二部決定グラフ論理にもとづく単電子集積デバイスの研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455156
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 雨宮 好仁 北海道大学, 工学部, 教授 (80250489)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 呉 南健 北海道大学, 工学部, 助手 (00250481) ; 赤澤 正道 北海道大学, 工学部, 助教授 (30212400)
• Keywords: 単電子 / シングルエレクトロン / 論理回路 / 二部決定グラフ / BDD / ロジック

Research Abstract

次世代集積システム用LSIの開拓を目的として、単電子輸送を利用した二部決定グラフ論理デバイスの提案を行った。同時に、デバイス特性のシミュレーションを行って、期待する論理動作を確認した。提案したデバイスは、単電子ポンプ構造を利用した二分岐スイッチの構造を持つ。4つのトンネル接合からなり、1つの流入ブランチと2つの流出ブランチ(1ブランチと0ブランチ)および入力電圧端子を有する。流入ブランチから単電子を入れる。入力電子が正(論理信号1)のときには、1ブランチから電子が流出する。流入電圧Xが負(論理信号0)なら0ブランチから電子が流出する。その結果として、単電子の輸送経路を入力電圧で切り換えて二分岐スイッチ動作を行わせることができる。この単位デバイスを組み合わせて、任意の組み合わせ論理を構成できる。構成した論理回路は転送クロックで駆動する。期待する論理動作かが得られることをシミュレーションで確認した。すなわち、各種の基本論理(否定,論理和,論理積,排他的論理和)の回路を設計して、その論理動作をシミュレーション確認した。また、いくつかの組み合わせ論理回路を設計して、その動作もシミュレーションで確かめた。以上により、単電子二部決定グラフデバイスの実現可能性を示すことができた。

Research Products

• [Publications] Akazawa M., Amemiya Y.: "Directional Single-Electron-Tunneling Junction" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35 No.6A. 3569-3575 (1996)
• [Publications] Amemiya Y.: "Analog Computatoin Using Quantum Structures" IEICE Trans.Electronics. Vol.E79-C No.11. 1481-1486 (1996)
• [Publications] Akazawa M., Amemiya Y.: "Boltzmann Machine Neuron Circuit Using Single-Electron Tunneling" Appl.Phys.Lett.Vol.70 No.5. 670-672 (1997)