开关设备、操作开关设备的方法和制造开关设备的方法技术

本公开的各实施例涉及开关设备、操作开关设备的方法和制造开关设备的方法。提供了一种设备，该设备包括相变开关(15)和被配置为存储相变开关的目标状态的存储器(14)。控制器(13)被配置为确定相变开关的相状态，并且如果相变开关的状态与目标状态不对应，则控制相变开关的加热器(11)将相变开关的状态改变为目标状态。态。态。

【技术实现步骤摘要】
开关设备、操作开关设备的方法和制造开关设备的方法


[0001]本申请涉及开关设备以及用于操作和制造开关设备的方法。

技术介绍

[0002]根据5G标准，对使用高频的射频(RF)应用(诸如雷达感测和移动通信)的技术要求正在增加。特别地，与最先进的CMOS开关相比具有改进特性的开关将需要满足未来的需求。相变开关被认为是用于切换RF信号的有希望的候选。这种相变开关使用相变材料(PCM)，该PCM通常在晶相状态下比在无定形状态下表现出更高的电导率。通过改变相变材料的相状态，可以接通或断开包括这种材料的开关设备。
[0003]例如，为了将相状态从无定形态变为晶态，通常采用加热器加热相变材料，从而导致结晶。这种接通也称为开关设备的置位操作。在该置位操作中，加热器被致动以使得相变材料的温度高于其结晶温度(通常约250℃)，但低于通常例如在600℃至900℃范围内的熔融温度。由加热器引起的加热脉冲的长度被选择以使得存在于PCM中的任何无定形区域都可以重新长成晶相状态。
[0004]当断开开关设备时，也称为复位操作，加热器被致动以使得PCM的温度升高到高于熔化温度(例如，高于约600℃至900℃)，然后是快速冷却，以将相变材料冻结成无定形状态。
[0005]除了预期的切换，还可能发生这种开关设备的无意切换，例如由于过压情况。这种过压情况可能例如由静电放电(ESD)事件引起。
[0006]在这种静电放电事件中的高压放电(例如，在千伏范围内)可能会导致相变材料的加热，从而导致状态的意外切换或将开关设置为混合状态，在该混合状态下，PCM的一部分是结晶的，而部分是无定形的。虽然通常通过专用ESD保护电路装置来保护电路免受ESD事件的影响，但这对于射频应用来说很难实现，因为提供耦合到相变开关的这种ESD保护电路装置可能会对开关的射频行为产生不利影响。
[0007]在启动包括相变开关的系统时存在相关问题。在这种情况下，相变开关的状态可能是未知的，并且可能需要通过施加对应加热来使相变开关达到期望状态，如上所述。这花费时间，在系统中引起热量，消耗电流，并且不利于定义开关设备的寿命的开关周期数。

