[發明專利]基于可調同質結場效應器件的單元電路及多功能邏輯電路

有效

• 申請號: 202010596101.5
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111697964B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 繆峰;梁世軍;潘晨
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H03K19/17704
• 分類號: H03K19/17704
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王恒靜

本發明公開了基于可調同質結場效應器件的單元電路以及多功能邏輯電路，對應的設計方案包括四步：可調同質結器件的結構搭建、可調同質結器件的多功能電學操作實現、基本邏輯單元電路的設計以及級聯單元邏輯電路實現復雜邏輯功能；本發明首先設計了基于雙極性場效應特性材料的可調同質結器件；然后在該器件中引入源漏電壓的極性作為額外的控制信號，進一步，通過對三個可重構邏輯單元進行級聯，設計出了具有執行全加器和減法器邏輯功能的多功能邏輯電路，本發明所設計的邏輯單元電路具有執行可重構邏輯功能的能力。利用級聯單元電路構建的邏輯電路不僅能夠同時執行全加器和減法器等邏輯功能，而且所需要的晶體管資源和所占面積相比于傳統CMOS技術得到極大地減少。

技術領域

本發明涉及半導體材料和器件領域，具體涉及一種基于可調同質結場效應器件的單元電路，以及在該單元電路基礎上得到的多功能邏輯電路、加法器和減法器的邏輯電路。

背景技術

隨著諸如人工智能，物聯網，可植入醫療等新型電子應用產業的興起，具有低功耗、柔性、生物相容性等新興需求的多功能邏輯電路逐漸成為研究熱點。而傳統硅基邏輯電路難以滿足諸如此類的多樣化的應用需求，一方面，硅基器件功能單一，構建多功能邏輯電路需要耗費大量晶體管資源，這會增加電路的功耗；另一方面，硅基器件難以滿足柔性、生物相容性等需求，使得硅基邏輯電路難以應用于相關領域。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于可調同質結場效應器件的單元電路，其解決了多功能邏輯電路需要的晶體管多，資源浪費的問題。

技術方案：一方面，本發明公開基于可調同質結場效應器件的單元電路，所述單元電路E包括：

第一輸入端V_in1，用于接收第一輸入電壓信號；

第二輸入端V_in2，用于接收第二輸入電壓信號；

第三輸入端V_in3，用于接收第三輸入電壓信號；

第一可調同質結場效應晶體管M1，其源極S1耦接至第一輸入端，所述靠近源極S1的柵極電極1a連接至第二輸入端，其靠近漏極的柵極電極1b耦接至第三輸入端；

第二可調同質結場效應晶體管M2，其源極S2耦接至第三輸入端，所述靠近源極S2的柵極電極2a連接至第二輸入端，其靠近漏極的柵極電極2b耦接至第一輸入端；

所述第一可調同質結場效應晶體管與第二可調同質結場效應晶體管的漏極相連，并由其連接點的輸出作為輸出端V_out；

所述第一可調同質結場效應晶體管M1和第二可調同質結場效應晶體管M2的結構相同，包括襯底絕緣材料、溝道材料層、絕緣層和金屬電極層；所述金屬電極層包括漏電極層、源電極層、柵電極層A和柵電極層B，所述柵電極層A和柵電極層B并列制備于襯底絕緣材料之上，且柵電極層A和柵電極層B之間留有間隙，保證二者之間電絕緣，絕緣層完全覆蓋于柵電極層A和柵電極層B之上，所述漏電極層置于所述柵電極層A上方的溝道材料層的左側邊緣，所述源電極層置于所述柵電極層B上方的溝道材料層的右側邊緣，即柵電極層A與M1中的柵極電極1b對應，柵電極層A與M2中的柵極電極2b對應，柵電極層B與M1中的柵極電極1a對應，柵電極層B與M2中的柵極電極2a對應。

進一步的，包括：

若第一輸入端V_in1和第三輸入端V_in3分別輸入信號A和信號B，第二輸入端V_in2輸入高電平，輸出端V_out輸出為與門，邏輯運算結果為AB，

第二輸入端V_in2輸入低電平，輸出端V_out輸出為或門，邏輯運算結果為A+B，