KR20230076666A - Crystalline fluctuation element capable of transitting signals in the millimeter wave band - Google Patents

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김영준
이청민
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가천대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 밀리미터 대역의 신호 전달이 가능한 결정성 변동 소자에 관한 것으로, 기판, 게이트 절연층, 제1 전극 및 제2 전극, 제3 전극 및 제4 전극으로 구비된 소자에서 기판 및 게이트 절연층 사이에 마련되어 제1 전극 및 제2 전극으로부터 인가된 전압에 의해 열을 발생하는 발열층과 게이트 절연층 상에 구비되고 발열층으로부터 발생된 열을 받아 전도성이 변화되어 제3 전극 및 제4 전극에 인가된 전압에 의해 전류를 형성하는 채널층을 포함하는 구성으로 다수개의 스위치에 대한 삽입손실을 낮추고 격리도 성능을 향상시켜 밀리미터파 대역에서 단일 입력에 대한 멀티 출력 또는 멀티 입력에 대한 멀티 출력으로 신호의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a crystalline variable element capable of transmitting signals in a millimeter band, and includes a substrate, a gate insulating layer, a first electrode and a second electrode, a third electrode, and a fourth electrode, and between the substrate and the gate insulating layer in the device. It is provided on the heating layer and the gate insulating layer, which generate heat by the voltage applied from the first electrode and the second electrode, and the conductivity is changed by receiving the heat generated from the heating layer and applied to the third electrode and the fourth electrode. With a configuration that includes a channel layer that forms current by the applied voltage, insertion loss for multiple switches is reduced and isolation performance is improved, so that multi-outputs for single inputs or multi-outputs for multi-inputs in the millimeter wave band are used to generate signals. Reliability can be improved.

Description

밀리미터파 대역의 신호 전달이 가능한 결정성 변동 소자{CRYSTALLINE FLUCTUATION ELEMENT CAPABLE OF TRANSITTING SIGNALS IN THE MILLIMETER WAVE BAND}Crystalline fluctuating element capable of transmitting signals in the millimeter wave band

본 발명은 밀리미터 대역의 신호 전달이 가능한 결정성 변동 소자에 관한 것으로, 높은 격리도와 낮은 삽입손실이 가능하도록 한 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a crystalline variable element capable of transmitting signals in a millimeter band, and to a technology enabling high isolation and low insertion loss.

4차 산업혁명의 핵심 인프라 기술로 5세대 이동통신(5G)이 대두되면서 수십~수백 기가헤르츠(GHz) 대역에서 동작하는 RF(Radio Frequency) 회로의 필요성이 높아지고 있다.As the 5th generation mobile communication (5G) emerges as a key infrastructure technology of the 4th industrial revolution, the need for RF (Radio Frequency) circuits operating in the tens to hundreds of gigahertz (GHz) bands is increasing.

요구되는 주파수가 높아짐에 따라 회로에 포함되는 스위칭 소자들의 기생 커패시턴스(Capacitance))들에 의한 성능 저하는 전체 시스템의 성능 저하로 이어진다. RF 회로에서 널리 채택되었던 스위치 기술로는 FET(Field Effect Transistor) 기반의 스위치, P-I-N(P-type Intrinsic N-type) 다이오드 기반의 스위치, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기반의 스위치, 그리고 비교적 최근 연구 및 개발된 상변화 물질인 PCM(Phase change material)을 이용한 스위치가 있다.As the required frequency increases, performance degradation due to parasitic capacitances of switching elements included in the circuit leads to degradation of overall system performance. Switch technologies that have been widely adopted in RF circuits include FET (Field Effect Transistor)-based switches, P-I-N (P-type Intrinsic N-type) diode-based switches, MEMS (Micro Electro Mechanical System)-based switches, and relatively recent studies. and a switch using a phase change material (PCM), which is a developed phase change material.

FET 기반의 스위치는 IC(Integrated circuit) 설계에 있어 높은 집적도로 인해 대량생산에서 저비용 생산이 가능하다는 것과 전력 소모가 낮지만, 밀리미터파 대역에서 사용하는데 있어 큰 기생 커패시턴스가 존재하여 최대 동작 주파수를 나타내는 성능 지수(1/2πCoffRon)가 제한되며, 높은 삽입손실과 낮은 격리도로 인한 전력손실이 발생한다.FET-based switches are capable of low-cost production in mass production due to high integration in IC (Integrated circuit) design and have low power consumption, but have large parasitic capacitance when used in the millimeter wave band, indicating the maximum operating frequency The figure of merit (1/2πC off R on ) is limited, and power loss occurs due to high insertion loss and low isolation.

P-I-N 다이오드 기반의 스위치는 FET 기반 스위치보다 더 나은 성능 지수, 삽입손실, 및 격리도 특성을 보여주지만 스위치 드라이버 회로의 요구사항 및 공정 복잡성으로 인해 제조 비용이 높으며, 온 상태만이 아닌 오프 상태를 유지하기 위해 스위치에 지속적인 전압을 인가함에 따라 전력 손실이 불가피하다.P-I-N diode-based switches show better figure of merit, insertion loss, and isolation characteristics than FET-based switches, but are expensive to manufacture due to the requirements and process complexity of the switch driver circuitry. As a continuous voltage is applied to the switch to do this, power loss is inevitable.

MEMS 기반의 스위치는 FET 스위치와 P-I-N 다이오드 스위치보다 더 높은 성능지수와 낮은 삽입손실 및 높은 격리도를 나타내지만 기계식 스위치로 인한 ESD(Electrostatic discharge) 감도와 핫 스위칭(Hot switching)의 문제가 존재하며, 이로 인한 높은 풀다운 전압, 낮은 신뢰성, 및 기존의 반도체 공정에 통합되기 어려운 복잡한 공정 과정으로 인해 소자의 제조 비용이 높다.MEMS-based switches show a higher figure of merit, lower insertion loss, and higher isolation than FET switches and P-I-N diode switches, but there are problems with ESD (Electrostatic Discharge) sensitivity and hot switching due to mechanical switches. The manufacturing cost of the device is high due to the high pull-down voltage, low reliability, and complex process process that are difficult to integrate into existing semiconductor processes.

PCM 기반의 스위치는 낮은 온 저항 특성과 오프 커패시턴스로 인해 높은 성능 지수를 가지고 있다. 또한, 스위치의 온 상태와 오프 상태를 유지하기 위한 추가 전력이 불필요한 비휘발성 특성을 가지며, 기존 CMOS 공정법에서 크게 벗어나지 않아 대량생산을 위한 인프라 구축이 쉽다.PCM-based switches have a high figure of merit due to their low on-resistance and off-capacitance. In addition, it has a non-volatile characteristic that does not require additional power to maintain the on-state and off-state of the switch, and it is easy to build an infrastructure for mass production because it does not deviate much from the existing CMOS process method.

그러나, 낮은 오프 저항으로 인한 낮은 격리도의 문제가 있어 이를 해결하기 위한 높은 격리도 특성 및 낮은 삽입 손실을 갖는 PCM 기반의 스위치와 이것을 기반으로 한 멀티 인풋-멀티 아웃풋(MIMO) 구현을 위한 멀티 채널 스위치 및 회로의 안정성 및 전력 처리 능력을 높이기 위한 종단 정합형 스위치 기술의 개발이 필요하다.However, there is a problem of low isolation due to low off resistance. To solve this problem, a PCM-based switch having high isolation characteristics and low insertion loss and a multi-channel switch for multi-input-multi-output (MIMO) implementation based on this And it is necessary to develop an end-matched switch technology to increase circuit stability and power handling capability.

대한민국 등록특허 제10-2244525호(2021.04.26)Republic of Korea Patent No. 10-2244525 (2021.04.26)

본 발명은, 밀리미터파 대역에서 신호를 전송하는 스위치의 삽입손실 및 격리도성능을 향상시킬 수 있는 밀리미터 대역의 신호 전달이 가능한 결정성 변동 소자를 제공할 수 있다.The present invention can provide a crystalline variable element capable of transmitting signals in a millimeter band, which can improve insertion loss and isolation performance of a switch that transmits signals in a millimeter wave band.

본 발명의 일 측면에 따른 밀리미터 대역의 신호 전달이 가능한 결정선 변동 소자는 기판; 상기 기판 상에 형성되는 게이트 절연층; 상기 게이트 절연층 상에 서로 이격되어 형성되는 제1 전극 및 제2 전극; 상기 게이트 절연층 상에 서로 이격되어 형성되되, 상기 제1 전극 및 제2 전극과 비접촉되는 제3 전극 및 제4 전극; 상기 기판 및 게이트 절연층 사이에 마련되어 상기 제1 전극 및 제2 전극으로부터 인가된 전압에 의해 열을 발생하는 발열층; 및 상기 게이트 절연층 상에 구비되고 상기 발열층으로부터 발생된 열을 받아 전도성이 변화되어 상기 제3 전극 및 제4 전극에 인가된 전압에 의해 전류를 형성하는 채널층을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, a crystal line variable element capable of transmitting signals in a millimeter band includes a substrate; a gate insulating layer formed on the substrate; a first electrode and a second electrode formed spaced apart from each other on the gate insulating layer; a third electrode and a fourth electrode formed spaced apart from each other on the gate insulating layer and not in contact with the first electrode and the second electrode; a heating layer provided between the substrate and the gate insulating layer to generate heat by the voltage applied from the first electrode and the second electrode; and a channel layer provided on the gate insulating layer and configured to change conductivity by receiving heat generated from the heating layer to form a current by a voltage applied to the third electrode and the fourth electrode.

바람직하게는, 상기 게이트 절연층은 상기 제1 전극 및 제2 전극이 상기 발열층의 상면에 이격형성되도록 소정 영역 패턴될 수 있다.Preferably, the gate insulating layer may be patterned in a predetermined area such that the first electrode and the second electrode are spaced apart from each other on the top surface of the heating layer.

바람직하게는, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 제3 전극 및 제4 전극과 서로 수직하도록 구비될 수 있다.Preferably, the first electrode and the second electrode may be provided to be perpendicular to the third electrode and the fourth electrode.

바람직하게는, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 직류 전압 및 교류 전압 중 어느 하나가 인가될 수 있다.Preferably, either a DC voltage or an AC voltage may be applied to the first electrode and the second electrode.

바람직하게는, 상기 제3 전극 및 제4 전극은 직류 전압 및 교류 전압 중 어느 하나가 인가될 수 있다.Preferably, either a direct current voltage or an alternating current voltage may be applied to the third electrode and the fourth electrode.

바람직하게는, 상기 채널층은 상기 발열층으로부터 발생된 열에 의해 결정성이 변화되는 상변화 물질일 수 있다.Preferably, the channel layer may be a phase change material whose crystallinity is changed by heat generated from the heating layer.

본 발명의 다른 측면에 따른 밀리미터 대역의 신호 전달이 가능한 결정성 변동 소자는 직류 전압 및 교류 전압을 인가하는 전압 인가부; 상기 인가된 직류 전압으로 열을 발생하는 발열층으로부터 발생된 열을 전달받아 채널층의 결정성을 결정하는 상태 전환부; 및 상기 채널층의 결정성 및 인가된 교류 전압으로 전류를 형성하여 채널층의 전류 형성 여부에 따라 온(ON) 상태, 오프(OFF) 상태, 및 중간 상태 중 어느 하나의 상태로 동작하는 동작 제어부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a crystalline shift element capable of transmitting signals in a millimeter band includes a voltage applicator for applying a DC voltage and an AC voltage; a state conversion unit configured to determine crystallinity of the channel layer by receiving heat generated from the heating layer generating heat with the applied DC voltage; and an operation control unit configured to operate in one of an ON state, an OFF state, and an intermediate state according to the crystallinity of the channel layer and an applied AC voltage to form a current, depending on whether current is formed in the channel layer. can include

바람직하게는, 상기 중간 상태는 상기 채널층이 소정의 저항을 갖는 상태일 수 있다.Preferably, the intermediate state may be a state in which the channel layer has a predetermined resistance.

