(400)을 통해 인가되는 전압을 조절함으로써, MIT 소자(100)의 불연속 MIT 발생을 제어할 수 있음을 알 수 있다.
한편, MIT 소자(100)에 불연속 MIT가 발생할 때, 인가되는 펄스파의 전압이나 주기에 따라 발진(oscillation) 특성이 발생하게 되는데, 이하에서 그에 대한 내용을 설명한다.
도 7a는 도 3의 스위칭 시스템에 대한 회로도에 대하여 구간별 전압 및 전류를 표시하여 좀더 상세하게 나타낸 회로도이다.
도 7a를 참조하면, 도 7a의 스위칭 시스템에 대한 회로도는 도 3의 스위칭 시스템과 동일하나, 각 소자에 걸리는 전압이나 회로를 통해 흐르는 전류를 기호로 지칭하여 표시하고 있다. 예컨대, VS는 전원 소자(600)에서 인가되는 전압을 나타내고, VCS는 컨트롤 전원 소자(500)에서 인가되는 전압을 나타내며, VD는 MIT 소자(100)에 걸리는 전압을 나타낸다. RS는 전원 소자(600)와 MIT 소자(100) 사이의 제1 외부 저항(710)을, RC는 컨트롤 전원 소자(500)와 MIT 소자(100) 사이의 제2 외부 저항(720)을 나타낸다. 한편, II는 전원 소자(600)를 통해 입력되는 전류를, IC 는 컨트롤 전원 소자(500)를 통해 입력되는 전류를, 그리고 IO는 MIT 소자(100)를 통해 출력되는 전류를 나타낸다. 본 회도로에서는 부하 저항은 생략되었다.
도 7b는 도 7a의 회로도에서 MIT 발생 시에 MIT 오실레이션이 발생하는 경우에 대한 그래프로서, 전원 소자(600)에서 인가되는 전압(Vs)은 16.25 V, 제1 외부 저항(710)의 저항값은 10.75 kΩ, 그리로 제2 외부 저항(720)의 저항값은 50.1 kΩ이다. 한편, 펄스파의 주기는 40 ㎲이다.
도 7b를 참조하면, 컨트롤 전극을 통해 펄스파 형태의 전압이 들어오고 그에 따라, MIT 소자(100)에서 불연속 MIT가 발생하게 되는데, 이러한 불연속 MIT는 펄스파의 고전압 부분에서 오실레이션 형태를 갖는다. 이러한 오실레이션이 발생하는 이유는 MIT 소자의 전압-전류 이력 곡선 특성에 기인하다. 즉, MIT 발생으로 인해 급격한 전류 상승이 MIT 소자(100)로 걸리는 전압을 낮추게 되고 그에 따라 MIT가 소멸하고, 다시 MIT 소자(100)에 걸리는 전압이 상승하여 불연속 MIT가 발생하는 식으로 반복되기 때문이다. 물론 펄스파의 낮은 전압부분에서는 MIT 소자(100)의 전이 전압에 미치지 않으므로 불연속 MIT가 발생하지 않고 그에 따라 오실레이션이 발생할 여지가 없다.
한편, 본 발명의 3 단자 MIT 스위치는 선형 소자이므로 전압에서 발생하는 MIT 오실레이션은 전류에서도 그대로 발생하게 된다. 하부의 그래프가 전류에 대한 오실레이션을 보여주는 그래프로서, MIT 소자(100)로부터의 출력 전류가 1 mA 일 때, 약 1 × 105 A/㎠ 정도의 전류 밀도(Jo)를 가지고 오실레이션하는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 따른 3 단자 MIT 스위치는 컨트롤 전극을 통해 적절한 전압 및 적절한 주기의 펄스파를 인가함으로써, MIT 소자에서 불연속 MIT가 발진파 형태로 발생하도록 할 수 있으며, 그 발진파의 주파수 조절도 가능하다. 따라서, 본 발명의 3 단자 MIT 스위치는 발진파를 발생하는 장치에 이용될 수 있고, 또한, 그러한 발진파 장치에서 발생하는 발진파의 주파수 등을 컨트롤 전극에 의해 용이하게 제어할 수 있다.
7c는 도 7a의 회로도에서 MIT 발생 시에 MIT 오실레이션이 발생하는 않는 경우에 대한 그래프로서, 전원 소자(600)에서 인가되는 전압(VS)은 9.27 V, 제1 외부 저항(710)의 저항값은 5 kΩ, 그리로 제2 외부 저항(720)의 저항값은 5 kΩ이다. 한편, 펄스파의 주기는 약 3.7 ㎲ 정도이고, 전압은 0 V을 기준으로 한 피크-투-피크(peak-to-peak) 전압 ±6.5 V가 인가된다.
