[实用新型]具有负微分电阻特性的混合SET/CMOS电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，特别是一种具有负微分电阻特性的混合SET/CMOS电路。

背景技术

当MOS管的特征尺寸随着摩尔定律的发展进入100nm以后，其可靠性及电学特性由于受到量子效应的影响面临着诸多的挑战。单电子晶体管（single-electron transistor, SET）作为新型的纳米电子器件，有望成为MOS管进入纳米领域后的有力替代者。SET由库仑岛、栅极电容及两个隧穿结构成，主要通过栅极电压控制电子隧穿而形成电流，具有超小的尺寸和极低的功耗。此外，单电子晶体管还具备独特的库仑阻塞振荡特性及较高的电荷灵敏度等特性，能有效地降低电路的复杂程度。但是，由于SET具有较高传输延迟、较低输出电平的缺点，仅由SET构成的传统电路并不能获得所需的性能，且无法与目前成熟的大规模集成电路相兼容。共振隧穿二极管（RTD）由于其良好的负微分电阻(NDR)特性而得到了广泛的应用，但是其难与现阶段的集成电路工艺相兼容，限制了其进一步的发展。为此，研究人员提出了采用纯CMOS构成的具有负微分电阻特性的电路结构，虽然解决了工艺兼容的问题，但是由于需要使用较多的晶体管，增大了电路面积。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种具有负微分电阻特性的混合SET/CMOS电路，实现了负微分电阻特性，该电路结构同时具有极低的功耗和较小的电路面积，在低功耗设计中有着重要的应用。

本实用新型采用以下方案实现：一种具有负微分电阻特性的混合SET/CMOS电路，其特征在于：包括一单电子晶体管SET及一PMOS管，所述的PMOS管的源极与单电子晶体管SET的源极相连，单电子晶体管SET的栅极则与PMOS管的漏极相连。

在本实用新型一实施例中，所述单电子晶体管SET由两个隧穿结通过库仑岛串联而成，外加的偏置电压由栅极电容耦合到库仑岛上，以控制器件的隧穿电流。

与传统的共振隧穿二极管（RTD）相比，本实用新型采用的单电子晶体管和MOS管与当前的集成电路工艺的兼容性更好；而与具有NDR特性的MOS管组成的电路相比，本实用新型仅仅使用了两个晶体管，因此具有更小的电路面积。本实用新型的电流处于nA级，并且有良好的波峰-波谷比（Peak to valley ratio， PTVR），在低功耗设计中能得到很好的应用。

附图说明

图1是单电子晶体管SET结构示意图。

图2是本实用新型实施例的具有负微分电阻特性的混合SET/CMOS电路结构示意图。

图3是具有负微分电阻特性的混合SET/CMOS电路的仿真特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

本实用新型是指一种具有负微分电阻（negative differential resistance，NDR）特性的新型的混合SET/CMOS电路。该结构主要是利用SET的库仑阻塞和库仑振荡特性与传统的CMOS相结合，产生具有nA级电流的NDR特性。本实施例中，一种具有负微分电阻特性的混合SET/CMOS电路，包括一单电子晶体管SET及一PMOS管，所述的PMOS管的源极与单电子晶体管SET的源极相连。

这里要说明的是，本实用新型要求保护的是硬件电路的连接特征，至于其它相关设计算法说明只是用于让一般技术人员更好的理解本实用新型。下面我们对本实用新型各部分电路结构及工作原理做具体的说明: