KR19990032865A - 전하전달소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전하공급원과 드레인(Drain)사이에 움직이는 게이트(gate)를 구성시켜 전하공급원으로부터 공급되는 전하를 드레인으로 연속적으로 공급시키기 위한 전하전달소자에 관한 것이다.
그 구성은 실리콘기판, 실리콘기판 위에 형성된 전하공급원, 전하공급원으로부터 공급되는 전하를 공급받기 위한 드레인, 일측이 탄성빔에 의하여 지지되며 실리콘기판과 공극을 갖도록 형성되고 전하공급원과 드레인 사이를 이동할 수 있도록 형성된 게이트, 게이트를 구동시키기 위한 가동전극으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 의하면, 전하공급원과 드레인 사이에 이동 가능한 가능한 게이트를 구비하므로서, 전하를 연속적으로 전달할 수 있게되어 안정적인 신호의 흐름을 제공할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 전하전달소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전하공급원과 드레인(Drain)사이에 움직이는 게이트(gate)를 구성시켜 전하공급원으로부터 공급되는 전하를 드레인으로 연속적으로 공급시키기 위한 전하전달소자에 관한 것이다.
일반적으로 전하전달소자는 CCD소자를 이용하는 메모리, 카메라, 비디오 등의 영상매체에 활용된다. 도 1은 이러한 종래의 전하전달소자를 도시한 것으로, 이를 참조하여 그 구성 및 동작을 설명하고자 한다.
먼저, 그 구성은 실리콘기판(8)상에 전하공급원(6)이 마련되고, 일정거리 이격되어 드레인(drain)(7)이 마련된다. 또한 전하공급원(6)으로부터 공급되는 전하(charge)를 드레인(7)으로 이동시키기 위한 다수의 게이트(gate)(1-5)가 실리콘기판(8)과 공극(9)을 형성한 채 구성된다.
전술한 구성요소를 참조하여 동작을 설명하면, 외부로부터 공급된 전하는 전하공급원(6)을 통하여 드레인(7)으로 전달되는 바, 게이트(1-5)에 바이어스(bias)전압을 걸면 게이트(1-5)와 대응되는 위치에 있는 실리콘기판(8)상에 포텐샬 웰(potential well)(11-15)이 형성되어 전하공급원(6)으로부터 전하를 빼앗아 오게 된다. 즉, 일 예로 전하공급원(6)과 드레인(7)사이에는 1부터 5까지의 게이트가 구성된 경우, 각 게이트에 대응되는 위치의 실리콘기판(8)측을 11부터 15라 가정하고 드레인1에 바이어스전압을 걸면 실리콘기판에 포텐샬 웰 11이 형성되어 전하공급원(6)으로부터 전하를 빼앗아 오게 된다. 또한, 게이트1의 바이어스전압을 소거한 채 게이트2에 바이어스전압을 걸면 실리콘기판(8)에 포텐샬 웰 12가 형성되어 포텐샬 웰 11로부터 전하를 빼앗아오게 된다. 따라서, 게이트 1부터 5까지 순차적으로 바이어스전압을 걸면 전하는 이에 대응되는 포텐샬 웰 11부터 15까지를 따라 순차적으로 이동되어, 결국 드레인으로의 전하 전달이 이루어지게 된다.
그러나 종래 전하전달소자는 다음과 같은 문제점을 가지고 있었다.
