[發明專利]基于鐵電晶體管的施密特觸發器及多諧振蕩器

在審

• 申請號: 202210142851.4
• 申請日: 2022-02-16
• 公開（公告）號: CN116647211A
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 任天令;趙瑞婷;魯添;劉厚方;趙曉玥;邵明昊;楊軼;伍曉明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H03K3/3565
• 分類號: H03K3/3565;H03K3/012
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 郭亮

本發明提供一種基于鐵電晶體管的施密特觸發器及多諧振蕩器，該觸發器包括：構成CMOS反相器的第一元件和第二元件，兩元件分別為n型鐵電晶體管和p型晶體管，源極分別接地與VDD，或者兩元件分別為p型鐵電晶體管和n型晶體管，源極分別接VDD與地；兩元件的柵極相連作為輸入，漏極相連作為輸出；或者，第一元件和第二元件構成偽NMOS反相器，其中，第一元件為n型鐵電晶體管，第二元件為負載，第一元件通過負載連接至VDD端，第一元件的源極接地，柵極與漏極分別作為輸入和輸出。該觸發器電路結構簡單，僅僅通過兩個元件便可實現施密特觸發器功能，面積小，功耗低。同時減少制備加工工藝難度，減少加工成本，綜合性能優越。

技術領域

本發明涉及半導體領域，尤其涉及一種基于鐵電晶體管的施密特觸發器及多諧振蕩器。

背景技術

施密特觸發器由于具備遲滯窗口，在輸入向正向或負向變化時，其輸出對應不同的開關閾值。因此，在集成電路中施密特觸發器廣泛用作噪聲濾波器，以提高電路對開關抖動、信號波動與失真等多種原因引起的噪聲的抵抗能力。與此同時，施密特觸發器的典型應用場景為模數轉換器與整形電路。現如今，在函數發生器、開關電源、檢測電路、保護電路，甚至是新型神經形態電子系統的基本組成單元中都可以找到施密特觸發器的身影。

傳統的施密特觸發器電路基于6管實現，圖1是現有技術施密特觸發器的結構示意圖，其電路結構參考圖1所示，其由M1、M2、M5(p型晶體管)與M3、M4、M6(n型晶體管)組成。當輸入端Vin為低(高)電平時，M1、M2(M3、M4)導通，使Vout為高(低)電平，同時M6(M5)導通。當Vin由低電平逐漸升高為高電平(高電平降低為低電平)時，M4(M1)先由截至轉變為導通，當電壓繼續升高(降低)，M3(M2)也隨之導通，此時Vout將轉變為低(高)電平。

目前的施密特觸發器由6管或2管加6個電阻實現，電路面積大，結構復雜。隨著性能的進一步改進與提升，施密特觸發器基本單元的面積進一步增大、結構更加復雜、功耗逐漸增大。

發明內容

針對現有技術存在的施密特觸發器基本電路單元面積大，結構復雜的問題，本發明提供一種基于鐵電晶體管的施密特觸發器，以適應如今集成電路小型化、低功耗、高度集成的發展趨勢。

本發明提供一種基于鐵電晶體管的施密特觸發器，包括：第一元件和第二元件；所述第一元件和所述第二元件構成CMOS反相器；所述第一元件和所述第二元件，分別為n型鐵電晶體管和p型晶體管，源極分別接地與VDD，或者所述第一元件和所述第二元件，分別為p型鐵電晶體管和n型晶體管，源極分別接VDD與地；所述第一元件和所述第二元件的柵極相連作為輸入，漏極相連作為輸出；或者，所述第一元件和所述第二元件構成偽NMOS反相器；其中，所述第一元件為n型鐵電晶體管，所述第二元件為負載，所述第一元件通過所述負載連接至VDD端；所述第一元件的源極接地，柵極與漏極分別作為輸入和輸出。

根據本發明一個實施例的基于鐵電晶體管的施密特觸發器，所述鐵電晶體管的鐵電材料包括：鐵電鈣鈦礦氧化物、二維鐵電材料、鐵電III-V族氮化物或者氧化鉿基鐵電材料。

根據本發明一個實施例的基于鐵電晶體管的施密特觸發器，所述鐵電鈣鈦礦氧化物包括SBT、PZT、PTO、PMN-PT；所述氧化鉿基鐵電材料的摻雜元素包括Zr、Si、La、Y、Gd或Al。

根據本發明一個實施例的基于鐵電晶體管的施密特觸發器，所述二維鐵電材料包括CuInP₂S₃或α-In₂Se₃；所述鐵電III-V族氮化物包括Al_1-xSc_xN。

根據本發明一個實施例的基于鐵電晶體管的施密特觸發器，所述鐵電晶體管包括：金屬-鐵電材料-半導體結構晶體管MFS-FET、金屬-鐵電材料-柵氧化物-半導體結構晶體管MFIS-FET或金屬-鐵電材料-金屬-柵氧化物-半導體結構晶體管MFMIS-FET。