一種基于鐵電場效應(yīng)晶體管的差分放大電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，特別涉及一種基于鐵電場效應(yīng)晶體管的差分放大電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到生活的方方面面，而半導(dǎo)體存儲器技術(shù)是集成電路發(fā)展水平的重要標(biāo)志。近年來，隨著空間探測的發(fā)展以及對集成電路要求的提高，傳統(tǒng)場效應(yīng)晶體管由于具有操作電壓高、功耗大、寫操作速度慢等缺點(diǎn)，已經(jīng)無法滿足人們的需求以及在太空產(chǎn)品上的應(yīng)用的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種操作電壓低、功耗低、信息保持時(shí)間長、寫操作速度快、抗輻射的基于鐵電場效應(yīng)晶體管的差分放大電路。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種基于鐵電場效應(yīng)晶體管的差分放大電路，包括第一 P型鐵電場效應(yīng)晶體管、第二 P型鐵電場效應(yīng)晶體管、第三P型鐵電場效應(yīng)晶體管、第一N型鐵電場效應(yīng)晶體管、第二 N型鐵電場效應(yīng)晶體管；所述第一 P型鐵電場效應(yīng)晶體管的漏極與第一 N型鐵電場效應(yīng)晶體管的漏極相連作為差分放大電路的第一輸出端，所述第二 P型鐵電場效應(yīng)晶體管的漏極與第二N型鐵電場效應(yīng)晶體管的漏極相連作為差分放大電路的第二輸出端，所述第一 P型鐵電場效應(yīng)晶體管與第二 P型鐵電場效應(yīng)晶體管的源極均與電源相連、柵極均與自身的漏極相連，所述第一 N型鐵電場效應(yīng)晶體管與第二 N型鐵電場效應(yīng)晶體管的柵極分別作為差分放大電路的第一輸入端和第二輸入端，所述第一 N型鐵電場效應(yīng)晶體管與第二N型鐵電場效應(yīng)晶體管的源極均與第三P型鐵電場效應(yīng)晶體管的漏極相連，所述第三P型鐵電場效應(yīng)晶體管的源極接地、柵極接可變電流源。
[0005]本發(fā)明不僅能夠完成普通差分放大電路的邏輯功能，還具備數(shù)值存儲、抗輻照等優(yōu)異性能。鐵電場效應(yīng)晶體管在傳統(tǒng)大規(guī)模集成電路中的應(yīng)用使得集成電路在低操作電壓下能夠完成傳統(tǒng)的邏輯操作，在高的偏置電壓下能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲并且具備抗輻照的特性。
【附圖說明】
[0006]圖1是鐵電場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0007]圖2是本發(fā)明差分放大電路的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0008]圖3是本發(fā)明在不同負(fù)載下Vtjutl、Vtjut2和V P的輸入-輸出關(guān)系；
[0009]圖4是本發(fā)明P鐵電場效應(yīng)晶體管為90nm時(shí)，在不同共模信號下的輸出特性曲線；
[0010]圖5是本發(fā)明在正弦小信號作用下的輸入-輸出關(guān)系；
[0011]圖6是本發(fā)明差分放大電路中基本差動(dòng)對的輸入-輸出特性。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0013]如圖1所示，為N型鐵電場效應(yīng)晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。在不同方向的柵電壓下，鐵電層會(huì)發(fā)生不同方向的電極化，并且這種極化是掉電可保存。本發(fā)明中N型鐵電晶體管采用溝道長度為50nm，鐵電層厚度為300nm，P型鐵電晶體管溝道長度分別采用溝道長度為30nm、50nm和90nm三組，其他部分與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝相仿。
[0014]圖2是用合適參數(shù)的鐵電場效應(yīng)晶體管搭建差分放大電路的電路結(jié)構(gòu)圖，Ml和M2為第一 N型鐵電場效應(yīng)晶體管、第二 N型鐵電場效應(yīng)晶體管，組成N型的基本鐵電差動(dòng)對，M3和M4為第一 P型鐵電場效應(yīng)晶體管、第二 P型鐵電場效應(yīng)晶體管，作為差分放大電路的P型鐵電晶體管負(fù)載，M5為工作在飽和態(tài)溝道長度為50nm的第三P型鐵電場效應(yīng)晶體管。Vinl和V in2分別為第一輸入端和第二輸入端，與第一 N型鐵電場效應(yīng)晶體管Ml和第二 N型鐵電場效應(yīng)晶體管M2的柵極相連。第一 P型鐵電場效應(yīng)晶體管M3和第二 P型鐵電場效應(yīng)晶體管M4的源極均與電源Vdd相連。
[0015]如圖3所示，第一 P型鐵電場效應(yīng)晶體管M3和第二 P型鐵電場效應(yīng)晶體管M4采用了溝道長度分別為30nm、50nm、90nm的三種不同負(fù)載P型鐵電場效應(yīng)晶體管，Vinl和V in2同時(shí)加-3.5V到+3.5V的來回掃描電壓，結(jié)果顯示隨著溝道長度的增加，輸出擺幅也會(huì)增加。
[0016]圖4是第一 P型鐵電場效應(yīng)晶體管M3和第二 P型鐵電場效應(yīng)晶體管M4選取90nmP型鐵電場效應(yīng)晶體管為負(fù)載時(shí)，在不同的共模電壓±3.0V、±3.5V、±4.0V、±4.5V掃描下的輸入輸出曲線，輸出端顯示了良好的輸出結(jié)果，因?yàn)殍F電層的極化，來回電壓掃面會(huì)出現(xiàn)滯回現(xiàn)象，來回的兩條輸入輸出曲線不重合，我們發(fā)現(xiàn)隨著共模信號的增加，滯回窗口越大，如果所加的共模信號電壓低于鐵電層的翻轉(zhuǎn)電壓，那么來回的輸入輸出曲線將會(huì)重合得比較好。
[0017]圖5是選取90nmP型鐵電管負(fù)載的差模信號輸出特性。隨著差模信號的增大，Vtjutl和Vtjut2的輸出差異也越大，結(jié)果表明基于鐵電晶體管的差分放大電路具有良好的差分放大能力。
[0018]圖6是在正選小信號下的輸入輸出曲線，在Vinl和Vin2端在1.0V的偏置電壓下，分別加Vinll= 0.08sin(106t)和Vin22= 0.2sin(106t)的正弦信號，兩輸出端輸出結(jié)果一致，并有良好的輸出特性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于鐵電場效應(yīng)晶體管的差分放大電路，其特征在于，包括第一 P型鐵電場效應(yīng)晶體管、第二 P型鐵電場效應(yīng)晶體管、第三P型鐵電場效應(yīng)晶體管、第一 N型鐵電場效應(yīng)晶體管、第二 N型鐵電場效應(yīng)晶體管；所述第一 P型鐵電場效應(yīng)晶體管的漏極與第一 N型鐵電場效應(yīng)晶體管的漏極相連作為差分放大電路的第一輸出端，所述第二 P型鐵電場效應(yīng)晶體管的漏極與第二N型鐵電場效應(yīng)晶體管的漏極相連作為差分放大電路的第二輸出端，所述第一 P型鐵電場效應(yīng)晶體管與第二 P型鐵電場效應(yīng)晶體管的源極均與電源相連、柵極均與自身的漏極相連，所述第一 N型鐵電場效應(yīng)晶體管與第二 N型鐵電場效應(yīng)晶體管的柵極分別作為差分放大電路的第一輸入端和第二輸入端，所述第一 N型鐵電場效應(yīng)晶體管與第二 N型鐵電場效應(yīng)晶體管的源極均與第三P型鐵電場效應(yīng)晶體管的漏極相連，所述第三P型鐵電場效應(yīng)晶體管的源極接地、柵極接可變電流源。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于鐵電場效應(yīng)晶體管的差分放大電路，包括第一P型鐵電場效應(yīng)晶體管、第二P型鐵電場效應(yīng)晶體管、第三P型鐵電場效應(yīng)晶體管、第一N型鐵電場效應(yīng)晶體管、第二N型鐵電場效應(yīng)晶體管；第一P型鐵電場效應(yīng)晶體管與第一N型鐵電場效應(yīng)晶體管漏極相連，第二P型鐵電場效應(yīng)晶體管與第二N型鐵電場效應(yīng)晶體管漏極相連，第一P型鐵電場效應(yīng)晶體管與第二P型鐵電場效應(yīng)晶體管的源極均與電源相連、柵極均與自身的漏極相連，第一N型鐵電場效應(yīng)晶體管與第二N型鐵電場效應(yīng)晶體管的源極均與第三P型鐵電場效應(yīng)晶體管的漏極相連，第三P型鐵電場效應(yīng)晶體管的源極接地、柵極接可變電流源。本發(fā)明具備數(shù)值存儲、抗輻照等優(yōu)異性能。
【IPC分類】H03F3-45
【公開號】CN104579208
【申請?zhí)枴緾N201510011376
【發(fā)明人】唐明華, 李凱, 秦亞, 燕少安
【申請人】湘潭大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月9日