単一電子トランジスタを用いた論理回路の研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06452229
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 菅原 昌敬 横浜国立大学, 工学部, 教授 (40017900)
• 研究分担者: 金田 久善 横浜国立大学, 工学部, 助手 (30242382)
• キーワード: クーロンブロッケイド / シングルエレクトロニクス / SET効果 / 単一電子トランジスタ / シングルエレクトロントランジスタ / 集積回路

研究概要

単一電子トランジスタを用いた高密度大規模論理回路の実現を目指して、各種の単電子論理回路の性能をモンテカルロ法を用いた数値シミュレーションにより検討し、以下の結果を得た。
1.単一電子トランジスタを含む論理回路のシミュレーションを行うことを目的とした汎用のシミュレータを開発した。本シミュレータはSPICE風の入力ソースで動作するため、任意の単電子論理回路を容易に構成し、その動作を解析することが可能である。また、容量性の回路素子だけでなく、抵抗性の回路素子を扱うことができるので、抵抗結合型単一電子トランジスタを含む論理回路の解析が可能である。
2.抵抗結合型単一電子トランジスタを用いた相補型論理回路を提案し、回路の諸特性を数値シミュレーションにより調べた。これにより、本回路は従来の抵抗負荷型の抵抗結合型単一電子論理回路に比べて、大きな論理振幅を有し、回路動作の安定性が良いことが明かとなった。また、従来の相補型容量結合型論理回路が固定電荷の存在に対して非常に弱いのに比べ、本論理回路は固定電荷の存在に対してとても安定であることが解った。
3.単一電子トランジスタを用いた大規模論理回路の実現のためには、実際の製作プロセスのランダム性からくる各回路素子のパラメータ値のバラツキに対して、論理回路が安定に動作することが必要である。このことを調べるために、各種の単一電子論理回路について回路素子のパラメータ値の変化に対する論理回路の動作マージンを調べた。以上の結果より、実際の製作プロセスを仮定した場合にどの程度の規模の集積回路が実現可能であるかを検討した。

研究成果

• [文献書誌] H.Su,N.Yoshikawa and M.Sugahara: "Study of electrical conduction properties of NbN thin films using NbN/MgO/NbN double tunnel junctions" Superconductor Science & Technology. 9. A152-A155 (1996)
• [文献書誌] N.Yoshikawa,Y.Jinguu,H.Ishibashi and M.Sugahara: "Complementary Digital Logic Using Resistively Coupled Single Electron Transistor" Japanese Journal of Applied Physics. 35. 1140-1145 (1996)
• [文献書誌] M.Sugahara,X.-Y.Han,H.-F.Lu,A.Ito,S.Maejima,S.-B.Wu,H.Gao,K.Uno,N.Haneji,H.Kaneda and N.Yoshikawa: "Anomalous Effect in La_<2-X>Sr_XCuO_4 of Doping Level x=1/4^n" Japanese Journal of Applied Physics. 35. 1221-1224 (1996)
• [文献書誌] N.Yoshikawa,H.Kimijima,N.Miura and M.Sugahara: "Single-Electron-Tunneling Effect in Nanoscale Granular Microbridge" Japanese Journal of Applied Physics. 36(掲載予定). (1997)