抵抗制御装置及び抵抗制御方法
【課題】可変抵抗素子の抵抗値を簡易に制御する。
【課題を解決するための手段】抵抗制御装置は、ＤＸセンタを形成可能な不純物を含む可変抵抗素子と、可変抵抗素子の温度を制御する温度制御装置と、可変抵抗素子に光を照射する光源と、光源以外からの可変抵抗素子への光の照射を遮蔽する遮蔽体と、を備え、不純物がＤＸセンタを形成可能となる温度以下に可変抵抗素子を冷却するとともに、可変抵抗素子に光を照射してＤＸセンタをイオン化させることにより可変抵抗素子の抵抗値を制御する。
【課題を解決するための手段】抵抗制御装置は、ＤＸセンタを形成可能な不純物を含む可変抵抗素子と、可変抵抗素子の温度を制御する温度制御装置と、可変抵抗素子に光を照射する光源と、光源以外からの可変抵抗素子への光の照射を遮蔽する遮蔽体と、を備え、不純物がＤＸセンタを形成可能となる温度以下に可変抵抗素子を冷却するとともに、可変抵抗素子に光を照射してＤＸセンタをイオン化させることにより可変抵抗素子の抵抗値を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗制御装置及び抵抗制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路には、その動作条件の微調整の目的で、半固定で利用する可変抵抗素子が多く利用されている。電気的に制御できる可変抵抗素子として、シフト抵抗やラダー抵抗を用いた電子ボリュームが知られている。単一の抵抗体の抵抗値を連続的に変化させるものとして、抵抗体と発熱体との組み合わせを用いて、抵抗体の抵抗値の温度係数に応じて発熱体の発熱量を調整して所望の抵抗値を得る方法がある。また、光により素子の抵抗を変化させる装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２２４１５４号公報
【特許文献２】特開２００２−２５２５３６号公報
【特許文献３】米国特許７５０３６８９号明細書
【特許文献４】特開２００８−９８５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シフト抵抗やラダー抵抗を用いた電子ボリュームの場合、高精度の抵抗調整を行おうとすると素子の規模が大きくなる問題がある。抵抗体と発熱体との組み合わせを用いて抵抗値を変化させる場合、常時加熱を行う必要があり、熱のノイズを嫌う低雑音増幅回路などの用途には利用できないという問題がある。光により素子の抵抗を変化させる装置について、抵抗値を保持する機能がない場合、常時光を照射する必要があり、ノイズ源になる恐れがある。本件は、可変抵抗素子の抵抗値を簡易に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本件の一観点による抵抗制御装置は、ＤＸセンタを形成可能な不純物を含む可変抵抗素子と、可変抵抗素子の温度を制御する温度制御装置と、可変抵抗素子に光を照射する光源と、光源以外からの可変抵抗素子への光の照射を遮蔽する遮蔽体と、を備え、不純物がＤＸセンタを形成可能となる温度以下に可変抵抗素子を冷却するとともに、可変抵抗素子に光を照射してＤＸセンタをイオン化させることにより可変抵抗素子の抵抗値を制御する。
【発明の効果】
【０００６】
本件によれば、可変抵抗素子の抵抗値を簡易に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【図２】可変抵抗素子３に対する光照射後のキャリアの増加率を示す図である。
【図３】可変抵抗素子３の抵抗値の変化を示した図である。
【図４】可変抵抗素子３への光の照射時間に対する可変抵抗素子３の抵抗値の変化を示す図である。
【図５】実施例２に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【図６】実施例３に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【図７】実施例４に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【図８】ＬＥＤ１１による光パルスの出力時間と、可変抵抗素子３の抵抗値の変化との関係を示す図である。
【図９】実施例５に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【図１０】Ｖｉｎと可変抵抗素子３の抵抗値との関係を示す図である。
【図１１】実施例６に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【図１２】実施例７に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【図１３】モジュール化された抵抗制御装置１を応用回路５０が設けられた基板５１上に設置した場合の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本実施形態に係る抵抗制御装置及び抵抗制御方法について説明する。以下の実施例の構成は例示であり、本実施形態に係る抵抗制御装置及び抵抗制御方法は実施例の構成に限定されない。
【実施例１】
【０００９】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法の第１の実施例を説明する。図１は、実施例１に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【００１０】
抵抗制御装置１は、基板２と、ＤＸセンタを形成可能な不純物を含む可変抵抗素子３と、可変抵抗素子３に光を照射する光源４と、可変抵抗素子３及び光源４を覆う遮蔽体（シールド）５と、可変抵抗素子３の温度を制御する温度制御装置６と、を備えている。可変抵抗素子３は、抵抗利用回路７と接続されており、光源４は、光源制御回路８と接続されている。
【００１１】
基板２は、例えば、セラミック基板である。可変抵抗素子３は、例えば、不純物としてＳｉ（ケイ素）を添加したＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体である。ただし、これに限らず、可変抵抗素子３に、Ｔｅ（テルル）等の他の不純物を添加した混晶半導体を用いてもよい。
【００１２】
可変抵抗素子３の抵抗値の可変機構としてＤＸセンタによる持続性光伝導（ＰＰＣ、Persistent Photo Conductivity）を利用する。ＤＸセンタは、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導
体等の化合物半導体に不純物を添加したときに形成される深い準位である。可変抵抗素子３を所定温度（例えば、１５０Ｋ）以下に冷却すると、可変抵抗素子３に添加された不純物の一部がＤＸセンタを形成することにより可変抵抗素子３のキャリア濃度が低下する。可変抵抗素子３のキャリア濃度の低下に応じて、可変抵抗素子３の抵抗は大きくなる。すなわち、可変抵抗素子３は高抵抗の状態となる。
【００１３】
可変抵抗素子３を冷却した後、可変抵抗素子３に対して光を照射すると、光の照射に伴いＤＸセンタの一部がイオン化することで可変抵抗素子３のキャリア濃度が徐々に増加し、可変抵抗素子３の抵抗は小さくなる。すなわち、可変抵抗素子３は低抵抗の状態となる。可変抵抗素子３に対する光の照射を停止しても一度イオン化したキャリアは熱的には再度ＤＸセンタを形成しないため、可変抵抗素子３は低抵抗の状態が維持される。
【００１４】
図２は、可変抵抗素子３としてＳｉを添加したＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体を用いた場合の光照射後のキャリアの増加率を、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体の組成ｘに対してプロットした図である(N. Chand, T. Henderson, J. Clem, W. T. Masselink, R. Fischer, Y. C. Chang, and H. Morkoc, Phys. Rev. B30, 4481(1984))。
【００１５】
図２の縦軸は、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体中のキャリアの増加率（キャリア濃度の増加Δｎ／Ｓｉ濃度ＮSi）を示しており、図２の横軸は、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体の組成ｘを示している。ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体に対するＳｉ濃度ＮSiは、３×１０17ｃ
ｍ-3である。また、ここでは、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体を７７Ｋに冷却している。
【００１６】
図２に示すように、ｘ＝０．２から０．４の間で、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体中のキャリアの増加率が大きい。特に、ｘ＝０．３２では、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体中のＳｉ濃度ＮSiの約６０％を光照射により増減させることができる。
【００１７】
本実施形態では、可変抵抗素子３としてＳｉを添加したＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体を用いた場合のＳｉ濃度ＮSiを３×１０17ｃｍ-3とし、ｘ＝０．３２とする。ただし、これに限定されず、Ｓｉ濃度ＮSiは他の値でもよいし、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体の組成ｘは他の値であってもよい。
【００１８】
可変抵抗素子３を加熱する（又は冷却を停止する）ことにより、可変抵抗素子３の温度が上昇することで、可変抵抗素子３に形成されたＤＸセンタの大部分又は全部をイオン化することができる。そして、可変抵抗素子３を加熱し続ける（又は冷却の停止を継続する）ことにより、可変抵抗素子３の温度が更に上昇することで、可変抵抗素子３にＤＸセンタを形成することができる。そして、再度、可変抵抗素子３に光を照射すれば、可変抵抗素子３に形成されたＤＸセンタの一部をイオン化させることができる。
【００１９】
このように、可変抵抗素子３の温度を調整するとともに、可変抵抗素子３に対して光の照射を行うことにより、可変抵抗素子３の抵抗値を制御することができる。すなわち、可変抵抗素子３の抵抗値を任意に設定変更することが可能となる。
【００２０】
図３は、可変抵抗素子３の抵抗値の変化を示した図である。図３の縦軸は、可変抵抗素子３の抵抗値を示しており、図３の横軸は、可変抵抗素子３に対する冷却時間、可変抵抗素子３に対する加熱時間及び可変抵抗素子３に対する光照射時間を示している。
【００２１】
図３に示すように、可変抵抗素子３に対して冷却を行うとともに光の照射を行った場合、可変抵抗素子３に対して光を照射している間、可変抵抗素子３の抵抗値が減少する。可変抵抗素子３に対する光の照射を停止していても、可変抵抗素子３の抵抗値は低い状態が維持される。可変抵抗素子３の抵抗値が減少した状態で、可変抵抗素子３に対して加熱を行った場合、可変抵抗素子３の抵抗値は、可変抵抗素子３に対する光の照射を行う前の状態に戻る。すなわち、可変抵抗素子３に対して加熱を行うことにより可変抵抗素子３の抵抗値が初期化される。
【００２２】
光源４は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）である。図１に示すように、遮蔽体５は、可変抵抗素子３及び光源４を覆うようにして基板２に設けられている。すなわち、遮蔽体５の内側に可変抵抗素子３及び光源４が設置されている。遮蔽体５は、金属製又はセラミック製の材料を用いることができる。可変抵抗素子３及び光源４は、遮蔽体５で覆われるため、可変抵抗素子３には光源４から照射される光のみが入射することになり、光源４が照射する光以外の周囲からの所定の光は、可変抵抗素子３には入射されない。すなわち、遮蔽体５は、光源４が照射する光以外の周囲からの所定の光を遮蔽する。
【００２３】
光源４としてＬＥＤを用いる場合、ＤＸセンタのイオン化が活発になる約０．８ｅＶ（P. M. Mooney, G. A. Northrop, T. N. Morgan, and H. G. Grimmeiss, Phys. Rev. B37,
8298(1988)）よりも高エネルギーの光を発光するＬＥＤを用いてもよい。また、遮蔽体
５は、０．３ｅＶよりも高エネルギーの光を遮蔽できることが好ましい。０．３ｅＶから０．８ｅＶのエネルギーの光を可変抵抗素子３に照射する場合、持続性ではないが光によるキャリア濃度の変化が報告されている（J. C. M. Henning and J. P. M. Ansems, Phys. Rev. B38, 5772(1988)）。したがって、０．３ｅＶから０．８ｅＶのエネルギーの光を
可変抵抗素子３に照射する場合、可変抵抗素子３の抵抗値の安定化に望ましくない場合がある。ただし、これは、０．３ｅＶから０．８ｅＶのエネルギーの光を用いた光センサー等の用途に可変抵抗素子３を用いる場合を除外するものではない。
【００２４】
図４は、可変抵抗素子３への光の照射時間に対する可変抵抗素子３の抵抗値の変化を示す図である。図４に示すように、光の照射時間の長さに応じて、可変抵抗素子３の抵抗値が減少している。光の照射時間と、光の照射時間に応じた可変抵抗素子３の抵抗値と、を予め求めておくことで、可変抵抗素子３の抵抗値を所望の値にするための光の照射時間を一意に決定することができる。
【００２５】
図１に示すように、温度制御装置６は、可変抵抗素子３及び光源４が設置された基板２の下面に設けられている。温度制御装置６は、例えば、ペルチェ素子である。温度制御装置６としてペルチェ素子を用いた場合の例を説明する。ペルチェ素子は、電源（図示せず）に接続されている。ペルチェ素子が吸熱反応を起こす方向に電流をペルチェ素子に供給し、ペルチェ素子が吸熱することにより可変抵抗素子３の温度を降下させる。すなわち、ペルチェ素子が吸熱することで可変抵抗素子３が冷却される。また、ペルチェ素子が発熱反応を起こす方向に電流をペルチェ素子に供給し、ペルチェ素子が発熱することで可変抵抗素子３が加熱される。
【００２６】
また、温度制御装置６は、液体窒素を用いた装置であってもよい。例えば、液体窒素を用いた装置である場合、液体窒素が充填された充填槽に可変抵抗素子３を浸漬することにより可変抵抗素子３の温度を降下させる。すなわち、液体窒素が充填された充填槽に可変抵抗素子３を浸漬することで可変抵抗素子３が冷却される。また、液体窒素が充填された充填槽から可変抵抗素子３を取り出すことにより可変抵抗素子３の温度を上昇させる。すなわち、液体窒素が充填された充填槽から可変抵抗素子３を取り出すことで可変抵抗素子３が加熱される。更に、温度制御装置６は、ペルチェ素子と液体窒素を用いた装置とを組み合わせた装置であってもよい。
【実施例２】
【００２７】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法の第２の実施例を説明する。図５は、実施例２に係る抵抗制御装置１の構成図である。抵抗制御装置１は、基板２、抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１、遮蔽体５及び温度制御装置６を備えている。図５では、遮蔽体５の図示を省略しているが、遮蔽体５は、抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を覆うようにして基板２に設けられている。すなわち、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１が設置されている。また、図５では、温度制御装置６の図示を省略しているが、温度制御装置６は、基板２の下面に設けられている。実施例２に係る基板２、可変抵抗素子３、ＬＥＤ１１、遮蔽体５及び温度制御装置６は、実施例１と同様である。ＬＥＤ１１は、ＶLEDから順方向の電圧が印加されている。
【００２８】
抵抗分圧回路１０は、入力端子１２とグラウンド（ＧＮＤ）との間に直列に接続した固定抵抗素子１３及び可変抵抗素子３を有している。入力電圧をＶｉｎ、出力電圧をＶｏｕｔ、可変抵抗素子３の抵抗値をＲ１、固定抵抗素子１３の抵抗値Ｒ２とする場合、ＶｉｎとＶｏｕｔとの関係は、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）となる。従って、Ｖｉｎを一定とした状態でＲ１を増減させることで、出力端子１４のＶｏｕｔを変化させることができる。
【００２９】
実施例２では、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を設置する例を示したが、遮蔽体５の内側に可変抵抗素子３及びＬＥＤ１１を設置し、遮蔽体５の外側に固定抵抗素子１３を設置するようにしてもよい。
【実施例３】
【００３０】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法の第３の実施例を説明する。図６は、実施例３に係る抵抗制御装置１の構成図である。抵抗制御装置１は、基板２、抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１、初期化回路１５、遮蔽体５及び温度制御装置６を備えている。図６では、遮蔽体５の図示を省略しているが、遮蔽体５は、抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１及び初期化回路１５を覆うようにして基板２に設けられている。すなわち、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１及び初期化回路１５が設置されている。また、図６では、温度制御装置６の図示を省略しているが、温度制御装置６は、基板２の下面に設けられている。実施例３に係る基板２、可変抵抗素子３、遮蔽体５及び温度制御装置６は、実施例１と同様であり、実施例３に係る抵抗分圧回路１０は、実施例２と同様である。
【００３１】
初期化回路１５は、入力端子１２と出力端子１４との間に設けられたＦＥＴ（Field Effect Transistor、電界効果型トランジスタ）１６及び１７を有している。入力信号Ｖｒ
ｓｔがＯＮの場合、ＦＥＴ１６がＯＮになり、ＦＥＴ１６のソースとドレインとの間に電流が流れる。入力信号ＶｒｓｔがＯＮの場合、ＦＥＴ１７がＯＦＦになり、ＦＥＴ１７のソースとドレインとの間に電流が流れない。入力信号ＶｒｓｔがＯＦＦの場合、ＦＥＴ１６がＯＦＦになり、ＦＥＴ１６のソースとドレインとの間に電流が流れない。入力信号ＶｒｓｔがＯＦＦの場合、ＦＥＴ１７がＯＮになり、ＦＥＴ１７のソースとドレインとの間に電流が流れる。ＦＥＴ１６は、例えば、ノーマリオン型ＦＥＴであり、ＦＥＴ１７は、例えば、ノーマリオフ型ＦＥＴである。
【００３２】
入力信号ＶｒｓｔをＯＦＦとした場合、ＦＥＴ１６がＯＦＦとなり、ＦＥＴ１７がＯＮとなる。入力信号ＶｒｓｔをＯＦＦとし、Ｖｉｎを一定とした状態で可変抵抗素子３の抵抗値Ｒ１を増減させることで、出力端子１４のＶｏｕｔを変化させることができる。
【００３３】
一方、入力信号ＶｒｓｔをＯＮとした場合、ＦＥＴ１６がＯＮとなり、ＦＥＴ１７がＯＦＦとなる。可変抵抗素子３の抵抗値Ｒ１が減少した状態で、入力信号ＶｒｓｔをＯＮとした場合、可変抵抗素子３に高電界が印加され、可変抵抗素子３の抵抗値Ｒ１が上昇し、可変抵抗素子３の抵抗値Ｒ１は元の状態に戻る。このように、可変抵抗素子３に高電界を印加することにより可変抵抗素子３の抵抗値が初期化される。
【００３４】
実施例３においては、可変抵抗素子３及び固定抵抗素子１３の抵抗値、入力端子１２と可変抵抗素子３の端子との距離を予め調整することで、入力信号ＶｒｓｔをＯＮとした場合にのみ可変抵抗素子３に１×１０6Ｖ／ｍ以上の電界が印加されるようにしている。可
変抵抗素子３に１×１０6Ｖ／ｍ以上の電界を印加すると、キャリアが再度ＤＸセンタを
形成し、可変抵抗素子３の有効なキャリア濃度が低下する（P. M. Mooney, J. Appl. Phys. 67, R1(1990)）。
【００３５】
実施例３では、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０、初期化回路１５及びＬＥＤ１１を設置する例を示した。これに限らず、遮蔽体５の内側に可変抵抗素子３及びＬＥＤ１１を設置し、遮蔽体５の外側に固定抵抗素子１３及び初期化回路１５を設置するようにしてもよい。また、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を設置し、遮蔽体５の外側に初期化回路１５を設置するようにしてもよい。
【００３６】
また、実施例３では、抵抗制御装置１が初期化回路１５を備える例を示した。これに限らず、初期化回路１５を外部装置とすることにより、初期化回路１５を抵抗制御装置１から切り離してもよい。
【実施例４】
【００３７】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法の第４の実施例を説明する。図７は
、実施例４に係る抵抗制御装置１の構成図である。抵抗制御装置１は、基板２、抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１、パルス発生回路２０、遮蔽体５及び温度制御装置６を備えている。図７では、遮蔽体５の図示を省略しているが、遮蔽体５は、抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１及びパルス発生回路２０を覆うようにして基板２に設けられている。すなわち、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１及びパルス発生回路２０が設置されている。また、図７では、温度制御装置６の図示を省略しているが、温度制御装置６は、基板２の下面に設けられている。
【００３８】
実施例４に係る基板２、可変抵抗素子３、遮蔽体５及び温度制御装置６は、実施例１と同様であり、実施例４に係る抵抗分圧回路１０は、実施例２と同様である。
【００３９】
図７に示すように、パルス発生回路２０とＬＥＤ１１とが接続されている。パルス発生回路２０は、ＬＥＤ１１に所定間隔で電圧を印加する。所定間隔でＬＥＤ１１に電圧が印加されることにより、ＬＥＤ１１は所定間隔で発光し、可変抵抗素子３に対して所定間隔で光を照射する。
【００４０】
持続性光伝導は、ＤＸセンタの再形成が徐々に起こることにより可変抵抗素子３の抵抗値が上昇する可能性がある。可変抵抗素子３の抵抗値を一定の範囲内に長時間固定したい場合、可変抵抗素子３のキャリアを定期的に補充する必要がある。可変抵抗素子３のキャリアの減少率を予め調べておき、パルス発生回路２０にパルス発生源の周期を設定する。パルス発生回路２０からＬＥＤ１１に所定間隔で電圧が印加されることによりＬＥＤ１１が所定間隔で発光する。
【００４１】
図８は、ＬＥＤ１１による光パルスの出力時間と、可変抵抗素子３の抵抗値の変化との関係を示す図である。図８に示すように、所定間隔でＬＥＤ１１を繰り返し発光させることにより、可変抵抗素子３の抵抗値の増減幅を一定の範囲内に抑えることができる。すなわち、可変抵抗素子３に所定間隔で光を繰り返し照射することにより、可変抵抗素子３の抵抗値を所定範囲内に維持することができる。
【００４２】
ＬＥＤ１１による光パルスの出力間隔を制御することで、可変抵抗素子３の抵抗値の増減幅を決定することができる。例えば、ＬＥＤ１１による光パルスの出力間隔を短くすることで、可変抵抗素子３の抵抗値の増減幅を小さくすることができる。
【００４３】
実施例４では、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１及びパルス発生回路２０を設置する例を示した。これに限らず、遮蔽体５の内側に可変抵抗素子３及びＬＥＤ１１を設置し、遮蔽体５の外側に固定抵抗素子１３及びパルス発生回路２０を設置するようにしてもよい。また、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を設置し、遮蔽体５の外側にパルス発生回路２０を設置するようにしてもよい。
【００４４】
また、実施例４では、抵抗制御装置１がパルス発生回路２０を備える例を示した。これに限らず、パルス発生回路２０を外部装置とすることにより、パルス発生回路２０を抵抗制御装置１から切り離してもよい。
【実施例５】
【００４５】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法の第５の実施例を説明する。図９は、実施例５に係る抵抗制御装置１の構成図である。抵抗制御装置１は、基板２、抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１、遮蔽体５及び温度制御装置６を備えている。図９では、遮蔽体５の図示を省略しているが、遮蔽体５は、抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を覆うようにして基板２に設けられている。すなわち、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１が設置されている。また、図９では、温度制御装置６の図示を省略しているが、温度制
御装置６は、基板２の下面に設けられている。実施例５に係る基板２、可変抵抗素子３、遮蔽体５及び温度制御装置６は、実施例１と同様であり、実施例５に係る抵抗分圧回路１０は、実施例２と同様である。
【００４６】
ＬＥＤ１１は、入力端子１２とグラウンド（ＧＮＤ）との間で抵抗分圧回路１０と並列に接続されている。また、Ｖｉｎが抵抗分圧回路１０を利用する電圧（プラスの電圧）の場合、ＬＥＤ１１に逆方向の電圧が印加されるように、入力端子１２にＬＥＤ１１が接続されている。したがって、Ｖｉｎが抵抗分圧回路１０を利用する電圧（プラスの電圧）の場合、ＬＥＤ１１は発光せず、Ｖｉｎが抵抗分圧回路１０を利用する電圧と逆方向の電圧（マイナスの電圧）の場合、ＬＥＤ１１は発光する。
【００４７】
図１０は、Ｖｉｎと可変抵抗素子３の抵抗値との関係を示す図である。図１０に示すように、Ｖｉｎがプラスの電圧の場合、ＬＥＤ１１は発光しないため、可変抵抗素子３に光が照射されず、可変抵抗素子３の抵抗値は変化しない。図１０に示すように、Ｖｉｎがマイナスの電圧の場合、ＬＥＤ１１が発光するため、可変抵抗素子３に光が照射され、可変抵抗素子３の抵抗値が減少する。
【００４８】
実施例５に係る抵抗制御装置１では、入力端子１２にＬＥＤ１１を接続することにより、実施例２に係る抵抗制御装置１と比較して、外部への配線数を減らすことができる。
【００４９】
実施例５では、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を設置する例を示したが、遮蔽体５の内側に可変抵抗素子３及びＬＥＤ１１を設置し、遮蔽体５の外側に固定抵抗素子１３を設置するようにしてもよい。
【実施例６】
【００５０】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法の第６の実施例を説明する。図１１は、実施例６に係る抵抗制御装置１の構成図である。抵抗制御装置１は、基板２、抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１、Detector３０、ＦＥＴ３１、キャパシタ（積分回路）３２及びスイッチ３３を備えている。図１１では、遮蔽体５の図示を省略しているが、遮蔽体５は、抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を覆うようにして基板２に設けられている。すなわち、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１が設置されている。また、図１１では、温度制御装置６の図示を省略しているが、温度制御装置６は、基板２の下面に設けられている。実施例６に係る基板２、可変抵抗素子３、遮蔽体５及び温度制御装置６は、実施例１と同様であり、実施例６に係る抵抗分圧回路１０は、実施例２と同様である。
【００５１】
Detector３０は、例えば、赤外線イメージセンサーである量子井戸型赤外線検知器(Ｑ
ＷＩＰ：Quantum Well Infrared Photo-detector)である。Detector３０に赤外線等の特
定の光が入射されると、Detector３０に流れる電流の値が変化する。Detector３０には、ＦＥＴ３１を介してキャパシタ３２が接続されている。キャパシタ３２に所定量の電荷が蓄積された時点で、スイッチ３３を切り替え、キャパシタ３２に蓄積された電荷を読み取ることで、Detector３０に流れる電流の変化を検出する。Detector３０に流れる電流の変化を検出することによって、Detector３０は光の検知器として機能する。
【００５２】
ＦＥＴ３１に所定の電圧を印加すると、ＦＥＴ３１のソースとドレインとの間が導通し、キャパシタ３２に電荷が蓄積される。抵抗分圧回路１０とＦＥＴ３１のゲート電極とが接続しており、ＦＥＴ３１のゲート電極にかかる電圧値を抵抗分圧回路１０によって制御することができる。すなわち、可変抵抗素子３の抵抗値を制御することにより、ＦＥＴ３１のゲート電極にかかる電圧値を制御することができる。したがって、抵抗制御装置１は、Detector３０の駆動装置として機能する。
【００５３】
例えば、可変抵抗素子３としてＳｉを添加したＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体を用い、Ｓｉ濃度を１×１０18ｃｍ-3、ｘ＝０．２とし、可変抵抗素子３の厚さを３μｍとして、可変抵抗素子３を500μｍ角の直方体に形成する。そして、可変抵抗素子３の上下をＴｉ／
Ｐｔ／Ａｕの積層構造体等で形成すると、可変抵抗素子３の抵抗値は、約400ｋΩから約200ｋΩの範囲で変化可能となる。入力電圧Ｖｉｎを４Ｖとし、固定抵抗素子１３の抵抗値を500ｋΩとすると、ＦＥＴ３１に1.77Ｖ（４Ｖ×400ｋΩ／（400ｋΩ＋500ｋΩ）から1.14Ｖ（４Ｖ×200ｋΩ／（200ｋΩ＋500ｋΩ）の範囲の電圧を印加することができる。
【００５４】
実施例６では、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を設置する例を示したが、遮蔽体５の内側に可変抵抗素子３及びＬＥＤ１１を設置し、遮蔽体５の外側に固定抵抗素子１３を設置するようにしてもよい。
【００５５】
また、実施例６では、抵抗制御装置１がDetector３０、ＦＥＴ３１、キャパシタ３２及びスイッチ３３を備える例を示した。これに限らず、Detector３０、ＦＥＴ３１、キャパシタ３２及びスイッチ３３を外部装置とすることにより、Detector３０、ＦＥＴ３１、キャパシタ３２及びスイッチ３３を抵抗制御装置１から切り離してもよい。
【実施例７】
【００５６】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法の第７の実施例を説明する。図１２は、抵抗制御装置１をＭＣＭ（multi chip module）によってモジュール化した場合の構
成図である。図１２に示すように、セラミック基板４０上に高ドープ層４１Ａが形成され、高ドープ層４１Ａ上に可変抵抗素子３及びコンタクト金属層４２Ａが形成されている。また、セラミック基板４０上に高ドープ層４１Ｂが形成され、高ドープ層４１Ｂ上にＬＥＤ１１及びコンタクト金属層４２Ｂが形成されている。図１２では図示していないが、可変抵抗素子３の下方に温度制御装置６が設置される。
【００５７】
コンタクト金属層４２Ａ及び４２Ｂは、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造である。コンタクト金属層４２Ａ及び４２Ｂは、セラミック基板４０上に形成された金属配線４３Ａに接続されている。
【００５８】
可変抵抗素子３上に高ドープ層４１Ｃが形成され、高ドープ層４１Ｃ上にコンタクト金属層４２Ｃが形成されている。ＬＥＤ１１上に高ドープ層４１Ｄが形成され、高ドープ層４１Ｄ上にコンタクト金属層４２Ｄが形成されている。コンタクト金属層４２Ｃ及び４２Ｄは、金属配線４３Ｂに接続されている。
【００５９】
セラミック基板４０、可変抵抗素子３及びＬＥＤ１１を覆うように遮蔽体５が形成されている。セラミック基板４０の上方に形成されている遮蔽体５とセラミック基板４０との間には絶縁層４４が形成されている。絶縁層４４は、例えば、ＳｉＯ2である。実施例７
に係る可変抵抗素子３、遮蔽体５及び温度制御装置６は、実施例１と同様である。
【００６０】
図１３に示すように、ＭＣＭによってモジュール化された抵抗制御装置１を、応用回路５０が設けられた基板５１上に設置することによって、応用回路５０の温度制御装置５２を利用することができる。図１３の（Ａ）は、ＭＣＭによってモジュール化された抵抗制御装置１を、応用回路５０が設けられた基板５１上に設置した場合の上面図である。図１３の（Ｂ）は、ＭＣＭによってモジュール化された抵抗制御装置１を、応用回路５０が設けられた基板５１上に設置した場合の正面図である。抵抗制御装置１は、ＭＣＭごとに光遮蔽がされているため、複数の抵抗制御装置１を隣接して基板５１上に設置することができる。
【００６１】
実施例１から実施例７では、温度制御装置６を基板２の下面又は可変抵抗素子３の下方
に設ける例を説明した。これに限らず、可変抵抗素子３の温度制御が可能な位置に温度制御装置６を設けるようにしてもよい。この場合、遮蔽体５の内側又は外側に温度制御装置６を設けるようにしてもよい。
【００６２】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法によれば、可変抵抗素子３の温度制御及び可変抵抗素子３に対する光照射を行うことにより、可変抵抗素子３の抵抗値を簡易に制御することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 抵抗制御装置
２ 基板
３ 可変抵抗素子
４ 光源
５ 遮蔽体
６ 温度制御装置
７ 抵抗利用回路
８ 光源制御回路
１０ 抵抗分圧回路
１１ ＬＥＤ
１２ 入力端子
１３ 固定抵抗素子
１４ 出力端子
１５ 初期化回路
１６、１７、３１ ＦＥＴ
２０ パルス発生回路
３０ Detector
３２ キャパシタ
３３ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗制御装置及び抵抗制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路には、その動作条件の微調整の目的で、半固定で利用する可変抵抗素子が多く利用されている。電気的に制御できる可変抵抗素子として、シフト抵抗やラダー抵抗を用いた電子ボリュームが知られている。単一の抵抗体の抵抗値を連続的に変化させるものとして、抵抗体と発熱体との組み合わせを用いて、抵抗体の抵抗値の温度係数に応じて発熱体の発熱量を調整して所望の抵抗値を得る方法がある。また、光により素子の抵抗を変化させる装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２２４１５４号公報
【特許文献２】特開２００２−２５２５３６号公報
【特許文献３】米国特許７５０３６８９号明細書
【特許文献４】特開２００８−９８５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シフト抵抗やラダー抵抗を用いた電子ボリュームの場合、高精度の抵抗調整を行おうとすると素子の規模が大きくなる問題がある。抵抗体と発熱体との組み合わせを用いて抵抗値を変化させる場合、常時加熱を行う必要があり、熱のノイズを嫌う低雑音増幅回路などの用途には利用できないという問題がある。光により素子の抵抗を変化させる装置について、抵抗値を保持する機能がない場合、常時光を照射する必要があり、ノイズ源になる恐れがある。本件は、可変抵抗素子の抵抗値を簡易に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本件の一観点による抵抗制御装置は、ＤＸセンタを形成可能な不純物を含む可変抵抗素子と、可変抵抗素子の温度を制御する温度制御装置と、可変抵抗素子に光を照射する光源と、光源以外からの可変抵抗素子への光の照射を遮蔽する遮蔽体と、を備え、不純物がＤＸセンタを形成可能となる温度以下に可変抵抗素子を冷却するとともに、可変抵抗素子に光を照射してＤＸセンタをイオン化させることにより可変抵抗素子の抵抗値を制御する。
