[發明專利]低電壓互補式金屬氧化物半導體電路和相關存儲器

有效

• 申請號: 201710737307.3
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107785046B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 伊東清夫
• 申請（專利權）人: 鈺創科技股份有限公司
• 主分類號: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

本發明公開了一種低電壓互補式金屬氧化物半導體電路和相關存儲器。所述存儲器包含多個存儲單元和多個外圍電路。所述多個存儲單元中的每一存儲單元包含兩反相器，所述兩反相器的第一反相器由一第一電源軌和一第二電源軌供電，所述第二反相器由一第三電源軌和一第四電源軌供電，其中一第一電壓差施加跨在所述第一電源軌和所述第二電源軌之間，一第二電壓差施加跨在所述第三電源軌和所述第四電源軌之間，及所述第一電壓差小于所述第二電壓差。所述多個外圍電路使用對應多個升壓電壓和柵源極差分驅動的技術的至少一個。因此，本發明不僅可允許所述存儲器內的基本邏輯電路操作在低電壓，低功率和高速下，而且還可減少所述存儲器的必要電源電壓的數量。

技術領域

本發明涉及一種低電壓互補式金屬氧化物半導體電路和相關存儲器，尤其涉及一種應用升壓電壓技術以及柵源極差分驅動技術的低電壓互補式金屬氧化物半導體電路和相關存儲器。

背景技術

圖1(a)是說明一種基本的互補式金屬氧化物半導體晶體管反相器100的示意圖，其中金屬氧化物半導體晶體管的柵極過驅動電壓(gate-over-drive，GOD)是定義為所述金屬氧化物半導體晶體管的柵源極電壓VGS與所述金屬氧化物半導體晶體管的閾值電壓Vt之間的差值(也就是所述金屬氧化物半導體晶體管的GOD＝VGS-Vt)。例如，如圖1(a)所示，當互補式金屬氧化物半導體晶體管反相器100的輸入X從0V變化至電壓VDD時，金屬氧化物半導體晶體管Md的柵極過驅動電壓GOD(Md)為VDD-Vt(Md)±ΔVt，其中/X是互補式金屬氧化物半導體晶體管反相器100的輸出，Vt(Md)是金屬氧化物半導體晶體管Md的閾值電壓，以及ΔVt是閾值電壓Vt(Md)的變異。另外，ΔVt會隨著金屬氧化物半導體晶體管Md的尺寸縮小而增加。如果金屬氧化物半導體晶體管Md的最小操作電壓VMIN是等于當金屬氧化物半導體晶體管Md的柵極過驅動電壓GOD(Md)為零時的VDD，則VMIN＝Vt(Md)+ΔVt。因為金屬氧化物半導體晶體管Md的閾值電壓Vt(Md)在次閥值漏電流(subthreshold leakage current)方面有最低限制(約為0.3-0.4V)，所以金屬氧化物半導體晶體管Md的最小操作電壓VMIN＝(0.3-0.4)V+ΔVt，也就是說假設閾值電壓Vt(Md)的變異ΔVt約等于0.1V時，金屬氧化物半導體晶體管Md的最小操作電壓VMIN約等于0.4-0.5V。雖然，很顯然地在上述金屬氧化物半導體晶體管Md的最小操作電壓VMIN的情況下，金屬氧化物半導體晶體管Md的操作速度會變成無窮大，但實際上，考慮金屬氧化物半導體晶體管Md的操作速度的極限，金屬氧化物半導體晶體管Md的柵極過驅動電壓GOD(Md)必須大于零。如此，金屬氧化物半導體晶體管Md的實際上的最小操作電壓VMIN將會大于0.4-0.5V(例如0.6V)。因此，金屬氧化物半導體晶體管Md將不可能操作在0.5V以下。

圖1(b)是說明一種6T靜態隨機存取存儲單元(具有6個金屬氧化物半導體晶體管)的示意圖，其中所述6T靜態隨機存取存儲單元是由兩互補式金屬氧化物半導體晶體管反相器，位線WL，和字符線BL、/BL所組成。值得注意的是因為所述6T靜態隨機存取存儲單元是由兩互補式金屬氧化物半導體晶體管反相器所組成，所以所述6T靜態隨機存取存儲單元并不適合操作在0.5V以下。為了解決這問題，參考文件[1]提出升壓電壓(voltage boosting)的技術。在所述升壓電壓的技術中，所述6T靜態隨機存取存儲單元包含金屬氧化物半導體晶體管Md以及連接到位線BL的柵極電壓用升壓電壓(boosted power supplies，BPS)提升，也就是說所述升壓電壓可提供一正升壓電壓和一負升壓電壓，解釋如下。