Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

С плавающим затвор МОП - транзистор ( FGMOS ), также известный как плавающий ворот МОП - транзистором или плавающим затвор транзистор , представляет собой тип металл-оксид-полупроводник полевого транзистора (MOSFET) , где затвор электрически изолирован, создавая плавающее узел постоянного тока , а ряд вторичных затворов или входов размещены над плавающим затвором (FG) и электрически изолированы от него. Эти входы подключены к FG только емкостным образом. Поскольку FG полностью окружен материалом с высоким сопротивлением, содержащийся в нем заряд остается неизменным в течение длительных периодов времени. Обычно туннелирование Фаулера-Нордхейма иМеханизмы инжекции горячих носителей используются для изменения количества заряда, хранящегося в FG.

FGMOS обычно используется в качестве ячейки памяти с плавающим затвором , цифрового запоминающего элемента в технологиях EPROM , EEPROM и флэш-памяти . Другие применения FGMOS включают нейронный вычислительный элемент в нейронных сетях , [1] [2] аналоговый запоминающий элемент, [1] цифровые потенциометры и однотранзисторные ЦАП .

История [ править ]

Первый МОП-транзистор был изобретен Мохамедом Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году и представлен в 1960 году. [3] Первый отчет о МОП-транзисторе с плавающим затвором (FGMOS) был позже сделан Давоном Кангом и Саймоном Мин Сзе в Bell Labs. , и датируется 1967 годом. [4] Самым ранним практическим применением FGMOS были ячейки памяти с плавающим затвором , которые, как предложили Канг и Сзе, можно было использовать для создания перепрограммируемого ПЗУ ( постоянное запоминающее устройство ). [5] Первоначальным применением FGMOS была цифровая полупроводниковая память для хранения энергонезависимой памяти.данные в EPROM , EEPROM и флэш-памяти .

В 1989 году Intel использовала FGMOS в качестве аналогового элемента энергонезависимой памяти в своем электрически обучаемом чипе искусственной нейронной сети (ETANN) [2], продемонстрировав потенциал использования устройств FGMOS для других приложений, помимо цифровой памяти.

Три исследовательских достижения заложили основу для большей части нынешних разработок схем FGMOS:

  1. Демонстрация Томсена и Брука туннелирования электронов в стандартном двойном поли-поли- процессе КМОП [6] позволила многим исследователям исследовать концепции схем FGMOS, не требуя доступа к специализированным процессам изготовления.
  2. Ν МОП, или нейрон-МОП, схема подход Shibata и Оми [7] при условии , что первоначальное вдохновение и основу для использования конденсаторов для линейных вычислений. Эти исследователи сосредоточились на свойствах схемы FG, а не на свойствах устройства, и использовали либо ультрафиолетовый свет для выравнивания заряда, либо имитировали элементы FG, открывая и закрывая переключатели MOSFET.
  3. Адаптивная сетчатка Карвера Мида [1] дала первый пример использования непрерывно работающих методов программирования / стирания FG, в данном случае УФ-света, в качестве основы технологии адаптивных схем.

Структура [ править ]

Поперечное сечение транзистора с плавающим затвором

FGMOS может быть изготовлен путем электрической изоляции затвора стандартного МОП-транзистора [ требуется пояснение ] , чтобы не было резистивных соединений с его затвором. Затем несколько вторичных вентилей или входов размещаются над плавающим затвором (FG) и электрически изолированы от него. Эти входы подключены к FG только емкостным образом, так как FG полностью окружен высокоомным материалом. Таким образом, с точки зрения рабочей точки постоянного тока FG является плавающим узлом.

Для приложений, в которых необходимо изменить заряд FG, к каждому транзистору FGMOS добавляется пара небольших дополнительных транзисторов для выполнения операций инжекции и туннелирования. Затворы каждого транзистора соединены вместе; у туннельного транзистора есть свои исток, сток и выводы большого объема, соединенные между собой для создания емкостной туннельной структуры. Инжекционный транзистор подключен нормально, и для создания горячих носителей применяются определенные напряжения, которые затем вводятся через электрическое поле в плавающий затвор.

Транзистор FGMOS для чисто емкостного использования может быть изготовлен в версиях N или P. [8] Для приложений изменения заряда туннельный транзистор (и, следовательно, работающий FGMOS) должен быть встроен в скважину, следовательно, технология диктует тип FGMOS, который может быть изготовлен.

Моделирование [ править ]

Большой сигнал постоянного тока [ править ]

Уравнения, моделирующие работу FGMOS на постоянном токе, могут быть получены из уравнений, описывающих работу MOS-транзистора, используемого для создания FGMOS. Если возможно определить напряжение на FG устройства FGMOS, тогда можно выразить его сток-исток ток, используя стандартные модели транзисторов MOS. Следовательно, чтобы вывести набор уравнений, которые моделируют работу с большим сигналом устройства FGMOS, необходимо найти взаимосвязь между его эффективными входными напряжениями и напряжением на его FG.

