KR101022661B1 - 금속-절연체 전이(ｍｉｔ) 소자를 구비한 대전류 제어회로,그 대전류 제어회로를 포함하는 시스템 - Google Patents

금속-절연체 전이(ｍｉｔ) 소자를 구비한 대전류 제어회로,그 대전류 제어회로를 포함하는 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발열문제를 해결하면서도 작은 사이즈로 대전류를 제어하고 스위칭할 수 있는 금속-절연체 전이(MIT) 소자를 구비한 대전류 제어회로, 그 대전류 제어회로를 포함하는 시스템을 제공한다. 그 대전류 제어회로는 전류구동소자로 연결되고, 소정 전이 전압에서 불연속 금속-절연체 전이(Metal-Insulator Transition: MIT)를 겪는 MIT 소자, 및 상기 전류구동소자와 상기 MIT 소자 사이에 연결되어 상기 MIT 소자의 온-오프(On-Off) 스위칭을 제어하는 스위칭제어 트랜지스터;를 포함하여, 상기 전류구동소자로 입력 또는 출력되는 대전류를 스위칭한다. 한편, MIT 소자는 발열 방지를 위한 발열방지 트랜지스터가 연결됨으로써 MIT-TR 복합소자를 구성할 수 있다.
금속-절연체 전이, MIT 소자, 대전류 제어회로

Description

금속-절연체 전이(ＭＩＴ) 소자를 구비한 대전류 제어회로, 그 대전류 제어회로를 포함하는 시스템{High current control circuit comprising metal-insulator transition(MIT) device and system comprising the same circuit}
본 발명은 MIT 소자에 대한 것으로, 특히 트랜지스터에 대전류를 흘릴 때 큰 발열이 일어나는 것에 대해 MIT 소자를 이용하여 작은 발열에서 대전류를 제어할 수 있는 회로에 관한 것이다.
종래에는 대전류, 예컨대 전류밀도 J ≒ 106 A/cm2 의 전류를 제어 및 스위칭하기 위해 전력용 반도체 트랜지스터를 사용하였다. 그러나 반도체는 소재의 특성상 전류 밀도가 일반적으로 J ≒ 102 ~ 104 A/cm2 정도이므로 반도체 트랜지스터로는 대전류를 스위칭하기 어렵다. 그에 따라 반도체를 이용한 전력용 반도체는 면적을 최대로 하여 사용하고 있으며, 100 ℃ 이상에서 동작하여 큰 발열이 수반되는 문제점이 있다.
도 1 는 종래의 반도체 트랜지스터를 이용하여 대전류를 제어하는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 트랜지스터(10)는 전류구동소자(20)의 대전류를 제어하기 위하여 전류구동소자(20)에 직렬로 연결되고, 이러한 반도체 트랜지스터(20)의 베이스 단자로 전류 제어를 위한 펄스를 인가하여 전류구동소자(20)의 대전류를 제어한다. 여기서, 전류구동소자(20)로 입력되는 전류를 조절하기 위해 저항소자 R1(30)이, 그리고 반도체 트랜지스터(10)의 베이스 단자로 인가되는 펄스 전압을 조절하기 위하여 저항소자 R2(40)가 연결된다.
이와 같이 반도체 트랜지스터를 이용한 대전류 제어회로의 경우, 앞서 전술한 바와 같이 반도체 트랜지스터에서 큰 발열이 발생하는 문제가 있고, 그 문제를 해결하기 위하여, 일반적으로 방열을 위한 방열판이 형성되게 된다.
따라서, 전력용 반도체 트랜지스터는 이와 같은 본질적인 문제로 인해 패키지 비용이 비싸며, 또한 방열판 등으로 인해 그 사이즈 역시 매우 크다는 문제가 있다. 결과적으로 그러한 전력용 반도체 트랜지스터를 이용하는 전기전자시스템은 비교적 큰 사이즈를 갖게 되고 비용 역시 비싸게 취급되고 있다. 만약, 반도체를 이용하지 않고 대전류를 제어 및 스위칭하는 소자 또는 방법이 개발된다면 재료의 특성에 의해 허용 전류 레벨이 제한되지 않으므로 매우 유용하게 이용될 것이다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 기술에서 설명한 반도체 트랜지스터를 이용한 대전류 제어 및 스위치를 대신하여 발열문제를 해결하면서도 작은 사이즈로 대전류를 제어하고 스위칭할 수 있는 금속-절연체 전이(MIT) 소자를 구비한 대전류 제어회로, 그 대전류 제어회로를 포함하는 시스템을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전류구동소자로 연결되고, 소정 전이 전압에서 불연속 금속-절연체 전이(Metal-Insulator Transition: MIT)를 겪는 MIT 소자, 및 및 상기 전류구동소자와 상기 MIT 소자 사이에 연결되어 상기 MIT 소자의 온-오프(On-Off) 스위칭을 제어하는 스위칭제어 트랜지스터;를 포함하여, 상기 전류구동소자로 입력 또는 출력되는 대전류를 스위칭하는 금속-절연체 전이(MIT) 소자를 구비한 대전류 제어회로를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 MIT 소자는 발열 방지를 위한 발열방지 트랜지스터가 연결됨으로써 MIT-TR 복합소자를 구성하고, 상기 발열방지 트랜지스터는 NPN형 및 PNP형 중의 어느 하나인 바이폴라(bi-polar) 트랜지스터이거나, 또는 P-MOS(Metal-Oxide Semiconductor), N-MOS, 및 C-MOS 중 어느 하나인 MOS 트랜지스터일 수 있다.
상기 발열방지 트랜지스터는 바이폴라 트랜지스터인 경우, 상기 MIT 소자의 제1 전극은 상기 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전극에, 상기 MIT 소자의 제2 전극 은 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전극에, 그리고 상기 바이폴라 트랜지스터의 에미터 전극은 그라운드에 연결되고, 상기 MIT 소자의 제1 전극 및 상기 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전극은 상기 전류구동소자 및 상기 스위칭제어 트랜지스터에 연결되고, 상기 MIT 소자의 제2 전극 및 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전극은 상기 MIT 소자를 보호를 위한 MIT 저항소자를 통해 그라운드로 연결될 수 있다.
