KR102560255B1 - High Speed Switch Circuit - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부도체-도체 전이(Insulator Metal Transition: 이하 IMT) 물질을 포함하여, 광이 인가되면 도체로 상전이 되어 스위치 회로를 턴온시키는 제1 IMT 소자, 및 제1 IMT 소자와 전기적으로 병렬로 연결되고, IMT 물질을 포함하여, 광이 인가되면 도체로 상전이되어 제1 IMT 소자를 통해 흐르는 전류를 분산시키고, 분산된 전류에 의해 제1 IMT 소자와 함께 부도체로 상전이 되어 스위치 회로를 턴오프 시키는 제2 IMT 소자를 포함하여, IMT 소자의 초고속 상전이 특성에 따라 고속 스위칭이 가능하고, 광이 인가되어 턴온되면, 거대 지속 광전도도 특성을 이용하여 인가되는 광이 지속되지 않더라도 온 상태를 계속적으로 유지할 수 있으며, 레이저 광을 이용하여 원격지에서 거리 제한없이 스위칭 제어를 수행할 수 있는 고속 스위치 회로를 제공한다.The present invention includes an insulator metal transition (IMT) material, which is phase-transformed into a conductor when light is applied to turn on a switch circuit, and electrically connected in parallel with the first IMT element, , Including an IMT material, when light is applied, it is phase-transformed into a conductor to disperse a current flowing through the first IMT element, and a phase-transitioned into an insulator together with the first IMT element by the dispersed current to turn off the switch circuit. Including the IMT element, high-speed switching is possible according to the ultra-fast phase transition characteristics of the IMT element, and when light is applied and turned on, the on state can be maintained continuously even if the applied light does not continue using the large sustained photoconductivity characteristic. In addition, it provides a high-speed switch circuit capable of performing switching control without distance limitation at a remote location using laser light.
Description
본 발명은 스위치 회로에 관한 것으로, 펄스 광에 응답하여 빠르게 온/오프되는 고속 스위치 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a switch circuit, and relates to a high-speed switch circuit that is quickly turned on/off in response to pulsed light.
부도체-도체 전이(Insulator Metal Transition: 이하 IMT) 물질은 주어진 조건 또는 환경에 따라 부도체에서 도체로, 또는 도체에서 부도체로 상전이를 일으키는 물질을 의미한다. 이와 같은 IMT 물질 중 현재 가장 활발하게 연구가 되고 있는 물질은 이산화 바나듐(VO2)이다. 이산화 바나듐(VO2)은 IMT 물질 중에서 전이 온도가 상온에 가까운 유일한 물질로서, 센서, 반도체 소자, 광 소자 등과 같은 대부분의 응용 소자는 상온 근처 온도에서 동작하므로 다양한 전기 전자 소자에 활용될 것으로 기대되고 있다. 특히 이산화 바나듐(VO2)은 온도뿐만 아니라, 전기, 빛 또는 스트레스 등과 같은 다양한 외부 자극에 의해서도 저항 변화가 발생하여 부도체-도체 사이의 상전이가 발생하게 되므로, 이산화 바나듐(VO2)을 이용한 각종 소자를 개발하기 위한 연구가 활발하게 수행되고 있다.An insulator-metal transition (IMT) material refers to a material that undergoes a phase transition from an insulator to a conductor or from a conductor to an insulator depending on a given condition or environment. Among these IMT materials, the most actively researched material is vanadium dioxide (VO 2 ). Vanadium dioxide (VO 2 ) is the only material with a transition temperature close to room temperature among IMT materials. Since most application devices such as sensors, semiconductor devices, and optical devices operate at temperatures near room temperature, it is expected to be used in various electrical and electronic devices. there is. In particular, vanadium dioxide (VO 2 ) undergoes resistance changes not only by temperature but also by various external stimuli such as electricity, light, or stress, resulting in a phase transition between an insulator and a conductor, so various devices using vanadium dioxide (VO 2 ) Research to develop is being actively conducted.
본 발명의 목적은 고속 스위칭 동작이 가능한 고속 스위치 회로를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a high-speed switch circuit capable of high-speed switching operation.
본 발명의 목적은 이산화바나듐의 거대 지속 광전도도 특성을 이용하여, 인가되는 광이 지속되지 않더라도 온 상태를 계속적으로 유지할 수 있는 고속 스위치 회로를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a high-speed switch circuit capable of continuously maintaining an on state even when applied light does not continue by using the large sustained photoconductivity characteristics of vanadium dioxide.
본 발명의 또 다른 목적은 광을 이용하여 원격 스위칭이 가능한 고속 스위치 회로를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a high-speed switch circuit capable of remote switching using light.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 회로는 부도체-도체 전이(Insulator Metal Transition: 이하 IMT) 물질을 포함하여, 광이 인가되면 도체로 상전이 되어 상기 스위치 회로를 턴온시키는 제1 IMT 소자; 및 상기 제1 IMT 소자와 전기적으로 병렬로 연결되고, 상기 IMT 물질을 포함하여, 광이 인가되면 도체로 상전이되어 상기 제1 IMT 소자를 통해 흐르는 전류를 분산시키고, 분산된 전류에 의해 상기 제1 IMT 소자와 함께 부도체로 상전이 되어 상기 스위치 회로를 턴오프 시키는 제2 IMT 소자를 포함한다.A switch circuit according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a non-conductor-conductor transition (IMT) material, which is phase-transformed into a conductor when light is applied to turn on the switch circuit. IMT device; And electrically connected in parallel with the first IMT element, including the IMT material, phase-transformed into a conductor when light is applied to disperse a current flowing through the first IMT element, and dispersing the current flowing through the first IMT element. It includes a second IMT element that is in phase with the IMT element to be a non-conductor and turns off the switch circuit.
상기 스위치 회로는 상기 제1 및 제2 IMT 소자를 부도체에서 도체로 상전이시키는 도체 전이 전압과 상기 제1 및 제2 IMT 소자를 도체에서 부도체로 상전이시키는 부도체 전이 전압 사이의 전압이 소자 전압으로 인가되도록 액티브 전압을 공급하는 전원을 더 포함할 수 있다.The switch circuit is configured such that a voltage between a conductor transition voltage for causing a phase transition of the first and second IMT elements from an insulator to a conductor and a non-conductor transition voltage for causing a phase transition of the first and second IMT elements from a conductor to an insulator is applied as an element voltage. A power source supplying an active voltage may be further included.
상기 스위치 회로는 턴온 시에 상기 제1 IMT 소자에 광을 조사하고, 턴 오프시에 상기 제2 IMT 소자로 광을 조사하는 광원을 더 포함할 수 있다.The switch circuit may further include a light source radiating light to the first IMT element when turned on and radiating light to the second IMT element when turned off.
상기 광원은 상기 제1 IMT 소자 또는 상기 제2 IMT 소자에 거대 지속 광전도도(Giant Persistent Photoconductivity: 이하 GPPC) 현상이 발생되는 세기의 펄스 광을 조사할 수 있다.The light source may irradiate the first IMT element or the second IMT element with pulsed light having an intensity at which a Giant Persistent Photoconductivity (GPPC) phenomenon occurs.
상기 제1 및 제2 IMT 소자는 상기 제2 IMT 소자에 광이 조사되어 상기 제2 IMT 소자가 도체로 상전이되면, 상기 제1 및 제2 IMT 소자를 통해 흐르는 전류가 상기 제1 및 제2 IMT 소자를 부도체로 상전이 시키는 부도체 전이 전류 미만으로 되어 분산되어 부도체로 상전이될 수 있다.When light is irradiated onto the second IMT element and the second IMT element is phase-inverted into a conductor, the first and second IMT elements flow through the first and second IMT elements, and the first and second IMT elements It is less than the insulator transition current that causes the device to undergo a phase transition to an insulator, and may be dispersed to undergo a phase transition to an insulator.
상기 제1 및 제2 IMT 소자 각각은 기판; 상기 기판 상에 상기 IMT 물질로 형성되는 상전이층; 및 상기 상전이층의 양단에 형성되는 전극을 포함할 수 있다.Each of the first and second IMT elements may include a substrate; a phase change layer formed of the IMT material on the substrate; And it may include electrodes formed on both ends of the phase change layer.
상기 상전이층은 요구되는 상전이 발생 전압 및 광의 세기에 따라 크기가 결정될 수 있다.The size of the phase change layer may be determined according to a required phase change generation voltage and light intensity.
상기 IMT 물질은 이산화 바나듐(VO2)을 포함하여 구현될 수 있다.The IMT material may be implemented by including vanadium dioxide (VO 2 ).
상기 IMT 물질은 상기 IMT 소자의 상전이 온도를 조절하기 위해, 상기 이산화 바나듐(VO2)에 불순물이 첨가될 수 있다.Impurities may be added to the vanadium dioxide (VO 2 ) in order to adjust the phase transition temperature of the IMT element.
상기 기판은 기지정된 문턱값 이하의 열전도도를 갖는 소재로 구현될 수 으며, 코닝 글래스로 구현될 수 있다.The substrate may be implemented with a material having thermal conductivity below a predetermined threshold, or may be implemented with Corning glass.
상기 광원은 상기 제1 및 제2 IMT 소자로부터 이격 배치되어, 상기 제1 및 제2 IMT 소자로 레이저 펄스 광을 방출할 수 있다.The light source may be spaced apart from the first and second IMT elements to emit laser pulse light to the first and second IMT elements.
상기 광원은 상기 스위치 회로가 상기 GPPC 현상의 지속 시간 이상 온 상태로 유지되는 경우, 상기 GPPC 현상의 지속 시간보다 짧은 주기로 반복적으로 상기 제1 IMT 소자에 광을 조사할 수 있다.When the switch circuit is maintained in an on state for longer than the duration of the GPPC phenomenon, the light source may repeatedly radiate light to the first IMT element at a period shorter than the duration of the GPPC phenomenon.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 실시예에 따른 스위치 회로는 기판; 상기 기판 상에 부도체-도체 전이(Insulator Metal Transition: 이하 IMT) 물질로 형성되는 상전이층; 및 상기 상전이층의 양단에 형성되는 전극을 포함하여 구성되는 IMT 소자를 포함하고, 상기 IMT 소자는 상기 상전이층에 광이 인가되면 일부 영역에 도체로 상전이된 도전체 채널이 형성되어 상기 스위치 회로를 턴온시키고, 상기 상전이층에서 상기 도전체 채널과 이격된 영역에 광이 인가되면, 광이 인가된 영역에 상기 도전체 채널과 이격된 추가 도전체 채널이 형성되어, 상기 도전체 채널을 통해 흐르는 전류가 분산됨으로서 부도체로 상전이되어 상기 스위치 회로를 턴오프 시킨다.A switch circuit according to another embodiment for achieving the above object is a substrate; a phase change layer formed of an insulator metal transition (IMT) material on the substrate; and electrodes formed at both ends of the phase change layer, wherein when light is applied to the phase change layer, a conductor channel in which the phase is changed to a conductor is formed in a portion of the IMT element to operate the switch circuit. When turned on and light is applied to a region spaced apart from the conductor channel in the phase change layer, an additional conductor channel spaced apart from the conductor channel is formed in the region to which the light is applied, and current flowing through the conductor channel As is dispersed, the phase transitions to an insulator to turn off the switch circuit.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고속 스위치 회로는 이산화바나듐으로 구현되는 IMT 소자의 초고속 상전이 특성에 따라 고속 스위칭이 가능하고, 광이 인가되어 턴온되면, 거대 지속 광전도도 특성을 이용하여 인가되는 광이 지속되지 않더라도 온 상태를 계속적으로 유지할 수 있으며, 레이저 광을 이용하여 원격지에서 거리 제한없이 스위칭 제어를 수행할 수 있다. 따라서 고속 스위칭 동작이 요구되는 각종 디스플레이 장치나 메모리 장치 등에서 소자 제어용 스위치로 이용될 수 있으며, 원거리에서의 제어가 요구되는 의료용 및 군사용 장치에 활용될 수도 있다.Therefore, the high-speed switch circuit according to the embodiment of the present invention is capable of high-speed switching according to the ultra-fast phase transition characteristics of the IMT element implemented with vanadium dioxide, and when light is applied and turned on, it is applied using the large sustained photoconductivity characteristics Even if the light does not continue, the ON state can be continuously maintained, and switching control can be performed at a remote location without distance limitation using laser light. Therefore, it can be used as a device control switch in various display devices or memory devices that require high-speed switching operations, and can also be used in medical and military devices that require remote control.
도 1은 일 실시예에 따른 스위치 회로의 구성을 나타낸다.
도 2는 도 1의 스위치 회로와 IMT 소자의 전압-전류 특성 그래프를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 IMT 소자의 구성의 일 예를 나타낸다.
도 4는 인가된 광에 따른 IMT 소자의 IMT 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 전압에 따른 IMT 소자의 거대 지속 광전도도 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 따른 스위치 회로의 스위칭 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 스위치 회로의 구성을 나타낸다.
도 9는 도 8의 스위치 회로에서 IMT 소자에 따른 스위치 회로의 스위칭 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 shows the configuration of a switch circuit according to an embodiment.
FIG. 2 shows a voltage-current characteristic graph of the switch circuit of FIG. 1 and the IMT device.
3 shows an example of a configuration of an IMT device according to an embodiment.
4 is a diagram for explaining IMT characteristics of an IMT device according to applied light.
5 is a diagram for explaining a change in the large sustained photoconductivity of an IMT device according to voltage.
6 and 7 are diagrams for explaining a switching operation of a switch circuit according to an exemplary embodiment.
8 shows the configuration of a switch circuit according to another embodiment.
FIG. 9 is a diagram for explaining a switching operation of the switch circuit according to the IMT element in the switch circuit of FIG. 8 .
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention and its operational advantages and objectives achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the described embodiments. And, in order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings indicate the same members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as "... unit", "... unit", "module", and "block" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware. And it can be implemented as a combination of software.
도 1은 일 실시예에 따른 스위치 회로의 구성을 나타낸다.1 shows the configuration of a switch circuit according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 스위치 회로는 스위치(10)와 전원(13) 및 광원(16)을 포함할 수 있다. 스위치(10)는 서로 병렬로 연결되는 제1 및 제2 IMT 소자(11, 12)를 포함한다. 제1 및 제2 IMT 소자(11, 12)는 각각 IMT 물질을 기반으로 구현되며, 여기서는 이산화 바나듐(VO2)을 기반으로 구현된다. 상기한 바와 같이, 이산화 바나듐(VO2)은 온도뿐만 아니라, 전기, 빛 또는 스트레스 등과 같은 다양한 외부 자극에 의해서도 저항 변화가 발생하여 부도체-도체 사이의 상전이가 발생하는 물질이다. 그리고 본 명세서에서는 이산화 바나듐(VO2)을 기반으로 구현되는 제1 및 제2 IMT 소자(11, 12)가 인가되는 전압과 함께 광에 응답하여 상전이가 발생되도록 한다.Referring to FIG. 1 , a switch circuit according to an embodiment may include a switch 10, a power source 13, and a light source 16. The switch 10 includes first and second IMT elements 11 and 12 connected in parallel with each other. The first and second IMT elements 11 and 12 are implemented based on IMT materials, respectively, and here, they are implemented based on vanadium dioxide (VO 2 ). As described above, vanadium dioxide (VO 2 ) is a material in which a phase transition between an insulator and a conductor occurs due to a change in resistance not only by temperature but also by various external stimuli such as electricity, light, or stress. Further, in the present specification, the first and second IMT elements 11 and 12 implemented based on vanadium dioxide (VO 2 ) cause a phase transition to occur in response to light along with an applied voltage.
이에 스위치(10)에서 서로 병렬로 연결되는 제1 및 제2 IMT 소자(11, 12)는 광이 용이하게 조사될 수 있도록 서로 이격되어 나란하게 위치할 수 있다.Accordingly, the first and second IMT elements 11 and 12 connected in parallel to each other in the switch 10 may be spaced apart from each other and positioned side by side so that light can be easily irradiated.
그리고 전원(13)은 지정된 레벨의 전압을 출력하여 스위치(10)의 양단으로 인가한다. 전원(13)은 외부 저항(14)을 통해 스위치(10)에 병렬로 연결된 제1 및 제2 IMT 소자(11, 12)에 소자 전압(VD)을 인가한다. 제1 및 제2 IMT 소자(11, 12)가 서로 병렬로 연결되어 있으므로, 제1 및 제2 IMT 소자(11, 12)가 모두 부도체 상태인 경우 2개의 IMT 소자(11, 12)에는 동일한 소자 전압(VD)이 인가될 수 있다.Then, the power source 13 outputs a voltage of a designated level and applies it to both ends of the switch 10 . The power source 13 applies a device voltage V D to the first and second IMT devices 11 and 12 connected in parallel to the switch 10 through an external resistor 14 . Since the first and second IMT elements 11 and 12 are connected in parallel to each other, when both the first and second IMT elements 11 and 12 are in a non-conductive state, the two IMT elements 11 and 12 have the same element. A voltage (V D ) may be applied.
여기서 전원(13)은 스위치(10)의 제1 및 제2 IMT 소자(11, 12)가 입사되는 광에 응답하여 부도체에서 도체로 또는 부도체에서 도체로의 상전이를 용이하게 일으킬 수 있는 환경을 제공할 뿐만 아니라, 스위치(10)의 2개의 IMT 소자(11, 12) 중 적어도 하나가 도체로 상전이 상태인 경우, 도체 상태의 IMT 소자를 통해 부하(미도시)로 흐르는 전류를 공급한다.Here, the power supply 13 provides an environment in which the first and second IMT elements 11 and 12 of the switch 10 can easily cause a phase transition from an insulator to a conductor or from an insulator to a conductor in response to incident light. In addition, when at least one of the two IMT elements 11 and 12 of the switch 10 is in a phase transition state as a conductor, a current flowing to a load (not shown) is supplied through the IMT element in the conductor state.
광원(16)은 스위치(10)의 제1 및 제2 IMT 소자(11, 12) 각각에 광을 인가한다. 여기서 광원(16)은 펄스 광을 생성하여 제1 IMT 소자(11) 또는 제2 IMT 소자(12) 중 하나를 선택하여 광을 인가할 수 있다. 광원(16)은 스위치(10)를 턴온시키고자 하는 경우, 2개의 IMT 소자(11, 12) 중 하나의 IMT 소자에 펄스 광을 인가한다. 그리고 스위치(10)를 턴오프시키고자 하는 경우에는 나머지 IMT 소자에 펄스 광을 인가한다. 즉 일 실시예에서 스위치(10)는 광원(16)이 IMT 소자(11, 12)에 대해 선택적으로 광을 인가함으로써 턴온 또는 턴오프될 수 있다.The light source 16 applies light to each of the first and second IMT elements 11 and 12 of the switch 10 . Here, the light source 16 may generate pulsed light and select one of the first IMT element 11 and the second IMT element 12 to apply the light. When the switch 10 is to be turned on, the light source 16 applies pulsed light to one of the two IMT elements 11 and 12 . Further, when the switch 10 is to be turned off, pulsed light is applied to the remaining IMT elements. That is, in one embodiment, the switch 10 may be turned on or off when the light source 16 selectively applies light to the IMT elements 11 and 12 .
