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科学家首次研制成功单电子半加器

2012-11-25 15:01
Hsiao Chen
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  据物理学家组织网11月21日报道,研究人员一直在努力降低硅基计算组件的尺度,以满足日益增长的小规模、低能耗计算需求。这些元件包括晶体管和逻辑电路,它们都被用于通过控制电压来处理电子设备内的数据。在一项新研究中,韩国、日本和英国科学家组成的科研小组仅用5个晶体管就制造出一个半加器,它是所有逻辑电路中最小的一种。

  这也是首次成功制成基于单电子的半加器(HA)。相关研究报告发表在最新一期《应用物理快报》上。

  研究人员称,单电子半加器是单电子晶体管多值逻辑电路家族中最小的运算模块,所有的逻辑 电路都由众多半加器组合而成。半加器电路是指对两个输入数据位进行加法,输出一个结果位和进位,不产生进位输入,是实现两个一位二进制数的加法运算电路。由于具备尺寸小、能耗低和运行速度快等优势,半加器逻辑单元有望成为下一代太比特级别的纳米电子设备,其也将应用于计算机和移动设备的存储器和中央处理器 中。此外,半加器还具有两个附加的功能:多值和灵活,因而单电子半加器单元将为超高密度和低能耗的超大规模集成提供基础,这也是未来小型移动IT系统所面 临的最关键问题之一。

  制造一个传统的CMOS(互补金属氧化物半导体)半加器,至少需要20个场效应晶体管; 而单电子半加器采用了新的单电子晶体管结构,内含两个对称的侧栅极,因此科学家仅用3个单电子晶体管和2个场效应晶体管就制造出了一个半加器。另外,CMOS半加器采用的是二进制模式,也就是基于0和1运行;而单电子半加器为多值和灵活模式,能有效提升集成的密度。但这种半加器需在制造中令3个单 电子晶体管在库伦振荡中处于同一相位,这就需要十分复杂的纳米制造过程给予支持,因此单电子半加器此前的制造一直停滞不前。此外,科研人员还证明了只要简 单地改变单电子晶体管的控制栅,就能将半加器模式转换成减法运算模式。在减法模式中,加法及进位功能将变成不同的借用功能。

  虽然目前这一技术仍需在10K(零下263.15摄氏度)的低温情况下运行,但科研人员对未来依旧充满信心,他们目前已成功制成了室温下可运行的硅单电子晶体管复合开关。而以这些晶体管作为基础元件,将为实现室温下可运行的单电子多值半加器带来新的希望。

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