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公開番号2022138120
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-09-22
出願番号2022019486
出願日2022-02-10
発明の名称薄膜電子部品を使用するスケーラブルな高電圧制御回路
出願人パロ アルト リサーチ センター インコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01L 29/786 20060101AFI20220914BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】スケーラブルな高電圧制御回路を提供する。
【解決手段】高電圧スイッチングデバイス100は、光スイッチ110A~110Jと、各光スイッチに接続された第1のトランジスタ120A~120Jと、各光スイッチ及び各トランジスタに接続された第2のトランジスタ140A~140Jと、を有する第1の段を含む。本デバイスはまた、第2の光スイッチを有する第2の段と、第2のトランジスタ及び第2の光スイッチに接続された第3のトランジスタと、第2のトランジスタ、第2の光スイッチ、及び第3のトランジスタに接続された第4のトランジスタと、を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
デバイスであって、
第1の段であって、
第1の光スイッチと、
前記第1の光スイッチに接続された第1のトランジスタと、
前記第1の光スイッチ及び前記第1のトランジスタに接続された第2のトランジスタと、を備える、第1の段と、
第2の段であって、
第2の光スイッチと、
前記第2のトランジスタ及び前記第2の光スイッチに接続された第3のトランジスタと、
前記第2のトランジスタ、前記第2の光スイッチ、及び前記第3のトランジスタに接続された第4のトランジスタと、を備える、第2の段と、を備える、デバイス。
続きを表示(約 2,000 文字)【請求項2】
前記第1の光スイッチが、2つの端子接点を有する半導体を備え、前記半導体が、水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)を含み、前記端子接点が、前記半導体に対するショットキバリアを形成する、請求項1に記載のデバイス。
【請求項3】
前記第1の光スイッチが、2つの端子接点を有する半導体を備え、前記半導体が、有機材料、金属酸化物、又はそれらの組み合わせを含む、請求項1に記載のデバイス。
【請求項4】
前記第2のトランジスタが、ソースと、ゲートと、ドレインと、を備え、前記第2のトランジスタの前記ゲートが、前記第1の光スイッチによって制御される、請求項1に記載のデバイス。
【請求項5】
前記第2のトランジスタが、
前記ゲートと前記ドレインとの間に非ゲートチャネル領域を有する薄膜トランジスタ(TFT)と、
前記ゲートと前記ドレインとの間の1つ以上のフィールドプレートと、を備える、請求項4に記載のデバイス。
【請求項6】
前記第1及び第2の光スイッチ並びに前記第2及び第4のトランジスタが、前記デバイスの動作電圧範囲を拡大するために直列にカスケード接続される、請求項1に記載のデバイス。
【請求項7】
前記第1のトランジスタが、前記第2のトランジスタよりも長く、かつ狭く、前記第1のトランジスタが、約0.1~約0.01のW/L比を有し、前記第2のトランジスタが、前記第1のトランジスタよりも高い電圧で動作するように構成されている、請求項1に記載のデバイス。
【請求項8】
前記デバイスが、
ゲート誘電体層と、
前記ゲート誘電体層上に位置付けられたレベル間誘電体(ILD)層と、を更に備え、
前記第2のトランジスタが、
ソースと、
ゲートと、
ドレインと、
第1のフィールドプレートであって、前記ゲート及び前記第1のフィールドプレートが、前記ゲート誘電体層内に少なくとも部分的に位置付けられ、前記ゲート及び前記第1のフィールドプレートが、それらの間の非ゲートチャネルによって分離される、第1のフィールドプレートと、
前記ILD層内に、かつ前記ソースと前記ドレインとの間に少なくとも部分的に位置付けられたチャネルであって、水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)を含む、チャネルと、
前記ILD層内に、かつ前記ソースと前記ドレインとの間に少なくとも部分的に位置付けられた窒化物層であって、前記チャネル上に少なくとも部分的に位置付けられる、窒化物層と、を備える、請求項1に記載のデバイス。
【請求項9】
前記第1の光スイッチが、
前記ゲート誘電体層内に位置付けられた第2のフィールドプレートと、
ILD層内に少なくとも部分的に位置付けられたn+ドープされたa-Si:H層であって、互いに分離されている第1の部分、第2の部分、及び第3の部分を備える、n+ドープされたa-Si:H層と、
前記ILD層内に少なくとも部分的に位置付けられた金属層であって、前記金属層が、
前記n+ドープされたa-Si:H層の前記第1の部分に少なくとも部分的に位置付けられる第1の部分と、
前記n+ドープされたa-Si:H層の前記第2の部分に少なくとも部分的に位置付けられる第2の部分と、
前記n+ドープされたa-Si:H層の前記第3の部分に少なくとも部分的に位置付けられる第3の部分と、
前記第2のフィールドプレート上に少なくとも部分的に、前記n+ドープされたa-Si:H層の前記第2及び第3の部分の間に少なくとも部分的に、かつ前記金属層の前記第2及び第3の部分の間に少なくとも部分的に位置付けられる第4の部分と、を備える、金属層と、を備える、請求項8に記載のデバイス。
【請求項10】
前記第1の光スイッチが、
前記ILD層内に少なくとも部分的に位置付けられた金属層であって、前記金属層が、第1の部分及び第2の部分を備え、前記金属層の前記第1及び第2の部分が、段付きプロファイルを有する、金属層と、
前記ILD層内に、かつ前記金属層の前記第1及び第2の部分の間に少なくとも部分的に位置付けられた第2のチャネルであって、a-Si:Hを含む、第2のチャネルと、
前記ILD層内に少なくとも部分的に、前記金属層の前記第1及び第2の部分の間に少なくとも部分的に、かつ前記第2のチャネル上に少なくとも部分的に位置付けられた第2の窒化物層と、を備える、請求項8に記載のデバイス。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本教示は、概して、微小電気機械システム(microelectromechanical system、MEMS)関するものであり、より具体的には、MEMSアクチュエータを駆動するための高電圧スイッチングデバイスに関する。
続きを表示(約 2,800 文字)【背景技術】
【0002】
MEMSは、小さい(例えば、顕微鏡的な)システム、特に可動部分を有するものである。MEMSは、1~100マイクロメートル(μm)のサイズの構成要素から作製され、MEMSは、一般に、20マイクロメートル~1ミリメートル(mm)のサイズの範囲である。MEMSは、通常、データを処理する中央ユニット(例えば、マイクロプロセッサ)と、環境(例えば、マイクロセンサ)と相互作用するいくつかの構成要素と、を含む。MEMSの大きい表面積対容積比のため、周囲の電磁気(例えば、静電荷及び磁気モーメント)及び流体力学(例えば、表面張力及び粘度)によって生成される力は、より大規模な機械デバイスによるものよりも重要な設計上の考慮事項である。
【0003】
MEMSは、典型的には、静電作動、圧電作動、又は熱作動を使用する。静電作動は、電磁作動及び熱作動よりも良好により小さいサイズにスケールダウンされる。しかしながら、静電作動は、典型的には、十分な出力を発生させるために、電磁作動及び熱作動よりも高い電圧(例えば、数kV)に依存する。同程度のサイズ及び重量のアクチュエータを有する微小電子部品においてそのような高電圧を発生させること及び制御することはどちらも困難である。
【発明の概要】
【0004】
以下は、本教示の1つ以上の実施形態のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、簡略化された概要を提示する。この概要は、広範な概略ではなく、本教示の主要又は重要な要素を特定することも、本開示の範囲を明示することも意図していない。むしろ、その主な目的は、単に、後に提示される詳細な説明の前置きとして、1つ以上の概念を簡略化された形式で提示するだけである。
【0005】
デバイスが開示される。本デバイスは、第1の光スイッチを有する第1の段と、第1の光スイッチに接続された第1のトランジスタと、第1の光スイッチ及び第1のトランジスタに接続された第2のトランジスタと、を含む。本デバイスはまた、第2の光スイッチを有する第2の段と、第2のトランジスタ及び第2の光スイッチに接続された第3のトランジスタと、第2のトランジスタ、第2の光スイッチ、及び第3のトランジスタに接続された第4のトランジスタと、を含む。
