KR102181343B1 - 하이브리드 다이오드 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 다이오드 소자를 제공한다. 하이브리드 다이오드 소자는 기판 상에 배치되고, 제 1 전자 가스층(2-Dimesional Electron Gas: 2DEG)을 포함하는 제 1 하부 질화막, 상기 제 1 하부 질화막에서 상기 기판의 외각으로 연장되고, 제 2 전자 가스층을 포함하는 제 2 하부 질화막, 상기 제 1 하부 질화막 상에 배치되는 제 1 상부 질화막, 상기 제 2 하부 질화막 상에 배치되는 제 2 상부 질화막, 상기 제 1 상부 질화막 상에 배치되는 제 1 캡(cap)층, 상기 제 2 상부 질화막 상에 배치되는 제 2 캡층, 상기 제 1 하부 질화막 및 상기 제 1 캡층과 연결되는 제 1 전극 구조체, 상기 제 2 하부 질화막과 연결되고, 상기 제 1 전극 구조체와 연결되는 제 2 전극 구조체를 포함하고, 상기 제 2 하부 질화막은 동적인 움직임에 의해 전기를 생성한다.
Description
본 발명은 하이브리드 다이오드 소자에 관한 것으로, 구체적으로 하나의 기판 상에 압전 소자와 다이오드 소자를 집적한 하이브리드 다이오드 소자에 관한 것이다.
일반적으로, 전자기기들은 동작 전원으로서 전지나 고정된 전원을 요구한다. 특히, 전지 경우는 주기적인 충전 또는 수명에 따른 교체가 요구된다. 최근, 전자기기가 무선화 및 저전력 형태로 발전됨에 따라, 주변 환경으로부터 전기 에너지를 수확하는 에너지 하베스팅(energy harvesting) 방식 마이크로 발전기(micro power generator)가 연구되고 있다.
또한, 상기와 같이 주변 환경 에너지를 변환하여 발생시킨 전기 에너지를 실제 전력이 요구되는 전자기기에 공급하기 위해서는, 발생된 임의 파형의 전기 에너지를 직류 형태로 변환하는 정류소자나 이를 조합한 정류회로 부품이 부가적으로 요구된다.
본 발명의 기술적 과제는 하나의 기판 상에 압전 소자와 다이오드 소자를 집적한 하이브리드 다이오드 소자를 제공하는 것이다. 이에 따라, 자력 전력 공급이 가능한 하이브리드 다이오드 소자(self-power providing hybrid diode device)를 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 과제는 압전 물질인 갈륨 나이트라이드계(Gallium Nitride-based) 질화막을 공유하는 압전 소자와 다이오드 소자를 포함하는 하이브리드 다이오드 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 압전 소자가 제공한 교류 형태의 전기 에너지를 직류 형태의 전기 에너지로 바꿀 수 있는 다이오드 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 다이오드 소자를 제공한다. 하이브리드 다이오드 소자는 기판 상에 배치되고, 제 1 전자 가스층(2-Dimesional Electron Gas: 2DEG)을 포함하는 제 1 하부 질화막, 상기 제 1 하부 질화막에서 상기 기판의 외각으로 연장되고, 제 2 전자 가스층을 포함하는 제 2 하부 질화막, 상기 제 1 하부 질화막 상에 배치되는 제 1 상부 질화막, 상기 제 2 하부 질화막 상에 배치되는 제 2 상부 질화막, 상기 제 1 상부 질화막 상에 배치되는 제 1 캡(cap)층, 상기 제 2 상부 질화막 상에 배치되는 제 2 캡층, 상기 제 1 하부 질화막 및 상기 제 1 캡층과 연결되는 제 1 전극 구조체, 상기 제 2 하부 질화막과 연결되고, 상기 제 1 전극 구조체와 연결되는 제 2 전극 구조체를 포함하고, 상기 제 2 하부 질화막은 동적인 움직임에 의해 전기를 생성한다.
일 예에 의하여, 상기 제 1 전자 가스층과 상기 제 2 전자 가스층은 서로 이격되어 전기적으로 절연된다.
일 예에 의하여, 상기 제 1 및 제 2 하부 질화막들은 갈륨 나이트라이드계(Gallium Nitride-based) 물질로서 갈륨 나이트라이드(GaN)일 수 있다.
일 예에 의하여, 상기 제 2 상부 질화막은 상기 제 2 하부 질화막의 일부를 노출하는 질화막 패턴들이고, 상기 제 2 전자 가스층은 상기 제 2 하부 질화막과 상기 질화막 패턴들과 접하는 영역에 제공된다.
일 예에 의하여, 상기 제 2 전자 가스층은 상기 제 2 하부 질화막과 상기 제 2 상부 질화막의 계면에 제 1 방향으로 불연속적으로 제공되고, 상기 제 1 방향은 상기 제 2 상부 질화막에서 상기 제 2 하부 질화막을 향하는 방향과 수직하는 방향이다.
일 예에 의하여, 상기 제 2 전극 구조체는 상기 질화막 패턴들 각각을 관통하여 상기 제 2 전자 가스층과 접촉한다.
일 예에 의하여, 상기 제 1 전극 구조체는, 상기 제 1 하부 질화막 내의 제 1 전자 가스층과 전기적으로 연결되는 제 1 전극 및 상기 제 1 캡층과 연결되는 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 2 전극 구조체는 상기 제 2 하부 질화막 내의 제 2 전자 가스층과 전기적으로 연결되는 제 3 전극 및 제 4 전극을 포함한다.
일 예에 의하여, 상기 제 1 전극, 상기 제 3 전극 및 상기 제 4 전극은 오믹(Ohmic) 전극이고, 상기 제 2 전극은 쇼트키(Schottky) 전극이되, 상기 제 3 전극은 상기 제 2 전극과 연결 패드를 통해 연결되고, 상기 제 1 전극과 상기 제 4 전극은 외부 회로와 연결된다.
일 예에 의하여, 상기 제 1 전극은 복수 개로 제공되는 오믹 전극이고, 상기 제 2 전극은 복수 개로 제공되는 쇼트키 전극이되, 상기 제 1 전극들과 상기 제 2 전극들은 브릿지(bridge) 회로를 구성한다.
