专利名称：使用突变金属-绝缘体转变装置保护电和/或电子系统的电路以及包括该电路的电和/或 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于保护电和/或电子系统的电路，且更务体而言涉及保护包 括在电和/或电子系统中的电子元件不受外界高电压高频噪声信号或静电影 响的电路.
背景技术：
影响电子元件的噪声通过电力线和信号线流入，该电力线向电和电子系 统提供功率，信号线接收电信号并将其输出到电和电子系统.因此，电和/ 或电子系统保护电路安装在电力线和内部电子元件之间或信号线和内部电 子元件之间.电和/或电子系统保护电路如此重要，使得几乎所有电子产品都 需要电和/或电子系统保护电路.
通过电力线或信号线到达的低电压噪声信号通常被包括在电和/或电子 系统保护电路中的噪声信号消除滤波器阻隔.另一方面，已知高电压功率噪
声被变阻器消除，该变阻器是由ZnO形成的半导体电阻元件.当高电压或 大电流施加到该变阻器时，变阻器的电特性变化.换言之，当来自变阻器的 电压降高或在变阻器中流动的电流大时，产生高热.变阻器的电特性4)L该热 改变，使得变阻器转变为低电阻器.具有电阻值^^接收的信号的电压值变 化的电阻器特性的变阻器可以减小接收的电涌(su屯e)噪声信号.
当电和/或电子系统安装在存在马达的位置或存在静电或高电压电磁波 的位置时，不能排除具有高于額定标准电压的高电压的高频噪声通过电和/ 或电子系统的电力线和/成信号线接收的可能性.变阻器在阻隔具有高电压的 低频噪声信号方面非常好，但在阻隔高电压高频噪声信号方面不良.it^由 于变阻器的物理特性导致的.
然而，破坏大部分电和/或电子系统或它们的内部电子元件的是具有几百 万赫兹(MHz)以上的高电压高频噪声或瞬间高电压，例如静电.
为了防止电子元件被不期望的信号影响，例如高电压高频噪声信号和静
电，已经提出了恒定电压保护设备，例如反相电涌滤波器(inverter surge filter)。该反相电涌滤波器可以通过适当结合低通滤波器与高通滤波器而制 造。每个低通滤波器和高通滤波器可以由电阻器、电感器和电容器构成。然 而，形成这样具有预定电特性的反相电涌滤波器不简单，且需要高成本来形 成。此外，虽然反相电涌雍波器安装在电和/或电子系统中，如果引入的噪声 信号具有高频率和高电厚，电和/或电子系统的安全性不能100%的保证。
具有高电压和高频成分的噪声信号可能停止安装在电和/或电子系统内 的微处理器的操作。通过使用一直监控微处理器操作装置的监控器(watch dog)，微处理器操作的中断可能不会发生。然而，使用这样的监控器需要高 成^，无论是通过软件还是硬件来实现监控。
如上所述，常规的保护电路不能保护内部电子元件不受接收的高电压高 频噪声信号的影响，且需要高成本来实现保护
发明内容
技术问题
本发明提供了保护电和/或电子系统的电路和方法，当具有高电压(其是 大于额定标准电压的电压)的高频噪声通过电力线或信号线流入该电和/或电 子系统时，可以有效地消除噪声。这里，噪声代表能够引起电和/或电子系统 混乱同时具有大于额定标准电压的电压的任何噪声。噪声的例子包括雷电、 高压放电等。
技术方案
根据本发明的方面，'提供了 一种电和/或电子系统保护电路，包括并联连 接到电和/或电子系统的突变金属-绝缘体转变(MIT)装置，以避免受噪声钐响。
该突变金属-绝缘体转变装置的电特性根据噪声的电压水平而突然变 化。即，该突变金属-绝缘体转变装置在低于预定极限电压时具有绝缘体特 性，并在处于或高于所述极限电压时具有金属特性。
该突变金属-绝缘4转变装置并联连接到功率电压源或信号源，该功率 电压源向电和/或电子系统提供功率电压，该信号源将该信号提供到该电和/ 或电子系统。该突变金属-绝缘体转变装置通过^f呆护电阻器连接到功率电压 源或信号源，该保护电阻器保护突变金属-绝缘体转变装置。该电和/或电子
系统保护电路还包括并联连接到功率电压源或信号源的功率电压加强电容 器。
根据本发明的另一方面，提供了一种电和/或电子系统保护电路，包括并 联连接到所述电和/或电子系统的突变金属-绝缘体转变装置以避免噪声，并 包括含低浓度空穴的突卑金属-绝缘体转变薄膜以及接触所述突变金属-绝缘体转变薄膜的第一电极薄膜和第二电极薄膜。
根据转变薄膜、第一电极薄膜和第二电极薄膜的位置，该突变MIT装 置可以具有堆叠结构或平面型结构。该突变金属-绝缘体转变薄膜可以由选 自添加低浓度空穴的无机半导体、添加低浓度空穴的无机绝缘体、添加低浓 度空穴的有机半导体、添加低浓度空穴的有机绝缘体、添加低浓度空穴的半 导体，添加低浓度空穴的氧化物半导体和添加低浓度空穴的氧化物绝缘体的 组中的至少一种材料形成，其中上述材料每个均包括氧、碳、半导体元素(即 III-V族和II-IV族)、过渡金属元素、稀土元素和镧基元素中至少之一。
每个第一和第二电极薄膜由选自W、 Mo、 W/Au、 Mo/Au、 Cr/Au、 Ti/W、 Ti/Al/N、 Ni/Cr、 Al/Au、 Pt、 Cr/Mo/Au、 YB2Cu307_d、 Ni/Au、 Ni/Mo、 Ni/Mo/Au、 Ni/Mo/Ag、 Ni/Mo/Al、 Ni/W、 Ni/W/Au、 Ni/W/Ag和Ni/W/Al的组中的至少 一种材料形成。
根据本发明的另一方面，提供了一种电和/或电子系统，该系统包括避免 受噪声影响的负载电和电子系统；和电和/或电子系统保护电路，该电和/或 电子系统保护电路包括并联连接到所述负载电和/或电子系统的突变金属-绝缘体转变(MIT)装置。
该电和或/电子系统寸以包括向所述负载电和/或电子系统提供功率电压 的功率电压源，或者向负载电和/或电子系统提供信号的信号源。该电和/或 电子系统保护电路还可以包括至少一个并联连接到前述突变MIT装置的突 变M1T装置。
为了获得对本发明的充分理解、其优点和通过实施本发明实现的目标， 参考用于示出本发明优选实施例的附图。 有益效果
根据本发明的电和/或电子系统保护电路使用突变MIT装置将施加大于 额定标准电压的电压时产生的大部分噪声电流向该突变MIT装置分流，因 此保护电和/或电子系统。该电和/或电子系统保护电路可以应用于所有类型
电子装置、电子元件、电.和电子系统、以及保护高电压电系统的噪声滤波器。
此外，突变MIT装置非常简单和低价格，且能够容易制作。因此，使 用突变MIT装置的电和/电子系统保护电路也能够低成本的制作。
结合附图对示范性实施例的更详细的描述，本发明的上述和其他特点和
优点将变得更为明显，在附图中
图1是示出突变金属-绝缘体转变(MIT)装置的电流-电压曲线的图2是具有堆叠结构的突变MIT装置的垂直截面图3是具有平面型结构的突变MIT装置的垂直截面图4是示出突变平面型]^1丁装置的电流-电压曲线的图，其中突变MIT
膜由添加了低浓度空穴的p型GaAs薄膜形成；
图5是在未施加电压'的图4的情况A下，对于突变MIT装置的微X射
线衍射图案的图像；
图6是在图4所示的突变MIT之后施加箭头B所示的电压时，对于突
变M1T装置的微X射线衍射图案的图像；
图7是包括根据本发明实施例的电和/或电子系统保护电路的电路图； 图8是包括根据本发明另一实施例的电和/或电子系统保护电路的电路
图9是包括根据本发明另一实施例的电和/或电子系统保护电路的电路
图io是包括根据本发明另一实施例的电和/或电子系统保护电路的电路
图11是示出当不存在等效负载电阻器时在发生突变MIT之前图10的 电路中功率电压与保护老阻器的电压降之间的关系的图12是示出当不存在等效负载电阻器时在发生突变MIT之后图10的 电路中功率电压与保护电阻器的电压降之间的关系的图13是示出当包括10kQ电阻的等效负栽电阻器时在发生突变M1T之 前图IO的电路中功率电压与保护电阻器的电压降之间的关系的图14是示出当包括10kQ电阻的等效负载电阻器时在发生突变MIT之 后图IO的电路中功率电压与保护电阻器的电压降之间的关系的图；以及
图15是示出当图10的电路中不包括保护电阻器且图IO的电路中存在 等效负载电阻器时获得的电流-电压曲线的图，以及当图IO的电路中不包 括保护电阻器且图10的电路中不存在等效负载电阻器时获得的电流-电压 曲线的图。
具体实施例方式
现在将参考附图更详细地描述本发明，在附图中示出了本发明的示范性 实施例。然而，本发明可以实施为许多不同形式且不应理解为局限于这里给 出的实施例，而是提供这些实施例使得^&开充分和完整，并向本领域技术 人员充分传达本申请的概念。在附图中，为了清楚而夸大了层和区域的厚度。 为了便于理解，当可能时使用相同的附图标记来指代图中共有的相同元件。
本发明提出 一种电和/或电子系统保护电路，其通过使用电特性根据接收 的信号的电压水平突然变化的新的媒介来从电和/或电子系统除去静电或高 电压高频噪声。该新的媒介被称为金属-绝缘体转变(MIT)装置。
图1是示出突变MIT装置的电流-电压曲线的图。图1的突变MIT装 置包括由氧化钒形成的突变MIT薄膜(此后称为转变薄膜)。'该突变Ml丁装 置的结构在图2和3中示出。在图1中，在x轴上以V为单位表示的电压代 表在突变MIT装置两端的电压降，且在y轴上以mA (毫安培)为单元表示 的电流代表通过该突变MIT装置的电流。
参考图1,突变MIT装置具有绝缘体特性，其中在0V和约5.5V的电压 降之间的电流很小。当电压降约为5.5V或以上时，电流不连续地跳跃，因 为突变MIT装置的电特性从绝缘体转变为金属性材料。从图1的电压-电 流曲线可以知道突变MIT装置的电阻。
在一些论文中描述了突变MIT装置的电特性向金属性材料的转变导致 电流的不连续跳跃，即 New J. Physics 6 (2004) 52; http〃xxx.lanl.gov/abs/con-mat/041328;和Appl. Phys. Lett. 86 (2005) 242101， 和本发明的发明人的美国专利第6,624,463号。
突变M1T装置的电特性从绝缘体转变为金属性材料处的电压被定义为 极限电压。根据此定义，图1的突变MIT装置的极限电压约为5.5V。极限 电压可以才艮据突变MIT装置的元件的结构以及用于形成该元件的材料的电 特性而变化。
根据转变薄膜、第一电极薄膜和第二电极薄膜的位置，本发明中使用的突变MIT装置可以具有堆叠(或垂直)结构或平面型结构。图2是具有堆叠结构的突变MT装置的垂直截面图。参考图2，具有堆 叠结构的突变MIT装置包括基板910、形成在J^L910上的緩冲层920、和 依次形成在緩冲层920上的第一电极薄膜930、转变薄膜940和第二电极薄 膜950。緩冲层920緩沖M 910与第一电极薄膜930之间的晶格失配。当基板 910与第一电极薄膜930之间的晶格失配非常小时，第一电极薄膜930可以 直接形成在基板910上而没有緩冲层920。緩冲层920可以包括SiC)2或Si3N4腹.，第一和第二电极薄膜930和950每个均由选自W、 Mo、 W/Au、 Mo/Au、 Cr/Au、 Ti/W、 Ti/Al/N、 Ni/Cr、 Al/Au、 Pt、 Cr/Mo/Au、 YB2Cu307_d、 Ni/Au、 Ni/Mo、 Ni/Mo/Au、 Ni/Mo/Ag、 Ni/Mo/Al、 Ni/W、 Ni/W/Au、 Ni/W/Ag和 Ni/W/Al的组中的至少一种材料形成。基板910由选自Si、Si02、GaAs、Al203、 塑料、玻璃、V205、 PrBa2Cu307、 YBa2Cu307、 MgO、 SrTi03、掺杂Nb的 SrTi()3和绝缘体上硅(SOI)的组中的至少一种材料形成。图3是具有平面型结构的突变MIT装置的垂直截面图。参考图3，具有 平面型结构的突变MIT装置包括基板1100、形成在基板1100上的緩沖层 1200、形成在緩沖层1200的上表面的一部分上的转变薄膜1300、以及形成 在緩沖层1200的暴露部分上以及转变薄膜1300的侧面和上表面上从而彼此 面对的第一电极薄膜1400和第二电极薄膜1500。换言之，第一电极薄膜1400 和第二电极薄膜1500被形成在其间的转变薄膜1300彼此分离。緩冲层1200緩沖转'变薄膜1300与基板1100之间的晶格失配。当基板 1100与转变薄膜1300之'间的晶格失配非常小时，可以直接在基板1100上形 成转变薄膜1300而没有绫沖层1200。当然，緩沖层1200、第一和第二电极薄膜1400和1500以及基板1100 可由緩冲层920、第一和第二电极薄膜930和950以;S^敗910的材料形成。虽然突变MIT装置的电导率突然变化，转变薄膜940和1300结构不变。现将描述根据转变薄膜1300材料的平面型突变MIT装置的电流-电压 特性。图4是示出转变薄膜由添加低浓度空穴的p型GaAs薄膜形成的平面型 突变MIT装置的电流-电压曲线图。参考图4，在平面型突变MIT装置中 流动的电流随着在第一和第二电极薄膜1400和1500之间施加的电压的增加 而增加。在60V附近电流突然增加，且在约60V以上按照欧姆定律增加。 通过相互比较位置A和B处的平面型突变MIT装置的X射线衍射图案，可 以确定在突变MIT之前和之后突变MIT装置的结构之间是否有差别。图5是在不施加电压时图4的情况A中关于突变MIT装置的微X射线 衍射图案的照片。换言之，图5是当OV电压施加到突变MIT装置时微X射 线衍射图案的照片。图6是在突变MIT之后施加电压时图4的情况B中关于突变MIT装置 的微X射线衍射图案的照片。如图4所示，通过突变MIT装置的电压降约 为70V。图5和6的衍射图案是相同的。这意味着它们具有相同结构。根据图4 曲线的陡峭的倾斜，MIT被认为是突变的。参考图5和6，突变MIT装置的 结构在突变MIT之前和之后不变化。这种突变MIT即快速开关操作是通过突变MIT装置的转变膜实现的。 转变膜可以通过向绝缘体适当添加低浓度空穴而获得。通过向绝缘体添加低 浓度空穴而引起的突变MIT的机制在一些论文中公开，即New J. Physics 6 。004) 52; hUp〃xxx.lan.gov/abs/cond画mat/0411328;和Appl. Phys. Lett. 86 (2005)242101,和美国专利第6,624,463号。引起在图2和3的突变MIT装置中发生突变MIT的转变薄膜940和1300 均可以由选自添加低浓度空穴的p型无机半导体、添加低浓度空穴的p型无 机绝缘体、添加低浓度空穴的p型有机半导体、添加低浓度空穴的p型有机 绝缘体、添加低浓度空穴的p型半导体、添加低浓度空穴的p型氧化物半导 体和添加低浓度空穴的p型氧化物绝缘体的组中的至少一种材料形成。上述材料每个均包括氧、碳、半导体元素(即III-V族和II-IV族)、过渡金属元 素、稀土元素和镧基元素中至少之一。转变薄膜940和1300也可以由其有 非常大电阻的n型半导体-绝缘体形成。如上所述，下面将描述的根据本发明实施例的电和/或电子系统保护电路 使用电特性根据降低电压的水平而突然变化的突变MIT装置。该突变MIT 装置并联连接到功率电压源或信号源。
图。参考图7，该电和/或电子系统保护电路200包括突变MIT装置Mrr、 保护电阻器Rp和功率电压加强电容器Cp。负载阻抗Zt是相应于电和/或电子系统的等效阻抗并用于校正电和/或电 子系统保护电路200的特性。静电或高电压高频噪声可以通过电力线Ll施 加，该电力线向电和/或电子系统Zt揭 映功率电压。电和/或电子系统Zt可 以是任何电和/或电子系统，只要它需要被保护不受高电压高频噪声的影响， 例如所有类型的电子器件、电元件、电子系统或高电压电系统。保护电阻器Rp串联连接到突变MIT装置MIT并限制施加到突变MIT 装置MIT的电压或电流，以保护该突变MIT装置MIT。保护电阻器Rp和突 变MIT装置MIT作为整体并联连接到功率电压源Vp或电和/或电子系统ZL。功率电压加强电容器Cp防止在突变MIT装置MIT中发生突变MIT时， 功率电压源Vp的电压水平降低到额定标准电压或以下。因此，功率电压加 强电容器Cp和功率电压源Vp应该并联的相互连接。因此，功率电压加强电 容器Cp应该并联连接到保护电阻器Rp和突变MIT装置MIT的线。电和/或电子系统保护电路200通过使用突变MIT装置MIT来除去施加 到该电和/或电子系统Zt的静电或高电压高频噪声。换言之，当具有等于或 高于预定电压的电压的噪声施加到电和/或电子系统时，通过保护电阻器Rp 并联连接到该电和/或电子系统Zt的突变MIT装置MIT产生突变MIT，使 得大部分电流流过该突变MIT装置MIT，因此保护了该电和/或电子系统ZL。图8是包括根据本发明另 一实施例的电和/或电子系统保护电路300的电 路图。参考图8，该电和/或电子系统保护电路300包括突变MIT装置MIT 和保护电阻器Rp。与图7类似，保护电阻器Rp串联连接到该突变MIT装置 MIT，且保护电阻器Rp和突变MIT装置NUT并联连接到信号源Vs或电和/ 或电子系统Zt。在该实施例中，由于通过信号源Vs接收的信号不具有额定 电压，不需要图7的实施例中所示的电容器。在图8的实施例中，当具有等于或高于预定电压的电压的噪声通过信号 线L2施加到电和/或电子系统Z^时，大部分电流流过突变MIT装置MTT, 因此保护了该电和/或电子系统ZL。图9是包括根据本发明另 一实施例的电和/或电子系统保护电路400的电 路图。参考图9，电和/或电子系统保护电路400包括保护电阻器Rp、突变 MfT装置MIT和并联连接到突变MIT装置MIT的另 一突变MIT装置MIT1 。
通过突变MIT装置MIT.流动的电流被突变MIT装置MIT1共有，因此可以 保护突变MIT装置MIT和MIT1。由于该突变MIT装置MIT和MIT1彼此 并联连接，总电阻降低。因此，并联连接的该突变MIT装置MIT和MIT1 可以构成具有低电阻的突变MIT装置。虽然在图9的实施例中一个突变MIT 装置MIT1并联连接到该突变MIT装置MIT，但超过一个MIT装置可以进 一步连接到该突变MIT舉置MIT。由于在图9的实施例中使用功率电压源Vp，如图7的实施例的功率电 压加强电容器可以包括在电和/或电子系统保护电路400中。即使当使用如图 8的实施例所示的信号源时，通过进一步并联连接至少一个突变MIT装置到 该突变MIT装置MIT，仍可减小该突变MIT装置MIT的总电阻。图10示出包括才艮据本发明另一实施例的电和/或电子系统保护电路500 的电路。图11到15是示出关于图IO的电路图的电特性的图。通过图10的 实施例可以更准确地理解电和/或电子系统保护电路200、 300和400的操作 原理参考图10，该电路包括功率电压源Vp、通过保护电阻器Rp并联连接到 该功率电压源Vp的突变MIT装置MIT、和等效负栽电阻器RL。从该功率电 压源Vp提供的电压(此后称为功率电压),皮指定为V，，在保护电阻器Rp处 的电压降被指定为VR，和突变MIT装置MIT处的电压降被指定为VMIT。保 护电阻器Rp的电阻是3kQ。与图7的电路对比，图10的电路不包括功率电 压加强电容器Cp，且仅由电阻器构成的等效负载电阻器RL代替了等效阻抗 /"现在通过试验说明图10所示电路的功率电压V,和电压Vr之同的关系。 为了确定图10的电路在相应于电和/或电子系统的负载不连接到该电路时的 特性，等效负载电阻器Rt的电阻被设为ooQ。在该试验中使用的突变MIT 装置MIT是由氧化钒形成并具有图1的曲线所示特性的转变薄膜。因此， 极限电压约为5.5V。阁ll是示出当图10的电路中等效负载电阻器Rt是ooQ时在发生突变 MIT之前功率电压V,与保护电阻器Rp的电压降VR之间的关系的图。参考 图11，当无等效负载电阻器RL时施加200kHz和4V的功率电压由细线 表示)时，示出了在保护电阻器Rp处的电压降VR (由粗线表示)。当施加200kHz和4V的功率电压V！时，在突变MIT装置MIT中不发
