РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

Численное моделирование низковольтных логических вентилей на базе полевых нанотранзисторов с переменным диаметром рабочей области

Масальский Н.В.
Научно-исследовательский институт системных исследований РАН, http://www.niisi.ru/
Москва 117218, Российская Федерация
E-mail: volkov@niisi.ras.ru

Поступила 27.05.2022, рецензирована 01.06.2022, принята 08.06.2022

Аннотация: Обсуждаются вопросы численного моделирования низковольтных логических вентилей на базе кремниевых КМОП нанотранзисторов с цилиндрической геометрией полностью охватывающего затвора с переменным диаметром рабочей области. Изменение геометрии рабочей области по сравнению с обычной цилиндрической формой улучшает электрофизические характеристики и позволяет компенсировать ограничения, возникающие вследствие масштабирования. При помощи математического моделирования, выполненного при помощи программы приборного технологического моделирования TCAD, на основе разработанных TCAD моделей n- и p-типов нанотранзисторов выполнены численные исследования конических прототипов. Результаты моделирования демонстрируют улучшенные электростатические характеристики по сравнению с цилиндрической конструкцией. Электрофизические характеристики конической структуры в диапазоне управляющих напряжений от 0 до 0.6 В отличаются более высоким током транзистора, максимальным соотношением токов Ion/Ioff, низким током утечки и наклоном подпороговой характеристики, близким к теоретическому пределу. Для оптимизированного отношения диаметров рабочей области 8.1/10 нм и длиной рабочей области 25 нм численно исследованы динамические характеристики разработанных физических моделей инвертора и цепочки 11 инверторов. При управляющих напряжениях 0.6 В и частоте 25 ГГц модель инвертора предсказывает максимальную задержку переключения 1.5 пс, предельный уровень активной мощности 0.21 мкВт, статической 4.4 пВт. Активная мощность, потребляемая схемой, состоящей из 11 инверторов, составляет 2.34 мкВт при управляющих напряжениях 0.6 В.

Ключевые слова:технология "кремний на изоляторе", цилиндрический КНИ КМОП нанотранзистор, логический вентиль, низкое напряжение питания, TCAD моделирование

УДК 621.382.323

РЭНСИТ, 2022, 14(3):233-242 DOI: 10.17725/rensit.2022.14.233

Полнотекстовая электронная версия статьи – на вебсайтах http://elibrary.ru и http://rensit.ru/vypuski/article/457/14(3)233-242.pdf