用于可重构逻辑电路的电子器件制造技术

本发明专利技术涉及一种电子器件，其包括彼此电耦合的场效应晶体管和电阻开关，其中所述电阻开关被构造来在低电阻状态和高电阻状态之间切换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于可重构逻辑电路的电子器件本专利技术涉及用于电子器件，并且具体而言，涉及用于诸如场可编程门阵列的逻辑 电路中的电子器件。自从20世纪60年度初以来，电子产品的周转时间已经被不断地缩短。这导致创 造利润的周期缩短，并且导致对于允许缩短新产品的开发时间以及减小生产成本的可重构 电子电路的需要增大。场可编程门阵列(FPGAs)常用于形成可重构器件。场可编程门阵列是包含可编程 逻辑部件和可编程互连的半导体器件，其中，所述可编程逻辑部件可以被编程以执行基本 的逻辑门的功能，诸如AND和M)R，更复杂的组合功能，诸如解码器或数学功能。FPGAs还可 以包括存储器元件。可编程互连允许在FPGAs被制造之后根据需要的逻辑部件的互连实现 任意逻辑功能。FPGAs是通用处理器和物理优化宏之间的良好折衷口]。但是，已知FPGAs在集成 密度、速度和能效方面的性能还太低，不能在众多产品中使用。在附图说明图1中概述了用于实现可重构性的常用可编程逻辑阵列(PLA)。其由两个交叉 开关阵列(crossbar)构成。上部的交叉开关阵列是所谓的“AND”平面，下部的交叉开关阵 列是“OR”平面。交叉开关阵列由多个二极管构成。只有选定的结处二极管是起作用的，而 在其他的结处，二极管被灭活并绝缘。根据二极管在交叉开关阵列的交叉点处的配置，可以 运算各种布尔函数。这在图1中以两种逻辑函数进行了举例说明。PLAs的缺点是低功率效 率。根据二极管-电阻器逻辑，功率被耗散于阻抗中，即使在静态条件下。这排除了 PLAs 用于具有高集成密度的低功率应用的用途。Likharev等人在2005年提出了可重构器件的新概念。在该概念中，CMOS 电路被与分子交叉开关阵列组合。CMOS层由多个反相器组成，所述反相器通过小的引针与 分子交叉开关阵列连接，所述分子交叉开关阵列布置在硅晶片的顶面上。交叉开关阵列中 的分子层具有开关的功能性，即在上电极和下电极的每一个交叉点处，分子层的传导状态 可以被在导电状态和绝缘状态之间切换。通过在交叉开关阵列中的不同结处进行不同地切 换，此体系结构可以实现不同的功能性。与PLAs相似，CMOL概念依赖于接线的OR逻辑。然 而，这样的逻辑同样具有低的功率效率，并且实现具有高集成密度的低功率器件很困难。2007年Hewlett Packard公布了用于将CMOS电路与电阻开关元件的交叉开关阵 列组合的场可编程纳米线互连的新概念。此概念以Liliharev等人的CMOL概念为基础。 如在CMOL概念中一样，电阻开关元件的交叉开关阵列被布置在CMOS晶片的顶面上。与CMOL 概念不同，CMOS层不仅包括反相器，还包括完整的逻辑功能例如NAND、N0R或缓冲单元。在 CMOS层中运算完整的逻辑。CMOS层的顶面上的交叉开关阵列仅仅连接硅晶片中的不同基 本单元。此概念解决了功能效率问题。由于使用完整的CMOS基本单元，这些器件是非常功 率高效的，并且具有非常高的集成密度。但是，完整单位单元的选择在某种程度上限制了可 重构电路的灵活性。单位单元的特定选择可能对于特定任务是最合适的。但是，这可能引起其不适于其他任务或对于其他任务而言不是高效的问题。具体地，如果保持基本单元非常简单以保持逻辑电路通用性，S卩如果基本单元仅 仅由反相器构成，FPNI概念将失去其高集成密度，因为交叉开关阵列的每一个电极只能够 连接到一个CMOS基本单元。因此，在给定面积上存在有限数量的CMOS基本单元之间的连 接，这样的给定面积可能不足以组合具有低功能性的单位单元来获得期望的FPGA功能性。 因此，不能实现与通用体系结构相结合的高集成密度。本专利技术的目的是提供用于诸如FPGA的逻辑电路的电子器件，其作为可重构电路 中的部件允许高灵活性并提供高集成密度。本目的通过包括权利要求1的特征的电子器件和包括权利要求11的特征的方法 得以实现。在从属权利要求中限定了本专利技术的优选实施方式。根据本专利技术，提供了一种电子器件，其包括彼此电耦合的场效应晶体管和电阻开 关，其中所述电阻开关被构造来在低电阻状态和高电阻状态之间切换。电阻开关包括电阻开关材料，所述电阻开关材料包含两种其中电阻开关材料的电 阻不同的状态低电阻(“开”)状态和高电阻(“关”)状态。通过施加正或负的电压脉冲， 其可以在这些状态之间切换。电阻开关材料的状态被保持在材料中，即便是没有施加电压。因为可以依赖于开关的状态根据期望的功能性激活或灭活器件，所以该器件可以 被用于可重构器件，诸如场可编程门阵列。与CMOL或FPNI概念不同，单个晶体管与单个开关组合。因此，根据本专利技术的可重 构元件处于最低的逻辑水平。根据优选实施方式，电子器件包括层叠结构，并且电阻开关被布置在场效应晶体 管的顶部。此外，绝缘体可以被设置在场效应晶体管上，例如作为场效应晶体管的一部分， 即设置在场效应晶体管和电阻开关之间。这提供了易于制造的电子器件，该电子器件具有 通过单个电阻开关和场效应晶体管的非常高的空间效率实现的高集成密度。根据进一步优选的实施方式，电阻开关被布置在场效应晶体管的栅极的顶部，并 且电阻开关的第一接触被设置在电阻开关的与所述栅极相反的顶部，其中，所述第一接触 与场效应晶体管的源极或漏极电连接。优选地，第一接触通过互连与场效应晶体管的源极 或漏极连接。互连可以垂直于场效应晶体管和器件的主平面来布置。根据另一实施方式，电阻开关的第二接触被设置在场效应晶体管的栅极和电阻开 关之间。优选地，栅极被包埋在覆盖场效应晶体管并防止与电阻开关材料接触的绝缘层中。 根据本实施方式，第一和第二接触与电阻开关材料组合形成开关，并且第一接触与场效应 晶体管的源极或漏极的电连接导致开关与场效应晶体管的串联连接，具体地，开关与晶体 管的源极和漏极的串联连接。接通电阻开关允许到晶体管的电连接，具体地到其源极或漏 极的电连接。关断电阻开关断开晶体管。根据另一实施方式，场效应晶体管的栅电极被形成为电阻开关的第二接触。通过 将电阻开关材料与场效应晶体管的栅极和源极或漏极电连接，施加在源极和栅极之间的电 压依赖于开关的状态。如果开关闭合，栅极和源极之间的电压降较低。或者，如果开关打开， 栅极和源极之间的电压降较高。因此，开关的状态控制栅极-源极电压，并且控制源极和漏 极之间的晶体管沟道的电阻。可以通过电阻开关的小电阻变化控制源极和漏极之间的大电 阻变化。因此，根据本实施方式的电子器件可以用作阻抗转换器。4根据进一步优选的实施方式，电阻开关的第二接触还与场效应晶体管的源极和漏 极中的另一个电连接。因此，得到包括与场效应晶体管并联连接的开关的器件。接通电阻 开关短路晶体管。关断电阻开关允许晶体管的常规操作，并且根据其栅极的状态，电流在源 极和漏极之间流动。上述电子器件可以用作可重构电路的NAND或NOR门。根据另一实施方式，电阻开关包括电阻开关材料，所述电阻开关材料包括具有电 阻开关特性的金属-绝缘体-金属结和分子层中的一种。此外，根据一个实施方式，提供了一种逻辑电路，所述逻辑电路包括彼此电耦合的 上述器件中的一个或多个以形成诸如FPGA的器件阵列。通过相应地接通或关断电阻开关， 可以用一种阵列实现具有不同配置的逻辑电路。根据另一实施方式，电子器件被布置成阵列，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．电子器件，包括：彼此电耦合的场效应晶体管（１）和电阻开关（１７），其中所述电阻开关（１７）被构造来在低电阻状态和高电阻状态之间切换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑞内·怀兹，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP