ホーム > 特許ランキング > ユニバーシティ オブ サリー
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-12
(45)【発行日】2024-11-20
(54)【発明の名称】温度の指標である電気信号を生成する装置
(51)【国際特許分類】
G01K 7/01 20060101AFI20241113BHJP
【ＦＩ】
G01K7/01 C
G01K7/01 S
【請求項の数】
22
(21)【出願番号】P 2022513285
(86)(22)【出願日】2020-08-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-11-07
(86)【国際出願番号】 GB2020052056
(87)【国際公開番号】W WO2021038230
(87)【国際公開日】2021-03-04
【審査請求日】2023-08-04
(31)【優先権主張番号】1912526.9
(32)【優先日】2019-08-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(73)【特許権者】
【識別番号】595042184
【氏名又は名称】ユニバーシティ オブ サリー
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】スポレア、ラドゥ
(72)【発明者】
【氏名】ベステリンク、エヴァ
【審査官】平野 真樹
(56)【参考文献】
【文献】特開平９－２０４７７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平８－７８４９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／００７７８６４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平５－４５２３３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｋ ７／００－７／０１
Ｇ０５Ｆ ３／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１のソース、第１のゲート、および第１のドレインを備える第１の薄膜トランジスタＴＦＴであって、前記第１のドレインは基準電流を受け取るように構成される、第１のＴＦＴと、第２のソース、第２のゲート、および第２のドレインを備える第２のＴＦＴと、を備え、前記第１のゲートおよび前記第２のゲートは両者とも同じゲート電圧を受け取るように構成される、装置であって、
前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴは、前記第１のＴＦＴの温度依存性が前記第２のＴＦＴの温度依存性と異なるように構成され、したがって、前記第２のＴＦＴおよび前記第２のドレインにおける出力電流は温度に依存する、
装置。
【請求項2】
孤立して前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴは両者とも正の温度依存性を有するか、または両者とも負の温度依存性を有し、前記第１のＴＦＴは前記第２のＴＦＴよりも強く温度依存し、その結果、前記出力電流の全体の温度依存性が負であり、したがって、前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴの温度が増大するにつれて前記出力電流の大きさは減少する、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
孤立して前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴは両者とも負の温度依存性を有し、前記第２のＴＦＴは前記第１のＴＦＴよりも強く温度依存し、その結果、前記出力電流の全体の温度依存性が負であり、したがって、前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴの温度が増大するにつれて前記出力電流の大きさは減少する、請求項１に記載の装置。
【請求項4】
前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴはソースゲート型トランジスタである、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項5】
前記第１のソースと前記第１のゲートとの間の重なりの面積Ｓ１は、前記第２のソースと前記第２のゲートの間の重なりの面積Ｓ２と異なり、したがって、前記第１のＴＦＴの温度依存性は前記第２のＴＦＴの温度依存性と異なる、請求項４に記載の装置。
【請求項6】
前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴの各々において、閾値ソース長が存在し、その閾値ソース長を超えてソース長を増大させると、前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴの各々を通って流れる電流の前記温度依存性への影響が無視可能となり、Ｓ１およびＳ２の一方が前記閾値ソース長にあるかそれより上であり、Ｓ１およびＳ２の他の一方が前記閾値ソース長より下である、請求項５に記載の装置。
【請求項7】
前記第１のＴＦＴの前記温度依存性が前記第２のＴＦＴの前記温度依存性と異なるように、前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴが異なる組成を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項8】
前記第１のゲートおよび前記第２のゲートは、単一ゲートのそれぞれの部分を含み、したがって、前記単一ゲートは前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴの共通ゲートとして動作する、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項9】
前記装置は、上方温度閾値と下方温度閾値の間の温度範囲で動作するように構成され、前記上方温度閾値および前記下方温度閾値は、前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴのそれぞれの温度電流曲線の線形の部分内の温度である、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項10】
基準電流として前記第１のドレインに一定の電流を供給するように構成される一定の電流源を備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項11】
負荷を通って流れる電流が前記第２のドレインにおける前記出力電流に依存するように前記第２のＴＦＴに接続される負荷を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項12】
前記装置は、前記第２のドレインにおける前記出力電流の大きさが前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴの温度の指標となる温度センサとして動作するように構成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項13】
