《电磁学》课程教学资源（课堂拓展）用电场屏蔽方法封装量子单元逻辑器件

用电场屏蔽方法封装量子单元逻辑器件

用电场屏蔽方法封装量子 单元逻辑器件

目录QCA简介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、结论参考文献致谢返回首页

❖ 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

QCA简介量子单元自动操作(quantum cellularautomata)，简称QCA在这种结构中，每个单元保持两个电子，构成一个0""电容器，它们有两种极化Low energystate状态，分别表示“0"和High energy state“”（如右图）。相邻的单元之间以库仑力相互作图解：用，而且无需以其他方法当相邻的两个单元状态分别为“1连接，这种单元的列阵可和“0"时，系统处于高能态，这时状以用来传输二进位信息态为“0"的单元将变为状态“1”，以使能够应用布氏原理进行操系统处于低能态。把一系列这种量子作，模拟复杂的功能，显单元有序的排列起来就可以不通过电示了制造超大规模集成电流而实现二进制信息的传递。路的前景。返回日录

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（Highfunctionaldensity）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，其至更多。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（Nointerconnectinsignalpath）；高速，低功耗（Fastandlowpower）返回日录

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函待解决的几大难题，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，在理论上己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，其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日录

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5961nm2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普通QCA”导线”有两个输出端QCA“导线返回日录

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

QCA反向器inputADesiceCellInputBM(A.B.C)MOutputCellap三输入的QCA与门返回日录

三输入的QCA与门 QCA反向器 返回目录

Ci-lOOEOE图解：K.SNS业该器件由电商聘“QCA导线”、反SGOOSOOO向器和高电平有效的多输入门组成ACi-1是向前进位控1COCO制端，Ci是向后进HO位控制端S端输出APNRNAE和B全加后的结果。1OO在整个运算过程中C10.00BCEE无须外界提供任何B能量，因此其功耗H1um极低。完全用QCA单元构造的二进制全加器返回日录

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（Dimensicnalcontrol）：结构的构造（Architecture）：有用反馈的引入（Feedbackfromdevices）对干扰信号的屏蔽（Backgroundcharge）返回日录

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]。返回日录

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