生突变MIT,因为4V功率电压V^氐于突变MIT装置MIT的5.5V极限电压。 在此情形，在突变MIT装置MIT处的电压降VMrr是3.66V，且在保护电阻 器Rp处的电压降Vr是0.34V。基于上述电压值，突变MIT装置MIT的电 阻计算为约32kfi。图12是示出当图10的电路中等效负载电阻器Rt是ooQ时在发生突变MIT之后功率电压V！与保护电阻器Rp的电压降VR之间的关系的图。参考 图12，当施加200kHz和8V的功率电压V!时，在突变MIT装置MIT中发 生突变MIT，因为8V的功率电压V,大于突变MIT装置MIT的5.5V极限电 压。当突变MIT发生时，具有绝缘体特性和非常大的电阻的突变MIT装置 Ml'l'变为具有预定低电阻的金属性电阻器。在此情形，在保护电阻器Rp处 的电压降VR高，即4.3V,且在突变MIT装置MIT处的电压降Vmh'是3.7V。 基于上述电压值，突变MIT装置MIT的电阻值计算为约2.6kQ。在突变MIT之后的突变MIT装置MIT的电阻可以通过适当改变突变 MIT装置MIT的材料和结构来控制。由于控制突变MIT装置MIT的电阻， 在突变MIT装置MIT中的电压降与在保护电阻器Rp中的电压降的比例可以 這当控制以符合使用目的。为了确定图10的电路在相应于电和/或电子系统的负栽连接到该电^时的特性，进行了下面的实-验，其中等效负载电阻器Ri的电阻设为iokn。图13是示出当图10电路中的等效负载电阻器Rp是10kQ电阻时在发生 突变MIT之前功率电压V!与保护电阻器Rp的电压降VR之间的关系的图。 参考图13,当施加200kHz和4V的功率电压^时，在保护电阻器Rp处的 电压降VR是0.34V,且在突变MIT装置MIT处的电压降VMrr是3.66V。在 此情形，在等效负载电阻器Rt内流动的电流计算为0.4mA,且在突变MIT 装置MIT内流动的电流i+算为O.llmA。因此，约4倍于流向突变MIT装置 MIT的电流流向等效负载电阻器300。图14是示出当图IO电路中的等效负载电阻器RL为10kQ时在发生突变 MIT之后功率电压V,与保护电阻器Rp的电压降VR之间关系的图。参考图 14,当施加200kHz和8V的功率电压V，时，在保护电阻器Rp处的电压降 VK是4.2V,且在突变MIT装置MIT处的电压降Vm,t是3.8V。能够使用上述电压降的值计算在等效负载电阻器Rl和突交MIT装置 MIT中流动的电流。在等效负载电阻器Rt中流动的电流计算为0.8mA,且
在突变MIT装置MIT中流动的电流计算为1.4mA。因此，在MIT之前，突 变MIT装置MIT的电f且为32kn，但在MIT之后它变为约2.7kQ。考虑到一般金属的特性，在NHT之后获得的突变MIT装置MIT的2.7kQ 的电阻不小。然而，突史MIT装置MIT的电阻不是固定的，.而是可以通过 改变突变MIT装置MIT的结构和材料来控制。此外，通过彼此并联连接具 有高电阻的几个突变MIT装置MIT，可以明显减小合成电阻。在一些情形， 合成电阻可以减小到2Q^L以下。例如，当突变MIT装置MIT具有小于或等于2Q的电阻时，可以通过向 突变MIT装置MIT分流外部噪声导致的极大增加的电流的大部分而防止在 电和/或电子系统中的过电流的流动，该系统由具有lOkQ电阻的等效负载电 阻器1《表示。图15是示出当图10的电路中存在等效负栽电阻器和当图IO的电路中 不存在等效负载电阻器时的电流-电压曲线的图，该两个电流-电压曲线是 在图10的电路中不包括保护电阻器Rp时获得的。在图15的实验中使用的 电路使用了由氧化钒形成的突变MIT装置MIT2，并具有不同于图10所示 突变MIT装置MIT的5.5V极限电压的极限电压。参考图15,由于突变MIT装置MIT的保护电阻器Rp从图IO的电路除 -主-,电压Vr是0V。当在图10的电路中存在等效负载电阻器R,时，即在 1、是5kfi的由矩形指示的情形，在约6.5V的位置即位置C发生突变Ml'r， 且因此电流突然增加到5mA。另一方面，当在图IO的电路中不存在等效负 载电阻器Rt时，即在I^为ooQ的由圆團表示的情况下，由于电流仅朝向突 变MIT装置MIT流动，'电流以比矩形表示的情况中的电流曲线更陵峭的倾 斜度增加，并在约6.3V的位置即位置D突然增加到5mA。在位置D处的电流和位置C处的电流之间的差别约为lmA，在位置D 处，当图IO的电路中不存在负载电阻电容器RL时电流迅速增加，在位置C 处，当图IO的电路中存在等效负载电阻器RL时电流迅速增加。与该电流差 一样大的电流流入等效负载电阻器RL。在突变MIT之后，电流差是突变MIT 装置MIT中流动的电流的1/5。在图15的实验中，电流被限如J为5mA以保 护突变MIT装置MIT。在实践中，流动50mA或以上的电流。从图15可以看出，在6V或以后电流大部分朝MIT装置流动。因此， 保护相应于等效负栽电容器RL的电和/或电子系统避免外部过电压。
在上述实施例中，制造该突变MIT装置使其在电特性从绝缘体的特性 变为金属特性之后具有几百到几千Q的电阻。然而，可以制造该突变MIT装 置使其具有几Q的电阻。因此，通过匹配该突变MIT装置的电流和电压与电 和/或电子系统的极限电流和极限电压，可以保护该电和/或电子系统避免受 接收的高电压高频噪声信号的影响。虽然结合示范性实施例具体示出并描述了本发明，但本领域技术人员应 该理解，可以进行各种形式和细节的变化而不脱离由所附权利要求所限定的 本发明的精神和范畴。
权利要求
1、一种电和/或电子系统保护电路，包括并联连接到电和/或电子系统的突变金属-绝缘体转变(MIT)装置，以避免受噪声影响。
2、 才艮据权利要求1所述的电和/电子系统保护电路，其中所述噪声通过 电力线接收，所述电力线将功率电压提供到所述电和/或电子系统，且所述突 变金属-绝缘体转变装置连接到所述电力线。
3、 根据权利要求2所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述突变金 属 - 绝缘体转变装置通过保护电阻器连接到所述电力线，所述保护电阻器保 护所述突变金属-绝缘体转变装置。
4、 根据权利要求2所述的电和/或电子系统保护电路，还包括功率电压 加强电容器，所述功率电压加强电容器并联连接到向所述电和/或电子系统提 供功率电压的功率电压源。
5、 根据权利要求1所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述噪声通 过信号线接收，所述信号线接收信号并将该信号输出到所述电和/或电子系 统；且所述突变金属_绝缘体转变装置连接到所述信号线。
6、 根据权利要求5所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述突变金 属-绝缘体转变装置通过保护电阻器连接到所述信号线，所述保护电阻器保 护所述突变金属-绝缘体转变装置。
7、 根据权利要求1所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述噪声通 过电力线和信号线接收，所述电力线将功率电压提供到所述电和/或电子系 统，所述信号线接收信号并将该信号输出到所述电和/或电子系统；且所述突 变金属-绝缘体转变装置连接到所述电力线和所述信号线。
8、 根据权利要求7所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述突变金 属-绝缘体转变装置通过保护电阻器连接到所述电力线和所述信号线，所述 保护电阻器保护所述突变金属-绝缘体转变装置。
9、 根据权利要求7所述的电和/电子系统保护电路，还包括功率电压加 强电容器，所述功率电压加强电容器并联连接到向所述电和/或电子系统提供 功率电压的功率电压源。
10、 根据权利要求1所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述突变金 属_绝缘体转变装置的电特性根据所述噪声的电压水平而突然变化。
11、 根据权利要求r所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述突变金 属-绝缘体转变装置在低于预定极限电压时具有绝缘体特性，并在处于或高 于所述极限电压时具有金属特性。
12、 根据权利要求11所述的电和/或电子系统保护电路，其中保护所述 电和/或电子系统不受具有等于或高于所述极限电压的电压的噪声影响。
13、 根据权利要求1到12中任何一个所述的电和/或电子系统保护电路， 还包括并联连接到所述突变金属-绝缘体转变装置的至少一个突变金属-绝缘体转变装置。
14、 一种电和/或电子系统保护电路，包括并联连接到被保护免受噪声影 响的电和/或电子系统的突变金属-绝缘体转变装置，并包括含低浓度空穴的 突变金属-绝缘体转变薄膜以及接触所述突变金属_绝缘体转变薄膜的第 一电极薄膜和第二电极薄膜。 .
15、 根据权利要求14所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述噪声 通过电力线或信号线接收，所述电力线将功率电压提供到所述电和/或电子系 统.所述信号线接收信号并将该信号输出到所述电和/或电子系统；且所述突 之^属-绝缘体转变装置连接到所述电力线或所述信号线。
16、 根据权利要求15所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述突变 金属-绝缘体转变装置通过保护电阻器连接到所述电力线或信号线，所述保 护电阻器保护所述突变金属-绝缘体转变装置。
17、 根据权利要求15所述的电和/或电子系统保护电路，还包括功率电 压加强电容器，所述功率电压加强电容器并联连接到向所述电和/或电子系统 提供功率电压的功率电压源。
18、根据权利要求14所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述噪声 通过电力线和信号线接收，所述电力线将功率电压提供到所述电和/或电子系 统，所述信号线接收信号并将该信号输出到所述电和/或电子系统；且所述突 变金属-绝缘体转变装置连接到所述电力线和所述信号线。
19、 根据权利要求18所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述突变 金属-绝缘体转变装置通过保护电阻器连接到所述电力线和信号线，所述保 护电阻器保护所述突变金属_绝缘体转变装置。
20、 根据权利要求14所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述突变 金属_绝缘体转变装置的电特性根据噪声的电压水平而突然变化。
21、 根据权利要求14所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述突变金属-绝缘体转变装置在低于预定极限电压时具有绝缘体特性，并在处于或 高于所述极限电压时具有金属特性。
22、 根据权利要求14所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述突变 金属-绝缘体转变薄膜由选自添加低浓度空穴的无机半导体、添加低浓度空 穴的无机绝缘体、添加低浓度空穴的有机半导体、添加低浓度空穴的有机绝 缘体、添加低浓度空穴的半导体、添加低浓度空穴的氧化物半导体和添加低 浓度空穴的氧化物绝缘体的组中的至少 一种材料形成，其中上述材料每个均 包括氧、碳、半导体元素(即m-v族和II-IV族)、过渡金属元素、稀土元 素和镧基元素中至少之一 。
23、 根据权利要求14所述的电和/或电子系统保护电路，其中每个第一 和第二电极薄膜由选自W、 Mo、 W/Au、 Mo/Au、 Cr/Au、 Ti/W、 Ti/Al/N、 Ni/Cr、 Al/Au、 Pt、 Cr/Mo/Au、 YB2Cu307.d、 Ni/Au、 Ni/Mo、 Ni/Mo/Au、 Ni/Mo/Ag、 Ni/Mo/Al、 Ni/W、 Ni/W/Au、 Ni/W/Ag和NiAV/Al的组中的至少一种材料形 成。
24、 根据权利要求14所述的电和或/电子系统保护电路，其中所述突变 4、應-绝缘体转变薄膜由n型半导体-绝缘体形成。
25、 根掂权利要求14所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述突变 金属-绝缘体转变装置包括基板；形成在所述基板上的第 一电极薄膜；形成在所述第一电极薄膜上的突变金属-绝缘体转变薄膜，包括低浓度 空穴；和形成在所述突变金属-绝缘体转变薄膜上的第二电极薄膜。
26、 根据权利要求25所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述突变 金属_绝缘体转变装置还包括形成在所述基板与第一电极薄膜之间的緩冲层。
27、 根据权利要求26所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述緩沖 层包括由SiCb和SbN4之一形成的膜。
28、 根据权利要求14所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述突变 金應- 绝缘体转变装置包括 基板；形成在所述基板的上表面的一部分上的突变金属-绝缘体转变薄膜，包 括低浓度空穴；第一电极薄膜，形成在所述基板的所述上表面的暴露部分上、所述突变 金属-绝缘体转变薄膜的一个侧面上以及所述突变金属-绝缘体转变薄膜 的上表面的一部分上；和第二电极薄膜，形成在所述基板的所述上表面的剩余暴露部分上、W述 突变金属-绝缘体转变薄膜的另一侧面上和所述突变金属-绝缘体转变薄 膜的所述上表面的一部分上，从而面对所述第一电极薄膜；且所述第 一和第二电极薄膜彼此分开。
29、 根据权利要求28所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述突变 金属-绝缘体转变装置还包括形成在所述基板上的緩沖层。
30、 根据权利要求29所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述缓沖 层包括由Si02和SbN4之一形成的膜。
31、 根据权利要求25或28所述的电和/或电子系统保护电路，其中所述 基板由选自Si、 Si02、 GaAs、 A1203、塑料、玻璃、V205、 PrBa2Cu307、 YBa2Cu307 、 Mg()、 SrTi()3、掺杂Nb的SrTi〇3和绝缘体上硅(SOI)的组中的至少一种
32、 根据权利要求14所述的电和/或电子系统保护电路，还包括至少一 个并联连接到所述突变金属-绝缘体转变装置的突变金属-绝缘体转变装置。
33、 一种电和/或电子系统，包括保护免受噪声影响的负载电和电子系统；和电和/或电子系统保护电路， 该电和/或电子系统保护电路包括并联连接到所述负载电和/或电子系统的突 变金属-绝缘体转变装置。
34、 根据权利要求33所述的电和或/电子系统，还包括通过电力线向所 述负载电和/或电子系统提供功率电压的功率电压源，其中所述噪声通过所述电力线施加到所述负载电和/或电子系统，且所述 电和/或电子系统保护电路的突变金属-绝缘体转变装置连接到所述电力线。
35、 根据权利要求34所述的电和/或电子系统，其中所述电和/或电子系 统保护电路的突变金属-绝缘体转变装置通过保护电阻器连接到电力线，所 述保护电阻器保护所述突变金属_绝缘体转变装置。
36、 根据权利要求34所述的电和/或电子系统，还包括并联连接到所述 功率电压源的功率电压加强电容器。
37、 根据权利要求33所述的电和/或电子系统，还包括接收信号并通过 信号线将所述信号输出到所述负载电和/或电子系统的信号源，其中所述噪声 通过所述信号线施加到所述负载电和/或电子系统；且所述电和/或电子系统 保护电路的所述突变金属-绝缘体转变装置连接到所述信号线。
38、 根据权利要求37所述的电和/或电子系统，其中所述电和/或电子系 统保护电路的突变金属-绝缘体转变装置通过保护电阻器连接到所述信号 线，所述保护电阻器保护所述金属_绝缘体转变装置。
39、 根据权利要求33所述的电和/或电子系统，包括通过电力线提供功 率电压的功率电压源和接收信号并通过信号线输出所述信号的信号源，其中 所述噪声通过所述电力线和信号线施加到所述负载电和/或电子系统；且所述 电和/或电子系统保护电路的突变金属-绝缘体转变装置连接到所述电力线 和信号线。
40、 根据权利要求39所述的电和/或电子系统，其中所述电和/或电子系 统保护电路的突变金属-绝缘体转变装置通过保护电阻器连接到所述电力 线和信号线，所述保护电阻器保护所述突变金属-绝缘体转变装置。
41、 根据权利要求39所述的电和/或电子系统，还包括并联连接到所述 功率电压源的功率电压加强电容器。
42、 根据权利要求33所述的电和/或电子系统，其中所述突变金属-绝 缘体转变装置的电特性根据所述噪声的电压水平而突然变化。
43、 根据权利要求33所述的电和/或电子系统，其中所述突变金属-绝 缘体转变装置在低于预定极限电压时具有绝缘体特性，并在处于或高于所述 极限电压时具有金属特性。
44、 根据权利要求43所述的电和/或电子系统，其中保护所述负载电和/ 或电子系统免受具有等于或高于所述极限电压的电压的噪声影响。
45、 根据权利要求33所述的电和/或电子系统，其中所述电和/或电子系 统保护电路还包括至少一个并联连接到所述突变金属-绝缘体转变装置的 突变金属-绝缘体转变装置。
全文摘要
本发明提供了使用突变金属-绝缘体转变(MIT)装置的电和/或电子系统保护电路，其能够有效除去通过电和/或电子系统的电力线或信号线接收的具有高于额定标准电压的电压的高频噪声，且该电和/或电子系统包括该电和/或电子系统保护电路。该电和/或电子系统保护电路的突变MIT装置并联连接到该电和/或电子系统，从而避免噪声。该电和/或电子系统保护电路将施加大于额定标准电压的电压时产生的大部分噪声电流向该突变MIT装置分流，因此保护该电和/或电子系统。
文档编号H01L27/04GK101164166SQ200680013617
公开日2008年4月16日 申请日期2006年2月17日 优先权日2005年2月21日
发明者姜光镛, 尹善真, 尹斗协, 李镕旭, 林贞旭, 蔡秉圭, 金俸准, 金敬玉, 金铉卓 申请人:韩国电子通信研究院