20、新兴负电容场效应晶体管（NCFET）在低功耗应用中的作用

新兴负电容场效应晶体管（NCFET）在低功耗应用中的作用

1. NCFET在低功耗应用中的优势

1.1 NCFET在TPU中的应用

采用超过4000个14nm NC - FinFET设计的张量处理单元（TPU），相比传统FinFET基线，NC FinFET效率提高了2.8倍。基于NC FinFET的TPU缓解了片上过热问题，减少了热点数量，从而降低了对先进冷却方法的需求。这使得基于NC - FinFET的TPU在神经网络应用中具有成本效益，既能降低冷却成本，又能实现比基线FinFET更高的效率。

1.2 体偏置对NCFET性能的影响

2022年的研究发现，在n型NCFET中，随着体偏置的增加，泄漏电流减小，阈值电压增加；而负体偏置的增加会降低阈值电压并提高泄漏电流。NCFET的体因子为负，而传统MOSFET为正，体偏置对NCFET的数字电路设计有益。

1.3 NCFET用于低功耗应用的特性

大量实验和模拟工作表明，NCFET非常适合低功耗应用。它可以通过动态电压频率缩放（DVFS）技术进行有效缩放，即使在3nm和5nm的沟道长度下，也能展现出高效的功率性能。对于低功耗应用，唯一需要关注的参数是栅极诱导漏极泄漏电流（GIDL），可以通过微调器件尺寸来有效降低该电流。

2. 工艺变化对NCFET性能的影响

2.1 界面陷阱的影响

不同结构的NCFET受界面陷阱的影响不同：
| NCFET结构 | 界面陷阱影响 |
| ---- | ---- |
| MFM结构的NCFET | 界面陷阱可增强瞬态响应 |
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