[發明專利]硅基低漏電流四懸臂梁可動柵MOS管的RS觸發器

有效

• 申請號: 201510380043.1
• 申請日: 2015-07-01
• 公開（公告）號: CN104935300B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 廖小平;王小虎
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03K3/012
• 分類號: H03K3/012;H03K3/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明提出了硅基低漏電流四懸臂梁可動柵MOS管的RS觸發器，屬于微電子機械系統的技術領域。

背景技術

伴隨著微電子技術的深入發展集成電路單位面積的集成度仍然在不斷地提升，芯片的功能也日趨復雜，同時芯片的處理速度越來越高。人們對于芯片的功耗越來越重視。太高的功耗會對芯片的散熱材料提出更高的要求，還會使芯片的性能受到影響。所以過熱的芯片溫度不僅會使芯片壽命降低，而且會影響芯片的穩定性。并且移動終端的廣泛使用，對于器件的功耗要求更加顯著，所以對電子器件低功耗的設計就顯得十分重要。

RS觸發器電路作為數字電路的重要組成部分，它是各種具有復雜功能的觸發器電路的基本構成部分，在數字電路中有巨大的應用，所以對RS觸發器電路的功耗和溫度的控制就顯得十分重要，由常規MOS管組成的RS觸發器，隨著集成度的提升，功耗變得越來越嚴重，功耗過大帶來的芯片過熱問題會嚴重影響集成電路的性能，MEMS技術的發展使得制造具有可動柵的晶體管成為可能，具有可動柵的晶體管可以有效降低柵極電壓帶來的柵極漏電流，進而降低RS觸發器電路的功耗。

發明內容

技術問題:本發明的目的是提供一種硅基低漏電流四懸臂梁可動柵MOS管的RS觸發器，將傳統的采用由常規MOS管組成的RS觸發器電路換為一個具有四懸臂梁可動柵MOS管來實現RS觸發器的功能，可以有效地減小柵極漏電流從而降低電路的功耗。

技術方案：本發明的硅基低漏電流四懸臂梁可動柵MOS管的RS觸發器由一個四懸臂梁可動柵NMOS管、兩個電阻和電源組成，該硅基低漏電流四懸臂梁可動柵MOS管制作在P型Si襯底上，該四懸臂梁可動柵NMOS管含有源極，漏極，柵極，形成漏極-源極-漏極的結構，在源極和兩個漏極之間分別有兩個用Al制作的懸臂梁柵，懸臂梁柵不是附在氧化層上，而是依靠錨區的支撐懸浮在氧化層的上方，源極左側兩個懸臂梁柵的懸浮端之間留有一縫隙以保證兩個懸臂梁柵拉時互不干擾,兩個懸臂梁柵的位置關于該MOS管漏-源-漏方向對稱，同樣地，源極右側的兩個懸臂梁柵也是如此；該四懸臂梁可動柵NMOS管的懸臂梁柵的錨區用多晶硅制作在柵氧化層上，懸臂梁柵下方設計有下拉電極板，下拉電極板接地，下拉電極在懸臂梁柵下的部分被二氧化硅層覆蓋，該四懸臂梁可動柵NMOS管的N+有源區源極接地，四懸臂梁可動柵NMOS管的兩個漏極分別通過電阻與電源VCC相連，源極和漏極分別通過通孔與引線連接，引線用Al制作；在該RS觸發器的源極左側和右側各有一個懸臂梁柵作為該RS觸發器的輸入端S和R，源極左側另外的一個懸臂梁柵通過引線與右側的漏極相連，同樣地，源極右側另外一個懸臂梁柵通過引線與左側的漏極相連，形成對稱的結構，輸出端Q在源極右側的漏極和電阻之間輸出，輸出端在源極左側的漏極和電阻之間輸出，為了保證當該MOS管導通時由電阻分壓得出輸出為低電平，電阻的阻值遠大于該MOS管導通的阻抗。

所述的四個懸臂梁柵并不是直接緊貼在二氧化硅層上方，而是依靠錨區的支撐懸浮在二氧化硅層上方；該四個懸臂梁柵的下拉電壓設計得與該NMOS管的閾值電壓相等，只有當四懸臂梁可動柵NMOS管的懸臂梁柵上所加的電壓大于NMOS管的閾值電壓時，其懸臂梁柵才能下拉并接觸二氧化硅層從而使懸臂梁柵NMOS管導通，當所加電壓小于NMOS管的閾值電壓時懸臂梁柵就不能下拉，在該RS觸發器工作時，當四懸臂梁可動柵MOS管處于關斷時其懸臂梁柵就處于懸浮態，降低了柵極漏電流，從而降低了電路的功耗。

當該RS觸發器處于工作態時，定義Q＝1，為觸發器的1狀態，定義Q＝0，為觸發器的0狀態，S稱為置位端，R稱為復位端。當S＝1、R＝0時，輸入端S接高電平，輸入端S對應的懸臂梁柵下拉并使四懸臂梁柵MOS管左側的漏-源導通從而輸出為低電平，即Q＝1，在S＝1信號消失以后，由于有Q端的高電平接回到該四懸臂梁柵MOS管的源極左側的另一個懸臂梁柵，使該懸臂梁柵下拉從而使輸出為低電平，因而電路的1狀態得以保持；當S＝0、R＝1時，輸入端R接高電平，輸入端R對應的懸臂梁柵下拉并使四懸臂梁柵MOS管右側的漏-源導通從而輸出Q為低電平，即Q＝0，在R＝1信號消失以后，電路的0狀態保持不變；當S＝R＝0時，電路維持原來的狀態不變；當S＝R＝1時，這種狀態是不允許出現的，是RS觸發器的約束條件。該觸發器中的NMOS管隨著輸入信號的變化其狀態也在導通與關斷之間變化，當NMOS管處于關斷態時其懸臂梁柵處于懸浮狀態，降低了柵極漏電流，從而降低了該RS觸發器的功耗。由于RS觸發器的次態Qⁿ⁺¹不僅與輸入狀態有關，而且也與RS觸發器原來的狀態Q(也稱為初態)有關，得到的RS觸發器的真值表如下：