Nghiên cứu khả năng ứng dụng tế bào lượng tử trong việc thiết kế vi mạch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH VĨ ÂN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẾ BÀO LƯỢNG TỬ TRONG THIẾT KẾ VI MẠCH LUẬN VĂN CAO HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NĂM 2004 Mục lục Chương Giới thiệu công ngheä nano 1.1 Tổng quan công nghệ nano 1.2 Chấm lượng tử gì? 1.3 Một số thành tựu đạt 1.3.1 Ch aám lượng tử h ình th ành cá ch tự hợp 1.3.2 Rào lượng tử 1.3.3 Caáu trúc ba chiều 5 6 Chương Mô hình toán học tế bào lượng tử 2.1 Tế bào lượng tử 2.1.1 Mô hình tế bào lượng tử 2.1.2 Sự phân cực tế bào 2.1.3 Tương tác tế bào 2.2 Đáp ứn g động tế bào lượng tử 2.2.1 Tương tác tế bào riêng lẻ 2.2.2 Tương tác dãy nhiều tế bào thốn g nhấ t 2.2.3 Ph ép x ấp xỉ hai trạng thái 2.2.4 Tính to án đáp ứn g động dùn g phép x ấp x ỉ hai trạng thái 2.2.5 Đáp ứn g động dây d ẫn b án vô hạn 2.2.6 Tế bào vó phân tử 2.3 Caù c phương ph áp chuy ển trạng thái dãy tế bào 2.3.1 Chuyển trạng thái đột ngột 2.3.2 Chuyển trạng thái đoạn nhiệt 2.3.3 Mạch chuyển trạng thái đoạn nhiệt ghép đườn g ống 9 11 12 16 16 18 21 29 32 34 37 37 39 49 Chương Ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch 3.1 Cá c tế bào lượng tử ghép thẳ ng hàng 3.1.1 Bão hòa đường d ây 3.1.2 Sự phụ thuộc Psat vào cá c thông số vật lí 3.2 Dây dẫ n nhị phân 3.3 Mạ ch đả o 3.4 Cổng logic baûn 3.5 Bắ t chéo d ây dẫn mặt ph ẳng 3.6 Cổng XOR v mạ ch cộng to aø n phaàn 3.7 Nhữn g thực QCA chấp nhận 54 55 55 58 61 64 65 70 71 76 Chươ ng Chương trình mô 4.1 Giới thiệu chương trình 4.2 Cà i đặ t chương trình 4.3 Sử dụng chương trình 78 79 80 82 Tài liệu tham khảo 87 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO §1 – Giới thiệu cơng nghệ nano Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NANO Trong năm gần đây, công nghệ nano (nanotechnology) trở thành lĩnh vực nghiên cứu hàng đầu quan trọng thú vị Vật lý học, Hố học, Sinh học Kỹ thuật Cơng nghệ hứa hẹn cung cấp tương lai khơng xa nhiều đột phá làm thay đổi chiều hướng tiến kỹ thuật nhiều ngành, nhiều phạm vi ứng dụng khác Từ nano cụm từ nanotechnology (cơng nghệ nano) có nghĩa phần tỷ (1x10-9) Công nghệ nano nghiên cứu cấu trúc vật chất đa dạng với kích thước tính nanomet Mặc dù cụm từ “cơng nghệ nano” cịn tương đối diện thiết bị, linh kiện cấu trúc, kết cấu có kích thước nanomet khơng mẻ Trong thực tế, cấu trúc tồn lâu Trái đất Cấu trúc nano đường vào lĩnh vực vật lý học sinh vật học Đây có kích thước trung gian cấu trúc phân tử cấu trúc micro Chúng chứa đựng bên số nguyên tử thích hợp cho kỹ thuật cấp độ nguyên tử chi tiết Cấu trúc nano linh hoạt: xét góc độ phân tử, cấu trúc đủ lớn để chúng cung cấp cho ta phương tiện xử lý đáp ứng lượng tử mà cấu trúc khác không làm được; xem xét góc độ vật chất, cấu trúc nhỏ bộc lộ đặc tính mà khơng thể quan sát cấu trúc vật chất lớn (thậm chí cấu trúc 0.1µm khơng) Cấu trúc nano kết hợp yếu tố kích thước nhỏ cấu trúc tổ chức phức tạp, chứa đựng tiềm tích hợp mật độ cao, tương tác lân cận mạnh có tỉ số diện tích bề mặt thể tích lớn Cấu trúc nano xem nơi mà hiệu ứng lượng tử xảy cách tự nhiên Như ta biết, cấu trúc micro hình thành tảng cho kỹ thuật hỗ trợ công nghệ vi điện tử Mặc dù cấu trúc micro nhỏ so với vật dụng thường ngày, chất vật lý chúng phần lớn chất hệ thống vĩ mô Các cấu trúc nano khác: đặc tính chúng, đặc biệt đặc tính điện từ, thường chi phối đáp ứng lượng tử Cấu trúc hứa hẹn mang lại sản phẩm hữu ích Do có kích thước nhỏ, cấu trúc nano đóng gói gần Mật độ tích hợp cao làm cho tốc độ xử lý thông tin nhanh dung lượng lưu trữ thông tin lớn nhiều Việc tích hợp cao cịn nguyên nhân nhiều tương tác điện từ cấu trúc kế cận Đối với nhiều cấu trúc nano, đặc biệt phân tử hữu cơ, sai biệt nhỏ nhiều cấu hình khả thi khác hình thành tương tác Trong số trường hợp, diện vật chất giao tiếp bề mặt, với tính chất khác với thân cấu trúc nano, làm tăng thêm mức độ phức tạp Những phức tạp hoàn toàn chưa khám phá kỹ thuật xây dựng dựa cấu trúc nano yêu cầu phải có hiểu biết §1 – Giới thiệu cơng nghệ nano Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân sâu khoa học Chúng hứa hẹn việc tiếp cận hệ thống phi tuyến có lớp đáp ứng khác xa so với đáp ứng hai cấu trúc phân tử cấu trúc micro Người ta bắt đầu khám phá cấu trúc nano vài năm gần Trong lĩnh vực điện tử, cấu trúc nano triển khai cho giới hạn định luật Moore, làm cho linh kiện có kích thước nhỏ đến việc nghiên cứu chế tạo linh kiện lượng tử kiến trúc xử lý Khoa học công nghệ nano lĩnh vực khoa học nhiều điều cần khám phá Nó cung cấp cho ta triển vọng đầy thú vị cho đổi kỹ thuật cơng nghệ hứa hẹn đem lại tương lai, cơng nghệ nano trung tâm cạnh tranh quốc tế khốc liệt 1.2 CHẤM LƯỢNG TỬ LÀ GÌ? Khi kích thước hay chiều vật chất giảm liên tục từ kích thước lớn, cỡ met hay centimet, xuống cịn nhỏ, lúc đầu tính chất chúng giữ nguyên sau thay đổi nhỏ xảy ra, cuối kích thước giảm đến 100nm, thay đổi mạnh xảy Nếu chiều giảm xuống đến hàng nanomet hai chiều giữ đủ lớn thu cấu trúc gọi giếng lượng tử (quantum well) Tương tự vậy, hai chiều giảm nhỏ giữ nguyên chiều cịn lại thu dây lượng tử (quantum wire) Cuối ba chiều đạt đến kích thước nanomet ta chấm lượng tử (quantum dot) Trong thực tế, cấu trúc thấp chiều hình thành ta hạn chế khơng gian thành mặt phẳng, đường thẳng hay điểm, tức ta hạn chế chuyển động electron theo hướng phạm vi khoảng cách cỡ bước sóng deBroglie (cỡ nm) Người ta tạo cấu trúc điện tử hai chiều (giếng lượng tử) cách tạo lớp bán dẫn mỏng, phẳng, nằm kẹp hai lớp bán dẫn khác có độ rộng vùng cấm lớn Các electron bị giam lớp mỏng (cỡ vài lớp đơn tinh thể) chuyển động chúng chuyển động hai chiều, chuyển động theo chiều thứ ba bị lượng tử hoá mạnh Tiếp tục vậy, ta hình thành nên cấu trúc chiều (dây lượng tử) cấu trúc không chiều (chấm lượng tử) Các cấu trúc thấp chiều có nhiều tính chất lạ so với cấu trúc thông thường, tính chất quang, điện mật độ trạng thái Chấm lượng tử hạt nhỏ, kích thước cỡ nm (10-9m), chứa từ đến 1000 electron Người ta điều khiển cấu tạo, kích thước, hình dáng chấm §1 – Giới thiệu công nghệ nano Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân lượng tử, số lượng electron bên nó, điều khiển tương tác chấm lượng tử cách xác nhờ sử dụng kỹ thuật tiên tiến công nghệ chế tạo nano Trong chấm lượng tử, electron bị giam giữ theo ba chiều gần giống nguyên tử chấm lượng tử thường gọi nguyên tử nhân tạo, siêu nguyên tử hay nguyên tử quantum dot Giống nguyên tử, mức lượng chấm lượng tử bị lượng tử hố hồn tồn Tuy nhiên, chấm lượng tử có ưu điểm bật so với nguyên tử thay đổi kích thước, hình dạng, số lượng electron bên Và đó, với chấm lượng tử, ta mơ toàn bảng hệ thống tuần hoàn Điện trở chấm lượng tử tuân theo công thức Landau: R=h/Ne2i (với i số mức lượng chấm lượng tử) Chấm lượng tử có nhiều tính chất quang học kì lạ: chấm lượng tử hấp thụ ánh sáng lại nhanh chóng phát xạ với màu sắc khác Vì kích thước bé nên điều chỉnh kích thước chút khả hấp thụ phát xạ ánh sáng chấm lượng tử biến đổi rõ Bởi nên chấm lượng tử có độ nhạy khả phát quang cao nhiều so với vật liệu chế tạo Ngồi tính chất điều chỉnh độ đa dạng màu sắc phát xạ, chấm lượng tử cịn chế tạo cho có quang phổ tối ưu với nhiều màu sắc mà ta muốn có Ta điều chỉnh để chấm lượng tử hấp thụ ánh sáng cho trước dải phổ rộng, cần dùng nguồn sáng đơn giản, rẻ tiền đèn, laser, LED để làm nguồn kích thích cho chấm lượng tử Ngược lại, từ trường thích hợp, ta lại điều khiển chấm lượng tử hấp thụ phát xạ ánh sáng dải phổ hẹp Ưu điểm bật linh kiện chấm lượng tử kích thước vơ nhỏ, tiêu thụ lượng tốc độ hoạt động cực nhanh Với mạch điện tử nano, khơng cịn gặp phải vấn đề tỏa nhiệt, cách điện đặc biệt tượng thông hầm phận hay phần tử mạch mạch điện truyền thống Người ta tổ chức nhiều chấm lượng tử thành tế bào, tế bào gồm có năm chấm lượng tử Các tế bào lại tổ chức thành mảng, thành ma trận chấm lượng tử hoạt động linh kiện đơn, thực chức có độ phức tạp cao, đưa kết tới đầu khoảng thời gian ngắn nhiều so với thời gian chuyển đổi trạng thái transistor truyền thống Hiện nay, gặp khó khăn việc thiết kế ma trận chấm lượng tử để chúng hoạt động theo chức mà ta mong muốn Các tế bào chấm lượng tử nhạy với nhiễu Mặc dù chấm lượng tử chế tạo phịng thí nghiệm nhưng, tế bào chấm lượng tử lý thuyết §1 – Giới thiệu cơng nghệ nano Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân 1.3 MỘT SỐ THÀNH TỰU ĐẠT ĐƯỢC 1.3.1 Chấm lượng tử hình thành cách tự hợp Hình 1-1 hình chụp cách qt xun hầm hình chóp ngun tử Germani bề mặt Silic Hình chóp có đáy rộng 10nm cao có 1.5nm (trong hình chụp, bề cao phóng lớn để dễ nhìn) Mỗi chấm trịn hình ngun tử Germani Hình 1-1 Chóp Germani bề mặt Silic Chóp Germani tự hình thành thời gian ngắn vài giây trình gọi “tự hợp” Nếu có xác số ngun tử Germani tích tụ bề mặt Silicon loại tương tác nguyên tử làm cho hình chóp hình thành cách tự nhiên Khuynh hướng số vật chất tự hợp thành cấu trúc nano lĩnh vực nghiên cứu lớn Mục đích nghiên cứu tìm cách điều phối hiệu chỉnh trình tự hợp để hình thành cấu trúc phức tạp hơn, chẳng hạn mạch điện tử Quá trình chế tạo dựa việc điều phối tự hợp nguyên tử, phân tử siêu