【0006】
アクチュエータを駆動するためのスイッチングデバイスが開示される。スイッチングデバイスは、第1の段を含む。第1の段は、第1のフォトダイオードを含む。第1の段はまた、ソースと、ゲートと、ドレインと、を有する、第1のトランジスタも含む。第1のトランジスタのソース及びゲートは、互いに接続され、第1のトランジスタのドレインは、第1のフォトダイオードに接続される。第1の段はまた、ソースと、ゲートと、ドレインと、を有する、第2のトランジスタも含む。第2のトランジスタのソースは、第1のトランジスタのソース及びゲートに接続される。第2のトランジスタのゲートは、第1のフォトダイオード及び第1のトランジスタのドレインに接続される。第2のトランジスタのドレインは、第1のフォトダイオードに接続される。スイッチングデバイスはまた、第2の段も含む。第2の段は、第2のフォトダイオードを含む。第2の段はまた、ソースと、ゲートと、ドレインと、を有する、第3のトランジスタも含む。第3のトランジスタのソース及びゲートは、互いに、かつ第2のトランジスタのドレインに接続され、第3のトランジスタのドレインは、第2のフォトダイオードに接続される。第2の段はまた、ソースと、ゲートと、ドレインと、を有する、第4のトランジスタも含む。第4のトランジスタのソースは、第2のトランジスタのドレインに、かつ第3のトランジスタのソース及びゲートに接続される。第4のトランジスタのゲートは、第2のフォトダイオード及び第3のトランジスタのドレインに接続される。第4のトランジスタのドレインは、第2のフォトダイオードに接続される。
【0007】
微小電気機械システム(MEMS)アクチュエータを駆動するための高電圧スイッチングデバイスが開示される。スイッチングデバイスは、第1の段を含む。第1の段は、第1の端子接点及び第2の端子接点を備える半導体を有する第1のフォトダイオードを含む。半導体は、水素化アモルファスシリコン(hydrogenated amorphous silicon、a-Si:H)を含む。第1及び第2の端子接点は、半導体に対するショットキバリアを形成する。第1の段はまた、ソースと、ゲートと、ドレインと、を有する、第1のトランジスタも含む。第1のトランジスタのソース及びゲートは、互いに接続される。第1のトランジスタのドレインは、第1のフォトダイオードの第1の端子接触に接続される。第1のトランジスタは、約0.01~約0.1のW/L比を有する。第1の段はまた、ソースと、ゲートと、ドレインと、を有する、第2のトランジスタも含む。第2のトランジスタのソースは、第1のトランジスタのソース及びゲートに接続される。第2のトランジスタのゲートは、第1のフォトダイオードの第1の端子接点及び第1のトランジスタのドレインに接続される。第2のトランジスタのドレインは、第1のフォトダイオードの第2の端子接点に接続される。スイッチングデバイスはまた、第2の段も含む。第2の段は、第2のフォトダイオードを含む。第2の段はまた、ソースと、ゲートと、ドレインと、を有する、第3のトランジスタも含む。第3のトランジスタのソース及びゲートは、互いに、かつ第2のトランジスタのドレインに接続される。第3のトランジスタのドレインは、第2のフォトダイオードに接続される。第2の段はまた、ソースと、ゲートと、ドレインと、を有する、第4のトランジスタも含む。第4のトランジスタのソースは、第2のトランジスタのドレインに、かつ第3のトランジスタのソース及びゲートに接続される。第4のトランジスタのゲートは、第2のフォトダイオード及び第3のトランジスタのドレインに接続される。第4のトランジスタのドレインは、第2のフォトダイオードに接続される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本教示の実施形態を示し、本明細書と共に本開示の原理を説明する役割を果たす。
【0009】
一実施形態による、MEMSアクチュエータを駆動するための高電圧スイッチングデバイスの概略図を表す。
【0010】
一実施形態による、図1の一部分の拡大図を表す。
(【0011】以降は省略されています)

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