본 발명에 따르면, 다수개의 스위치에 대한 삽입손실을 낮추고 격리도 성능을 향상시켜 밀리미터파 대역에서 단일 입력에 대한 멀티 출력 또는 멀티 입력에 대한 멀티 출력으로 신호의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, it is possible to improve signal reliability with multiple outputs for a single input or multiple outputs for a single input in a millimeter wave band by reducing insertion loss and improving isolation performance of a plurality of switches.

도 1은 일 실시예에 따른 결정성 변동 소자를 위에서 바라본 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 결정성 변동 소자의 제1방향 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 결정성 변동 소자의 제2방향 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 다수의 결정성 변동 소자를 이용한 회로를 나타낸 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 반사성 회로의 오프 상태를 나타낸 회로도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 반사성 회로의 온 상태를 나타낸 회로도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 정합 회로의 오프 상태를 나타낸 회로도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 정합 회로의 온 상태를 나타낸 회로도이다.
도 9은 일 실시예에 따른 반사성 제어부와 신호 정합부의 오프 상태를 나타낸 회로도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 반사성 제어부와 신호 정합부의 온 상태를 나타낸 회로도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 결정성 변동 소자를 이용한 종단 정합 장치의 구성도이다.
도 12은 일 실시예에 따른 결정성 변동 소자를 이용한 종단 정합 장치의 회로도이다.1 is a cross-sectional view of a crystalline variation element viewed from above according to an exemplary embodiment.
2 is a first direction cross-sectional view of a crystallinity fluctuation element according to an exemplary embodiment.
3 is a cross-sectional view of a crystallinity variation element in a second direction according to an exemplary embodiment.
4 is a cross-sectional view showing a circuit using a plurality of crystalline fluctuation elements according to an embodiment.
5 is a circuit diagram illustrating an off state of a reflective circuit according to an exemplary embodiment.
6 is a circuit diagram showing an on state of a reflective circuit according to an exemplary embodiment.
7 is a circuit diagram illustrating an off state of a matching circuit according to an exemplary embodiment.
8 is a circuit diagram showing an on state of a matching circuit according to an exemplary embodiment.
9 is a circuit diagram illustrating an off state of a reflective controller and a signal matcher according to an exemplary embodiment.
10 is a circuit diagram illustrating an on state of a reflective controller and a signal matcher according to an exemplary embodiment.
11 is a configuration diagram of a terminal matching device using a crystalline variable element according to an exemplary embodiment.
12 is a circuit diagram of a terminal matching device using a crystalline variable element according to an exemplary embodiment.

이하에서는 본 발명에 따른 밀리미터 대역의 신호 전달이 가능한 결정성 변동 소자를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, a crystalline variable element capable of transmitting signals in a millimeter band according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to an operator's intention or practice. Therefore, definitions of these terms will have to be made based on the content throughout this specification.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The objects and effects of the present invention can be naturally understood or more clearly understood by the following description, and the objects and effects of the present invention are not limited only by the following description. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 1은 일 실시예에 따른 결정성 변동 소자를 위에서 바라본 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a crystalline variation element viewed from above according to an exemplary embodiment.

도 1에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 결정성 변동 소자(100)는 기판(110), 발열층(120), 게이트 절연층(130), 채널층(140), 제1 전극 및 제2 전극(150), 및 제3 전극 및 제4 전극(180)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the crystallinity variation element 100 according to an embodiment includes a substrate 110, a heating layer 120, a gate insulating layer 130, a channel layer 140, a first electrode and a second It may include an electrode 150 and a third electrode and a fourth electrode 180 .

기판(110)은 글래스(Glass) 유리로 형성될 수 있다.The substrate 110 may be formed of glass glass.

게이트 절연층(130)은 기판(110) 상에 형성될 수 있고, 실리콘 나이트라이드(Silicon Nitride) 및 실리콘 옥사이드(Silicon oxide) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.The gate insulating layer 130 may be formed on the substrate 110 and may be formed of any one of silicon nitride and silicon oxide.

제1 전극 및 제2 전극(150)은 게이트 절연층(130) 상에 서로 이격되어 형성될 수 있다.The first electrode and the second electrode 150 may be formed on the gate insulating layer 130 and spaced apart from each other.

제3 전극 및 제4 전극(180)은 게이트 절연층(130) 상에 서로 이격되어 형성되되, 상기 제1 전극 및 제2 전극(150)과 비접촉될 수 있다.The third electrode and the fourth electrode 180 are spaced apart from each other on the gate insulating layer 130 and may not contact the first electrode and the second electrode 150 .

발열층(120)은 상기 기판(110) 및 게이트 절연층(130) 사이에 마련되어 상기 제1 전극 및 제2 전극(150)으로부터 인가된 전압에 의해 열을 발생할 수 있다. 발열층은 금속물질로 구비될 수 있으나, 전압을 통해 열이 발생되는 물질이면 제한하지 아니한다.The heating layer 120 may be provided between the substrate 110 and the gate insulating layer 130 to generate heat by a voltage applied from the first electrode and the second electrode 150 . The heating layer may be made of a metal material, but any material that generates heat through voltage is not limited thereto.

