32纳米碳纳米管场效应晶体管全加器电路级多维度基准测试与统计工艺变异性评估

《Scientific Reports》：Parametric sensitivity and variability-aware evaluation of CNTFET Full adders for robust nanoelectronic design

　　

摘要

碳纳米管场效应晶体管（CNTFETs）为超越硅互补金属氧化物半导体（CMOS）提供了有前景的途径，然而，针对统计工艺变异和系统级验证的全面电路级评估仍然匮乏。本研究利用斯坦福 Verilog-A 紧凑模型，在 32 纳米 CNTFET 技术节点上统一实现了十一种全加器拓扑结构（五种原生 CNTFET 和六种衍生 CMOS）的严谨多维度基准测试。我们系统地评估了标称性能、电源电压调节（0.7–1.1 伏）、频率操作（100–400 兆赫兹）、从 (16,0) 到 (19,0) 的手性向量调节，以及所有八种输入组合下的静态漏电流。蒙特卡洛仿真（200 次迭代，±10% 参数变化）量化了统计良率，表明简化的近似架构实现了近乎完美的鲁棒性（98–100% 良率），而传输门设计则在能效和工艺韧性之间取得了平衡。值得注意的是，Chew 的 17 晶体管加器成为最佳超低功耗典范，实现了 0.081 阿焦的功耗 - 延迟乘积、82% 的统计良率，并且在 4:2 压缩器应用中降低了 3.2 倍的系统功耗。这些发现为基于 CNTFET 的算术单元建立了可操作、考虑变异性的设计指南，弥补了器件物理与实用纳米电子部署之间的差距。