여기서 광원(16)은 높은 에너지 집적도를 가지고 직진성 및 지향성이 우수한 레이저 펄스 광을 생성하여 IMT 소자(11, 12) 중 선택된 IMT 소자로 인가할 수 있다. 따라서 광원(16)은 스위치(10)로부터 이격된 원격에 위치할 수 있다. 즉 스위치(10)는 원격 스위치로도 이용될 수 있다.Here, the light source 16 may generate laser pulse light having high energy integration and excellent linearity and directivity, and may apply it to a selected IMT element among the IMT elements 11 and 12 . Accordingly, light source 16 may be located remotely and away from switch 10 . That is, the switch 10 can also be used as a remote switch.
외부 저항(14)은 스위치(10)가 턴온될 때, 급격하게 큰 전류가 회로에 흐르는 것을 방지하기 위한 회로 보호용으로 구비되었으며, 경우에 따라서 생략될 수 있다.The external resistor 14 is provided for circuit protection to prevent a sudden large current from flowing in the circuit when the switch 10 is turned on, and may be omitted in some cases.
도 2는 도 1의 스위치 회로와 IMT 소자의 전압-전류 특성 그래프를 나타낸다.FIG. 2 shows a voltage-current characteristic graph of the switch circuit of FIG. 1 and the IMT device.
도 2에서 (a)는 도 1의 스위치 회로에서 전원(13)에서 공급되는 전압(V)에 따른 전압-전류 특성 그래프를 나타내고, (b)는 IMT 소자(11, 12)에 인가되는 소자 전압(VD)에 따른 대한 전압-전류 특성 그래프를 나타낸다. 즉 도 2에서는 광원(16)이 IMT 소자(11, 12)로 광을 조사하지 않는 경우의 특성을 나타낸다.In FIG. 2, (a) shows a voltage-current characteristic graph according to the voltage (V) supplied from the power supply 13 in the switch circuit of FIG. 1, and (b) shows the device voltage applied to the IMT devices 11 and 12 A voltage-current characteristic graph for (V D ) is shown. That is, FIG. 2 shows characteristics when the light source 16 does not irradiate light to the IMT elements 11 and 12 .
도 2를 살펴보면, 전원(13)에서 공급되는 전압(V)이 (a)의 ①과 같이 증가할지라도, (b)의 ①에 도시된 바와 같이, IMT 소자(11, 12)의 양단에 인가되는 소자 전압(VD, 여기서는 VD = V - I*REXT))이 IMT 소자(11, 12)를 부도체에서 도체로 상전이시키는 도체 전이 전압(VIMT)에 도달하지 않는다면, IMT 소자(11, 12)가 부도체 상태를 유지하므로 스위치 회로에는 전류(I)가 거의 흐르지 않는다.Referring to Figure 2, even if the voltage (V) supplied from the power source 13 increases as in ① of (a), as shown in ① of (b), applied to both ends of the IMT elements (11, 12) If the device voltage (V D , here V D = V - I*R EXT ) does not reach the conductor transition voltage (V IMT ) at which the IMT devices 11 and 12 undergo a phase transition from insulator to conductor, the IMT device 11 , 12) maintains a non-conductive state, so the current (I) hardly flows in the switch circuit.
그리고 전원(13)에서 공급되는 전압(V)이 증가하여 제2 전압(V2)에 도달하면, IMT 소자(11, 12)에 인가되는 소자 전압(VD)이 도체 전이 전압(VIMT)에 도달하게 되어 IMT 소자(11, 12)는 부도체에서 도체로 상전이된다. 이에 (b)의 ②와 같이 도체로 상전이된 IMT 소자(11, 12)를 통해 전류(I)가 흐르게 된다. 일 실시예에서 IMT 소자(11, 12)는 이산화 바나듐(VO2)을 기반으로 구현되며, 이산화 바나듐(VO2)은 IMT 물질 중에서도 급속한 상전이 특성을 나타내는 물질이다. 따라서 전압(V)이 제2 전압(V2)에 도달하면, (a)의 ②와 같이 도체로 상전이된 IMT 소자(11, 12)를 통해 전류(I)가 급격하게 흐르게 된다. 전압(V)이 제2 전압(V2)에 도달한 이후 추가적으로 상승되면, (a)의 ③과 같이, 전류(I)는 상승되는 전압(V)에 비례하여 증가하게 된다. 이때 도체로 상전이된 IMT 소자(11, 12)의 양단에는 (b)의 ③과 같이, 균일한 전압(VMIT)이 인가되고, 흐르는 전류(I)만 변화된다.And when the voltage (V) supplied from the power source 13 increases to reach the second voltage (V 2 ), the device voltage (V D ) applied to the IMT elements (11, 12) is the conductor transition voltage (V IMT ) , the phase of the IMT elements 11 and 12 is changed from insulator to conductor. Accordingly, current (I) flows through the IMT elements 11 and 12 phase-transformed into conductors as in ② of (b). In one embodiment, the IMT elements 11 and 12 are implemented based on vanadium dioxide (VO 2 ), and vanadium dioxide (VO 2 ) is a material exhibiting rapid phase transition characteristics among IMT materials. Therefore, when the voltage (V) reaches the second voltage (V 2 ), the current (I) rapidly flows through the IMT elements 11 and 12 phase-transformed into conductors as in ② of (a). If the voltage (V) is additionally increased after reaching the second voltage (V 2 ), as in ③ of (a), the current (I) increases in proportion to the increased voltage (V). At this time, a uniform voltage (V MIT ) is applied to both ends of the phase-transformed IMT elements (11, 12) as in (b), and only the flowing current (I) is changed.
한편, 2개의 IMT 소자(11, 12) 중 하나가 도체로 상전이된 상태에서 전원(13)에서 공급되는 전압(V)이 하강하게 되면, 전류(I) 또한 하강하는 전압(V)에 비례하여 (a)의 ④ 및 ⑤에서와 같이 점차로 하강하게 된다. 이때도, IMT 소자(11, 12)의 양단에는 (b)의 ④ 및 ⑤와 같이, 균일한 전압이 인가되고, 흐르는 전류(I)만 감소하게 된다.On the other hand, when the voltage (V) supplied from the power source 13 falls in a state where one of the two IMT elements 11 and 12 is phase-transformed into a conductor, the current (I) is also proportional to the falling voltage (V). As in ④ and ⑤ of (a), it gradually descends. Even at this time, a uniform voltage is applied to both ends of the IMT elements 11 and 12, as in ④ and ⑤ of (b), and only the flowing current (I) is reduced.
그리고 전원(13)에서 공급되는 전압(V)이 제2 전압(V2)보다 낮은 전압 레벨의 제1 전압(V1)까지 하강하게 되면, 도체 상태의 IMT 소자(11, 12)에 흐르는 전류(I)가 감소하여 부도체 전이 전류(IIMT)에 도달하게 되고, IMT 소자(11, 12)는 도체에서 다시 부도체로 상전이된다. 이로 인해 전류(I)가 흐르지 않게 된다.And when the voltage (V) supplied from the power source 13 drops to the first voltage (V 1 ) of a lower voltage level than the second voltage (V 2 ), the current flowing through the IMT elements (11, 12) in a conductor state (I) decreases to reach the insulator transition current (I IMT ), and the IMT elements 11 and 12 undergo a phase transition from a conductor to an insulator again. Due to this, the current (I) does not flow.
그리고 (b)를 살펴보면, 전압(V)이 제2 전압(V2)보다 낮은 상태에서 증가하게 되면, IMT 소자(11, 12)에 인가되는 소자 전압(VD) 또한 증가한다. 그러나 IMT 소자(11, 12)에 인가되는 소자 전압(VD)이 부도체 상태에서 도체 상태로 상전이 시키는 도체 전이 전압(VIMT)에 도달하지 않으면, IMT 소자(11, 12)는 부도체 상태를 유지한다. 따라서 (1)과 같이 전류(I)가 IMT 소자(11, 12)를 통해 흐르지 않는다. 그리고 전압(V)이 제2 전압(V2)에 도달하여 IMT 소자(11, 12)에 인가되는 소자 전압(VD)이 도체 전이 전압(VIMT)에 도달하면, (2)와 같이 IMT 소자(11, 12)를 통해 전류가 흐르게 된다. IMT 소자(11, 12)가 도체로 상전이되어 전류가 흐르게 됨에 따라 IMT 소자(11, 12)의 저항 성분이 낮아져, IMT 소자(11, 12)의 양단에 인가되는 소자 전압(VD)은 강하한다.And looking at (b), when the voltage (V) is increased in a state lower than the second voltage (V 2 ), the device voltage (V D ) applied to the IMT elements (11, 12) also increases. However, if the device voltage (V D ) applied to the IMT elements 11 and 12 does not reach the conductor transition voltage (V IMT ) at which the phase transitions from the insulator state to the conductor state, the IMT elements 11 and 12 maintain the non-conductor state. do. Therefore, current I does not flow through the IMT elements 11 and 12 as in (1). And when the voltage (V) reaches the second voltage (V 2 ) and the device voltage (V D ) applied to the IMT elements 11 and 12 reaches the conductor transition voltage (V IMT ), IMT as shown in (2) A current flows through the elements 11 and 12. As the IMT elements 11 and 12 are phase-inverted into conductors and current flows, the resistive component of the IMT elements 11 and 12 is lowered, and the device voltage (V D ) applied to both ends of the IMT elements 11 and 12 drops. do.