phân tử hứa hẹn giá thành khơng đắt Thay chi hàng tỉ cho việc sản xuất, chế tạo, mạch điện tử tương lai chế tạo ống nghiệm cách dùng hóa chất thích hợp dĩ nhiên chúng tốt hàng nghìn hàng triệu lần so với chip §1 – Giới thiệu công nghệ nano Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân 1.3.2 Rào lượng tử Hình 1-2 hình STM rào lượng tử (quantum corral) hình thành từ 48 nguyên tử sắt nguyên tử sắt đặt riêng biệt để tạo thành hình trụ bán kính đáy 7.3nm Vật liệu nằm bên đồng nguyên chất Trên bề mặt lớp đồng nguyên chất có nhóm electron tự di chuyển, hình thành thứ gọi khí electron hai chiều (two-dimensional electron gas) Khi electron chạm vào nguyên tử sắt, chúng bị phản xạ phần Nhiệm vụ rào cố bẫy vài electron cấu trúc vòng, ép electron bị bẫy rơi vào trạng thái lượng tử Các vịng trịn gợn sóng đồng tâm bên rào lượng tử giúp ta hình dung trực tiếp phân phối không gian số trạng thái lượng tử định Những thử nghiệm giúp cho nhà khoa học nghiên cứu chất vật lý cấu trúc nano khám phá thêm ứng dụng tiềm tàng cấu trúc thấp chiều Hình 1-2 Rào lượng tử 1.3.3 Cấu trúc ba chiều Hình 1-3 mơ tả tập hợp phần tử nano có đường kính khoảng 5nm (những phần tử Au có màu vàng phần tử bán dẫn có màu xanh lục) có đính đầu cuối chức hóa (que nhiều màu gắn vào phần tử) ống nano (màu đen) đế với điện cực vàng Đây thể mạch phân tử tự hợp hình thành cách tự hợp phân tử phần tử nano vàng kích thước 5nm dùng q trình hóa thiol ống nghiệm §1 – Giới thiệu cơng nghệ nano Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân Hình 1-3 Tập phần tử nano đường kính 5nm §1 – Giới thiệu cơng nghệ nano Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mơ HVTH: Huỳnh Vĩ Ân CHƯƠNG MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA TẾ BÀO LƯỢNG TỬ §2 – Mơ hình tốn học tế bào lượng tử Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân Hình 3-28 sơ đồ mạch cộng toàn phần thực cổng NOT cổng logic M Lưu ý sơ đồ không dùng cổng logic rút gọn Mạch gồm ba ngõ vào: hai số hạng An , Bn số nhớ từ phép cộng trước Cn-1 Hai ngõ mạch tổng Sn số nhớ Cn Hình 3-28 Sơ đồ ngun lí mạch cộng tồn phần Hình 3-29 3-30 cho thấy phân phối trạng thái cho việc mô linh kiện với tổ hợp trạng thái ngõ vào khả thi Những hình kết phép tính tốn Hartree cho hệ thống 192 tế bào (384 electron) Cũng hình trước, đường kính chấm lượng tử tỉ lệ với điện tích vị trí chấm lượng tử §3 – Ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch 73 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mơ HVTH: Huỳnh Vĩ Ân Hình 3-29 Mạch cộng toàn phần dùng 192 tế bào lượng tử (A = 1, B = 1, C = 0) §3 – Ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch 74 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mơ HVTH: Huỳnh Vĩ Ân Hình 3-30 Mạch cộng toàn phần dùng 192 tế bào lượng tử (A = 0, B = 0, C = 1) §3 – Ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch 75 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân 3.7 NHỮNG HIỆN THỰC QCA CÓ THỂ CHẤP NHẬN Hầu hết nghiên cứu chấm lượng tử tập trung vào chấm lượng tử dùng chất bán dẫn Một kỹ thuật phát triển tốt dùng cổng kim loại để tạo mẫu bề mặt cho electron bị giam khơng gian khí electron hai chiều (two-dimensional electron gas – 2DEG) Bề mặt chuyển tiếp khác loại chất thuộc nhóm III nhóm V dùng Si-SiO2 Có thể dùng cấu hình hai cổng trình bày hình 3-31 Loại cổng cho phép chuyển trạng thái đoạn nhiệt cách cung cấp việc điều khiển riêng lẻ hàng rào chấm lượng tử Phương pháp làm cho chấm lượng tử đủ nhỏ để giữ electron Chúng ta nên lưu ý khơng thiết phải có electron hay electron chấm lượng tử dãy QCA hoạt động Hình 3-31 Cấu hình cổng kim loại Trong hình 3-31, hai cổng kim loại dùng để điều khiển việc chiếm giữ electron đế silic loại P Cổng dùng để làm nghèo lỗ trống gần bề mặt đế silic vị trí khơng mong muốn chấm lượng tử cổng dùng để đảo đế silic loại P số vị trí định để tạo chấm lượng tử Việc làm nghèo hạt dẫn việc lấy đảo kết hợp với cho ta khả quản lý tốt chấm lượng tử Những tiến triển việc quét thạch xuyên hầm hứa hẹn việc sản xuất linh kiện kích thước angstrom Nhiều nghiên cứu tiến hành để chuyển §3 – Ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch 76 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân mẫu sản xuất vào hệ thống vật chất chứa đựng trì chấm lượng tử Tất phương pháp thạch cần phải giải với vấn đề tích nạp rải rác Đây vấn đề vật chất cản trở nỗ lực tiến đến giới hạn cao tốn electron Bản chất tự sửa sai dãy QCA làm nhẹ bớt không loại bỏ vấn đề Một khả thực cách dùng phân tử carbon xylate kim loại cho hình 3-32 Mặc dù thực phân tử cho thấy nhiều thách thức, đặc biệt ngõ vào ngõ ra, thực lại có kích thước tế bào số lượng tế bào dễ thử nghiệm nhiều Những phép thử nghiệm quang điện hóa học khả thi tổng hợp dãy tế bào lớn Hình 3-32 Phân tử M2{(CO)9(Co3CCO2}4 Hình 3-32 thực phân tử khả thi dãy QCA Phân tử M2{(CO)9(Co3CCO2}4 M Mo, Mn, Fe, Co, Cu tổng hợp cho trạng thái ổn định Mỗi cụm bốn cụm Co đóng vai trị chấm lượng tử tế bào lượng tử QCA §3 – Ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch 77 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân CHƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG §4 – Chương trình mơ 78 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân 4.1 GIỚI THIỆU Chương trình Quantum Cellular Automata mơ khả thực tất mạch logic (tối đa biến) cách tổ chức kết nối tế bào lượng tử sau tối thiểu hóa hàm logic đầu vào Mạch logic cho hai dạng sau: • Dạng minterm don’t care term Ví dụ: F(A, B, C) = ∑m(0,1,4,6) + ∑d(2,7) • Dạng tổng tích Ví dụ: F(A, B, C) = A’B + AC’ + C Các hàm logic sau tối thiểu (bắt buộc) chương trình phân tích vẽ sơ đồ bố trí tế bào lượng tử Những tế bào lượng tử bố trí sơ đồ thay đổi trạng thái chúng (cũng giá trị logic trung gian) ta thay đổi ngõ vào hàm logic, kết giá trị ngõ thay đổi theo tương ứng Khi tính tốn vẽ sơ đồ bố trí tế bào lượng tử, tác giả đề xuất trường hợp Đây trường hợp trường hợp tối ưu Hy vọng phiên sau chương trình khắc phục điểm yếu Thơng qua chương trình mơ Quantum cellular automata, ta thấy khả ứng dụng cơng nghệ nano, cụ thể ứng dụng chấm lượng tử, vào việc thiết kế vi mạch số Mặc dù chương trình mơ tác giả giới hạn số biến logic tối đa 8, người dùng dễ dàng thay đổi để triển khai giới hạn tốc độ xử lý máy tính nhanh §4 – Chương trình mơ 79 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân 4.2 CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH Yêu cầu tối thiểu: • Hệ điều hành Microsoft Windows 9x, Windows Me, Windows 2000, Windows NT 4.0, Windows XP Home/Professional • CPU Intel Pentium, Intel Celeron, AMD K6 trở lên • Bộ nhớ 32MB trở lên • Đĩa cứng cịn trống 10MB • Ổ đĩa CD-ROM Trình tự cài đặt: • Chạy tập tin Setup.exe có thư mục Quantum cellular automata đĩa CD-ROM chương trình • Nhấn Next để tiếp tục Ở hộp thoại kế, kích chọn I accept the terms of the license agreement, sau lại nhấn Next §4 – Chương trình mơ 80 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân • Nhập vào tên người dùng tên cơng ty: §4 – Chương trình mơ 81 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mơ HVTH: Huỳnh Vĩ Ân • Chọn chế độ cài Complete, nhấn Next, sau nhấn Install để bắt đầu q trình cài đặt 4.3 SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH Click chọn biểu tượng chương trình Desktop vào menu Start > Programs > Quantum cellular automata chọn QCA Tại giao diện chương trình, ta thực bước sau để nhập liệu đơn giản hóa tối đa liệu vừa nhập: Chọn số biến hàm logic cần xử lý hộp danh sách Number of variables Ở số biến chọn từ đến Chọn cách nhập liệu khung Input method: • Minterm + Don’t care term: nhập vào vị trí minterm vị trí tùy định hàm logic • Sum of products: nhập hàm logic dạng tổng tích Nhập đủ liệu cần thiết vào khung nhập liệu bên (tùy người dùng chọn cách nhập liệu bước mà chương trình §4 – Chương trình mơ 82 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân khung nhập liệu tương ứng) Nếu nhập sai khơng đủ kiện chương trình báo lỗi Lưu ý vị trí minterm don’t care term số ngăn cách kí tự khác kí tự số Minterm bắt buộc phải có cịn Don’t care term khơng thiết Trong trường hợp nhập tổng tích, tích khơng thiết phải tích chuẩn, biến viết thường viết hoa, nháy đơn (‘) dùng để phép bù Ví dụ ta nhập A’BD’ + B’C’ chương trình hiểu AB D + BC Nhấn nút Reduce để tối thiểu hóa hàm Boole Kết rút gọn trình bày khung bên Nhấn nút Schema of arranging quantum cells để chuyển sang chương trình mơ Số biến hàm logic Chọn cách nhập liệu Tối thiểu hàm Boole Xóa liệu nhập Kết rút gọn Vẽ sơ đồ bố trí tế bào Thốt chương trình Ở ta lấy ví dụ nhỏ thiết kế mạch logic tế bào lượng tử cho dạng hàm logic sau: F(A, B, C) = AB + A’C + BC Sau nhập liệu thực phép rút gọn, ta kết sau: §4 – Chương trình mơ 83 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân Chương trình đưa kết tối thiểu AB + A’C Tiếp theo nhấn vào nút Schema of arranging quantum cells để mơ §4 – Chương trình mơ 84 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân Giao diện chương trình có số điểm cần lưu ý sau: • Simulate/Schema: chuyển đổi qua lại sơ đồ bố trí tế bào chế độ mơ giá trị tức thời • Zoom in/Zoom out: chuyển đổi hai