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The Device and Circuit Level Benchmark of Si-Based Cold Source FETs for Future Logic Technology

香料 水准点(测量) MOSFET 符号 晶体管 计算机科学 电气工程 算法 数学 电压 工程类 算术 大地测量学 地理
作者
Guodong Qi,Weizhuo Gan,Lijun Xu,Jiangtao Liu,Qihang Yang,Xiaona Zhu,Jiuren Zhou,Xinyu Ma,Guangxi Hu,Tao Chen,Shaofeng Yu,Zhenhua Wu,Huaxiang Yin,Ye Lü
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:69 (6): 3483-3489 被引量:4
标识
DOI:10.1109/ted.2022.3164372
摘要

Si-based cold source field-effect transistor (CSFET) combines the benefits of sub-60-mV/dec steep-slope switching, high ${I}_{ \mathrm{\scriptscriptstyle ON}}$ current, and compatibility with current Si CMOS process technology. Therefore, it is a promising candidate for future energy-efficient logic technology. For the first time, we present device and circuit benchmark of Si-based gate-all-around (GAA) CSFET versus conventional GAA MOSFET. The device's characteristics are first generated using a calibrated multiscale TCAD framework. Then a novel SPICE device compact model based on neural network is created to capture the unique CSFET ${I}-{V}$ and ${C}-{V}$ data with high precision. This SPICE model further enables the circuit benchmark simulations. Through this approach, it is identified that compared with GAA MOSFET, Si-based GAA CSFET shows up to 67% performance/power gain for a supply voltage ( ${V}_{\text {dd}}$ ) below 0.43 V in an ideal gate-loaded ring oscillator circuit. It is 70% more energy-efficient in the capacitive-loaded fan-out of 4 (FO4) inverter circuit. Finally, the comparisons of GAA CSFETs with different nanosheet widths are accomplished for design technology cooptimization (DTCO) purpose.
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