따라서 도 1에 도시된 스위치 회로에서 스위치(10)의 2개의 IMT 소자(11, 12)는 도 2에 도시된 바와 같이 전원(13)에서 공급되는 전압에 따라 도체 또는 부도체로 상전이하여 전류를 흐르게 하거나 차단하는 스위치로 동작할 수 있다.Therefore, in the switch circuit shown in FIG. 1, the two IMT elements 11 and 12 of the switch 10 are phase-transformed into conductors or non-conductors according to the voltage supplied from the power source 13 as shown in FIG. 2 to flow current. It can be operated as a switch to block or block.
다만 도 1은 스위치(10)에 구비된 2개의 IMT 소자(11, 12)의 전압에 대한 IMT 특성을 설명하기 위한 것으로, 전원(13)에서 공급되어야 하는 전압의 변화가 요구되므로 일반적인 스위치로 사용되기는 어렵다. 이에 본 실시예에서는 전원(13)이 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2) 사이의 레벨을 갖는 액티브 전압(VA)을 인가하고, 스위치 회로는 2개의 IMT 소자(11, 12)에 인가되는 광원(16)에서 방출되는 광에 응답하여 스위칭되도록 한다. 이하에서는 광원(16)에서 방출되는 광에 응답하여 스위치 회로가 스위칭되도록 하는 IMT 소자(11, 12)의 IMT 특성을 설명한다.However, FIG. 1 is for explaining the IMT characteristics of the voltage of the two IMT elements 11 and 12 provided in the switch 10, and is used as a general switch because a change in voltage to be supplied from the power source 13 is required. It's hard to be. Accordingly, in this embodiment, the power source 13 applies the active voltage V A having a level between the first voltage V 1 and the second voltage V 2 , and the switch circuit includes two IMT elements 11, 12) to be switched in response to light emitted from the light source 16. Hereinafter, IMT characteristics of the IMT elements 11 and 12 that allow the switch circuit to be switched in response to light emitted from the light source 16 will be described.
도 3은 일 실시예에 따른 IMT 소자의 구성의 일 예를 나타내고, 도 4는 인가된 광에 따른 IMT 소자의 IMT 특성을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 전압에 따른 IMT 소자의 거대 지속 광전도도 변화를 설명하기 위한 도면이다.3 shows an example of a configuration of an IMT device according to an embodiment, FIG. 4 is a diagram for explaining IMT characteristics of an IMT device according to applied light, and FIG. It is a diagram for explaining degree change.
도 1에 도시된 서로 병렬로 연결된 2개의 IMT 소자(11, 12)는 도 3에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. 도 3을 참조하면, IMT 소자(11, 12)는 기판(34) 상에 이산화 바나듐(VO2)이 상전이층(31)로서 형성되어 구현될 수 있다. 이때, 상전이층(31)은 이산화 바나듐(VO2)으로만 구성될 수도 있으나, 상전이 온도를 조절하기 위해 산화가가 +3가인 알루미늄(Al3+)이나 갈륨 (Ga3+)과 같은 다양한 불순물이 첨가될 수도 있다. 그리고 상전이층(31)은 이산화 바나듐(VO2)이 기판(34) 상에 증착되어 박막으로 형성될 수 있다.The two IMT elements 11 and 12 connected in parallel to each other shown in FIG. 1 may be implemented as shown in FIG. 3 . Referring to FIG. 3 , the IMT elements 11 and 12 may be implemented by forming vanadium dioxide (VO 2 ) as a phase change layer 31 on a substrate 34 . At this time, the phase change layer 31 may be composed of only vanadium dioxide (VO 2 ), but various impurities such as +3 oxide aluminum (Al 3+ ) or gallium (Ga 3+ ) to adjust the phase transition temperature may be added. The phase change layer 31 may be formed as a thin film by depositing vanadium dioxide (VO 2 ) on the substrate 34 .
한편 상전이층(31)의 양측단에는 스위치 회로의 선로와 상전이층(31)을 전기적으로 연결하는 금속 전극(32, 33)이 형성될 수 있다. 금속 전극(32, 33)은 일 예로 금(Au) 또는 크롬(Cr) 등으로 형성될 수 있다. 여기서 상전이층(31)의 길이(L)와 폭(W)은 스위치 회로를 동작시키고자 하는 환경, 특히 전원(13)에서 공급되는 전압(V)과 인가되는 광원(36)에서 조사되는 광의 세기에 따라 다양하게 조절될 수 있다.Meanwhile, metal electrodes 32 and 33 electrically connecting the line of the switch circuit and the phase change layer 31 may be formed at both ends of the phase change layer 31 . The metal electrodes 32 and 33 may be formed of, for example, gold (Au) or chromium (Cr). Here, the length (L) and width (W) of the phase change layer 31 are the environment in which the switch circuit is to be operated, in particular, the voltage (V) supplied from the power source 13 and the intensity of light irradiated from the applied light source 36. can be adjusted in various ways.
그리고 상전이층(31)에는 광원(36)에서 방사된 광이 조사된다. 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 전원(13)이 액티브 전압(VA)을 공급하는 상태에서 상전이층(31)에 일정 수준 이상의 세기를 갖는 광이 조사되면, 상전이층(31)을 구성하는 이산화 바나듐(VO2)은 광원(36)에서 인가된 광에 응답하여 상전이를 일으킨다. 즉 소자 전압(VD)이 도체 전이 전압(VIMT)에 도달하지 않더라도, 상전이층(31)이 인가된 광에 의해 상전이를 일으키며, 이로 인해 부도체에서 도체로 전이된다.The phase change layer 31 is irradiated with light emitted from the light source 36 . As shown in (a) of FIG. 4, when light having a certain level or higher intensity is irradiated to the phase change layer 31 in a state in which the power supply 13 supplies the active voltage VA , the phase change layer 31 Vanadium dioxide (VO 2 ) constituting causes a phase transition in response to light applied from the light source 36 . That is, even if the device voltage (V D ) does not reach the conductor transition voltage (V IMT ), the phase change layer 31 undergoes a phase change by the applied light, and thus, the insulator is converted into a conductor.
다만 기존에는 이산화 바나듐(VO2)에 광이 인가되어 도체로 전이된 상태에서 광이 인가되지 않으면, 다시 부도체로 상전이하는 것으로 알려져 있다. 즉 상전이층(31)이 인가되는 소자 전압(VD)과 함께 광에 의해 도체로 상전이 되었으므로, 광이 인가되지 않으면 상전이층(31)은 다시 부도체로 상전이 된다. 따라서 상전이층(31)이 도체 상태를 유지하기 위해서는 광원(36)은 광을 계속적으로 인가되어야 하며, 이는 기존에 상전이층(31)을 스위치로 활용하기에 부적합하도록 하는 요인으로 작용하였다.However, conventionally, it is known that when light is applied to vanadium dioxide (VO 2 ) and light is not applied in a state in which the vanadium dioxide (VO 2 ) is transformed into a conductor, the phase transitions back to an insulator. That is, since the phase change layer 31 is converted into a conductor by light together with the applied device voltage (V D ), the phase change layer 31 is changed into a non-conductor again when light is not applied. Therefore, in order for the phase change layer 31 to maintain a conductive state, the light source 36 must continuously apply light, which has previously acted as a factor making the phase change layer 31 unsuitable for use as a switch.
그에 반해 본 실시예의 고안자는 실험을 통해, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 환경 조건에 따라 상전이층(31)에 광을 인가한 후, 광이 인가되지 않더라도, 오랜 시간동안 전도도가 향상된 도체 상태가 유지되는 거대 지속 광전도도(Giant Persistent Photoconductivity: 이하 GPPC) 현상이 발생하는 것을 확인하였다. 이러한 GPPC 현상은 이산화 바나듐(VO2)이 아닌 다른 물질에서는 발견된 바 있으나, 이산화 바나듐(VO2)의 경우에는 현재까지 GPPC 현상이 나타나지 않는 것으로 알려져 왔다.On the other hand, the designer of this embodiment applied light to the phase change layer 31 according to environmental conditions through experiments, as shown in (b) of FIG. It was confirmed that a Giant Persistent Photoconductivity (GPPC) phenomenon in which an improved conductor state is maintained occurs. This GPPC phenomenon has been found in materials other than vanadium dioxide (VO 2 ), but in the case of vanadium dioxide (VO 2 ), it has been known that the GPPC phenomenon does not appear until now.
그러나 본 실시예의 고안자는 광원(36)이 광을 지속적으로 인가하지 않고, 짧은 문턱 시간 동안의 문턱 세기 이상의 펄스 광을 인가할지라도, 이산화 바나듐(VO2)에서 GPPC 현상이 발생할 수 있다는 것을 확인하였다. 즉 짧은 시간동안 고에너지의 광이 이산화 바나듐(VO2)에 인가되면, 이산화 바나듐(VO2)은 이후 광원(36)으로부터 광이 인가되지 않더라도 도 4의 (b)와 같이 장시간(여기서는 30시간 이상)동안 도체 상태를 유지할 수 있음을 확인하였다. 이때 광은 펄스 광으로서, 광원(36)은 레이저 다이오드 등으로 구현되어 고에너지의 레이저 펄스 광을 생성하여 상전이층(31)에 인가할 수 있다.However, the designer of the present embodiment confirmed that the GPPC phenomenon can occur in vanadium dioxide (VO 2 ) even if the light source 36 does not continuously apply light and applies pulsed light having a threshold intensity or higher for a short threshold time. . That is, when high-energy light is applied to vanadium dioxide (VO 2 ) for a short period of time, vanadium dioxide (VO 2 ) is applied for a long time (here, 30 hours) as shown in FIG. It was confirmed that the conductor state could be maintained during the above). At this time, the light is pulsed light, and the light source 36 may be implemented as a laser diode to generate high-energy laser pulsed light and apply it to the phase change layer 31 .
