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随着晶体管尺寸急剧缩小,传统纳米器件已接近器件工作的物理极限,各种短沟道效应,栅氧隧穿和亚阈值摆幅无法进一步缩小等问题等越发严重,传统晶体管已经满足不了现代社会的需求。此外,针对应用系统对高速低功耗芯片的强烈需求,要求芯片集成更多的晶体管,但由于功耗的限制,增加晶体管的同时并不能高速工作。因此,必须寻找能够减小上述问题的新型器件来取代传统晶体管器件。NCFET(Negative Capacitance Field Effect Transistor)器件是一种新型器件。NCFET采用在基准器件的基础上,在其栅极堆叠具有负电容效应的铁电材料,可以克服亚阈值摆幅的限制,使得栅极电压能够得到有效的放大,在栅极电压在比较低的时候也能够正常工作,达到通过降低电源电压来降低功耗的目的。基于NCFET器件的以上优点,文章将以NCFET器件作为研究对象,对独立栅NCFET器件进行优化,再利用该器件进行电路设计。在本文中,我们主要对以下几个方面的内容进行研究:1、独立对称栅NC-FinFET器件的实现。主要思想是将铁电模型与FinFET的模型相结合,构成我们需要的NC-FinFET模型。通过这个模型对独立对称栅NC-FinFET器件的对称原理及栅极电压放大效应进行研究。2、独立对称栅NC-FinFET器件的优化。通过上面研究的独立对称栅NC-FinFET器件模型,对独立对称栅NC-FinFET的转移特性、传输特性、开关电流比以及铁电厚度的影响等进行独立对称栅NC-FinFET器件优化。3、独立对称栅NC-FinFET器件的电路设计。文章利用独立对称栅NC-FinFET器件的灵活性,构建反相器电路、与非门/或非门电路、异或/同或门电路、全加器电路和触发器电路。在低功耗(DG,Dual-gate)和短接栅(SG,Short-gate)两种模式下,对NC-FinFET器件与基准器件构成的电路的晶体管的个数以及电路性能进行比较,得出结论NC-FinFET器件可以降低功耗,增加芯片集成度。论文结果显示,使用独立对称栅NC-FinFET器件构成的电路与基准器件构成的电路相比,晶体管个数减少,工作延时虽然增大,但器件的功耗显著降低,器件的功耗延时积有了很大程度的改善。由于独立对称栅NC-FinFET器件与当前集成电路工艺相容,并在低电压仍能保持合理的工作速度,这为以后进行工业生产提供了很重要的参考价值。