沟道缩尺对基于IGZO薄膜晶体管的6T1C突触单元模拟神经形态运算的影响

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Impact of Channel Scaling on IGZO TFT-Based 6T1C Synaptic Cells for Analog Neuromorphic Operation

　　

摘要：

基于铟镓锌氧化物（IGZO）薄膜晶体管（TFT）的6T1C突触单元在基于电容的模拟神经形态突触方面前景广阔，然而通道缩放对保持特性和权重更新特性的影响尚未得到充分理解。本工作中，通过对背面栅极交叠式IGZO TFT的标定工艺技术计算机辅助设计（TCAD）仿真，阐明了沟道长度和厚度缩放如何共同影响IGZO 6T1C单元的保持行为以及所需的存储电容。当IGZO TFT嵌入6T1C单元时，保持特性受稳态源漏泄漏电流以及与浮动节点动态相关的位移电流的共同控制，从而存在一个最优沟道长度窗口，可将RC时间常数最大化（量级约为 104 小时）。基于此分析，我们定义了保持等效电容 Creq ，并对沟道尺寸与存储电容进行协同优化，在牺牲目标RC常数的前提下，将 Creq 降低了两个数量级以上，降至亚皮法（sub-pF）水平。电路级仿真证实，在合适的偏置和脉冲条件下，缩放后的单元能够保持线性且对称的多级权重更新，表明减小占面型IGZO突触阵列的潜力。