一种基于多输入单电子晶体管的比较器电路

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1、万方数据第35卷第1期2005年2月微电子学刎c，．oPZ∞t，D席fcsV01．35，№1Feb．2005文章编号：1004—3365(2005)01一0059一04一种基于多输入单电子晶体管的比较器电路刘河潮，蔡理，王森(空军工程大学工程学院，陕西西安710038)摘要：基于多输入单电子晶体管(SET)的■y特性和CMOS数字电路的设计思想，提出了一种由18个互补型SET和1个双栅极SET构成的1位比较器电路结构。该比较器优点为：利用一个双栅极SET的固有特性，使异或逻辑块得到了简化，减少了晶体管的

2、数目；电压兼容性好，输入和输出高低电平都接近o．02V和OV；静态总功耗低(6．42pW)。仿真结果验证了电路的正确性。关键词：单电子晶体管；双栅极SET；比较器；SPICE；宏模型中图分类号：TN79+1；TN32文献标识码：AComparatorBasedonMultigateSingle—ElectronTransistOrLIUHe—chao，CAILi，WANGSen(7'^#Eng跏卯rf九gh盯如“地，A—FDrceE九gi小}盯ingUn而e"妇，Xi’口n，S^口4nzi710038·

3、P．R．C^i行口)Abstract：Basedonthe，一ycharacteristicsofmultigatesingle—electrontransistor(SET)andtheconceptofCMoSdigitalintegratedcircuitdesign，acomparatorconsistingof18complementarySET’sand1double—gatesin-gle～electrontransistorisproposed．Inthecomparator，theXO

4、Rlogicblockissimplifiedandthenumberoftransis—torsisreducedduetotheexcenentcharacteristicsofthesingle—electrontransistor，aImexcellentvoltagecompati—bdityisachievedwithbothinput／outputhigh—andlow—voltageapproximating0．02VaI试OV．Thetotalstaticpowerofthecircu

5、itisdownto6．42pW．TheaccuracyofthedeviceisvalidatedbySPICEmacro—modelofSET．KeywOrds：Single—electrontransistor(SET)；DoublegateSET；Comparator；SPICE；Macro—modelEEACC：1265B1引言现代社会信息技术的发展越来越快，大规模集成电路的集成度是信息技术革命的重要标志。一些专家预测，cMOs技术将在2010年左右达到其技术极限，因此必须另辟蹊径。而单电子晶

6、体管(Sin91e—ElectronTransistor，SET)工作时仅需一个或几个电子，它具有较小的体积、较低的功耗和较高的开关速度性能，其高度集成化远远超过目前大规模集成化的极限，是将来最具竞争力的电子元件，被认为是下一代超大规模集成电路的理想器件[1吨]。更重要的是，SET具有CMOS所不具备的特性：SET可以具有多栅极，而CMOS没有；SET的另一个显著特性是，电导相对于栅极电压具有库仑振荡特性。利用这些特性，可以构造出一类新的功能器件，如多栅型SET[3]。但它又有与传统晶体管类似的工作原理

7、，单电子晶体管的电流也是通过栅的偏压来控制的。通过调节栅的偏压，可控制电子一个个地通过通道中的量子点(岛)。单电子进出量子点(岛)，使量子点(岛)的静电势和能量状态发生很大的变化，它就可以作为传递数值信息的载体，制备成单电子存储器和单电子逻辑电路，等等。因此，单电子晶体管在微电子领域具有潜在的应用价值。比较器在现代电子电路中有着广泛的应用，特别是在计算机和数字系统中，经常要比较两个数的大小，以进行选择决策。本文基于CMOS数字电路的设计思想【4]，提出了一个基于单电子晶体管的1位比较器的结构。与基于传统

8、晶体管的比较器相比，它具有晶体管数目少、收稿日期：2004一02—23；定稿日期：2004一05—12基金项目：陕西省自然科学基金项目(2002F34)；空军工程大学学术基金项目(2002x12)万方数据60刘河潮等：一种基于多输入单电子晶体管的比较器电路电压低、功耗低、电压兼容性好等优点。文中首先研究了SET的特性，进而讨论了SET的一个重要特性——多输入，利用SET的传输管特性构成的“异或”功能；然后提出了一种1位比较器电路结构；最后，