일 예에 의하여, 상기 제 1 전극들은 제 1 오믹 전극, 제 2 오믹 전극, 제 3 오믹 전극 및 제 4 오믹 전극을 포함하고, 상기 제 2 전극들은 제 1 쇼트키 전극, 제 2 쇼트키 전극, 제 3 쇼트키 전극 및 제 4 쇼트키 전극을 포함하고, 한 쌍의 상기 제 1 오믹 전극과 상기 제 1 쇼트키 전극, 한 쌍의 상기 제 2 오믹 전극과 상기 제 2 쇼트키 전극, 한 쌍의 상기 제 3 오믹 전극과 상기 제 3 쇼트키 전극, 및 한 쌍의 상기 제 4 오믹 전극과 상기 제 4 쇼트키 전극은 각각 제 1 내지 제 4 다이오드를 구성한다.
일 예에 의하여, 상기 제 1 내지 제 4 다이오드들 사이에 이들을 각각 분리하는 격리 영역이 제공된다.
일 예에 의하여, 상기 제 1 다이오드와 상기 제 4 다이오드는 상기 제 3 전극과 제 1 연결 패드에 의해 연결되고, 상기 제 2 다이오드와 상기 제 3 다이오드는 상기 제 4 전극과 제 2 연결 패드에 의해 연결되고, 상기 제 1 다이오드와 상기 제 2 다이오드 및 상기 제 3 다이오드와 상기 제 4 다이오드는 각각 제 3 연결 패드와 제 4 연결 패드에 의해 외부 회로와 연결된다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 다이오드 소자를 제공한다. 하이브리드 다이오드 소자는 본체부와 외팔보를 가지는 기판, 상기 기판 상에 배치되고, 전자 가스층을 가지는 하부 질화막, 상기 하부 질화막 상에 배치되는 상부 질화막, 상기 전자 가스층을 제 1 전자 가스층과 제 2 전자 가스층으로 분리시키고, 상기 상부 질화막을 제 1 상부 질화막과 제 2 상부 질화막으로 분리시키는 제 1 격리 영역, 상기 제 1 전자 가스층 및 상기 제 1 상부 질화막과 연결되는 제 1 전극 구조체, 상기 제 2 전자 가스층과 연결되는 제 2 전극 구조체를 포함하고, 상기 제 2 전자 가스층과 상기 제 2 상부 질화막은 상기 외팔보 상에 배치되고, 상기 제 2 전극 구조체는 상기 하부 질화막에 인가되는 스트레인의 변화에 의해 생성되는 전기 에너지를 상기 제 1 전극 구조체로 전달한다.
일 예에 의하여, 상기 제 1 격리 영역은 상기 상부 질화막에서 상기 하부 질화막을 향해 리세스(recess)된다.
일 예에 의하여, 상기 제 1 격리 영역 상에 배치되는 연결 패드를 더 포함하고, 상기 연결 패드는 상기 제 1 전극 구조체와 상기 제 2 전극 구조체를 연결한다.
일 예에 의하여, 상기 제 1 상부 질화막에서 상기 제 1 전자 가스층으로 리세스되어 상기 제 1 전자 가스층 및 상기 제 1 상부 질화막을 4개로 분리시키는 제 2 격리 영역을 더 포함하고, 상기 제 1 전극 구조체는 상기 분리된 제 1 전자 가스층들 및 제 1 상부 질화막들 각각과 연결되는 한 쌍의 오믹 전극 및 쇼트키 전극을 포함한다.
일 예에 의하여, 하나의 다이오드를 구성하는 상기 한 쌍의 상기 오믹 전극과 상기 쇼트키 전극은 4개가 제공되고, 상기 오믹 전극들과 상기 쇼트키 전극들은 브릿지 회로를 구성한다.
일 예에 의하여, 상기 상부 질화막 상면에 배치되는 캡층을 더 포함하고, 상기 캡층은 상기 제 1 격리 영역과 상기 제 2 격리영역에 의해 분리된다.
일 예에 의하여, 상기 캡층 상면에 배치되는 보호층을 더 포함한다.
일 예에 의하여, 상기 기판 상에 배치되는 상기 하부 질화막과 상기 상부 질화막의 가장자리에서 상기 상부 질화막에서 상기 하부 질화막을 향하는 방향으로 리세스된 외각 격리 영역을 더 포함한다.
일 예에 의하여, 상기 기판과 대향하는 상기 외팔보의 가장자리에 제공되는 질량체를 더 포함하고, 상기 외팔보의 하부에 상기 외팔보가 움직일 수 있는 개방 공간이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 기판 상에 압전 소자와 다이오드 소자를 집적한 하이브리드 다이오드 소자를 제공할 수 있다. 이에 따라, 압전 소자가 자력으로 공급한 교류 형태의 전기 에너지를 다이오드 소자가 정류 변환 시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하이브리드 다이오드 소자는 자급 전력 공급이 가능하여 전원과 다이오드 소자 간의 전기적 연결 단계를 줄일 수 있다. 자력 전력 공급이 가능한 압전 소자와 정류 변환 소자인 다이오드 소자가 하나의 기판 상에 집적되므로, 하이브리드 다이오드 소자의 소형화가 가능할 수 있고, 이를 제조하는 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 다이오드 소자를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 선 A-A'를 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 다이오드 소자를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 다이오드 소자를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4의 선 B-B'를 절단한 단면도이다.
도 6은 도 4의 선 C-C'를 절단한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 다이오드 소자를 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1의 선 A-A'를 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 다이오드 소자를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 다이오드 소자를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4의 선 B-B'를 절단한 단면도이다.
도 6은 도 4의 선 C-C'를 절단한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 다이오드 소자를 나타내는 회로도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함되는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 다이오드 소자를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1의 선 A-A'를 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 하이브리드 다이오드 소자(1)는 다이오드 소자(100)와 압전 소자(200)를 포함할 수 있다. 다이오드 소자(100)와 압전 소자(200)는 전기적으로 연결될 수 있다. 압전 소자(200)는 진동 및 압력 등의 물리적 변화에 의해 전기 에너지를 생성할 수 있다. 일 예로 압전 소자(200)는 수 Hz 내지 수십 kHz의 진동수로 진동할 수 있다. 다이오드 소자(100)는 압전 소자(200)가 생성한 교류 형태의 전기 에너지를 직류 형태로 정류 변환할 수 있다. 일 예로, 다이오드 소자(100)는 압전 소자(200)가 생성한 교류 전기 에너지 중 역방향 전류는 차단하고, 순방향 전류만 흐르게 하는 반파 정류 작용을 할 수 있다. 다이오드 소자(100)와 압전 소자(200)는 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 기판(10)은 사파이어(sapphire), 실리콘(silicon), 갈륨 나이트라이드(GaN) 및 실리콘 카바이드(SiC) 중 어느 하나일 수 있다. 기판(10)은 다이오드 소자(100)가 배치되는 본체부(11) 및 압전 소자(200)가 배치되는 외팔보(12)를 포함할 수 있다. 외팔보(12)의 두께는 본체부(11)의 두께보다 얇을 수 있다. 이에 따라, 본체부(11)에 그 일단이 고정된 외팔보(12)는 진동할 수 있다. 외팔보(12)는 식각되는 두께에 따라 그 두께가 결정될 수 있다. 예를 들어, 본체부(11)의 두께는 수십 μm 내지 수 mm 일 수 있고, 외팔보(12)의 두께는 수 μm 내지 수십 μm일 수 있다. 다이오드 소자(100)와 압전 소자(200) 상에는 이들을 보호하는 보호층(400)이 제공될 수 있다. 하이브리드 다이오드 소자(1)는 외부 환경으로부터 이를 보호하기 위해 패키지(미도시) 또는 캔(can, 미도시) 내에 내장될 수 있다.
다이오드 소자(100)는 제 1 하부 질화막(110), 제 1 상부 질화막(120), 제 1 캡층(130) 및 제 1 전극 구조체(150)를 포함할 수 있다. 제 1 하부 질화막(110)은 기판(10)과 접촉할 수 있다. 제 1 하부 질화막(110)은 갈륨 나이트라이드(GaN)를 포함할 수 있다. 제 1 하부 질화막(110) 내에는 제 1 전자 가스층(2-Dimesional Electron Gas: 2DEG, 115)이 제공될 수 있다. 제 1 전자 가스층(115)은 높은 밀도의 전자 가스가 존재하므로 전류가 흐르는 채널의 역할을 할 수 있다. 기판(10)과 제 1 하부 질화막(110) 사이에는 버퍼층(buffer layer, 20)이 배치될 수 있다. 버퍼층(20)은 기판(10)의 일부 구성일 수 있다. 버퍼층(20)은 기판(10)과 제 1 하부 질화막(110) 사이의 격자 상수 차이를 보상할 수 있다.
제 1 상부 질화막(120)은 제 1 하부 질화막(110) 상에 배치될 수 있다. 제 1 상부 질화막(120)은 제 1 하부 질화막(110)과 이종접합 구조를 형성할 수 있다. 제 1 상부 질화막(120)은 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN)를 포함할 수 있다.
제 1 캡층(130)은 제 1 상부 질화막(120) 상에 배치될 수 있다. 제 1 캡층(130)은 갈륨 나이트라이드(GaN), 인듐 갈륨 나이트라이드(InGaN) 또는 알루미늄 나이트라이드(AlN)를 포함할 수 있다. 제 1 캡층(130)은 단일층 또는 상기 여러 종류 막들로 구성된 복합층일 수 있다. 또한, 제 1 캡층(130)은 제 1 상부 질화막(120) 표면의 누설전류를 감소시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 캡층(130) 상에는 알루미나(Al2O3), 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4) 또는 산화하프늄(HfO2) 등의 전기적인 절연층이 추가로 배치될 수 있다.
제 1 캡층(130) 상에는 보호층(400)이 제공될 수 있다. 보호층(400)은 다이오드 소자(100)를 보호할 수 있다.
제 1 전극 구조체(150)는 제 1 전극(160) 및 제 2 전극(170)을 포함할 수 있다. 제 1 전극(160)은 제 1 상부 질화막(120) 및 제 1 캡층(130)을 관통하여 제 1 하부 질화막(110)과 직접 접촉할 수 있다. 제 1 전자 가스층(115)은 제 1 상부 질화막(120)과 제 1 하부 질화막(110)의 계면에 배치될 수 있으므로, 제 1 전극(160)는 제 1 전자 가스층(115)과 직접 접촉할 수 있다. 제 2 전극(170)은 보호층(400)을 관통하여 제 1 캡층(130)과 직접 접촉할 수 있다. 제 1 전극(160)과 제 2 전극(170)은 서로 이격될 수 있다. 제 1 전극(160)은 제 1 전자 가스층(115)과 오믹(Ohmic) 접합하는 오믹 전극일 수 있고, 제 2 전극(170)은 제 1 캡층(130)과 쇼트키(Schottky) 접합하는 쇼트키 전극일 수 있다. 오믹 전극은 캐소드(cathode)일 수 있고, 쇼트키 전극은 애노드(anode)일 수 있다. 제 1 전극(160)과 제 2 전극(170)은 하나의 다이오드를 구성할 수 있다. 예를 들어, 애노드(anode)는 니켈(Ni) 또는 금(Au)일 수 있고, 캐소드(cathode)는 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 또는 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 합금일 수 있다. 제 1 전극(160)의 일단은 외부 회로와 연결될 수 있고, 제 2 전극(170)의 일단은 압전 소자(200)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제 1 전극(160)과 제 2 전극(170)은 보호층(400) 상에 노출되는 복수개의 제 1 연장부들(165) 및 제 2 연장부들(175)을 각각 가질 수 있다. 제 1 연장부들(165)은 제 2 전극(170)을 향해 연장될 수 있고, 제 2 연장부들(175)은 제 1 전극(160)을 향해 연장될 수 있다. 제 1 연장부들(165)과 제 2 연장부들(175)은 일 방향으로 교차로 배열될 수 있다. 제 1 연장부들(165)과 제 2 연장부들(175)은 서로 이격될 수 있다.
압전 소자(200)는 제 2 하부 질화막(210), 제 2 상부 질화막(220), 제 2 캡층(230) 및 제 2 전극 구조체(250)를 포함할 수 있다.
제 2 하부 질화막(210)은 제 1 하부 질화막(110)과 연결될 수 있다. 제 2 하부 질화막(210)은 제 1 하부 질화막(110)에서 기판(10)의 외각으로 연장될 수 있다. 제 2 하부 질화막(210)은 갈륨 나이트라이드(GaN)를 포함할 수 있다. 제 2 하부 질화막(210) 내에는 제 2 전자 가스층(215)이 제공될 수 있다. 제 2 전자 가스층(215)은 높은 밀도의 전자 가스가 존재하므로 전류가 흐르는 채널의 기능을 할 수 있다. 제 2 하부 질화막(210)은 압전 물질로서 기능을 할 수 있다. 외팔보(12)의 진동에 의해, 제 2 하부 질화막(210)에 진동 또는 압력 등의 물리적인 변화가 발생될 수 있다. 이에 따라, 제 2 하부 질화막(210)에서 압전 변환에 의해 전기 에너지가 생성될 수 있고, 생성된 전기 에너지는 제 2 전자 가스층(215)에 의해 제 2 전극 구조체(250)로 이동할 수 있다.
제 2 하부 질화막(210)의 하면에는 버퍼층(20)이 제공될 수 있다. 버퍼층(20)은 제 2 하부 질화막(210)을 지지하는 역할을 할 수 있다.
압전 소자(200)는 기판(10)의 본체부(11)로부터 외각으로 연장되는 외팔보(12) 상에 배치될 수 있다. 일 예로, 버퍼층(20)의 하면에는 질량체(205)가 배치될 수 있다. 질량체(205)는 본체부(11)와 대향하는 외팔보(12)의 끝단에 배치될 수 있다. 질량체(205)는 외팔보(12)가 진동하기 용이하게 할 수 있다. 질량체(205)는 기판(10)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다. 이에 따라, 질량체(205)는 기판(10)과 동일한 물질일 수 있다. 예를 들어, 질량체(205)는 사파이어(sapphire), 실리콘(silicon), 갈륨 나이트라이드(GaN) 및 실리콘 카바이드(SiC) 중 어느 하나일 수 있다.
제 2 하부 질화막(210)의 하부에는 개방 공간(240)이 제공될 수 있다. 개방 공간(240)은 기판(10)을 제거함으로써 형성될 수 있다. 개방 공간(240)은 외팔보{압전 소자(200)와 대응됨}가 진동하는 공간을 제공할 수 있다. 따라서, 개방 공간(240)의 높이는 외팔보(12)가 진동하는 진폭(±δ)보다 클 수 있다. 개방 공간(240)의 높이는 제거되는 기판(10)의 두께에 의해 결정될 수 있다.
제 2 상부 질화막(220)은 제 2 하부 질화막(210) 상에 배치될 수 있다. 제 2 상부 질화막(220)은 제 2 하부 질화막(210) 과의 이종접합 구조를 형성할 수 있다. 제 2 상부 질화막(220)은 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN)를 포함할 수 있다. 일 예로, 제 2 상부 질화막(220)은 제 2 하부 질화막(210)의 일부를 노출하는 질화막 패턴들일 수 있다. 제 2 전자 가스층(215)은 질화막 패턴들과 제 2 하부 질화막(210)이 접하는 영역에만 제공될 수 있다. 즉, 제 2 전자 가스층(215)은 제 2 하부 질화막(210)과 질화막 패턴들의 계면에서 제 1 방향으로 불연속적으로 제공될 수 있다. 제 1 방향은 제 2 상부 질화막(220)에서 제 2 하부 질화막(210)을 향하는 방향과 수직하는 방향일 수 있다.
제 2 캡층(230)은 제 2 상부 질화막들(220) 상에 배치될 수 있다. 일 예로, 제 2 캡층(230)은 질화막 패턴들 상에 배치될 수 있다. 제 2 캡층(230)은 갈륨 나이트라이드(GaN), 인듐 갈륨 나이트라이드(InGaN) 또는 알루미늄 나이트라이드(AlN)를 포함할 수 있다. 제 2 캡층(230)은 단일층 또는 여러 종류 막들로 구성된 복합층일 수 있다. 제 2 캡층(230)은 제 2 상부 질화막(220) 표면의 누설전류를 감소시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 2 캡층(230) 상에는 알루미나(Al2O3), 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4) 또는 산화하프늄(HfO2) 등의 전기적인 절연층이 추가로 배치될 수 있다.
질화막 패턴들과 제 2 캡층들(230) 사이 및 제 2 캡층(230) 상에 보호층(400)이 배치될 수 있다. 보호층(400)은 질화막 패턴들 사이에 제공되어 질화막 패턴들을 서로 전기적으로 절연시킬 수 있다.
제 2 전극 구조체(250)는 제 3 전극(260) 및 제 4 전극(270)을 포함할 수 있다. 제 3 전극(260)과 제 4 전극(270)은 제 2 상부 질화막(220)을 관통하여 제 2 하부 질화막(210)과 접촉할 수 있다. 제 2 전자 가스층(215)은 제 2 상부 질화막(220)과 제 2 하부 질화막(210)의 계면에 배치될 수 있으므로, 제 3 전극(260)과 제 4 전극(270)은 제 2 전자 가스층(215)과 직접 접촉할 수 있다. 제 2 전자 가스층(215)은 제 2 전극 구조체(250)와 연결되어 압전 변환을 위한 대향 전극으로서 역할을 할 수 있다. 제 3 전극들(260)과 제 4 전극들(270) 각각은 패터닝되어 복수개로 분리된 제 2 상부 질화막들(220, 질화막 패턴들) 각각과 대응되도록 배치될 수 있다. 즉, 질화막 패턴들 중 어느 하나의 패턴에 하나의 제 3 전극(260) 또는 제 4 전극(270)이 배치될 수 있고, 질화막 패턴들 사이에 배치되는 보호층(400)에 의해 제 3 전극들(260)과 제 4 전극들(270)은 전기적으로 절연될 수 있다.
