浮栅金属氧化物半导体场效应晶体管

✍ dations ◷ 2025-11-16 15:31:45 #晶体管类型

浮栅金属氧化物半导体场效应晶体管(Floating-gate MOSFET,简称浮栅MOSFET或FGMOS)是一种场效应晶体管,其结构类似传统的金属氧化物场效应晶体管(MOSFET) 。FGMOS的栅极是电绝缘的,从而在直流电中产生浮动节点。在浮栅(floating gate)上方以沉积方式构造多个次级栅极或输入电极,与浮栅绝缘。这些输入与浮栅仅有电容耦合连接。由于浮栅完全被高电阻材料包围,因此其中包含的电荷量会长时间保持不变。通常使用Fowler-Nordheim隧穿和热载流子注入机制来修改存储在浮栅中的电荷量。

FGMOS的应用包括EPROM中的数字存储元件、EEPROM和闪存、模拟存储元件、数字电位器(英语:Digital potentiometer)、单晶体管DAC以及神经网络中的神经元计算元件等。

FGMOS的最早报道是Kahng和Sze发表的, 其历史可追溯至1967年。FGMOS的最早应用是将数字数据存储在EEPROM,EPROM和闪存中。

1989年,英特尔在其ETANN芯片中采用了FGMOS作为非易失性模拟存储器元件,展示了将FGMOS器件用于数字存储器以外的应用的潜力。

三项研究成果为当前FGMOS电路的大部分开发奠定了基础:

FGMOS可以通过将标准MOSFET栅极绝缘来制造。通过绝缘使得其栅极与外界没有电阻连接;然后在浮栅上方沉积多个次级栅极或输入电极,并与其电隔离。由于浮栅完全被高电阻材料包围,输入电极和浮栅之间仅有电容耦合,因此,就其直流工作点而言,浮栅是浮动节点。

在需要修改浮栅电荷量的应用,每个FGMOS会添加一对额外的小晶体管,以实现注入和隧穿操作。每个晶体管的栅极连接在一起;隧穿晶体管的源极、漏极和体端子相互连接,形成电容隧穿结构。注入晶体管以正常方式连接,并施加特定电压以产生热载流子,然后通过电场将热载流子注入浮栅。

在纯电容应用中,FGMOS晶体管既可以制造成N型,也可以做成P型。 对于电荷改变的应用,隧穿晶体管(以及FGMOS)需要嵌入到阱中,因此该技术决定了可以使用的FGMOS的类型。

模拟FGMOS的直流操作的等式可以从描述构建FGMOS的MOS晶体管的操作的等式导出。如果可以确定FGMOS器件的浮栅处的电压,则可以使用标准MOS晶体管模型来表示其漏极到源极电流。因此,为了导出一组模拟FGMOS器件的大信号操作的方程,有必要找到其有效输入电压与其浮栅处的电压之间的关系。

有个输入的FGMOS器件比MOS晶体管多 -1个端子,因此可以定义 + 2个小信号参数: 个有效输入跨导,一个输出跨导和一个体跨导。分别列式如下:

上式中 C T {\displaystyle C_{T}} 是浮动栅极上的总电容。这些方程式揭示了FGMOS的相对MOS晶体管的两个缺点:

在正常情况下,电路中的浮动节点表示错误,因为该节点的初始条件是未知的,除非它以某种方式固定。这会产生两个问题:首先,模拟这些电路并不简单;其次,在器件制备过程中,未知量的电荷可能会滞留在浮栅上,这将导致浮栅电压的初始条件未知。

在为计算机模拟提出的众多解决方案中,最有希望的方法之一是由Rodriguez-Villegas提出的初始瞬态分析(Initial Transient Analysis, ITA),其中浮栅设置为0伏,或根据对在器件制备过后浮栅中俘获的电荷的测量选择已知电压值。随后在外电压设置为其最终值的情况下运行瞬态分析,使输出正常演变。浮栅的值可以随即得出,并可用于后验小信号模拟——使用非常高值的电感器将具有该初始浮栅值的外电压源连接到浮动栅极。

FGMOS的使用和应用可大致分为两种情况。如果在电路使用期间不改变浮栅中的电荷,则可被看作FGMOS的电容耦合操作。

在电容耦合操作中,浮栅中的净电荷不被改变。这种方式的应用实例是单晶体管加法器、DAC、乘法器、逻辑功能与可变阈值逆变器等。

FGMOS作为可编程充电元件时,通常用于非易失性存储器中:如闪存、EPROM和EEPROM存储器。在这类应用中,FGMOS能够在不连接电源的情况下长时间存储电荷,因此十分有用。 FGMOS的其他应用包括模拟存储元件、数字电位器(英语:Digital potentiometer)和神经网络中的神经元计算元件等。

相关

  • 杯伞属杯伞属(学名:Clitocybe,原意为头部倾斜)包含了数百种菇类。这些菇类的特征为白色、灰白色、 浅黄色、奶油色、粉红色或亮黄色的孢子,菌褶垂降到菌柄,以及浅白色、褐色或淡紫色的染
  • 张丕吉张丕吉(1609年-1651年),字百屿,号见先,山东嘉祥县人。清初官员。张丕吉为崇祯十六年(1643年)癸未科进士,入兵部观政,次年甲申之变,流贼李自成陷北京,随即清兵入关,仕清。顺治三年(1646年),补
  • 国家预算调节基金国家预算调节基金,简称“调节基金”,是中国国务院于1989年2月17日颁布、自1989年1月1日起实施、为加强宏观调控能力、补充各级财政资金的不足,对国营企事业单位、机关团体、部
  • 弗里茨·席尔根弗里德里希·“弗里茨”·席尔根(德语:Friedrich „Fritz“ Schilgen,1906年9月8日-2005年9月12日)是一位德国运动员,在1936年夏季奥林匹克运动会中担任运动会主火炬点燃者,且曾是
  • 名草郡名草郡为过去日本和歌山县辖下的郡,已于1896年4月1日与海部郡合并为海草郡。在1879年实施郡区町村编制法(日语:郡区町村編制法)时的辖区包括现在的和歌山市除西部沿海外的大部分
  • 姚士璋姚士璋(1855年-?),原名槱,字厚载,号棫卿。浙江省杭州府仁和县人,清朝政治人物、书法家。光绪十五年(1889年),参加光绪己丑科殿试,登进士二甲79名。同年五月,改翰林院庶吉士。光绪十八年五
  • 木质人体模型木质人体模型,又称为可活动人体模型,是一种漫画和绘画的辅助工具,模型的肢体模仿人体的结构连接而成,按照人体结构设计的可活动关节可以使人偶摆出各种姿势,其尺寸不大,可以放在桌
  • 方力 (1973年)方力(1973年6月18日-),是一名已退役的中国足球运动员。方力为中国足球职业联赛中少有的大学生球员,毕业于上海纺织大学。1998年加入湖北多人多俱乐部征战乙级联赛。1999年底球队
  • 苏尼翁青年雕像苏尼翁青年雕像(英文:Sounion Kouros)是一个古希腊古风时期早期的青年雕像。该雕像比真实人体尺寸大,由大理石雕成,来自纳克索斯岛,约于公元前600年完成制作。该雕像修复后高3.05
  • 夏疾风《夏疾风》(夏疾風/Natsuhayate)是岚的第55枚单曲。于2018年7月25日发行。唱片公司为J Storm。1日 White Love(日语:White Love (Hey! Say! JUMPの曲))(Hey! Say! JUMP) | 8日 呵呵