상기 발열방지 트랜지스터는 MOS 트랜지스터인 경우, 상기 MIT 소자의 제1 전극은 상기 MOS 트랜지스터의 드레인 전극에, 상기 MIT 소자의 제2 전극은 상기 MOS 트랜지스터의 게이트 전극에, 그리고 상기 MOS 트랜지스터의 소오스 전극은 그라운드에 연결되고, 상기 MIT 소자의 제1 전극 및 상기 MOS 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 전류구동소자 및 상기 스위칭제어 트랜지스터에 연결되고, 상기 MIT 소자의 제2 전극 및 상기 MOS 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 MIT 소자를 보호를 위한 MIT 저항소자를 통해 그라운드로 연결될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 스위칭제어 트랜지스터는 NPN형 및 PNP형 중의 어느 하나인 바이폴라(bi-polar) 트랜지스터이거나, 또는 P-MOS(Metal-Oxide Semiconductor), N-MOS, 및 C-MOS 중 어느 하나인 MOS 트랜지스터일 수 있다. 예컨대, 상기 스위칭제어 트랜지스터는 NPN형 바이폴라 트랜지스터인 경우, 상기 NPN형 바이폴라 트랜지스터는 컬렉터 전극이 상기 전류구동소자와 상기 MIT-TR 복합 소자 사이에 연결되는 공통(common) 컬렉터 구조로 연결되거나, 에미터 전극이 상기 전류구동소자와 상기 MIT-TR 복합 소자 사이에 연결되는 공통(common) 에미터 구조로 연결될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 베이스 전극과 펄스 인가 전원 사이에는 소정 저항값을 갖는 저항소자가 연결될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 MIT 소자는 온도, 압력, 전압 및 전자기파를 포함하는 물리적 특성 변화에 의해 상기 MIT를 일으키는 MIT 박막을 포함할 수 있다. 예켠대, 상기 MIT 박막은 이산화바나듐(VO2)로 형성될 수 있다. 한편, 본 발명의 대전류 제어회로는 상기 MIT-TR 복합소자 및 상기 스위칭제어 트랜지스터가 하나의 칩으로 집적됨으로써 작은 사이즈로 패키지화될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 과제를 달성하기 위하여, MIT 소자, 상기 MIT 소자에 연결된 발열방지 트랜지스터, 및 상기 MIT 소자와 상기 발열방지 트랜지스터 사이에 연결된 스위칭제어 트랜지스터를 구비한 대전류 제어회로를 하나의 단위회로로 하여 상기 단위회로가 다수 개 집합적으로 혹은 어레이 구조로 배열되어 형성된 대전류 제어회로 시스템을 제공한다.
더 나아가 본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여, 상기 대전류 제어회로를 포함하는 전기전자시스템을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 MIT 소자는 발열 방지를 위한 발열방지 트랜지스터가 연결됨으로써 MIT-TR 복합소자를 구성하고, 상기 전기전자시스템은 전류구동시스템; 상기 전류구동시스템으로 전원을 공급하는 2차 전지; 상기 전류구동시스템과 상기 2차 전지 사이에 직렬연결되고, 전이 전압에서 MIT가 일어나는 제1 MIT 소자; 및 상기 2차 전지에 병렬로 연결되는 상기 MIT-TR 복합소자;를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 2차 전지는 상기 2차 전지는 리튬이온 전지이고, 상 기 제2 MIT 소자는 임계 온도 이상에서 MIT를 일으키며, 상기 MIT-TR 복합소자는 상기 리튬이온 전지가 상기 임계 온도 이상 상승시 전하를 방전하여 상기 리튬이온 전지의 폭발을 방지할 수 있다.
한편, 상기 전기전자시스템은, 전류구동시스템; 상기 전류구동시스템으로 전원을 공급하는 2차 전지; 상기 전류구동시스템과 상기 2차 전지 사이에 직렬연결되어 상기 전기전자시스템으로의 과전류를 차단하는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자; 및 상기 2차 전지에 병렬로 연결되고, MIT 소자 및 발열방지 트랜지스터를 구비한 MIT-TR 복합소자;를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 MIT 소자는 임계 온도 이상에서 MIT를 일으키고, 상기 PTC 소자는 상기 임계 온도에서 전류를 차단하며, 상기 2차 전지가 상기 임계 온도 이상 상승시, 상기 PTC 소자가 상기 전류구동시스템으로 전류공급을 차단하고, 상기 MIT-TR 복합소자가 상기 2차 전지의 전하를 방전함으로써, 상기 2차 전지의 폭발을 방지할 수 있다.
본 발명의 금속-절연체 전이(MIT) 소자를 구비한 대전류 제어회로, 그 대전류 제어회로를 포함하는 시스템은 발열을 효과적으로 방지하면서도 대전류를 제어할 수 있다. 또한, 방열판이 필요 없으므로 작은 사이즈로 대전류 제어회로를 구현할 수 있다.
그에 따라, 본 발명의 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로는 전력용 반도체 트랜지스터를 이용한 대전류 제어회로를 대체하여 대전류 제어를 효율적으로 수행할 수 있다. 따라서, 현재 대전류 제어가 요구되는 여러 전기전자시스템, 예컨대 핸드폰, 노트북 컴퓨터, 스위칭 파워 서플라이 등에 유용하게 활용될 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. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2a 및 2b는 도 2a 및 2b는 수평형 MIT 소자를 개략적으로 보여주는 단면도 및 평면도이다.
도 2a을 참조하면, 수평형 구조를 가지는 MIT 소자(100)는, 기판(110), 기판(110) 상에 형성된 MIT 박막(120), 및 기판(110) 상부로 MIT 박막(120) 측면과 상면으로 서로 대향하면서 형성된 제1 전극 박막(130a) 및 제2 전극 박막(130b)을 포함한다. 즉, 제1 전극 박막(130a)과 제2 전극 박막(130b)은 MIT 박막(120)을 사이에 두고 서로 분리되어 있다.
한편, 기판(110) 상부로 MIT 박막(120)과 기판(110) 사이에 격자 부정합을 완화시키기 위해 버퍼층이 더 형성될 수 있다. 본 발명에 적용되는 MIT 소자, 즉 MIT 박막(120)은 온도, 압력, 전압 및 전자기파를 포함하는 물리적 특성 변화에 의해 금속-절연체 전이(Metal-Insulator Transition: MIT)를 일으키는 특성을 갖는다. 예컨대, MIT 박막으로 인가되는 소정 전이 전압 이상이나, 또는 일정 전압이 인가된 상태에서 소정 임계 온도 이상에서 전기적 특성이 급격하게 변한다. 즉, MIT 박막은 전이 전압 또는 임계 온도 미만에서 절연체의 상태를 나타내다가, 전이 전압 또는 임계 온도 이상에서 금속상태로 전이하면서 급격한 불연속 MIT가 발생한다.
MIT 박막(120), 전극 박막(130) 및 기판(110)의 재질이나 형성방법 등에 대한 내용은 MIT 소자에 관련된 국내공개특허들에 이미 개시되어 있으므로 여기서는 생략한다. 한편, MIT 박막은 박막 형태 예컨대, 세라믹 박막이나 단결정 박막으로 매우 작은 사이즈로 제작될 수 있으므로, 전체 MIT 소자는 마이크로 미터(㎛) 단위의 매우 작은 사이즈로 제작될 수 있으며, 경제적인 측면에서도 매우 저렴한 가격으로 제작될 수 있다는 장점을 갖는다.
본 실시예에서는 MIT 소자의 수평형 소자를 예시하였지만, 기판 상으로 제1 전극 박막, MIT 박막 및 제2 전극 박막을 순차적으로 형성함으로써, MIT 소자를 수직형 구조로 형성할 수 있음은 물론이다.
도 2b는 도 2a에서 설명한 수평형 MIT 소자에 대한 평면도로서, MIT 소자(100)의 각 구성요소인 기판(110), MIT 박막(120) 및 제1 및 제2 전극 박막(130a, 130b)이 도시되어 있다. 전술한 대로 MIT 소자(100)는 전이 전압 이상이나 임계 온도 이상에서 불연속 MIT를 일으키는데, 이러한 전이 전압이나 임계 온도는 MIT 소자를 구성하는 각 구성요소의 재질에 따라서 변화될 수도 있지만, 소자 자체의 구조에 따라 달라질 수도 있다. 예컨대, 두 전극 박막(130a, 130b) 사이의 거리(D)의 변화나 MIT 박막(120)의 폭(W)의 변화를 줌으로써, MIT 소자의 전이 전압이나 임계 온도를 변화시킬 수 있다.
도 3a은 이산화바나듐(VO2)으로 제조된 소자에 전압을 가하여 불연속 MIT를 측정한 그래프로서, X축이 MIT 소자로 인가되는 전압을 나타내고, Y축이 MIT 소자에 흐르는 전류 밀도(왼쪽) 및 전류(오른쪽)를 나타낸다.
도 3a을 참조하면, MIT 소자가 10 V 미만까지는 절연체의 특성을 보이다가 10 V 정도에서 급격한 불연속 점프를 하면서 금속으로서의 특성을 보이는 것을 알 수 있다. 따라서, 측정된 MIT 소자의 전이 전압은 10V 정도로 볼 수 있다. 여기서, 일점 쇄선은 MIT 소자가 MIT 이후에 금속 상태로 옴의 법칙(Ohm's Law)을 따르게 되는데, 그러한 옴의 법칙을 따르는 전류-전압 곡선을 MIT 발생 이전으로 연장하여 그린 선이다.
도 3b은 이산화바나듐(VO2)으로 제조된 MIT 소자의 온도에 따른 저항변화를 보여주는 그래프로서, X축은 온도로서 단위는 절대 온도(K)이고, Y축은 저항으로서 단위는 옴(Ω)이다. 한편, MIT 소자로는 일정한 소정 전압이 인가되어 있다.
도 3b을 참조하면, MIT 소자는 340K 미만에서는 105Ω이상의 저항값을 가져 절연체로서 특성을 나타내다가 340K 이상에서 급격한 불연속 전이를 하여 수십 Ω 정도의 저항값을 갖는 금속으로서의 특성을 나타낸다. 따라서, 본 그래프를 참조하여 볼 때, 실험에 사용된 MIT 소자는 340K에서 불연속 MIT가 일어나므로, 임계 온도를 340K 정도로 볼 수 있겠다.
도면으로 도시하지는 않았지만, 일반적으로 MIT 소자는 전압이나 온도 이외에도 압력, 전기장, 전자파 등의 여러 물리적인 특성에 의해서 MIT가 발생할 수 있다. 그러나 본 발명의 요지와 거리가 있으므로 다른 물리적 특성에 의한 MIT 발생에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 4a 및 4b는 MIT 소자와 트랜지스터(TR)로 구성된 MIT-TR 복합소자에 대한 회로도들이다.
도 4a를 참조하면, MIT-TR 복합소자(1000)는 전이 전압에서 MIT를 일으키는 MIT 소자(100) 및 MIT 소자에 연결된 발열방지 트랜지스터(200)를 포함한다. 여기서, MIT 소자(100)는 발열방지 트랜지스터(200)의 컬렉터 전극과 베이스 전극 사이에 연결된다. 한편, 발열방지 트랜지스터(200)의 에미터 전극은 그라운드로 연결된다.
이러한 구성을 갖는 MIT-TR 복합소자(1000)는 전류구동소자(미도시)에 연결되어 MIT 소자가 전류구동소자의 전류를 제어한다. 또한, 발열방지 트랜지스 터(200)가 MIT 소자(100)의 자체발열을 방지하게 된다. 한편, MIT-TR 복합소자가 전류제어를 위해 사용되는 경우에 발열방지 트랜지스터(200)의 베이스 전극과 MIT 소자(100)가 연결된 부분으로 MIT 저항소자가 연결되어 사용되게 된다.
MIT-TR 복합소자(1000)의 기능을 좀더 상세히 설명하면, MIT 소자(100)로 전이 전압 이상이 인가되면, MIT 소자(100)에서 MIT가 발생하여 대전류가 MIT 소자(100)를 통해 흐르게 된다. 한편, 이러한 대전류가 흐르는 동안에 MIT 소자(100)로 전이전압 이하가 인가되는 경우에도 MIT 소자(100)는 절연체 상태로 돌아가지 않고, 계속해서 대전류가 흐르게 되어, MIT 소자(100)의 스위칭이 오작동 되는 경우가 발생하는데, 이는 MIT 소자 자체발열 현상 때문이다. 즉, MIT 소자(100)는 대전류가 흐르면 자체 열이 발생하여 히스테리시스 현상이 생긴다. 이 히스테리시스 현상이 있으면 MIT 소자(100)의 스위칭이 되지 않으므로 히스테리시스 현상을 제거하는 것이 필요하다.
이러한 MIT 소자(100)의 자체발열 현상, 즉 히스테리시스 현상을 방지하기 위하여, MIT 소자(100)로 발열방지 트랜지스터가 연결되게 된다. 즉, 발열방지 트랜지스터(200)의 경우, MIT 소자(100)에서 MIT 발생 전에는 에미터와 베이스 전극 사이에 전압 차이가 작아 턴-오프 상태에 있다. 즉, MIT 소자(100)에 대부분의 전압이 걸리게 되고 MIT 저항소자로는 미미한 전압이 걸리게 되어 에미터와 베이스 전극 사이에 전압차는 문턱 전압값을 넘지 못한다. 그러나, MIT 소자(100)에서 MIT가 발생한 경우, MIT 소자(100)는 금속상태가 되어 대전류가 흐르게 되고, MIT 소자(100)에 작은 전압이 걸리고, 반대로 MIT 저항소자에는 큰 전압이 걸리게 된다. 즉, 베이스 전극으로 큰 전압이 인가된다. 따라서, 발열방지 트랜지스터(200)가 턴-온 되고, 발열방지 트랜지스터(200)로 전류가 흐르게 된다. 그에 따라, MIT 소자(100)로 흐르는 전류는 감소하게 된다. 또한, 이러한, 전류 감소와 함께 MIT 소자는 절연체 상태로 복귀되고 그에 따라, 발열방지 트랜지스터도 턴-오프 상태로 복귀된다.
결국, MIT-TR 복합소자(1000)는 전이 전압에서 MIT를 일으키는 MIT 소자(100) 및 MIT 소자(100)의 자체발열을 방지하는 발열방지 트랜지스터(200)를 포함함으로써, MIT 소자(100)의 자체발열을 방지하면서 MIT 소자(100)의 스위칭 작용을 통해 전류구동소자를 효율적으로 제어할 수 있다.
지금까지, MIT 소자(100)의 전이 전압의 개념에서 설명하였지만, MIT-TR 복합소자(1000)는 임계 온도의 개념 측면에서도 동일한 기능을 수행할 수 있고, 그러한 경우에는 전류구동소자의 보호회로로서 사용될 수 있다. 그러한 개념은 도 9a 및 9b에서 좀더 상세히 설명한다.
여기서, 발열방지 트랜지스터(200)로 NPN형 바이폴라(bi-polar) 트랜지스터를 예로 들었지만, PNP형 바이폴라 트랜지스터가 MIT-TR 복합소자(1000)에 이용될 수 있음은 물론이다.
도 4b를 참조하면, 본 도면의 MIT-TR 복합소자(1000a)는 도 4a의 MIT-TR 복합소자(1000)와 유사하나, 발열방지 트랜지스터(300)로 바이폴라 트랜지스터 대신에 MOS(Metal-Oxide Semiconductor) 트랜지스터가 사용된다는 점에서 차이가 있다. 한편, MOS 트랜지스터로 P-MOS, N-MOS, 또는 C-MOS 트랜지스터 어느 것도 이용될 수 있음은 물론이다.
회로의 연결관계는 도 4a의 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전극을 게이트 전극으로, 컬렉터 전극을 드레인 전극으로, 그리고 에미터 전극을 소오스 전극으로 대체하면 각 소자들과의 연결관계도 도 4a와 동일하다. 즉, MOS 트랜지스터의 드레인과 게이트 전극 사이에 MIT 소자(100)가 연결되고, MOS 트랜지스터의 소오스 전극으로 그라운드가 연결된다. 한편, 이러한 MIT-TR 복합소자(1000a)가 전류구동소자와 연결될 때, 드레인 전극과 MIT 소자(100)의 일 전극은 전류구동소자로 연결되고, 게이트 전극과 MIT 소자(100)의 타 전극으로 MIT 저항소자가 연결되게 된다.
이러한 연결관계를 가지고 MIT-TR 복합소자(1000a)의 기능 역시, 도 4a의 MIT-TR 복합소자(1000)와 동일하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIT-TR 복합소자 및 스위칭제어 트랜지스터를 포함한 대전류 제어회로에 대한 회로도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 대전류 제어회로는 앞서 전술한 MIT-TR 복합소자(1000) 및 MIT-TR 복합소자의 온-오프(On-Off) 스위칭을 제어하는 스위칭제어 트랜지스터(400)를 포함한다. 대전류 제어회로의 MIT-TR 복합소자로는 도 4b의 MIT-TR 복합소자(1000b)가 이용될 수 있음은 물론이다.
MIT-TR 복합소자(1000)의 일 단자는 전류구동소자(500) 및 스위칭제어 트랜지스터(400)로 연결되며, MIT-TR 복합소자(1000)의 타단자는 MIT 저항소자 R2(300)을 통해 그라운드로 연결된다. 여기서, 전류구동소자(500)는 릴레이, 발광다이오드, 부져 등이 될 수 있다. 한편, 전원 전압(Vcc)을 인가하는 전원과 전류구동소 자(500) 사이에는 전류조절을 위한 저항소자 R1(510)이 직렬로 연결된다.
본 실시예의 스위칭제어 트랜지스터(400)는 NPN형 및 PNP형 중의 어느 하나인 바이폴라 트랜지스터이거나, 또는 P-MOS, N-MOS, 및 C-MOS 중 어느 하나인 MOS 트랜지스터가 이용될 수 있다.
본 실시예에서는 스위칭제어 트랜지스터(400)로 NPN형 바이폴라 트랜지스터가 이용되는데, NPN형 바이폴라 트랜지스터(400)는 MIT-TR 복합소자(1000) 및 전류구동소자(500)로 컬렉터 전극이 연결되는 공통(common) 컬렉터 구조로 연결된다. 즉, 이러한 공통(common) 컬렉터 구조의 NPN형 바이폴라 트랜지스터(400)는 에미터 전극으로 그라운드가 연결되고, 베이스 전극으로 스위칭 제어를 위한 펄스 인가 전원이 연결된다. 한편, 베이스 전극과 펄스 인가 전원 사이에는 트랜지스터 저항소자 R3(440)이 연결된다.
위와 같은 회로의 연결관계를 가지고 본 실시예의 대전류 제어회로는 다음과 같이 동작한다.
본 실시예의 대전류 제어회로는 MIT-TR 복합소자(1000) 내의 MIT 소자(100)로 인가되는 전압이 전이 전압, 즉 MIT가 발생하는 전압보다 크게 되면, MIT 소자(100)에서 MIT가 일어나서 대전류 ICC( > IMIT)가 흐르게 되는데, 스위칭제어 트랜지스터(400)의 컬렉터 전류 IC를 흐르게 하거나 차단함으로써, 전류구동소자(500)의 대전류를 제어하게 된다. 여기서, IMIT는 MIT 소자에서 MIT가 일어나는데 필요한 임계전류이다. 따라서, IC =0, 즉 스위칭제어 트랜지스터(400)가 오프 상태가 되어 컬 렉터 전류가 0인 경우, ICC > IMIT 이 되어 MIT 소자에서 MIT가 일어나 대전류가 흐르게 되고, IC = 일정한 값, 즉 스위칭제어 트랜지스터(400)가 온 상태가 되어 컬렉터 전류가 흐르는 경우에는 ICC-IC < IMIT 이 되어 MIT 소자(100)에서 MIT가 일어나지 않아 MIT 소자로의 대전류 흐름이 차단된다. 그에 따라, 전류구동소자(500)의 대전류 흐름이 차단된다.
결국, MIT 소자(100)의 온-오프 제어, 즉 MIT 발생 및 MIT 꺼짐은 스위칭제어 트랜지스터(400)의 온-오프 제어를 통해 이루어지게 되는데, 이러한 스위칭제어 트랜지스터(400)의 온-오프 제어는 베이스 단자로 입력되는 펄스 전압을 통해 이루어진다. 즉, 높은 전압 부분이 인가되면 스위칭제어 트랜지스터(400)는 턴-온 되고, 낮은 전압 부분이 인가되면 스위칭제어 트랜지스터(400)는 턴-오프된다.