제 3 전극(260)과 제 4 전극(270)은 제 2 전자 가스층(215)과 오믹(Ohmic) 접합하는 오믹 전극일 수 있다. 예를 들어, 제 3 전극(260)과 제 4 전극(270)은 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 또는 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 합금일 수 있다. 제 3 전극(260)의 일단은 다이오드 소자(100)와 전기적으로 연결될 수 있고, 제 4 전극(270)의 일단은 외부 회로와 연결될 수 있다.
제 3 전극(260)과 제 4 전극(270)은 보호층(400) 상에 배치되는 제 3 연장부들(265)과 제 4 연장부들(275)을 각각 가질 수 있다. 제 3 연장부들(265)은 제 4 전극(270)을 향해 연장될 수 있고, 제 4 연장부들(275)은 제 3 전극(260)을 향해 연장될 수 있다. 제 3 연장부들(265)과 제 4 연장부들(275)은 일 방향으로 교차로 배열될 수 있다. 제 3 연장부들(265)과 제 4 연장부들(275)은 서로 이격될 수 있다.
다이오드 소자(100)와 압전 소자(200) 사이에 격리 영역(300)이 배치될 수 있다. 격리 영역(300)은 제 1 상부 질화막(120) 또는 제 2 상부 질화막(220) 상에서 기판(10)을 향해 리세스(recess)된 영역일 수 있다. 격리 영역(300)은 메사(mesa) 식각을 통해 형성될 수 있다. 격리 영역(300)은 제 1 상부 질화막(120)과 제 2 상부 질화막(220) 및 제 1 전자 가스층(115)과 제 2 전자 가스층(215)을 서로 분리시킬 수 있다. 이를 통해, 다이오드 소자(100)와 압전 소자(200)를 서로 전기적으로 절연시킬 수 있고, 공간적으로 격리시킬 수 있다.
격리 영역(300) 상에는 보호층(400)이 배치될 수 있고, 보호층(400) 상에는 연결 패드(350)가 배치될 수 있다. 연결 패드(350)는 제 1 전극 구조체(150)와 제 2 전극 구조체(250)를 전기적으로 연결할 수 있다. 구체적으로, 연결 패드(350)는 제 1 전극 구조체(150)의 제 2 전극(170)과 제 2 전극 구조체(250)의 제 3 전극(260)을 연결할 수 있다.
기판(10) 상에 배치되는 제 1 및 제 2 하부 질화막들(110, 210) 및 제 1 및 제 2 상부 질화막들(120, 220)의 가장자리에 외각 격리 영역(310)이 제공될 수 있다. 외각 격리 영역(310)은 제 1 및 제 2 상부 질화막들(120, 220)에서 제 1 및 제 2 하부 질화막들(110, 210)을 향하는 방향으로 리세스된 영역일 수 있다. 외각 격리 영역(310)은 제 1 및 제 2 하부 질화막들(110, 210)과 제 1 및 제 2 상부 질화막들(120, 220)의 계면 부근에 배치되는 제 1 및 제 2 전자 가스층들(115, 215)이 제거된 영역일 수 있다. 이를 통해, 하이브리드 다이오드 소자(1)와 다른 반도체 소자 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 진동 및 압력 등의 물리적 변화에 의해 압전 소자(200)의 제 2 하부 질화막(210)에 스트레인이 가해질 수 있다. 제 2 하부 질화막(210)은 압전 물질이므로, 이의 신축에 의해 전기 에너지가 발생할 수 있다. 상기 발생된 전기 에너지는 제 2 전자 가스층(215)에 의해 제 2 전극 구조체(250)에 전달될 수 있고, 제 2 전극 구조체(250)는 제 1 연결 패드(350)에 의해 상기 전기 에너지를 다이오드 소자(100)에 전달할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 기판(10) 상에 다이오드 소자(100)와 압전 소자(200)를 배치시킬 수 있고, 하이브리드 다이오드 소자(1)는 외부 전원에 의해 공급된 전기 에너지가 아닌, 압전 소자(200)에서 생성된 전기 에너지를 다이오드 소자(100)에 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 다이오드 소자(1)는 자급 전력 공급이 가능하여 전원과 다이오드 소자 간의 전기적 연결 단계를 줄여 에너지 변환 효율을 높일 수 있고, 소형화가 가능할 수 있고, 이를 제조하는 비용을 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 다이오드 소자를 나타내는 회로도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 압전 소자(200)는 전기 에너지를 발생시키는 입력 전원일 수 있고, 다이오드 소자(100)는 압전 소자(200)가 생성한 교류 형태의 전기 에너지를 직류 형태로 정류 변환하는 반파 정류변환 회로일 수 있다. 오믹 전극인 제 1 전극(160)과 쇼트키 전극인 제 2 전극(170)은 하나의 쇼트키 다이오드(D0)를 형성할 수 있다. 제 1 전극(160)의 일단은 제 1 지점(X1)과 연결될 수 있고, 제 4 전극(270)의 일단은 제 2 지점(X2)와 연결될 수 있다. 제 1 지점(X1)과 제 2 지점(X2) 사이는 출력 단자(output)일 수 있다. 압전 소자(200)에서 생성된 양의 전기 에너지는 쇼트키 다이오드(D0)를 통과하여 출력 단자(output)에 인가될 수 있다. 다만, 압전 소자(200)에서 생성된 음의 전기 에너지는 쇼트키 다이오드(D0)를 통과할 수 없다. 따라서, 다이오드 소자(100)에 의해 직류로 변환된 양의 전기 에너지는 출력 단자(output)에 전달되어 커패시터(C) 및 부하(RL)에 전원을 공급할 수 있다. 입력 전원의 역할을 하는 압전 소자(200)와 정류 회로의 역할을 하는 다이오드 소자(100)가 기판(10) 상에 집적되어 하이브리드 다이오드 소자(1)를 구성하므로, 전체 회로의 크기를 소형화 할 수 있고, 입력 전원과 정류 회로 사이의 전기적 연결 단계가 줄어들어, 에너지 변환 효율을 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 다이오드 소자를 나타내는 평면도이고, 도 5는 도 4의 선 B-B'를 절단한 단면도이고, 도 6은 도 4의 선 C-C'를 절단한 단면도이다. 설명의 간략을 위해, 도 1 및 도 2와 중복되는 내용의 기재는 생략한다. 압전 소자(200)에 관한 설명은 도 1 및 도 2와 동일하므로 생략한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 하이브리드 다이오드 소자(2)는 다이오드 소자(100)와 압전 소자(200)를 포함할 수 있다. 압전 소자(200)는 진동 및 압력 등의 물리적 변화에 의해 전기 에너지를 생성할 수 있고, 다이오드 소자(100)는 압전 소자(200)가 생성한 교류 형태의 전기 에너지를 직류 형태로 정류 변환할 수 있다. 일 예로, 다이오드 소자(100)는 압전 소자(200)가 생성한 교류 형태의 전기 에너지 모두를 직류로 변환하는 전파 정류 작용을 할 수 있다. 다이오드 소자(100)와 압전 소자(200)는 제 1 격리 영역(300a)에 의해 서로 공간적 격리될 수 있고, 전기적으로 절연될 수 있다. 제 1 격리 영역(300a) 상에는 제 1 연결 패드(350a)와 제 2 연결 패드(350b)가 배치될 수 있다. 제 1 연결 패드(350a)와 제 2 연결 패드(350b)는 다이오드 소자(100)와 압전 소자(200)를 전기적으로 연결할 수 있다. 또한, 외각 격리 영역(310)을 통해, 하이브리드 다이오드 소자(2)와 다른 반도체소자 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 상세한 연결 관계는 후술한다.