前記出力電流の前記大きさを測定するように構成された電流測定ユニットと、前記電流測定ユニットによって測定された電流に依存して前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴの温度を決定するように構成された温度決定ユニットとを備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項14】
前記温度決定ユニットは、決定された前記温度を出力するように構成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項15】
前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴの温度を上げるかまたは下げるように構成される温度コントローラを備え、前記第２のＴＦＴは、前記温度コントローラによって生成される加熱効果または冷却効果の大きさが出力電流の大きさに依存するように、前記温度コントローラに前記出力電流を供給するように構成され、前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴおよび前記温度コントローラは、前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴが実質的に一定の温度にある環境を維持するように構成される温度調整回路として前記装置が動作するように、フィードバックループを形成する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項16】
前記温度コントローラは、発振回路の発振周波数が、前記第２のＴＦＴによって提供される前記出力電流の前記大きさに依存するように構成される、発振回路を備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項17】
前記発振回路を通って流れる電流に起因する、前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴにおけるジュール熱効果は、前記第２のＴＦＴによって提供される前記出力電流の前記大きさに依存する、請求項１６に記載の装置。
【請求項18】
タイミング信号として前記発振回路の出力を受信し、前記タイミング信号の前記発振周波数に依存して加熱効果または冷却効果を生成するように構成され、したがって、温度制御回路によって生成された前記加熱効果または冷却効果が前記第１のＴＦＴおよび前記第２のＴＦＴの温度に依存する、温度制御回路を備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項19】
前記発振回路は電流欠乏リング発振回路であり、前記第２のＴＦＴは前記電流欠乏リング発振回路に含まれる複数の第２のＴＦＴのうちの１つであり、前記複数の第２のＴＦＴのうちの各１つは、前記第１のゲートと同じ前記ゲート電圧を受け取るように構成されたそれぞれの第２のゲートを備える、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項20】
請求項１５から１９のいずれか一項に記載の装置を備えるウェアラブル電子デバイスであって、前記装置は、前記ウェアラブル電子デバイスの少なくとも一部の温度を調整するように構成される、ウェアラブル電子デバイス。
【請求項21】
請求項１に記載の装置を設計する方法であって、前記第２のＴＦＴにおける前記出力電流のターゲット温度依存性を決定する段階と、
出力電流に前記ターゲット温度依存性を提供するために必要な前記第１のＴＦＴの温度依存性および前記第２のＴＦＴの温度依存性を決定する段階と、
前記第１のＴＦＴの温度依存性を決定する前記段階を提供するために必要な前記第１のＴＦＴの特性を決定する段階と、
前記第２のＴＦＴの温度依存性を決定する前記段階を提供するために必要な前記第２のＴＦＴの特性を決定する段階と、を備える、
方法。
【請求項22】
設計された前記装置を製造する段階を更に備える、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、温度の指標である電気信号を生成する装置に関する。
【背景技術】
【0002】
温度の変化を検出し得る電気回路およびデバイスが知られている。例えば、酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の閾値電圧は、温度の変化を検出するために使用され得、サーミスタは、温度を増大させる出力電流を生成するように使用され得る。両者の場合において、得られる信号は温度調整のために、例えば過熱保護回路において使用されてよいだろうが、しかしながら、追加の回路が、検出された電流の増大に応答して出力電流を抑制するために必要とされるかもしれない。また、出力信号の温度依存性を変えるそのような回路においては、設計自由度が限定されるかもしれない。よって、当技術分野において、温度依存性が変わりながら出力信号を生成するように適合され得る回路設計の必要がある。
【発明の概要】
【0003】
本発明の第１の態様によれば、第１のソース、第１のゲートおよび第１のドレインを含む第１の薄膜トランジスタＴＦＴであって、第１のドレインは基準電流を受け取るように構成される、第１のＴＦＴと、第２のソース、第２のゲートおよび第２のドレインを含む第２のＴＦＴとを備える、装置が提供され、第１および第２のゲートは両者とも同じゲート電圧を受け取るように構成され、第１および第２のＴＦＴは、第１のＴＦＴの温度依存性が第２のＴＦＴの温度依存性と異なるように構成され、したがって、第２のＴＦＴおよび第２のドレインにおける出力電流は温度に依存する。
【0004】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、孤立して第１および第２のＴＦＴは両者とも正の温度依存性を有し、第１のＴＦＴは第２のＴＦＴより強く温度依存し、その結果、出力電流の全体の温度依存性が負であり、したがって、第１および第２のＴＦＴの温度が増大するにつれて出力電流の大きさは減少する。
【0005】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、孤立して第１および第２のＴＦＴは両者とも負の温度依存性を有し、第２のＴＦＴは第１のＴＦＴより強く温度依存し、その結果、出力電流の全体の温度依存性が負であり、したがって、第１および第２のＴＦＴの温度が増大するにつれて出力電流の大きさは減少する。
【0006】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、第１および第２のＴＦＴはソースゲート型トランジスタである。
【0007】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、第１のソースと第１のゲートの間の重なりの面積Ｓ１は、第２のソースと第２のゲートの間の重なりの面積Ｓ２と異なり、したがって、第１のＴＦＴの温度依存性は第２のＴＦＴの温度依存性と異なる。
【0008】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、第１および第２のＴＦＴの各々において、閾値ソース長が存在し、その閾値ソース長を超えてソース長を増大させると、ＴＦＴを通って流れる電流の温度依存性への影響が無視可能となり、Ｓ１およびＳ２の一方が閾値ソース長にあるかそれより上であり、Ｓ１およびＳ２の他の一方が閾値ソース長より下である。
【0009】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、第１のＴＦＴの温度依存性が第２のＴＦＴの温度依存性と異なるように、第１のＴＦＴおよび第２のＴＦＴは異なる組成を有する。
【0010】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、第１のゲートおよび第２のゲートは、単一ゲートのそれぞれの部分を含み、したがって、単一ゲートは第１および第２のＴＦＴの共通ゲートとして動作する。
【0011】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、装置は、上方温度閾値と下方温度閾値との間の温度範囲で動作するように構成され、上方および下方温度閾値は、第１および第２のＴＦＴのそれぞれの温度電流曲線の線形の部分内の温度である。実際には、温度と電流の間の関係は正確に線形でなくてもよいので、この文脈における「線形」とは、およそ、または実質的な線形を意味すると解釈されるべきであることが、理解されるであろう。
【0012】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、装置は、基準電流として第１のドレインに一定の電流を供給するように構成される一定の電流源を備える。
【0013】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、装置は、負荷を通って流れる電流が第２のドレインにおける出力電流に依存するように第２のＴＦＴに接続される負荷を備える。
【0014】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、装置は、第２のドレインにおける出力電流の大きさが第１および第２のＴＦＴの温度の指標となる温度センサとして動作するように構成される。
【0015】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、装置は、出力電流の大きさを測定するように構成される電流測定ユニットと、電流測定ユニットによって測定された電流に依存して第１および第２のＴＦＴの温度を決定するように構成される温度決定ユニットとを備える。温度決定ユニットは、例えば決定された温度の可聴的または可視的な指標として、決定された温度を出力するように構成されてよい。
【0016】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、装置は、第１および第２のＴＦＴの温度を上げるかまたは下げるように構成される温度コントローラを備え、第２のＴＦＴは、温度コントローラによって生成される加熱効果または冷却効果の大きさが出力電流の大きさに依存するように、温度コントローラに出力電流を供給するように構成され、第１および第２のＴＦＴおよび温度コントローラは、第１および第２のＴＦＴが実質的に一定の温度にある環境を維持するように構成される温度調整回路として装置が動作するように、フィードバックループを形成する。
【0017】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、温度コントローラは、発振回路の発振周波数が、第２のＴＦＴによって提供される出力電流の大きさに依存するように構成される、発振回路を備える。
【0018】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、発振回路を通って流れる電流に起因する、第１および第２のＴＦＴにおけるジュール熱効果は、第２のＴＦＴによって提供される出力電流の大きさに依存する。
【0019】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、装置は、タイミング信号として発振回路の出力を受信し、タイミング信号の発振周波数に依存して加熱効果または冷却効果を生成するように構成され、したがって、温度制御回路によって生成された加熱効果または冷却効果が第１および第２のＴＦＴの温度に依存する、温度制御回路を備える。
【0020】
第１の態様によるいくつかの実施形態において、発振回路は電流欠乏リング発振回路であり、第２のＴＦＴは、電流欠乏リング発振回路に含まれる複数の第２のＴＦＴのうちの１つであり、複数の第２のＴＦＴのうちの各１つは、第１のゲートと同じゲート電圧を受け取るように構成されたそれぞれの第２のゲートを備える。
【0021】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様による装置を備えるウェアラブル電子デバイスが提供され、装置は、ウェアラブル電子デバイスの少なくとも一部の温度を調整するように構成される。
【0022】
本発明の第３の態様によれば、第１の態様による装置を設計する方法が提供され、方法は、第２のＴＦＴにおける出力電流のターゲット温度依存性を決定する段階と、出力電流にターゲット温度依存性を提供するために必要な第１のＴＦＴの温度依存性および第２のＴＦＴの温度依存性を決定する段階と、第１のＴＦＴの温度依存性を決定する段階を提供するために必要な第１のＴＦＴの特性を決定する段階と、第２のＴＦＴの温度依存性を決定する段階を提供するために必要な第２のＴＦＴの特性を決定する段階と、を備える。
【0023】
第３の態様によるいくつかの実施形態において、方法は更に、設計された装置を製造する段階を備える。
【図面の簡単な説明】
【0024】
例示のみの目的で、以下の添付の図面を参照して、本発明の実施形態がこれより記載される。
【図1】本発明の一実施形態による、正または負のいずれかの温度依存性を有する電気信号を生成する装置を示す。
【図2】本発明の一実施形態による、ポリＳｉショットキーバリアＳＧＴの平面図を示す。
【図3】本発明の一実施形態による、ポリＳｉショットキーバリアＳＧＴを通る断面図を示す。
【図4】本発明の一実施形態による、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）ＳＧＴを通る断面図を示す。
【図5】本発明の複数の実施形態による、測定されたポリＳｉ ＳＧＴの伝達特性を示すグラフである。
【図6】本発明の複数の実施形態による、測定されたポリＳｉ ＳＧＴの出力特性を示すグラフである。
【図7】本発明の複数の実施形態による、測定されたＩＧＺＯ ＳＧＴの伝達特性を示すグラフである。
【図8】本発明の一実施形態による、測定されたＩＧＺＯ ＳＧＴの出力特性を示すグラフである。
【図9】本発明の複数の実施形態による、シミュレートされたポリＳｉ ＳＧＴの伝達特性を示すグラフである。
【図10】本発明の複数の実施形態による、シミュレートされたポリＳｉ ＳＧＴの出力特性を示すグラフである。
【図11】本発明の一実施形態による、第１および第２のトランジスタが同じソース長Ｓおよび同じソースドレインギャップｄを有する、ＳＧＴを使用する電流ミラー（ＣＭ）型回路の平面図を示す。
【図12】本発明の一実施形態による、第１および第２のトランジスタが同じソース長Ｓおよび同じソースドレインギャップｄを有する、ＳＧＴを用いるＣＭ型回路の平面図を示す。
【図13】本発明の一実施形態による、第１のトランジスタが第２のトランジスタよりも大きいソース長Ｓおよびソースドレインギャップｄを有する、ＳＧＴを用いるＣＭ型回路の平面図を示す。
【図14】本発明の一実施形態による、第１のトランジスタが第２のトランジスタよりも小さいソース長Ｓおよびソースドレインギャップｄを有する、ＳＧＴを用いるＣＭ型回路の平面図を示す。
【図15】本発明の複数の実施形態による、ＳＧＴを含むＣＭ型回路における、温度への、測定された出力電流の依存性を示すグラフである。
【図16】本発明の複数の実施形態による、異なる組み合わせのＳＧＴを用いるＣＭ型回路における、温度への、シミュレートされた出力電流の依存性を示すグラフである。
【図17】本発明の一実施形態による、ＳＧＴを用いるＣＭ型回路における、様々な温度における、出力電流対基準電流のグラフである。
【図18】本発明の一実施形態による、ｎ型ＳＧＴおよび一定の電流源を使用するＣＭ型回路を示す。
【図24】本発明の一実施形態による温度感知装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下の詳細な説明では、本発明の特定の例示的な実施形態のみを単に例示の目的で図示および記載している。当業者であれば、記載されている実施形態がどれも本発明の範囲から逸脱することなく様々な異なる方法で修正され得ることに気付くであろう。従って、これらの図面および説明は本質的に例示的なものであり、限定的なものではないと見なされるべきである。本明細書を通じて、同様の参照番号は同様の要素を指定している。
【0026】
これより図１を参照して、本発明の一実施形態による、温度の指標である電気信号を生成する装置が示される。装置１００は、同様の方式で電流ミラー回路に接続された第１のトランジスタ１１０および第２のトランジスタ１２０を備える。第１および第２のトランジスタ１１０、１２０はそれぞれ、ソース１１１、１２１、ゲート１１２、１２２、およびドレイン１１３、１２３を備える。第１および第２のトランジスタ１１０、１２０は、第１のトランジスタ１１０のソース１１１とゲート１１２の間の電位差が、第２のトランジスタ１２０のソース１２１とゲート１２２の間の電位差と同じになるように配置される。本実施形態においてこれは、トランジスタ１１０、１２０の両者のソース１１１、１２１を共通の基準電圧、この場合はアースに接続し、同じゲート電圧ＶＧをトランジスタ１１０、１２０の両者のゲート１１２、１２２に供給することによって達成される。
【0027】
図１に示されたものなどの回路は、本明細書では「ＣＭ型」回路と呼ばれる。用語「ＣＭ型」は、回路が、電流ミラーに同様の方式で接続された２つのトランジスタを備えるが、回路が電流ミラーと全く同じやり方で挙動を示すことを暗に含まない、という意味として理解されるべきである。下で説明されるように、固定された割合の基準電流が全ての温度における出力へとコピーされる従来の電流ミラーとは対照的に、本発明の実施形態は、温度に依存する出力電流を生成するように、第１および第２のトランジスタ１１０、１２０の相違点を利用する。
【0028】
また、本実施形態において、装置１００は、一定の基準電流Ｉｒｅｆを供給するように構成された一定の電流源１３０を備える。一定の電流源１３０の出力は、第１のトランジスタ１１０のドレイン１１３に接続され、また、第１のトランジスタ１１０のゲート１１２および第２のトランジスタ１２０のゲート１２２に接続される。換言すれば、第１のトランジスタ１１０のゲート１１２および第２のトランジスタ１２０のゲート１２２は両者とも、第１のトランジスタ１１０のドレイン１１３に接続される。このやり方で、第１のトランジスタ１１０のゲート１１２および第２のトランジスタ１２０のゲート１２２には、それぞれ同じゲート電圧ＶＧが供給され、本実施形態におけるそれは、一定の電流源１３０の出力における電圧である。他の実施形態において、一定の電流源１３０の代わりに、様々な電流源が使用されてよい。そのような実施形態において、第１のトランジスタ１１０のゲート１１２および第２のトランジスタ１２０のゲート１２２には、例えば図１に示された実施形態におけるものと共通のノードにゲート１１２、１２２の両者を接続することによって、同じゲート電圧ＶＧが更に供給されてよい。
【0029】
別の実施形態において、第１および第２のトランジスタ１１０、１２０のソース１１１、１２１は、図１に示されるように互いに直接接続されなくともよく、代わりに、ソース１１１、１２１の両者に同じ電圧を供給するように構成された個別の入力に接続されてよい。同様に、別の実施形態において、第１および第２のトランジスタ１１０、１２０のゲート１１２、１２２は、図１に示されるように互いに直接接続されなくともよく、代わりに、ゲート１１２、１２２の両者に同じ電圧を供給するように構成された個別の入力に接続されてよい。
【0030】
従来の電流ミラーにおいて、第１および第２のトランジスタは両者とも同じ温度依存電流および電圧特性を有する。電流ミラーの機能は、第２のトランジスタの出力における、基準電流または固定された割合の基準電流を複製することであるので、同じトランジスタの使用は、基準電流が正確にコピーされることを確実にする。しかしながら、発明者は、異なる温度依存性を示すトランジスタ１１０、１２０を使用することによって、第２のトランジスタ１２０のドレイン１２２において得られる出力電流が温度によって変わり、従って、第１および第２のトランジスタ１１０、１２０の温度の指標となることを認識した。従って、本発明の実施形態において、第１および第２のトランジスタ１１０、１２０は、第１のトランジスタ１１０の温度依存性が第２のトランジスタ１２０の温度依存性と異なるように構成される。結果として、第２のトランジスタ１２０のドレイン１２３に接続されたロードＲＬ１４０を通って流れる出力電流ＩＬは、従来の電流ミラー回路とは異なり、温度に依存する。さらに、出力電流ＩＬの温度依存性は、第１および第２のトランジスタ１１０、１２０の相対的な温度依存性を適切に選択することによって、制御することができる。
【0031】
上に記載されるように、装置１００は、温度の指標である電気信号を生成するように使用され得る。本実施形態において、温度の指標である信号は、第１および第２のトランジスタ１１０、１２０の温度に依存する大きさを有する電流ＩＬを備える。そのような装置１００は、例えば、温度センサとして、または、温度調整回路におけるフィードバックループの一部として、様々な用途における使用を見出し得る。
【0032】
いくつかの実施形態において、第１のトランジスタ１１０および／または第２のトランジスタ１２０は、ソースゲート型トランジスタ（ＳＧＴ）であってよい。図２は、本発明の一実施形態による、ポリＳｉショットキーバリアＳＧＴ２１０の平面図を示す。図２に示されたＳＧＴ２１０は、ソース２１１、ゲート２１２、ドレイン２１３、およびフィールドプレート２１４を備える。ＳＧＴにおいて、ドレイン電流の温度依存性はソースゲートオーバーラップＳに依存し、それはまた「ソース長」とも呼ばれることがある。ＳＧＴの代わりに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が使用される実施形態において、ＳＧＴにおけるソース長Ｓと同等のパラメータは、チャネル長さＬであろう。従って、トランジスタ１１０、１２０両者の出力電流の相対的な温度依存性は、ＳＧＴが使用されるときは、単に適切なソースゲートオーバーラップＳを選択することによって制御されることができる。他のタイプのトランジスタが使用されるときは、第１および第２のトランジスタは、温度依存性に影響する別の特性において異なってもよい。例えば、いくつかの他のタイプの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、チャネル長さＬによって変わる温度依存性を有してよく、ＣＭ型回路における所望のＰＴＤまたはＮＴＤ出力電流は、適切なチャネル長さＬを選択することによって取得され得る。いくつかの実施形態において、異なるタイプのトランジスタの組み合わせが使用されてよい。例えば、１つの実施形態において、第１および第２のトランジスタ１１０、１２０のうちの一方が非ＳＧＴ ＴＦＴであってよく、第１および第２のトランジスタ１１０、１２０のうちの他の一方がＳＧＴ ＴＦＴであってよい。
【0033】
さらに、本発明の実施形態において、第２のトランジスタ１２０のドレイン１２３における電流ＩＬの温度依存性（ＴＤ）は、正（ＰＴＤ）か負（ＮＴＤ）のいずれかであり得る。図２に示されたものなどのＳＧＴ２１０において、ソース２１１のドレイン側エッジから注入される電流は高いＰＴＤを有する一方、ソース２１１のバルクからの電荷注入が優越し始めるので、Ｓが増加するにつれてＰＴＤは減少する。異なる温度挙動は、それ以外は同じであるデバイスにおいてＳを変えることによって取得され得る。よって、第１および第２のトランジスタ１１０、１２０の各々の出力電流温度依存の適切な選択によって、本発明の実施形態は、出力電流ＩＬのＴＤが高程度に設定可能であり、構成要素が比較的少ない回路を提供し得る。第１および第２のトランジスタの相対的な幅が同じでない場合、ＣＭ型回路の出力電流は、トランジスタの幅比によって増幅されるか、または抑制されるであろう。しかしながら、出力電流の温度への依存性は、２つのトランジスタの間のＳの比によって更に制御されるであろう。
【0034】
図１に示される１００などの回路は、第１および第２のトランジスタ１１０、１２０の相対的なＴＤに依存するＰＴＤまたはＮＴＤを有する電流を生成することができるが、例えば、ウェアラブル電子またはセンサシステムなどのコンパクトなデバイスにおける過熱からの保護のための温度感知回路および自己制御回路といった、広い範囲の用途において役立つことが判明し得る。そのような回路は、プリントされたフレキシブルな大面積電子回路などの用途に特に適しており、したがって、少ない数の構成要素の使用で所望のＰＴＤまたはＮＴＤ特性を有する電流の生成を可能にすることによって、本発明の実施形態は、信頼性の増大および製造歩留りの向上に役立ち得る。
【0035】
ポリＳｉショットキーバリアＳＧＴ２１０が図２に示されているが、本発明の他の実施形態においては、異なるタイプのトランジスタが、第１および第２のトランジスタ１１０、１２０として使用されてよい。図３は、本発明の別の実施形態による低温ポリＳｉ（ＬＴＰＳ）ショットキーバリアＳＧＴの断面図を示し、図４は、本発明の更なる実施形態によるトンネルコンタクトＳＧＴを通る断面図を示す。図４の実施形態において、トンネルコンタクトＳＧＴはインジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）から形成されるが、他の実施形態において、任意の他の好適な材料が使用されてよい。図３のＬＴＰＳ ＳＧＴ３１０は、ソース３１１、ゲート３１２、およびドレイン３１３を備える。図４のＩＧＺＯ ＳＧＴ４１０はまた、ソース４１１、ゲート４１２、およびドレイン４１３を備え、半導体活性層４１５とソース４１１とドレイン４１３の間に配置された絶縁層４１４を更に備える。図３は、バルクからの、ＬＴＰＳトランジスタ３１０のソースのドレイン側エッジにおける異なる電荷注入経路を示し、同様の経路はまた、ＩＧＺＯトランジスタ４１０にも当てはまる。
【0036】
さらに、特定のＴＦＴ構造が図２から４に示されるが、本発明の他の実施形態において、図２から４に示されるものとは異なるタイプの、例えば異なる材料および／または異なる構造を使用したトランジスタが使用されてよい。例えば本実施形態において、絶縁層４１４がソースドレインギャップを覆って、ならびにソースおよびドレイン電極４１１、４１３を覆って配置されるが、他の実施形態において、絶縁層４１４はソース電極４１１を覆うのみで、ソースドレインギャップおよびドレイン電極４１３からは省略されて配置されてもよい。
【0037】
下にある表１は、図３のＬＴＰＳ ＳＧＴ３１０および図４のＩＧＺＯ ＳＧＴ４１０のデバイスパラメータを、技術コンピュータ支援設計（ＴＣＡＤ）シミュレーションにおいて使用されるシミュレーションパラメータと共に要約する。下に列挙された寸法および材料は、発明の理解を補助するための単なる例示的な例として提供されたにすぎず、限定として解釈されるべきではないことが、理解されるべきである。他の実施形態において、第１および第２のトランジスタ１１０、１２０は、表１に列挙されたものとは異なる材料および／または異なる寸法を使用してよく、または、異なる温度依存性を有する異なるタイプのＴＦＴ（例えば、１つのトランジスタはＳＧＴ ＴＦＴであってよく、他方は別のタイプのＴＦＴであってよい）を備えてよい。
表Ｉ
【表1】
【0038】
図５および６は、図３のＳＧＴ３１０に似たポリＳｉ ＳＧＴに関する、測定された電気的データをを表すグラフを示す。温度Ｔ＝３００ＫおよびＴ＝３３０Ｋ、５Ｖの一定のドレイン電圧ＶＤにおける、様々な組み合わせのＳおよびｄに関する伝達特性が図５にプロットされる。図６は、Ｔ＝３００ＫおよびＴ＝３３０Ｋ、１２Ｖの一定のゲート電圧ＶＧにおける、図５と同じ組み合わせのＳおよびｄに関する出力特性をプロットする。本実施形態において、ＳＧＴはバルクドーピングに起因して空乏で動作し、典型的な低電圧飽和およびｄにおけるドレイン電流の独立性を示す。さらに、図６に示されるように、飽和されたドレイン電流は、実際にはドレイン電圧に依存しない。このことは、望ましい特性であり得る。なぜなら、結果として、出力電流は回路ＲＬ上の負荷の抵抗のばらつきに（または同等に、電源電圧のばらつきに）無反応であるからである。ＳＧＴにおける２－Ｄ電荷注入プロセスに起因して、ドレイン電流の温度依存性は、より短いソースを有するデバイスに関してわずかに高くなる。本発明の実施形態において、この動作は、ＮＴＤおよびＰＴＤ電流を生成するように図１に示されたものと似た回路において、利用可能である。
【0039】
図７および８は、図４のＳＧＴ４１０と似たＩＧＺＯ ＳＧＴに関する、測定された電気的データを表すグラフを示す。温度Ｔ＝３００ＫおよびＴ＝３３０Ｋ、５Ｖの一定のドレイン電圧ＶＤにおける、Ｓ＝４５μｍおよびＳ＝９μｍ、両者ともｄ＝５０μｍのデバイスに関する伝達特性が、図７にプロットされる。図７は、より長いソースを有するデバイスに関して、ドレイン電流ＰＴＤがより大きくなることを示す。図８は、様々な値のゲート電圧ＶＧに関する、Ｔ＝３００ＫでＳ＝４５μｍのデバイスに関する出力特性をプロットし、デバイスがＳＧＴ挙動を証明することを示す。低電圧挙動は超線形（ｓｕｐｒａ－ｌｉｎｅａｒ）であるが、トランジスタが飽和して動作する図１に示されたものなどのＣＭ型回路における機能性を妨害しない。
【0040】
図９および１０は、本発明の一実施形態による、Ｓｉｌｖａｃｏ Ａｔｌａｓ ｖ．５．２４．１．Ｒを使用したポリＳｉ拡張モードデバイスにおけるＴＣＡＤ熱的および電気的共シミュレーション（ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏ－ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）の結果を示す。シミュレーションに使用されるデバイスパラメータは、表１に与えられる。温度Ｔ＝３００ＫおよびＴ＝３４０Ｋ、５Ｖの一定のドレイン電圧ＶＤにおける、Ｓ＝１μｍ、Ｓ＝５μ、およびＳ＝２５μｍのポリＳｉ ＳＧＴデバイスに関するシミュレートされた伝達特性が、図９にプロットされる。図１０は、Ｔ＝３００ＫおよびＴ＝３４０Ｋ、８Ｖの一定のゲート電圧ＶＧにおける、図９と同じデバイスに関する出力特性をプロットする。
【0041】
図９および１０に示されるように、シミュレートされたポリＳｉ ＳＧＴは、図６および７における、製品のポリＳｉ ＳＧＴと同様の特性を示す。Ｓ＝１μｍでシミュレートされたデバイスは、小さいソース面積に起因して、ドレイン電流を抑制した。また、このデバイスにおけるドレイン電流は、ソース端からの注入が優越するので、大きいＰＴＤを有する。Ｓ＝５μｍおよびＳ＝２５μｍでシミュレートされたデバイスは非常に似た挙動を示し、それらのデバイスの両者においても、ソースのバルクからの注入が優越するだけでなく、５μｍと同じくらい早くＳを増加させながら飽和することを示す。換言すれば、１から５μｍにソース長を増大させると、ドレイン電流の温度依存性に比較的大きい効果を与えるが、５μｍを超えてソース長の増大を継続すると、出力電流の大きさおよびその温度依存性の大きさの両者に、与える影響は比較的小さい。
【0042】
よって、任意の所与のデバイスジオメトリおよび材料の組み合わせに関して、温度依存性の飽和が生じる閾値ソース長ＳＴｓａｔが存在し、したがってこの閾値ＳＴｓａｔを超えるソース長の増大は、ドレイン電流に与える影響がごくわずかである。本発明の実施形態において、第１および第２のトランジスタ１１０、１２０の間のＴＤにおけるより大きいコントラスト、および、その結果としての、より強いＰＴＤおよびＮＴＤ出力電流は、トランジスタ１１０、１２０のうち一方に関して、閾値ソース長ＳＴｓａｔであるかそれを上回るソース長Ｓを選択することによって、および、他方のトランジスタに関して、閾値ソース長ＳＴｓａｔを下回るソース長Ｓを選択することによって、取得され得る。高いＰＴＤまたは高いＮＴＤののいずれにおいても、温度へのより強い依存性を有する出力電流は、他方のトランジスタに関して、閾値ソース長ＳＴｓａｔをはるかに下回るソース長Ｓを選択することによって、取得され得る。
【0043】
これより、図１１から１４を参照して、本発明の実施形態による、ＳＧＴを使用する図１に示されたものと似たＣＭ型回路の平面図が示される。図１の実施形態と同様に、図１１から１４に示される各回路は、第１のソース１１１、第１のゲート１１２、および第１のドレイン１１３を備える第１のトランジスタと、第２のソース１２１、第２のゲート１２２および第２のドレイン１２３を備える第２のトランジスタとを含む。図１１から１４の実施形態において、第１のゲート１１２および第２のゲート１２２は、単一ゲート端子のそれぞれの部分を含み、したがって、単一ゲート端子は第１および第２のトランジスタの共通ゲートとして動作する。
【0044】
図１１は、第１および第２のトランジスタが同じソース長Ｓおよび同じソースドレインギャップｄを有する一実施形態を示す。図１２もまた、第１および第２のトランジスタが同じソース長Ｓおよび同じソースドレインギャップｄを有する一実施形態を示すが、Ｓおよびｄは図１１の実施形態より小さな値をとる。第１および第２のトランジスタは、両者の場合において同じ寸法を有するので、同じ材料が第１および第２のトランジスタに使用されるならば、次に、回路は理想的な電流ミラーとしての挙動を示すであろう。しかしながら、本発明のいくつかの実施形態において、第１および第２のトランジスタにおいて異なる材料および／またはドーパントレベルを使用することによって、第１および第２のトランジスタのＴＤの間に差が引き起される。そのような実施形態において、第１および第２のトランジスタは、互いに同じ寸法を有してもよく、異なる寸法を有してもよい。
【0045】
図１３および１４は、第１のトランジスタが、第２のトランジスタと異なる値のＳおよび／または異なる値のｄを有する実施形態を示し、第１および第２のトランジスタが異なるＴＤを有する結果となる。図１３において、第１のトランジスタは第２のトランジスタよりも大きいソース長Ｓおよび大きいソースドレインギャップｄを有する。図１４において、第１のトランジスタは第２のトランジスタよりも小さいソース長Ｓおよび小さいソースドレインギャップｄを有する。第１および第２のトランジスタが図１３および１４において異なるソース長Ｓを有するので、両者の実施形態において、第１および第２のトランジスタは、同じ材料で形成されてよく、更に異なるＴＤを示すであろう。しかしながら、いくつかの実施形態において、図１３および１４に示される例などの異なるソース長Ｓを有するトランジスタもまた、互いに異なる材料から形成されてよい。
【0046】
これより、図１５および１６を参照して、本発明の実施形態による、異なるソース長Ｓを有するＳＧＴを含むＣＭ型回路における、測定された、およびシミュレートされたデータが示される。図１５は、ポリＳｉ ＳＧＴを含むＣＭ型回路における、温度に対する出力電流の測定された依存性を示すグラフである。具体的に、ＳＭ１＝２μｍである第１のトランジスタ（Ｍ１）およびＳＭ２＝８μｍである第２のトランジスタ（Ｍ２）を備える回路、ＳＭ１＝２μｍである第１のトランジスタ（Ｍ１）およびＳＭ２＝２μｍである第２のトランジスタ（Ｍ２）を備える回路、およびＳＭ１＝８μｍである第１のトランジスタ（Ｍ１）およびＳＭ２＝２μｍである第２のトランジスタ（Ｍ２）を備える回路に関するデータが、図１５にプロットされる。
【0047】
図１５に示されるように、第１のトランジスタが第２のトランジスタより小さいソース長Ｓを有する（ＳＭ１＜ＳＭ２）実施形態において、出力電流の全体のＴＤは負であり、第１および第２のトランジスタの温度が増大するにつれて出力電流の大きさは減少することを意味する。このことは、第１のトランジスタのドレイン電流のＰＴＤが第２のトランジスタのそれより高いために生じ、これは、シリコンにおけるショットキーコンタクトＳＧＴの場合には、例えば図１４の実施形態に示されるような、より短いソース長Ｓを第１のトランジスタにおいて使用することによって取得され得る。そのような実施形態において、第１のトランジスタが一定の電流Ｉｒｅｆで駆動されるとき、回路の全体の温度の増大は、第１および第２のトランジスタの両者におけるゲート電圧の減少という結果をもたらす。しかしながら、第２のトランジスタは第１のトランジスタより低いＰＴＤを有するので、第２のトランジスタのより長いソース長Ｓに起因して、第２のトランジスタのドレイン電流（すなわち、回路の出力電流）は温度を抑制させる。図１５にプロットされたデータにおいて、－０．５３％／Ｋの平均温度感度出力電流（ＴＳＯＣ）が、ＳＭ１＝２μｍおよびＳＭ２＝８μｍの実施形態において確認される。
