基于铁电场效应晶体管的查找表的设计与仿真

发布时间：2019-10-08 08:19

【摘要】：一直以来,MOSFET决定着电子集成电路领域的发展。随着空间探测技术的持续发展,对电子产品在辐照环境下的性能要求也越来越高,然而MOSFET在辐照环境下却表现出不可靠性。铁电场效应晶体管(Fe FET)因为其具有结构简单、非挥发性、低功耗、可高速大密度存取、良好的抗辐射性能等优点而吸引了研究者们的广泛研究。并有科学家预测它将取代传统MOSFET的主导地位。然而,现阶段铁电场效应晶体管仅仅在存储器方面的应用得到一定的研究,为了奠定其在逻辑电路应用的基础促进其发展,建立铁电晶体管基本模型,研究其基本逻辑行为是非常有必要的。本文利用器件仿真软件Sentaurus TCAD研究了铁电场效应晶体管的基本逻辑操作和信息存储机制,在此基础上设计了基于铁电晶体管的逻辑电路和查找表存储电路,并完成了铁电查找表的功能验证。首先,我们根据硅器件描述方程和铁电极化描述性方程,利用Sentaurus TCAD软件搭建了金属-铁电-绝缘体-半导体(MFIS)结构的FeFET模型,研究了在不同的材料参数和工作电压下的电学性能。仿真结果表明:(1)铁电层决定了MFIS-FeFET的信息存储性能,能够对晶体管沟道电导率进行直接调控作用。(2)栅极绝缘层不仅可以隔离铁电层与硅衬底,还可以对降落到铁电层的电压起到调节作用。(3)栅极工作电压的大小决定了MFIS-FeFET的工作性质,在大的栅极电压下,FeFET可以作为存储器件使用,在小的栅极电压下,FeFET可以作为逻辑管使用。其次,建立了基于FeFET的基本逻辑电路,包括共源级、共漏级、反相器和灵敏放大器,实现了它们的基本逻辑功能。仿真结果表明:在较低操作电压下,MFIS-FeFET因为具备MOSFET的基本结构,可以完成基本的逻辑操作;在较高栅极操作电压下,铁电层发生反转,此时,MFIS-FeFET具备存储功能。最后,设计了基于FeFET的查找表电路。该电路是在传统查找表电路基础上优化设计而来。通过对铁电存储阵列读写方式进行研究,设计了更加适合于铁电存储阵列的读写操作方式。对所设计的铁电查找表电路完成了基本的的功能仿真。为FeFET在存储设备和逻辑电路的应用打下基础。
【图文】：

第一章 绪论铁电材料晶体中某些具备自发极化特性的类别称为铁电体。铁电体上施加偏置电压时，会发生两个或者以上方向的自着外加电场而变化[1-2]。我们把这种特性叫做铁电体的铁电性的产生，是因为铁电体中电偶极矩的存在[2-3]，32 个晶体学点群中，存在 10 个特殊的点群：1(C1)、2(2(C2v)、3m(C3v)、4mm(C4v)、6mm(C6v)，我们称之为极些点群的晶体内部，因为正负电子不对称而形成了电极化方向保持一致。铁电体极化的大小与方向又和外加称为电滞回线[4]。铁电滞回线与居里温度是铁电体的外准定义为：铁电体的自发极化强度P与外加电场强度E值函数。

于铁电场效应晶体管查找表的设计与仿化速度，也就是减小的速度要比 1 的左半支，从曲线 4-5-6 段可一一个方向，极化方向发生了翻最小电场叫做矫顽场 Ec。从电况与正向电压时类似。是罗息盐(酒石酸钾钠，NaKC4其具备电滞回特性。经历了九十、mm2(C2v)、3m(C3v)、4mm(C铁电性的材料。总体上可以将它体；含氟八面体的铁电体；含其
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN386

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本文编号：2546210