TWI830096B - 電子設備 - Google Patents
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Abstract
本發明公開了一種開關元件和電子設備，開關元件包含半導體襯底、源極、漏極、柵極絕緣層、第一電容極板和第二電容極板；半導體襯底的第一面具有柵極區以及分別設置在柵極區兩側的源極區和漏極區，源極區和漏極區的導電類型與柵極區的導電類型不同，源極設置在源極區，漏極設置在漏極區，柵極絕緣層設置在柵極區上，第一電容極板設置在柵極絕緣層上，第二電容極板與第一電容極板平行相對設置。由此，通過改變第一電容極板與第二電容極板的距離就可以控制開關元件的通斷，開關元件的行程較短，不需要露出設備表面設置，可以提升電子設備外觀的完整度，有利於電子設備的防水防塵，同時開關元件的結構簡單，體積較小，並方便用戶操作。
Description
本發明涉及開關技術領域，具體涉及一種開關元件和電子設備。
開關是一種用於控制線路的通斷的電子元件。在電子設備中常設置開關供使用者按壓控制相關線路的通斷狀態，以進行電子設備的開啟、關閉或使電子設備實現相應的功能。傳統的按鍵開關需要被按壓並移動一個較大的行程才能被觸發，因此需要在電子設備的外殼開孔，使按鍵露出外殼供使用者按壓，按鍵開關與外殼之間的間隙使水和灰塵進入電子設備內部，不利於電子設備的穩定工作，降低了電子設備的使用壽命。
本發明提供了一種開關元件和電子設備，能夠解決現有的開關需要露出設備表面設置的問題。
第一方面，本發明實施例提供了一種開關元件，包含半導體襯底、源極、漏極、柵極絕緣層、第一電容極板和第二電容極板；該半導體襯底的第一面具有柵極區以及分別設置在該柵極區兩側的源極區和漏極區，該源極區和該漏極區的導電類型與該柵極區的導電類型不同；該源極設置在該源極區；該漏極設置在該漏極區；該柵極絕緣層設置在該柵極區上；該第一電容極板設置在該柵極絕緣層上；該第二電容極板與該第一電容極板平行相對設置。
在部分實施例中，該源極區和該漏極區的導電類型為N型，該柵極區的導電類型為P型。
在部分實施例中，該開關元件還包含電容介質層，設置在該第一電容極板和該第二電容極板之間。
在部分實施例中，該柵極絕緣層還部分地覆蓋該源極區和該漏極區，該第一電容極板在該半導體襯底的第一面的投影與該源極區和該漏極區具有重合的區域。
第二方面，本發明實施例還提供了一種電子設備，該電子設備包含殼體以及設置在該殼體內的工作電路，該工作電路包含開關元件、電源管理電路和驅動電路；該電源管理電路與該開關元件電連接，該電源管理電路被配置為根據該開關元件的通斷狀態控制電源的輸入及/或輸出狀態；其中，該開關元件包含半導體襯底、源極、漏極、柵極絕緣層、第一電容極板和第二電容極板；該半導體襯底的第一面具有柵極區以及分別設置在該柵極區兩側的源極區和漏極區，該源極區和該漏極區的導電類型與該柵極區的導電類型不同；該源極設置在該源極區，該源極與該電源管理電路電連接；該漏極設置在該漏極區，該漏極與該電源管理電路電連接；該柵極絕緣層設置在該柵極區上；該第一電容極板設置在該柵極絕緣層上；該第二電容極板與該第一電容極板平行相對設置，該第二電容極板與該殼體的內壁連接；其中，該驅動電路與該第一電容極板和該第二電容極板電連接以對該第一電容極板和該第二電容極板施加電壓。
在部分實施例中，該源極區和該漏極區的導電類型為N型，該柵極區的導電類型為P型，該驅動電路被配置為使該第一電容極板與該電源的正極電連接。
在部分實施例中，該開關元件還包含電容介質層，設置在該第一電容極板和該第二電容極板之間。
在部分實施例中，該柵極絕緣層還部分地覆蓋該源極區和該漏極區，該第一電容極板在該半導體襯底的第一面的投影與該源極區和該漏極區具有重合的區域。
在部分實施例中，該電子設備還包含電源，設置在該殼體內，該電源與該電源管理電路和該驅動電路電連接。
在部分實施例中，該電子設備為充電盒，用於為待充電產品充電；該殼體包含盒體和盒蓋，該盒體包含頂壁、底壁和連接該頂壁和底壁的側壁，該頂壁、該底壁和該側壁連接形成腔體，該開關元件設置在該腔體內，該第二電容極板與該側壁的內壁連接，該頂壁的外表面具有容置槽，該容置槽用於容置該待充電產品，該盒蓋與該容置槽相對；該電源管理電路被配置為根據該開關元件的通斷狀態控制該電源對該待充電產品輸出電能。
