Physics-Based Device-Circuit Cooptimization Scheme for 7-nm Technology Node SRAM Design and Beyond

静态随机存取存储器 噪声裕度 电子工程 电路设计 节点(物理) 计算机科学 集成电路 电子线路 工程类 电气工程 晶体管 电压 结构工程
作者
Qiang Huo,Zhenhua Wu,Xingsheng Wang,Weixing Huang,Jiaxin Yao,Jianhui Bu,Feng Zhang,Ling Li,Ming Liu
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:67 (3): 907-914 被引量:23
标识
DOI:10.1109/ted.2020.2964610
摘要

This article presents a comprehensive assessment on the 6T static random access memory (SRAM) cell with 7-nm FinFET technology by implementing quantum physics-based device-circuit cooptimization. Seven key device design parameters and their multiple impacts on a 6T SRAM cell are systematically evaluated, focusing on materials band engineering, device design, circuit parameters tradeoff, and variation control. The area of SRAM cell under the same Fin quantization scheme remains constant in all evaluations. To the best of our knowledge, the most comprehensive discussion about circuit optimization from multiple device design parameters perspective is presented. Based on our cooptimization scheme, a SRAM cell is effectively designed. For a low-power and robust SRAM cell design, we achieve 56.7% reduction in leakage, 7.9% improvement in hold noise margin (HNM), 8.6% improvement in read noise margin (RNM), and 10.8% improvement in write margin (WM) at the expense of 19.3% increase in delay under design space of gate length (Lg) and spacer thickness (TSPC). For a high-speed SRAM cell design, we recommend focusing on the optimization of architecture and peripheral circuits. This framework not only has the advantages of easy implementation, technology-friendly, and high accuracy, but also suitable for path-finding researches on 5-nm node and beyond.
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