채널층(140)은 상기 게이트 절연층(130) 상에 구비되고 상기 발열층(120)으로부터 발생된 열을 받아 전도성이 변화되어 상기 제3 전극 및 제4 전극(180)에 인가된 전압에 의해 전류를 형성할 수 있다.The channel layer 140 is provided on the gate insulating layer 130 and its conductivity is changed by receiving heat generated from the heating layer 120 by a voltage applied to the third and fourth electrodes 180. current can be formed.

여기서, 게이트 절연층(130)은 상기 제1 전극 및 제2 전극(150)이 상기 발열층(120)의 상면에 이격형성되도록 소정 영역 패턴될 수 있다.Here, the gate insulating layer 130 may be patterned in a predetermined area so that the first electrode and the second electrode 150 are spaced apart from each other on the top surface of the heating layer 120 .

또한, 상기 제1 전극 및 제2 전극(150)은 상기 제3 전극 및 제4 전극(180)과 서로 수직하도록 구비될 수 있다. 단, 제1 전극 및 제2 전극(150)과 제3 전극 및 제4 전극(180)이 반드시 수직하도록 구비되는 것은 아니며, 패턴형태에 따라 제1 전극(151), 제2 전극(153), 제3 전극(181), 및 제4 전극(183)의 위치가 변경될 수 있다. In addition, the first electrode and the second electrode 150 may be provided to be perpendicular to the third and fourth electrodes 180 . However, the first and second electrodes 150 and the third and fourth electrodes 180 are not necessarily provided vertically, and the first electrode 151, the second electrode 153, Positions of the third electrode 181 and the fourth electrode 183 may be changed.

제1 전극 및 제2 전극(150)은 직류 전압 및 교류 전압 중 어느 하나가 인가될 수 있고, 제3 전극 및 제4 전극(180)은 직류 전압 및 교류 전압 중 어느 하나가 인가될 수 있다. 바람직하게는, 제1 전극 및 제2 전극(150)은 직류 전압이 인가될 수 있고, 제3 전극 및 제4 전극(180)은 교류 전압이 인가될 수 있다.Either a DC voltage or an AC voltage may be applied to the first electrode and the second electrode 150 , and either a DC voltage or an AC voltage may be applied to the third electrode and the fourth electrode 180 . Preferably, DC voltage may be applied to the first electrode and the second electrode 150 , and AC voltage may be applied to the third electrode and the fourth electrode 180 .

제1 전극 및 제2 전극(150)은 발열층(120)에 전압을 인가하여 발열층(120)으로 하여금 열을 발생시키기 위한 것이고, 제3 전극 및 제4 전극(180)은 채널층(140)에 신호를 인가하여 전류를 형성하기 위한 것이다.The first electrode and the second electrode 150 are for applying a voltage to the heating layer 120 to cause the heating layer 120 to generate heat, and the third and fourth electrodes 180 are for the channel layer 140 ) to form a current by applying a signal to

이때, 상변화를 위한 바이어스 전압은 제1전극이 양전압 및 제2전극이 음전압 또는 제1전극이 음전압 및 제2전극이 양전압으로 인가될 수 있다. 제3전극이 양전압 및 제4전극이 음전압 또는 제3전극이 음전압 및 제4전극이 양전압으로 인가될 수 있다.In this case, the bias voltage for the phase change may be a positive voltage for the first electrode and a negative voltage for the second electrode, or a negative voltage for the first electrode and a positive voltage for the second electrode. A positive voltage may be applied to the third electrode and a negative voltage may be applied to the fourth electrode, or a negative voltage may be applied to the third electrode and a positive voltage to the fourth electrode.

채널층(140)은 상기 발열층(120)으로부터 발생된 열에 의해 결정성이 변화되는 상변화 물질일 수 있다. 이때, 상변화 물질은 게르마늄 텔루라이드(Germanium telluride)일 수 있으나, 반드시 상술한 물질에 한정되는 것은 아니다.The channel layer 140 may be a phase change material whose crystallinity is changed by heat generated from the heating layer 120 . In this case, the phase change material may be germanium telluride, but is not necessarily limited to the above-mentioned material.

결정성은 비결정질 상태와 결정질 상태로 구분될 수 있다. 비결정질 상태는 분자들이 랜덤하게 위치하는 상태를 의미하며, 이에 따라 전하가 이동할 수 있는 이동거리에 제약을 받게 되어 저항이 높다. 결정질 상태는 분자들의 배열이 고르게 분포함에 따라 저항이 낮아져 전하의 이동이 수월하게 된다.Crystallinity can be divided into an amorphous state and a crystalline state. The amorphous state means a state in which molecules are randomly positioned, and accordingly, the movement distance in which charges can move is restricted, resulting in high resistance. In the crystalline state, as the arrangement of molecules is evenly distributed, resistance is lowered and charge movement is facilitated.

도 1에서 나타낸 결정성 변동 소자의 다른 측면에 의하면 전압 인가부, 상태 전환부, 및 동작 제어부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the crystalline shift element shown in FIG. 1, it may include a voltage application unit, a state conversion unit, and an operation control unit.

전압 인가부는 직류 전압 및 교류 전압을 인가할 수 있다.The voltage application unit may apply DC voltage and AC voltage.

상태 전환부는 상기 인가된 직류 전압으로 열을 발생하는 발열층으로부터 발생된 열을 전달받아 채널층(140)의 결정성을 결정할 수 있다.The state conversion unit may determine crystallinity of the channel layer 140 by receiving heat generated from the heating layer generating heat with the applied DC voltage.

