“微机电逻辑开关”解决集成电路功耗问题
2013-03-16 20:03:51   来源：微迷   评论：0   点击：

中科院上海微系统与信息技术研究所 刘畅、俞文杰

在如今的集成电路设计中，功耗已经成为日趋重要的考量因素。在主流的CMOS技术中，由于物理上的本质原因，在先进制程上功耗越发难以降低，功耗已成为未来限制其发展的主要瓶颈。因此，新型开关器件已成为当前的热点研究问题之一。

最近，国外报道了一种名为“微机电逻辑开关”（MEMS Relay）的新型器件，这种开关基于MEMS工艺制作，巧妙利用静电力进行驱动，可以用相对简单的表面微机械加工工艺就可以制造，具有MEMS器件所具有的普遍优点。该器件具有与MOS器件相似的开关功能，可以实现数字逻辑电路所需要的基本逻辑功能。

与主流的CMOS技术相比，基于MEMS技术的逻辑开关依靠静电力控制开关，利用电极间的金属接触导通电流，因此它的关态漏电流几乎为零，且具有非常陡直的开关特性曲线，即亚阈值摆幅很小，同时工作电源电压也可以做到很小。这些特性表明，MEMS开关可以有效的把功耗控制的很小。同时，简单的制造工艺和易于集成的特点，也使大规模应用成为可能。

目前，90nm制程的MEMS开关所构成的32位加法器已经制作了出来，与同样制程的CMOS加法器相比，虽然延时变大了一些并且增加了大约3倍的面积，但是减少了10倍以上的功耗。虽然MEMS开关在可靠性和电路设计等问题上还有待进一步的研究，但其在实现低功耗方面显示出了很大的潜力，目前的研究工作为今后进一步的发展和应用奠定了基础。

图1 MEMS开关的结构图

图2 MEMS开关的I-V特性曲线和扫描电子显微镜照片