Transcript QCA化學結構

Quantum Dot Cellular Automata
姓名 : 楊琛喻
學號 : R91943042
單位 : 電子所固態組
Outline
前言
QCA的原理與結構
邏輯閘
QCA的特點
結論
參考資料
前言
為什麼要用QCA?


問題 : CMOS 限制
 摩爾定律 : 每三年電晶體數目增加四倍
 摩爾定律的挑戰 : 材料的極限
解決方法 : QCA
 QCA = 可用來作為邏輯元件,
取代傳統的CMOS元件
 QCA 元件 =四個量子點置放一個
方形的Cell裡面
CMOS的限制
Relative Fab Cost
140 nm
Gate length
16
80 nm
4.0
60 nm
4
Inter-metal Dielectric K 2.7
0.25
1999
45 nm
1
2002
1.6-2.2
2005
1.6-2.2
2008
parameters
approach
molecule size
<1.5
2011
Quantum Dot
Applications






Neuro-quantum structures
Single-electron devices, ex)
transistors
Tunable lasers
Photodetectors
Sensors
Quantum Computing:
Quantum Cellular Automata
QCA原理與結構
原理
每個Cell有四的
Quantum Dot
在Cell中,含有兩個電
子
每個電子都有能力穿
過能階 t 到相鄰的
Quantun Dot中
編碼
P = +1 (Binary 1)
P = -1 (Binary 0)
Quantum Dot
Electron
Cell-Cell Interaction
Cell 2 是 1 時 , 由 於
庫倫力的作用,Cell
1變成1.

Cell 2 是 0 時 , 由 於
庫倫力的作用,Cell
1變成0.
Rotated QCA Cell


將QCA旋轉四十五度,
可得到另一種形式
QCA Cell.
可得到以垂直或水平
的方向來代表1或0
QCA Wire-1

A QCA Wire Based on the Standard Cell
QCA Wire-2

A QCA Wire Based on the "Rotated" Cell
QCA化學結構
Cell 1 (input)
Cell 1
(input)
Cell 3
(input)
Cell 4
(device)
Cell 5
(output)
邏輯閘
Majority Logic Gate
Program Line
AND Gate (Program Line = 0)
A
1
1
0
0
0
Input A
1
1
1
Input B
1
Output
B
1
0
1
0
OUT
1
0
0
0
邏輯閘-1

Inverter

Fan Out
邏輯閘-2


左圖是一個Coplanar
Wire Crossing
與傳統積體電路不一
樣的是,其不必經由
跨線.
全加器
QCA的特點





QCA解決了Interconnect的問題
在邏輯元件上,具有超高的密度
~ 1010 /cm3
消耗功率非常低
可使用在做超高速的運算
由於具有高密度特性,可用來作為大容量
的記憶體
結論


QCA對於傳統電腦將有重大的改變
CMOS由於有其的物理極限,因此QCA將
是一個可以用來替代CMOS的元件
參考資料





C. S. Lent, P. D. Tougaw, W. Porod, and G. H. Bernstein, Nanotechnology 4, 49
~1993!;
A. O. Orlov, I. Amlani, G. H. Bernstein, C. S. Lent, and G. L. Snider,Science 277,
928 ~1997!;
P. D. Tougaw and C. S. Lent, J. Appl. Phys. 75, 1818~1994!.
I. Amlani, A. O. Orlov, G. Toth, C. S. Lent, G.H. Bernstein, and G. L. Snider, ibid.
284, 289 ~1999!;
A. O. Orlov, I.Amlani, G. Toth, C. S. Lent, G. H. Bernstein, and G. L. Snider,
Appl.Phys. Lett. 74, 2875 ~1999!.