동작 제어부는 상기 채널층(140)의 결정성 및 인가된 교류 전압으로 전류를 형성하여 채널층(140)의 전류 형성 여부에 따라 온(ON) 상태, 오프(OFF) 상태, 중간 상태 중 어느 하나의 상태로 동작할 수 있다. The operation control unit forms a current with the crystallinity of the channel layer 140 and an applied alternating voltage, and selects one of an ON state, an OFF state, and an intermediate state depending on whether the channel layer 140 forms a current. can operate in the state of

여기서, 중간 상태는 상기 채널층(140)이 소정의 저항을 갖는 상태일 수 있다.Here, the intermediate state may be a state in which the channel layer 140 has a predetermined resistance.

도 2는 일 실시예에 따른 결정성 변동 소자의 제1 방향 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a crystallinity fluctuation element according to an exemplary embodiment in a first direction.

도 2에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 결정성 변동 소자(100)의 제1 방향(a) 단면도는 제1 전극(151)과 제2 전극(153) 단면을 나타낸 것이다. 이때, 기판(110) 상에 발열층(120)이 형성되고, 발열층(120) 상에 게이트 절연층(130)이 형성되되, 게이트 절연층(130)은 제1 전극(151)과 제2 전극(153)이 발열층(120)에 전기적으로 연결될 수 있도록 게이트 절연층(130)의 소정 영역을 패턴하여 비아홀(10)을 형성하고, 형성된 비아홀(10)에 제1 전극 및 제2 전극(150)이 적층형성될 수 있다. 제1 전극 및 제2 전극(150)이 적층형성된 후, 소자 내부의 데미지를 방지하기 위해 보호층(160)을 형성하여 산소 및 수분으로부터 보호하되, 제1 전극 및 제2 전극(150)을 소정 영역 패턴하여 비아홀(10)을 형성하고, 형성된 비아홀(10)에 전원인가를 위한 제1 패드 전극 및 제2 패드 전극(170)이 적층 형성될 수 있다. 여기서, 채널층(140)은 게이트 절연층(130) 상에 형성될 수 있다.As shown in FIG. 2 , a cross-sectional view in the first direction (a) of the crystallinity variation element 100 according to an exemplary embodiment shows cross-sections of the first electrode 151 and the second electrode 153 . At this time, the heating layer 120 is formed on the substrate 110, and the gate insulating layer 130 is formed on the heating layer 120, and the gate insulating layer 130 includes the first electrode 151 and the second A via hole 10 is formed by patterning a predetermined region of the gate insulating layer 130 so that the electrode 153 can be electrically connected to the heating layer 120, and a first electrode and a second electrode ( 150) may be laminated. After the first and second electrodes 150 are laminated, a protective layer 160 is formed to prevent damage to the inside of the device to protect it from oxygen and moisture, and the first and second electrodes 150 are A via hole 10 may be formed by region patterning, and a first pad electrode and a second pad electrode 170 for applying power to the formed via hole 10 may be stacked. Here, the channel layer 140 may be formed on the gate insulating layer 130 .

도 3은 일 실시예에 따른 결정성 변동 소자의 제2 방향 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a crystallinity variation element in a second direction according to an exemplary embodiment.

도 3에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 결정성 변동 소자(100)의 제2 방향(b) 단면도는 제3 전극 및 제4 전극(180) 단면을 나타낸 것이다. 소자의 구조는 앞서 상술한 바와 같이, 기판(110) 상에 발열층(120)이 형성되고, 발열층(120) 상에 게이트 절연층(130)이 형성되고, 게이트 절연층(130) 상에 채널층(140)이 형성될 수 있다. 채널층(140) 양측으로 제3 전극(181)과 제4 전극(183)이 형성될 수 있으며, 제3 전극 및 제4 전극(180)이 형성된 후 보호층(160)을 적층형성하여 산소 및 수분으로부터 보호하되, 제3 전극 및 제4 전극(180)을 소정 영역 패턴하여 비아홀(10)을 형성하고 형성된 비아홀(10)에 전원 인가를 위한 제3 패드 전극 및 제4 패드 전극(190)이 적층 형성될 수 있다. As shown in FIG. 3 , a cross-sectional view in the second direction (b) of the crystallinity variation element 100 according to an embodiment shows cross-sections of the third electrode and the fourth electrode 180 . The structure of the device is as described above, the heating layer 120 is formed on the substrate 110, the gate insulating layer 130 is formed on the heating layer 120, and the gate insulating layer 130 is formed on the structure of the device. A channel layer 140 may be formed. A third electrode 181 and a fourth electrode 183 may be formed on both sides of the channel layer 140, and after the third and fourth electrodes 180 are formed, a protective layer 160 is laminated to form oxygen and While protecting from moisture, a via hole 10 is formed by patterning the third and fourth electrodes 180 in a predetermined area, and the third pad electrode and the fourth pad electrode 190 for applying power to the formed via hole 10 are It can be layered.

도 4는 일 실시예에 따른 다수의 결정성 변동 소자(100)를 이용한 회로를 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a circuit using a plurality of crystalline shift elements 100 according to an embodiment.

도 4에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 다수의 결정성 변동 소자(100)를 이용한 회로의 단면도는 신호 정합 회로를 상부에서 바라본 것을 나타낸 것이다.As shown in FIG. 4 , a cross-sectional view of a circuit using a plurality of crystalline shift elements 100 according to an embodiment shows a signal matching circuit viewed from the top.

결정성 변동 소자(100)는 회로를 연결하는 채널로서 메인 회로단에 구비되는 메인회로단의 결정성 변동 소자(100)와 접지와 메인 회로단과 병렬로 연결된 접지단의 결정성 변동 소자(100)로 나뉠 수 있다. 즉, 결정성 변동 소자(100)는 회로를 연결 및 차단하는 스위치의 역할을 수행할 수 있다.The crystalline variation element 100 is a channel connecting the circuits, and the crystalline variation element 100 of the main circuit stage provided in the main circuit stage and the crystalline variation element 100 of the ground terminal connected in parallel to the ground and the main circuit stage can be divided into That is, the crystalline variation element 100 may serve as a switch that connects and disconnects a circuit.

