基于单电子晶体管 - 金属氧化物场效应晶体管电路的离散混沌系统实现

提出了一种利用单电子晶体管与金属氧化物半导体的混合结构(SET-MOS)实现离散混沌系统的方法.研究了两个并联结构的单电子晶体管在电流源偏置下的传输特性,并建立其相应的S形分段线性函数模型.基于该模型实现了一维离散映射系统,分析了它的动力学特性,包括一维映射过程、分岔图和Lyapunov指数等.最后利用SET-MOS混合电路设计出该离散混沌系统的电子电路,验证了理论分析和实现方法的正确性.研究结果表明,该方法不仅可行,而且物理实现结构简单,利于集成. 关键词： 离散映射 Lyapunov指数 分岔 电路实现     

SETMOS实现多涡卷蔡氏电路的研究

基于细胞神经网络结构,利用具有负微分电阻特性的单电子晶体管与金属氧化物半导体混合结构器件SETMOS实现了多涡卷蔡氏电路.对该电路系统的基本动力学特性(如相图、分岔图、Lyapunov指数、Poincaré映射和功率谱)进行了理论分析和数值仿真,并利用电路仿真实验验证了该三阶四涡卷蔡氏电路设计的正确性和可行性.研究结果表明,SETMOS的负微分电阻特性决定着多涡卷蔡氏电路的复杂动力学行为,而且所设计的电路结构简单易行.     

基于单电子器件的细胞神经网络实现及应用研究

利用单电子晶体管和互补型金属氧化物半导体场效应晶体管的混合结构所具有的负微分电阻特性实现了细胞神经网络(CNN),设计构成了CNN的细胞体电路、A模板电路和B模板电路,并将构成的CNN用于图像处理应用研究中.仿真结果表明,所设计的硬件电路具有结构简单、功耗低、响应速度快等特点,可用于构成各种规模的CNN,进一步提高集成电路的集成度. 关键词： 单电子晶体管 细胞神经网络 负微分电阻     

SETMOS在蔡氏电路中的特性研究

利用拟合法简化了单电子晶体管与金属氧化物半导体混合结构器件SETMOS的负微分电阻特性方程,提出了由SETMOS设计多涡卷混沌电路的方法.理论上定性和定量地分析了负微分电阻特性对于多涡卷蔡氏电路平衡点的影响.经研究发现,多涡卷蔡氏电路混沌在非线性函数的各负斜率区中形成径向收缩、轴向拉伸的单向运动,而在各正斜率区中形成径向拉伸、轴向收缩的涡卷运动.这为进一步实现多涡卷电路及研究其复杂动力学行为提供了理论基础.     

基于金属氧化物半导体晶体管Colpitts混沌振荡电路及其同步研究

用金属氧化物半导体(MOS)晶体管模型取代传统Colpitts混沌振荡电路中的三极管模型, 提出了一种基于MOS管的Colpitts混沌振荡电路. 通过合适的归一化方法, 得到了与基于三极管电路类似的状态模型. 平衡点的指标说明两种结构产生混沌的机理并不相同. 然后, 通过参数反演, 得到了详细的电路参数, 并用Pspice软件仿真得到了混沌吸引子和混沌信号的频谱图, 说明了此结构可在低电压下工作并且能产生高频率的混沌信号. 最后, 用误差反馈的方法实现了这种结构的同步. 关键词： Colpitts混沌 金属氧化物半导体晶体管 低电压 误差反馈同步     

基于单电子器件的混沌电路研究

利用单电子晶体管和金属氧化物半导体的混合器件——SETMOS设计实现了细胞神经网络结构的蔡氏电路,得到了单涡卷吸引子和双涡卷吸引子.通过设计构成的SETMOS跨导放大器和SETMOS电压比较器,提出了基于SETMOS的类双涡卷混沌电路,仿真验证了类双涡卷吸引子.模拟结果表明,所设计的硬件电路结构简单,功耗低,有利于进一步提高集成电路的集成度,为混沌在工程领域的实际应用提供了新方法. 关键词： 细胞神经网络 蔡氏电路 混沌 涡卷     

SET-MOS混合结构的细胞神经网络及其应用

基于细胞神经网络（CNN）细胞单元的等效电路及其电学特性模型,利用SET-MOS混合结构反相器实现了模型中的激活函数电路,用耦合电容单元实现CNN细胞的系统模板,构建了SET-MOS CNN细胞硬件电路,并将其应用在图像处理中.仿真结果表明,所设计的CNN硬件电路具有结构简单、功耗低、响应速度快等特点,可用于构成各种规模的CNN电路,进一步满足大规模信号处理的需求及提高集成电路的集成度. 关键词： 单电子晶体管 MOS管 细胞神经网络 图像处理     

离散忆阻混沌系统的Simulink建模及其动力学特性分析

为拓广离散忆阻器的研究与应用,基于差分算子,构建了具有平方非线性的离散忆阻模型,并实现了Simulink仿真.仿真结果表明,设计的忆阻器满足广义忆阻定义.将得到的离散忆阻引入三维混沌映射中,设计了一种新型四维忆阻混沌映射,并建立了该混沌映射的Simulink模型.通过平衡点、分岔图、Lyapunov指数谱、复杂度、多稳态分析了系统复杂动力学特性.本文从系统建模角度出发,构建离散忆阻与离散忆阻混沌映射,进一步验证了离散忆阻的可实现性,为离散忆阻应用研究奠定了基础.     