한편, 본 실시예에 사용되는 MIT-TR 복합소자(1000)는 MIT 소자(100)의 자체 발열을 방지하기 위하여 발열방지 트랜지스터(200)를 포함한다. 따라서, MIT 소자(100)는 발열 없이 스위칭 작용을 원활히 수행할 수 있다. 예컨대, 종래 반도체 트랜지스터의 경우, 발열 문제로 인해, 20 ~ 150 kHz 정도에서 스위칭 소자로 사용되었으나, 본 실시예의 MIT-TR 복합소자(1000)에 포함된 MIT 소자는 1MHz 이상에서도 스위칭이 가능하여 상용 스위치로 유용하게 사용할 수 있다. 한편, MIT 소자의 발열이 심하지 않은 경우에는 MIT-TR 복합소자 대신 발열 방지 트랜지스터 없이 MIT 소자 단독으로도 사용될 수 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 MIT-TR 복합소자 및 스위칭제어 트랜지스터를 포함한 대전류 제어회로에 대한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 대전류 제어회로는 도 6의 대전류 제어회로와 유사하나, 스위칭제어 트랜지스터(400a)로 공통 에미터 구조로 연결된 NPN형 바이폴라 트랜지스터를 이용한다는 차이점을 갖는다. 그에 따라, 이러한 공통(common) 에미터 구조의 NPN형 바이폴라 트랜지스터(400a)는 에미터 전극으로 전류구동소자(500) 및 MIT-TR 복합소자(1000)에 연결되고, 컬렉터 전극으로 소정 전압(Vcc)을 인가하는 전원이 연결되며, 베이스 전극으로 스위칭 제어를 위한 펄스 인가 전원이 연결된다. 한편, 베이스 전극과 펄스 인가 전원 사이에는 트랜지스터 저항소자 R3(440)이 연결된다.
위와 같은 회로의 연결관계를 가지고 본 실시예의 대전류 제어회로는 다음과 같이 동작한다.
본 실시예의 대전류 제어회로는 MIT-TR 복합소자(1000) 내의 MIT 소자(100)에 MIT가 일어나지 않을 정도로 작은 전류 Icc, 즉 임계 전류보다 작은 전류(Icc < IMIT)를 흐르게 한 상태에서, 스위칭제어 트랜지스터(400a)의 에미터로 소정 전류 IE가 흐르게 함으로써, MIT 소자(100)에서 MIT가 발생되도록 한다. 다시 말해서, 에미터 전류 IE = 0, 즉 스위칭제어 트랜지스터(400a)가 오프 상태가 되어 에미터 전류가 0인 경우에는 IMIT > Icc 되어 MIT 소자(100)에서 MIT가 일어나지 않아 MIT 소자로의 대전류 흐름이 차단된다. 한편, IE = 일정한 값, 즉 스위칭제어 트랜지스터(400a)가 온 상태가 되어 에미터 전류가 흐르는 경우에는 IMIT ≤ Icc + IE 가 되어 MIT 소자에서 MIT가 일어나 대전류가 흐르게 된다.
결국, 도 5에서의 대전류 제어회로와는 반대로 작용한다. 즉, 스위칭제어 트랜지스터(400a)가 턴-온 될 때, MIT 소자로 대전류가 흐르게 되고, 턴-오프될 때 MIT 소자로의 대전류가 차단된다. 그에 따라, 전류구동소자(500)의 대전류 흐름이 제어된다.
도 7은 도 5의 대전류 제어회로에서 MIT-TR 복합소자 및 스위칭제어 트랜지스터를 원-칩 형태로 집적한 대전류 제어용 집적소자에 대한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 도 5의 대전류 제어회로는 도시된 바와 같이 MIT-TR 복합소자(1000) 및 스위칭제어 트랜지스터(400)가 하나의 기판(110) 상에 집적하여 원-칩 형태로 제작할 수 있다. 이하, MIT-TR 복합소자(1000) 및 스위칭제어 트랜지스터(400)가 원-칩 형태로 집적된 소자를 '대전류 제어회로용 집적소자'라 한다.
대전류 제어회로용 집적소자는 기판(110) 상에 함께 형성된 MIT 소자(100), 발열방지 트랜지스터(200) 및 스위칭제어 트랜지스터(400)를 포함한다. MIT 소자(100)는 절연막(140) 상으로 MIT 박막(120) 및 MIT 박막(120)에 컨택하는 2개의 MIT 전극(130a, 130b)을 포함한다.
발열방지 트랜지스터(200)는 기판(110) 상부 영역으로 형성된 활성(active) 영역, 예컨대 베이스 영역(210), 에이터 영역(220), 및 컬렉터 영역(230)과 각 영역들로 컨택하는 베이스 전극(215), 에이터 전극(225), 및 컬렉터 전극(235)을 포함한다. 기판(110) 상으로는 절연막(140)이 형성되어 있는데, 각 전극들(215, 225, 235)은 해당 활성 영역으로 절연막(140)을 관통하여 컨택한다.
한편, 스위칭제어 트랜지스터(400)는 발열방지 트랜지스터(200)와 유사하게 활성 영역들(410, 420, 430) 및 해당 활성 영역으로 컨택하는 베이스 전극(415), 에이터 전극(425), 및 컬렉터 전극(435)을 포함한다.
한편, 이와 같이 대전류 제어회로용 집적소자는 각 전극들 간이 서로 연결되어 있다. 즉, MIT 소자(100)의 제1 MIT 전극(130b)은 발열방지 트랜지스터(200) 및 스위칭제어 트랜지스터(400)의 컬렉터 전극들(235, 435)에 연결되고, MIT 소자(100)의 제2 MIT 전극(130a)은 발열방지 트랜지스터(200)의 베이스 전극(215)에 연결된다. 또한 발열방지 트랜지스터(200) 및 스위칭제어 트랜지스터의 에미터 전극들(225, 425)은 그라운드로 연결된다. 한편, 이러한 대전류 제어회로용 집적소자가 대전류 제어를 위해 사용될 때, MIT 소자(100)의 제1 MIT 전극(130b)으로 전류구동소자가 연결되고, 스위칭제어 트랜지스터(400)의 베이스 전극으로 펄스 인가 전원이 연결되게 된다.
본 도면상 발열방지 트랜지스터(200)와 스위칭제어 트랜지스터(400)가 좌우방향으로 배치되는 구조로 형성되었지만, 활성 영역들의 형성 및 전극 연결관계들을 고려할 때, 발열방지 트랜지스터(200)와 스위칭제어 트랜지스터(400)는 각 활성 영역들이 서로 평행하게 전후방향(지면으로 들어가는 방향)으로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나 기판 상의 MIT 소자(100), 발열방지 트랜지스터(200) 및 스위칭제어 트랜지스터(400)의 위치는 이에 한정되지 않음은 물론이다. 한편, MIT-TR 복합소자(1000)로 연결되는 MIT 저항소자(300)나 스위칭제어 트랜지스터(400)의 트랜지스터 저항소자(440)도 하나의 기판 상에 함께 형성될 수 있음은 물론이다.
