一种新型硅集成理想开关结构研究

摘要

集成电路指：通过一定的工艺步骤，在一小块载体上制作出组成电路的各种电子元器件，并根据电路设计，使用金属将元器件互联，然后封装，使其成为能够实现一定功能的微型电子器件。专用集成电路指，根据用户特定需求而设计和制造的集成电路，其中，FPGA是一种典型的专用集成电路，近年来，FPGA芯片在ASIC市场上占的比重越来越大，且还在稳步发展。虽然国内的FPGA行业也在蓬勃发展，但是无论在技术上还是市场占比上，都与国外有着非常巨大的差距，我国需要在FPGA领域有属于自己的技术，这对于集成电路技术研究和推动国家经济发展有着重要意义。　　本文在了解了FPGA的发展现状和工作原理的基础上，研究了大规模FPGA的低功耗技术，结合MOSFET器件向着三维多栅结构的发展方向，提出了一种用于门控电源技术的理想开关结构，先从理论上分析了其设计原理及其优势，再使用TCAD对其进行了仿真。Sentarus软件提供了大量的物理模型和数学方法，能够进行二维和三维的器件仿真，本文使用该TCAD工具，对提出的结构进行三维建模、仿真，从而探究器件的工作情况。通过控制变量法进行仿真，探究器件各结构参数的不同对器件性能的影响，从而找到优化方法对结构进行优化，以得到能够片上集成的、适用于门控电源技术的理想开关结构，其特点为，具有小的比导通电阻，具有高于IC工作电压的击穿电压以及大的开关比。　　仿真结果得出，优化后的晶体管可以正常工作，即可以在1.2V供电电源的电路模块中用作休眠晶体管，理论上，提供1mΩ导通电阻需要的晶体管面积为6246μm2，晶体管开关的击穿电压为3.74V，开关比达到106。

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