【発明の効果】
【０００６】
本件によれば、可変抵抗素子の抵抗値を簡易に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【図２】可変抵抗素子３に対する光照射後のキャリアの増加率を示す図である。
【図３】可変抵抗素子３の抵抗値の変化を示した図である。
【図４】可変抵抗素子３への光の照射時間に対する可変抵抗素子３の抵抗値の変化を示す図である。
【図５】実施例２に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【図６】実施例３に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【図７】実施例４に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【図８】ＬＥＤ１１による光パルスの出力時間と、可変抵抗素子３の抵抗値の変化との関係を示す図である。
【図９】実施例５に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【図１０】Ｖｉｎと可変抵抗素子３の抵抗値との関係を示す図である。
【図１１】実施例６に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【図１２】実施例７に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【図１３】モジュール化された抵抗制御装置１を応用回路５０が設けられた基板５１上に設置した場合の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本実施形態に係る抵抗制御装置及び抵抗制御方法について説明する。以下の実施例の構成は例示であり、本実施形態に係る抵抗制御装置及び抵抗制御方法は実施例の構成に限定されない。
【実施例１】
【０００９】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法の第１の実施例を説明する。図１は、実施例１に係る抵抗制御装置１の構成図である。
【００１０】
抵抗制御装置１は、基板２と、ＤＸセンタを形成可能な不純物を含む可変抵抗素子３と、可変抵抗素子３に光を照射する光源４と、可変抵抗素子３及び光源４を覆う遮蔽体（シールド）５と、可変抵抗素子３の温度を制御する温度制御装置６と、を備えている。可変抵抗素子３は、抵抗利用回路７と接続されており、光源４は、光源制御回路８と接続されている。
【００１１】
基板２は、例えば、セラミック基板である。可変抵抗素子３は、例えば、不純物としてＳｉ（ケイ素）を添加したＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体である。ただし、これに限らず、可変抵抗素子３に、Ｔｅ（テルル）等の他の不純物を添加した混晶半導体を用いてもよい。
【００１２】
可変抵抗素子３の抵抗値の可変機構としてＤＸセンタによる持続性光伝導（ＰＰＣ、Persistent Photo Conductivity）を利用する。ＤＸセンタは、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導
体等の化合物半導体に不純物を添加したときに形成される深い準位である。可変抵抗素子３を所定温度（例えば、１５０Ｋ）以下に冷却すると、可変抵抗素子３に添加された不純物の一部がＤＸセンタを形成することにより可変抵抗素子３のキャリア濃度が低下する。可変抵抗素子３のキャリア濃度の低下に応じて、可変抵抗素子３の抵抗は大きくなる。すなわち、可変抵抗素子３は高抵抗の状態となる。
【００１３】
可変抵抗素子３を冷却した後、可変抵抗素子３に対して光を照射すると、光の照射に伴いＤＸセンタの一部がイオン化することで可変抵抗素子３のキャリア濃度が徐々に増加し、可変抵抗素子３の抵抗は小さくなる。すなわち、可変抵抗素子３は低抵抗の状態となる。可変抵抗素子３に対する光の照射を停止しても一度イオン化したキャリアは熱的には再度ＤＸセンタを形成しないため、可変抵抗素子３は低抵抗の状態が維持される。
【００１４】
図２は、可変抵抗素子３としてＳｉを添加したＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体を用いた場合の光照射後のキャリアの増加率を、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体の組成ｘに対してプロットした図である(N. Chand, T. Henderson, J. Clem, W. T. Masselink, R. Fischer, Y. C. Chang, and H. Morkoc, Phys. Rev. B30, 4481(1984))。
【００１５】
図２の縦軸は、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体中のキャリアの増加率（キャリア濃度の増加Δｎ／Ｓｉ濃度ＮSi）を示しており、図２の横軸は、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体の組成ｘを示している。ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体に対するＳｉ濃度ＮSiは、３×１０17ｃ
ｍ-3である。また、ここでは、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体を７７Ｋに冷却している。
【００１６】
図２に示すように、ｘ＝０．２から０．４の間で、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体中のキャリアの増加率が大きい。特に、ｘ＝０．３２では、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体中のＳｉ濃度ＮSiの約６０％を光照射により増減させることができる。
【００１７】
本実施形態では、可変抵抗素子３としてＳｉを添加したＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体を用いた場合のＳｉ濃度ＮSiを３×１０17ｃｍ-3とし、ｘ＝０．３２とする。ただし、これに限定されず、Ｓｉ濃度ＮSiは他の値でもよいし、ＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体の組成ｘは他の値であってもよい。
【００１８】
可変抵抗素子３を加熱する（又は冷却を停止する）ことにより、可変抵抗素子３の温度が上昇することで、可変抵抗素子３に形成されたＤＸセンタの大部分又は全部をイオン化することができる。そして、可変抵抗素子３を加熱し続ける（又は冷却の停止を継続する）ことにより、可変抵抗素子３の温度が更に上昇することで、可変抵抗素子３にＤＸセンタを形成することができる。そして、再度、可変抵抗素子３に光を照射すれば、可変抵抗素子３に形成されたＤＸセンタの一部をイオン化させることができる。
【００１９】
このように、可変抵抗素子３の温度を調整するとともに、可変抵抗素子３に対して光の照射を行うことにより、可変抵抗素子３の抵抗値を制御することができる。すなわち、可変抵抗素子３の抵抗値を任意に設定変更することが可能となる。
【００２０】
図３は、可変抵抗素子３の抵抗値の変化を示した図である。図３の縦軸は、可変抵抗素子３の抵抗値を示しており、図３の横軸は、可変抵抗素子３に対する冷却時間、可変抵抗素子３に対する加熱時間及び可変抵抗素子３に対する光照射時間を示している。
【００２１】
図３に示すように、可変抵抗素子３に対して冷却を行うとともに光の照射を行った場合、可変抵抗素子３に対して光を照射している間、可変抵抗素子３の抵抗値が減少する。可変抵抗素子３に対する光の照射を停止していても、可変抵抗素子３の抵抗値は低い状態が維持される。可変抵抗素子３の抵抗値が減少した状態で、可変抵抗素子３に対して加熱を行った場合、可変抵抗素子３の抵抗値は、可変抵抗素子３に対する光の照射を行う前の状態に戻る。すなわち、可変抵抗素子３に対して加熱を行うことにより可変抵抗素子３の抵抗値が初期化される。
【００２２】
光源４は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）である。図１に示すように、遮蔽体５は、可変抵抗素子３及び光源４を覆うようにして基板２に設けられている。すなわち、遮蔽体５の内側に可変抵抗素子３及び光源４が設置されている。遮蔽体５は、金属製又はセラミック製の材料を用いることができる。可変抵抗素子３及び光源４は、遮蔽体５で覆われるため、可変抵抗素子３には光源４から照射される光のみが入射することになり、光源４が照射する光以外の周囲からの所定の光は、可変抵抗素子３には入射されない。すなわち、遮蔽体５は、光源４が照射する光以外の周囲からの所定の光を遮蔽する。
【００２３】
光源４としてＬＥＤを用いる場合、ＤＸセンタのイオン化が活発になる約０．８ｅＶ（P. M. Mooney, G. A. Northrop, T. N. Morgan, and H. G. Grimmeiss, Phys. Rev. B37,
8298(1988)）よりも高エネルギーの光を発光するＬＥＤを用いてもよい。また、遮蔽体
５は、０．３ｅＶよりも高エネルギーの光を遮蔽できることが好ましい。０．３ｅＶから０．８ｅＶのエネルギーの光を可変抵抗素子３に照射する場合、持続性ではないが光によるキャリア濃度の変化が報告されている（J. C. M. Henning and J. P. M. Ansems, Phys. Rev. B38, 5772(1988)）。したがって、０．３ｅＶから０．８ｅＶのエネルギーの光を
可変抵抗素子３に照射する場合、可変抵抗素子３の抵抗値の安定化に望ましくない場合がある。ただし、これは、０．３ｅＶから０．８ｅＶのエネルギーの光を用いた光センサー等の用途に可変抵抗素子３を用いる場合を除外するものではない。
【００２４】
図４は、可変抵抗素子３への光の照射時間に対する可変抵抗素子３の抵抗値の変化を示す図である。図４に示すように、光の照射時間の長さに応じて、可変抵抗素子３の抵抗値が減少している。光の照射時間と、光の照射時間に応じた可変抵抗素子３の抵抗値と、を予め求めておくことで、可変抵抗素子３の抵抗値を所望の値にするための光の照射時間を一意に決定することができる。
【００２５】
図１に示すように、温度制御装置６は、可変抵抗素子３及び光源４が設置された基板２の下面に設けられている。温度制御装置６は、例えば、ペルチェ素子である。温度制御装置６としてペルチェ素子を用いた場合の例を説明する。ペルチェ素子は、電源（図示せず）に接続されている。ペルチェ素子が吸熱反応を起こす方向に電流をペルチェ素子に供給し、ペルチェ素子が吸熱することにより可変抵抗素子３の温度を降下させる。すなわち、ペルチェ素子が吸熱することで可変抵抗素子３が冷却される。また、ペルチェ素子が発熱反応を起こす方向に電流をペルチェ素子に供給し、ペルチェ素子が発熱することで可変抵抗素子３が加熱される。
【００２６】
また、温度制御装置６は、液体窒素を用いた装置であってもよい。例えば、液体窒素を用いた装置である場合、液体窒素が充填された充填槽に可変抵抗素子３を浸漬することにより可変抵抗素子３の温度を降下させる。すなわち、液体窒素が充填された充填槽に可変抵抗素子３を浸漬することで可変抵抗素子３が冷却される。また、液体窒素が充填された充填槽から可変抵抗素子３を取り出すことにより可変抵抗素子３の温度を上昇させる。すなわち、液体窒素が充填された充填槽から可変抵抗素子３を取り出すことで可変抵抗素子３が加熱される。更に、温度制御装置６は、ペルチェ素子と液体窒素を用いた装置とを組み合わせた装置であってもよい。
【実施例２】
【００２７】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法の第２の実施例を説明する。図５は、実施例２に係る抵抗制御装置１の構成図である。抵抗制御装置１は、基板２、抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１、遮蔽体５及び温度制御装置６を備えている。図５では、遮蔽体５の図示を省略しているが、遮蔽体５は、抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を覆うようにして基板２に設けられている。すなわち、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１が設置されている。また、図５では、温度制御装置６の図示を省略しているが、温度制御装置６は、基板２の下面に設けられている。実施例２に係る基板２、可変抵抗素子３、ＬＥＤ１１、遮蔽体５及び温度制御装置６は、実施例１と同様である。ＬＥＤ１１は、ＶLEDから順方向の電圧が印加されている。
【００２８】
抵抗分圧回路１０は、入力端子１２とグラウンド（ＧＮＤ）との間に直列に接続した固定抵抗素子１３及び可変抵抗素子３を有している。入力電圧をＶｉｎ、出力電圧をＶｏｕｔ、可変抵抗素子３の抵抗値をＲ１、固定抵抗素子１３の抵抗値Ｒ２とする場合、ＶｉｎとＶｏｕｔとの関係は、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）となる。従って、Ｖｉｎを一定とした状態でＲ１を増減させることで、出力端子１４のＶｏｕｔを変化させることができる。
【００２９】
実施例２では、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を設置する例を示したが、遮蔽体５の内側に可変抵抗素子３及びＬＥＤ１１を設置し、遮蔽体５の外側に固定抵抗素子１３を設置するようにしてもよい。
【実施例３】
【００３０】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法の第３の実施例を説明する。図６は、実施例３に係る抵抗制御装置１の構成図である。抵抗制御装置１は、基板２、抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１、初期化回路１５、遮蔽体５及び温度制御装置６を備えている。図６では、遮蔽体５の図示を省略しているが、遮蔽体５は、抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１及び初期化回路１５を覆うようにして基板２に設けられている。すなわち、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１及び初期化回路１５が設置されている。また、図６では、温度制御装置６の図示を省略しているが、温度制御装置６は、基板２の下面に設けられている。実施例３に係る基板２、可変抵抗素子３、遮蔽体５及び温度制御装置６は、実施例１と同様であり、実施例３に係る抵抗分圧回路１０は、実施例２と同様である。
【００３１】
初期化回路１５は、入力端子１２と出力端子１４との間に設けられたＦＥＴ（Field Effect Transistor、電界効果型トランジスタ）１６及び１７を有している。入力信号Ｖｒ
ｓｔがＯＮの場合、ＦＥＴ１６がＯＮになり、ＦＥＴ１６のソースとドレインとの間に電流が流れる。入力信号ＶｒｓｔがＯＮの場合、ＦＥＴ１７がＯＦＦになり、ＦＥＴ１７のソースとドレインとの間に電流が流れない。入力信号ＶｒｓｔがＯＦＦの場合、ＦＥＴ１６がＯＦＦになり、ＦＥＴ１６のソースとドレインとの間に電流が流れない。入力信号ＶｒｓｔがＯＦＦの場合、ＦＥＴ１７がＯＮになり、ＦＥＴ１７のソースとドレインとの間に電流が流れる。ＦＥＴ１６は、例えば、ノーマリオン型ＦＥＴであり、ＦＥＴ１７は、例えば、ノーマリオフ型ＦＥＴである。
【００３２】
入力信号ＶｒｓｔをＯＦＦとした場合、ＦＥＴ１６がＯＦＦとなり、ＦＥＴ１７がＯＮとなる。入力信号ＶｒｓｔをＯＦＦとし、Ｖｉｎを一定とした状態で可変抵抗素子３の抵抗値Ｒ１を増減させることで、出力端子１４のＶｏｕｔを変化させることができる。
【００３３】
一方、入力信号ＶｒｓｔをＯＮとした場合、ＦＥＴ１６がＯＮとなり、ＦＥＴ１７がＯＦＦとなる。可変抵抗素子３の抵抗値Ｒ１が減少した状態で、入力信号ＶｒｓｔをＯＮとした場合、可変抵抗素子３に高電界が印加され、可変抵抗素子３の抵抗値Ｒ１が上昇し、可変抵抗素子３の抵抗値Ｒ１は元の状態に戻る。このように、可変抵抗素子３に高電界を印加することにより可変抵抗素子３の抵抗値が初期化される。
【００３４】
実施例３においては、可変抵抗素子３及び固定抵抗素子１３の抵抗値、入力端子１２と可変抵抗素子３の端子との距離を予め調整することで、入力信号ＶｒｓｔをＯＮとした場合にのみ可変抵抗素子３に１×１０6Ｖ／ｍ以上の電界が印加されるようにしている。可
変抵抗素子３に１×１０6Ｖ／ｍ以上の電界を印加すると、キャリアが再度ＤＸセンタを
形成し、可変抵抗素子３の有効なキャリア濃度が低下する（P. M. Mooney, J. Appl. Phys. 67, R1(1990)）。
【００３５】
実施例３では、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０、初期化回路１５及びＬＥＤ１１を設置する例を示した。これに限らず、遮蔽体５の内側に可変抵抗素子３及びＬＥＤ１１を設置し、遮蔽体５の外側に固定抵抗素子１３及び初期化回路１５を設置するようにしてもよい。また、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を設置し、遮蔽体５の外側に初期化回路１５を設置するようにしてもよい。
【００３６】
また、実施例３では、抵抗制御装置１が初期化回路１５を備える例を示した。これに限らず、初期化回路１５を外部装置とすることにより、初期化回路１５を抵抗制御装置１から切り離してもよい。
【実施例４】
【００３７】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法の第４の実施例を説明する。図７は
、実施例４に係る抵抗制御装置１の構成図である。抵抗制御装置１は、基板２、抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１、パルス発生回路２０、遮蔽体５及び温度制御装置６を備えている。図７では、遮蔽体５の図示を省略しているが、遮蔽体５は、抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１及びパルス発生回路２０を覆うようにして基板２に設けられている。すなわち、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１及びパルス発生回路２０が設置されている。また、図７では、温度制御装置６の図示を省略しているが、温度制御装置６は、基板２の下面に設けられている。
【００３８】
実施例４に係る基板２、可変抵抗素子３、遮蔽体５及び温度制御装置６は、実施例１と同様であり、実施例４に係る抵抗分圧回路１０は、実施例２と同様である。
【００３９】
図７に示すように、パルス発生回路２０とＬＥＤ１１とが接続されている。パルス発生回路２０は、ＬＥＤ１１に所定間隔で電圧を印加する。所定間隔でＬＥＤ１１に電圧が印加されることにより、ＬＥＤ１１は所定間隔で発光し、可変抵抗素子３に対して所定間隔で光を照射する。
【００４０】
持続性光伝導は、ＤＸセンタの再形成が徐々に起こることにより可変抵抗素子３の抵抗値が上昇する可能性がある。可変抵抗素子３の抵抗値を一定の範囲内に長時間固定したい場合、可変抵抗素子３のキャリアを定期的に補充する必要がある。可変抵抗素子３のキャリアの減少率を予め調べておき、パルス発生回路２０にパルス発生源の周期を設定する。パルス発生回路２０からＬＥＤ１１に所定間隔で電圧が印加されることによりＬＥＤ１１が所定間隔で発光する。
【００４１】
図８は、ＬＥＤ１１による光パルスの出力時間と、可変抵抗素子３の抵抗値の変化との関係を示す図である。図８に示すように、所定間隔でＬＥＤ１１を繰り返し発光させることにより、可変抵抗素子３の抵抗値の増減幅を一定の範囲内に抑えることができる。すなわち、可変抵抗素子３に所定間隔で光を繰り返し照射することにより、可変抵抗素子３の抵抗値を所定範囲内に維持することができる。
【００４２】
ＬＥＤ１１による光パルスの出力間隔を制御することで、可変抵抗素子３の抵抗値の増減幅を決定することができる。例えば、ＬＥＤ１１による光パルスの出力間隔を短くすることで、可変抵抗素子３の抵抗値の増減幅を小さくすることができる。
【００４３】
実施例４では、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１及びパルス発生回路２０を設置する例を示した。これに限らず、遮蔽体５の内側に可変抵抗素子３及びＬＥＤ１１を設置し、遮蔽体５の外側に固定抵抗素子１３及びパルス発生回路２０を設置するようにしてもよい。また、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を設置し、遮蔽体５の外側にパルス発生回路２０を設置するようにしてもよい。
【００４４】
また、実施例４では、抵抗制御装置１がパルス発生回路２０を備える例を示した。これに限らず、パルス発生回路２０を外部装置とすることにより、パルス発生回路２０を抵抗制御装置１から切り離してもよい。
【実施例５】
【００４５】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法の第５の実施例を説明する。図９は、実施例５に係る抵抗制御装置１の構成図である。抵抗制御装置１は、基板２、抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１、遮蔽体５及び温度制御装置６を備えている。図９では、遮蔽体５の図示を省略しているが、遮蔽体５は、抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を覆うようにして基板２に設けられている。すなわち、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１が設置されている。また、図９では、温度制御装置６の図示を省略しているが、温度制
御装置６は、基板２の下面に設けられている。実施例５に係る基板２、可変抵抗素子３、遮蔽体５及び温度制御装置６は、実施例１と同様であり、実施例５に係る抵抗分圧回路１０は、実施例２と同様である。
【００４６】
ＬＥＤ１１は、入力端子１２とグラウンド（ＧＮＤ）との間で抵抗分圧回路１０と並列に接続されている。また、Ｖｉｎが抵抗分圧回路１０を利用する電圧（プラスの電圧）の場合、ＬＥＤ１１に逆方向の電圧が印加されるように、入力端子１２にＬＥＤ１１が接続されている。したがって、Ｖｉｎが抵抗分圧回路１０を利用する電圧（プラスの電圧）の場合、ＬＥＤ１１は発光せず、Ｖｉｎが抵抗分圧回路１０を利用する電圧と逆方向の電圧（マイナスの電圧）の場合、ＬＥＤ１１は発光する。
【００４７】
図１０は、Ｖｉｎと可変抵抗素子３の抵抗値との関係を示す図である。図１０に示すように、Ｖｉｎがプラスの電圧の場合、ＬＥＤ１１は発光しないため、可変抵抗素子３に光が照射されず、可変抵抗素子３の抵抗値は変化しない。図１０に示すように、Ｖｉｎがマイナスの電圧の場合、ＬＥＤ１１が発光するため、可変抵抗素子３に光が照射され、可変抵抗素子３の抵抗値が減少する。
【００４８】
実施例５に係る抵抗制御装置１では、入力端子１２にＬＥＤ１１を接続することにより、実施例２に係る抵抗制御装置１と比較して、外部への配線数を減らすことができる。
【００４９】
実施例５では、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を設置する例を示したが、遮蔽体５の内側に可変抵抗素子３及びＬＥＤ１１を設置し、遮蔽体５の外側に固定抵抗素子１３を設置するようにしてもよい。
【実施例６】
【００５０】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法の第６の実施例を説明する。図１１は、実施例６に係る抵抗制御装置１の構成図である。抵抗制御装置１は、基板２、抵抗分圧回路１０、ＬＥＤ１１、Detector３０、ＦＥＴ３１、キャパシタ（積分回路）３２及びスイッチ３３を備えている。図１１では、遮蔽体５の図示を省略しているが、遮蔽体５は、抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を覆うようにして基板２に設けられている。すなわち、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１が設置されている。また、図１１では、温度制御装置６の図示を省略しているが、温度制御装置６は、基板２の下面に設けられている。実施例６に係る基板２、可変抵抗素子３、遮蔽体５及び温度制御装置６は、実施例１と同様であり、実施例６に係る抵抗分圧回路１０は、実施例２と同様である。
【００５１】
Detector３０は、例えば、赤外線イメージセンサーである量子井戸型赤外線検知器(Ｑ
ＷＩＰ：Quantum Well Infrared Photo-detector)である。Detector３０に赤外線等の特
定の光が入射されると、Detector３０に流れる電流の値が変化する。Detector３０には、ＦＥＴ３１を介してキャパシタ３２が接続されている。キャパシタ３２に所定量の電荷が蓄積された時点で、スイッチ３３を切り替え、キャパシタ３２に蓄積された電荷を読み取ることで、Detector３０に流れる電流の変化を検出する。Detector３０に流れる電流の変化を検出することによって、Detector３０は光の検知器として機能する。
【００５２】
ＦＥＴ３１に所定の電圧を印加すると、ＦＥＴ３１のソースとドレインとの間が導通し、キャパシタ３２に電荷が蓄積される。抵抗分圧回路１０とＦＥＴ３１のゲート電極とが接続しており、ＦＥＴ３１のゲート電極にかかる電圧値を抵抗分圧回路１０によって制御することができる。すなわち、可変抵抗素子３の抵抗値を制御することにより、ＦＥＴ３１のゲート電極にかかる電圧値を制御することができる。したがって、抵抗制御装置１は、Detector３０の駆動装置として機能する。
【００５３】
例えば、可変抵抗素子３としてＳｉを添加したＡｌXＧａ1-XＡｓ混晶半導体を用い、Ｓｉ濃度を１×１０18ｃｍ-3、ｘ＝０．２とし、可変抵抗素子３の厚さを３μｍとして、可変抵抗素子３を500μｍ角の直方体に形成する。そして、可変抵抗素子３の上下をＴｉ／
Ｐｔ／Ａｕの積層構造体等で形成すると、可変抵抗素子３の抵抗値は、約400ｋΩから約200ｋΩの範囲で変化可能となる。入力電圧Ｖｉｎを４Ｖとし、固定抵抗素子１３の抵抗値を500ｋΩとすると、ＦＥＴ３１に1.77Ｖ（４Ｖ×400ｋΩ／（400ｋΩ＋500ｋΩ）から1.14Ｖ（４Ｖ×200ｋΩ／（200ｋΩ＋500ｋΩ）の範囲の電圧を印加することができる。
【００５４】
実施例６では、遮蔽体５の内側に抵抗分圧回路１０及びＬＥＤ１１を設置する例を示したが、遮蔽体５の内側に可変抵抗素子３及びＬＥＤ１１を設置し、遮蔽体５の外側に固定抵抗素子１３を設置するようにしてもよい。
【００５５】
また、実施例６では、抵抗制御装置１がDetector３０、ＦＥＴ３１、キャパシタ３２及びスイッチ３３を備える例を示した。これに限らず、Detector３０、ＦＥＴ３１、キャパシタ３２及びスイッチ３３を外部装置とすることにより、Detector３０、ＦＥＴ３１、キャパシタ３２及びスイッチ３３を抵抗制御装置１から切り離してもよい。
【実施例７】
【００５６】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法の第７の実施例を説明する。図１２は、抵抗制御装置１をＭＣＭ（multi chip module）によってモジュール化した場合の構
成図である。図１２に示すように、セラミック基板４０上に高ドープ層４１Ａが形成され、高ドープ層４１Ａ上に可変抵抗素子３及びコンタクト金属層４２Ａが形成されている。また、セラミック基板４０上に高ドープ層４１Ｂが形成され、高ドープ層４１Ｂ上にＬＥＤ１１及びコンタクト金属層４２Ｂが形成されている。図１２では図示していないが、可変抵抗素子３の下方に温度制御装置６が設置される。
【００５７】
コンタクト金属層４２Ａ及び４２Ｂは、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造である。コンタクト金属層４２Ａ及び４２Ｂは、セラミック基板４０上に形成された金属配線４３Ａに接続されている。
【００５８】
可変抵抗素子３上に高ドープ層４１Ｃが形成され、高ドープ層４１Ｃ上にコンタクト金属層４２Ｃが形成されている。ＬＥＤ１１上に高ドープ層４１Ｄが形成され、高ドープ層４１Ｄ上にコンタクト金属層４２Ｄが形成されている。コンタクト金属層４２Ｃ及び４２Ｄは、金属配線４３Ｂに接続されている。
【００５９】
セラミック基板４０、可変抵抗素子３及びＬＥＤ１１を覆うように遮蔽体５が形成されている。セラミック基板４０の上方に形成されている遮蔽体５とセラミック基板４０との間には絶縁層４４が形成されている。絶縁層４４は、例えば、ＳｉＯ2である。実施例７
に係る可変抵抗素子３、遮蔽体５及び温度制御装置６は、実施例１と同様である。
【００６０】
図１３に示すように、ＭＣＭによってモジュール化された抵抗制御装置１を、応用回路５０が設けられた基板５１上に設置することによって、応用回路５０の温度制御装置５２を利用することができる。図１３の（Ａ）は、ＭＣＭによってモジュール化された抵抗制御装置１を、応用回路５０が設けられた基板５１上に設置した場合の上面図である。図１３の（Ｂ）は、ＭＣＭによってモジュール化された抵抗制御装置１を、応用回路５０が設けられた基板５１上に設置した場合の正面図である。抵抗制御装置１は、ＭＣＭごとに光遮蔽がされているため、複数の抵抗制御装置１を隣接して基板５１上に設置することができる。
【００６１】
実施例１から実施例７では、温度制御装置６を基板２の下面又は可変抵抗素子３の下方
に設ける例を説明した。これに限らず、可変抵抗素子３の温度制御が可能な位置に温度制御装置６を設けるようにしてもよい。この場合、遮蔽体５の内側又は外側に温度制御装置６を設けるようにしてもよい。
【００６２】
本実施形態に係る抵抗制御装置１及び抵抗制御方法によれば、可変抵抗素子３の温度制御及び可変抵抗素子３に対する光照射を行うことにより、可変抵抗素子３の抵抗値を簡易に制御することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 抵抗制御装置
２ 基板
３ 可変抵抗素子
４ 光源
５ 遮蔽体
６ 温度制御装置
７ 抵抗利用回路
８ 光源制御回路
１０ 抵抗分圧回路
１１ ＬＥＤ
１２ 入力端子
１３ 固定抵抗素子
１４ 出力端子
１５ 初期化回路
１６、１７、３１ ＦＥＴ
２０ パルス発生回路
３０ Detector
３２ キャパシタ
３３ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＸセンタを形成可能な不純物を含む可変抵抗素子と、
前記可変抵抗素子の温度を制御する温度制御装置と、
前記可変抵抗素子に光を照射する光源と、
前記光源以外からの前記可変抵抗素子への光の照射を遮蔽する遮蔽体と、を備え、
前記不純物がＤＸセンタを形成可能となる温度以下に前記可変抵抗素子を冷却するとともに、前記可変抵抗素子に光を照射して前記ＤＸセンタをイオン化させることにより前記可変抵抗素子の抵抗値を制御することを特徴とする抵抗制御装置。
【請求項２】
前記可変抵抗素子の温度を上昇させた後降下させることにより前記可変抵抗素子の抵抗値を変化させることを特徴とする請求項１に記載の抵抗制御装置。
【請求項３】
前記可変抵抗素子に所定の電界を印加することにより前記可変抵抗素子の抵抗値を上昇させることを特徴とする請求項１又は２に記載の抵抗制御装置。
【請求項４】
前記可変抵抗素子への光の照射を所定間隔で繰り返し行うことにより、前記可変抵抗素子の抵抗値を所定範囲に維持することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の抵抗制御装置。
【請求項５】
前記光源は、発光ダイオードであり、
前記可変抵抗素子と前記発光ダイオードとが並列に接続され、
前記発光ダイオードに順方向の電圧が印加される場合、前記発光ダイオードから前記可変抵抗素子に光が照射され、
前記発光ダイオードに逆方向の電圧が印加される場合、前記可変抵抗素子の抵抗値を利用することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の抵抗制御装置。
【請求項６】
ＤＸセンタを形成可能な不純物を含む可変抵抗素子と、前記可変抵抗素子の温度を制御する温度制御装置と、前記可変抵抗素子に光を照射する光源と、前記光源以外からの前記可変抵抗素子への光の照射を遮蔽する遮蔽体と、を有する抵抗制御装置は、
前記不純物がＤＸセンタを形成可能となる温度以下に前記可変抵抗素子を冷却するとともに、前記可変抵抗素子に光を照射して前記ＤＸセンタをイオン化させることにより前記可変抵抗素子の抵抗値を制御する工程を備えることを特徴とする抵抗制御方法。
【請求項１】
ＤＸセンタを形成可能な不純物を含む可変抵抗素子と、
前記可変抵抗素子の温度を制御する温度制御装置と、
前記可変抵抗素子に光を照射する光源と、
前記光源以外からの前記可変抵抗素子への光の照射を遮蔽する遮蔽体と、を備え、
前記不純物がＤＸセンタを形成可能となる温度以下に前記可変抵抗素子を冷却するとともに、前記可変抵抗素子に光を照射して前記ＤＸセンタをイオン化させることにより前記可変抵抗素子の抵抗値を制御することを特徴とする抵抗制御装置。
【請求項２】
前記可変抵抗素子の温度を上昇させた後降下させることにより前記可変抵抗素子の抵抗値を変化させることを特徴とする請求項１に記載の抵抗制御装置。
【請求項３】
前記可変抵抗素子に所定の電界を印加することにより前記可変抵抗素子の抵抗値を上昇させることを特徴とする請求項１又は２に記載の抵抗制御装置。
【請求項４】
前記可変抵抗素子への光の照射を所定間隔で繰り返し行うことにより、前記可変抵抗素子の抵抗値を所定範囲に維持することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の抵抗制御装置。
【請求項５】
前記光源は、発光ダイオードであり、
前記可変抵抗素子と前記発光ダイオードとが並列に接続され、
前記発光ダイオードに順方向の電圧が印加される場合、前記発光ダイオードから前記可変抵抗素子に光が照射され、
前記発光ダイオードに逆方向の電圧が印加される場合、前記可変抵抗素子の抵抗値を利用することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の抵抗制御装置。
【請求項６】
ＤＸセンタを形成可能な不純物を含む可変抵抗素子と、前記可変抵抗素子の温度を制御する温度制御装置と、前記可変抵抗素子に光を照射する光源と、前記光源以外からの前記可変抵抗素子への光の照射を遮蔽する遮蔽体と、を有する抵抗制御装置は、
前記不純物がＤＸセンタを形成可能となる温度以下に前記可変抵抗素子を冷却するとともに、前記可変抵抗素子に光を照射して前記ＤＸセンタをイオン化させることにより前記可変抵抗素子の抵抗値を制御する工程を備えることを特徴とする抵抗制御方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１２９６４２（Ｐ２０１１−１２９６４２Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８５５０２（Ｐ２００９−２８５５０２）
【出願日】平成２１年１２月１６日（２００９．１２．１６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１６日（２００９．１２．１６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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