器件新发明:具有两个栅极的新型集体管,可更好的用于混合信号和模拟计算

2020-11-04 12:37:05 来源:EETOP
英国萨里大学的研究人员已经研制出一种新型晶体管,这种晶体管具有线性特性,并具有巨大的优势。

传统的MOSFET晶体管是几乎所有现代电子产品的基本构件,但它们远非完美的器件。首先,它们是非线性器件,使设计和分析变得复杂。此外,在这些晶体管中,器件的数字和模拟操作都由栅极电极上的外加电压控制。

在数字意义上,电压用于开启或关闭晶体管。在模拟意义上,栅极电压,更具体地说是栅极至源极电压,具有许多特性,例如跨导和增益。 

多模态晶体管

为了消除MOSFET晶体管的非理想性,萨里大学的研究人员设计了一种新型晶体管。新晶体管被称为多模态晶体管Multimodal Transistor (MMT),其创新布局提供了巨大的上行潜力。 

在其基本结构中,MMT由四个端子(不包括本体)组成:源极、漏极和两个控制栅极(CG1和CG2)。与传统的MOSFET一样,源极和漏极由半导体材料隔开,而控制栅极则由绝缘层隔开。

CG1位于源极上方,用于控制注入电荷量(即电流量)。沟道控制门CG2位于源-漏间隙上方,在源极和漏极之间切换半导体的导通状态。 

MMT布局

该架构的独特之处在于,CG1专门控制电流水平,而CG2专门控制设备的开/关状态,而不会影响电流大小。这种结合了模拟注入和数字开关的功能使该设备异常灵活。  

 

多模态晶体管的三种配置

以下是三个测试案例,展示了该设备在通用源配置中的功能。

MMT的三个测试案例

从左至右看,第一个示例显示了施加到CG2的正电压、CG1接地。这里,漏极和源极之间的导电通道被CG2的电压接通。但即使有很大的VDS,在没有CG1正电压的情况下,电流也不会流动。

在第二个示例中,对CG1施加正电压,CG2接地。接地CG2有效地关闭了传导通道,因此不会有电流流过该通道。 

 

最后,第三个例子显示CG1和CG2都施加了正电压。在这个例子中,电流将流过通道。该电流的大小是由CG1上的电压明确设定的。 

晶体管作为线性器件

该成果发表在《 Advanced Intelligent Systems》上,此项研究究非常重要,因为MMT代表的是线性器件晶体管。这意味着输出和输入之间存在线性依赖关系。这种能力为工程师提供了前所未有的设计自由度,并可能导致更简单的设计,需要更少的分析和更少的晶体管--更少的晶体管意味着更少的面积和更高的良率。

研究人员还声称,该器件的开关速度和对工艺变化的容忍度提高了十倍。此外,MMT的模拟/数字多功能性为薄膜技术带来了新的机遇,包括用于边缘集成处理的紧凑型电路和高能效的模拟计算。 

论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202000199#aisy202000199-fig-0001

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