본 실시예의 대전류 제어회로는 도시된 바와 같이 각 소자들이 집적된 소형 의 원-칩 형태로 제작되어 패키지됨으로써, 대전류를 제어하고자 하는 전류구동소자에 간편하게 연결하여 이용할 수 있다. 이러한 대전류 제어회로는 발열을 효과적으로 방지하면서 대전류를 제어할 수 있으며, 또한 방열판이 필요 없으므로 작은 사이즈로 대전류 제어회로를 원-칩 형태로 용이하게 구현할 수 있다.
도 8a 및 8b는 도 5의 회로도에서 스위칭제어 트랜지스터의 베이스 전극으로 1kHz와 300kHz 주파수의 펄스를 입력하여 측정한 실험 데이터에 대한 그래프이다. 여기서, 실험에 이용된 MIT 소자는 VO2 박막의 두께가 100 nm, 전극 폭이 3 ㎛, 그리고 전극 길이가 5 ㎛ 인 사이즈를 갖는데, 이러한 MIT 소자의 레이-아웃(Lay-Out)은 그래프 왼쪽 상부 쪽에 삽입되어 있다. 한편, 8a는 스위칭제어 트랜지스터의 입력 주파수가 1kHz인 경우이고 도 8b는 입력 주파수가 300kHz 인 경우이다.
도 8a 및 8b를 참조하면, MIT 소자에서 MIT가 일어난 금속상태에서 전류는 7.4 mA이고, 전류밀도 J ≒ 2.47 x 106 A/cm2 이다. 한편, 도 5의 회로도에서 입력저항소자 R1 = 300 Ω, MIT 저항소자 R2 = 1 kΩ, 트랜지스터 저항소자 R3 = 10 kΩ가 사용 되었으며, 스위칭제어 트랜지스터의 베이스 입력은 그래프에서 굵은 실선이고, 출력은 가는 실선이다.
VO2 기반의 MIT 소자의 경우 온도가 70℃를 넘으면 스위칭이 오작동 또는 불가능하게 되는데, 도시된 바와 같이 성공적인 스위칭 동작이 수행되고 있음을 알 수 있다. 이는 MIT 소자의 온도가 70℃이하를 유지하고 있다는 것을 의미한다. 즉, 발열방지 트랜지스터에 의해 MIT 소자의 자체발열이 방지되어 MIT 소자가 70℃이하 를 유지하면서 원활하게 스위칭 동작을 수행하고 있음을 확인할 수 있다.
결국, 본 발명의 대전류 제어회로는 반도체 트랜지스터보다 구조가 훨씬 간단한 MIT 소자를 이용하여, 보다 작은 발열을 가지면서, 큰 전류(전류밀도 J ≒ 2.47 x 106 A/cm2)를 원활하게 스위칭할 수 있다. 한편, 일반 스위칭 소자는 20 ~ 150 kHz에서 사용되는데 비해, 본 발명의 MIT 소자를 이용한 대전류 제어회로는 1MHz 이상으로도 대전류 스위칭이 가능하다. 따라서, 본 발명의 MIT 스위치는 1MHz 이상 고주파 스위칭이 가능하여 상용 스위치로 유용하게 이용될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 대전류 제어회로는 상기 전기전자시스템은 핸드폰, 노트북 컴퓨터, 스위칭 파워 서플라이 및 모터제어 컨트롤러 등의 전류제어가 요구되는 모든 전기전자시스템에 유용하게 이용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 MIT-TR 복합소자를 이용하여 리튬이온 전지의 폭발을 방지하기 위한 회로도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 회로도는 MIT-TR 복합소자(1000), 리튬이온전지(600), 전류구동시스템(500a), 및 전류차단용 MIT 소자 M2(700)를 포함한다. 이와 같이 구성된 회로는 도 5와 비교하면, 전원을 리튬이온전지(600)로, 그리고 전류구동소자를 전류구동시스템(500a)로 대체하고, 리튬이온전지(600)와 전류구동시스템(500a) 사이에 전류차단용 MIT 소자 M2(700)가 직렬로 연결되어 있다는 점에 차이가 있다. 여기서 저항소자 R(300a)은 도 5의 MIT 저항소자에 해당한다. 한편, 본 실시예에서, 리튬이온전지(600)를 예로 들고 있지만, 다른 2차 전지도 이용될 수 있음은 물론이다.
여기서, 전류차단용 MIT 소자 M2(700)는 4V 이하 전압에서 전이 전압을 갖는 소자이다. 따라서, 이러한 전류차단용 MIT 소자(700)는 4V 이상의 전압이 인가되면 MIT를 통해 금속 상태로 유지되어 대전류가 흐를 수 있는 도선과 같은 작용을 한다.
한편, MIT-TR 복합소자(1000) 내에 포함된 MIT 소자 M1(100)는 소정 임계 온도에서 MIT을 일으킨다. 따라서, MIT-TR 복합소자(1000)는 전이 온도 대신 임계 온도에 따라, MIT 소자 M1(100)가 MIT를 발생시킨다는 점을 제외하고는 도 4a에서 설명한 바와 동일한 기능을 수행한다. 예컨대, MIT-TR 복합소자(1000)는 주변 온도, 즉 리튬이온 전지 또는 도선 등이 임계 온도 이상으로 상승 시에 MIT 소자 M1(100)가 MIT를 일으켜 전류를 바이패스 시킴으로써, 이온 전지 등을 보호한다. 한편, MIT-TR 복합소자(1000) 내의 발열제어 트랜지스터(200)는 여전히 MIT 소자 M1(100)의 자체발열을 방지한다.
이와 같은 구성을 가지고 본 실시예의 회로는 다음과 같이 기능을 한다. 리튬이온전지(600)를 완전 충전시, 리튬이온전지(600)는 4V의 전압을 가지며, 이러한 완전충전된 리튬이온전지(600)와 시스템 사이에 직렬로 연결된 전류차단용 MIT 소자 M2(700)는 MIT를 통해 금속 상태로서 도선처럼 사용된다. 한편, 어떤 외부변화에 의해 주변 온도나 도선의 온도가 MIT 소자 MI(100)의 임계온도, 예컨대 70 ℃를 넘으면 복합소자 속에 있는 MIT 소자 M1(100)이 동작하여 전지에 있는 전하를 갑자기 방전시켜서 전지폭발을 미리 예방한다. 그와 함께, 전지의 전압이 떨어져, 전류차단용 MIT 소자M2(700)도 절연체로 복귀되어 전류구동소자(500a)로의 전류공급을 차단하게 된다.
도 10은 도 9에서 도선으로 사용된 전류차단용 MIT 소자 M2를 PTC 소자로 대 체한 회로도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예의 회로도는 도 9a에서 전류차단용 MIT 소자 M2 대신에 PCT(Positive Temperature Coefficient) 소자(800)를 사용하게 되는데, 기능은 도 9에서도 유사하다. 즉, 어떤 외부변화에 의해 주변 온도나 도선의 온도가 MIT 소자 MI(100)의 임계온도, 예컨대 70 ℃를 넘으면 복합소자 속에 있는 MIT 소자 M1(100)이 동작하여 전지에 있는 전하를 갑자기 방전시켜서 전지폭발을 미리 예방한다. 한편, PCT 소자(800)는 주변 온도 상승시에 저항이 증가하여 전류구동소자(500a)로의 전류공급을 차단하게 된다.
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 1 는 종래의 반도체 트랜지스터를 이용하여 대전류를 제어하는 회로도이다.
도 2a 및 2b는 도 2a 및 2b는 수평형 MIT 소자를 개략적으로 보여주는 단면도 및 평면도이다.
도 3a은 이산화바나듐(VO2)으로 제조된 소자에 전압을 가하여 불연속 MIT를 측정한 그래프이다.
도 3b은 이산화바나듐(VO2)으로 제조된 MIT 소자의 온도에 따른 저항변화를 보여주는 그래프이다.
도 4a 및 4b는 MIT 소자와 트랜지스터(TR)로 구성된 MIT-TR 복합소자에 대한 회로도들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIT-TR 복합소자 및 스위칭제어 트랜지스터를 포함한 대전류 제어회로에 대한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 MIT-TR 복합소자 및 스위칭제어 트랜지스터를 포함한 대전류 제어회로에 대한 회로도이다.
도 7은 도 5의 회로도에서 MIT-TR 복합소자 및 스위칭제어 트랜지스터를 원-칩 형태로 집적한 대전류 제어용 집적소자에 대한 단면도이다.
도 8a 및 8b는 도 5의 회로도에서 스위칭제어 트랜지스터의 베이스 전극으로 1KHz와 300KHz 주파수의 펄스를 입력하여 측정한 실험 데이터에 대한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 MIT-TR 복합소자를 이용하여 리튬이온 전지의 폭발을 방지하기 위한 회로도이다.
도 10은 도 9에서 도선으로 사용된 전류차단용 MIT 소자 M2를 PTC 소자로 대체한 회로도이다.
<도면에 주요부분에 대한 설명>
100, 700: MIT 소자 110: 기판
120: MIT 박막 130, 130a, 130b: 전극 박막
140: 절연막 200, 300: 발열방지 트랜지스터
210, 410: 베이스 영역 215, 415: 베이스 전극
220, 420: 에미터 영역 225, 425: 에미터 전극
230, 430: 컬렉터 영역 235, 435: 컬렉터 전극
300, 300a: MIT 저항소자 400, 400a: 스위칭제어 트랜지스터
440: 트랜지스터 저항소자 500: 전류소자
500a: 전류구동 시스템 510: 입력저항소자
600: 리튬이온 전지 800: PTC 소자
1000, 1000a: MIT-TR 복합소자

Claims (23)

  1. 전류구동소자로 연결되고, 소정 전이 전압에서 불연속 금속-절연체 전이(Metal-Insulator Transition: MIT)를 겪는 MIT 소자; 및
    상기 전류구동소자와 상기 MIT 소자 사이에 연결되어 상기 MIT 소자의 온-오프(On-Off) 스위칭을 제어하는 스위칭제어 트랜지스터;를 포함하여, 상기 전류구동소자로 입력 또는 출력되는 전류를 스위칭하며,
    상기 MIT 소자는 발열 방지를 위한 발열방지 트랜지스터가 연결됨으로써 MIT-TR 복합소자를 구성하는 것을 특징으로 하는 금속-절연체 전이(MIT) 소자를 구비한 대전류 제어회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발열방지 트랜지스터는 NPN형 및 PNP형 중의 어느 하나인 바이폴라(bi-polar) 트랜지스터이거나, 또는 P-MOS(Metal-Oxide Semiconductor), N-MOS, 및 C-MOS 중 어느 하나인 MOS 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 발열방지 트랜지스터는 바이폴라 트랜지스터이고,
    상기 MIT 소자의 제1 전극은 상기 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전극에, 상기 MIT 소자의 제2 전극은 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전극에, 그리고 상 기 바이폴라 트랜지스터의 에미터 전극은 그라운드에 연결되고,
    상기 MIT 소자의 제1 전극 및 상기 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전극은 상기 전류구동소자 및 상기 스위칭제어 트랜지스터에 연결되고, 상기 MIT 소자의 제2 전극 및 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전극은 상기 MIT 소자를 보호를 위한 MIT 저항소자를 통해 그라운드로 연결되는 것을 특징으로 하는 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 발열방지 트랜지스터는 MOS 트랜지스터이고,
    상기 MIT 소자의 제1 전극은 상기 MOS 트랜지스터의 드레인 전극에, 상기 MIT 소자의 제2 전극은 상기 MOS 트랜지스터의 게이트 전극에, 그리고 상기 MOS 트랜지스터의 소오스 전극은 그라운드에 연결되고,
    상기 MIT 소자의 제1 전극 및 상기 MOS 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 전류구동소자 및 상기 스위칭제어 트랜지스터에 연결되고, 상기 MIT 소자의 제2 전극 및 상기 MOS 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 MIT 소자를 보호를 위한 MIT 저항소자를 통해 그라운드로 연결되는 것을 특징으로 하는 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 스위칭제어 트랜지스터는 NPN형 및 PNP형 중의 어느 하나인 바이폴라(bi-polar) 트랜지스터이거나, 또는 P-MOS(Metal-Oxide Semiconductor), N-MOS, 및 C-MOS 중 어느 하나인 MOS 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 스위칭제어 트랜지스터는 NPN형 바이폴라 트랜지스터이고,
    상기 NPN형 바이폴라 트랜지스터는 컬렉터 전극이 상기 전류구동소자와 상기 MIT-TR 복합 소자 사이에 연결되는 공통(common) 컬렉터 구조로 연결되거나, 에미터 전극이 상기 전류구동소자와 상기 MIT-TR 복합 소자 사이에 연결되는 공통(common) 에미터 구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 NPN형 바이폴라 트랜지스터가 공통 컬렉터 구조로 연결된 경우,
    상기 NPN형 바이폴라 트랜지스터의 에미터 전극은 그라운드로 연결되고, 상기 NPN형 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전극으로는 상기 스위칭 제어를 위한 펄스 인가 전원으로 연결되는 것을 특징으로 하는 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 NPN형 바이폴라 트랜지스터가 공통 에미터 구조로 연결된 경우,
    상기 NPN형 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전극은 소정 전압의 전압원에 연결되고, 상기 NPN형 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전극으로는 상기 스위칭 제어를 위한 펄스 인가 전원으로 연결되는 것을 특징으로 하는 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로.
