Завдання до виконання лабораторної роботи

Розробити проект наносхеми та дослідити роботу чотирьохрозрядного перетворювача кода Грея на квантових коміркових автоматах за допомогою САПР QCADesigner.

1. Запустити САПР. Створити наносхему на КА чотирьохрозрядного перетворювача кода Грея на проектному планшеті, як показано для прикладу на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Наносхема на КА чотирьохрозрядного перетворювача кода Грея

2. Розділити отриманий масив комірок на зони синхронізації та створити чотири входи, дев’ять програмованих входів та чотири виходи.

3. Виконати команду головного меню Simulation/Start Simulation та отримати результати моделювання у вигляді осцилограм, зразки яких для прикладу наведені на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Результати моделювання наносхеми на КА чотирьохрозрядного перетворювача кода Грея

Завдання до оформлення лабораторної роботи

Для захисту лабораторної роботи потрібно підготуватися до відповідей на контрольні запитання та оформити протокол, який вміщує:

1. Теоретичні відомості про багаторозрядні наносхеми на КА для перетворення кода Грея.

2. Розроблену наносхему чотирьохрозрядного перетворювача кода Грея та осцилограми, які моделюють його роботу з відповідними поясненнями.

3. Висновки. Контрольні запитання

10.1. Які відмінні особливості кодів Грея?

10.2. Який принцип роботи чотирьохрозрядного перетворювача кода Грея?

10.3. Де застосовують перетворювачі кода Грея?

10.4. Довести математично, що мікроелектронна схема, зображена на рис. 10.1, виконує функцію чотирьохрозрядного перетворювача кода Грея.

10.5. Використовуючи рівнозначності мажоритарного вибору, довести, що наносхема, наведена на рис. 10.1, виконує функцію чотирьохрозрядного перетворювача кода Грея.

10.6. Довести зв'язок між булевою функцією алгебри логіки дії чотирьохрозрядного перетворювача кода Грея та його мажоритарними рівнозначностями.

10.7. Побудувати таблицю дійсності для всіх вузлів еквівалентної схеми чотирьохрозрядного перетворювача кода Грея.

10.8. Дослідити розподіл електронів в КА наносхеми чотирьохрозрядного перетворювача кода Грея, коли на його входах діють повні множини бінарних кодів .

Лабораторна работа № 8 Статичні характеристики наноприладу з одним тунельним переходом

Мета роботи: Дослідити статичні характеристики тунельного переходу з урахуванням впливу кулонівської блокади.

Фізико-теоретичні відомості

Прогрес у фізичній електроніці перш за все пов'язаний зі створенням наноприладів, в яких контролюється переміщення навіть одного електрона.

Принцип дії одноектронних компонентів базується на механізмах тунелювання і блокування електронів. Теоретична межа часу переміщення електрона скрізь потенційний бар’єр не перевищує 10пс, що відповідає швидкодії у сотні терагерц (10¹⁴Гц), при енергоспоживанні у одиниці нановат (10^-9 Вт). Інколи прилади одноелектроніки називають нанотераприладами. У цифровій одноелектроніці біт інформації кодується одним електроном.

Тунельний перехід існує в діелектричній підкладці між двома напівпровідниковими чи металічними гранулами (кулонівськими острівцями) діаметром приблизно 5 нм, які сформовані на її поверхні на відстані (1…10) нм один від одного (рис.1.1).

Рис.11.1. Еквівалентна схема тунельного переходу RC з одним кулонівським острівцем KO та з урахуванням ємності контактів C_к

Якщо ємність цієї системи є C, то її електростатична енергія має дві cкладові:

(11.1)

де Кл — елементарний заряд електрона та —початковий поляризаційний (фоновий) заряд на тунельному переході.

Повинні виконуватись дві умови тунелювання. Мінімальне дискретне значення енергії має суттєво перевищувати температурні:

(11.2)

та квантові флуктуації:

(11.3)

де Дж К^-1 — стала Больцмана, — абсолютна температура, — стала Планка та — квантовий (фундаментальний) опір.

Для тунелювання електронів необхідно подолати сили їх поляризаційної взаємодії. Кулонівська блокада — це явище відсутності електричного струму при прикладанні зовнішньої напруги до переходу через неможливість тунелювання електронів під впливом кулонівського відштовхування. Величина напруги подолання кулонівської блокади дорівнює:

(11.4)

Отже, накопичення заряду на кулонівському острівці, більшого за , викликає тунелювання одного додаткового електрону через перехід. З наростанням напруги продовжується тунелювання наступного і т.д. електронів, а на ВАХ одноелектронного приладу спостерігаються так звані «кулонівські сходи». Цей процес повторюється періодично з частотою одноелектронних осциляцій:

(11.5)

де — струм через перехід.