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低消費電力エレクトロニクスのための集積化MEMS

本研究では、表面マイクロマシニングによるMEMSスイッチを用いて、LSIの待機電力を極限までゼロに近づける新たなパワーゲートスイッチの試作と評価を実施しています。

はじめに

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半導体エレクトロニクスでは、高速動作と低電圧動作を追求するためにゲート長数十ナノメートルの微細化が進められています。このため、必然的にトランジスタのOFF時のリーク電流が顕在化しつつあります。このリーク電流を低減する方策として、通常は回路ブロックとGND電位の間にパワーゲートスイッチを挿入する手法が一般的でした。しかしながら、パワーゲートスイッチもトランジスタである以上、有限なリーク電流をもっています。

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そこで、このパワーゲートスイッチに相当する部品として、MEMS型の接点開閉スイッチを応用する方法を検討しています。これにより、OFF時のリーク電力をほぼゼロに抑えて、待機時間におけるLSIの消費電力を極力抑制する方法を検討しています。

スイッチ構造

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従来のRF−MEMSスイッチでは、高周波におけるインピーダンス整合が設計の制約条件となっており、デバイス寸法が小型化したために、必要な接圧を得るための駆動電圧が高くなる傾向にありました。一方、本研究がめざすパワーゲートスイッチではDC電流を取り扱うため、高周波回路的な設計制約条件がありません。このため、RF−MEMSスイッチよりも大きな面積をアクチュエータ電極に割り当てることが可能であり、駆動電圧を3.3V程度に抑えることも可能です。

製作方法

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パワーゲートスイッチをLSI基板上に製作することを想定して、低温プロセスでMEMS加工する方法を検討しました。その結果、銅メッキを犠牲層とする金めっきで可動接点構造を製作する方法を研究しています。

静電駆動特性予測

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3次元有限要素法解析結果により、厚さ1ミクロン程度の有機フィルムを可動メンブレンに用いることで、ブリッジ間隔200ミクロン程度の構造で、3.3V駆動が可能であることが分かりました。

紹介ポスター


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Last-modified: Sat, 27 Apr 2013 00:39:28 JST (1669d)