本發明實施例提供了一種開關元件和電子設備，開關元件包含半導體襯底、源極、漏極、柵極絕緣層、第一電容極板和第二電容極板；半導體襯底的第一面具有柵極區以及分別設置在柵極區兩側的源極區和漏極區，源極區和漏極區的導電類型與柵極區的導電類型不同，源極設置在源極區，漏極設置在漏極區，柵極絕緣層設置在柵極區上，第一電容極板設置在柵極絕緣層上，第二電容極板與第一電容極板平行相對設置。由此，通過改變第一電容極板與第二電容極板的距離就可以控制開關元件的通斷，開關元件的行程較短，不需要露出設備表面設置，可以提升電子設備外觀的完整度，有利於電子設備的防水防塵，同時開關元件的結構簡單，體積較小，並方便用戶操作。
以下基於實施例對本發明進行描述，但是本發明並不僅僅限於這些實施例。在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對所屬技術領域中具有通常知識者來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。為了避免混淆本發明的實質，習知的方法、過程、流程、元件和電路並沒有詳細敘述。
此外，所屬技術領域中具有通常知識者應當理解，在此提供的圖式都是為了說明的目的，並且圖式不一定是按比例繪製的。
除非上下文明確要求，否則在說明書的「包括」、「包含」等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是「包含但不限於」的含義。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「第一」、「第二」等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。
圖1和圖2是本發明實施例的兩種不同的開關元件的結構示意圖。
參照圖1和圖2，本發明實施例的開關元件100包含半導體襯底110、源極120、漏極130、柵極絕緣層140、第一電容極板150和第二電容極板160。半導體襯底110的第一面具有柵極區111，以及分別設置在柵極區111兩側的源極區112和漏極區113。源極120設置在源極區112上，漏極130設置在漏極區113上。柵極絕緣層140設置在柵極區111上，第一電容極板150設置在柵極絕緣層140上，柵極絕緣層140用於使柵極區111和第一電容極板150電性絕緣。第二電容極板160與第一電容極板150基本平行設置，且第二電容極板160與第一電容極板150相對。
半導體襯底110可以是單晶矽、多晶矽或非晶矽，也可以是鍺、鍺化矽、砷化鎵等半導體材料，還可以是其他半導體材料。在本實施例中，半導體襯底110的材料可以是矽。
半導體襯底110的第一面具有柵極區111、源極區112和漏極區113，其中，源極區112和漏極區113分別設置在柵極區111的兩側，或者說，柵極區111設置在源極區112和漏極區113之間。
源極區112和漏極區113的導電類型相同，柵極區111的導電類型與源極區112和漏極區113的導電類型不同。通過在半導體襯底110中摻入相應類型的雜質，可以使源極區112、漏極區113和柵極區111具有相應的導電類型。源極區112和漏極區113可以通過同樣的工藝摻入相同的雜質，使源極區112和漏極區113具有相同的性質，則源極區112和漏極區113可以彼此互換。在一種實施方式中，源極區112和漏極區113的導電類型為N型，柵極區111的導電類型為P型。P型半導體又稱空穴型半導體，是以空穴導電為主的半導體。N型半導體又稱為電子型半導體，是以電子導電為主的半導體。通過在源極區112和漏極區113摻入無價雜質元素（例如銻、砷、磷等）可以使源極區112和漏極區113形成N型半導體，通過三價雜質元素（例如硼、銦、鎵等）可以使柵極區111形成P型半導體。
當然，根據需要，也可以使源極區112和漏極區113的導電類型為P型，而柵極區111的導電類型為N型。
由於柵極區111的導電類型與源極區112和漏極區113的導電類型不同，源極區112與柵極區111、以及漏極區113與柵極區111之間分別形成PN結。PN結加正向電壓時導通，而加反向電壓時截止。因此，當外部電路中的兩個中斷點分別電連接至源極120和漏極130時，由於兩個PN結相背設置，無論電流的方向如何，總有一個PN結處於反偏狀態，從而使外部電路均處於斷路狀態。
柵極區111上設置有柵極絕緣層140，柵極絕緣層140用於隔離半導體襯底110和設置在柵極絕緣層140上的其他材料。柵極絕緣層140的材料可以選擇高介電常數的材料，可以減少第一電容極板150與柵極區111之間的直接隧穿電流。例如，柵極絕緣層140的材料可以採用HfO
2、HfSiO、HfSiON、HfTaON、TiO
2、Al
2O
3或ZrO
2，等等。柵極絕緣層140可以採用沉積的方式形成，例如可以採用原子層沉積工藝或化學氣相沉積工藝形成。柵極絕緣層140可以為單層結構，也可以是多層結構，本發明實施例對此不作限制。
第一電容極板150設置在柵極絕緣層140上。第一電容極板150可以採用化學氣相沉積工藝、物理氣相沉積工藝或電鍍工藝形成，也可以採用其他方式設置在柵極絕緣層140上。第一電容極板150包含導電金屬層，導電金屬層可以包含金屬單質材料，也可以包含合金材料。例如，導電金屬層可以包含鎢（W）、鋁（Al）、鈦（Ti）、銅（Cu）、鉬（Mo）、鉑（Pt）、鉭（Ta）、鎳錳合金（例如NiMn
3和NiMn
5）、鎳鉻合金（例如NiCr
9）等材料。
第一電容極板150還可以包含阻擋層，阻擋層設置在導電金屬層與柵極絕緣層140之間，用於隔離導電金屬層與柵極絕緣層140，避免導電金屬層中的金屬原子擴散至柵極絕緣層140中，以及阻擋在形成導電金屬層的過程中產生的中間產物進入柵極絕緣層140中，從而增加柵極絕緣層140的缺陷。阻擋層可以包含氧化銅（CuO）、氮化銅（CuN）、氮化鈦（TiN）或氮化鉭（TaN）等等。
第二電容極板160採用金屬導體材料製成，第二電容極板160可以與第一電容極板150採用相同的材料，也可以與第一電容極板150採用不同的材料。第二電容極板160與第一電容極板150之間間隔一定的距離，並基本相平行。第一電容極板150與第二電容極板160之間具有電介質，由此，第一電容極板150、第二電容極板160以及第一電容極板150和第二電容極板160之間的電介質構成平行板電容器。第一電容極板150和第二電容極板160被施加一定的電壓時，該平行板電容器會產生相應的電場，從而影響柵極區111的載流子（空穴和電子）的分布。
第一電容極板150和第二電容極板160之間的電介質可以是空氣，也可以是其他的電介質材料。在一種實施方式中，開關元件100還包含電容介質層170，電容介質層170設置在第一電容極板150和第二電容極板160之間充當電介質，電容介質層170的兩端分別與第一電容極板150和第二電容極板160連接。電容介質層170可以為具有一定的彈性的絕緣材料，例如可以採用具有一定彈性的高分子聚合物，由此，在對第二電容極板160施加一定的外力時可以使得第一電容極板150和第二電容極板160之間的距離發生變化。具體地，在本實施例中，電容介質層170具有壓縮復原的彈性，當第二電容極板160受到指向第一電容極板150的壓力時，電容介質層170受力被壓縮，使得第一電容極板150和第二電容極板160之間的距離減小。當外力撤去時，由於電容介質層170的彈性，第一電容極板150和第二電容極板160之間的距離恢復到原來的大小。在另一種實施方式中，第一電容極板150和第二電容極板160之間以空氣為電介質，例如，可以將半導體襯底110固定在第一物體上，而將第二電容極板160固定在第二物體上，並使第一電容極板150和第二電容極板160間隔一定距離相對設置，當對第二物體施加壓力，使第二電容極板160向靠近第一電容極板150的方向運動，可以改變第一電容極板150與第二電容極板160的距離。
與第一電容極板150的導電金屬層相類似，源極120和漏極130的材料可以採用鎢（W）、鋁（Al）、鈦（Ti）、銅（Cu）、鉬（Mo）、鉑（Pt）、鉭（Ta）、鎳錳合金（例如NiMn
3和NiMn
