多数決論理にもとづく単電子集積デバイスの研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450129
• Research Institution: HOKKAIDO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 雨宮 好仁 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80250489)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浅井 哲也 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00312380) ; 赤澤 正道 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30212400) ; 陽 完治 北海道大学, 量子界面エレクトロニクス研究センター, 教授 (60220539)
• Keywords: 多数決論理 / 単電子回路 / トンネル / ディジタル回路 / ゲート回路

Research Abstract

多数決論理はブール代数と異なる原理でディジタル関数を処理する方法である。ブール代数の基本演算(ANDやOR)の代わりに、多数決論理では多数決定の原理にもとづいてディジタル関数の演算を行う。多数決論理の処理過程はブール代数よりも巧妙なものであり、そのため多数決論理を使うとプール代数よりも少ない素子数で複雑な演算処理を実現することができる。本研究では、この多数決論理を単電子回路で構成することによる論理システム構築を考えた。単電子回路では、入力が1と0の中間状態であっても(CMOSと異なり)貫通電流が生じないゲート回路をつくることができる。この特長を用いることで、極低消費電力の多数決集積システムを構成することができる。
本研究では、はじめにトンネル接合を組み合わせた多数決論理デバイスを提案した。理論解析により、適切なパラメータ範囲で所望動作が得られることを示した。次いで、この単位デバイスを複数組み合わせたディジタル論理サブシステムを設計し、その動作をシミュレーション解析した。その結果、加算器・比較器・パリティ発生器などの基本的なサブシステムの動作が可能なことを示した。以上によって、多数決論理にもとづく単電子ディジタル集積回路の構築可能性を明らかにした。

Research Products

• [Publications] Iwaura, H.: "Single-electron majority logic circuits"IEICE Trans. Electronics. E81-C. 42-48 (1998)
• [Publications] Wu, N.-J.: "Quantum cellular automation device using the image charge effect"Jpn. J. Appl. Phys.. 37. 2433-2438 (1998)
• [Publications] Asahi, N.: "Single-electron logic systems based on the binary decision diagram"IEICE Trans. Electronics. E81-C. 49-56 (1998)
• [Publications] Yamada, T.: "A multiple-valued Hopfield network device using single-electron circuits"IEICE Trans. Electronics. E82-C. 1615-1622 (1999)
• [Publications] Wu, N.-J.: "Analog computation using coupled quantum-dot spin glass"IEICE Trans. Electronics. E82-C. 1623-1629 (1999)
• [Publications] Akazawa, M.: "Multiple-valued inverter using a single-electron-tunneling circuit"IEICE Trans. Electronics. E82-C. 1607-1614 (1999)