신호 정합 회로는 메인 회로에서 병렬로 연결된 부하저항(20)이 구비될 수 있으며, 이 부하저항(20)으로 인해 인가된 신호의 임피던스 매칭이 이루어질 수 있다. 이때, 부하저항(20)의 유무에 따라 반사성 회로 및 정합 회로 중 어느 하나의 형태로 변경될 수 있다. 이때, 부하저항은 니크롬(NiCr)으로 구비될 수 있으나, 부하저항이 반드시 상술한 물질에 한정되는 것은 아니며, 저항으로 작용하는 물질이면 한정하지 아니한다.The signal matching circuit may include a load resistor 20 connected in parallel in the main circuit, and impedance matching of an applied signal may be performed due to the load resistor 20. At this time, depending on the presence or absence of the load resistor 20, it may be changed to any one form of a reflective circuit and a matching circuit. At this time, the load resistor may be provided with nichrome (NiCr), but the load resistor is not necessarily limited to the above-mentioned materials, and is not limited to any material that acts as resistance.

도 5 및 도 6은 반사성 회로의 오프 상태와 온 상태를 나타낸 회로도이고, 도 7 및 도 8은 정합 회로의 오프 상태와 온 상태를 나타낸 회로도이다.5 and 6 are circuit diagrams showing off and on states of the reflective circuit, and FIGS. 7 and 8 are circuit diagrams showing off and on states of the matching circuit.

도 5 및 6에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 반사성 회로의 오프 상태는 메인 회로단에 연결된 결정성 변동 소자(100)를 차단하고, 메인 회로단과 병렬로 연결되어 접지로 이어지는 결정성 변동 소자(100)를 연결하여 메인 회로단에 잔류하는 신호를 병렬로 연결된 접지로 제거할 수 있다. As shown in FIGS. 5 and 6, the off state of the reflective circuit according to an embodiment blocks the crystalline fluctuation element 100 connected to the main circuit stage, and is connected in parallel with the main circuit stage to the ground. (100) can be connected to remove the signal remaining in the main circuit stage to the ground connected in parallel.

반사성 회로의 온 상태는 메인 회로단의 결정성 변동 소자(100)를 연결하고, 메인 회로단과 병렬로 연결된 접지의 결정성 변동 소자(100)를 차단한 경우, 신호를 출력하거나 전달할 수 있다.In the on state of the reflective circuit, a signal may be output or transmitted when the crystalline variation element 100 of the main circuit stage is connected and the crystalline variation element 100 of the ground connected in parallel with the main circuit stage is blocked.

도 7 및 도 8에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 정합 회로의 오프 상태는 메인 회로단에 연결된 결정성 변동 소자(100)를 차단하고, 메인 회로단에 병렬로 연결된 부하저항(20)을 연결하여 인가된 신호가 부하저항(20)에 의해 임피던스 매칭되어 출력될 수 있다.As shown in FIGS. 7 and 8, the off state of the matching circuit according to an embodiment blocks the crystalline fluctuation element 100 connected to the main circuit stage and the load resistor 20 connected in parallel to the main circuit stage. A signal applied through the connection may be impedance matched by the load resistor 20 and then output.

메인 회로단의 결정성 변동 소자(100)를 연결하고, 메인 회로단과 병렬로 연결된 부하저항(20)의 결정성 변동 소자(100)를 차단한 경우, 신호를 출력하거나 전달할 수 있다.When the crystalline variation element 100 of the main circuit stage is connected and the crystalline variation element 100 of the load resistor 20 connected in parallel with the main circuit stage is blocked, a signal can be output or transmitted.

여기서, 메인 회로단에 먼저 연결되어 있는 반사성 회로는 오프(off) 상태 시 높은 격리도 특성을 가지게 할 수 있으며 이후 연결되어 있는 정합 회로는 출력 포트의 임피던스 정합을 이루게 할 수 있다.Here, the reflective circuit first connected to the main circuit terminal can have high isolation characteristics in an off state, and the matching circuit connected thereafter can achieve impedance matching of the output port.

도 9 및 도 10은 일 실시예에 따른 반사성 제어부와 신호 정합부의 오프 상태 및 온 상태를 나타낸 회로도이다.9 and 10 are circuit diagrams illustrating off and on states of a reflective controller and a signal matching unit according to an exemplary embodiment.

도 9 및 10에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 반사성 제어부(300)와 신호 정합부(400)의 오프 상태는 반사성 제어부(300)의 메인 회로단의 결정성 변동 소자(100)와 신호 정합부(400)의 메인 회로단의 결정성 변동 소자(100)가 모두 차단되고, 반사성 제어부(300)에 병렬로 연결된 접지단의 결정성 변동 소자(100)와 신호 정합부(400)에 병렬로 연결된 부하저항(20)단의 결정성 변동 소자(100)가 모두 연결될 수 있다.As shown in FIGS. 9 and 10 , the OFF state of the reflective controller 300 and the signal matching unit 400 according to an embodiment matches the crystalline variation element 100 and the signal matching of the main circuit stage of the reflective controller 300. All of the crystalline variation elements 100 of the main circuit stage of the unit 400 are blocked, and the crystalline variation elements 100 of the ground terminal connected in parallel to the reflective control unit 300 and the signal matching unit 400 are in parallel. All of the crystalline variation elements 100 of the connected load resistor 20 stage may be connected.

