[发明专利]硅基低漏电流悬臂梁浮动栅的RS触发器

说明书

技术领域

本发明提出了硅基低漏电流悬臂梁浮动栅的RS触发器，属于微电子机械系统(MEMS)的技术领域。

背景技术

大多数数字集成电路中，除了需要具有逻辑运算和算术运算功能的组合逻辑电路之外，还需要具有存储功能的电路，而RS触发器就是一种将组合逻辑电路和存储电路相结合的时序逻辑电路，RS触发器以其结构简单、易于集成、速度快等优点而被广泛应用于各种数字电路中。把两个与非门的输入和输出交叉连接即可得到最为简单的RS触发器，它拥有两个输入端R端、S端以及两个输出端Q和这种基本RS触发器中最为主要的结构就是MOS开关管，MOS器件的优点众多，但是在集成电路的尺寸不断缩小、集成度不断上升的趋势下，RS触发器的功耗问题逐渐引起了人们的重视，功耗过大导致器件的稳定性下降甚至功能失效的情况屡见不鲜，因此如何降低RS触发器的功耗是人们必须要解决的问题。

由于集成电路的规模不断增大，而且频率也越来越高，传统的MOS器件已经不能满足人们日益增长的需求了，但是随着MEMS技术的深入发展，一种具有MEMS悬臂梁浮动栅结构的新型MOS器件有效地解决了传统MOS器件在漏电和功耗方面的问题，本发明就是在Si衬底上设计了一种具有极小的栅极漏电流的悬臂梁栅的RS触发器。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种硅基低漏电流悬臂梁浮动栅的RS触发器，RS触发器中的开关主要是由MOS开关管构成的，而传统MOS器件由于其栅氧化层厚度较薄，导致栅极漏电流不可忽略，正是这种栅极漏电流的存在导致了RS触发器的功耗增大，而本发明利用独特的MEMS悬臂梁结构作为MOS器件的悬浮栅极，就极为有效的降低了RS触发器中的栅极漏电流，从而也极大的降低了RS触发器的功耗。

技术方案：本发明的硅基低漏电流悬臂梁浮动栅的RS触发器由两个与非门构成，每一个与非门由两个NMOS开关管与一个电阻R串联组成，其中，第一与非门的一个输入端接第二与非门的输出端，第二与非门的一个输入端接第一与非门的输出端，第一输入信号接第一与非门中NMOS开关管的悬臂梁浮动栅，第二输入信号接第二与非门中NMOS开关管的悬臂梁浮动栅；整个RS触发器基于P型Si衬底上制作，四个NMOS开关管具有可以上下浮动的悬臂梁浮动栅，该悬臂梁浮动栅由Al制作，悬臂梁浮动栅的一端固定在锚区上，另一端横跨在栅氧化层上方，在悬臂梁浮动栅下方有两个下拉电极，分布在锚区与栅氧化层之间，下拉电极是接地的，其上还覆盖有氮化硅介质层，这种结构具有低漏电流、低功耗的巨大优点。

四个NMOS开关管的阈值电压设计为相等，而悬臂梁浮动栅的下拉电压设计为与NMOS开关管的阈值电压相等，只有当NMOS开关管的悬臂梁浮动栅与下拉电极间的电压大于阈值电压时，悬浮的悬臂梁浮动栅才会下拉贴至栅氧化层上使得NMOS开关管导通，否则NMOS开关管就截止。

当R端和S端都为高电平时，与这两端相连的NMOS开关管的悬臂梁浮动栅会下拉使其导通，但两输入信号对输出Q和并没有影响，由Q和所控制的NMOS开关管还是处于原来的状态，所以触发器状态保持不变；当R端为高电平、S端为低电平时，与R端相连的NMOS开关管导通、与S端相连的NMOS开关管截止，因此为高电平，与端相连的NMOS开关管导通，于是Q输出低电平，此时触发器状态稳定为低电平；当R端为低电平、S端为高电平时，与R端相连的NMOS开关管截止、与S端相连的NMOS开关管导通，因此Q为高电平，与Q端相连的NMOS开关管导通，于是输出低电平，此时触发器状态稳定为高电平；当R端和S端都为低电平时，与这两端相连的NMOS开关管都截止，因此Q与都是高电平，这时RS触发器处于既非1又非0的不确定状态，因此若要使RS触发器正常工作，输入信号必须遵守R+S＝1的约束条件，即不允许R＝S＝0。

在本发明中，RS触发器是由有4个NOMS开关管和两个上拉电阻组成的，这4个NMOS管都具有MEMS悬臂梁浮动栅结构，而且它们的阈值电压设计为相等，而悬臂梁栅的下拉电压设计为与NMOS管的阈值电压相等。NMOS管的悬臂梁栅是通过锚区悬浮在栅氧化层上方的，而不是贴附在栅氧化层上的，由于下拉电极接地，只有当悬臂梁栅与下拉电极间的电压大于阈值电压时，悬臂梁栅才会吸附下来并贴至氧化层上，从而使得NMOS管导通，否则NMOS管就截止，正是由于该NMOS管的悬臂梁结构，栅极的直流漏电流才得到了很好的抑制，从而降低了RS触发器的功耗。