基于鐵電場效應(yīng)晶體管的查找表的設(shè)計與仿真.pdf

1、一直以來，MOSFET決定著電子集成電路領(lǐng)域的發(fā)展。隨著空間探測技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，對電子產(chǎn)品在輻照環(huán)境下的性能要求也越來越高，然而MOSFET在輻照環(huán)境下卻表現(xiàn)出不可靠性。鐵電場效應(yīng)晶體管(FeFET)因為其具有結(jié)構(gòu)簡單、非揮發(fā)性、低功耗、可高速大密度存取、良好的抗輻射性能等優(yōu)點而吸引了研究者們的廣泛研究。并有科學(xué)家預(yù)測它將取代傳統(tǒng)MOSFET的主導(dǎo)地位。然而，現(xiàn)階段鐵電場效應(yīng)晶體管僅僅在存儲器方面的應(yīng)用得到一定的研究，為了奠定其在邏輯電

2、路應(yīng)用的基礎(chǔ)促進其發(fā)展，建立鐵電晶體管基本模型，研究其基本邏輯行為是非常有必要的。本文利用器件仿真軟件Sentaurus TCAD研究了鐵電場效應(yīng)晶體管的基本邏輯操作和信息存儲機制，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了基于鐵電晶體管的邏輯電路和查找表存儲電路，并完成了鐵電查找表的功能驗證。
　　本文首先根據(jù)硅器件描述方程和鐵電極化描述性方程，利用Sentaurus TCAD軟件搭建了金屬-鐵電-絕緣體-半導(dǎo)體(MFIS)結(jié)構(gòu)的FeFET模型，研究了在

3、不同的材料參數(shù)和工作電壓下的電學(xué)性能。仿真結(jié)果表明：鐵電層決定了MFIS-FeFET的信息存儲性能，能夠?qū)w管溝道電導(dǎo)率進行直接調(diào)控作用；柵極絕緣層不僅可以隔離鐵電層與硅襯底，還可以對降落到鐵電層的電壓起到調(diào)節(jié)作用；柵極工作電壓的大小決定了MFIS-FeFET的工作性質(zhì)，在大的柵極電壓下，F(xiàn)eFET可以作為存儲器件使用，在小的柵極電壓下，F(xiàn)eFET可以作為邏輯管使用。其次，建立了基于FeFET的基本邏輯電路，包括共源級、共漏級、反相器

4、和靈敏放大器，實現(xiàn)了它們的基本邏輯功能。仿真結(jié)果表明：在較低操作電壓下，MFIS-FeFET因為具備 MOSFET的基本結(jié)構(gòu)，可以完成基本的邏輯操作；在較高柵極操作電壓下，鐵電層發(fā)生反轉(zhuǎn)，此時，MFIS-FeFET具備存儲功能。最后，設(shè)計了基于FeFET的查找表電路。該電路是在傳統(tǒng)查找表電路基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計而來。通過對鐵電存儲陣列讀寫方式進行研究，設(shè)計了更加適合于鐵電存儲陣列的讀寫操作方式。對所設(shè)計的鐵電查找表電路完成了基本的的功能仿真。