chế độ phóng to thu nhỏ • Exit: trở giao diện chương trình • Khi chế độ mơ phỏng, ta thay đổi giá trị ngõ vào biến cách nhấn vào nút có tên tương ứng Ví dụ hình sau ta thấy A = 0, B = 1, C = Tùy thuộc vào chương trình chế độ nào, liệu vào mà số nút nhấn khơng có có khơng đầy đủ Một số thơng báo lỗi chương trình: • Lỗi khơng tồn biến: §4 – Chương trình mơ 85 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử việc thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân Lỗi phát sinh hàm logic ta cung cấp có chứa nhiều biến dự tính ban đầu Cách khắc phục vào hộp danh sách Number of variables để chọn lại số biến • Lỗi chưa nhập liệu: Nguyên nhân người dùng chưa nhập đủ giá trị cần thiết • Lỗi vượt tầm: Một hay nhiều vị trí minterm lớn khả hàm logic nhập • Lỗi thiếu liệu ngõ vào: Nguyên nhân gây lỗi ta quên nhập liệu mà nhấn vào nút Schema of arranging quantum cells §4 – Chương trình mơ 86 Tài liệu tham khảo [1] Charles P.Poole, Jr & Frank J.Owens – Introduction to nanotechnology – A John Wiley & Sons, Inc., Publication – ISBN 0-471-07935-9 [2] Rainer Waser – Nanoelectronics and Information Technology, Advanced electronic materials and novel devices – Wiley-VCH GmbH & Co KgaA – ISBN -527-40363 -9 [3] Bruce Griffing & Charles Sodini – Electron Devices – The Institute of Electrical and Electronics Engineers – IEEE Catalog Number: 88CH2528 [4] M Henini – Quantum dot nanostructures – Materials Today 48 (06/02) [5] H S Nalwa – Handbook of nanostructured materials and technology – Academic Press, Boston 2000 [6] J Preskil – Quantum Computation, Course Information for physics – ICTP, Trieste, Italy, 2001 [7] A.Shile – Quantum Wells, Physics and Electronics of Two-dimentional Systems – World Scientific, 1998 [8] P Douglas Tougaw & Craig S Lent – Dynamic behaviour of quantum cellular automata – University of Notre Dame, 2000 [9] D K Ferry & S M Goodnick – Transport in nanostructures – Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1997 [10] G.Ali Mansoori – Advances in atomic & molecular nanotechnology – University of Illinois at Chicago, 1998 [11] Craig S Lent, and Wolfgang Porod – Bistable saturation in coupled quantum-dot cells – University of Notre Dame, 1999 [12] S Bernstorff, Claudio Nicolini, Victor Erokhin, Sandro Carrara & H Amenitch – Semiconductor Nanoparticles for Quantum Devices - Institute of Biophysics , University of Genova, 1998 ... TẾ BÀO LƯỢNG TỬ §2 – Mơ hình toán học tế bào lượng tử Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử vi? ??c thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân 2.1 TẾ BÀO LƯỢNG TỬ 2.1.1 Mơ hình tế. .. liên kết chặt chẽ tế bào giải phương trình Schrưdinger cho tế bào Trong phương pháp tính dạng §2 – Mơ hình tốn học tế bào lượng tử 16 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử vi? ??c thiết kế vi mạch. .. hình tốn học tế bào lượng tử 10 Nghiên cứu khả ứng dụng tế bào lượng tử vi? ??c thiết kế vi mạch GS.TSKH Đặng Lương Mô HVTH: Huỳnh Vĩ Ân 2.1.2 Sự phân cực tế bào Nếu hiệu ứng xuyên hầm tế bào tương