基于RTD与CMOS的新型数字电路设计
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马 龙 王良臣 黄应龙 杨富 华
（ 国 科 学 院 半 导 体 研 究所 半 导 体 集 成 技 术 研 究 中 心 ， 京 ，０ ０ ３ 中 北 １０ ８ ）
２ ０— ９０ ０ ５０ —５收稿 ，０ ５ｌ－ ０ 改 稿 ２０ 一 ２３ 收
摘 要 ： 米 电子 器 件 Ｒ Ｄ 与 Ｃ 纳 Ｔ Ｍ０Ｓ电 路 结 合 ， 种 新 型 电 路 不 仅 保 持 了 Ｃ 这 Ｍ０Ｓ动 态 电 路 的所 有 优 点 ， 且 在 而 工 作 速 度 、 耗 、 成 度 以及 电路 噪 声 免 疫 性 方 面 都 得 到 了不 同程 度 的改 善 和 提 高 。 中对 数 字 电路 中 比较 典 型 的 功 集 文 可 编 程 逻 辑 门 、 加器 电路 进 行 了设 计 与模 拟 ， 在 此 基 础 上 对 ４ 全 并 ×４阵列 纳 米 流 水 线 乘 法 器 进 行 了结 构 设 计 。 同时 讨 论 了在 目前 硅 基 Ｒ ＴＤ器 件 较 低 的 Ｐ Ｃ 值 情 况 下实 现 相 应 电路 的可 行性 Ｖ Ｒ
关键词 ： 共振 隧 穿 二 极 管 ； 补 金 属 氧 化 物 半 导 体 ；可 编 程 逻 辑 门 ； 米 流 水 线 ；全加 器 ；乘 法 器 互 纳 中图 分 类 号 ： ＴＮ４ ２ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ０ ３１ （０ ６ ０—９ —５ １ ０ —８ ９ ２０ ）３２ ５０
Ｄ ｅ ｉ ｎ ｏ ｖ ｌＤｉ ｉ ａ ｒ ｕ ｔ ｓ ｄ ｏ ｈｅ ｓ ｇ ｆ Ｎｏ ｅ ｇ ｔ ｌＣｉ ｃ ｉｓ Ｂａ ｅ ｎ ｔ
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Ｋｅ ｒ ｓ ｅ ｏ ａ ｔ ｔ ｎ ｅｉ ｇ ｄ ｏ ｅ（ ｙ ｗｏ ｄ ：ｒ ｓ ｎ ｎ ｕ ｎ ｌｎ ｉ ｄ ＲＴＤ ） ｃ ｍ ｐ ｅ ｅ ｔ ｒ ｅ ａ ｘ ｄ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒ ； ｏ ｌｍ ｎ ａ ｙ ｍ ｔ ｌ ｏ ｉ ｅ ｓ ｍｉ ｏ ｄ ｃ ｏ （ Ｍ ＯＳ ；ｐ ｏ ｒ ｍｍａ ｌ ｏ ｉ ａ ｅ ＰＬ ） ａ ｏ ｉ ｅ ｉ ｅ ｕ ｌ ｄ ｅ （ Ａ） Ｃ ） ｒｇａ ｂ ｅ ｌ ｇ ｃ ｇ ｔ （ Ｇ ；ｎ ｎ ｐ ｐ ｌｎ ；ｆ ｌ ａ ｄ ｒ Ｆ ；ｍｕ ｔｐ ｉ ｒ ｌｉ ｌ ｅ
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第 ２卷 ６
第３ 期
固体 电子学研 究与进展
Ｒ Ｓ Ａ Ｃ ＆ Ｐ Ｏ Ｒ Ｓ ＦＳ Ｅ ＥＥ Ｒ Ｈ Ｒ Ｇ Ｅ ＳＯ Ｓ
Ｖｏ ． ６。 ． １ ２ Ｎｏ ３
Ａ ｕｇ．， 于 ＲＴ 与 Ｃ Ｄ ＭＯＳ的新 型数 字 电路 设 计
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｎ ｖ ｌ ｉ ｔ ｌｃｒ ｕｉｓ ｂａ ｅ ｏ ｈｅ ｉ ｔ ｇ ａ ｉ ｏ ｔａ ｔ ｅ ｏ ｅ ｄ ｇｉａ ｉｃ ｔ ｓ ｄ ｎ ｔ ｎ ｅ ｒ ｔｏｎ ｆ ＲＴＤ ｎ ａ ｄ ＣＭ ＯＳ ｎ ｌ ｏｔ ｏｎ ｙ ｋｅ ｐ ａ ｌｔ ｅ ａ ａ ｔ ｇ ｓ ｏｆＣＭ ＯＳ ｄｙ ｍ ｉ ｉｃ ｔ ｅ ｌ ｈ ｄｖ ｎ ａ ｅ ｎａ ｃ ｃｒ ｕｉｓ，ｂｕ ｌ ｏ ｉ ｐ ｏｖ ｈ ｐｅ ｄ，ｐ ｗｅ ｓ ｉ — ｔ ａ ｓ ｍ ｒ ｅ ｔ ｅ ｓ ｅ ｏ ｒ ｄｉｓｐａ ｔｏ ｉ ｎ，ｉ ｔ ｇ ａ ｉ ｎ ｌｖｅ ａ ｄ ｎ ｉ ｅ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔｏ ｅ ｌ ｎ ｏ ｓ ｍｍ ｕｎ ｔ ｏ ｄｉｆ ｒ ｎｔ ｅ ｔ ｎ ｓ Ｐｒ ｇｒ ｍｍａ ｅ ｌ ｇｉ ａ ｅ， １ ｂｉ ｉｙ ｔ ｆｅ ｅ ｘ ｅ ｔ ． ｏ ａ ｂｌ ｏ ｃ ｇ ｔ 一 ｔ ｎａ ｏ ｐ ｌｎ ｕ ｌａ ｄｅ ｎｄ ｎ ｐｉ ｅ ｉ ｅ ｆ ｌ ｄ ｒ ａ ４× ４ ｎａ ｐｉ ｌｎ ｒ ａ ｕｌｉ ｉｒ ｂａ ｅ ｎ ＲＴＤ— ｎｏ ｐｅ ｉ ｅ ａ ｒ ｙ ｍ ｔｐｌｅ ｓ ｄ ｏ ＣＭ ＯＳ ｃ ｒ ｕｉｓ ａ ｅ ｉｃ ｔ ｒ ｐｒ ｓ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ｐ ｐｅ ．Ｔｈｅ ｆ ａ ｉ ｌｔ ｂｏ — ｓ ｄ ｃｒ ｕｉｓ ｉ ｌｏ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｄ ｅ ｔ ｈｅｌ ｗ— ｅ ｅ ｔ ｄ ｉ ｈｉ ａ ｒ ｅ ｓｂｉｉｙ ｏｆａ ｖｅＳｉｂａ ｅ ｉｃ ｔ ｓ ａ ｓ ｉｃ ｓ ｅ ｕ ｏ ｔ ｏ ｅ ｒ ＰｖＣＲ ａ ｕｅ ｏ — ａ ｅ ｖ ｌ ｆＳｉｂ ｓ ｄ ＲＴＤ ｅ ｉ ｅ ｕ ｒ ｎｔｙ． ｄ ｖｃ ｓｃ ｒ ｅ ｌ
ＥＥＡ ＣＣ ： ２ ３ Ｃ ； ２ ７ Ｄ ； １ ６５ ５０ ５０ ２
ＲＴ Ｄ基 集 成 电路 主要还 是在 单 管器件 较 成 熟 的 Ⅲ一
士 丘
Ｖ族 化合 物 （ Ａｓ ＩＰ 衬 底上 ， 过 与高 电子 迁 Ｇａ 或 ｎ ） 通 移 率 晶体管 （ Ｍ Ｔ） 异 质 结双 极 晶体管 （ Ｔ） ＨＥ 、 ＨＢ 等 高速 三 端器 件集 成 来 实 现 的 ， 数 字 以及 混 合 电路 在 中 有着 重 要 的应 用 。已有 包括 模 数转 换 器 （ ＤＣ） Ａ 、 数 模 转 换 器 （ ＡＣ） 存 储 器 （ Ｓ Ｄ 、 Ｔ ＲＡＭ） 等方 面 的报 道， 电路具 有超 高速 、 低功 耗 、 自锁存 的特 点 。
（ 国 科 学 院 半 导 体 研 究所 半 导 体 集 成 技 术 研 究 中 心 ， 京 ，０ ０ ３ 中 北 １０ ８ ）
２ ０— ９０ ０ ５０ —５收稿 ，０ ５ｌ－ ０ 改 稿 ２０ 一 ２３ 收
摘 要 ： 米 电子 器 件 Ｒ Ｄ 与 Ｃ 纳 Ｔ Ｍ０Ｓ电 路 结 合 ， 种 新 型 电 路 不 仅 保 持 了 Ｃ 这 Ｍ０Ｓ动 态 电 路 的所 有 优 点 ， 且 在 而 工 作 速 度 、 耗 、 成 度 以及 电路 噪 声 免 疫 性 方 面 都 得 到 了不 同程 度 的改 善 和 提 高 。 中对 数 字 电路 中 比较 典 型 的 功 集 文 可 编 程 逻 辑 门 、 加器 电路 进 行 了设 计 与模 拟 ， 在 此 基 础 上 对 ４ 全 并 ×４阵列 纳 米 流 水 线 乘 法 器 进 行 了结 构 设 计 。 同时 讨 论 了在 目前 硅 基 Ｒ ＴＤ器 件 较 低 的 Ｐ Ｃ 值 情 况 下实 现 相 应 电路 的可 行性 Ｖ Ｒ
关键词 ： 共振 隧 穿 二 极 管 ； 补 金 属 氧 化 物 半 导 体 ；可 编 程 逻 辑 门 ； 米 流 水 线 ；全加 器 ；乘 法 器 互 纳 中图 分 类 号 ： ＴＮ４ ２ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ０ ３１ （０ ６ ０—９ —５ １ ０ —８ ９ ２０ ）３２ ５０
Ｄ ｅ ｉ ｎ ