[实用新型]一种具有超低功耗和高写裕度的12T TFET SRAM单元电路

说明书

本实用新型公开了一种具有超低功耗和高写裕度的12T TFET SRAM单元电路，其利用TFET相比于MOSFET具有更小的亚阈值摆幅和更高的开关比等特性，不仅解决了传统MOSFET SRAM单元结构的静态功耗大的问题，在相同的工作电压下如0.3V到0.6V时，其静态功耗与其他TFET SRAM单元结构相比，其静态功耗至少降低了4个数量级，而且提高了TFET SRAM单元的写裕度和稳定性；即消除了TFET做SRAM传输管时出现的正偏漏电流问题，降低了单元的静态功耗，提高了单元的稳定性和写能力。

技术领域

本实用新型涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种超低功耗、高写裕度的12TTFET SRAM单元电路。

背景技术

随着移动电子产品的发展，人们对集成电路低功耗的需求变得越来越迫切。近年来， MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体)已成为数字集成电路和模拟集成电路的重要组成部分。然而，随着集成电路技术节点的发展，MOSFET在超低功耗电路中的一些缺点使其难以获得满意的结果。因为随着MOSFET尺寸的减小，由于MOSFET的短沟道效应导致其在亚阈值电压下的关闭能力减弱，使得电路的静态漏电流和静态功耗增加。此外，MOSFET在室温下的亚阈值摆幅理论上难以小于60mv/decade。在微处理器中，静态随机存取存储器(SRAM)占用芯片面积的50％以上，并消耗了处理器的大部分静态功耗。

虽然目前已经广泛提出了许多用于在亚阈值电压下降低SRAM的静态功耗的方法。然而，由于MOSFET的上述缺点，在亚阈值工作电压下进一步降低SRAM静态功耗仍然是十分有限的。相比于MOSFET，TFET(Tunneling Field-Effect Transistor)由于具有更低的亚阈值摆幅和更高的开关比使得TFET替代MOSFET具有广阔的前景。但是TFET的单向传导(unidirectional conduction)特性限制了TFET在SRAM中的应用，尤其是其作为SRAM的传输管时。因为SRAM要求传输管双向导通。单向传导特性即给TFET施加反偏和正偏电压时，电流传输特性不一样。当给TFET施加正偏电压时，其总会出现不受栅压控制的正偏电流，这使得TFET做SRAM传输管时，在保持状态下传输管可能总会出现正偏漏电流，从而增大电路的静态功耗。

如图1所示，为传统的6管SRAM单元结构，由于TFET(AL、AR)结构的非对称性，使得TFET做SRAM传输管时可能存在三种结构(图1右侧部分，其中的箭头代表源极端)，即两个TFET传输管源极分别外接到位线BL和BLB上(图1(a))记为OA-6T、两个TFET传输管源极分别内接到存储点Q和QB上(图1(b))以及两个TFET传输管源极分别一个内接存储点另一个外接位线(图1(c))。目前有论文和实验表明，由于TFET的单向传导特性，导致传统结构的6TTFET SRAM单元难以同时达到理想的读、写和保持功能。OA-6T结构具有很好的写能力，但是读能力非常差，甚至无法进行读操作。

图2所示的读写分离方式的8T TFET SRAM(记为DP-8T)结构和图3所示的Schmitt-Trigger结构的10T TFET SRAM(记为ST-10T)结构虽然解决了OA-6T结构读能力弱的问题，但是由于TFET做SRAM传输管在保持等状态时所产生的正偏漏电流会造成其静态功耗较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有超低功耗和高写裕度的12T TFET SRAM(记为Pro-12T)单元电路，既提高了TFET SRAM的读、写和保持能力，又消除了TFET做 SRAM传输管时出现的正偏漏电流问题，降低了SRAM单元的静态功耗，提高了SRAM单元的稳定性。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有超低功耗和高写裕度的12T TFET SRAM单元电路，包括：八个NTFET晶体管和四个PTFET晶体管；八个NTFET晶体管依次记为N1～N8，四个PTFET晶体管依次记为P1～P4；其中：