5）、鎳鉻合金（例如NiCr
9）等導電金屬材料。在一種實施方式中，源極120和漏極130可以採用銅或銅合金等電阻率較低的金屬材料。柵極和漏極130的材料可以相同，也可以不同。
參照圖1和圖2，在部分實施例中，第一電容極板150在半導體襯底110的第一面上的投影與源極區112和漏極區113分別具有重合的區域，也即，第一電容極板150的寬度較柵極區111的寬度更大，使得柵極區111能夠與第一電容極板150的中部相對。由於帶電平板邊緣處的電場線較彎曲而靠近中部的電場基本平行，因此，使第一電容極板150與源極區112和漏極區113分別具有重合的區域可以保證柵極區111處的電場基本為平行電場，保證開關元件100能夠正常工作並提高開關元件100的靈敏度。
源極120、漏極130和第一電容極板150之間彼此絕緣。在部分實施例中，參照圖1，柵極絕緣層140部分地覆蓋源極區112和漏極區113，源極120和漏極130分別設置在源極區112和漏極區113未被柵極絕緣層140覆蓋的部分。在一種實施方式中，柵極絕緣層140從柵極區111向兩側延伸，覆蓋源極區112靠近柵極區111的一部分區域和漏極區113靠近柵極區111的一部分區域，第一電容極板150設置在柵極絕緣層140上並延伸至柵極絕緣層140的邊緣，柵極和漏極130可以分別設置在柵極絕緣層140的兩側並與第一電容極板150之間間隔一定的距離。
在部分實施例中，參照圖2，開關元件100還可以包含側牆180，側牆180為絕緣材料。側牆180設置在第一電容極板150的兩側，源極120和漏極130設置在側牆180的外側，側牆180將第一電容極板150的兩側與源極120和漏極130隔離開來，從而實現源極120與第一電容極板150以及漏極130與第一電容極板150之間的絕緣。在一種實施方式中，側牆180可以部分地覆蓋源極區112和漏極區113。
圖3是本發明實施例的一種開關元件處於斷開狀態的原理示意圖，圖4是本發明實施例的一種開關元件處於閉合狀態的原理示意圖。下面以源極區112和漏極區113的導電類型為N型、柵極區111的導電類型為P型為例，並結合圖3和圖4說明本發明實施例的開關元件100的工作原理。
在使用時，將開關元件100接入至需要設置開關的目標電路T，使將源極120和漏極130分別與目標電路T中的兩個中斷點電連接。通過驅動電路對第一電容極板150和第二電容極板160施加一個恆定電壓作為驅動電壓，使第一電容極板150攜帶一定極性、一定數量的電荷。第一電容極板150與直流電源的正極連接，第二電容極板160與直流電源的負極連接，使第一電容極板150攜帶一定數量的正電荷。根據需要，第二電容極板160可以接地，第二電容極板160接地時，第二電容極板160可視為攜帶電荷量為零。
第一電容極板150攜帶的電荷量可以通過公式q=CU計算，其中，q為第一電容極板150攜帶的電荷量，C為電容器的電容，U為第一電容極板150與第二電容極板160間的電壓。對於平行板電容器而言，電容的大小可以通過公式C=εS/d計算得出。其中，C為電容器的電容，S為極板的面積，d為兩個極板間電介質的厚度，ε為電介質的介電常數。由以上兩個公式可知，第一電容極板150攜帶的電荷量q=εUS/d。由此，在第一電容極板150和第二電容極板160的面積一定，極板間的電介質材料不變，且第一電容極板150和第二電容極板160間的電壓一定的情況下，第一電容極板150攜帶的電荷量與第一電容極板150和第二電容極板160間的距離成反比。該平行板電容器產生的電場在柵極區111處的電場強度與第一電容極板150攜帶的電荷量成正比。
該平行板電容器產生一定的電場，該電場基本垂直於半導體襯底110，排斥P型柵極區111的多子空穴而吸引少子電子。參照圖4，當第二電容極板160受到外力（例如用戶的按壓）而向靠近第一電容極板150的方向運動時，第一電容極板150和第二電容極板160間的距離減小，第一電容極板150攜帶的電荷量增大，第一電容極板150產生的電場在柵極區111處的強度也增大。當第一電容極板150和第二電容極板160的距離減小到一定的距離值時，該電場強度增大到一定的值，使得P型柵極區111中一定數量的少子電子被吸引至P型柵極區111的表面，P型柵極區111的表面形成反型層I（在圖3和圖4中，該反型層I為N型），由此導通兩側的N型的源極區112和漏極區113，進而導通目標電路T，實現開關「閉合」的效果。也即，開關元件100「閉合」時，形成一個閉合的電流迴路：目標電路T→源極120→源極區112→柵極區111表面的反型層I→漏極區113→漏極130→目標電路T。第一電容極板150和第二電容極板160之間的距離越小，則產生的電場強度越大，被吸引到P型柵極區111的表面的少子電子就越多，形成的反型層I的寬度就越大，開關元件100的電阻也就越小。
參照圖3，當用戶撤去按壓力後，在電容介質層170的彈力的作用下，或者在其他外力的作用下，第二電容極板160向遠離第一電容極板150的方向運動並回到原來的位置，第二電容極板160與第一電容極板150之間的距離增大，該平行板電容器產生的電場在柵極區111處的電場強度減小，被吸引到柵極區111表面的少子電子的數量減少，直至無法形成反型層I將源極區112和漏極區113導通，開關元件100處形成斷路。
施加到第一電容極板150和第二電容極板160的恆定電壓的具體大小根據開關元件100的具體參數（例如柵極區111摻雜離子的類型和摻雜濃度、第一電容極板150和第二電容極板160未受外力時的距離、第一電容極板150和第二電容極板160之間的電介質的介電常數等等）進行選擇，使得開關元件100在未受外力時（第二電容極板160未被按壓時），產生的電場的大小不足以使柵極區111的表面形成反型層導通源極區112和漏極區113。也即，第二電容極板160未被按壓時，開關元件100處為斷路。
本發明實施例中的開關元件100可以應用於多種使用場景中作為控制電路通斷的開關使用。可選地，本發明至少部分實施例中的開關元件100可以應用於電子設備中，作為供使用者按壓以使電子設備實現相應功能的按鈕使用。本發明實施例中的開關元件100通過改變第一電容極板150和第二電容極板160之間的距離改變由第一電容極板150和第二電容極板160組成的電容器的電容，從而實現控制相應的電路通斷。第一電容極板150和第二電容極板160之間的距離的一個較小的變化量即可使開關元件100在閉合和斷開之間切換，由此可以實現通過輕觸的方式控制開關元件100的狀態，而無需使用者按壓開關移動較大的行程，可以提升用戶的使用體驗。同時，本發明實施例中的開關元件100可以設置在電子設備的殼體的內側，通過按壓外殼使殼體產生微小的形變即可控制開關元件100，無需在外殼上開孔，有利於電子設備的一體化設計，提升防水防塵性能和外觀的整潔度。同時，與設置觸摸感應晶片檢測人手觸摸時產生的脈衝訊號控制通斷的觸摸開關相比，本發明實施例的開關元件100結構簡單，體積較小，成本較低。
圖5是本發明實施例的一種電子設備的外觀示意圖，圖6是本發明實施例的一種電子設備的內部結構示意圖，圖7是本發明實施例的開關元件在電子設備內部的安裝示意圖，圖8是本發明實施例的一種電子設備的工作電路的結構示意圖。其中，圖7是圖6中的A處局部放大示意圖。
在部分實施例中，參照圖5至圖8，電子設備包含殼體200和設置在殼體200內的工作電路，工作電路包含電源管理電路300、驅動電路400和本發明至少部分實施例中的開關元件100。電源管理電路300與電子設備的內置電源或與電子設置外部的電源電連接，用於管理電源500的輸入及/或輸出狀態。開關元件100的源極120和漏極130分別與電源管理電路300電連接，電源管理電路300根據開關元件100的通斷狀態控制電源500的輸入及/或輸出狀態。驅動電路400與開關元件100中的第一電容極板150和第二電容極板160電連接，對第一電容極板150和第二電容極板160施加一定的電壓，以使開關元件100能夠被觸發而正常工作。第二電容極板160與殼體200的內壁連接，當用戶按壓殼體200上的相應區域時，殼體200產生形變，使第二電容極板160與第一電容極板150之間的距離縮小，使開關元件100處的電路被導通，從而使電源管理電路300的第一接入端310和第二接入端320被導通。由此，殼體200處不需要設置供開關元件100露出的孔，殼體200可以保持較高的完整性。
在本發明中，電源的輸入狀態包含下列中的一項或多項：電源是否接收電能的輸入、電源採用何種方式接收電能的輸入、包含多個電源時確定哪一部分電源接收電能的輸入，或者其他與電源的輸入相關的狀態。電源的輸出狀態包含下列中的一項或多項：電源是否進行電能的輸出，電源的輸出功率，電源的輸出方式，電源的電能在電子設備中的各個其他用電部件中的分配方式，包含多個電源時確定哪一部分電源進行電能的輸出，以及其他與電源的輸出相關的狀態。
參照圖8，電源管理電路300包含第一接入端310和第二接入端320，第一接入端310和第二接入端320之間形成開路，開關元件100接入至第一接入端310和第二接入端320之間。具體地，源極120與第一接入端310連接，漏極130與第二接入端320連接。
電子設備可以包含電源500，電源500設置在殼體200內，電源管理電路300和驅動電路400電連接。驅動電路400始終保持通路並對第一電容極板150和第二電容極板160施加恆定電壓，以使開關元件100始終保持工作狀態而能夠被觸發。該電源500可以為可充電電池，電子設備還設置連接器、無線電能接收電路等與該電源500電連接，以接收外部的電能為該電源500充電。
電子設備也可以不設置電源500，而是通過電纜等電連接件與外部電源連接，通過外部電源為電子設備的工作提供電能。當電子設備與外部電源連接並從外部電源獲得電能時，驅動電路400被導通，使開關元件100處於工作狀態而能夠被按壓觸發。
驅動電路400可以包含線性穩壓器，以保證對第一電容極板150和第二電容極板160施加穩定的電壓。當電源500的輸出電壓較低時，該線性穩壓器可以採用低壓差現行線性穩壓器，以保證驅動電路400能夠正常工作。驅動電路400對第一電容極板150和第二電容極板160施加的電壓大小根據開關元件100的參數進行選擇，以使殼體200未受到擠壓時，第一電容極板150和第二電容極板160產生的電場不足以在柵極區111的表面產生反型層而導通源極區112和漏極區113；同時，在殼體200受到一定的擠壓力時，第一電容極板150和第二電容極板160產生的電場強度足以使開關元件100被導通。
在部分實施例中，電子設備還包含接地件（圖中未示出），第二電容極板160與接地件連接，使第二電容極板160接地，可以降低靜電對電子設備的工作產生的不良影響，同時提高了安全性。
在部分實施例中，該電子設備可以作為充電盒實現，充電盒用於對待充電產品充電。該待充電產品可以是各種可充電的產品，例如耳機、電池、電子手錶、電動牙刷等等。例如，參照圖5至圖7，該電子設備可以是耳機充電盒，該待充電產品為耳機。殼體200包含盒體210和盒蓋220，盒體210包含頂壁211、底壁212和連接頂壁211和底壁212的側壁213，頂壁211和底壁212相對設置，頂壁211、底壁212和側壁213相連接圍繞形成一個中空的腔體214。在部分實施例中，側壁213和底壁212可以一體形成，可以提高盒體210的密封性/工作電路可以全部設置在該腔體214內，也可以將一部分設置在腔體214內而另一部分設置在盒蓋220內。在一種實施方式中，電源500、電源管理電路300、驅動電路400和開關元件100均設置在該腔體214內。
圖9是本發明實施例的一種電子設備的盒蓋打開時的示意圖。
參照圖6和圖9，頂壁211的外表面具有容置槽211a，用於容置待充電產品，容置槽211a的形狀與待充電產品的形狀相匹配，以對待充電產品進行定位，避免待充電產品在容置槽211a中晃動。盒蓋220與該容置槽211a相對設置，且盒體210與盒蓋220之間可相對活動，使得盒蓋220能夠關上對容置槽211a進行封閉和打開以露出容置槽211a，例如盒蓋220可以與盒體210鉸接（如圖9所示）或者與盒體210可完全分離。盒蓋220的形狀與盒體210的頂壁211形狀相匹配，以使盒蓋220關上後能夠對容置槽211a進行良好的密封，以實現對容置槽211a中的待充電產品的保護作用。
該充電盒可以通過有及/或無線的方式實現向待充電產品的電能傳輸。在一種實施方式中，該電子設備還包含輸出端子，輸出端子與電源500電連接，輸出端子的一端可以設置在容置槽211a中，當待充電產品放置在容置槽211a中時，待充電產品上的充電觸點可以與該輸出端子電連接。在另一種實施方式中，待充電產品具有無線電能接收電路，該電子設備包含無線電能輸出電路，當待充電產品放置在容置槽211a中時，無線電能輸出電路能夠與待充電產品中的無線電能接收電路耦合，以無線的方式進行電能的傳輸。
參照圖6和圖7，電源管理電路300和驅動電路400的部分或全部可以集成在印刷電路板600上，該印刷電路板600固定在盒體210的腔體214內。開關元件100的半導體襯底110具有與第一面相對的第二面，半導體襯底110的第二面可以固定在該印刷電路板600與側壁213相對的一面。第二電容極板160固定在側壁213的內壁上並與第一電容極板150正對，例如，第二電容極板160可以通過黏接、焊接等方式與側壁213的內壁連接。盒體210的側壁213由絕緣材料製成，並具有一定的彈性。當用戶按壓側壁213上與第二電容極板160相應的區域時，側壁213產生形變，使第二電容極板160與第一電容極板150之間的距離縮小，從而使開關元件100「閉合」，電源管理電路300中的第一接入端310和第二接入端320被導通。當用戶的手離開側壁213時，側壁213恢復原來的形狀，使第二電容極板160與第一電容極板150之間的距離恢復至原來的狀態，從而使開關元件100「斷開」。在一種實施方式中，電源管理電路300可以根據開關元件100的通斷狀態控制電源500對該待充電產品的電能輸出狀態。例如，使用者按壓側壁213使開關元件100「閉合」，電源管理電路300可以響應於接收到開關元件100的閉合訊號，使電源500向待充電產品傳輸電能。在一種實施方式中，電源管理電路300還可以根據使用者在預定的時間範圍內按壓開關元件100的次數來對電源500的輸入及/或輸出狀態進行相應的管理。例如，電源管理電路300響應於在一定的時間範圍內（例如2秒）接收到一次開關元件100的閉合訊號，控制電源500以第一方式（例如一個較大的功率）輸出電能；而電源管理電路300響應於在一定的時間範圍內（例如2秒）接收到兩次開關元件100的閉合訊號，控制電源500以第一方式（例如一個較小的功率）輸出電能。
電子設備通過應用本發明至少部分實施例中的開關元件，可以使得電子設備的殼體無需預留供開關元件露出的孔，可以提升電子設備外觀的完整度，有利於電子設備的防水防塵，提高了開關元件的可靠性，並方便用戶操作。同時，開關元件的結構簡單，可以使電子設備的結構更加緊湊，有利於電子設備的小型化。
以上所述僅為本發明的理想實施例，並不用於限制本發明，對於所屬技術領域中具有通常知識者而言，本發明可以有各種改動和變化。凡在本發明的精神和原理之內所作的任何修改、均等替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
本發明實施例提供的開關元件和電子設備，開關元件的行程較短，不需要露出設備表面設置，可以提升電子設備外觀的完整度，有利於電子設備的防水防塵，同時開關元件的結構簡單，體積較小，並方便用戶操作。
T:目標電路
I:反型層
100:開關元件
110:半導體襯底
111:柵極區
112:源極區
113:漏極區
120:源極
130:漏極
140:柵極絕緣層
150:第一電容極板
160:第二電容極板
170:電容介質層
180:側牆
200:殼體
210:盒體
211:頂壁
211a:容置槽
212:底壁
213:側壁
214:腔體
220:盒蓋
300:電源管理電路
310:第一接入端
320:第二接入端
400:驅動電路
500:電源
600:印刷電路板
〔圖1〕本實施例提供的一種開關元件的結構示意圖。
〔圖2〕本實施例提供的另一種開關元件的結構示意圖。
〔圖3〕本實施例提供的一種開關元件處於斷開狀態的原理示意圖。
〔圖4〕本實施例提供的一種開關元件處於閉合狀態的原理示意圖。
〔圖5〕本實施例提供的一種電子設備的外觀示意圖。
〔圖6〕本實施例提供的一種電子設備的內部結構示意圖。
〔圖7〕本實施例提供的開關元件在電子設備內部的安裝示意圖。
〔圖8〕本實施例提供的一種電子設備的工作電路的結構示意圖。
〔圖9〕本實施例提供的一種電子設備的盒蓋打開時的示意圖。
100:開關元件
110:半導體襯底
111:柵極區
112:源極區
113:漏極區
120:源極
130:漏極
140:柵極絕緣層
150:第一電容極板
160:第二電容極板
170:電容介質層
Claims (6)
- 一種電子設備，其特徵係包含殼體(200)以及設置在該殼體(200)內的工作電路，該工作電路包含：開關元件(100)；電源管理電路(300)，與該開關元件(100)電連接，該電源管理電路(300)被配置為根據該開關元件(100)的通斷狀態控制電源(500)的輸入及/或輸出狀態；以及驅動電路(400)；其中，該開關元件(100)包含：半導體襯底(110)，具有相對的第一面以及第二面，該半導體襯底(110)的第一面具有柵極區(111)以及分別設置在該柵極區(111)兩側的源極區(112)和漏極區(113)，該源極區(112)、該漏極區(113)與該柵極區(111)摻有雜質元素，該源極區(112)和該漏極區(113)的導電類型與該柵極區(111)的導電類型不同；源極(120)，設置在該源極區(112)，該源極(120)與該電源管理電路(300)電連接；漏極(130)，設置在該漏極區(113)，該漏極(130)與該電源管理電路(300)電連接；柵極絕緣層(140)，設置在該柵極區(111)上；第一電容極板(150)，設置在該柵極絕緣層(140)上；以及第二電容極板(160)，與該第一電容極板(150)平行相對設置，該第二電容極板(160)與該殼體(200)的內壁連接，該第二電容極板(160)被配置為 被施加按壓力時與該第一電容極板(150)之間的距離減小，其中，該第一電容極板(150)和二電容極板(160)的距離減小到預定的距離值時，該柵極區(111)導通該源極區(112)和該漏極區(113)；其中，該驅動電路(400)與該第一電容極板(150)和該第二電容極板(160)電連接以對該第一電容極板(150)和該第二電容極板(160)施加電壓；該殼體(200)包含盒體(210)，該盒體(210)包含頂壁(211)、底壁(212)和連接該頂壁(211)和該底壁(212)的側壁(213)，該頂壁(211)、該底壁(212)和該側壁(213)連接形成腔體(214)，該開關元件(100)設置在該腔體(214)內，該側壁(213)具有彈性；該電源管理電路(300)和該驅動電路(400)部分或全部集成在一印刷電路板(600)，該印刷電路板(600)固定在該腔體(214)內，該半導體襯底(110)的第二面固定在該印刷電路板(600)與該側壁(213)相對的一面，該第二電容極板(160)固定在該側壁(213)的內壁並與該第一電容極板(150)正對。
- 如請求項1所述之電子設備，其中，該源極區(112)和該漏極區(113)的導電類型為N型，該柵極區(111)的導電類型為P型，該驅動電路(400)被配置為使該第一電容極板(150)與該電源(500)的正極電連接。
- 如請求項1所述之電子設備，其中，該開關元件(100)還包含：電容介質層(170)，設置在該第一電容極板(150)和該第二電容極板(160)之間。
- 如請求項1所述之電子設備，其中，該柵極絕緣層(140)還部分地覆蓋該源極區(112)和該漏極區(113)，該第一電容極板(150)在該半導體襯底(110)的第一面的投影與該源極區(112)和該漏極區(113)具有 重合的區域。
- 如請求項1所述之電子設備，其中，該電子設備還包含：電源(500)，設置在該殼體(200)內，該電源(500)與該電源管理電路(300)和該驅動電路(400)電連接。
- 如請求項1所述之電子設備，其中，該電子設備為充電盒，用於為待充電產品充電；該殼體(200)包含盒蓋(220)，該頂壁(211)的外表面具有容置槽(211a)，該容置槽(211a)用於容置該待充電產品，該盒蓋(220)與該容置槽(211a)相對；該電源管理電路(300)被配置為根據該開關元件(100)的通斷狀態控制該電源(500)對該待充電產品輸出電能。
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