도 7c를 참조하면, 컨트롤 전극(400)을 통해 인가된 전압을 통해 MIT 소자(100)에서 불연속 MIT가 발생하나 도 7c와 다르게 오실레이션은 발생하지 않는다. 이와 같이 오실레이션이 발생하지 않는 이유는, 인가되는 펄스의 주기가 너무 짧아 MIT 소멸에서 다시 MIT 발생하는 전압으로 가기 전에 펄스파의 전압이 저전압 부분으로 변해버리기 때문이다. 한편, MIT 소자(100)의 전이 전압이 너무 높은 경우에도 전압-전류 이력 곡선에서 이력의 간격이 커져 오실레이션이 발생하지 않는 경우가 있는데, 이 경우는 이력의 간격이 커짐에 따라, 전류의 이동량이 많아 MIT 소자에 열이 많이 발생하게 됨으로써, 열에 의해 MIT 소자의 특성이 변하기 때문이다. 참고로, 불연속 MIT가 발생하여 MIT 소자가 금속 상태로 바뀐 상태에서, MIT 소자(100)에 걸리는 전압이 3.3 V일 때, 출력 전류의 전류 밀도는 1.6 × 105 A/㎠를 보이고 있다.
본 발명에 따른 3 단자 MIT 스위치는 도 1a ~ 1d에서 도시한 바와 같이 게이트 절연막이 불필요하고 컨트롤 전극을 통해 가변 전압을 인가함으로써, MIT 소자의 불연속 MIT를 용이하게 제어할 수 있다. 그에 따라, 저전압, 고전압, 저전류, 고전류, 저전력, 및 고전력 스위칭 소자 중 적어도 하나의 스위칭 소자에 유용하게 이용될 수 있다.또한, 컨트롤 전극을 통해 주기적인 펄스파를 인가함으로써, 발진파를 발생시킬 수 있고 그 발진파의 주파수 등도 제어할 수 있다. 한편, 본 발명의 3 단자 MIT 스위치를 어레이(Array) 또는 매트릭스(matric) 구조로 집합적으로 배치시키고, 각 3 단자 MIT 스위치의 MIT 소자의 전이 전압을 서로 다르게 구성함으로써, 동시에 다양한 전류 또는 전압에 대한 스위칭를 제어할 수 있도록 할 수 있다. 더 나아가 위와 같이 3 단자 MIT 스위치를 여러 개 어레이 또는 메트릭스 구조로 배치함으로써, 이미지 센서와 같은 영상 센서에도 이용될 수도 있다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3 단자 MIT 스위치에 대한 등가 회로도이다.
도 1b는 도 1a의 3 단자 MIT 스위치의 내부 구조를 보여주는 구조도이다.
도 1c는 도 1a의 3 단자 MIT 스위치에서 제1 박막 저항이 영인 경우, 즉 제1 박막 저항이 없는 경우의 3 단자 MIT 스위치의 내부 구조를 보여주는 구조도이다.
도 1d는 도 1a의 3 단자 MIT 스위치에서 제1 박막 저항이 영인 경우의 적층형의 3 단자 MIT 스위치를 보여주는 구조도이다.
도 1e는 도 1a의 3 단자 MIT 스위치에서 제1 및 제2 박막 저항이 영인 경우, 즉 제1 및 제2 박막 저항이 없는 경우의 3 단자 MIT 스위치의 내부 구조를 보여주는 구조도이다.
도 1f는 도 1a의 3 단자 MIT 스위치가 패키지 된 구조를 보여주는 구조도이다.
도 1g는 도 1a의 3 단자 MIT 스위치가 도 1f와 다르게 패키지 된 구조를 보여주는 구조도이다.
도 2는 2 단자 MIT 소자에서 측정된 MIT 점프를 보여주는 전압-전류 곡선 그래프이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 1a의 3 단자 MIT 스위치를 이용한 스위칭 시스템을 보여주는 회로도이다.
도 4는 VO2로 제작된 MIT 소자를 이용한 도 3의 스위칭 시스템에서 측정한 전압-전류에 대한 그래프이다.
도 5는 Be가 도핑된 GaAs로 제작된 MIT 소자를 이용한 도 3의 스위치 시스템에서 측정한 전압-전류에 대한 그래프이다.
도 6은 도 3의 스위칭 시스템에서, 컨트롤 전극에 파동 발생기(Function Generator)에서 변조된 변조파를 입력하여 MIT 소자에서의 MIT 변화를 측정한 그래프이다.
도 7a는 도 3의 스위칭 시스템에 대한 회로도에 대하여 구간별 전압 및 전류를 표시하여 좀더 상세하게 나타낸 회로도이다.
도 7b는 도 7a의 회로도에서 MIT 발생 시에 MIT 오실레이션이 발생하는 경우에 대한 그래프이다.
7c는 도 7a의 회로도에서 MIT 발생 시에 MIT 오실레이션이 발생하는 않는 경우에 대한 그래프이다.
