MOSFET с плавающей запятой

редактировать

МОП-транзистор с плавающим затвором (FGMOS ), также известный как МОП-транзистор с плавающим затвором или Транзистор с плавающим затвором, представляет собой тип полевого транзистора металл-оксид-полупроводник (MOSFET), затвор которого электрически изолирован, создавая плавающий узел в DC, а ряд вторичных вентилей или входов размещены над плавающим затвором (FG) и электрически изолированы от него. Эти входы только емкостно подключены к FG. Поскольку FG полностью окружен материалом с высоким сопротивлением, содержащийся в нем заряд остается неизменным в течение длительных периодов времени. Обычно механизмы туннелирования Фаулера-Нордхейма и инжекции горячих носителей используются для изменения количества заряда, хранящегося в FG.

FGMOS обычно используется как ячейка памяти с плавающим затвором , элемент цифровой памяти в EPROM, EEPROM и флэш-память технологий. Другие варианты использования FGMOS включают нейронный вычислительный элемент в нейронных сетях, аналоговый запоминающий элемент, цифровые потенциометры и однотранзисторные ЦАП.

Содержание

1 История
2 Структура
3 Моделирование
- 3.1 Большой сигнал постоянного тока
- 3.2 Малый сигнал
4 Моделирование
5 Приложения
6 См. Также
7 Ссылки
8 Внешние ссылки

История

Первый MOSFET был изобретен Мохамедом Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 г. и представлен в 1960 году. Первый отчет о MOSFET с плавающим затвором (FGMOS) был позже сделан Давоном Кангом и Саймоном Мин Сзе в Bell Labs и датируется 1967 годом. Самое раннее практическое применение FGMOS было плавающим -gate ячейки памяти, которые, как предложили Канг и Сзе, можно использовать для создания перепрограммируемого ПЗУ (постоянное запоминающее устройство ). Первоначальным применением FGMOS была цифровая полупроводниковая память для хранения энергонезависимой данных в EPROM, EEPROM и <91.>флэш-память.

В 1989 году Intel использовала FGMOS в качестве аналогового элемента энергонезависимой памяти в своем электрически обучаемом чипе искусственной нейронной сети (ETANN), продемонстрировав потенциал использования устройств FGMOS не только для цифровой памяти..

Три исследовательских достижения заложили основу для большей части текущей разработки схем FGMOS:

демонстрация Томсена и Брука и использование туннелирования электронов в стандартном процессе CMOS double- poly позволили многим исследователям для исследования концепций схем FGMOS, не требуя доступа к специализированным процессам изготовления.
Схема νMOS, или нейрон-MOS, подход Шибаты и Оми послужил первоначальным вдохновением и основой для использования конденсаторов для линейных вычислений. Эти исследователи сосредоточились на свойствах схемы FG, а не на свойствах устройства, и использовали либо УФ свет для выравнивания заряда, либо имитировали элементы FG, открывая и замыкая переключатели MOSFET.
Адаптивная сетчатка Карвера Мида. привел первый пример использования непрерывно работающих методов программирования / стирания FG, в данном случае УФ-света, в качестве основы технологии адаптивных схем.

Структура

Поперечное сечение транзистора с плавающим затвором

FGMOS может быть изготовлен путем электрической изоляции затвора стандартного МОП-транзистора, чтобы не было резистивных соединений с его затвором. Затем несколько вторичных вентилей или входов размещаются над плавающим затвором (FG) и электрически изолированы от него. Эти входы подключены к FG только емкостным образом, так как FG полностью окружен высокоомным материалом. Таким образом, с точки зрения рабочей точки постоянного тока FG является плавающим узлом.

Для приложений, в которых необходимо изменить заряд FG, к каждому транзистору FGMOS добавляется пара небольших дополнительных транзисторов для проведения операций инжекции и туннелирования. Затворы каждого транзистора соединены вместе; у туннельного транзистора есть свои исток, сток и выводы большого объема, соединенные между собой для создания емкостной туннельной структуры. Инжекционный транзистор подключается нормально, и прикладываются определенные напряжения для создания горячих носителей, которые затем вводятся через электрическое поле в плавающий затвор.

Транзистор FGMOS для чисто емкостного использования может быть изготовлен в версиях N или P. Для приложений изменения заряда туннельный транзистор (и, следовательно, работающий FGMOS) должен быть встроен в колодец, следовательно, технология определяет тип FGMOS, который может быть изготовлен.

Моделирование

Большой сигнал постоянного тока

Уравнения, моделирующие работу FGMOS на постоянном токе, могут быть получены из уравнений, описывающих работу MOS-транзистора, используемого для создания FGMOS.. Если возможно определить напряжение на FG устройства FGMOS, тогда можно выразить ток от стока до истока, используя стандартные модели транзисторов MOS. Следовательно, чтобы вывести набор уравнений, которые моделируют работу с большим сигналом устройства FGMOS, необходимо найти взаимосвязь между его эффективными входными напряжениями и напряжением на его FG.

Слабый сигнал

Устройство FGMOS с N входами имеет на N − 1 больше выводов, чем MOS-транзистор, и, следовательно, можно определить N + 2 параметров слабого сигнала: N эффективных входов крутизны, выходная крутизна и общая крутизна. Соответственно:

gmi = C i CT gm для i = [1, N] {\ displaystyle g_ {mi} = {\ frac {C_ {i}} {C_ {T}}} g_ {m} \ quad { \ t_dv {for}} \ quad i = [1, N]}

g _ {{mi}} = {\ frac {C_ {i}} {C_ {T}}} g_ {m} \ quad {\ t_dv {for}} \ quad i = [1, N]

gds F = gds + CGDCT gm {\ displaystyle g_ {dsF} = g_ {ds} + {\ frac {C_ {GD}} {C_ {T}}} g_ {m}}

g _ {{dsF}} = g _ {{ds}} + {\ frac {C _ {{GD}}} {C_ {T}}} g_ {m}

gmb F = gmb + CGBCT gm {\ displaystyle g_ {mbF} = g_ {mb} + {\ frac {C_ {GB}} {C_ {T}}} g_ {m}}

g _ {{mbF}} = g _ {{mb}} + {\ frac {C _ {{GB}}} {C_ {T}}} g_ {m}

где $CT {\ displaystyle C_ {T}}$ $C_ {T}$ - общая емкость, видимая плавающим затвором. Эти уравнения показывают два недостатка FGMOS по сравнению с MOS-транзистором:

Уменьшение входной крутизны
Уменьшение выходного сопротивления

Моделирование

В нормальных условиях плавающий узел в цепи представляет собой ошибку, потому что ее начальное состояние неизвестно, если оно каким-либо образом не исправлено. Это порождает две проблемы: во-первых, эти схемы непросто смоделировать; и, во-вторых, неизвестное количество заряда может остаться у плавающего затвора во время процесса изготовления, что приведет к неизвестному начальному состоянию для напряжения FG.

Среди множества решений, предлагаемых для компьютерного моделирования, одним из наиболее многообещающих методов является начальный анализ переходных процессов (ITA), предложенный Родригес-Вильегасом, где FG устанавливаются на ноль вольт или на ранее известное напряжение на основе об измерении заряда, удерживаемого в ФГ после процесса изготовления. Затем выполняется анализ переходных процессов, при этом напряжения питания устанавливаются на их окончательные значения, позволяя выходным сигналам развиваться нормально. Значения FG затем могут быть извлечены и использованы для последующего моделирования слабого сигнала, подключив источник напряжения с начальным значением FG к плавающему затвору с помощью индуктивности очень высокого значения.

Приложения

Использование и приложения FGMOS можно в общих чертах разделить на два случая. Если заряд в плавающем затворе не изменяется во время использования схемы, операция является емкостной.

В режиме работы с емкостной связью чистый заряд в плавающем затворе не изменяется. Примерами применения этого режима являются однотранзисторные сумматоры, ЦАП, умножители и логические функции, инверторы с переменным порогом,

Используя FGMOS в качестве программируемого элемента заряда, он обычно используется для энергонезависимой памяти, такие как флэш, EPROM и EEPROM память. В этом контексте полевые МОП-транзисторы с плавающим затвором полезны из-за их способности сохранять электрический заряд в течение длительных периодов времени без подключения к источнику питания. Другими приложениями FGMOS являются нейронные вычислительные элементы в нейронных сетях, аналоговые запоминающие элементы и электронные устройства.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки