عنوان پایان‌نامه
بهبود کارایی و قابلیت اطمینان با استفاده از ترانزیستورهای نانوی FinFET در مدارهای دیجیتال
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2270;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 58690
- تاریخ دفاع
- ۰۴ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- رضا اسدپور
- استاد راهنما
- علی افضلی کوشا
- چکیده
- امروزه با توجه به پیشرفت روزافزون صنایع الکترونیک و کاهش ابعاد ترانزیستورها، ترانزیستورهای MOSFET به علت مسائل پیش آمده در فناوری های جدید دیگر قابل کوچک شدن نیستند. از جمله این مسائل، اثرات کانال کوتاه، تونل زنی از طریق اکسید گیت و نیز عدم کنترل دقیق بر روی تعداد و مکان اتم‌های ناخالصی است. این مشکلات باعث کاهش کارایی و قابلیت اطمینان مدارهای دیجیتال ساخته شده با این نوع از ترانزیستورها شده است. لذا، انقلابی در ساختار این ترانزیستورها برای پیشرفت فناوری ضروری خواهد بود. در راستای کاهش مشکلات و اثرات پیش گفته استفاده از ساختارهای جدید مورد توجه قرار گرفته است. از جمله این ساختارها، ترانزیستورهای فین‌فت (FinFET) است که می تواند با استفاده از فناوری سیلیسیم بر روی عایق (SOI) و یا بالک (Bulk) معمولی ساخته شود. این نوع از ترانزیستور به دلیل کنترل مناسب گیت بر روی کانال اثرات کانال کوتاه را کاهش داده و نیاز به ناخالص کردن شدید بدنه (کانال) را از بین می برد. علاوه بر ساختارهای متداول و متقارن، می توان از ساختارهای ترانزیستوری نامتقارن نیز جهت افزایش بهره وری ترانزیستورهای فین‌فت استفاده کرد. در این پایان نامه، بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان مدارهای دیجیتال از جمله سلول حافظه دسترسی تصادفی (SRAM) با استفاده از ترانزیستورهای فین‌فت با ساختارهای نامتقارن مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می‌دهد که در صورت استفاده از چینش مناسب ترانزیستورها، ساختار نامتقارن در بهبود حاشیه نویز ایستای خواندن در دو جهت (100) و (110) مؤثر است. در ادامه یک مدل کاربردی از نوع گیت مستقل (Independent-Gate) ترانزیستور فین‌فت برای نرم افزار HSpice ارائه می‌شود. این مدل برای فناوری 22 nm بر اساس مدل موجود PTM ارائه شده است. این مدل تفاوت عملکرد انواع مدارهای دیجیتال پایه را با استفاده از قابلیت های ترانزیستور گیت مستقل نسبت به نوع گیت متصل ترانزیستورهای فین‌فت با سرعت شبیه سازی بالا و دقت مناسب در اختیار طراحان مدار قرار می دهد. نتایج شبیه‌سازی‌ها حاکی از آن است که با استفاده از فین‌فت گیت مستقل می‌توان به 24% صرفه‌جویی در تعداد سلول‌ها و نیز 42% کاهش توان کل مصرفی در محک ISCAS’85 دست یافت.
- Abstract
- There is a tremendous progress in electronics industries and shrinkage of transistor dimensions and due to technological and physical problems MOSFET transistors can’t be down scaled anymore. Short channel effects, gate oxide tunneling, and not having enough control over the number and location of impurities are some of these issues. These problems reduce the performance and reliability of digital circuits based on MOSFET transistors. Therefore, a revolution in transistor structures would be necessary to continue the trend in industries. Among the structures, FinFET transistors are promising which can be fabricated using silicon on insulator or bulk technology. Because of the structure there is no need to impure the body (channel) heavily. Moreover, gate has better control over the channel, thus the short channel effects are alleviated. One can use asymmetrical structures along side with symmetrical ones to improve performance. This thesis investigates reliability and performance improvement of digital circuits such as static random access memory cell using asymmetrical FinFET structures. The results show that based on configuration of transistors in cell asymmetric structures will improve the read static noise margin for both (100) and (110) orientations. After that a practical model for simulating independent-gate FinFET transistor for HSpice software will be presented. This model is developed based on 22 nm PTM technology node. The presented model will offer designers the ability to investigate the differences in performance of basic logic gates based on independent gate and shorted gate FinFET transistors at high speed and high accuracy. The results of ISCAS’85 benchmark show that using independent gate FinFET instead of shorted gate can save up to 24% and 42% in the number of cells and total power, respectively.
