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最小邏輯電路 單電子半加器成功研制

秩名 發(fā)表于 2012-11-25 23:50 | 分類標簽:單電子半加器邏輯電路

據(jù)物理學家組織網報道,研究人員一直在努力降低硅基計算組件的尺度,以滿足日益增長 的小規(guī)模、低能耗計算需求。這些元件包括晶體管和邏輯電路,它們都被用于通過控制電壓來處理電子設備內的數(shù)據(jù)。在一項新研究中,韓國、日本和英國科學家組 成的科研小組僅用5個晶體管就制造出一個半加器,它是 所有邏輯電路中最小的一種。

這也是首次成功制成基于單電子的半加器(HA)。相關研究報告發(fā)表在最新 一期《應用物理快報》上。

研究人員稱,單電子半加器是單電子晶體管多值邏輯電路家族中最小的運算模塊,所有的邏輯 電路都由眾多半加器組合而成。半加器電路是指對兩個輸入數(shù)據(jù)位進行加法,輸出一個結果位和進位,不產生進位輸入,是實現(xiàn)兩個一位二進制數(shù)的加法運算電路。 由于具備尺寸小、能耗低和運行速度快等優(yōu)勢,半加器邏輯單元有望成為下一代太比特級別的納米電子設備,其也將應用于計算機和移動設備的存儲器和中央處理器 中。此外,半加器還具有兩個附加的功能:多值和靈活,因而單電子半加器單元將為超高密度和低能耗的超大規(guī)模集成提供基礎,這也是未來小型移動IT系統(tǒng)所面 臨的最關鍵問題之一。

制造一個傳統(tǒng)的CMOS(互補金屬氧化物半導體)半加器,至少需要20個場效應晶體管; 而單電子半加器采用了新的單電子晶體管結構,內含兩個對稱的側柵極,因此科學家僅用3個單電子晶體管和2個場效應晶體管就制造出了一個半加器。另 外,CMOS半加器采用的是二進制模式,也就是基于0和1運行;而單電子半加器為多值和靈活模式,能有效提升集成的密度。但這種半加器需在制造中令3個單 電子晶體管在庫倫振蕩中處于同一相位,這就需要十分復雜的納米制造過程給予支持,因此單電子半加器此前的制造一直停滯不前。此外,科研人員還證明了只要簡 單地改變單電子晶體管的控制柵,就能將半加器模式轉換成減法運算模式。在減法模式中,加法及進位功能將變成不同的借用功能。

雖然目前這一技術仍需在10K(零下263.15攝氏度)的低溫情況下運行,但科研人員對未來依舊充滿信心,他們目前已成功制成了室溫下可運行的硅單電子晶體管復合開關。而以這些晶體管作為基礎元件,將為實現(xiàn)室溫下可運行的單電子多值半加器帶來新的希望。

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