  9. 제7 항 또는 8항에 있어서,
    상기 베이스 전극과 펄스 인가 전원 사이에는 소정 저항값을 갖는 저항소자가 연결된 것을 특징으로 하는 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 발열방지 트랜지스터는 바이폴라 트랜지스터이고,
    상기 MIT 소자의 제1 전극은 상기 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전극에, 상기 MIT 소자의 제2 전극은 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전극에, 그리고 상기 바이폴라 트랜지스터의 에미터 전극은 그라운드에 연결되고,
    상기 MIT 소자의 제1 전극 및 상기 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전극은 상기 전류구동소자 및 상기 스위칭제어 트랜지스터에 연결되고, 상기 MIT 소자의 제2 전극 및 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전극은 상기 MIT 소자를 보호를 위한 MIT 저항소자를 통해 그라운드로 연결되며,
    상기 스위칭제어 트랜지스터는 NPN형 바이폴라 트랜지스터이고,
    상기 NPN형 바이폴라 트랜지스터는 컬렉터 전극이 상기 전류구동소자와 상기 MIT-TR 복합 소자 사이에 연결되는 공통(common) 컬렉터 구조로 연결되거나, 에미터 전극이 상기 전류구동소자와 상기 MIT-TR 복합 소자 사이에 연결되는 공통(common) 에미터 구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로.
  11. 제2 항에 있어서,
    상기 발열방지 트랜지스터는 MOS 트랜지스터이고,
    상기 MIT 소자의 제1 전극은 상기 MOS 트랜지스터의 드레인 전극에, 상기 MIT 소자의 제2 전극은 상기 MOS 트랜지스터의 게이트 전극에, 그리고 상기 MOS 트랜지스터의 소오스 전극은 그라운드에 연결되고,
    상기 MIT 소자의 제1 전극 및 상기 MOS 트랜지스터의 드레인 전극은 상기 전류구동소자 및 상기 스위칭제어 트랜지스터에 연결되고, 상기 MIT 소자의 제2 전극 및 상기 MOS 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 MIT 소자를 보호를 위한 MIT 저항소자를 통해 그라운드로 연결되며,
    상기 스위칭제어 트랜지스터는 NPN형 바이폴라 트랜지스터이고,
    상기 NPN형 바이폴라 트랜지스터는 컬렉터 전극이 상기 전류구동소자와 상기 MIT-TR 복합 소자 사이에 연결되는 공통(common) 컬렉터 구조로 연결되거나, 에미터 전극이 상기 전류구동소자와 상기 MIT-TR 복합 소자 사이에 연결되는 공통(common) 에미터 구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 MIT 소자는 온도, 압력, 전압 및 전자기파를 포함하는 물리적 특성 변화에 의해 상기 MIT를 일으키는 MIT 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 MIT 박막은 이산화바나듐(VO2)로 형성되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 MIT-TR 복합소자 및 상기 스위칭제어 트랜지스터가 하나의 칩으로 집적되어 패키지화된 것을 특징으로 하는 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로.
  15. 제1 항의 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로를 하나의 단위회로로 하여 상기 단위회로가 다수 개 집합적으로 혹은 어레이 구조로 배열되어 형성된 대전류 제어회로 시스템.
  16. 제1 항의 MIT 소자를 구비한 대전류 제어회로를 포함하는 전기전자시스템.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 전기전자시스템은
    전류구동시스템;
    상기 전류구동시스템으로 전원을 공급하는 2차 전지;
    상기 전류구동시스템과 상기 2차 전지 사이에 직렬연결되고, 전이 전압에서 MIT가 일어나는 제1 MIT 소자; 및
    상기 2차 전지에 병렬로 연결되는 상기 MIT-TR 복합소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전자시스템.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 2차 전지는 리튬이온 전지이고,
    상기 MIT 소자는 임계 온도 이상에서 MIT를 일으키며,
    상기 MIT-TR 복합소자는 상기 리튬이온 전지가 상기 임계 온도 이상 상승시 전하를 방전하여 상기 리튬이온 전지의 폭발을 방지하는 것을 특징으로 하는 전기전자시스템.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 MIT-TR 복합소자는 상기 MIT 소자를 보호하는 MIT 저항소자를 포함하고,
    상기 발열방지 트랜지스터는 NPN형 및 PNP형 중의 어느 하나인 바이폴라(bi-polar) 트랜지스터이거나, 또는 P-MOS(Metal-Oxide Semiconductor), N-MOS, 및 C-MOS 중 어느 하나인 MOS 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전기전자시스템.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 발열방지 트랜지스터는 바이폴라 트랜지스터이고,
    상기 MIT 소자의 제1 전극은 상기 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전극에, 상기 MIT 소자의 제2 전극은 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전극에, 그리고 상기 바이폴라 트랜지스터의 에미터 전극은 그라운드에 연결되고,
    상기 MIT 소자의 제1 전극 및 상기 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전극은 상기 2차 전지 및 상기 제1 MIT 소자에 연결되고, 상기 MIT 소자의 제2 전극 및 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전극은 상기 MIT 저항소자를 통해 그라운드로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기전자시스템.
  21. 제16 항에 있어서,
    상기 전기전자시스템은,
    전류구동시스템;
    상기 전류구동시스템으로 전원을 공급하는 2차 전지;
    상기 전류구동시스템과 상기 2차 전지 사이에 직렬연결되어 상기 전기전자시스템으로의 과전류를 차단하는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자; 및
    상기 2차 전지에 병렬로 연결되는 상기 MIT-TR 복합소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전자시스템.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 MIT 소자는 임계 온도 이상에서 MIT를 일으키고,
    상기 PTC 소자는 상기 임계 온도에서 전류를 차단하며,
    상기 2차 전지가 상기 임계 온도 이상 상승시, 상기 PTC 소자가 상기 전류구동시스템으로 전류공급을 차단하고, 상기 MIT-TR 복합소자가 상기 2차 전지의 전하를 방전함으로써, 상기 2차 전지의 폭발을 방지하는 것을 특징으로 하는 전기전자시스템.
  23. 제16 항에 있어서,
    상기 전기전자시스템은 핸드폰, 노트북 컴퓨터, 스위칭 파워 서플라이 및 모터제어 컨트롤러를 포함한 전류제어가 요구되는 시스템인 것을 특징으로 하는 전기전자시스템.
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