能量恢复型CMOS芯片漏功耗减小技术

近年来，随着CMOS芯片加工尺寸的进一步缩小，漏电流呈指数形式上升，漏功耗已成为集成电路继续发展的一个关键制约因素。本项目选择集成电路芯片中乘法器、时序电路与存储器三类主要功耗源作为研究对象，探索以减小漏功耗为目标的能量恢复型电路新结构和实现方案，对能量恢复型电路功控休眠漏功耗减小技术、能量恢复型电路活动漏功耗减小实现方案等若干关键技术问题进行探索性研究，提出新的具有一定前瞻性的集成电路芯片漏功耗减小技术，期望以此为纳米级CMOS芯片的低功耗设计提供一个可选择的实现方案。由于能量恢复型电路与传统CMOS电路采用不同的电路结构，工作原理也不尽相同，对能量恢复型集成电路漏功耗减小技术的研究，需要进行创新性的探索。由于可采用标准CMOS工艺制作，这项技术可直接应用于集成电路芯片中。功耗是电子信息产品的重要功耗源，减小芯片漏功耗不仅具有重大技术意义，还将产生重大的经济与社会效益。

本项目选择集成电路芯片中乘法器、时序电路与存储器三类主要功耗源作为研究对象，对能量恢复型电路漏电流行为特性、功控休眠漏功耗减小技术、能量恢复型电路活动漏功耗减小技术等若干关键技术问题进行探索性研究，提出了以减小漏功耗为目标的能量恢复型电路新结构和实现方案。(1) 对能量恢复型电路的漏电流行为特性进行了详细的调查与分析，在此基础上建立了常用功控能量恢复型电路的漏功耗计算模型以及能量恢复型电路活动漏功耗的估计方法；(2) 探索了能量恢复型电路功控休眠技术，通过关闭能量恢复型电路中的某些空闲电路模块，寻找到了有较小漏功耗的几种能量恢复型电路功控休眠实现方案；(3) 对能量恢复型电路活动漏功耗减小技术进行了研究，提出了能量恢复型电路双阈值技术、晶体管堆垛技术、沟道长度偏置技术以及P型电路设计技术，以减小电路工作状态下的活动漏功耗；(4) 研究并给出了能量恢复型电路漏功耗减小技术在实际电路中的应用方案。由于可采用标准CMOS工艺制作，这项技术可直接应用于集成电路芯片中。