즉, 종래 전하전달소자는 전하의 이동이 제조시 정의된 게이트의 패턴에 따라 제한되는 문제점이 있었다. 따라서, 전하의 전하공급원에서 드레인까지 이동하는데 불연속적으로 전달되었다. 또한, 게이트와 게이트간 공간이 마련되어 제조시 전체적인 소자의 크기를 증대시키는 문제점이 있었다. 또한, 게이트와 게이트사이의 영역은 전하를 보존할 수 없는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 전하공급원과 드레인 사이에 위치의 이동이 가능한 게이트를 구비하여 게이트에 바이어스 전압을 걸었을 경우 게이트에 대응되어 실리콘기판에 형성되는 포텐샬 웰의 이동으로, 전하를 연속적으로 이동시킬 수 있는 전하전달소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전하공급원과 드레인 사이에 위치의 이동이 가능한 게이트를 구비하여, 종래 게이트의 패턴을 생략하므로서 전하전달소자의 전체적인 크기를 줄일 수 있는 전하전달소자를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 전하전달소자의 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 전하전달소자의 정면도,
도 3은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ의 단면도,
도 4a는 종래 전하전달소자에서의 전하흐름도,
도 4b는 본 발명에 따른 전하전달소자의 전하흐름도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
20:실리콘기판 25:전하공급원 26,32,36:콘텍트
27,33,37:인출선 30:게이트 31:탄성빔
35:드레인 40:가동전극
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 실리콘기판, 상기 실리콘기판 위에 형성된 전하공급원, 상기 전하공급원으로부터 공급되는 전하를 공급받기 위한 드레인, 상기 전하공급원과 드레인 사이에 위치하며 상기 전하공급원에서 공급된 전하를 상기 드레인으로 전달하기 위한 게이트가 마련된 전하전달소자에 있어서, 상기 게이트는 일측이 탄성빔에 의하여 지지되며 상기 실리콘기판과 공극을 갖도록 형성되며, 상기 게이트를 상기 전하공급원과 상기 드레인 사이를 이동할 수 있도록 구동하는 가동전극이 마련된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 따른 전하전달소자의 정면도, 도 3은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ의 단면도, 도 4는 종래 전하전달소자에서의 전하흐름과 본 발명에 따른 전하전달소자에서의 전하흐름을 비교한 그래프이다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여 그 구성을 설명하고자 한다.
실리콘기판(20), 실리콘기판(20)위에 도핑 형성된 전하공급원(25), 전하공급원(25)으로부터 공급되는 전하를 공급받기 위한 드레인(35), 전하공급원(25)과 드레인(35)사이에 위치하여 전하공급원(25)에서 공급된 전하를 드레인(35)으로 전달하기 위한 게이트(30) 및 이를 지지하기 위한 탄성빔(31), 게이트(30)를 움직이게 하기 위한 정전기력을 발생시키기 위한 가동전극(40), 그리고 전하공급원(25)과 드레인(35)에는 전원공급을 위한 각각의 콘텍트(26,36) 및 인출선(interconnection)(27,37)이 형성된다. 그리고 미설명부호인 22는 게이트의 공극영역, 28,38은 절연층이다.
전술한 구성요소중 게이트(30)는 실리콘기판(20)위에 이격되어 마련되며, 탄성빔(31)으로 지지된다. 즉, 탄성빔(31)의 일측은 게이트(30)와 일체로 형성되어 게이트(30)가 실리콘기판(20)과 소정거리 이격되어 공극(34)을 갖도록 지지하며, 타측은 실리콘기판(20)상에 고정된다. 그리고 탄성빔(31)의 타측에는 콘텍트(32) 및 인출선(33)이 마련되어 게이트(30)에 전원을 공급할 수 있도록 구성되어진다.
그리고 가동전극(40)은 게이트(30)를 움직이게 하기 위한 구동원으로, 이는 정전기력을 발생시켜 게이트(30)를 전하공급원(25)과 드레인(35)사이를 이동시키게 된다.
전술한 구성으로 이루어진 전하전달소자의 동작을 설명하면 다음과 같다.
전하전달소자는 전하의 흐름을 제어신호에 따라 제어하기 위한 것으로, 전하를 전하공급원(25)에서 드레인(35)으로 전달하거나, 전하공급원(25)과 드레인(35) 사이에서 전하를 가두어 전하의 흐름을 제어하게 된다. 즉, 가동전극(40)은 정전기력을 발생시켜 게이트(30)를 전하공급원(25)측으로 이동시키면, 전하공급원(25)과 게이트(30)는 소정거리 이격되는데, 게이트(30)에 바이어스전압이 걸리게 되면 게이트(30)와 대응되는 위치의 실리콘기판(20)에 포텐샬 웰(21)이 형성된다. 따라서, 전하공급원(25)에 공급된 전하는 전계의 힘에 의하여 포텐샬 웰(21)로 이동하게 된다. 이때 가동전극(40)의 정전기력의 크기를 줄이게되면 되면 게이트(30)는 드레인(35)측으로 이동하게 되며, 게이트(30)의 바이어스전압에 의하여 실리콘기판(20)에 형성되는 포텐샬 웰(21) 역시 실리콘기판(20)상에서 게이트(30)를 따라 드레인(35)측으로 이동하게 된다. 이러한 게이트(30)의 이동은 게이트(30)의 지지빔인 탄성빔(31)에 의한 것으로, 가동전극(40)에서 발생된 정전기력에 의하여 전하공급원(25)측으로 이동된 게이트(30)는 가동전극(40)의 정전기력이 약화되면서 탄성빔(31)의 복원력에 의하여 원위치로 되돌아오게 된다. 그리고 가동전극(31)의 극성을 바꿔 정전기력을 발생시키게되면 가동전극(40)과 게이트(30)간에 인력(attraction)이 작용하여 게이트(30)는 드레인(35)측으로 이동되며, 드레인(35)과 소정거리 가까워지면 포텐샬 웰(21)에 보존된 전하는 드레인(35)으로 이동되게된다. 따라서, 전하는 전하공급원(25)으로부터 드레인(35)으로 양호하게 전달되게된다.
