(57)【要約】【課題】ナノメカニカル・スイッチを組み合わせて、高度なデジタル処理をするための基本的なナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路を提供する。【解決手段】ナノメカニカル・スイッチのソース電極を接地したＳスイッチ、ナノメカニカル・スイッチのソース電極に電源電圧を加えたＶスイッチ、Ｓスイッチのドレイン電極に別のスイッチのソース電極が直列に接続された２つのスイッチからなるＳＢスイッチ、および、Ｖスイッチのドレイン電極に別のスイッチのソース電極が直列に接続された２つのスイッチからなるＶＢスイッチの４種類を基本スイッチ要素とし、これらの基本スイッチ要素の複数を組み合わせることで構成されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電駆動電圧を印加するゲート電極と、静電引力によって駆動でき最少加工寸法が１μｍ未満のナノメカニカル梁を有するソース電極と、前記ソース電極と電気的にオン・オフするドレイン電極とを持ち、前記ゲート電極に印加する電圧で、前記ナノメカニカル梁を駆動し、ソース−ドレイン間の電気的接点をオン・オフできるナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路であって、
前記ナノメカニカル・スイッチのソース電極を接地したＳスイッチ、前記ナノメカニカル・スイッチのソース電極に電源電圧を加えたＶスイッチ、前記Ｓスイッチのドレイン電極に別のスイッチのソース電極が直列に接続された２つのスイッチからなるＳＢスイッチ、および、前記Ｖスイッチのドレイン電極に別のスイッチのソース電極が直列に接続された２つのスイッチからなるＶＢスイッチの４種類を基本スイッチ要素とし、これらの基本スイッチ要素の複数を組み合わせることで構成されることを特徴とするナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路。
【請求項２】
請求項１記載のナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路から成るＮＯＲゲート回路であって、
前記ＶＢスイッチおよび前記Ｓスイッチ２個の３つのスイッチ要素を並列につなぎ、前記ＶＢスイッチの２つのゲート電圧を入力とし、その入力が前記Ｓスイッチのいずれか１つのゲート電極に接続され、前記３つのスイッチ要素のドレイン電極を電気的に接続して出力としたことを特徴とするＮＯＲゲート回路。
【請求項３】
請求項２記載のＮＯＲゲート回路の出力にＮＯＴゲートを接続したことを特徴とするＯＲゲート回路。
【請求項４】
請求項１記載のナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路から成るＮＡＮＤゲート回路であって、
前記ＳＢスイッチおよび前記Ｖスイッチ２個の３つのスイッチ要素を並列につなぎ、前記ＳＢスイッチの２つのゲート電圧を入力とし、その入力が前記Ｖスイッチのいずれか１つのゲート電極に接続され、前記３つのスイッチ要素のドレイン電極を電気的に接続して出力としたことを特徴とするＮＡＮＤゲート回路。
【請求項５】
請求項４記載のＮＡＮＤゲート回路の出力にＮＯＴゲートを接続したことを特徴とするＡＮＤ回路。
【請求項６】
請求項１記載のナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路から成るメモリー回路であって、
前記Ｓスイッチと前記Ｖスイッチとを並列に接続し、それぞれのゲート電極を電気的に接続して入力とし、それぞれのドレイン電極を電気的に接続して出力としたインバーターを２個有し、互いのインバーターの出力を別のインバーターの入力に接続することで、ＨｉｇｈとＬｏｗの２つの状態を有し、外部から入力した状態を保持することができることを特徴とするメモリー回路。
【請求項７】
請求項１記載のナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路と、抵抗および／または容量とを有し、前記ナノメカニカル・スイッチのオン・オフ動作の閾値を利用して動作することを特徴とする閾値利用デジタル回路。
【請求項８】
請求項７記載の閾値利用デジタル回路から成るＡＤコンバーターであって、
前記ナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路を複数有し、入力電圧を複数の抵抗で分割し、その分割電圧のそれぞれを、対応するナノメカニカル・スイッチのゲート電極に接続し、前記閾値よりも大きな電圧で、各ナノメカニカル・スイッチのオン・オフが起こることを利用してアナログ・デジタル変換することを特徴とするＡＤコンバーター。
【請求項９】
請求項７記載の閾値利用デジタル回路から成る発振素子であって、
前記ナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路から成るインバーターの出力と入力との間に抵抗を接続し、前記入力に並列に容量を接続し、入力電圧が前記閾値の前後で、出力がＨｉｇｈとＬｏｗに変換することで発振することを特徴とする発振素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電引力で動作するナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路に関し、詳細には静電駆動電圧を印加するゲート電極と、静電引力によって駆動でき最少加工寸法が１μｍ未満のナノメカニカル梁を有するソース電極と、ソース電極と電気的にオン・オフするドレイン電極とを持ち、ゲート電極に印加する電圧で、ナノメカニカル梁を駆動し、ソース−ドレイン間の電気的接点をオン・オフできるナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナノメカニカル・スイッチは、ＳｉＣやＳｉ、カーボンナノチューブなどの導電体や半導体を部材とし、その基本要素はゲート、ドレイン、ソースの３電極からなり、駆動する機械構造部分の最少加工寸法がサブミクロンのスイッチ構造を指す。ナノメカニカル・スイッチは、ゲート電極に電圧を印加し、静電引力によって、微小な梁（ナノメカニカル・ビーム）を駆動し、ソース−ドレイン間の接点をオン・オフさせる。ナノメカニカル・スイッチは、半導体のトランジスタと同様に、電気信号をオン・オフできるが、そのスイッチングスピードはサブマイクロ秒からミリ秒と遅い。ナノメカニカル・スイッチには、オンする閾値電圧が存在し、その電圧以上の入力をゲート−ソース間に印加するとスイッチがオンする。ナノメカニカル・スイッチでは、それぞれの電極は真空で絶縁されているためリーク電力が少なく、静電引力による駆動で消費電力も小さい特徴をもつ。
【０００３】
既存のＣＭＯＳの寸法が小型化し、高速の動作が可能になる一方で、リーク電流が大きくなりその消費電力が大きくなる点や、オン−オフ比が大きくなるなどの問題点が指摘されている。これに対して、静電引力によってサブミクロンの寸法を持つ梁（ナノメカニカル梁）を駆動して、電気的な接点を機械的にオン−オフするナノメカニカル・スイッチの開発が進められている。ナノメカニカル・スイッチは、既存のＣＭＯＳにくらべて、その動作電力が小さく、低消費電力化が可能である。また、電極接点が真空で隔てられ、オフ時の電極間距離が比較的に大きいため、電力のオン−オフ比が大きく取れる利点がある。
【０００４】
一般的に、微細化した半導体素子は、高温では動作しなかったり、また強い放射線を浴びると誤動作したりするなどの欠点がある。これに対して、ナノメカニカル・スイッチは、高いロバスト性を持ち、５００℃以上の高温でも動作し、強い放射線下でも誤動作しないと考えられている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Te-Hao Lee, Swarup Bhunia, Mehran Mehregany, “Electromechanical Computing at 500℃ with Silicon Carbide”, Science, 2010, Vol. 329, No. 10, p.1316-1318
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ナノメカニカル・スイッチは、現状では、単なる“スイッチ”にとどまり、高度な演算処理をするまでは至っていないという課題があった。
