基于薄膜晶体管的功率优化结构及其应用

本申请实施例涉及集成电路，尤其涉及一种基于薄膜晶体管的功率优化结构及其应用。

背景技术：

1、物联网(internet of things，iot)设备作为人类与物理世界之间至关重要的接口，在多个领域已得到广泛应用。随着各种前沿的iot应用领域的兴起，对于器件的性能的需求也越来越多。除了低功耗、低成本等核心需求以外，还包含了柔性、透明等传统硅基器件难以满足的需求，这使得寻找新型器件的重要性愈发迫切。薄膜晶体管(thin filmtransistor，tft)是一种场效应晶体管，可以制造在非常薄的绝缘层上。近些年来，薄膜晶体管，特别是例如金属氧化物薄膜晶体管(metal-oxide thin-film transistor，mo tft)，由于其具备柔性、低成本、透明和仅需低温工艺等特性，在射频识别(rfid)标签、可穿戴电子设备、生物医疗监测等iot领域受到了广泛的关注。

2、然而，现有的tft尤其是mo tft在实现功率高效的cmos逻辑电路方面面临挑战。而且，由于iot设备往往依赖于微小的电池工作，其功率有着极大的限制，这使得在iot应用中电路功耗的重要性通常远远高于电路性能。因此，高功耗的缺点成为了限制tft电路进一步发展的主要阻碍。

技术实现思路

1、本申请实施例解决的技术问题是提供一种基于薄膜晶体管的功率优化结构，降低电路工作过程中的短路功耗，缓解薄膜晶体管电路功耗高的问题。

2、为解决上述问题，第一方面，本申请实施例提供一种基于薄膜晶体管的功率优化结构，包括：薄膜晶体管，包括源极、漏极以及栅极；耦合电容，串联在所述薄膜晶体管的栅极，其中，所述耦合电容的电容值cs的取值范围为：col，gs＜cs＜cch，gs，和/或col，gd＜cs＜cch，gs。其中，col，gs为所述薄膜晶体管的栅极和源极的交叠电容，col，gd为所述薄膜晶体管的栅极和漏极的交叠电容，cch，gs为所述薄膜晶体管的栅极和源极的沟道电容。

3、可选的，所述耦合电容的电容值cs的取值范围为：100col，gs＜10cs＜cch，gs，和/或100col，gd＜10cs＜cch，gs。

4、可选的，所述耦合电容的电容值cs的取值范围为：col，gs＜＜cs＜＜cch，gs，和/或col，gd＜＜cs＜＜cch，gs。

5、可选的，所述薄膜晶体管为金属氧化物薄膜晶体管、氢化非晶硅薄膜晶体管、多晶硅薄膜晶体管、有机薄膜晶体管。

6、可选的，所述薄膜晶体管工作在接近其阈值电压的电压范围内。

7、第二方面，本申请实施例还提供一种基于薄膜晶体管的功率优化结构，包括：薄膜晶体管，包括源极、漏极以及栅极；耦合电容，串联在所述薄膜晶体管的栅极，其中，所述耦合电容的电容值cs等于或略小于所述薄膜晶体管的栅极和源极的交叠电容col，gs、所述薄膜晶体管的栅极和漏极的交叠电容col，gd中的至少一个；或者所述耦合电容的电容值cs等于或略大于所述薄膜晶体管的栅极和源极沟道电容cch，gs。

8、第三方面，本申请实施例还提供一种基于薄膜晶体管功率优化结构的单型电路，包括：第一薄膜晶体管m1、第一耦合电容c1、第二薄膜晶体管m2、第二耦合电容c2；其中，所述第一耦合电容c1串联在所述第一薄膜晶体管m1的栅极，所述第二耦合电容c2串联在所述第二薄膜晶体管m2的栅极，所述第一薄膜晶体管m1的源极连接所述第二薄膜晶体管m2的漏极；其中，所述第二耦合电容c2的取值范围为：c2ol，gs＜c2＜c2ch，gs，和/或c2ol，gd＜c2＜c2ch，gs。其中，c2ol，gs为所述第二薄膜晶体管m2的栅极和源极的交叠电容，c2ol，gd为所述第二薄膜晶体管m2的栅极和漏极的交叠电容，c2ch，gs为所述第二薄膜晶体管m2的栅极和源极的沟道电容。

9、可选的，所述第一耦合电容c1的取值范围为：c1ol，gs＜c1＜c1ch，gs，和/或c1ol，gd＜c1＜c1ch，gs。其中，c1ol，gs为所述第一薄膜晶体管m1的栅极和源极的交叠电容，c1ol，gd为所述第一薄膜晶体管m1的栅极和漏极的交叠电容，c1ch，gs为所述第一薄膜晶体管m1的栅极和源极的沟道电容。

10、可选的，所述第一薄膜晶体管m1和/或所述第二薄膜晶体管m2为金属氧化物薄膜晶体管。

11、第四方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括前述的基于薄膜晶体管的功率优化结构和/或前述的基于薄膜晶体管功率优化结构的单型电路。

12、与现有技术相比，本申请实施例的技术方案具有以下优点：

13、本申请实施例提供的基于薄膜晶体管的功率优化结构能及其应用够在不降低电源电压的情况下，实现薄膜晶体管的近阈值操作，可以极大地降低电路工作过程中的短路功耗，缓解薄膜晶体管电路功耗高的问题。上述结构特别适用于那些对功耗敏感的应用，如可穿戴设备、移动设备等。

技术特征：

1.一种基于薄膜晶体管的功率优化结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于薄膜晶体管的功率优化结构，其特征在于，所述耦合电容的电容值cs的取值范围为：

3.如权利要求1所述的基于薄膜晶体管的功率优化结构，其特征在于，所述耦合电容的电容值cs的取值范围为：

4.如权利要求1所述的基于薄膜晶体管的功率优化结构，其特征在于，所述薄膜晶体管为金属氧化物薄膜晶体管、氢化非晶硅薄膜晶体管、多晶硅薄膜晶体管、有机薄膜晶体管。

5.如权利要求1所述的基于薄膜晶体管的功率优化结构，其特征在于，所述薄膜晶体管工作在接近其阈值电压的电压范围内。

6.一种基于薄膜晶体管的功率优化结构，其特征在于，包括：

7.一种基于薄膜晶体管功率优化结构的单型电路，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的基于薄膜晶体管功率优化结构的单型电路，其特征在于，所述第一耦合电容c1的取值范围为：

9.如权利要求7所述的基于薄膜晶体管功率优化结构的单型电路，其特征在于，所述第一薄膜晶体管m1和/或所述第二薄膜晶体管m2为金属氧化物薄膜晶体管。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-6任一权利要求所述的基于薄膜晶体管的功率优化结构和/或如权利要求7-9任一权利要求所述的基于薄膜晶体管功率优化结构的单型电路。

技术总结本申请涉及一种基于薄膜晶体管的功率优化结构，包括：薄膜晶体管以及耦合电容，所述耦合电容串联在所述薄膜晶体管的栅极，本申请在薄膜晶体管器件栅极串联特定电容值的耦合电容，并根据薄膜晶体管的交叠电容、沟道电容设置该耦合电容的范围，从而降低电路工作过程中的短路功耗，缓解薄膜晶体管电路功耗高的问题。技术研发人员：赵凯,付怡鑫,王志轩,赵钰迪,董俊辰受保护的技术使用者：北京信息科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29