石墨烯射频器件研究进展

石墨烯因具有优良的电学特性,在半导体行业中受到广泛关注,特别因其具有超薄的结构和极高的载流子迁移率,为解决短沟道效应提供了可能,并且在高速电子领域具有应用前景.近年来,使用石墨烯作为沟道材料制备射频晶体管及射频电路是发挥石墨烯材料优势的一个重要研究方向.制造高性能的射频器件,首先要制备出高性能的石墨烯材料.在金属衬底上沉积均匀的单层石墨烯材料或者在绝缘衬底上外延生长单层、双层石墨烯材料都是获得高质量石墨烯材料的常用方法.器件结构及工艺流程的设计也是提升晶体管射频性能的重要因素,多指栅结构、T型栅结构、埋栅结构以及自对准工艺的发展能够有效改善石墨烯射频晶体管的截止频率及最大振荡频率.石墨烯晶体管独特的电学特性使得其除了可以构造与其他半导体材料电路相似的射频电路结构,还可以构造出功能完整并且结构更加简单的新型射频电路结构.     

γ射线总剂量辐照对单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管栅隧穿电流的影响

基于γ射线辐照条件下单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)载流子的微观输运机制,揭示了单轴应变Si纳米NMOSFET器件电学特性随总剂量辐照的变化规律,同时基于量子机制建立了小尺寸单轴应变Si NMOSFET在γ射线辐照条件下的栅隧穿电流模型,应用Matlab对该模型进行了数值模拟仿真,探究了总剂量、器件几何结构参数、材料物理参数等对栅隧穿电流的影响.此外,通过实验进行对比,该模型仿真结果和总剂量辐照实验测试结果基本符合,从而验证了模型的可行性.本文所建模型为研究纳米级单轴应变Si NMOSFET应变集成器件可靠性及电路的应用提供了有价值的理论指导与实践基础.     

Efficient design method for cell allocation in hybrid CMOS/nanodevices using a cultural algorithm with chaotic behavior

The hybrid CMOS molecular (CMOL) circuit, which combines complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) components with nanoscale wires and switches, can exhibit significantly improved performance. In CMOL circuits, the nanodevices, which are called cells, should be placed appropriately and are connected by nanowires. The cells should be connected such that they follow the shortest path. This paper presents an efficient method of cell allocation in CMOL circuits with the hybrid CMOS/nanodevice structure; the method is based on a cultural algorithm with chaotic behavior. The optimal model of cell allocation is derived, and the coding of an individual representing a cell allocation is described. Then the cultural algorithm with chaotic behavior is designed to solve the optimal model. The cultural algorithm consists of a population space, a belief space, and a protocol that describes how knowledge is exchanged between the population and belief spaces. In this paper, the evolutionary processes of the population space employ a genetic algorithm in which three populations undergo parallel evolution. The evolutionary processes of the belief space use a chaotic ant colony algorithm. Extensive experiments on cell allocation in benchmark circuits showed that a low area usage can be obtained using the proposed method, and the computation time can be reduced greatly compared to that of a conventional genetic algorithm.     

Single-electron transistor with an island formed by several dopant phosphorus atoms

We present the results of an experimental study of electron transport through individual phosphorus dopants implanted into a silicon crystal. We developed an original technique for single-electron transistor fabrication from silicon-on-insulator material with an island formed by single phosphorus atoms. The proposed method is based on well-known CMOS compatible technological processes that are standard in semiconductor electronics and may be used in most research groups. The large Coulomb blockade energy value of the investigated single-electron transistor (～20 meV) allows one to observe single-electron effects in a wide temperature range up to 77 K. We measured and analyzed stability diagrams of fabricated experimental structures. We demonstrated a single-electron transistor with controllable electron transport through two to three phosphorus dopants only.     

Instability of single-electron memory at low temperatures in Al/AlOx/Al structures

A nanostructure based on a uniform one-dimensional array of ultrasmall tunnel junctions (a single-electron trap) characterized by an ability to maintain an excess charge of several electrons in an island is fabricated and investigated. Changes in the state of the trap are detected by a single-electron transistor. At the working temperature T=35 mK the storage time of a charge state is more than 8 h (which is the duration of the experiment). It is demonstrated that the possible factors limiting the lifetime of a state at temperatures below the typical temperatures for thermal activation include the influence of the random distribution and drift of the effective background charges of the metal islands, as well as the reverse influence discovered here of the transistor on the trap. As the current passing through the transistor increases, the hysteresis loop in the dependence of the charge in the trap on the control voltage narrows. It is noted that an increase in the current from 5 to 300 nA is equivalent to raising the working temperature to 250 mK. Zh. éksp. Teor. Fiz. 111, 344–357 (January 1997)     

20 kV/20 kHz/100 A高压脉冲源设计

设计了一种基于功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)为开关的高压脉冲电源。采用自匹配传输线结构线路形式,串联多个以光纤信号隔离触发的MOSFET作为高耐压开关,在传输线的外皮产生2个纳秒脉冲,再用传输线变压器对2个纳秒脉冲进行功率合成,在200 Ω负载上输出了幅度20 kV,重复频率20 kHz,脉冲宽度约40 ns的脉冲。分析脉冲源装置结构,对实验装置建立仿真模型,阐述了输出波形畸变的原因,给出了影响输出脉冲波形特性的因素,为下一步优化波形工作提供了理论参考。