Design Insights of Nanosheet FET and CMOS Circuit Applications at 5-nm Technology Node

猜想 符号 数学 算法 离散数学 算术
作者
V. Bharath Sreenivasulu,Vadthiya Narendar
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:69 (8): 4115-4122 被引量:54
标识
DOI:10.1109/ted.2022.3181575
摘要

In this article, FinFET, vertically stacked gate-all-around (GAA) nanowire (NW), and nanosheet (NS) FETs performance are estimated with equal effective channel widths ( ${W}_{eff}$ ) at the 5-nm technology node (N5). The comparison reveals that NS FET exhibits the highest ON current ( ${I}_{ \mathrm{\scriptscriptstyle ON}}$ ), the lowest OFF current ( ${I}_{ \mathrm{\scriptscriptstyle OFF}}$ ), and the largest ${I}_{ \mathrm{\scriptscriptstyle ON}}/{I}_{ \mathrm{\scriptscriptstyle OFF}}$ ratio with better subthreshold performance. We also explore the geometrical variation of the NS FET toward better dc and analog/RF applications and outlined the necessary design guidelines. Moreover, the robustness of NS FET for temperature variations is also performed and analyzed. Finally, the effect of NS width ( $\text{NS}_{W}$ ) on common source (CS) amplifier, CMOS inverter, and ring oscillator circuits is performed by the Verilog-A model in the CADENCE simulator. An increment of 45.11% in oscillation frequency ( $f_{osc}$ ), 155.5% rise in CS amplifier gain, $2.5\times $ increment in energy-delay product (EDP), and marginal reduction in inverter noise margin (NM) is noticed with larger $\text{NS}_{W}$ . From the result analysis, it is noticed that for sub-5-nm technological nodes, NS FETs exhibit superior performance and ensure fundamental scaling.

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