بخشی از مقاله
چکیده
اخیرا منطق چند ارزشی نسبت به منطق دودویی مورد توجه محققین قرار گرفته است زیرا منطق چند ارزشی باعث کاهش پیچیدگی و مساحت مدار میشود. ترانزیستورهای نانولوله کربنی برای طراحی مدارهای با منطق چند ارزشی بسیار مناسب هستند زیرا ولتاژ آستانه با تغییر قطر نانو لوله به آسانی قابل تنظیم است. در این مقاله یک سلول کمپرسور 5 به 2 چهار ارزشی بر مبنای ترانزیستورهای نانولوله کربنی پیشنهاد شده است. طرح پیشنهادی توسط شبیهساز HSPICE با فناوری 32 نانومتر تحت شرایط عملیاتی مختلف مانند دما، خازن بار و ولتاژ تغذیه مختلف، بررسی شده است. همچنین حساسیت به تغییرات فرآیند و نویز نیز برای طرح پیشنهادی بررسی شده است. طرح پیشنهادی باعث حذف سربار تاخیر انتشار نقلی میشود.
-1 مقدمه
با کوچکتر شدن اندازه ترانزیستورهای MOSFET در مقیاس نانو، بعضی مشکلات و چالشهایی نظیر اثرات کانال کوتاه، افزایش مصرف توان نشتی و کاهش کنترل گیت پدید میآید - . - lin et al, 2009 این مشکلات باعث کاهش کارایی تکنولوژی CMOS برای طراحی مدارهای کم توان میشود - . - Seoud et al, 2007 به منظور غلبه بر مشکلات ذکر شده، استفاده از تکنولوزیهای جدید در مقیاس نانو میتواند جایگزین مناسبی برای CMOS باشد - . - Navi et al, 2010
همچنین در بین فناوریهای جدید مانند ترانزیستور تک الکترونی - Raychowdhury and Roy, 2005 - - SET - ، ترانزیستور نانو لوله کربنی - Cho et al, 2009 - - CNFET - و آتاماتای سلولی کوانتومی - Lin et al, 2011 - - QCA - ، به نظر میرسد که CNFET بیشترین احتمال را برای جایگزینی MOSFET دارد - . - Moaiyeri et al, 2011 شباهت بین عملکرد CNFET و MOSFET و همچنین ساختار تک بعدی باند CNFET که باعث انتقال بالیستیک حاملها میشود از جمله مزایای CNFET نسبت به بقیه فناوریها است.
به طور کلی، سرعت بالاتر، مصرف توان کمتر و مناسب بودن برای کاربردهای فرکانس بالا و کم مصرف از مزایای تکنولوژی CNFET نسبت به MOSFET است منطق باینری به عنوان منطق شناخته شده و رایج در اکثر سیستمهای امروزه بکار میرود. در سالهای اخیر منطق چند ارزشی - MVL - به عنوان جایگزینی برای منطق باینری با بکار بردن متغیرهایی با بیش از دو سطح منطقی مانند منطق چهار ارزشی مورد توجه قرار گرفته است.
منطق چند ارزشی نسبت به منطق باینری دارای مزایای غیر قابل انکاری است. بعضی ازمزایای آن شامل، افزایش کارایی در عملیات حسابی سریال و سریال-موازی، کاهش پیچیدگی سیمهای میان ارتباطی و همچنین کاهش مساحت و توان مصرفی تراشه است - Raychowdhury and Roy, 2005; Wu and .Prosser, 1990; Balla and Antoniou, 1984 - به دلیل اهمیت مدارهای ضرب کننده در عملیات ریاضی و همچنین کاهش تعدار حاصلضربهای جزئی ایجاد شده در عملیات ضرب، کمپرسورها باید مورد استفاده قرار بگیرند.
منطق چهار ارزشی تاخیر عملیات جمع را کاهش میدهد زیرا جمع چهار ارزشی تاخیر انتشار نقلی در مسیر بحرانی را حذف میکند. به عبارت دیگر اگر عملیات ریاضی در مبنای 4 انجام شوند، در یک زمان ثابت 5 عدد بدون هیچگونه ورودی و خروجی نقلی میتوانند با هم جمع شوند. این مقاله یک کمپرسور چهار ارزشی 5 به 2 ارائه داده است.
این طرح براساس تبدیل از منطق چهار ارزشی به دودویی و برعکس میباشد. این مقاله به اینصورت سازماندهی شده است که، در بخش دوم ترانزیستور نانو لوله کربنی به صورت خلاصه توضیح داده شده است. طرح پیشنهادی در قسمت 3 ارائه شده ایست. نتایج شبیهسازی در بخش 4 آورده شدهاند و در آخر نتیجه گیری مقاله انجام شده است.
-2 ترانزیستورهای نانولوله کربنی - CNFET -
نانولولههای کربنی - CNTs - بعضی خواص کاربردی دارند، مانند انتقال بالیستیک الکترونها در طول نانو لوله و همچنین پروسه ساخت آسان که آنها را مناسب برای ساخت افزارههای الکترونیک مثل ترانزیستور میکند. نانو لولههای کربنی به دو دسته تک جداره - SWCNTs - و چند جداره - MWCNTs - تقسیم میشوند. نانو لولههای تک جداره از یک لوله تشکیل شدهاند در حالی که نانو لولههای چند جداره از بیش از یک لوله تشکیل شدهاند.
بر حسب اینکه زوج مرتب - n,m - در بردار کایرال چه اعدادی باشند، نانو لوله تک جداره میتواند نیمه رسانا یا فلز باشد - . - deng, 2007 اگر n-m=3k، نانو لوله فلز است و در غیر این صورت نیمه رسانا است. نانو لوله تک جداره نیمه رسانا میتواند به عنوان کانال در ترانزیستور استفاده شود. همچنین با توجه به خواص نانولوله کربنی، حذف کانال از بدنه سیلیکون منجر به حذف بسیاری از عناصر پارازیتی میشود.
علاوه بر این در CNFET بر خلاف MOSFET، ترانزیستورهای نوع P و N دارای قابلیت تحرک یکسانی هستند - Q S - و در نتیجه دارای جریاندهی یکسانی هستند - . - McEuen et al, 2002 این خاصیت از CNFET در ساده سازی طراحی و اندازهسازی ترانزیستورها در مدارهای پیچیده بسیار حائز اهمیت است - . - Cho et al, 2009 یکی از مفیدترین خواص CNFET در مقایسه با MOSFET، به خصوص در طراحی مدارهای چند ارزشی این است که ولتاژ آستانه این نوع ترانزیستورها به راحتی با تغییر قطر نانو لوله قابل تنظیم است.