이산화 바나듐(VO2)으로 구현되는 상전이층(31)의 GPPC 현상은 도 4의 (b)에서 I 및 II에 도시된 바와 같이, 전원(13)이 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2) 사이의 레벨을 갖는 액티브 전압(VA)을 공급하는 상태에서 매우 강한 세기의 광이 인가되면, 상온 부근에서 매우 빠르게 발생한다. 상전이층(31)은 전원(13)이 공급하는 액티브 전압(VA)에 의한 줄열과 함께 인가된 레이저 펄스광의 광열로 온도가 상전이 온도(예를 들면, 67℃) 이상으로 빠르게 상승함으로써, 부도체에서 도체로 상전이 하는 것으로 볼 수 있다. 따라서 광의 세기가 강할수록 짧은 시간동안 광이 조사되어도 상전이층(31)에는 GPPC 현상이 발생할 수 있다.The GPPC phenomenon of the phase change layer 31 implemented with vanadium dioxide (VO 2 ) is as shown in I and II in FIG. (V 2 ) When light with a very strong intensity is applied in a state in which an active voltage ( VA ) having a level between the levels is supplied, it occurs very quickly around room temperature. The phase change layer 31 rapidly rises above the phase change temperature (eg, 67° C.) by the Joule heat of the active voltage ( VA ) supplied by the power supply 13 and the optical heat of the applied laser pulse light, thereby making the phase change layer 31 an insulator. It can be seen as a phase transition from to a conductor. Therefore, as the intensity of light increases, the GPPC phenomenon may occur in the phase change layer 31 even when light is irradiated for a short time.
이때, 상전이층(31)은 도 4의 (c)의 I와 같이 전체가 부도체 상태에서 및 도 4의 (c)의 II에 나타난 바와 같이, 일부 영역이 도체로 상전이 된다.At this time, the entire phase change layer 31 is in a non-conductive state as shown in I of FIG. 4 (c) and a partial region of the phase change layer 31 is phase-transformed into a conductor as shown in II of FIG. 4 (c).
다만 기존에 이산화 바나듐(VO2)에 광이 인가되어도 GPPC 현상이 발견되지 않은 이유는, 이산화 바나듐(VO2)의 줄열과 광열이 빠르게 외부로 방출되어 다시 부도체로 상전이한 결과로 볼 수 있다. 따라서 상전이층(31)의 내부의 열이 유지된다면, 이산화 바나듐(VO2)으로 구현되는 상전이층(31)은 광이 지속적으로 인가되지 않더라도 도 4의 (c)의 III에 나타난 바와 같이, 도체로 상전이된 d영역이 도체 상태를 계속적으로 유지하여 GPPC 현상을 발생시키게 된다. 즉 GPPC 현상이 발생되는 시간을 증가시키기 위해서는 인가된 광의 세기가 강하거나, 전원(13)이 공급하는 액티브 전압(VA)에 의해 발생되는 줄열이 커야 한다. 또는 외부로 방출되는 열량이 저감되어야 한다.However, the reason why the GPPC phenomenon was not found even when light was previously applied to vanadium dioxide (VO 2 ) can be seen as a result of the Joule heat and light heat of vanadium dioxide (VO 2 ) being quickly released to the outside and phase transitioning back to an insulator. Therefore, if the internal heat of the phase change layer 31 is maintained, the phase change layer 31 implemented with vanadium dioxide (VO 2 ) is a conductor as shown in III of FIG. 4 (c) even if light is not continuously applied. The phase transitioned d region continuously maintains the conductor state, causing the GPPC phenomenon. That is, in order to increase the time during which the GPPC phenomenon occurs, the intensity of the applied light must be strong or the Joule heat generated by the active voltage VA supplied by the power source 13 must be large. Alternatively, the amount of heat emitted to the outside must be reduced.
특히 상기한 바와 같이 상전이층(31)은 주로 기판(34) 상에 박막으로 형성되므로, 기판(34)의 열전도도에 따라 매우 급속하게 냉각되어 부도체로 상전이 된 것으로 볼 수 있다.In particular, since the phase change layer 31 is mainly formed as a thin film on the substrate 34 as described above, it can be seen that the substrate 34 is cooled very rapidly according to the thermal conductivity of the substrate 34 and has undergone a phase change to a non-conductor.
이에 IMT 소자(11, 12)의 상전이층(31)은 가급적 열전도율이 낮은 기판(34) 상에 형성되는 것이 효과적이며, 본 실시예에서는 일 예로 코닝 글래스(corning glass)를 이용하여 기판(34)을 구현하는 것으로 가정한다. 그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 전원(13)이 공급하는 액티브 전압(VA)에 의해 GPPC 현상의 지속 시간은 가변된다.Accordingly, it is effective to form the phase change layer 31 of the IMT elements 11 and 12 on a substrate 34 having a low thermal conductivity as much as possible. It is assumed to implement And, as shown in FIG. 5 , the duration of the GPPC phenomenon is varied by the active voltage (V A ) supplied by the power supply 13 .
도 5는 상전이층(31)이 코닝 글래스 기판(34) 상에 길이(L)가 20㎛, 폭(W)이 50㎛, 두께가 120㎚ 로 구현되고, 30℃ 온도에서 230W/㎠ 세기로 20㎳ 펄스 폭을 갖는 펄스 레이저 광을 상전이층(31)에 인가한 경우에 발생되는 GPPC 현상을 나타낸다. 이때 외부 저항(REXT)의 저항값은 3kΩ이다.5 shows that the phase change layer 31 is implemented on a Corning glass substrate 34 with a length (L) of 20 μm, a width (W) of 50 μm, and a thickness of 120 nm, and an intensity of 230 W/cm 2 at a temperature of 30° C. It shows the GPPC phenomenon that occurs when pulsed laser light having a pulse width of 20 ms is applied to the phase change layer 31 . At this time, the resistance value of the external resistor REXT is 3 kΩ.
도 5에서 (a)는 전원(13)이 공급하는 액티브 전압(VA)이 7V 및 8V 인 경우에 IMT 소자(11)를 통해 흐르는 전류를 나타내고, (b)는 액티브 전압(VA)이 6V인 경우에 IMT 소자(11)를 통해 흐르는 전류를 나타낸다.In FIG. 5, (a) represents the current flowing through the IMT element 11 when the active voltage ( VA ) supplied by the power supply 13 is 7V and 8V, and (b) is the active voltage ( VA ) In the case of 6V, it represents the current flowing through the IMT element 11.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 액티브 전압(VA)이 7V 및 8V로 높은 전압인 경우, 펄스 레이저 광에 의해 도체로 상전이된 상전이층(31)은 형성된 도전성 채널의 상태가 24시간 이상 거의 그대로 유지된다. 즉 계속적으로 도체 상태를 유지한다.As shown in (a) of FIG. 5, when the active voltage ( VA ) is a high voltage of 7V and 8V, the phase change layer 31 phase-transformed into a conductor by the pulsed laser light has a state of the formed conductive channel. It stays pretty much the same for more than an hour. That is, it continuously maintains a conductive state.
그러나 (b)를 살펴보면, 액티브 전압(VA)이 6V로 인가되면, 상전이층(31)은 시간이 지나면서 형성된 도전성 채널 영역은 점차 감소하며, 이로 인해, 대략 6시간 동안은 도체 상태를 유지하지만, 6시간 이후에는 급격하게 부도체로 전이된다.However, looking at (b), when the active voltage ( VA ) is applied at 6V, the conductive channel area formed in the phase change layer 31 gradually decreases over time, and thus maintains a conductive state for about 6 hours. However, after 6 hours, it rapidly transitions to an insulator.
도 5에서 확인된 바와 같이, 상전이층(31)은 동일한 조건에서도 액티브 전압(VA)의 변화에 따라 GPPC 현상이 유지되는 시간의 차이가 발생함을 알 수 있다. 이는 도체로 전이된 이후 액티브 전압(VA)에 의해 공급되는 전류량의 차이에 의해 발생되는 줄열이 상이하여, 도체 유지 시간 또한 상이해지는 것으로 볼 수 있다.As confirmed in FIG. 5 , it can be seen that in the phase change layer 31 , a difference in time during which the GPPC phenomenon is maintained occurs according to a change in active voltage ( VA ) even under the same conditions. It can be seen that the Joule heat generated by the difference in the amount of current supplied by the active voltage ( VA ) after transition to the conductor is different, so the holding time of the conductor is also different.
여기서는 동일한 세기와 펄스 폭을 갖는 펄스 레이저 광을 인가하는 경우를 도시한 것으로, 만일 펄스 레이저 광의 광 세기가 상승하게 되면, 펄스 폭을 줄이거나, 액티브 전압(VA)이 낮은 경우에도 GPPC 현상이 유지되는 시간이 증가될 수 있다. 그리고 상전이층(31)의 크기나 기판(34)의 열전도도에 따라서도 GPPC 현상이 유지되는 시간은 증가하거나 감소할 수 있다.Here, it shows a case of applying pulsed laser light having the same intensity and pulse width. If the light intensity of the pulsed laser light increases, the GPPC phenomenon occurs even when the pulse width is reduced or the active voltage ( VA ) is low. The holding time may be increased. Also, the time during which the GPPC phenomenon is maintained may increase or decrease depending on the size of the phase change layer 31 or the thermal conductivity of the substrate 34 .
