铁电场效应晶体管及其反相器的TCAD模拟研究

以铁电场效应晶体管(Ferroelectric Field Effect Transistor, FeFET)为存储单元的铁电存储器具有低功耗、高密度、高速度、抗辐射和非挥发性等优点,在航空航天以及民用消费电子中都有广阔的应用前景.但是,对于由FeFET构成的同时具有逻辑功能与存储功能的门电路(Ferroelectric Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, FeCMOS),目前的研究工作还相对较少.用FeCMOS作为铁电存储器的外围读写电路,理论上可以大大增强其抗辐射能力.因此,该文以金属-铁电层-绝缘层-半导体(Metal gate-Ferroelectric layer-Insulation layer-Semiconductor, MFIS)结构的FeFET为研究对象,利用TCAD (Technology Computer Aided Design)软件中的器件电学性能仿真模块,在不同器件参数下对FeFET及其构成的FeCMOS反相器进行了细致的电学性能模拟仿真.     

临近空间单粒子效应的数值模型和电路模拟

针对临近空间单粒子效应进行了数值模型仿真和特征尺寸为0.1 μm的反相器电路的脉冲注入模拟研究。数值仿真结果表明器件临界电荷随着工作电压的降低而减小,敏感横截面随着临界电荷的降低而逐渐增大。临近空间微电子器件的单粒子翻转概率随敏感横截面增大而上升,但其又随临近空间高度的增加而下降。此外,利用SPICE软件脉冲注入模拟观察到了反相器电路的单粒子翻转现象。所得结论有助于深入研究临近空间的单粒子效应并为器件抗辐射加固提供了理论依据。     

CMOS集成电路闩锁效应的形成机理和对抗措施研究

以反相器电路为例。介绍了CMOS集成电路的工艺结构；采用双端pnpn结结构模型，较为详细地分析了CMOS电路闩锁效应的形成机理；介绍了在电路版图级、工艺级和电路应用时如何采用各种有效的技术手段来避免、降低或消除闩锁的形成。这是CMOS集成电路得到广泛应用的根本保障。     

探讨石英晶体在矩形脉冲振荡电路中的运用

本通过对一般多谐振荡器和石英晶体的分析研究，提出由它们按照一定规律连接起来可以构成工作频率稳定、波形优良、精度较高的矩形波产生电路。     

TTL门电路的Pspice仿真分析

应用Pspice对分立元件TTL反相器的逻辑特性和电气特性进行定量分析，加深对TTL门电路工作原理的理解。     

基于非晶氧化物TFTs的反相器设计

针对单极型非晶氧化物薄膜晶体管(TFT)逻辑电路存在较大功耗等问题,提出一个采用动态负载的三级架构反相器.该反相器基于Pseudo-CMOS(伪互补金属氧化物半导体)拓扑结构,采用由输出信号驱动的动态负载替代Pseudo-CMOS反相器中的二极管连接负载,使输入级的输入管与负载管驱动信号互补,实现反相器零静态电流,并弱化了功耗与摆幅的制约关系.基于TFT的电流公式,讨论了反相器中晶体管的宽长比对输出摆幅和功耗的影响,通过优化晶体管的宽长比进一步提高输出摆幅,降低电路功耗.在Silvaco软件中仿真验证结果表明:在相同的工艺条件下,与Pseudo-CMOS反相器相比,采用动态负载的三级架构反相器输出摆幅提高了13.13%,并显著降低了静态电流.     

基于负微分电阻特性的SET/CMOS反相器

基于单电子晶体管(SET)和PMOS管串联产生的负微分电阻(NDR)特性,提出了一种新型的SET/CMOS反相器.该反相器利用NDR特性与NMOS负载管的电流-电压特性构成两个单稳态点,实现反相功能.应用HSPICE仿真器,采用精准的单电子晶体管的子电路模型及22nm CMOS预测技术模型对该反相器进行仿真,结果表明:该反相器的功能正确,具有比传统CMOS反相器更低的功耗;与其它单电子反相器相比,该反相器可在室温下实现输出电压全摆幅,且具有较低的传输延迟.     

CMOS反相器在低电压低功率模拟系统中的应用研究

研究了ＣＭＯＳ反相器在低电压低功率模拟系统中的应用，基于对传统ＣＭＯＳ反相器电路的分析，提出了新颖的一阶低通、高通和全通ＣＭＯＳ滤波器，它具有工作电压低（±１Ｖ）、功耗极低、动态范围宽、元件数少（仅２个ＭＯＳ管）等特点，同时提出了由ＣＭＯＳ反相器构成的能工作在±１Ｖ电源下阈值电压可调的神经元器件，文中所有的电路均经ＰＳＰＩＣＥ软件验证．     

一种高性能低功耗的双节点翻转加固锁存器

随着半导体工艺尺寸的发展,时钟频率越来越高,临界电荷变得越来越小,电路节点之间的电荷共享效应变得愈加严重,因此导致多节点翻转(multiple node upsets,MNU)的几率变大。为了解决MNU的问题,文章提出了一种高性能低功耗的双节点翻转加固锁存器(HLDRL),当受到单粒子效应影响时,具有单节点翻转(single node upset,SNU)和双节点翻转(double node upsets,DNU)的自恢复能力。该锁存器由18个异构输入反相器组成,仿真实验结果显示该锁存器具有优良的容错性能,可以实现DNU的完全自恢复,而且对高阻态不敏感。与其他容忍DNU的锁存器相比,该锁存器具有较小的开销,延迟和功耗延迟积分别减小了46.83%和45.85%。     

反相器构成的开关稳压源工作原理

本文通过对一种由CMOS六反相器构成的出租车计价器开关稳压电源的工作原理的分析，可知在开关稳压电源工作线路中，由CMOS六反相器构成了该线路所需的比较放大器，无需再加基准稳压线路，就能实现开关稳压电源的正常工作。