반사성 제어부(300)와 신호 정합부(400)의 온 상태는 반사성 제어부(300)의 메인 회로단의 결정성 변동 소자(100)와 신호 정합부(400)의 메인 회로단의 결정성 변동 소자(100)가 모두 연결되고, 반사성 제어부(300)에 병렬로 연결된 접지단의 결정성 변동 소자(100)와 신호 정합부(400)에 병렬로 연결된 부하저항(20)단의 결정성 변동 소자(100)가 모두 차단될 수 있다.The on state of the reflective controller 300 and the signal matching unit 400 is determined by the crystallinity variation element 100 of the main circuit stage of the reflective controller 300 and the crystallinity variation element of the main circuit stage of the signal matching unit 400 ( 100) are all connected, the crystalline variation element 100 of the ground terminal connected in parallel to the reflective control unit 300 and the crystalline variation element 100 of the load resistor 20 terminal connected in parallel to the signal matching unit 400 ) can all be blocked.

도 11은 일 실시예에 따른 결정성 변동 소자를 이용한 종단 정합 장치의 구성도이고, 도 12은 일 실시예에 따른 결정성 변동 소자를 이용한 종단 정합 장치의 회로도이다.11 is a configuration diagram of a terminal matching device using a crystalline shift element according to an embodiment, and FIG. 12 is a circuit diagram of a terminal matching device using a crystalline shift element according to an embodiment.

도 11에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 결정성 변동 소자(100)를 이용한 종단 정합 장치의 구성도는 전원 인가부(200), 반사성 제어부(300), 및 신호 정합부(400)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 11, a configuration diagram of a terminal matching device using a crystalline variable element 100 according to an embodiment includes a power supply unit 200, a reflective controller 300, and a signal matching unit 400. can do.

전원 인가부(200)는 메인 회로단 및 메인 회로단과 병렬로 연결된 부가 회로단 각각에 연결된 결정성 변동 소자(100)에 전압을 인가할 수 있다. 전원 인가부(200)는 직류 전압과 교류 전압 중 적어도 하나로 구비될 수 있고, 전원 인가부(200)에서 인가되는 전압 중 직류 전압은 각 결정성 변동 소자(100)의 발열층(120)에 인가될 수 있고, 교류 전압은 채널층(140)에 인가될 수 있다.The power supply unit 200 may apply a voltage to the crystalline variation element 100 connected to each of the main circuit stage and the additional circuit stage connected in parallel with the main circuit stage. The power supply unit 200 may include at least one of a DC voltage and an AC voltage, and among the voltages applied from the power supply unit 200, the DC voltage is applied to the heating layer 120 of each crystalline shift element 100. and an AC voltage may be applied to the channel layer 140 .

반사성 제어부(300)는 인가된 직류 전압으로 결정성 변동 소자(100)의 온 상태 및 오프 상태 중 어느 하나의 동작 상태에 따라 신호를 전달하되, 부가 회로단의 결정성 변동 소자(100)에 의해 접지가 연결 및 차단되어 메인 회로단에 잔류하는 신호를 제거할 수 있다. 이때, 잔류하는 신호는 반사성 제어부(300)에 인가된 신호가 차단되면 부가 회로단이 연결되어 메인 회로단에 잔류하는 신호를 제거할 수 있다. The reflective control unit 300 transmits a signal according to one of the operating states of the on-state and off-state of the crystalline variation element 100 with the applied DC voltage, but by the crystalline variation element 100 of the additional circuit stage. Grounding can be connected and disconnected to remove residual signals on the main circuit stage. At this time, if the signal applied to the reflective controller 300 is blocked, the remaining signal may be connected to the additional circuit stage to remove the signal remaining in the main circuit stage.

신호 정합부(400)는 반사성 제어부(300)가 결정성 변동 소자(100)를 통해 직렬로 연결 및 차단되되, 부가 회로단의 결정성 변동 소자(100)에 의해 부하저항이 연결 및 차단되어 전달된 신호가 정합될 수 있다. 즉, 인가된 신호가 출력되되, 부가 회로단의 부하저항(20)에 의해 신호의 임피던스가 매칭되어 출력될 수 있다. 이를 통해, 밀리미터파 대역의 고 주파수 범위에서 단일 입력 멀티 출력(Single pole n-throw) 및 멀티 입력 멀티 출력(n-pole n-throw)이 가능하다.In the signal matching unit 400, the reflective control unit 300 is connected and blocked in series through the crystalline shift element 100, and the load resistance is connected and blocked by the crystalline shift element 100 of the additional circuit stage. signals can be matched. That is, the applied signal may be output, and the impedance of the signal may be matched and output by the load resistance 20 of the additional circuit stage. Through this, single pole n-throw and multi-input multi-output (n-pole n-throw) are possible in the high frequency range of the millimeter wave band.

도 12에서 나타낸 바와 같이, 일 실시예에 따른 결정성 변동 소자(100)를 이용한 종단 정합 장치의 회로도는 전원 인가부(200)에서 교류 전압이 인가될 수 있다. 여기서 각 접점에 의해 반사성 제어부(300) 및 신호 정합부(400)를 통해 연결된 방향 중 어느 한 방향으로 신호가 전송될 수 있다.As shown in FIG. 12 , in a circuit diagram of a terminal matching device using the crystalline variable element 100 according to an embodiment, an AC voltage may be applied from the power supply unit 200 . Here, a signal may be transmitted in one of directions connected through the reflective controller 300 and the signal matching unit 400 by each contact point.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다. Although the present invention has been described in detail through representative embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications are possible to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. will be. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be defined, and should be defined by all changes or modifications derived from the claims and equivalent concepts as well as the claims to be described later.