<도면에 주요 부분에 대한 설명>
100: MIT 소자 100': 패키지 MIT
200: 인렛(inlet) 전극 210: 제1 박막 저항
240: 트리플 접점 300: 아웃렛(outlet) 전극
400: 컨트롤 전극 410: 제2 박막 저항
500: 컨트롤 전원 소자 600: 전원 소자
710: 제1 외부 저항 소자 720: 제2 외부 저항 소자
730: 부하 저항 소자 800: 그라운드

Claims (25)

  1. 전이 전압에서 불연속 금속-절연체 전이(Metal-Insulator Transition: MIT)를 일으키는 2단자 MIT 소자;
    상기 MIT 소자 양 단자로 연결된 인렛(inlet) 및 아웃렛(outlet) 전극; 및
    상기 인렛 전극에 연결되되, 상기 인렛 전극의 외부 단자와 분리된 외부 단자를 갖는 컨트롤(control) 전극;을 포함하고,
    상기 컨트롤 전극으로 인가되는 전압 또는 전류에 의해 상기 MIT 소자의 MIT가 제어되는 3 단자 MIT 스위치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 3 단자 MIT 스위치는 상기 컨트롤 전극이 패키지 내부에서 상기 인렛 전극에 연결되고, 상기 인렛 전극의 외부 단자와 상기 컨트롤 전극의 외부 단자는 상기 패키지의 외부로 서로 분리되어 노출된 형태로 패키징(packaging)된 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 3 단자 MIT 스위치는 상기 컨트롤 전극이 패키지 외부에서 상기 인렛 전극에 연결되고, 상기 인렛 전극의 외부 단자와 상기 컨트롤 전극의 외부 단자는 서로 분리된 형태로 패키징(packaging)된 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 인렛 전극은 상기 MIT 소자의 제1 단자에 제1 박막저항을 통해 연결되고, 상기 컨트롤 전극은 상기 MIT 소자의 제1 단자에 제2 박막저항을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 인렛 전극은 상기 MIT 소자의 제1 단자에 바로 연결되고, 상기 컨트롤 전극은 상기 인렛 전극에 제2 박막저항을 통해 연결됨으로써, 상기 MIT 소자에 연결되는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치.
  6. 제1 항, 제4 항 및 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인렛 전극의 외부 단자에는 일정한 전압이 인가되고,
    상기 컨트롤 전극의 외부 단자에는 가변시킬 수 있는 전압 또는 전류가 인가됨으로써, 상기 MIT 소자의 MIT가 제어되는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치.
  7. 제1 항, 제4 항 및 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤 전극으로 소정 주파수의 연속파 전압이 인가됨으로써, 상기 MIT 소자에 소정 주기의 MIT가 발생되는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치.
  8. 제1 항, 제4 항 및 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인렛 전극으로 인가되는 전압은 상기 전이 전압보다 낮은 전압이고,
    상기 3단자 MIT 스위치는 상기 컨트롤 전극으로 인가되는 전압이 상기 인렛 전극으로 인가되는 전압과 합쳐진 합성전압이 상기 전이 전압보다 높은 경우에 상기 MIT 소자에 MIT가 발생하여 턴-온(Turn-On) 상태가 되고, 상기 전이 전압보다 낮은 경우에 상기 MIT 소자에 MIT가 소멸되어 턴-오프(Turn-Off) 상태가 되는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치.
  9. 제1 항, 제4 항 및 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3 단자 MIT 스위치는 저전압, 고전압, 저전류, 고전류, 저전력, 및 고전력 스위칭 소자 중 적어도 하나의 스위칭 소자에 이용되는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치.
  10. 제1 항, 제4 항 및 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3 단자 MIT 스위치는 상기 MIT 소자의 정공을 제어할 수 있는 전압(또는 전계), 온도, 압력, 및 빛을 포함한 물리적 또는 화학적 인자들을 감지하는 센서에 이용될 수 있는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치.
  11. 제1 항, 제4 항 및 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인렛 전극과 상기 인렛 전극으로 전압 또는 전류를 인가하는 제1 전원 소자 사이에 제1 저항 소자가 연결되고,
    상기 컨트롤 전극과 상기 컨트롤 전극으로 전압 또는 전류를 인가하는 제2 전원 소자 사이에 제2 저항 소자가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치.
  12. 제1 항, 제4 항 및 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3 단자 MIT 스위치는 적층형 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치.
