Квантові елементи пам'яті

На рис 7.1 показано ряд запам'ятовуючих приладів, в яких використовують квантові точки.

Рис.7.1. Ряд квантових приладів

Ці прилади схожі на звичайні МОН-транзистори (а). Шар під затвором є нанокристалічна плівка полікремнію. Сформовані при високій температурі нанокристали працюють як надмалі області провідності, де накопичуються електрони (рис.7.1, б, в) і створюють навкруги цієї області кулонівський бар'єр. Таким чином, через зарядовий стан квантових точок вдається керувати вмиканням або вимиканням приладів. Ці квантові прилади використовують у статичних запам'ятовуючих пристроях (СЗП).

Наступний квантовий елемент пам'яті виготовляють у нанометровому шарі кремнію-на-ізоляторі (КНІ). Ізолятором може бути двоокис кремнію або сапфір. Ця структура являє собою одноелектронний транзистор (ОЕТ) з електродами витока, стока та двох затворів (рис.7.2, а).

Рис.7.2. Одноелектронний транзистор (ОЕТ) з енергонезалежною пам'яттю (ЕНП) на квантовій точці пам'яті (КТП) (а), його електрична схема (б), стани КТП після запису логічної одиниці (заповнений) х¹ (в) і логічного нуля при відсутності запису (порожній) х⁰ (г)

Ефект пам'яті полягає у процесі зарядки-розрядки спеціально створеної квантової точки КТП після прикладання напруг запису або лічіння (рахування) на керуючий затвор. При цьому змінюється потенціал центрального острівця КО і, вочевидь, струм через нього . Запис-лічіння можливі при температурі Т ≤ 4,2 К. На рис.7.2, б наведена електрична схема ОЕТ з енергонезалежною пам'яттю. На ній для спрощення показаний тільки один затвор транзистора. Режим зберігання з ЕНП бінарної інформації ілюструють рис.7.2, в, г.

Вже створені наносхеми на ОЕТ з ЕНП об'ємом пам'яті від 4 до 256 Гбіт.

7.2. Програмовані логічні наносхеми

На елементарній базі ОЕТ з ЕНП реалізований ряд наносхем, що здійснюють різні логічні функції. Наприклад, на рис. 7.3 показані варіанти програмування наносхем логічного додавання із запереченням 2АБО-НІ.

Рис.7.3. Чотири варіанти програмування логічного елемента 2АБО-НІ на ОЕТ з ЕНП

Технічна реалізація схеми має універсальну структуру матриці 2АБО-НІ:

(7.1)

та програмну структуру ЕНП. Цей варіант налаштування на практиці реалізують в програмованих логічних матрицях (ПЛМ).

Для створення програмованої матриці 2АБО слід в наносхемі 2АБО-НІ (рис.7.3) резистор навантаження включають до витоків ОЕТ, як зображено на рис.7.4.

Рис.7.4. Наносхема програмованого логічного елемента 2АБО

Для реалізації елемента логічного множення із запереченням 2І-НІ використовують послідовне з'єднання двох ОЕТ, як показано на рис. 7.5.

Рис.7.5. Нанохема програмованого логічного елемента 2І-НІ

Для програмування цього елемента записують відповідні чотири керуючих стани на квантові точки пам'яті КТП. Отримують з умовами подвійності програмоване виконання наступних функцій:

, (7.2)

, (7.3)

(7.4)

Отже, використання ПЛМ розширює номенклатуру задач обробки цифрової інформації.