[实用新型]基于双极型场效应晶体管的阈值反相器

说明书

本申请提出一种基于双极型场效应晶体管的阈值反相器，其中，阈值反相器包括：第一匀质反相器至第N匀质反相器，其中，第一匀质反相器至第N匀质反相器的第一端均连接输入电压，第N‑1匀质反相器的第二端连接第N匀质反相器的第三端，并输出第N‑1匀质反相器的输出电压，第N匀质反相器的第二端连接第一供电电压，第一匀质反相器的第三端连接第二供电电压。本申请负责实现器件阈值电压匹配的设计参数完全由双极型场效应晶体管的沟长参数承担，不再需要涉及不同掺杂类型晶体管之间的匹配，设计简单，可以应用到诸如闪烁型模数转换器(Flash ADC)等场合。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，特别涉及一种基于双极型场效应晶体管的阈值反相器。

背景技术

阈值反相器量化(Treshold Inverter Quantization，TIQ)技术，在诸如FlashADC这样的应用场合起到低功耗快速比较电压的重要作用。早期Flash ADC使用最基本的电阻分压网络产生码元边界，然后经过比较器将各数字输出点与输入电压并行比较，产生数字数字码。这一过程电阻网络始终会有到信号地的电流产生热功耗，且每个输出端口都需要配备一个比较器，电路结构较复杂。有研究者提出利用CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)反相器极低的静态功耗和超高的电压传输增益，以其为基础组成TIQ阵列代替原先的电阻分压网络和比较器，反相器的输出直接参与后续的译码，省去了比较器，降低电路结构复杂性；并且由于完全省去了无源电阻网络，避免了直接到信号地的泄露电流，因此具有低功耗的优点；低维半导体材料研究的兴起带动了对其在传统CMOS逻辑领域应用的研究。这些材料(包括碳纳米管、二硫化钼，及其他二维材料)普遍被认为能具有较高的载流子迁移率，和较强的静电调控能力，代表着未来信息处理器件演化的方向。因此也有研究者研究用新兴的低维半导体材料来实现TIQ阵列。

现有设计无论是基于传统体硅材料还是基于新兴的低维半导体材料，所指的TIQ的拓扑结构都是类似的，都需要设计一系列分立的、阈值电压匹配的CMOS反相器阵列。由于CMOS反相器的阈值电压设计需要P管和N管进行匹配，而低维半导体材料尚无十分成熟的生长与掺杂工艺，使得这一器件匹配要求在低维材料中实施难度大，影响了低维材料的优势发挥。

发明内容

本申请提供一种基于双极型场效应晶体管的阈值反相器，负责实现器件阈值电压匹配的设计参数完全由双极型场效应晶体管的沟长参数承担，不再需要涉及不同掺杂类型晶体管之间的匹配，设计简单，可以应用到诸如闪烁型模数转换器(Flash ADC)等场合。

本申请提供一种基于双极型场效应晶体管的阈值反相器，包括：第一匀质反相器至第N匀质反相器，其中，所述第一匀质反相器至第N匀质反相器的第一端均连接输入电压，第N-1匀质反相器的第二端连接所述第N匀质反相器的第三端，并输出所述第N-1匀质反相器的输出电压，所述第N匀质反相器的第二端连接第一供电电压，所述第一匀质反相器的第三端连接第二供电电压。

可选地，所述匀质反相器由双极型场效应晶体管构成。

可选地，所述第一匀质反相器至第N匀质反相器的跳变阈值电压由匀质反相器中上拉与下拉网络的比例控制。

可选地，所述匀质反相器中上拉与下拉网络的比例通过所述双极型场效应晶体管中的沟道参数确定，其中，所述沟道参数包括沟道长度或双极型场效应晶体管宽度。

可选地，所述双极型场效应晶体管的器件结构包括背栅结构和顶栅结构。

可选地，所述双极型场效应晶体管的转移特性曲线中栅源电压V_GS为负值时，漏源电流I_ds随栅源电压V_GS的增大而减小，栅源电压V_GS为正值时，漏源电流I_ds随栅源电压V_GS的增大而增大，且转移特性曲线随着漏源电压V_DS增大而增大。