다이오드 소자(100)는 제 1 하부 질화막(110), 제 1 상부 질화막(120) 및 제 1 캡층(130)을 각각 4개로 분리하는 제 2 격리 영역(300b)을 가질 수 있다. 제 2 격리 영역(300b)은 제 1 캡층(130)에서 제 1 하부 질화막(110)을 향해 리세스된 영역일 수 있다. 즉, 제 2 격리 영역(300b)은 제 1 하부 질화막(110) 내의 제 1 전자 가스층(115)을 4개로 분리시킬 수 있다. 이에 따라, 분리된 제 1 전자 가스층들(115)은 서로 절연될 수 있다.
제 1 전극 구조체(150)는 분리된 제 1 전자 가스층들(115) 및 제 1 캡층들(130)과 연결되어 브릿지 회로를 구성할 수 있다. 제 1 전극 구조체(150)는 오믹 전극인 제 1 전극들(160a, 160b, 160c, 160d)과 쇼트키 전극인 제 2 전극들(170a, 170b, 170c, 170d)을 포함할 수 있다. 제 1 전극들(160a, 160b, 160c, 160d)은 제 1 캡층(130) 및 제 1 상부 질화막(120)을 관통하여 제 1 전자 가스층(115)과 연결될 수 있고, 제 2 전극들(170a, 170b, 170c, 170d)은 제 1 캡층(130)과 연결될 수 있다. 제 1 전극들(160a, 160b, 160c, 160d)은 제 1 오믹 전극(160a), 제 2 오믹 전극(160b), 제 3 오믹 전극(160c) 및 제 4 오믹 전극(160d)을 포함할 수 있고, 제 2 전극들(170a, 170b, 170c, 170d)은 제 1 쇼트키 전극(170a), 제 2 쇼트키 전극(170b), 제 3 쇼트키 전극(170c) 및 제 4 쇼트키 전극(170d)을 포함할 수 있다. 한 쌍의 제 1 오믹 전극(160a)과 제 1 쇼트키 전극(170a), 한 쌍의 제 2 오믹 전극(160b)과 제 2 쇼트키 전극(170b), 한 쌍의 제 3 오믹 전극(160c)과 제 3 쇼트키 전극(170c) 및 한 쌍의 제 4 오믹 전극(160d)과 제 4 쇼트키 전극(170d)은 각각 제 1 내지 제 4 다이오드들(D1, D2, D3, D4)을 구성할 수 있다.
제 1 전극들(160a, 160b, 160c, 160d)과 제 2 전극들(170a, 170b, 170c, 170d) 각각은 보호층(400) 상에서 서로 이격되는 복수개의 연장부들을 가질 수 있다. 제 1 오믹 전극(160a)은 제 1 연장부들(165a)을 가질 수 있고, 제 1 쇼트키 전극(170a)은 제 2 연장부들(175a)을 가질 수 있다. 제 1 연장부들(165a)은 제 1 쇼트키 전극(170a)을 향해 연장될 수 있고, 제 2 연장부들(175a)은 제 1 오믹 전극(160a)을 향해 연장될 수 있다. 제 1 연장부들(165a)과 제 2 연장부들(175a)은 일 방향으로 교차로 배열될 수 있다. 제 2 오믹 전극(160b)은 제 3 연장부들(165b)을 가질 수 있고, 제 2 쇼트키 전극(170b)은 제 4 연장부들(175b)을 가질 수 있다. 제 3 연장부들(165b)은 제 2 쇼트키 전극(170b)을 향해 연장될 수 있고, 제 4 연장부들(175b)은 제 2 오믹 전극(160b)을 향해 연장될 수 있다. 제 3 연장부들(165b)과 제 4 연장부들(175b)은 일 방향으로 교차로 배열될 수 있다. 제 3 오믹 전극(160c)은 제 5 연장부들(165c)을 가질 수 있고, 제 3 쇼트키 전극(170c)은 제 6 연장부들(175c)을 가질 수 있다. 제 5 연장부들(165c)은 제 3 쇼트키 전극(170c)을 향해 연장될 수 있고, 제 6 연장부들(175c)은 제 3 오믹 전극(160c)을 향해 연장될 수 있다. 제 5 연장부들(165c)과 제 6 연장부들(175c)은 일 방향으로 교차로 배열될 수 있다. 제 4 오믹 전극(160d)은 제 7 연장부들(165d)을 가질 수 있고, 제 4 쇼트키 전극(170d)은 제 8 연장부들(175d)을 가질 수 있다. 제 7 연장부들(165d)은 제 4 쇼트키 전극(170d)을 향해 연장될 수 있고, 제 8 연장부들(175d)은 제 4 오믹 전극(160d)을 향해 연장될 수 있다. 제 7 연장부들(165d)과 제 8 연장부들(175d)은 일 방향으로 교차로 배열될 수 있다.