Слабый сигнал [ править ]

N -input FGMOS устройство имеет N -1 больше терминалов , чем МОП - транзистор, и , следовательно, N + 2 малые параметры сигнала могут быть определены: N эффективные входные крутизны , выходной межэлектродную и объемную межэлектродную. Соответственно:

где - полная емкость, видимая плавающим затвором. Эти уравнения показывают два недостатка FGMOS по сравнению с MOS-транзистором:

  • Снижение входной крутизны
  • Снижение выходного сопротивления

Моделирование [ править ]

В нормальных условиях плавающий узел в цепи представляет собой ошибку, потому что его начальное состояние неизвестно, если оно не исправлено каким-либо образом. Это порождает две проблемы: во-первых, эти схемы непросто смоделировать; и, во-вторых, неизвестное количество заряда может остаться у плавающего затвора во время процесса изготовления, что приведет к неизвестному начальному состоянию для напряжения FG.

Среди множества решений, предлагаемых для компьютерного моделирования, одним из наиболее многообещающих методов является начальный анализ переходных процессов (ITA), предложенный Родригес-Вильегасом [9], где FG устанавливаются на ноль вольт или на ранее известное напряжение на основе измерения. заряда, захваченного в FG после процесса изготовления. Затем выполняется анализ переходных процессов, при этом напряжения питания устанавливаются на их окончательные значения, позволяя выходным сигналам развиваться нормально. Затем значения FG могут быть извлечены и использованы для последующего моделирования слабого сигнала, подключив источник напряжения с начальным значением FG к плавающему затвору, используя индуктивность очень высокого значения.

Приложения [ править ]

Использование и применение FGMOS можно в общих чертах разделить на два случая. Если заряд в плавающем затворе не изменяется во время использования схемы, операция является емкостной.

В режиме работы с емкостной связью чистый заряд в плавающем затворе не изменяется. Примеры применения этого режима - однотранзисторные сумматоры, ЦАП, умножители и логические функции, инверторы с переменным порогом,

Используя FGMOS в качестве программируемого элемента заряда, он обычно используется для энергонезависимой памяти, такой как флэш-память , EPROM и EEPROM . В этом контексте полевые МОП-транзисторы с плавающим затвором полезны из-за их способности сохранять электрический заряд в течение длительных периодов времени без подключения к источнику питания. Другими приложениями FGMOS являются нейронные вычислительные элементы в нейронных сетях , аналоговые запоминающие элементы и электронные банки .

См. Также [ править ]

  • Вспышка ловушки заряда
  • IGBT
  • МОП-транзистор
  • SONOS

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Мид, Карвер А .; Исмаил, Мохаммед, ред. (8 мая 1989 г.). Аналоговая реализация нейронных систем на СБИС (PDF) . Международная серия Kluwer в области инженерии и информатики. 80 . Norwell, MA: Kluwer Academic Publishers . DOI : 10.1007 / 978-1-4613-1639-8 . ISBN 978-1-4613-1639-8.
  2. ^ a b М. Холлер, С. Там, Х. Кастро и Р. Бенсон, «Электрически обучаемая искусственная нейронная сеть с 10240 синапсами« плавающих ворот »», Труды Международной совместной конференции по нейронным сетям , Вашингтон, округ Колумбия, т. II, 1989, стр. 191–196.
  3. ^ "1960 - Металлооксидный полупроводниковый (МОП) транзистор продемонстрирован" . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров .
  4. ^ Канг, Давон ; Зе, Саймон Мин (1967). «Плавающий затвор и его применение в запоминающих устройствах». Технический журнал Bell System . 46 (6): 1288–1295. DOI : 10.1002 / j.1538-7305.1967.tb01738.x .
  5. ^ "1971: введены многоразовые полупроводниковые ПЗУ" . Музей истории компьютеров . Проверено 19 июня 2019 .
  6. ^ А. Томсен и М. А. Брук, "МОП-транзистор с плавающим затвором и туннельным инжектором, изготовленный с использованием стандартного процесса КМОП с двойным поликремнием", IEEE Electron Device Letters, vol. 12, 1991, стр. 111-113.
  7. ^ Т. Шибата и Т. Оми, «Функциональный МОП-транзистор с взвешенной суммой и пороговыми операциями на уровне затвора», IEEE Transactions on Electron Devices , vol. 39, нет. 6. 1992, с. 1444–1455.
  8. ^ Janwadkar, Sudhanshu (2017-10-24). «Изготовление плавающих ворот MOS (FLOTOX)» . www.slideshare.net .
  9. ↑ Родригес-Вильегас, Эстер. Конструкция маломощных и низковольтных схем с транзистором FGMOS

Внешние ссылки [ править ]

  • ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВОЙСТВ ТРАНЗИСТОРА С ПЛАВНЫМ ЗАДАНИЕМ В КОНСТРУКЦИЯХ АНАЛОГОВЫХ И СМЕШАННЫХ СИГНАЛОВ
  • Howstuffworks "Как работает ROM"
  • Устройства с плавающими воротами
  • Транзисторы с плавающим затвором в конструкции аналоговых и смешанных цепей.
  • Настраиваемые и реконфигурируемые схемы на транзисторах с плавающим затвором