一种基于铁电场效应晶体管的差分放大电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种基于铁电场效应晶体管的差分放大电路。
【背景技术】
[0002]随着集成电路技术的迅猛发展，其应用已经渗透到生活的方方面面，而半导体存储器技术是集成电路发展水平的重要标志。近年来，随着空间探测的发展以及对集成电路要求的提高，传统场效应晶体管由于具有操作电压高、功耗大、写操作速度慢等缺点，已经无法满足人们的需求以及在太空产品上的应用的要求。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的是提供一种操作电压低、功耗低、信息保持时间长、写操作速度快、抗辐射的基于铁电场效应晶体管的差分放大电路。
[0004]为实现上述目的，本发明的一种基于铁电场效应晶体管的差分放大电路，包括第一 P型铁电场效应晶体管、第二 P型铁电场效应晶体管、第三P型铁电场效应晶体管、第一N型铁电场效应晶体管、第二 N型铁电场效应晶体管；所述第一 P型铁电场效应晶体管的漏极与第一 N型铁电场效应晶体管的漏极相连作为差分放大电路的第一输出端，所述第二 P型铁电场效应晶体管的漏极与第二N型铁电场效应晶体管的漏极相连作为差分放大电路的第二输出端，所述第一 P型铁电场效应晶体管与第二 P型铁电场效应晶体管的源极均与电源相连、栅极均与自身的漏极相连，所述第一 N型铁电场效应晶体管与第二 N型铁电场效应晶体管的栅极分别作为差分放大电路的第一输入端和第二输入端，所述第一 N型铁电场效应晶体管与第二N型铁电场效应晶体管的源极均与第三P型铁电场效应晶体管的漏极相连，所述第三P型铁电场效应晶体管的源极接地、栅极接可变电流源。
[0005]本发明不仅能够完成普通差分放大电路的逻辑功能，还具备数值存储、抗辐照等优异性能。铁电场效应晶体管在传统大规模集成电路中的应用使得集成电路在低操作电压下能够完成传统的逻辑操作，在高的偏置电压下能够进行数据存储并且具备抗辐照的特性。
【附图说明】
[0006]图1是铁电场效应晶体管的结构不意图；
[0007]图2是本发明差分放大电路的电路结构图；
[0008]图3是本发明在不同负载下Vtjutl、Vtjut2和V P的输入-输出关系；
[0009]图4是本发明P铁电场效应晶体管为90nm时，在不同共模信号下的输出特性曲线；
[0010]图5是本发明在正弦小信号作用下的输入-输出关系；
[0011]图6是本发明差分放大电路中基本差动对的输入-输出特性。
【具体实施方式】
[0012]下面通过实施例结合附图对本发明进行详细说明。
[0013]如图1所示，为N型铁电场效应晶体管的剖面结构示意图。在不同方向的栅电压下，铁电层会发生不同方向的电极化，并且这种极化是掉电可保存。本发明中N型铁电晶体管采用沟道长度为50nm，铁电层厚度为300nm，P型铁电晶体管沟道长度分别采用沟道长度为30nm、50nm和90nm三组，其他部分与标准CMOS工艺相仿。
[0014]图2是用合适参数的铁电场效应晶体管搭建差分放大电路的电路结构图，Ml和M2为第一 N型铁电场效应晶体管、第二 N型铁电场效应晶体管，组成N型的基本铁电差动对，M3和M4为第一 P型铁电场效应晶体管、第二 P型铁电场效应晶体管，作为差分放大电路的P型铁电晶体管负载，M5为工作在饱和态沟道长度为50nm的第三P型铁电场效应晶体管。Vinl和V in2分别为第一输入端和第二输入端，与第一 N型铁电场效应晶体管Ml和第二 N型铁电场效应晶体管M2的栅极相连。第一 P型铁电场效应晶体管M3和第二 P型铁电场效应晶体管M4的源极均与电源Vdd相连。
[0015]如图3所示，第一 P型铁电场效应晶体管M3和第二 P型铁电场效应晶体管M4采用了沟道长度分别为30nm、50nm、90nm的三种不同负载P型铁电场效应晶体管，Vinl和V in2同时加-3.5V到+3.5V的来回扫描电压，结果显示随着沟道长度的增加，输出摆幅也会增加。
[0016]图4是第一 P型铁电场效应晶体管M3和第二 P型铁电场效应晶体管M4选取90nmP型铁电场效应晶体管为负载时，在不同的共模电压±3.0V、±3.5V、±4.0V、±4.5V扫描下的输入输出曲线，输出端显示了良好的输出结果，因为铁电层的极化，来回电压扫面会出现滞回现象，来回的两条输入输出曲线不重合，我们发现随着共模信号的增加，滞回窗口越大，如果所加的共模信号电压低于铁电层的翻转电压，那么来回的输入输出曲线将会重合得比较好。
[0017]图5是选取90nmP型铁电管负载的差模信号输出特性。随着差模信号的增大，Vtjutl和Vtjut2的输出差异也越大，结果表明基于铁电晶体管的差分放大电路具有良好的差分放大能力。
[0018]图6是在正选小信号下的输入输出曲线，在Vinl和Vin2端在1.0V的偏置电压下，分别加Vinll= 0.08sin(106t)和Vin22= 0.2sin(106t)的正弦信号，两输出端输出结果一致，并有良好的输出特性。
【主权项】
1.一种基于铁电场效应晶体管的差分放大电路，其特征在于，包括第一 P型铁电场效应晶体管、第二 P型铁电场效应晶体管、第三P型铁电场效应晶体管、第一 N型铁电场效应晶体管、第二 N型铁电场效应晶体管；所述第一 P型铁电场效应晶体管的漏极与第一 N型铁电场效应晶体管的漏极相连作为差分放大电路的第一输出端，所述第二 P型铁电场效应晶体管的漏极与第二N型铁电场效应晶体管的漏极相连作为差分放大电路的第二输出端，所述第一 P型铁电场效应晶体管与第二 P型铁电场效应晶体管的源极均与电源相连、栅极均与自身的漏极相连，所述第一 N型铁电场效应晶体管与第二 N型铁电场效应晶体管的栅极分别作为差分放大电路的第一输入端和第二输入端，所述第一 N型铁电场效应晶体管与第二 N型铁电场效应晶体管的源极均与第三P型铁电场效应晶体管的漏极相连，所述第三P型铁电场效应晶体管的源极接地、栅极接可变电流源。
【专利摘要】本发明公开了一种基于铁电场效应晶体管的差分放大电路，包括第一P型铁电场效应晶体管、第二P型铁电场效应晶体管、第三P型铁电场效应晶体管、第一N型铁电场效应晶体管、第二N型铁电场效应晶体管；第一P型铁电场效应晶体管与第一N型铁电场效应晶体管漏极相连，第二P型铁电场效应晶体管与第二N型铁电场效应晶体管漏极相连，第一P型铁电场效应晶体管与第二P型铁电场效应晶体管的源极均与电源相连、栅极均与自身的漏极相连，第一N型铁电场效应晶体管与第二N型铁电场效应晶体管的源极均与第三P型铁电场效应晶体管的漏极相连，第三P型铁电场效应晶体管的源极接地、栅极接可变电流源。本发明具备数值存储、抗辐照等优异性能。
【IPC分类】H03F3-45
【公开号】CN104579208
【申请号】CN201510011376
【发明人】唐明华, 李凯, 秦亚, 燕少安
【申请人】湘潭大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月9日