技术实现思路

[0008]提供了根据权利要求1中定义的设备、根据权利要求10中定义的方法和根据权利要求14中定义的方法。从属权利要求定义了另外的实施例。
[0009]根据一个实施例，提供了一种设备，该设备包括：
[0010]相变开关，包括相变材料和加热器，
[0011]存储器，被配置为存储相变开关的目标状态，以及
[0012]控制器，被配置为确定相变开关的状态，将所确定的状态与目标状态进行比较，并且如果相变开关的状态与目标状态不对应，则控制相变开关的加热器将相变开关的状态改
变为目标状态。
[0013]根据另一实施例，提供了一种方法，该方法包括：
[0014]确定包括相变材料和加热器的相变开关的状态，
[0015]将所确定的状态与所存储的目标状态进行比较，以及
[0016]在所确定的状态与目标状态不对应的情况下，将相变开关的状态改变为目标状态。
[0017]根据另一实施例，提供了一种方法，该方法包括：
[0018]形成包括相变材料和加热器的相变开关，以及
[0019]与相变开关同时形成包括另外的相变材料和另外的加热器的相变存储器。
[0020]以上概述仅旨在给出一些实施例的简要概述，而不应当被解释为以任何方式进行限制。
附图说明
[0021]图1是根据一个实施例的设备的框图；
[0022]图2是示出根据一个实施例的设备的图；
[0023]图3是示出根据一个实施例的用于操作开关设备的方法的流程图；
[0024]图4是示出根据一些实施例的用于制造开关设备的方法的流程图；以及
[0025]图5是示出示例相变材料的行为的图。
具体实施方式
[0026]在下文中，将参考附图详细描述各种实施例。以下描述的实施例仅作为示例而不应当解释为限制。例如，虽然在实施例中提供了特定布置或部件，但在其他实施例中可以使用其他配置。
[0027]除了明确示出和描述的特征(例如，部件、元件、动作、事件等)，在其他实施例中可以提供附加特征，例如在使用相变材料的常规开关设备中使用的特征。例如，本文中描述的实施例涉及监测基于相变材料的开关的状态以及其他部件和特征，例如用于控制加热器的控制电路装置、使用开关设备的射频(RF)电路装置等可以以常规方式实现。这种附加部件可以与所描述的开关设备集成在同一衬底上，但也可以例如单独设置在一个或多个单独的芯片管芯上，然后，在一些实现中可以与开关设备在公共封装中组合。此外，诸如在诸如硅衬底等衬底上提供相变材料以实现相变开关、在硅衬底中的沟槽中提供相变材料等的结构实现可以以任何常规方式进行。
[0028]基于相变材料(PCM)的开关在本文中将被称为相变开关或短路PCM开关。如介绍部分所解释的，这种相变开关可以被设置为晶相状态或无定形相状态，从而改变相变材料的电阻并且因此改变开关的电阻达若干数量级。图5中示出了一个说明性示例。图5示出了示例相变材料的电阻随温度的变化。在无定形相状态下，示例电阻较高，高于107欧姆。通过曲线部分50所示的至约250℃的加热，相变材料可以进入晶相，在这种情况下进入面心立方(fcc)晶相，如曲线部分所示51，该晶相在冷却时被保存。在这种情况下，电阻低于104欧姆，即，低三个数量级以上。通过将相变材料的适当尺寸(长度和宽度)用于PCM开关，可以实现例如在1至100欧姆的范围内的开关的导通电阻。
[0029]关于实施例中的一个而描述的实现细节也适用于其他实施例。例如，关于图1，描述了可能的相变材料和用于加热器的材料，并且这些也可以用于本文中描述的其他实施例中，因此将不再重复描述。
[0030]现在转向附图，图1示出了根据通过实施例的开关设备。
[0031]图1包括相变开关15，相变开关15包括相变材料10和加热器11。相变材料10耦合在第一射频端子RF1与第二射频端子RF2之间，以选择性地将射频端子RF1耦合到射频端子RF2。在其他实施例中，可以使用非射频信号。在这方面，射频是指频率至少为1MHz(例如，高于100MHz，例如，在千兆赫(Ghz)范围内)的信号。相变开关15可以例如用在天线调谐应用中，以选择性地将电容或电感耦合到天线。
[0032]通过耦合在RF端子RF1与RF2之间，射频开关15易于经历过电压，例如由于上述天线处或以其他方式发生在RF端子RF1或RF2处的静电放电(ESD)。此外，如介绍部分所解释的，通过常规ESD保护电路装置保护相变开关15可能对开关设备15的射频特性产生负面影响，因此在一些应用中是不可取的。
[0033]可用相变材料10的一个示例是碲化锗。加热器11可以由诸如多晶硅或钨等材料制成。加热器11由控制器13控制以在晶相状态与无定形相状态之间切换相变材料10，如上面关于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设备，包括：相变开关(15；20A，20B)，包括相变材料(10)和加热器(11)，存储器(14；23A，23B)，被配置为存储所述相变开关的目标状态，以及控制器(13；22A，22B)，被配置为确定所述相变开关的状态，将所确定的状态与所述目标状态进行比较，并且如果所述相变开关的所述状态与所述目标状态不对应，则控制所述相变开关(15)的所述加热器(11)将所述相变开关的所述状态改变为所述目标状态。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述存储器(14；23A，23B)包括相变存储器，所述相变存储器包括另外的相变材料。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中为了确定所述相变开关(15；20A，20B)的所述状态，所述控制器(13；22A，22B)被配置为向所述相变开关(15；20A，20B)的所述相变材料(10)施加电压和电流中的一项并且响应于所述施加而测量电压和电流中的另一项。4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述控制器(13；22A，22B)经由至少一个射频去耦元件(12A，12B；21A
‑
21D)耦合到所述相变开关。5.根据权利要求4所述的设备，其中所述射频去耦元件(12A，12B；21A
‑
21D)包括电感器。6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中所述控制器(13；22A，22B)被配置为在所述设备的操作期间连续地执行所述确定和所述比较。7.根据权利要求1至6中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：