[发明专利]基于可调同质结场效应器件的单元电路及多功能逻辑电路

说明书

本发明公开了基于可调同质结场效应器件的单元电路以及多功能逻辑电路，对应的设计方案包括四步：可调同质结器件的结构搭建、可调同质结器件的多功能电学操作实现、基本逻辑单元电路的设计以及级联单元逻辑电路实现复杂逻辑功能；本发明首先设计了基于双极性场效应特性材料的可调同质结器件；然后在该器件中引入源漏电压的极性作为额外的控制信号，进一步，通过对三个可重构逻辑单元进行级联，设计出了具有执行全加器和减法器逻辑功能的多功能逻辑电路，本发明所设计的逻辑单元电路具有执行可重构逻辑功能的能力。利用级联单元电路构建的逻辑电路不仅能够同时执行全加器和减法器等逻辑功能，而且所需要的晶体管资源和所占面积相比于传统CMOS技术得到极大地减少。

技术领域

本发明涉及半导体材料和器件领域，具体涉及一种基于可调同质结场效应器件的单元电路，以及在该单元电路基础上得到的多功能逻辑电路、加法器和减法器的逻辑电路。

背景技术

随着诸如人工智能，物联网，可植入医疗等新型电子应用产业的兴起，具有低功耗、柔性、生物相容性等新兴需求的多功能逻辑电路逐渐成为研究热点。而传统硅基逻辑电路难以满足诸如此类的多样化的应用需求，一方面，硅基器件功能单一，构建多功能逻辑电路需要耗费大量晶体管资源，这会增加电路的功耗；另一方面，硅基器件难以满足柔性、生物相容性等需求，使得硅基逻辑电路难以应用于相关领域。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于可调同质结场效应器件的单元电路，其解决了多功能逻辑电路需要的晶体管多，资源浪费的问题。

技术方案：一方面，本发明公开基于可调同质结场效应器件的单元电路，所述单元电路E包括：

第一输入端V_in1，用于接收第一输入电压信号；

第二输入端V_in2，用于接收第二输入电压信号；

第三输入端V_in3，用于接收第三输入电压信号；

第一可调同质结场效应晶体管M1，其源极S1耦接至第一输入端，所述靠近源极S1的栅极电极1a连接至第二输入端，其靠近漏极的栅极电极1b耦接至第三输入端；

第二可调同质结场效应晶体管M2，其源极S2耦接至第三输入端，所述靠近源极S2的栅极电极2a连接至第二输入端，其靠近漏极的栅极电极2b耦接至第一输入端；

所述第一可调同质结场效应晶体管与第二可调同质结场效应晶体管的漏极相连，并由其连接点的输出作为输出端V_out；

所述第一可调同质结场效应晶体管M1和第二可调同质结场效应晶体管M2的结构相同，包括衬底绝缘材料、沟道材料层、绝缘层和金属电极层；所述金属电极层包括漏电极层、源电极层、栅电极层A和栅电极层B，所述栅电极层A和栅电极层B并列制备于衬底绝缘材料之上，且栅电极层A和栅电极层B之间留有间隙，保证二者之间电绝缘，绝缘层完全覆盖于栅电极层A和栅电极层B之上，所述漏电极层置于所述栅电极层A上方的沟道材料层的左侧边缘，所述源电极层置于所述栅电极层B上方的沟道材料层的右侧边缘，即栅电极层A与M1中的栅极电极1b对应，栅电极层A与M2中的栅极电极2b对应，栅电极层B与M1中的栅极电极1a对应，栅电极层B与M2中的栅极电极2a对应。

进一步的，包括：

若第一输入端V_in1和第三输入端V_in3分别输入信号A和信号B，第二输入端V_in2输入高电平，输出端V_out输出为与门，逻辑运算结果为AB，

第二输入端V_in2输入低电平，输出端V_out输出为或门，逻辑运算结果为A+B，