【０００７】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、ナノメカニカル・スイッチを組み合わせて、高度なデジタル処理をするための基本的なナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、静電駆動電圧を印加するゲート電極と、静電引力によって駆動でき最少加工寸法が１μｍ未満のナノメカニカル梁を有するソース電極と、前記ソース電極と電気的にオン・オフするドレイン電極とを持ち、前記ゲート電極に印加する電圧で、前記ナノメカニカル梁を駆動し、ソース−ドレイン間の電気的接点をオン・オフできるナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路であって、前記ナノメカニカル・スイッチのソース電極を接地したＳスイッチ、前記ナノメカニカル・スイッチのソース電極に電源電圧を加えたＶスイッチ、前記Ｓスイッチのドレイン電極に別のスイッチのソース電極が直列に接続された２つのスイッチからなるＳＢスイッチ、および、前記Ｖスイッチのドレイン電極に別のスイッチのソース電極が直列に接続された２つのスイッチからなるＶＢスイッチの４種類を基本スイッチ要素とし、これらの基本スイッチ要素の複数を組み合わせることで構成されることを特徴とするナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路が得られる。
【０００９】
また、本発明によれば、本発明に係るナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路から成るＮＯＲゲート回路であって、前記ＶＢスイッチおよび前記Ｓスイッチ２個の３つのスイッチ要素を並列につなぎ、前記ＶＢスイッチの２つのゲート電圧を入力とし、その入力が前記Ｓスイッチのいずれか１つのゲート電極に接続され、前記３つのスイッチ要素のドレイン電極を電気的に接続して出力としたことを特徴とするＮＯＲゲート回路が得られる。また、そのＮＯＲゲート回路の出力にＮＯＴゲートを接続したことを特徴とするＯＲゲート回路が得られる。
【００１０】
また、本発明によれば、本発明に係るナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路から成るＮＡＮＤゲート回路であって、前記ＳＢスイッチおよび前記Ｖスイッチ２個の３つのスイッチ要素を並列につなぎ、前記ＳＢスイッチの２つのゲート電圧を入力とし、その入力が前記Ｖスイッチのいずれか１つのゲート電極に接続され、前記３つのスイッチ要素のドレイン電極を電気的に接続して出力としたことを特徴とするＮＡＮＤゲート回路が得られる。また、そのＮＡＮＤゲート回路の出力にＮＯＴゲートを接続したことを特徴とするＡＮＤ回路が得られる。
【００１１】
また、本発明によれば、本発明に係るナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路から成るメモリー回路であって、前記Ｓスイッチと前記Ｖスイッチとを並列に接続し、それぞれのゲート電極を電気的に接続して入力とし、それぞれのドレイン電極を電気的に接続して出力としたインバーターを２個有し、互いのインバーターの出力を別のインバーターの入力に接続することで、ＨｉｇｈとＬｏｗの２つの状態を有し、外部から入力した状態を保持することができることを特徴とするメモリー回路が得られる。
【００１２】
また、本発明によれば、本発明に係るナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路と、抵抗および／または容量とを有し、前記ナノメカニカル・スイッチのオン・オフ動作の閾値を利用して動作することを特徴とする閾値利用デジタル回路がえられる。
【００１３】
また、本発明によれば、本発明に係る閾値利用デジタル回路から成るＡＤコンバーターであって、前記ナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路を複数有し、入力電圧を複数の抵抗で分割し、その分割電圧のそれぞれを、対応するナノメカニカル・スイッチのゲート電極に接続し、前記閾値よりも大きな電圧で、各ナノメカニカル・スイッチのオン・オフが起こることを利用してアナログ・デジタル変換することを特徴とするＡＤコンバーターが得られる。
【００１４】
また、本発明によれば、本発明に係る閾値利用デジタル回路から成る発振素子であって、前記ナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路から成るインバーターの出力と入力との間に抵抗を接続し、前記入力に並列に容量を接続し、入力電圧が前記閾値の前後で、出力がＨｉｇｈとＬｏｗに変換することで発振することを特徴とする発振素子が得られる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ナノメカニカル・スイッチを組み合わせて、高度なデジタル処理をするための基本的なナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路を提供することができる。本発明によれば、低消費電力で動作する演算素子や回路デジタル演算素子を提供することができる。これらは、高温あるいは強い放射線下などの耐環境下でも動作する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態のデジタル回路で使用する、静電引力で駆動するナノメカニカル・スイッチの概要を示すブロック構造図、静電駆動状態の回路図、電圧−電流特性のグラフである。
【図２】本発明の実施の形態のデジタル回路で使用する、ナノメカニカル・スイッチの構成要素を示すＳスイッチおよびＶスイッチのブロック構成図である。
【図３】本発明の実施の形態のデジタル回路で使用する、ナノメカニカル・スイッチを直列につないだ要素であるＳＢスイッチを示すブロック構成図である。
【図４】本発明の実施の形態のデジタル回路で使用する、ナノメカニカル・スイッチを直列につないだ要素であるＶＢスイッチを示すブロック構成図である。
【図５】本発明の実施の形態のデジタル回路の、インバーター（ＮＯＴゲート）を示す回路構成および動作原理である。
【図６】本発明の実施の形態のデジタル回路の、ＮＯＲゲートを示す回路構成および真理値表である。
【図７】本発明の実施の形態のデジタル回路の、ＮＡＮＤゲートを示す回路構成および真理値表である。
【図８】本発明の実施の形態のデジタル回路の、ＯＲゲートを示す回路構成および真理値表である。
【図９】本発明の実施の形態のデジタル回路の、メモリー回路を示す回路構成および入力と出力との関係表である。
【図１０】本発明の実施の形態のデジタル回路の、発振回路を示す回路構成である。
【図１１】本発明の実施の形態のデジタル回路の、ＡＤ変換器を示す回路構成である。
【図１２】本発明の実施の形態のデジタル回路で使用する、ナノメカニカル・スイッチの作製方法を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態のデジタル回路で使用する、ナノメカニカル・スイッチの電子顕微鏡写真である。
【図１４】本発明の実施の形態のデジタル回路で使用する、ナノメカニカル・スイッチのゲート電圧とドレイン電流との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、静電引力で駆動するナノメカニカル・スイッチの概要である。図１に示すように、ナノメカニカル・スイッチは、静電駆動電圧を印加するゲート電極１０２、静電引力によって駆動するナノメカニカル梁１００を有するソース電極１０３、およびソース電極１０３と電気的にオン・オフするドレイン電極１０１を持ち、ゲート電極１０２に印加する電圧で、最少加工寸法が１μｍ未満のナノ構造を持った導電性のナノメカニカル梁１００を駆動し、ソース−ドレイン間の電気的接点をオン・オフできるようになっている。
【００１８】
図２は、ナノメカニカル・スイッチの構成要素である。図２に示したように、ナノメカニカル梁１００が形成されたソース電極１０３を接地したＳスイッチ２０１、およびソース電極１０３に電源電圧（ＶＣＣ）を加えたＶスイッチ２０２の２種類のスイッチを本発明の回路の構成要素とする。
【００１９】
図３は、Ｂスイッチ３０５とＳスイッチ３０６とを直列につないだ要素（ＳＢスイッチ３０７）である。図３に示したように、Ｓスイッチ３０６のドレインが別のナノメカニカル・スイッチ（Ｂスイッチ３０５）のソースに電気的に接続され、２つのナノメカニカル・スイッチが直列に接続された“ＳＢスッイッチ”が要素として使える。Ｓスイッチ３０６のＧＳゲート３０４とＢスイッチ３０５のＧＢゲート３０３の２つの入力３０２，３０１を持ち、Ｂスイッチ３０５のドレインが出力３０８となる。この要素は、ＧＳとＧＢの入力３０２，３０１の両方がＨｉｇｈの時に出力がＬｏｗになり、それ以外の時は、スイッチがオフ状態となる。
【００２０】
図４は、Ｂスイッチ４０６とＶスイッチ４０７とを直列につないだ要素（ＶＢスイッチ４０８）である。図４に示したように、Ｖスイッチ４０７のドレインが別のナノメカニカル・スイッチ（Ｂスイッチ４０６）のソースに接続され、２つのナノメカニカル・スイッチが直列に接続された“ＶＢスッイッチ”が要素として使える。Ｖスイッチ４０７のＧＶゲート４０４とＢスイッチ４０６のＧＢゲート４０３の２つの入力４０２，４０１を持ち、Ｂスイッチ４０６のドレインが出力となる。この要素は、ＧＶとＧＢの入力４０２，４０１の両方がＬｏｗの時に出力がＨｉｇｈになり、それ以外の時は、スイッチがオフ状態となる。
【００２１】
前述のＳスイッチ、Ｖスイッチ、ＳＢスイッチおよびＶＢスイッチの４種類を構成要素とし、これらの内の一つ以上をスイッチ構成要素とし、並列、あるいは直列につないだ複数のナノメカニカル・スイッチの構成により、すべての論理演算が可能になる。また、これらに抵抗やコンデンサーなどの電気要素を組み合わせて、アナログあるいはデジタル信号を処理する回路を形成できる。
【００２２】
図５は、ナノメカニカル・スイッチの組み合わせによるインバーター（ＮＯＴゲート）の回路構成と動作原理である。図５に示したように、前述のＳスイッチ５０４とＶスイッチ５０３とを並列に接続し、それぞれのゲート電極を電気的に接続して入力５０１とする。また、ドレインを電気的に接続して出力５０２とする。入力５０１がＬｏｗの時は、Ｖスイッチがオンし、出力５０２がＨｉｇｈになる。この時、Ｓスイッチ５０４はオフ状態になる。また、入力５０１がＨｉｇｈの時は、Ｓスイッチ５０４がＯｎになり、出力５０２がＬｏｗになる。この時、Ｖスイッチ５０３はオフのままである。以上により、このスイッチはインバーター（ＮＯＴゲート）として動作する。
【００２３】
図６は、ＶＢスイッチ６０４と２個のＳスイッチ６０５の組み合わせで構成したＮＯＲゲート６０６である。図６に示したように、ＶＢスイッチ６０４および、２個のＳスイッチ６０５を並列につなぎ、ＶＢスイッチ６０４の２つのゲート電圧を入力（Ａ，Ｂ）６０１，６０２とする。また、Ｓスイッチ６０５のそれぞれを、ＶＢスイッチ６０４の２つの入力（Ａ入力６０１もしくはＢ入力６０２）のいずれかに接続する。３つのドレインを電気的に接続し、出力６０３とする。Ａ入力６０１とＢ入力６０２がともにＬｏｗの時、出力６０３はＨｉｇｈになり、それ以外の時、出力６０３はＬｏｗになる。つまり、この回路はＮＯＲゲート（否定論理和）６０６として動作する。
【００２４】
図７は、ＳＢスイッチ７０４と２つのＶスイッチ７０５の組み合わせで構成したＮＡＮＤゲート７０６である。図７に示したように、ＳＢスイッチ７０４および、２個のＶスイッチ７０５を並列につなぎ、ＳＢスイッチ７０４の２つのゲート電圧を入力（Ａ，Ｂ）７０１，７０２とする。また、Ｖスイッチ７０５のそれぞれを、ＳＢスイッチ７０４の２つの入力（Ａ入力７０１もしくはＢ入力７０２）のいずれかに接続する。３つのドレインを電気的に接続し、出力７０３とする。Ａ入力７０１とＢ入力７０２がともにＨｉｇｈの時、出力７０３はＬｏｗになり、それ以外の時、出力７０３はＨｉｇｈになる。つまり、この回路はＮＡＮＤゲート（否定論理積）７０６として動作する。
【００２５】
ＮＯＲゲート、ＮＡＮＤゲート、ＮＯＴゲートの組み合わせで、様々な論理回路が構成できる。例えば、図８は、ＮＯＲゲート８０４とＮＯＴゲート８０５との組み合わせで構成したＯＲゲート８０６である。図８に示したように、ＮＯＲゲート８０４の出力をＮＯＴゲート８０５に接続することで、ＯＲゲート（論理和）８０６が構成できる。同様に、ＮＡＮＤゲートの出力をＮＯＴゲートに接続すると、ＡＮＤゲート（論理積）が構成できる。
【００２６】
図９は、ＮＯＴゲート９０７，９０８を２個接続して構成したメモリー回路である。２つのＮＯＴゲート９０７，９０８を用い、ＮＯＴゲート９０７，９０８の出力をそれぞれ別のＮＯＴゲート９０８，９０７の入力に接続する。この回路は、出力がＨｉｇｈもしくはＬｏｗの２つの安定状態を持ち、そのままの状態を維持できる。図９に示したように、外部からの接続スイッチ（スイッチ１）９０５をオンにし、また、２つのＮＯＴゲート９０７，９０８の接続を内部スイッチ（スイッチ２）９０６でオフにする。この状態で、外部から入力をいれて情報を書き込み、外部からの接続スイッチ（スイッチ１）９０５をオフにし、内部スイッチ（スイッチ２）９０６をオンにすると、その書きこんだ情報を保持する、つまり、メモリーとして動作する。スイッチ１；９０５の入力９０１がＨｉｇｈの時にのみ情報を書き換えることができ、スイッチ２；９０６の入力９０２がＬｏｗの時は、前の情報を維持する。つまり、フリップフロップとして、動作する。
【００２７】
ナノメカニカル・スイッチが動作する閾値を利用し、発振回路が構成できる。図１０は、ナノメカニカルＮＯＴゲート（ナノメカニカル・スイッチを用いたインバーター）１００２を用いた発振回路である。図１０で、ＮＯＴゲート１００２の出力と入力との間に抵抗Ｒ；１００３を入れ、入力に並列に容量Ｃ；１００４を配置している。入力が閾値電圧以下だと出力１００１がＨｉｇｈになり、この結果として閾値電圧以上になると出力１００１がＬｏｗになる。この動作を繰り返すことで発振回路として動作する。
【００２８】
ナノメカニカル・スイッチが動作する閾値を利用し、ＡＤ変換器を構成できる。図１１は、ナノメカニカル・スイッチを用いたＡＤ変換器である。図１１に示すように、ＡＤ変換する電圧信号（入力）１１０１を抵抗分割し、分割したそれぞれの電圧をＶスイッチのゲートに接続する。電圧が閾値よりも小さければＶスイッチはオンし、閾値よりも大きければＶスイッチはオフになる。複数並んだＶスイッチの出力から入力電圧を知ることができる。
【００２９】
以上、本願の説明では、単純なナノメカニカル・スイッチを組み合わせた僅かな部品要素で、演算素子、発振器、ＡＤ変換器など、デジタル回路が構成できることを説明したが、応用はこれに限るものではなく、通常のデジタル回路に用いられる種々の回路が形成できる。
【００３０】
以下に、ソース、ドレイン、ゲートの３電極構造からなるナノメカニカル・スイッチの実施例について説明する（飯塚啓、小野崇人、「低電圧駆動Ｓｉナノ電気機械スイッチ」、電気学会全国大会、２０１４年、３−１９８ページ参照）。
【００３１】
図１２は、ナノメカニカル・スイッチの作製例である。デバイス層が１．５μｍのＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハを用いて、上部Ｓｉ層をスイッチの形状に加工した。まず、タングステン（Ｗ）とＳｉＯ２とを成膜したウエハに電子線描画を用いてパターニングを行った後、ＣＨＦ３とＳＦ６ガスとを用いてＳｉＯ２とタングステンとをエッチングした（図１２（ａ））。次に、ＳｉＯ２をマスクとして、反応性イオンエッチングによりタングステンとＳｉとのエッチングを行った（図１２（ｂ））。さらに、タングステンのスパッタリングとイオンミリングとを組み合わせることで、はりの接点である側面にタングステン層を形成した（図１２（ｃ））。最後に、ＳＯＩウエハのボックス層をフッ酸により除去し、はりの部分のみをリリースさせることでナノメカニカル・スイッチを形成した（図１２（ｄ））。
【００３２】
作製したナノメカニカル・スイッチの電子顕微鏡写真を、図１３に示す。梁の長さ、幅、高さはそれぞれ、約６μｍ、１３０ｎｍ、１．５μｍであり、その表面に薄くＷが堆積している。ゲート電極とナノメカニカル梁とのギャップは、小さな電圧でも大きな静電引力が働くように１００ｎｍ程度にしてある。
【００３３】
ソース−ゲート間に駆動電圧（ＶＧ）を印加し、その際ソース−ドレイン間に流れる電流（ＩＤ）を計測した結果を、図１４に示す。測定では、ゲート電圧を０Ｖから１Ｖまで徐々に上昇させた後、０Ｖまで徐々に減少させた。この測定時に、ソース−ドレイン間には５０ｎＶの電圧を印加している。また、過電流によるスイッチの損傷を防ぐため、ソース−ドレイン間に流れる電流上限値をそれぞれ５０ｎＡとしている。図１４に示すように、電圧を上昇させるとき、０．８Ｖでスイッチが入り、オン状態になり、電圧を下げるときは０．７Ｖ程度でスイッチがオフになる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、デジタル信号処理を行う多種のデバイスや装置、システムに利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１００  ナノメカニカル梁
１０１  ドレイン
１０２  ゲート
１０３  ソース
２０１  Ｓスイッチ
２０２  Ｖスイッチ
３０１  入力１
３０２  入力２
３０３  ＧＢゲート
３０４  ＧＳゲート
３０５  Ｂスイッチ
３０６  Ｓスイッチ
３０７  ＳＢスイッチ
３０８  出力
４０１  入力１
４０２  入力２
４０３  ＧＢゲート