또한, 가동전극(40)의 제어에 따라 공급되는 전하를 전하공급원(25)과 드레인(35) 사이의 특정위치에 머무르게 할 수 있다. 즉, 가동전극(40)의 정전기력을 제어하여 게이트(30)가 전하공급원(25)과 드레인(35) 사이의 특정위치에 정지토록 하면 게이트(30)와 대응되는 위치의 실리콘기판(20)상에 포텐샬 웰(21)이 형성된다. 따라서, 포텐샬 월(21)에 보존된 전하 역시 특정위치에 머무르게 된다.
그리고 게이트(30)와 실리콘기판(35)상에 형성되는 공극(34)은 다음과 같이 다양하게 구현할 수 있다. 즉, 이 공극(34)은 게이트(30)의 이동을 자유롭게 하기 위한 것으로, 진공 및 공기층으로 구현할 수 있다. 그리고 게이트(30)가 움직일 수 있는 영역의 실리콘기판(20) 표면에 얇은 절연막을 형성시키는데, 석영(SiO2) 또는 규화질소(Si3N4), 또는 이의 복합물로 구현할 수 있다.
그리고 도 4는 종래 전하전달소자에서의 전하흐름과 본 발명에 따른 전하전달소자에서의 전하흐름을 비교한 그래프이다.
먼저, 도 4a는 종래 전하전달소자에 의한 전하의 흐름을 도시한 것으로, 이는 제조시 형성된 게이트의 패턴(G1-G5)에 따라 전하가 이동되므로서, 전하 이동이 불연속적으로 이동됨을 보여준다. 그리고 도 4b는 본 발명에 따른 전하전달소자에 의한 전하의 흐름을 도시한 것으로, 이는 게이트(30)가 전하공급원(25)과 드레인(35) 사이를 연속적으로 이동하므로서, 전하 역시 전하공급원(25)에서 드레인(35) 사이를 연속적으로 흐름을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전하공급원과 드레인 사이에 이동 가능한 가능한 게이트를 구비하므로서, 전하를 연속적으로 전달할 수 있게되어 안정적인 신호의 흐름을 제공할 수 있게 된다.
또한, 전하공급원과 드레인 사이에 이동 가능한 게이트를 구비하므로서, 종래 게이트의 패턴에 따른 전하전달소자의 크기를 억제할 수 있어, 전체적으로 소형화를 이룰 수 있게 된다.
Claims (3)
- 실리콘기판, 상기 실리콘기판 위에 형성된 전하공급원, 상기 전하공급원으로부터 공급되는 전하를 공급받기 위한 드레인, 상기 전하공급원과 드레인 사이에 위치하며 상기 전하공급원에서 공급된 전하를 상기 드레인으로 전달하기 위한 게이트가 마련된 전하전달소자에 있어서,상기 게이트는 일측이 탄성빔에 의하여 지지되며 상기 실리콘기판과 공극을 갖도록 형성되며, 상기 게이트를 상기 전하공급원과 상기 드레인 사이를 이동할 수 있도록 구동하는 가동전극이 마련된 것을 특징으로 하는 전하전달소자.
- 제 1항에 있어서,상기 가동전극은 상기 게이트에 정전기력을 가하여 인력과 청력에 의하여 상기 게이트를 구동시키는 것을 특징으로 하는 전하전달소자.
- 제 1항에 있어서,상기 가동전극은 상기 전하공급원과 상기 드레인의 어느 일측에 치우쳐 마련된 것을 특징으로 하는 전하전달소자.
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