100: 결정성 변동 소자 200: 전원 인가부
300: 반사성 제어부 400: 신호 정합부
110: 기판 120: 발열층
130: 게이트 절연층 140: 채널층
150: 제1전극 및 제2전극 160: 보호층
170: 제1패드 전극 및 제2패드 전극 180: 제3전극 및 제4전극
190: 제3패드 전극 및 제4패드 전극
151: 제1 전극 153: 제2 전극
171: 제1 패드 전극 173: 제2 패드 전극
181: 제3 전극 183: 제4 전극
191: 제3 패드 전극 193: 제4 패드 전극
10: 비아홀 20: 부하저항
a: 제1방향 b: 제2방향100: crystalline fluctuation element 200: power supply unit
300: reflective controller 400: signal matching unit
110: substrate 120: heating layer
130: gate insulating layer 140: channel layer
150: first electrode and second electrode 160: protective layer
170: first pad electrode and second pad electrode 180: third electrode and fourth electrode
190: third pad electrode and fourth pad electrode
151: first electrode 153: second electrode
171: first pad electrode 173: second pad electrode
181: third electrode 183: fourth electrode
191: third pad electrode 193: fourth pad electrode
10: via hole 20: load resistance
a: first direction b: second direction

Claims (8)

기판;
상기 기판 상에 형성되는 게이트 절연층;
상기 게이트 절연층 상에 서로 이격되어 형성되는 제1 전극 및 제2 전극;
상기 게이트 절연층 상에 서로 이격되어 형성되되, 상기 제1 전극 및 제2 전극과 비접촉되는 제3 전극 및 제4 전극;
상기 기판 및 게이트 절연층 사이에 마련되어 상기 제1 전극 및 제2 전극으로부터 인가된 전압에 의해 열을 발생하는 발열층; 및
상기 게이트 절연층 상에 구비되고 상기 발열층으로부터 발생된 열을 받아 전도성이 변화되어 상기 제3 전극 및 제4 전극에 인가된 전압에 의해 전류를 형성하는 채널층을 포함하는 밀리미터 대역의 신호 전달이 가능한 결정성 변동 소자.
Board;
a gate insulating layer formed on the substrate;
a first electrode and a second electrode formed spaced apart from each other on the gate insulating layer;
a third electrode and a fourth electrode formed spaced apart from each other on the gate insulating layer and not in contact with the first electrode and the second electrode;
a heating layer provided between the substrate and the gate insulating layer to generate heat by the voltage applied from the first electrode and the second electrode; and
A millimeter band signal transmission including a channel layer provided on the gate insulating layer and having a conductivity changed by receiving heat generated from the heating layer to form a current by a voltage applied to the third and fourth electrodes Possible crystalline fluctuation elements.
 제1항에 있어서,
상기 게이트 절연층은 상기 제1 전극 및 제2 전극이 상기 발열층의 상면에 이격형성되도록 소정 영역 패턴된 것을 특징으로 하는 밀리미터 대역의 신호 전달이 가능한 결정성 변동 소자.
According to claim 1,
The gate insulating layer is a crystalline variable element capable of transmitting signals in a millimeter band, characterized in that the predetermined area pattern is formed so that the first electrode and the second electrode are spaced apart from the upper surface of the heating layer.
 제1항에 있어서,
상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 제3 전극 및 제4 전극과 서로 수직하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 대역의 신호 전달이 가능한 결정성 변동 소자.
According to claim 1,
The first electrode and the second electrode are crystalline fluctuation elements capable of transmitting signals in the millimeter band, characterized in that provided to be perpendicular to each other with the third electrode and the fourth electrode.
 제1항에 있어서,
상기 제1 전극 및 제2 전극은 직류 전압 및 교류 전압 중 어느 하나가 인가되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 대역의 신호 전달이 가능한 결정성 변동 소자.
According to claim 1,
The first electrode and the second electrode is a crystalline variable element capable of transmitting a signal in the millimeter band, characterized in that any one of a direct current voltage and an alternating current voltage is applied.
 제1항에 있어서,
상기 제3 전극 및 제4 전극은 직류 전압 및 교류 전압 중 어느 하나가 인가되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 대역의 신호 전달이 가능한 결정성 변동 소자.
According to claim 1,
The third electrode and the fourth electrode is a crystalline variable element capable of transmitting a signal in the millimeter band, characterized in that any one of a direct current voltage and an alternating current voltage is applied.
 제1항에 있어서,
상기 채널층은 상기 발열층으로부터 발생된 열에 의해 결정성이 변화되는 상변화 물질인 것을 특징으로 하는 밀리미터 대역의 신호 전달이 가능한 결정성 변동 소자.
According to claim 1,
The channel layer is a crystallinity variable element capable of transmitting signals in the millimeter band, characterized in that the phase change material whose crystallinity is changed by heat generated from the heating layer.
 직류 전압 및 교류 전압을 인가하는 전압 인가부;
상기 인가된 직류 전압으로 열을 발생하는 발열층으로부터 발생된 열을 전달받아 채널층의 결정성을 결정하는 상태 전환부; 및
상기 채널층의 결정성 및 인가된 교류 전압으로 전류를 형성하여 채널층의 전류 형성 여부에 따라 온(ON) 상태, 오프(OFF) 상태, 및 중간 상태 중 어느 하나의 상태로 동작하는 동작 제어부를 포함하는 밀리미터 대역의 신호 전달이 가능한 결정성 변동 소자.
a voltage applicator for applying a direct current voltage and an alternating current voltage;
a state conversion unit configured to determine crystallinity of the channel layer by receiving heat generated from the heating layer generating heat with the applied DC voltage; and
An operation control unit that operates in one of an on state, an off state, and an intermediate state according to the crystallinity of the channel layer and whether current is formed in the channel layer by forming a current with an applied alternating voltage A crystalline variable element capable of transmitting a signal in a millimeter band including
 제7항에 있어서,
상기 중간 상태는 상기 채널층이 소정의 저항을 갖는 상태인 것을 특징으로 하는 밀리미터 대역의 신호 전달이 가능한 결정성 변동 소자.According to claim 7,
The intermediate state is a crystalline variable element capable of transmitting a signal in a millimeter band, characterized in that the channel layer has a predetermined resistance.
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