제 1 연결 패드(350a), 제 2 연결 패드(350b), 제 3 연결 패드(350c) 및 제 4 연결 패드(350d)는 다이오드 소자(100)와 압전 소자(200) 및 제 1 내지 제 4 다이오드들(D1, D2, D3, D4)을 서로 연결할 수 있다. 제 1 오믹 전극(160a)과 제 4 쇼트키 전극(170d)은 제 1 연결 패드(350a)와 연결되어 압전 소자(200)의 제 3 전극(260)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 2 오믹 전극(160b)과 제 3 쇼트키 전극(170c)은 제 2 연결 패드(350b)와 연결되어 압전 소자(200)의 제 4 전극(270)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 쇼트키 전극(170a)과 제 2 쇼트키 전극(170b)은 제 3 연결 패드(350c)를 통해 전기적으로 연결할 수 있다. 제 3 오믹 전극(160c)과 제 4 오믹 전극(160d)은 제 4 연결 패드(350d)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 제 3 연결 패드(350c)와 제 4 연결 패드(350d)는 외부 회로와 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 진동 및 압력 등의 물리적 변화에 의해 압전 소자(200)의 제 2 하부 질화막(210)에 스트레인이 가해질 수 있다. 제 2 하부 질화막(210)은 압전 물질이므로, 이의 신축에 의해 전기 에너지가 발생할 수 있다. 상기 발생된 전기 에너지는 제 2 전자 가스층(215)에 의해 제 2 전극 구조체(250)에 전달될 수 있고, 제 2 전극 구조체(250)는 제 1 연결 패드(350a) 및 제 2 연결 패드(350b)에 의해 상기 전기 에너지를 다이오드 소자(100)에 전달할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 기판(10) 상에 브릿지 회로를 구성하는 다이오드 소자(100)와 압전 소자(200)를 배치시킬 수 있다. 이를 통해, 압전 소자(200)가 자력으로 생성한 교류 형태의 전기 에너지를 다이오드 소자(100)가 직류로 변환할 수 있는 하이브리드 다이오드 소자(2)를 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 다이오드 소자를 나타내는 회로도이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 압전 소자(200)는 전기 에너지를 발생시키는 입력 전원일 수 있고, 다이오드 소자(100)는 압전 소자(200)가 생성한 교류 형태의 전기 에너지를 직류 형태로 정류 변환하는 전파 정류변환 회로일 수 있다. 제 1 오믹 전극(160a)과 제 1 쇼트키 전극(170a)은 제 1 다이오드(D1)를 구성할 수 있고, 제 2 오믹 전극(160b)과 제 2 쇼트키 전극(170b)은 제 2 다이오드(D2)를 구성할 수 있고, 제 3 오믹 전극(160c)과 제 3 쇼트키 전극(170c)은 제 3 다이오드(D3)를 구성할 수 있고, 제 4 오믹 전극(160d)과 제 4 쇼트키 전극(170d)은 제 4 다이오드(D4)를 구성할 수 있다. 제 4 연결 패드(350d)는 제 1 지점(X1)과 연결될 수 있고, 제 3 연결 패드(350c)는 제 2 지점(X2)과 연결될 수 있다. 제 1 지점(X1)과 제 2 지점(X2) 사이는 출력 단자(output)일 수 있다. 압전 소자(200)에서 생성된 양의 전기 에너지가 다이오드 소자(200)에 인가되면, 제 2 다이오드(D2)와 제 4 다이오드(D4)가 턴-온(turn-on)되어 출력 단자(output)로 양의 에너지가 인가될 수 있다. 압전 소자(200)에서 생성된 음의 전기 에너지가 다이오드 소자(200)에 인가되면, 제 1 다이오드(D1)와 제 3 다이오드(D3)가 턴-온(turn-on)되어 출력 단자(output)로 양의 에너지가 인가될 수 있다. 따라서, 압전 소자(200)가 교류 형태의 전기 에너지를 생성하면, 다이오드 소자(100)는 양의 전기 에너지를 출력할 수 있다. 다이오드 소자(100)에 의해 직류로 변환된 양의 전기 에너지는 출력 단자(output)에 전달되어 커패시터(C) 및 부하(RL)에 전원을 공급할 수 있다.
상술한 예와 달리, 다이오드 소자(100)에서 제 1 내지 제 4 다이오드들(D1, D2, D3, D4)의 방향은 한정되지 않을 수 있다. 다만, 제 1 내지 제 4 다이오드들(D1, D2, D3, D4)은 브릿지 회로를 구성한다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (20)
- 기판 상에 배치되고, 제 1 전자 가스(2-Dimesional Electron Gas: 2DEG)층을 포함하는 제 1 하부 질화막;
상기 제 1 하부 질화막에서 상기 기판의 외각으로 연장되고, 제 2 전자 가스층을 포함하는 제 2 하부 질화막;
상기 제 1 하부 질화막 상에 배치되는 제 1 상부 질화막;
상기 제 2 하부 질화막 상에 배치되는 제 2 상부 질화막;
상기 제 1 상부 질화막 상에 배치되는 제 1 캡(cap)층;
상기 제 2 상부 질화막 상에 배치되는 제 2 캡층;
상기 제 1 하부 질화막 및 상기 제 1 캡층과 연결되는 제 1 전극 구조체; 및
상기 제 2 하부 질화막과 연결되고, 상기 제 1 전극 구조체와 연결되는 제 2 전극 구조체를 포함하고,
상기 제 2 하부 질화막은 동적인 움직임에 의해 전기를 생성하고, 상기 제 1 전극 구조체 및 상기 제 2 전극 구조체 사이의 전기적 연결을 통해 상기 제 1 전극 구조체에 상기 생성된 전기를 공급하는 하이브리드 다이오드 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전자 가스층과 상기 제 2 전자 가스층은 서로 이격되어 전기적으로 절연되는 하이브리드 다이오드 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 하부 질화막들은 갈륨 나이트라이드계 물질로서 갈륨 나이트라이드(GaN)인 하이브리드 다이오드 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 상부 질화막들은 갈륨 나이트라이드계 물질로서 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN)인 하이브리드 다이오드 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 상부 질화막은 상기 제 2 하부 질화막의 일부를 노출하는 질화막 패턴들이고,
상기 제 2 전자 가스층은 상기 제 2 하부 질화막과 상기 질화막 패턴들과 접하는 영역에 제공되는 하이브리드 다이오드 소자. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 전자 가스층은 상기 제 2 하부 질화막과 상기 제 2 상부 질화막의 계면에 제 1 방향으로 불연속적으로 제공되고,
상기 제 1 방향은 상기 제 2 상부 질화막에서 상기 제 2 하부 질화막을 향하는 방향과 수직하는 방향인 하이브리드 다이오드 소자. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 전극 구조체는 상기 질화막 패턴들 각각을 관통하여 상기 제 2 전자 가스층과 접촉하는 하이브리드 다이오드 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극 구조체는:
상기 제 1 하부 질화막 내의 제 1 전자 가스층과 전기적으로 연결되는 제 1 전극; 및
상기 제 1 캡층과 연결되는 제 2 전극을 포함하고,
상기 제 2 전극 구조체는 상기 제 2 하부 질화막 내의 제 2 전자 가스층과 전기적으로 연결되는 제 3 전극 및 제 4 전극을 포함하는 하이브리드 다이오드 소자. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 전극, 상기 제 3 전극 및 상기 제 4 전극은 오믹(Ohmic) 전극이고,
상기 제 2 전극은 쇼트키(Schottky) 전극이되,
상기 제 3 전극은 상기 제 2 전극과 연결 패드를 통해 연결되고,
상기 제 1 전극과 상기 제 4 전극은 외부 회로와 연결되는 하이브리드 다이오드 소자. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 복수 개로 제공되는 오믹 전극이고,
상기 제 2 전극은 복수 개로 제공되는 쇼트키 전극이되,
상기 제 1 전극들과 상기 제 2 전극들은 브릿지(bridge) 회로를 구성하는 하이브리드 다이오드 소자. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 전극들은 제 1 오믹 전극, 제 2 오믹 전극, 제 3 오믹 전극 및 제 4 오믹 전극을 포함하고,
상기 제 2 전극들은 제 1 쇼트키 전극, 제 2 쇼트키 전극, 제 3 쇼트키 전극 및 제 4 쇼트키 전극을 포함하고,
한 쌍의 상기 제 1 오믹 전극과 상기 제 1 쇼트키 전극, 한 쌍의 상기 제 2 오믹 전극과 상기 제 2 쇼트키 전극, 한 쌍의 상기 제 3 오믹 전극과 상기 제 3 쇼트키 전극, 및 한 쌍의 상기 제 4 오믹 전극과 상기 제 4 쇼트키 전극은 각각 제 1 내지 제 4 다이오드를 구성하는 하이브리드 다이오드 소자. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 내지 제 4 다이오드들 사이에 상기 제 1 내지 제 4 다이오드들을 각각 분리하는 격리 영역이 제공되는 하이브리드 다이오드 소자. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 다이오드와 상기 제 4 다이오드는 상기 제 3 전극과 제 1 연결 패드에 의해 연결되고,
상기 제 2 다이오드와 상기 제 3 다이오드는 상기 제 4 전극과 제 2 연결 패드에 의해 연결되고,
상기 제 1 다이오드와 상기 제 2 다이오드 및 상기 제 3 다이오드와 상기 제 4 다이오드는 각각 제 3 연결 패드와 제 4 연결 패드에 의해 외부 회로와 연결되는 하이브리드 다이오드 소자. - 본체부와 외팔보를 가지는 기판;
상기 기판 상에 배치되고, 전자 가스층을 가지는 하부 질화막;
상기 하부 질화막 상에 배치되는 상부 질화막;
상기 전자 가스층을 제 1 전자 가스층과 제 2 전자 가스층으로 분리시키고, 상기 상부 질화막을 제 1 상부 질화막과 제 2 상부 질화막으로 분리시키는 제 1 격리 영역;
상기 제 1 전자 가스층 및 상기 제 1 상부 질화막과 연결되는 제 1 전극 구조체; 및
상기 제 2 전자 가스층과 연결되는 제 2 전극 구조체를 포함하고,
상기 제 2 전자 가스층과 상기 제 2 상부 질화막은 상기 외팔보 상에 배치되고,
상기 제 2 전극 구조체는 상기 하부 질화막에 인가되는 스트레인의 변화에 의해 생성되는 전기 에너지를 상기 제 1 전극 구조체로 전달하는 하이브리드 다이오드 소자. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 격리 영역은 상기 상부 질화막에서 상기 하부 질화막을 향해 리세스(recess)되는 하이브리드 다이오드 소자. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 격리 영역 상에 배치되는 연결 패드를 더 포함하고,
상기 연결 패드는 상기 제 1 전극 구조체와 상기 제 2 전극 구조체를 연결하는 하이브리드 다이오드 소자. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 상부 질화막에서 상기 제 1 전자 가스층으로 리세스되어 상기 제 1 전자 가스층 및 상기 제 1 상부 질화막을 4개로 분리시키는 제 2 격리 영역을 더 포함하고,
상기 제 1 전극 구조체는 상기 분리된 제 1 전자 가스층들 및 상기 제 1 상부 질화막들 각각과 연결되는 한 쌍의 오믹 전극 및 쇼트키 전극을 포함하는 하이브리드 다이오드 소자. - 제 17 항에 있어서,
하나의 다이오드를 구성하는 상기 한 쌍의 상기 오믹 전극과 상기 쇼트키 전극은 4개가 제공되고,
상기 오믹 전극들과 상기 쇼트키 전극들은 브릿지 회로를 구성하는 하이브리드 다이오드 소자. - 제 14 항에 있어서,
상기 상부 질화막 상면에 배치되는 캡층을 더 포함하고,
상기 캡층은 상기 제 1 격리 영역에 의해 분리되는 하이브리드 다이오드 소자. - 제 14 항에 있어서,
상기 기판과 대향하는 상기 외팔보의 가장자리에 제공되는 질량체를 더 포함하고,
상기 외팔보의 하부에 상기 외팔보가 움직일 수 있는 개방 공간이 제공되는 하이브리드 다이오드 소자.
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