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大规模数字集成电路普遍具挥发性:当电源关断时,存储于数字系统中的信息会丢失;当电源重新开启时,于掉电前一刻存储于数字系统中的信息仍旧无法恢复.该文提出一种新型的利用MFIS场效应管的非挥发逻辑集成电路,能在发生掉电时及时保存数字电路中的信息,上电后再及时恢复.与传统的采用铁电电容作为存储介质的非挥发逻辑电路相比,MFIS场效应管非挥发逻辑集成电路具有诸多优点,在测试设备、节能型的便携式系统中有广泛应用.该文首先构建了MFIS场效应管的HSPICE宏模型,验证了该模型的正确性并将其运用于电路仿真.其后,设计了整个非挥发逻辑系统,HSPICE仿真验证了功能并完成版图设计.接着,用分立元件在PCB板上搭建了非挥发逻辑电路,其中各个功能模块均通过测试,有望与MFIS场效应管相连实现非挥发逻辑功能,验证了将MFIS场效应管运用于非挥发大规模数字集成电路的可行性.同时,该文首次提出多态非破坏性读出铁电不挥发存储器的概念,能在一个铁电不挥发存储单元中存储多位二进制数据.其利用的是铁电薄膜饱和和非饱和电滞回线的剩余极化强度来表征多种状态.从而,有效地减小了存储器芯片面积和功耗,与现今主流的存储器相比,极具市场竞争力.该文构建了多态MFIS场效应管的HSPICE宏模型,给出了多态非破坏性读出铁电不挥发存储单元的基结构,并研究了其读写时序.接着讨论了多态非破坏性读出铁电不挥发存储器阵列的总体架构,并给出了一个4×4阵列的具体框图.最后是总结和对研究工作的展望.