倾斜边缘纳磁体对磁性量子元胞自动机互连线信号传递的影响

纳磁体倾斜边缘是磁性量子元胞自动机(Magnetic quantum cellular automata,MQCA)制备过程中常见的缺陷。研究倾斜边缘纳磁体的位置、缺失程度、形状等对互连线的影响,并分析了纳磁体间距和厚度对倾斜边缘MQCA互连线信号传递的影响。仿真结果得出,倾斜边缘对互连线的信号传递产生三种影响:正常、反向和中断。倾斜边缘的缺失尺寸越大,互连线的信号传递受到的影响越大;难磁化轴方向边缘完全缺失的情况下,较小的垂直缺失尺寸即可对互连线信号传递造成较大影响;较薄的厚度和较小的间距更有利于包含倾斜边缘纳磁纳磁体的互连线信号的正常传递。这些结论对于MQCA电路的制备、缺陷分析以及倾斜边缘纳磁体的特殊应用具有重要意义。

基于量子元胞自动机的PLA故障分析和检测

量子元胞自动机(quantum-dot cellular automata,QCA)可编程逻辑阵列(programma-ble logic array,PLA)结构可用于实现大规模可编程逻辑电路。分析了4种故障类型发生在PLA单元的8个区域中的影响,得出了具体的影响效果。其中,直接或间接致使隐含线和与门发生逻辑错误的故障均会导致PLA中故障所在行整行失效,其他故障只会影响故障所在的PLA单元的逻辑功能和配置,而对PLA中的其他单元没有影响。此外,基于故障分析,提出了具体的PLA故障检测方法。

基于QCA可编程逻辑阵列单元的元胞缺陷研究

介绍了一种量子元胞自动机(QCA)可编程逻辑阵列结构,该结构可用于实现量子元胞自动机大规模可编程逻辑电路,采用QCADesigner仿真软件研究了元胞缺失、移位缺陷和未对准缺陷对可编程逻辑阵列单元逻辑功能的影响。得出了特定结构下,每个元胞移位缺陷和未对准缺陷的最大错位距离,以及导线模式中存在特定位置的8个可缺失元胞。这为缺陷单元的应用提供了一个具体的参数标准,提高了PLA阵列的单元利用率。

一位QCA数值比较器的可靠性研究

针对量子元胞自动机电路中存在的元胞移位、元胞未对准、元胞遗漏、元胞旋转等固有缺陷,采用概率转移矩阵方法建立了一位QCA数值比较器的可靠性模型,并对其可靠性进行了深入分析。对于不同的输入,分别比较了各组成元件在同样的故障概率水平下对整体可靠性(正确输出的概率)的不同影响。仿真结果表明,在所有的输入情况下传输线始终是影响其可靠性的主要因素,从而确定了传输线在该数值比较器中的重要性,进而为大规模QCA数值比较器的设计以及可靠性的提高提供了依据。

量子元胞自动机器件和电路的研究进展

量子元胞自动机(QCA)是一种新颖的纳米技术,该技术不再通过电流或电压而是基于场相互作用进行信息的计算和传递。首先,综述了两种量子元胞自动机(EQCA和MQCA)器件的计算原理、基本逻辑门和时钟。指出了QCA元胞构成的不同线结构可在相同层交叉传递信号而不受影响。然后,进一步总结了制备QCA器件和功能阵列或电路的实验方法和材料,得出MQCA器件和分子EQCA器件的发展将使该器件逐步达到实际应用水平的结论。详细讨论了目前QCA器件和电路(尤其是存储单元结构)研究取得的重要进展以及面临的问题。提出了QCA器件未来理论和应用研究中的开放课题和方向。

多元线性回归分析在QCA数值比较器可靠性研究中的应用

基于概率转移矩阵方法建立了QCA数值比较器的可靠性模型,采用多元线性回归方法定量分析了QCA数值比较器中各组成元件对整体可靠性的不同影响,并比较了元件可靠性改善度对整体可靠性改善度的不同影响。结果表明,当传输线可靠性改善度为3.00%时,整体可靠性改善度为16.51%,远高于其它元件,从而为大规模QCA数值比较器电路的可靠性设计提供了依据。

