PPT《用电场屏蔽方法封装量子》

用电场屏蔽方法封装量子 02级物理一班 黄亮PB02203151 单元逻辑器件 指导老师:叶邦角

一、QCA简介

二、QCA做逻辑器件的优点

三、用QCA做逻辑器件的现状

四、QCA做出实用的逻辑器件所面临的五大挑战

五、解决信号干扰问题的模型

六、结论参考文献致谢 目录返回首页

一、 QCA简介 返回目录 量子单元自动操作(quantum cellular automata),简称QCA.

在这种结构中,每个单元保持两个电子.构成一个电容器,它们有两种极化状态,分别表示

0 和

1 (如右图).相邻的单元之间以库仑力相互作用,而且无需以其他方法连接,这种单元的列阵可以用来传输二进位信息,能够应用布氏原理进行操作,模拟复杂的功能,显示了制造超大规模集成电路的前景 . 图解:当相邻的两个单元状态分别为

1 和

0 时,系统处于高能态,这时状态为

0 的单元将变为状态

1 ,以使系统处于低能态.把一系列这种量子单元有序的排列起来就可以不通过电流而实现二进制信息的传递.

二、QCA做逻辑器件的优点 高集成度(High functional density)在本文的结论中,QCA逻辑器件的尺寸可以控制在250nm.而目前,在传统的半导体工业中,仅是逻辑器件中一个CMOS场效应管要做到250nm的尺寸就已经很难了,要作出一个有特定逻辑功能的逻辑器件则尺寸比QCA器件大一到二个数量级,甚至更多.即QCA器件比CMOS器件的体积小3~6个数量级,可见QCA逻辑器件的前景十分广阔. 信号传导无需导线(No interconnect in signal path);

高速,低功耗(Fast and low power). 返回目录

三、用QCA做逻辑器件的现状 QCA逻辑器件的几大优点正是当前微电子技术的所亟待解决的几大难题,因此很多科学家纷纷把过目光转向这种新的逻辑器件制作方法. 目前,在理论上已经可以构造出代替导线的QCA 导线 和与门、或门、反向器等逻辑电路所需的基本逻辑门,甚至能构造出较复杂的逻辑电路. 下面以图片的形式列出几种典型的QCA逻辑器件和由这些逻辑器件组成的二进制全加器. 返回目录 A.面积为5961 nm2的量子单元组 B.在SEM下的量子单元图像和手工绘 制的量子单元轮廓 返回目录 普通QCA 导线 有两个输出端QCA 导线 三输入的QCA与门 QCA反向器 返回目录 完全用QCA单元构造的二进制全加器 图解: 该器件由 QCA导线 、反向器和高电平有效的多输入门组成.Ci-1是向前进位控制端,Ci是向后进位控制端S端输出A和B全加后的结果.在整个运算过程中无须外界提供任何能量,因此其功耗极低. 返回目录

四、QCA做出实用的逻辑器件所面 临的五大挑战 低扇出数(Limited fan out);

尺度控制(Dimensional control);

结构的构造(Architecture);

有用反馈的引入(Feedbackfromdevices);

对干扰信号的屏蔽(Background charge). 返回目录

五、解决信号干扰问题的模型 根据计算和实验的结果,若外界干扰信号对QCA单元作用的能量超过QCA单元状态转变所需能量的十分之一,此时干扰是有效的,QCA单元将由一个状态转变为临一个状态. 为避免上述情况发生,我们必须保证干扰信号作用在QCA单元上的能量不超过0.0022MeV[6].? 返回目录 为简化计算,现建立一个同心球模型,模型中包括一个半径为R的金属球a和一个半径为r的带电球b.b是一个QCA逻辑器件,a是为b做的封装.若满足以下条件,即可认为封装b成功的解决了为QCA器件屏蔽干扰信号的问题.1. 金属球可以把外界的电场屏蔽掉 (需要考虑由于金属球过小而不能 提供足量的感应电荷) 2.金属球内壁上的电子打在b上时,没有足够的能量改变QCA单元的 状态. 返回目录 b a I.先看第一个条件设外电场为均匀电场E0=5V,R=150nm,则静电平衡时,金属球内部感应电荷产生的电场:由高斯定理[8]: 从而 这相当于的电子数为结论1:封装中至少要有83个自由电子 返回目录 II.再看第二个问题 电子的能量包括四部分:(1)设电子从金属球内壁跑出来消耗的能量为 设球a全部由 构成, 则原子最外层电子的能量[7]: (σ=2*0.85+3*0.35 ,Z=6,n=2)2)设R=150nm,r=100nm,b中有10个QCA单元,每个单元带电量为2e,则b的电 量Q=20e;