【0048】
逆に、他の実施形態において、図１３に示された実施形態の場合のように、ＰＴＤ出力電流は第１のトランジスタよりも短いソース長Ｓを有する第２のトランジスタを使用して取得され得る。図１５にプロットされたデータにおいて、＋０．６４％／ＫのＴＳＯＣが、ＳＭ１＝８μｍおよびＳＭ２＝２μｍの実施形態において確認される。ＳＭ１＝ＳＭ２＝２μｍである同じトランジスタによる実施形態において、ＴＳＯＣは＋０．０６％／Ｋと事実上ごくわずかであり、デバイスが理想的な電流ミラーに近い挙動となることを示す。
【0049】
図１６は、本発明の実施形態による、Ｓおよびｄの異なる組み合わせによるポリＳｉ ＳＧＴを使用するＣＭ型回路における温度へのシミュレートされた出力電流の依存性を示すグラフである。図１６における出力電流温度依存は、直流（ＤＣ）条件のもとでシミュレートされた。図１５にプロットされた測定データと比較すると、図１６にプロットされたＴＣＡＤシミュレーションは、同様の挙動を示すが、デバイスの間のソース長Ｓの差がより大きいことに起因して、ＴＳＯＣがより大きくなっている。ＳＭ１＝１μｍおよびＳＭ２＝２５μｍであるデバイスのシミュレーションにおいて、－１．８３％／ＫのＴＳＯＣが確認され、ＳＭ１＝２５μｍおよびＳＭ２＝１μｍであるデバイスのシミュレーションにおいて、＋３．１５％／ＫのＴＳＯＣが確認される。第１および第２のトランジスタが同じソース長（ＳＭ１＝ＳＭ２＝１，５，２５μｍ）である実施形態において、＋０．００２％／ＫのごくわずかなＴＳＯＣが確認される。
【0050】
図１０を参照して上に記載されるように、閾値ソース長ＳＴｓａｔが存在し、その閾値ソース長を超えて更にソース長を増大させると、ドレイン電流にほとんどまたは全く影響を与えない。図１６にプロットされたＴＤＡＣシミュレーションにおいて使用されるデバイスジオメトリおよび材料に関して、この閾値ＳＴｓａｔはＳ＝５μｍ近くで生じる。例えば、本実施形態において、閾値ＳＴｓａｔは約１０μｍであってよい。また、上で記載されるように、第１および第２のトランジスタ１１０、１２０の間のＴＤにおける、より大きいコントラストと、結果としての、より強いＰＴＤまたはＮＴＤ出力電流は、トランジスタ１１０、１２０の一方におけるソース長Ｓを閾値ソース長ＳＴｓａｔまたはそれより上に選択し、他方のトランジスタにおけるソース長Ｓを閾値ソース長ＳＴｓａｔの下に選択することによって、取得可能である。
【0051】
この影響は図１６で参照可能であり、ＳＭ１＝１μｍ、ＳＭ２＝５μｍおよびＳＭ１＝１μｍ、ＳＭ２＝２５μｍのデバイスは両者とも、強いＮＴＤである出力電流を生成するが、ＳＭ１＝５μｍ、ＳＭ２＝２５μｍのデバイスは非常に弱いＮＴＤのみの出力電流を生成する。同様に、ＳＭ１＝２５μｍ、ＳＭ２＝１μｍおよびＳＭ１＝５μｍ、ＳＭ２＝１μｍのデバイスは両者とも、強いＰＴＤである出力電流を生成するが、ＳＭ１＝２５μｍ、ＳＭ２＝５μｍのデバイスは非常に弱いＰＴＤのみの出力電流を生成する。よって、トランジスタ１１０、１２０の一方におけるソース長Ｓを閾値ソース長ＳＴｓａｔまたはそれより上に選択し、他方のトランジスタにおけるソース長Ｓを閾値ソース長ＳＴｓａｔの下に選択することによって、温度の変化への感度がより大きいＣＭ型回路が取得可能である。
【0052】
また、図１６に示されるように、デバイスの温度電流曲線は、約３０５Ｋと３２５Ｋの間でほぼ線形の部分を示し、この温度範囲の外側では非線形挙動を示す。いくつかの実施形態において、装置１００は、上方温度閾値および下方温度閾値の間の温度範囲で動作するように構成され、上方および下方温度閾値は、第１および第２のトランジスタのそれぞれの温度電流曲線の線形部分内の温度である。このやり方で、装置１００の出力電流は、設計された動作範囲を通じて温度に比例してほぼ線形のままであり、出力電流の大きさを温度の測定値に変換することを容易にする。いくつかの用途において、非線形の方式で温度を変化させる出力電流を有すること、例えば、ある範囲内の温度で、出力電流を温度変化により敏感にすること、が好ましいことがある。
【0053】
これより図１７を参照して、本発明の一実施形態に係るる、ＩＧＺＯ ＳＧＴを用いる電流ミラー回路における、様々な温度における出力電流対基準電流のグラフを示す。図１７にプロットされるデータは、ＩＧＺＯ回路が、上で記載されるポリＳｉベースの回路と同じ全体の影響に到達することを示す。本実施形態において、第１のトランジスタは第２のトランジスタよりも高いＰＴＤを有するドレイン電流を有し、－１．１７％／ＫのＴＳＯＣが取得される。
【0054】
これより図１８および１９を参照して、本発明の一実施形態による、リング発振回路１９０２を備える装置を示す。図１８は、図１に示されたものと似たＣＭ型配置で接続される、第１および第２のトランジスタ１８１０、１８２０を備える回路を示す。加えて、図１８の回路は、第２のトランジスタ１８２０のドレインに接続されたソースを有する第３のトランジスタ１８４１を備える。第３のトランジスタ１８４１のソースの電圧Ｖｏｕｔは、キャパシタ１８４２の一方の端子に提供され、その他方の端子がアースに接続される。
【0055】
図１９は、図１８に示されたものに基づき、図１に示されたものに似たＣＭ型回路において接続された第１および第２のトランジスタ１９０１を備え、第３のトランジスタ１８３０のアレイによって駆動される発信器コア１９０２を備え、それらの各々は第２のトランジスタ１８２０からコピーされた電流を受け取る、装置１９００を示す。リングオシレータの各段は、信号反転特性を有する信号増幅段を含み、本実施形態においてはインバータ論理ゲートを備える。各段は、図１８の第２および第３のトランジスタ１８２０、１８４１に似た装置を備える。全ての段における第３のトランジスタ１８４１は、入力として共に接続されるゲートおよび、出力として共に接続されるドレインを有してよく、各段の出力は、次の段における入力の役割を果たす。いくつかの実施形態において、第２のトランジスタ１８２０が、図１９におけるトランジスタのより低い行に示されるように、各段の底部において複製されることを条件に、第３のトランジスタ１８４１はインバータとして使用されてよい。
【0056】
発振回路１９０２は、第１および第２のトランジスタ１９０１の近くに配置され、したがって、第１および第２のトランジスタ１９０１の温度は、発振回路１９０２の温度によって影響される。発振回路に起因する第１および第２のトランジスタ上の加熱効果は、発振回路を通って流れる電流の大きさに依存し、また、外部温度に依存する。このやり方で、発振回路はジュール加熱によって、発振回路を通って流れる電流を増大させることにより、第１および第２のトランジスタの温度を増大させる。
【0057】