  13. 전이 전압에서 불연속 금속-절연체 전이(Metal-Insulator Transition: MIT)를 일으키는 2 단자 MIT 소자, 및 상기 2 단자 소자의 제1 단자에 연결된 인렛 전극과 컨트롤 전극, 및 상기 2 단자 소자의 제2 단자에 연결된 아웃렛 전극을 구비한 3 단자 MIT 스위치;
    상기 인렛 전극으로 연결되는 제1 전원 소자;
    상기 컨트롤 전극으로 연결되는 제2 전원 소자;를 포함하는 3 단자 MIT 스위치를 이용한 스위칭 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 컨트롤 전극은 상기 인렛 전극에 연결되되, 상기 인렛 전극의 외부 단 자와 분리된 외부 단자를 가지며,
    상기 3 단자 MIT 스위치는 상기 컨트롤 전극으로 인가되는 전압 또는 전류에 의해 상기 MIT 소자의 MIT가 제어되는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치를 이용한 스위칭 시스템.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 인렛 전극은 상기 MIT 소자의 제1 단자에 제1 박막저항을 통해 연결되고, 상기 컨트롤 전극은 상기 MIT 소자의 제1 단자에 제2 박막저항을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치를 이용한 스위칭 시스템.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 인렛 전극은 상기 MIT 소자의 제1 단자에 바로 연결되고, 상기 컨트롤 전극은 상기 인렛 전극에 제2 박막저항을 통해 연결됨으로써, 상기 MIT 소자에 연결되는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치를 이용한 스위칭 시스템.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 인렛 전극의 외부 단자에는 일정한 전압이 인가되고,
    상기 컨트롤 전극의 외부 단자에는 가변시킬 수 있는 전압 또는 전류가 인가됨으로써, 상기 MIT 소자의 MIT가 제어되는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치를 이용한 스위칭 시스템.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 컨트롤 전극으로 소정 주파수의 연속파 전압이 인가됨으로써, 상기 MIT 소자에 소정 주기의 MIT가 발생되는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치를 이용한 스위칭 시스템.
  19. 제13 항에 있어서,
    상기 인렛 전극으로 인가되는 전압은 상기 전이 전압보다 낮은 전압이고,
    상기 3단자 MIT 스위치는 상기 컨트롤 전극으로 인가되는 전압이 상기 인렛 전극으로 인가되는 전압과 합쳐진 합성전압이 상기 전이 전압보다 높은 경우에 상기 MIT 소자에 MIT가 발생하여 턴-온(Turn-On) 상태가 되고, 상기 전이 전압보다 낮은 경우에 상기 MIT 소자에 MIT가 소멸되어 턴-오프(Turn-Off) 상태가 되는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치를 이용한 스위칭 시스템.
  20. 제13 항에 있어서,
    상기 스위칭 시스템은 저전압, 고전압, 저전류, 고전류, 저전력, 및 고전력 스위칭 시스템 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치를 이용한 스위칭 시스템.
  21. 제13 항에 있어서,
    상기 스위칭 시스템는 상기 MIT 소자의 정공을 제어할 수 있는 전압(또는 전계), 온도, 압력, 및 빛을 포함한 물리적 또는 화학적 인자들을 감지하는 센서에 이용될 수 있는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치를 이용한 스위칭 시스템.
  22. 제13 항에 있어서,
    복수 개의 상기 3 단자 MIT 스위치가 어레이(Array) 또는 매트릭스(matric) 구조로 집합적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 MIT 소자를 이용한 스위칭 시스템.
  23. 전이 전압에서 불연속 금속-절연체 전이(Metal-Insulator Transition: MIT)를 일으키는 MIT 소자, 상기 MIT 소자 양단으로 연결된 인렛 및 아웃렛 전극; 및 상기 인렛 전극에 연결되되, 상기 인렛 전극의 외부 단자와 분리된 외부 단자를 갖는 컨트롤 전극;을 포함하는 3 단자 MIT 스위치에 있어서,
    상기 컨트롤 전극으로 인가하는 전압을 가변함으로써, 상기 MIT 소자의 MIT를 제어하는 3 단자 MIT 스위치의 MIT 제어방법.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 컨트롤 전극으로 소정 주파수의 연속파 전압을 인가함으로써, 상기 MIT 소자에 소정 주기의 MIT가 발생시키는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치의 MIT 제어방법.
  25. 제23 항에 있어서,
    상기 인렛 전극으로 인가되는 전압은 상기 전이 전압보다 낮은 전압이고,
    상기 3 단자 MIT 스위치의 MIT 제어방법은 상기 컨트롤 전극으로 인가되는 전압과 상기 인렛 전극으로 인가되는 전압이 합쳐진 합성 전압을 상기 전이 전압보다 높게 함으로써 상기 MIT 소자에 MIT를 발생시켜 상기 3 단자 MIT 스위치를 턴-온(Turn-On) 상태가 되도록 하고, 상기 전이 전압보다 낮게 함으로써 상기 MIT 소자에 MIT를 소멸되게 하여 상기 3 단자 MIT 스위치를 턴-오프(Turn-Off) 상태가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 3 단자 MIT 스위치의 MIT 제어방법.
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