４０４  ＧＶゲート
４０５  出力
４０６  Ｂスイッチ
４０７  Ｖスイッチ
４０８  ＶＢスイッチ
５０１  入力
５０２  出力
５０３  Ｖスイッチ
５０４  Ｓスイッチ
６０１  Ａ入力
６０２  Ｂ入力
６０３  出力
６０４  ＶＢスイッチ
６０５  Ｓスイッチ
６０６  ＮＯＲゲート
７０１  Ａ入力
７０２  Ｂ入力
７０３  出力
７０４  ＳＢスイッチ
７０５  Ｖスイッチ
７０６  ＮＡＮＤゲート
８０１  Ａ入力
８０２  Ｂ入力
８０３  出力
８０４  ＮＯＲゲート
８０５  ＮＯＴゲート
８０６  ＯＲゲート
９０１，９０２  入力
９０３，９０４  出力
９０５  スイッチ１
９０６  スイッチ２
９０７  ＮＯＴゲート
９０８  ＮＯＴゲート
１００１  出力
１００２  ナノメカニカル・スイッチを用いたインバーター（ＮＯＴゲート）
１００３  抵抗
１００４  容量
１１０１  入力
１１０２  ＶＢスイッチのアレイ
１１０３  ナノメカニカル・エンコーダー
【図１】
2015213994.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015213994.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015213994.tif 000011
【図１０】
2015213994.tif 000012
【図１１】
2015213994.tif 000013
【図１２】
2015213994.tif 000014
【図１３】
2015213994.tif 000015
【図１４】
2015213994.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月13日(2014.6.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
請求項２記載のＮＯＲゲート回路の出力に、ナノメカニカル・スイッチの組み合わせで構成されるＮＯＴゲートを接続したことを特徴とするＯＲゲート回路。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
請求項４記載のＮＡＮＤゲート回路の出力に、ナノメカニカル・スイッチの組み合わせで構成されるＮＯＴゲートを接続したことを特徴とするＡＮＤ回路。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本発明によれば、本発明に係るナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路から成るＮＯＲゲート回路であって、前記ＶＢスイッチおよび前記Ｓスイッチ２個の３つのスイッチ要素を並列につなぎ、前記ＶＢスイッチの２つのゲート電圧を入力とし、その入力が前記Ｓスイッチのいずれか１つのゲート電極に接続され、前記３つのスイッチ要素のドレイン電極を電気的に接続して出力としたことを特徴とするＮＯＲゲート回路が得られる。また、そのＮＯＲゲート回路の出力に、ナノメカニカル・スイッチの組み合わせで構成されるＮＯＴゲートを接続したことを特徴とするＯＲゲート回路が得られる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明によれば、本発明に係るナノメカニカル・スイッチを利用したデジタル回路から成るＮＡＮＤゲート回路であって、前記ＳＢスイッチおよび前記Ｖスイッチ２個の３つのスイッチ要素を並列につなぎ、前記ＳＢスイッチの２つのゲート電圧を入力とし、その入力が前記Ｖスイッチのいずれか１つのゲート電極に接続され、前記３つのスイッチ要素のドレイン電極を電気的に接続して出力としたことを特徴とするＮＡＮＤゲート回路が得られる。また、そのＮＡＮＤゲート回路の出力に、ナノメカニカル・スイッチの組み合わせで構成されるＮＯＴゲートを接続したことを特徴とするＡＮＤ回路が得られる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
作製したナノメカニカル・スイッチの電子顕微鏡写真を、図１３に示す。梁の長さ、幅、高さはそれぞれ、約９．５μｍ、１３０ｎｍ、１．５μｍであり、その表面に薄くＷが堆積している。ゲート電極とナノメカニカル梁とのギャップは、小さな電圧でも大きな静電引力が働くように１００ｎｍ程度にしてある。