本実施形態において、発振回路１９０２は電流欠乏リング発振回路であり、第２のトランジスタは、電流欠乏リング発振回路の複数の第２のトランジスタの１つである。発振回路１９０２は、第２のトランジスタの一方を各々が含む複数の段を備え、各第２のトランジスタは、第１のゲートと同じゲート電圧を受け取るように構成されるそれぞれの第２のゲート電極を備える。このやり方で、出力電流ＩＬは発振回路１９０２の各段にコピーされ、したがって、トランジスタＭ２における出力電流の変化は、発振回路１９０２の各段階を通って流れる電流における対応する変化をもたらす。第２のトランジスタＭ２のドレインにおける出力電流は負の温度依存性を有し、電流欠乏リングオシレータ１９０２は、負のフィードバック機構を介して装置１９００の温度に従ってその動作周波数を適合させる。追加的に、ＣＭ型回路１９０１がＮＴＤ出力電流を生成するように構成されるとき、電流欠乏リングオシレータ１９０２は、発振回路１９０２によって駆動される任意の他の回路の動作速度および電力散逸を自己制御するであろう。いくつかの実施形態において、温度に依存しない安定したクロック信号を生成するように構成された回路によって、正確なクロックが個別に生成されてよい。
【0058】
第１および第２のトランジスタ１９０１および発振回路１９０２は共に、第２のトランジスタＭ２のドレインにおける出力電流の負の温度依存性に起因して、装置が温度調整回路として動作するようにフィードバックループを形成する。追加的に、発振回路１９０２は装置１９００を取り囲む環境の温度に影響を与えるために十分強力であってよく、および／または、個別の加熱または冷却デバイスを駆動するように構成されてよい。このやり方で、温度調整回路は実質的に一定の温度で装置１９００を取り囲む環境を維持するように使用されることができる。例えば、装置１９００はウェアラブル電子デバイスを含んでよく、ウェアラブル電子デバイスの少なくとも一部における温度を調整するように使用されてよい。いくつかの実施形態において、衣服を着用するヒトの温度を調整するために役立つように、回路は衣服に集積されてよい。
【0059】
例えば、いくつかの実施形態において、図１９に示されるものなどの発振回路１９０２の出力が、追加の回路へのタイミング信号として使用されてよく、したがって、追加の回路に提供されるタイミング信号の周波数が、温度に従って変化する。追加の回路は、動作している回路１９０２によって提供されるタイミング信号の周波数に依存して加熱効果または冷却効果を引き起こすように構成され得、したがって温度制御回路と呼ばれることがある。例えば、温度制御回路は、発振回路１９０２からのタイミング信号によって制御されるような動作周波数に比例して熱を放散するように構成されてよい。このやり方で、第１および第２のトランジスタ１９０１の温度の増大が、発振回路１９０２によって生成されるタイミング信号の周波数を抑制し、それにより、温度制御回路における熱放散を抑制させ、結果として第１および第２のトランジスタ１９０１の温度を抑制する。この装置は、例えば、温度制御回路がそれぞれの温度の安全動作限度に保たれることを確実にし得、または、温度制御回路によって放散される熱が、システムのユーザまたは他のコンポーネントにとって有害であり得るレベルに温度を上昇させないことを確実にし得る。
【0060】
他の実施形態において、図１９に示されたものと似た回路が提供され、第１および第２のトランジスタ１９０１が、温度に正の依存性を有する第２のトランジスタＭ２のドレインにおいて出力電流を生成するように構成される。この場合、発振回路周波数は温度と共に増大し、敏感な温度センサとして使用され得る。例えば、カウンタは発振回路の周波数を決定し、それを温度の測定値に変換するように使用され得る。
【0061】
発振回路１９０２は、より一般的には温度コントローラと呼ばれてよく、したがって、発振回路１９０２の機能は第１および第２のトランジスタ１９０１の温度および取り囲む環境を制御するためのものである。本実施形態において、温度コントローラは発振回路であるが、他の実施形態においては、異なるタイプの温度コントローラが異なるように実装されてよい。例えば、いくつかの実施形態において、図１に示されるものなどのＣＭ型回路は、ペルチェ素子の形態で温度コントローラに接続されてもよく、第１および第２のトランジスタは、ペルチェ素子の高温側または低温側のいずれかに配置される。このやり方で、ペルチェ素子は第１および第２のトランジスタ、ならびに取り囲む環境を、第２のトランジスタのドレインによって提供される出力電流に依存している加熱効果または冷却効果の大きさで、熱するか冷却するかのいずれかが可能である。
【0062】
【0063】
図１８に示されたものと似た装置が、図１６に対して上に記載されたＡｔｌａｓ混合モード能力を使用して図１９に示される回路の一部としてシミュレートされ、ＳＰＩＣＥ回路が、ＳＰＩＣＥ（すなわち、キャパシタ）およびアトラス（物理的にモデリングされた）デバイスの両者を使用して、記載され、シミュレートされる。図１８に示される共通ソース増幅器は、アクティブな負荷としてＣＭ型回路を使用し、方形波によって駆動される。過渡シミュレーションが回路の時間応答を研究するために使用されてきたが、シミュレーション結果が図２０から２３にプロットされる。
【0064】
図２０に示されるように、装置１８００の温度が上昇するにつれてＣＭ型回路の出力電流Ｉｏｕｔは減少し、したがって、本実施形態において、第１および第２のトランジスタ１８１０、１８２０がＮＴＤ出力電流Ｉｏｕｔを生成するように構成される。結果として、負荷キャパシタ１８４２（ＣＬ＝１０ｐＦ）が放電するために取られる時間が増大し、図１９の発振回路１９０２の動作速度、および従って熱放散は、減少する。これはネガティブフィードバックループを構成し、したがって、装置１９００の温度の増大は、発振回路１９０２によって生成されている熱をより少なくすることをもたらす。図２１は、発振回路１９０２におけるインバータ段１８００の出力電流の温度の変化を示すグラフであり、発振回路１９０２の温度が増大するにつれて出力電流が減少することを示す。図２２は、発振回路１９０２におけるインバータ段１８００のゲート電圧の温度の変化を示すグラフであり、発振回路１９０２の温度が増大するにつれてゲート電圧が減少することを示す。図２３は、発振回路１９０２におけるインバータ段１８００のスイッチング遅延の温度の変化を示すグラフであり、温度が増大するにつれてスイッチング遅延が増大し、発振回路１９０２の動作速度を抑制させることを示す。
【0065】
これより図２４を参照して、本発明の一実施形態による温度感知装置を示す。この実施形態において、装置２４００は、第２のドレインにおける出力電流の大きさが第１および第２のトランジスタの温度の指標となる温度センサとして動作するように構成される。装置２４００は、出力電流の大きさを測定するように構成された電流測定ユニット２４０２と、測定された電流を第１および第２のトランジスタの温度の測定値に変換するように構成された変換ユニット２４０３とを備える。本実施形態において、装置２４００は温度測定値を出力デバイス２４０４に送信するように構成される。出力デバイス２４０４は、温度測定値を人間のユーザに理解できる形態、例えば聴覚的または視覚的フォーマットで出力してよい。
【0066】
本明細書では図面を参照しながら本発明の特定の実施形態について記載してきたが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、多くの変形例および修正例が考えられることが理解されるであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