결과적으로 이산화 바나듐(VO2)을 기반으로 구현되는 IMT 소자(11, 12)는 전원(13)이 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2) 사이 레벨의 액티브 전압(VA)을 인가하고 있는 동안, GPPC 현상이 발생할 수 있는 수준으로 강한 세기의 펄스 광을 인가하면, 빠르게 부도체에서 도체로 상전이 되고, 도체로 상전이된 상태를 장시간 유지할 수 있다. 레이저 펄스 광의 세기가 매우 강하다면, 펄스 폭이 ns 수준인 경우에도 IMT 소자(11, 12)에는 GPPC 현상이 발생할 수 있는 것으로 예측되고 있다. 따라서 IMT 소자(11, 12)는 이산화 바나듐(VO2)을 기반으로 구현되는 상전이층(31) 자체의 빠른 상전이 속도와 함께 짧은 펄스 폭을 갖는 광이 인가됨으로써 고속으로 도체화될 수 있다.As a result, in the IMT elements 11 and 12 implemented based on vanadium dioxide (VO 2 ), the power source 13 has an active voltage (V A ) of a level between the first voltage (V 1 ) and the second voltage (V 2 ). While applying, if pulsed light with a strong intensity at which the GPPC phenomenon can occur is applied, the phase is quickly changed from an insulator to a conductor, and the state of phase transition to a conductor can be maintained for a long time. If the intensity of the laser pulse light is very strong, it is predicted that the GPPC phenomenon may occur in the IMT elements 11 and 12 even when the pulse width is ns level. Therefore, the IMT elements 11 and 12 can be conductorized at high speed by applying light having a short pulse width together with the fast phase change speed of the phase change layer 31 itself implemented based on vanadium dioxide (VO 2 ).
도 6 및 도 7은 일 실시예에 따른 스위치 회로의 스위칭 동작을 설명하기 위한 도면이다.6 and 7 are diagrams for explaining a switching operation of a switch circuit according to an exemplary embodiment.
도 6에서 (a)는 실시예의 스위치 회로의 턴온 동작을 나타내고, (b)는 턴오프 동작을 나타낸다. 도 6에서 스위치(50)의 2개의 IMT 소자(51, 52)와 전원(53), 외부 저항(54) 및 광원(56)은 도 1의 IMT 소자(11, 12)와 전원(13), 외부 저항(14) 및 광원(16)과 동일하다. 다만 도 6에서는 스위치 회로에 의해 제어되는 부하(55)의 일 예로서 LED가 추가로 구비되었다.In FIG. 6, (a) shows a turn-on operation of the switch circuit of the embodiment, and (b) shows a turn-off operation. In FIG. 6, the two IMT elements 51 and 52 of the switch 50, the power supply 53, the external resistor 54, and the light source 56 are the IMT elements 11 and 12 of FIG. 1 and the power supply 13, Same as external resistor 14 and light source 16. However, in FIG. 6, an LED is additionally provided as an example of the load 55 controlled by the switch circuit.
우선 도 6의 (a)를 살펴보면, 스위치 회로를 턴온시키기 위해 광원(56)이 2개의 IMT 소자(51, 52) 중 하나(여기서는 제1 IMT 소자(51))에 GPPC 현상이 발생할 수 있는 수준으로 강한 세기의 펄스 광을 인가한다. 펄스 광이 인가된 제1 IMT 소자(51)는 부도체에서 도체로 상전이를 일으키게 되고, 도체로 상전이된 제1 IMT 소자(51)를 통해 전류가 부하(55)로 흐르게 된다. 즉 스위치(50)는 서로 병렬로 연결된 위해 2개의 IMT 소자(51, 52) 중 광이 인가된 하나의 IMT 소자(51)가 도체로 상전이되어 도 7에 나타난 바와 같이 고속으로 턴온되어, 부하(55)로 전류가 흐르도록 한다.First, referring to (a) of FIG. 6, a level at which the light source 56 can generate a GPPC phenomenon in one of the two IMT elements 51 and 52 (here, the first IMT element 51) in order to turn on the switch circuit. to apply pulsed light of strong intensity. The first IMT element 51 to which the pulsed light is applied causes a phase transition from an insulator to a conductor, and current flows to the load 55 through the first IMT element 51 phase-transformed into a conductor. That is, in the switch 50, one IMT element 51 to which light is applied among the two IMT elements 51 and 52 connected in parallel with each other is phase-transformed into a conductor and turned on at high speed as shown in FIG. 55) to allow current to flow.
그리고 턴온된 IMT 소자(51)는 GPPC 현상에 의해 광원(56)이 광을 지속적으로 인가되지 않더라도 장시간(예를 들면 30시간 이상) 동안 도체 상태를 유지하게 된다. 따라서 IMT 소자(51)에 인가되는 광을 지속할 필요가 없어 효율적으로 스위치 회로의 턴온 상태를 유지할 수 있다. 다만 스위치 회로가 GPPC 현상에 의해 도체 상태로 지속되는 시간 이상으로 온 상태로 유지되어야 하는 경우, 광원(56)은 GPPC 현상의 지속 시간보다 짧은 주기로 펄스 광을 반복적으로 인가할 수 있다.Further, the turned-on IMT element 51 maintains a conductive state for a long time (eg, 30 hours or more) even if the light source 56 does not continuously apply light due to the GPPC phenomenon. Accordingly, there is no need to sustain the light applied to the IMT element 51, and the switch circuit can be efficiently maintained in a turned-on state. However, when the switch circuit needs to be maintained in an on state for longer than the duration of the GPPC phenomenon in the conductor state, the light source 56 may repeatedly apply pulsed light at a period shorter than the duration of the GPPC phenomenon.
한편, 도체화된 IMT 소자(51)는 도 7에 나타난 바와 같이 GPPC 현상에 의해 도체 상태를 지속적으로 유지하므로, 턴온된 스위치 회로를 턴오프시키기 위해서는 도체화된 IMT 소자(51)를 다시 부도체로 상전이시킬 수 있는 수단이 요구된다.On the other hand, since the conductive IMT element 51 continuously maintains a conductive state due to the GPPC phenomenon as shown in FIG. A means capable of performing a phase transition is required.
이에 본 실시예에서는 제1 IMT 소자(51)와 병렬로 연결된 제2 IMT 소자(52)가 더 구비되어 있으며, 스위치 회로를 턴오프시키고자 하는 경우에는 광원(56)이 제2 IMT 소자(52)에 펄스 광을 인가하여 제2 IMT 소자(52)를 도체로 상전이 시킨다. 여기서는 하나의 광원(56)이 제1 IMT 소자(51)와 제2 IMT 소자(52) 각각으로 펄스 광을 인가하는 것으로 설명하였으나, 제1 IMT 소자(51)와 제2 IMT 소자(52) 각각에 펄스 광을 별도로 인가할 수 있도록 광원(56)은 다수개로 구비될 수 있다.Accordingly, in this embodiment, a second IMT element 52 connected in parallel with the first IMT element 51 is further provided, and when the switch circuit is to be turned off, the light source 56 uses the second IMT element 52 ), the second IMT element 52 is phase-transformed into a conductor. Here, it has been described that one light source 56 applies pulsed light to each of the first IMT element 51 and the second IMT element 52, but each of the first IMT element 51 and the second IMT element 52 A plurality of light sources 56 may be provided to separately apply pulsed light to the light source.
제2 IMT 소자(52)가 도체로 상전이 되면, 이전 도체 상태를 유지하고 있는 제1 IMT 소자(51)로 흐르고 있는 전류가 병렬로 연결된 제2 IMT 소자(52)로도 분산되어 흐르게 된다. 따라서 제1 및 제2 IMT 소자(51, 52) 각각을 통해 흐르는 전류의 크기는 제1 IMT 소자(51)로만 흐르는 경우에 비해 크게 줄어들게 된다. 이에 제1 및 제2 IMT 소자(51, 52)를 통해 흐르는 전류는 부도체 전이 전류(IIMT) 미만으로 감소하게 되며, 따라서 도체로 상전이된 제1 및 제2 IMT 소자(51, 52)는 모두 부도체로 상전이하게 된다.When the second IMT element 52 is phase-inverted into a conductor, the current flowing through the first IMT element 51 maintaining the previous conductor state is distributed and flows to the second IMT element 52 connected in parallel. Accordingly, the magnitude of the current flowing through each of the first and second IMT elements 51 and 52 is greatly reduced compared to the case where the current flows only through the first IMT element 51 . Accordingly, the current flowing through the first and second IMT elements 51 and 52 is reduced to less than the non-conductor transition current (I IMT ), and therefore, the first and second IMT elements 51 and 52 phase-transferred to conductors are both It undergoes a phase transition to an insulator.
즉 스위치(50)에서 병렬로 연결된 2개의 IMT 소자(51, 52)는 매우 짧은 순간 도체 상태가 된 이후, 2개의 IMT 소자(51, 52) 모두 부도체로 상전이되며, 이에 도 7에 나타난 바와 같이 부도체로 상전이된 2개의 IMT 소자(51, 52)에 의해 스위치 회로는 고속으로 턴오프되어 부하로 흐르는 전류가 차단된다.That is, after the two IMT elements 51 and 52 connected in parallel in the switch 50 become a conductor for a very short moment, both of the two IMT elements 51 and 52 are phase-transformed into non-conductors, as shown in FIG. 7 . The switch circuit is turned off at high speed by the two IMT elements 51 and 52 phase-transferred into non-conductors, so that the current flowing to the load is cut off.
결과적으로 일 실시예에 따른 스위치 회로는 IMT 물질인 이산화 바나듐을 기반으로 구현되는 2개의 IMT 소자(51, 52)를 서로 병렬로 연결하고, 병렬 연결된 2개의 IMT 소자(51, 52) 중 하나에 GPPC 현상을 유발할 수 있는 세기의 펄스 광을 인가하여 고속으로 턴온되고, 나머지 IMT 소자에 다시 펄스 광을 인가하여 고속으로 턴오프된다. 또한 광원(56)이 직진성이 강한 레이저 펄스 광을 방사하도록 함으로써, 스위치(10)를 거리 제한 없이 원격지에서 턴온 또는 턴오프 시킬 수도 있다.As a result, the switch circuit according to an embodiment connects two IMT elements 51 and 52 implemented based on vanadium dioxide, which is an IMT material, in parallel to each other, and to one of the two IMT elements 51 and 52 connected in parallel. It is turned on at high speed by applying pulsed light having an intensity capable of causing the GPPC phenomenon, and is turned off at high speed by applying pulsed light to the rest of the IMT elements again. In addition, the switch 10 can be turned on or off from a remote location without distance limitation by having the light source 56 emit laser pulse light having strong linearity.
상기에서는 실시예로서 스위치(50)에 2개의 IMT 소자(51, 52)가 구비되는 것으로 설명하였으나, 분산되어 흐르는 전류가 도체-부도체 전이 전류(IIMT) 미만으로 감소하도록 스위치(50)는 병렬로 연결된 다수의 IMT 소자를 구비할 수도 있다.In the above, it has been described that two IMT elements 51 and 52 are provided in the switch 50 as an embodiment, but the switch 50 is parallel so that the distributed current is reduced to less than the conductor-nonconductor transition current (I IMT ) It may be provided with a plurality of IMT elements connected to.
도 8은 다른 실시예에 따른 스위치 회로의 구성을 나타내고, 도 9는 도 8의 스위치 회로에서 IMT 소자에 따른 스위치 회로의 스위칭 동작을 설명하기 위한 도면이다.8 shows a configuration of a switch circuit according to another embodiment, and FIG. 9 is a diagram for explaining a switching operation of the switch circuit according to the IMT element in the switch circuit of FIG. 8 .
도 1 내지 도 7에서는 스위치(10, 50)가 병렬로 연결된 2개 이상의 IMT 소자(51, 52)를 구비하여, 턴온 또는 턴오프 되는 것으로 설명하였다. 그러나 경우에 따라서는 하나의 IMT 소자만을 구비하여도 턴온 및 턴오프되어 스위치 회로로 동작할 수 있다.1 to 7, it has been described that the switches 10 and 50 are turned on or off by including two or more IMT elements 51 and 52 connected in parallel. However, in some cases, even if only one IMT element is provided, it can be turned on and off to operate as a switch circuit.
도 8을 참조하면, 스위치 회로는 하나의 IMT 소자(30)와 전원(63), 외부 저항(64) 및 광원(66)을 구비하며, 도 1의 스위치 회로와 비교할 때 스위치가 하나의 IMT 소자를 포함하는 것 이외에는 동일하다.Referring to FIG. 8, the switch circuit includes one IMT element 30, a power supply 63, an external resistor 64, and a light source 66, and compared to the switch circuit of FIG. 1, the switch is one IMT element. are identical except for including
도 9를 참조하면, 도 8의 스위치 회로를 턴온시키는 경우에는 도 1의 스위치 회로와 마찬가지로 전원(63)이 액티브 전압(VA)을 공급하면서, 광원(76)은 하나의 IMT 소자(60)의 상전이층(71) 전체 영역에 광을 조사한다. 이에 하나의 IMT 소자(60)의 상전이층(71)은 도체로 상전이 된다. 이때, 상전이층(71)은 도 4의 (c)의 II 및 III 및 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 일부 영역에만 도전성 채널 영역(75)이 형성되어 도체로 전이되고, 상전이층(71)의 나머지 영역은 도전성 채널 영역이 형성되지 않아 부도체로 유지된다.Referring to FIG. 9 , when the switch circuit of FIG. 8 is turned on, the power supply 63 supplies an active voltage VA as in the switch circuit of FIG. Light is irradiated to the entire region of the phase change layer 71 of Accordingly, the phase change layer 71 of one IMT element 60 becomes a conductor. At this time, as shown in II and III of FIG. 4(c) and FIG. 9(b), the phase change layer 71 is converted into a conductor by forming a conductive channel region 75 only in a portion of the phase change layer. The remaining regions of 71 remain non-conductive as no conductive channel region is formed.
이는 도 6의 (a)에서 나타난 스위치(50)에서 2개의 IMT 소자(51, 52) 중 하나의 IMT 소자(51)는 도체로 상전이 된 반면, 나머지 IMT 소자(52)는 부도체로 유지되는 상태와 유사한 것으로 볼 수 있다. 따라서 도 8의 실시예에서는 스위치 회로를 턴오프 시키고자 하는 경우, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 광원(76)이 상전이층(71)에서 도전성 채널 영역(75)이 형성되지 않고 부도체로 유지되는 영역에만 광을 조사한다. 이때 광원(76)은 부도체로 유지되는 영역에서 도전성 채널 영역(75)과 이격되도록 광을 조사한다.This is a state in which one of the two IMT elements 51 and 52 in the switch 50 shown in (a) of FIG. 6 is phase-inverted into a conductor, while the other IMT elements 52 remain non-conductors. can be seen as similar to Therefore, in the embodiment of FIG. 8, when turning off the switch circuit, as shown in (b) of FIG. 9, the light source 76 has no conductive channel region 75 formed in the phase change layer 71. Light is radiated only to an area that is maintained as an insulator. At this time, the light source 76 radiates light so as to be spaced apart from the conductive channel region 75 in the non-conductive region.
따라서 상전이층(71)에서 부도체로 유지되는 영역에 도전성 채널 영역이 추가로 형성될 수 있으며, 추가로 형성되는 도전성 채널 영역은 턴온시에 형성된 도전성 채널 영역(75)과 이격되어 형성되므로, 전극(72, 73)에 의해 형성된 2개의 도전성 채널은 서로 병렬로 연결된 것으로 볼 수 있다. 따라서 도 6의 (b)에서 2개의 IMT 소자(51, 52)가 도체로 상전이됨으로써 전류가 분산되어 턴오프되는 것과 동일한 원리로 IMT 소자(60)는 형성된 2개의 도전성 채널이 소실되어 부도체로 상전이한다.Therefore, a conductive channel region may be additionally formed in a region maintained as a non-conductor in the phase change layer 71, and since the additionally formed conductive channel region is formed spaced apart from the conductive channel region 75 formed at turn-on, the electrode ( The two conductive channels formed by 72 and 73) can be seen as connected in parallel with each other. Therefore, in the same principle as the two IMT elements 51 and 52 in (b) of FIG. 6 where the current is dispersed and turned off as the two IMT elements 51 and 52 are phase-transformed into conductors, the two conductive channels formed in the IMT element 60 are lost and the phase-shifted into a non-conductor. do.
즉 단일 IMT 소자(60)만으로 스위치를 구성하여도 광을 이용하여 턴온 및 턴오프 시킬 수 있다. 다만 상전이층 내에서 도전성 채널이 형성되는 영역을 조절할 수 있어야 하므로 광원(76)은 광을 정밀하게 제어할 수 있어야 한다.That is, even if the switch is configured with only a single IMT element 60, it can be turned on and off using light. However, since a region in which a conductive channel is formed in the phase change layer must be adjustable, the light source 76 must be able to precisely control light.
그러나 하나의 IMT 소자(60)만으로 광에 의해 용이하게 턴온 및 턴오프되는 스위치 회로를 제공할 수 있으며, 이는 고집적도를 요구하는 각종 회로에 다양하게 활용될 수 있다.However, it is possible to provide a switch circuit that is easily turned on and off by light with only one IMT element 60, and this can be variously utilized in various circuits requiring high integration.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is only exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
Claims (20)
부도체-도체 전이(Insulator Metal Transition: 이하 IMT) 물질을 포함하여, 광이 인가되면 도체로 상전이 되어 상기 스위치 회로를 턴온시키는 제1 IMT 소자; 및
상기 제1 IMT 소자와 전기적으로 병렬로 연결되고, 상기 IMT 물질을 포함하여, 광이 인가되면 도체로 상전이되어 상기 제1 IMT 소자를 통해 흐르는 전류를 분산시키고, 분산된 전류에 의해 상기 제1 IMT 소자와 함께 부도체로 상전이 되어 상기 스위치 회로를 턴오프 시키는 제2 IMT 소자를 포함하는 스위치 회로.In the switch circuit,
a first IMT element including an insulator metal transition (IMT) material, which is phase-transformed into a conductor when light is applied thereto and turns on the switch circuit; and
It is electrically connected in parallel with the first IMT element, and includes the IMT material, which is phase-transformed into a conductor when light is applied to disperse the current flowing through the first IMT element, and distributes the current flowing through the first IMT element by the distributed current. A switch circuit including a second IMT element that is in phase with the element and turns off the switch circuit by being a non-conductor.
상기 제1 및 제2 IMT 소자를 부도체에서 도체로 상전이시키는 도체 전이 전압과 상기 제1 및 제2 IMT 소자를 도체에서 부도체로 상전이시키는 부도체 전이 전압 사이의 전압이 소자 전압으로 인가되도록 액티브 전압을 공급하는 전원을 더 포함하는 스위치 회로.The method of claim 1, wherein the switch circuit
An active voltage is supplied so that the voltage between the conductor transition voltage for phase-transitioning the first and second IMT elements from insulator to conductor and the non-conductor transition voltage for phase-transitioning the first and second IMT elements from conductor to insulator is applied as the device voltage. A switch circuit further comprising a power source that
턴온 시에 상기 제1 IMT 소자에 광을 조사하고, 턴 오프시에 상기 제2 IMT 소자로 광을 조사하는 광원을 더 포함하는 스위치 회로.3. The method of claim 2, wherein the switch circuit
The switch circuit further comprises a light source for radiating light to the first IMT element when turned on and radiating light to the second IMT element when turned off.
상기 제1 IMT 소자 또는 상기 제2 IMT 소자에 거대 지속 광전도도(Giant Persistent Photoconductivity: 이하 GPPC) 현상이 발생되는 세기의 펄스 광을 조사하는 스위치 회로.The method of claim 3, wherein the light source
A switch circuit for irradiating the first IMT element or the second IMT element with pulsed light having an intensity at which a Giant Persistent Photoconductivity (GPPC) phenomenon occurs.
상기 제2 IMT 소자에 광이 조사되어 상기 제2 IMT 소자가 도체로 상전이되면, 상기 제1 및 제2 IMT 소자를 통해 흐르는 전류가 상기 제1 및 제2 IMT 소자를 부도체로 상전이 시키는 부도체 전이 전류 미만으로 되어 분산되어 부도체로 상전이 되는 스위치 회로.The method of claim 4, wherein the first and second IMT elements
When light is irradiated on the second IMT element and the second IMT element is phase-transformed into a conductor, the current flowing through the first and second IMT elements causes the first and second IMT elements to undergo a phase-transition into an insulator. A switch circuit that is dispersed and becomes a phase transition to an insulator.
기판;
상기 기판 상에 상기 IMT 물질로 형성되는 상전이층; 및
상기 상전이층의 양단에 형성되는 전극을 포함하는 스위치 회로.The method of claim 1, wherein each of the first and second IMT elements
Board;
a phase change layer formed of the IMT material on the substrate; and
A switch circuit comprising electrodes formed on both ends of the phase change layer.
요구되는 상전이 발생 전압 및 광의 세기에 따라 크기가 결정되는 스위치 회로.The method of claim 6, wherein the phase change layer
A switch circuit whose size is determined according to the required phase transition voltage and light intensity.
IMT 물질로서 이산화 바나듐(VO2)을 포함하여 구현되는 스위치 회로.The method of claim 6, wherein the phase change layer
A switch circuit implemented by including vanadium dioxide (VO 2 ) as an IMT material.
상기 IMT 소자의 상전이 온도를 조절하기 위해, 상기 이산화 바나듐(VO2)에 불순물이 첨가되는 스위치 회로.9. The method of claim 8, wherein the IMT material is
A switch circuit in which impurities are added to the vanadium dioxide (VO 2 ) in order to adjust the phase transition temperature of the IMT element.
기지정된 문턱값 이하의 열전도도를 갖는 소재로 구현되는 스위치 회로.The method of claim 6, wherein the substrate
A switch circuit implemented with a material having a thermal conductivity below a predetermined threshold.
코닝 글래스로 구현되는 스위치 회로.10. The method of claim 9, wherein the substrate
A switch circuit implemented in Corning Glass.
상기 제1 및 제2 IMT 소자로부터 이격 배치되어, 상기 제1 및 제2 IMT 소자로 레이저 펄스 광을 방출하는 스위치 회로.The method of claim 3, wherein the light source
A switch circuit spaced apart from the first and second IMT elements and emitting laser pulse light to the first and second IMT elements.
상기 스위치 회로가 상기 GPPC 현상의 지속 시간 이상 온 상태로 유지되는 경우, 상기 GPPC 현상의 지속 시간보다 짧은 주기로 반복적으로 상기 제1 IMT 소자에 광을 조사하는 스위치 회로.The method of claim 4, wherein the light source
When the switch circuit is maintained in an on state longer than the duration of the GPPC phenomenon, the switch circuit repeatedly irradiates light to the first IMT element at a period shorter than the duration of the GPPC phenomenon.
기판;
상기 기판 상에 부도체-도체 전이(Insulator Metal Transition: 이하 IMT) 물질로 형성되는 상전이층; 및
상기 상전이층의 양단에 형성되는 전극을 포함하여 구성되는 IMT 소자를 포함하고,
상기 IMT 소자는
상기 상전이층에 광이 인가되면 일부 영역에 도체로 상전이된 도전체 채널이 형성되어 상기 스위치 회로를 턴온시키고,
상기 상전이층에서 상기 도전체 채널과 이격된 영역에 광이 인가되면, 광이 인가된 영역에 상기 도전체 채널과 이격된 추가 도전체 채널이 형성되어, 상기 도전체 채널을 통해 흐르는 전류가 분산됨으로서 부도체로 상전이되어 상기 스위치 회로를 턴오프 시키는 스위치 회로.In the switch circuit,
Board;
a phase change layer formed of an insulator metal transition (IMT) material on the substrate; and
An IMT element comprising electrodes formed at both ends of the phase change layer,
The IMT device is
When light is applied to the phase change layer, a conductor channel in which the phase is changed to a conductor is formed in a partial region to turn on the switch circuit;
When light is applied to a region spaced apart from the conductor channel in the phase change layer, an additional conductor channel spaced apart from the conductor channel is formed in the region to which the light is applied, and the current flowing through the conductor channel is dispersed. A switch circuit that is phase-transformed into an insulator to turn off the switch circuit.
상기 IMT 소자를 부도체에서 도체로 상전이시키는 도체 전이 전압과 상기 IMT 소자를 도체에서 부도체로 상전이시키는 부도체 전이 전압 사이의 전압이 소자 전압으로 인가되도록 액티브 전압을 공급하는 전원을 더 포함하는 스위치 회로.15. The method of claim 14, wherein the switch circuit
A power source supplying an active voltage such that a voltage between a conductor transition voltage for causing the IMT element to undergo a phase transition from a non-conductor to a conductor and a non-conductor transition voltage for causing a phase transition of the IMT element from a conductor to a non-conductor is applied as a device voltage. Switch circuit further comprising a switch circuit.
턴온 시에 상기 상전이층의 전체 영역에 광을 조사하고, 턴 오프시에 상기 상전이층에서 상기 도전체 채널과 이격된 영역에 광을 조사하는 광원을 더 포함하는 스위치 회로.15. The method of claim 14, wherein the switch circuit
The switch circuit further comprising a light source for radiating light to an entire area of the phase change layer when turned on and radiating light to an area spaced apart from the conductor channel in the phase change layer when turned off.
상기 IMT 소자에 거대 지속 광전도도(Giant Persistent Photoconductivity: 이하 GPPC) 현상이 발생되는 세기의 펄스 광을 조사하는 스위치 회로.17. The method of claim 16, wherein the light source
A switch circuit for irradiating the IMT device with pulsed light having an intensity at which a Giant Persistent Photoconductivity (GPPC) phenomenon occurs.
IMT 물질로서 이산화 바나듐(VO2)을 포함하여 구현되는 스위치 회로.The method of claim 14, wherein the phase change layer
A switch circuit implemented by including vanadium dioxide (VO 2 ) as an IMT material.
기지정된 문턱값 이하의 열전도도를 갖는 소재로 구현되는 스위치 회로.15. The method of claim 14, wherein the substrate
A switch circuit implemented with a material having a thermal conductivity below a predetermined threshold.
상기 소자로부터 이격 배치되어, 상기 소자로 레이저 펄스 광을 방출하는 스위치 회로.17. The method of claim 16, wherein the light source
A switch circuit that is spaced apart from the element and emits laser pulse light to the element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220025942A KR102560255B1 (en) | 2022-02-28 | 2022-02-28 | High Speed Switch Circuit |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220025942A KR102560255B1 (en) | 2022-02-28 | 2022-02-28 | High Speed Switch Circuit |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR102560255B1 true KR102560255B1 (en) | 2023-07-28 |
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ID=87427060
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| Country | Link |
|---|---|
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160134305A (en) * | 2015-05-15 | 2016-11-23 | 부경대학교 산학협력단 | Method for electrical switching in oxide semiconductor devices |
| KR20180012409A (en) * | 2016-07-27 | 2018-02-06 | 주식회사 테라리더 | An fast and high current light triggering power switching device based on VO₂oxide semiconductor |
| KR102264249B1 (en) | 2017-03-07 | 2021-06-14 | 위스콘신 얼럼나이 리서어치 화운데이션 | Vanadium Dioxide Based Optical and Radio Frequency Switches |
-
2022
- 2022-02-28 KR KR1020220025942A patent/KR102560255B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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| KR20160134305A (en) * | 2015-05-15 | 2016-11-23 | 부경대학교 산학협력단 | Method for electrical switching in oxide semiconductor devices |
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| KR102264249B1 (en) | 2017-03-07 | 2021-06-14 | 위스콘신 얼럼나이 리서어치 화운데이션 | Vanadium Dioxide Based Optical and Radio Frequency Switches |
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