СХЕМОТЕХНІКА ГІБРИДНИХ НАНОЕЛЕМЕНТІВ

Зважаючи на раніше проаналізовані схеми, стає зрозумілим, що одноелектронні транзистори є найбільш перспективними базовими елементами цифрових та логічних наносхем через дискретний характер заряду електронів, які накопичуються на кулонівських острівцях. До того ж ОЕТ, маючи нанометрові функціональні розміри, є, наразі, найекономічнішими активними елементами електроніки. Проте ОЕТ мають занизьку навантажувальну здатність і практично не підсилюють напругу. Наприклад, з рівнянь (5.16) та (5.18) походить, що коефіцієнт передачі по напрузі для ОЕТ становить:

(9.1)

Доведено, що цей коефіцієнт приблизно дорівнює відношенню величин вихідної (стокової) C_с та вхідної (затворної) C_з ємностей:

(9.2)

Для підвищення навантажувальної здатності та підсилення вихідної напруги створені гібридні наносхеми з вихідними каскадами на МОН- або КМОН- транзисторах, які мають окремі, більш потужні джерела стокового живлення. Самі ж схеми стають працездатними при нормальних температурах Т ≈ 300 К.

На рис.9.1 показана гібридна схема інвертора на ОЕТ з ємностним керуванням (рис.3.8, б), до виходу якого підключено додатковий підсилювальний КМОН-інвертор.

Рис.9.1. Приклад гібридної ОЕТ-КМОН-наносхеми

Додатковий КМОН-наноінвертор, маючи більш потужне джерело живлення Е_с^КМОН = +0.7 В, по-перше, підвищує коефіцієнт розгалуження по виходу (тобто навантажувальну здатність), а по-друге, збільшує коефіцієнт підсилення усієї схеми. Вхідний U_вх та вихідний U_вих сигнали співпадають по фазі.

Подібну структуру має гібридна програмована схема на ОЕТ з енергонезалежною пам’яттю (рис.9.2).

Рис.9.2. Гібридна програмована схема на ОЕТ з енергонезалежною пам’яттю (ЕНП) на КМОН-інверторі

На рис.9.3 наведена більш складна гібридна логічна схема, яка здійснює операцію Виключне АБО на чотирьох двоканальних ОЕТ (рис.8.3, а і 8.10, а) з двома вихідними КМОН-інверторами.

Рис.9.3. Гібридна логічна схема Виключне АБО на двоканальних ОЕТ та двох підсилювальних КМОН-інверторах (а), умовне позначення (б) та таблиця дійсності (в)

Ємності навантаження КМОН-інверторів дорівнюють C_н1 = С_н2 = 10фФ = 10000 аФ; усі тунельні переходи двоканальних ОЕТ мають однакові параметри С_з = 0.1 аФ, С_в = С_с = 0.06 аФ і R_в = R_с = 0.5 МОм; вузлові ємності схеми скидають С₁ = С₂ = 1 фФ = 1000 аФ, С₃ = С₄ = С₅ =50 аФ, а температура навколишнього середовища є нормальною Т = 293 К.

Діаграми на рис.9.4 ілюструють динамічний режим роботи гібридної схеми Виключне АБО.

Рис.9.4. Результати моделювання імпульсного режиму роботи гібридної схеми Виключне АБО

Керуючі імпульси синхронізації С та за час від 100 нс до 200 нс забезпечують переднастанову робочого режиму одноелектронної частини гібридної схеми. Вони створюють умови кулонівської блокади на острівці КО1 і знімають її на КО2. При надходженні вхідних сигналів логічної одиниці х₁¹ = 0.7 В та нуля х₂⁰ = 0 В вихідна напруга на острівці КО1 залишається без змін (U_КО1 = 0.7 В), а на КО2 зменшується до нуля (U_КО2 = 0 В). З часових діаграм видно, що двоканальні ОЕТ суттєво ослабляють сигнали по напрузі:

(9.3)

Сигнали U_KO1 та U_KO2 інвертуються та підсилюються комплементарними парами транзисторів КМОН:

(9.4)

Таким чином, гібридні схеми є працездатними при нормальних температурах, але ємності тунельних переходів одноелектронних транзисторів на два порядки зменшуються. Ці схеми забезпечують підсилення сигналів і мають підвищену навантажувальну здатність.