基于概率模型的QCA触发器可靠性研究

通过将时序逻辑电路中的反馈回路打开,在原有电路结构的基础上增加一路输入,采用概率转移矩阵方法建立了基于QCA的RS触发器、D触发器、JK触发器的可靠性模型,深入研究了各组成元件对其可靠性影响的差异,从而为其可靠性的提高提供了依据,这对于高缺陷率的QCA电路的可靠性设计具有重要的指导意义。

新型基于量子元胞自动机的3-8译码器

为进一步优化量子元胞自动机(QCA)电路的设计,采用5输入择多逻辑门,设计了新型3-8译码器,降低了延时和面积,提高了传输线的正确概率,减小了传输线之间的串扰,利用QCADesigner验证了3-8译码器的逻辑功能。与K.Moein等人提出的3-8译码器相比,该3-8译码器将延时降低了18%,面积减小了36%,交叉线数量减少了33%,最大传输线长度缩短了57%。性能的提升对于译码器的模块化设计和今后更大规模的QCA电路设计都具有借鉴意义。

QCA电路的缺陷研究

针对量子元胞自动机电路中出现的元胞移位等元胞缺陷,介绍了基于QCADesigner的元胞缺陷分析,得出了特定结构的容错范围。对于制造过程出现的单电子故障,分析了不同输入时单电子故障对传输线和反相器的影响。对于制造过程中出现的漂移电荷缺陷,分析了这些缺陷对传输线的影响。通过改变元胞与传输线之间的距离,研究了QCA传输线之间的串扰问题,得出了其容错范围。最后对RS触发器中出现的元胞缺陷采用测试序列进行了分析研究,从而为进一步研究QCA电路的缺陷提供了依据和方向。

磁性量子元胞自动机功能阵列的实验研究

采用电子束光刻、热蒸镀和剥离工艺在室温下制备了多组磁性量子元胞自动机器件功能阵列.实验研究了曝光剂量和曝光时间对三个不同间距参数磁性量子元胞自动机阵列图案的影响,发现100 pA电子束束流和0.38μs曝光时间可获得理想的阵列图案.对制备的反相器阵列结构进行了磁力显微测试,结果显示了正确的逻辑功能,成功实现了不同间距参数功能阵列的实验制备.此外.实验还发现纳磁体阵列制备中容易出现缺陷,模拟结果表明丢失纳磁体缺陷导致了信号传递反相.

基于概率模型的量子元胞自动机加法器容错性能研究

采用概率转移矩阵方法和电路分割理论建立了两种结构的量子元胞自动机(QCA)加法器的容错性模型,深入分析了各组成元件对加法器的整体容错性能的影响.指出元件在较低的正确概率时,传输线对整体正确概率影响较小,而当元件正确概率较高时,传输线的正确概率对整体正确概率的影响急剧增大,并且在整个参数变化范围内反相器始终是影响整体正确概率的主要元件.采用Frobenius范数对两种同一功能不同结构的QCA加法器的整体容错性能进行了比较,发现由5输入择多逻辑门构成的QCA加法器的整体容错性能优良.这对于目前QCA加法器的容错性设计以及今后大规模QCA电路的容错性设计具有重要意义.

磁性量子元胞自动机拐角结构的理论模拟和实验

磁性量子元胞自动机拐角结构是一种同时含有铁磁耦合和反铁磁耦合的电路.理论模拟了外加时钟场作用下铸铁磁性材料拐角结构的信号传递.采用微磁仿真给出了信号传递的磁化演化图,结果证实了铸铁纳磁体能够实现含有两种冗长耦合结构的稳定转换.实验制备了相应的拐角结构,扫描电子显微图和磁力显微图结果显示了成功的电路图案和正确的两种耦合方式信号传递.