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用电场屏蔽方法封装量子 一、QCA简介 二、QCA做逻辑器件的优点 三、用QCA做逻辑器件的现状 四、QCA做出实用的逻辑器件所面临的五大挑战 五、解决信号干扰问题的模型 六、结论 参考文献 致谢 一、 QCA简介 量子单元自动操作(quantum cellular automata)，简称QCA。在这种结构中，每个单元保持两个电子．构成一个电容器，它们有两种极化状态，分别表示“0”和“1”（如右图）。相邻的单元之间以库仑力相互作用，而且无需以其他方法连接，这种单元的列阵可以用来传输二进位信息，能够应用布氏原理进行操作，模拟复杂的功能，显示了制造超大规模集成电路的前景 。 二、QCA做逻辑器件的优点 高集成度（High functional density）； 在本文的结论中，QCA逻辑器件的尺寸可以控制在250nm。而目前，在传统的半导体工业中，仅是逻辑器件中一个CMOS场效应管要做到250nm的尺寸就已经很难了，要作出一个有特定逻辑功能的逻辑器件则尺寸比QCA器件大一到二个数量级，甚至更多。即QCA器件比CMOS器件的体积小3~6个数量级，可见QCA逻辑器件的前景十分广阔。 信号传导无需导线（No interconnect in signal path）； 高速，低功耗（Fast and low power）。 三、用QCA做逻辑器件的现状 QCA逻辑器件的几大优点正是当前微电子技术的所亟待解决的几大难题，因此很多科学家纷纷把过目光转向这种新的逻辑器件制作方法。 目前，在理论上已经可以构造出代替导线的QCA“导线”和与门、或门、反向器等逻辑电路所需的基本逻辑门，甚至能构造出较复杂的逻辑电路。 下面以图片的形式列出几种典型的QCA逻辑器件和由这些逻辑器件组成的二进制全加器。 四、QCA做出实用的逻辑器件所面  临的五大挑战 低扇出数（Limited fan out）； 尺度控制（Dimensional control）； 结构的构造（Architecture）； 有用反馈的引入（Feedbackfromdevices）； 对干扰信号的屏蔽（Background charge）。 五、解决信号干扰问题的模型 根据计算和实验的结果，若外界干扰信号对QCA单元作用的能量超过QCA单元状态转变所需能量的十分之一，此时干扰是有效的，QCA单元将由一个状态转变为临一个状态。 为避免上述情况发生，我们必须保证干扰信号作用在QCA单元上的能量不超过0.0022MeV[6]。? 为简化计算，现建立一个同心球模型，模型中包括一个半径为R的金属球a和一个半径为r的带电球b。b是一个QCA逻辑器件，a是为b做的封装。 若满足以下条件，即可认为封装b成功的解决了为QCA器件屏蔽干扰信号的问题。 1. 金属球可以把外界的电场屏蔽掉 （需要考虑由于金属球过小而不能 提供足量的感应电荷） 2.金属球内壁上的电子打在b上时， 没有足够的能量改变QCA单元的 状态。 六、结论 参考文献 [1] Lee,H.Depley,L.J.Hong,H.G.Mallouk.T.E.J.Am.Chem.Soc.1988,110:618 《国外纳米材料技术进展与应用》朱 屯 王福明 王习东等编著 化学工业出版社 2002年6月第1版 [2] 图片来自《纳米尺度的电磁现象》 叶邦角讲座 [3] Evaluation of the effect of fabrication tolerances on the ground-state energy of electrostatically defined quantum dots M. MACUCCI, G. IANNACCONE Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Università degli studi di Pisa, Via Diotisalvi 2, I-56126 Pisa, Italy C. VIEU, H. LAUNOIS , Y. JIN Superlattices