Компьютерное моделирование наноструктуры RS-триггера со структурной формулой, приведенной на рисунке 14. 37, а

Из 4⁸ возможных пространственных структур ЯЯ-триггера (N = 8) рассмотрим структуру не с горизонтальным, а вертикальным строением биполярных транзисторов: n₂-p_A-n^_y «2"Р4^-Л8» ^пз~Рь~^п7> ^пз~Рь~^пз (рис. 14.37, а). В качестве подложки выберем область pj, на которую будет подаваться напряжение питания Е (рис. 11.8). Структурная формула такого варианта представлена на рисунке 14.37, а. 3D Структура вертикального ЯЯ-триггера (БЯ) показана на рисунке 14.37, б. На.

Рис. 14.37. Вертикальная 3D наноструктура SS-триггера (БЯ): а) структурная формула, б) структура, в) расчетная сетка

рисунке 14.37, в показана расчетная сетка наноструктуры вертикального .RS-триггера (БЯ) со структурной формулой, представленной на рисунке 14.37, а.

Компьютерное моделирование этой наноструктуры проводилось со следующими ограничениями:

• • минимальный топологический размер — 10 нм;
• • толщина баз л-р-л-транзисторных структур — 5 нм.

При просмотре результатов моделирования система обозначений контактов следующая: входной контакт (вх — in), выходной контакт (вых — out), шина нулевого потенциала [X — Gnd (шина «земля»)].

Наноструктура выполняет функции записи логического нуля и единицы (рис. 14.39, а, б), функцию хранения информации (если на X подавать напряжения логического нуля).

На рисунке 14.38 показаны результаты компьютерного моделирования статических параметров наноструктуры RS-триггера (БЯ) со.

Рис. 14.38. Результаты компьютерного моделирования статических параметров наноструктуры RS-триггера (БЯ) со структурной формулой, представленной на рисунке 14.37, а: а) напряжение на выходе 1, б) напряжение на выходе 2, в) общий ток в области п₆ (входной ток 1), г) общий ток в области п₇ (входной ток 2), д) общий ток в подложке р, е) общий ток в шине X (с_Е2)

структурной формулой, приведенной выше: а) напряжение на выходе 1,6) напряжение на выходе 2, в) общий ток в области п₆ (входной ток 1),.

г) общий ток в области п₇ (входной ток 2), д) общий ток в подложке p_lt е) общий ток в шине X (с_Е2).

Из моделирования статики видно, что выход 1 является дублирующим, а выход 2 — инвертирующим, то есть если принять вход 1 за S (вход записи логической единицы — высокого уровня при положительной логики), то выход 1 соответствует выходу Q, определяющему состояние триггера (S = 1, Q = 1), а выход 2 — инверсному состоянию Q, то есть Q.

На риунке 14.39 приведены результаты моделирования динамики для 3D наноструктуры RS-триггера (БЯ) со структурной формулой, изображенной на рисунке 14.37, а: а) напряжение на выходе 1 (от времени), б) напряжение на выходе 2 (от времени).

Рис. 14.39. Результаты моделирования динамики для 3D наноструктуры RS-триггера (бистабильной ячейки) со структурной формулой, представленной на рисунке 14.37, а: а) напряжение на выходе 1 (от времени), б) напряжение на выходе 2.

(от времени)

Фронты входных сигналов равны 10 пс, вершина входного импульса составляет 60 пс. Из графиков видно, что задержка наноструктуры с вышеуказанными параметрами составляет примерно 40−50 пс.

На цветных вкладках (рис. 14.40 и 14.41) представлены результаты моделирования для наноструктуры вертикального RS-триггера (БЯ) со структурной формулой, приведенной на рисунке 14.37, а следующих физических характеристик:

• • рисунке 14.40: а) RSH-рекомбинация, б) электростатический потенциал, в) пространственный заряд (режим хранения логической единицы);
• • рисунке 14.41: а) плотность дырок, б) скорость электронов, в) плотность электронов (режим хранения логической единицы).

По результаты моделирования определяется соответствие входов и выходов наноструктуры:

• • вх! (S) — вход записи единицы;
• • вх₂ (/?) — вход записи нуля;
• • вых! (Q) — выход, определяющий содержимое .RS-триггера;
• • вых₂ (5) — выход, определяющий инверсное содержимое .RS-триггера.

Рис. 14.40. Результаты моделирования для наноструктуры вертикального RS-триггера (БЯ) со структурной формулой, изображенной на рисунке 14.37, а, следующих физических характеристик: а) RSH-рекомбинация, б) электростатический потенциал, в) пространственный заряд (режим хранения логической единицы)

Рис. 14.41. Результаты моделирования для наноструктуры вертикального ЯБ-триггера (БЯ) со структурной формулой, приведенной на рисунке 14.37, а, следующих физических характеристик: а) плотность дырок, б) скорость электронов, в) плотность электронов (режим хранения логической единицы).

Биполярная КБЯ_ВЫХ. Уравнение синтеза КБЯ_ВЫХ показано на рисунке 14.42. Инверторы логической схемы заменены переходными аналогами.

Рис. 14.42. Уравнение синтеза КБЯ_ВЫх в переходной схемотехнике.

В качестве переходных аналогов инверторов выбраны модели инжекционных инверторов с базой инжектирующего транзистора, на который подается нулевой потенциал (первая модель). Штриховые линии означают необходимость единого для областей потенциала (функции) в схеме — это соединения между входом одного инвертора и выходом другого.

КБЯ_ВЫХ в переходной схемотехнике биполярных инжекционных инверторов содержит всего 6 полупроводниковых областей, 5 переходов и 2 внутренних соединения и является оптимальной по структуре среди всех типов бистабильных ячеек.

Биполярная КБЯ_ВХ. Уравнение синтеза КБЯ_ВХ показано на рисунке 14.43. Вентили И-НЕ на два входа логической схемы заменены переходными аналогами схемы ТТЛ с простым инвертором (табл. 8.6, модель G8.4).

Штриховые линии означают необходимость единого для областей потенциала (функции). В схеме — это соединения между входом одного вентиля и выходом другого. КБЯ_ВХ в переходной схемотехнике ТТЛ с простым инвертором содержит 12 полупроводниковых областей, 13 переходов и 2 внутренних соединения. Интересным является тот факт, что модели ТТЛ, связанные по схеме, представленной на рисунке 14.43, превращаются в шестигранники, «склеенные» по одному ребру.

Рис. 14.43. Уравнение синтеза КБЯ_ВХ в переходной схемотехнике.

Биполярная ДБЯ_ВЫХ. Уравнение синтеза ДБЯ_ВЫХ показано на рисунке 14.44. Вентили ИЛИ-HE с одним входом логической схемы заменены переходными моделями схемы ЭСЛ с одним входом и одним эмиттерным повторителем.

Эмиттерный повторитель необходим для реализации функции Монтажное ИЛИ (М_или). Это достигается путем объединения их выходов, реализуется функция М_или. Штриховые линии означают необходимость единого для областей потенциала (функции). В схеме — это соединения между входом одного вентиля и выходом другого. ДБЯ_ВЫХ в переходной схемотехнике ЭСЛ является самой быстродействующей, хотя и содержит 17 полупроводниковых областей, 17 переходов и 5 внутренних соединения. Здесь, так же как и в предыдущей модели, присутствуют шестигранники. Их три: два «склеенных» и один внешний.

Рис. 14.44. Уравнение синтеза ДБЯ_ВЫХ в переходной биполярной схемотехнике.

Рассмотрим модели бистабильных ячеек в переходной МОП-, КМОПи БиМОП-схемотехниках.

ДБЯ_ВХ в переходной МОП-схемотехнике. Уравнение синтеза ДБЯ_ВХ в переходной МОП-схемотехнике представлено на рисунке 14.45. Вентили логической схемы заменены переходными аналогами. В качестве переходных аналогов вентилей ИЛИ-HE на два входа выбраны модели МОП-схем ИЛИ-НЕ.

Штриховные линии, как и в предыдущих моделях, означают необходимость единого для областей потенциала (функции). При физической реализации штриховые линии соответствуют областям, обеспечивающим равенство функций (токопроводящие области: металл, поликремний и т. д.).

ДБЯ_ВХ в переходной МОП-схемотехнике содержит 10 областей [5 полупроводниковых и 5 диэлектриков (окислов)], 9 переходов и 2 внутренних соединения.

Удлиненные вершины соответствуют общим областям двух вентилей.

Рис. 14.45. Уравнение синтеза ДБЯ_В* в переходной МОП-схемотехнике.

ДБЯ_ВХ в переходной КМОП-схемотехнике. Уравнение синтеза ДБЯ_ВХ в переходной КМОП-схемотехнике представлено на рисунке 14.46. Вентили логической схемы так же заменены переходными аналогами. В качестве переходных аналогов вентилей ИЛИ-HE на два входа выбраны модели КМОП-схем ИЛИ-НЕ.

Штриховые линии, как и в предыдущих моделях, означают необходимость единого для областей потенциала (функции). При физической реализации штриховые линии соответствуют областям, обеспечивающим равенство функций (токопроводящие области: металл, поликремний и т. д.).

ДБЯ_ВХ в переходной КМОП-схемотехнике содержит 17 областей [9 полупроводниковых и 8 диэлектриков (окислов)], 19 переходов и 8 внутренних соединений.

Из-за значительного числа областей, переходов и соединений технологическая реализация данной структуры более сложная.

Удлиненные вершины — общие области для двух вентилей.

Рис. 14.46. Уравнение синтеза ДБЯ_ВХ в переходной КМОП-схемотехнике.

ДБЯ_ВХ в переходной БиМОП-схемотехнике. Уравнение синтеза ДБЯ_их в переходной БиМОП-схемотехнике представлено на рисунке 14.47. В качестве переходных аналогов вентилей ИЛИ-HE на два входа выбраны модели БиМОП-схем ИЛИ-НЕ.

Штриховые линии, как и в предыдущих моделях, отмечают необходимость единого для областей потенциала (функции). При физической реализации штриховые линии соответствуют областям, обеспечивающим равенство функций (токопроводящие области: металл, поликремний и т. д.).

ДБЯ_НХ в переходной БиМОП-схемотехнике содержит 10 областей (9 полупроводниковых и 1 диэлектрическую (окисел)), 12 переходов и 2 внутренних соединения.

Обратим внимание на наличие шестигранника как основы структуры запоминающей ячейки.

Рис. 14.47. Уравнение синтеза ДБЯ_ВХ в переходной БиМОП-схемотехнике.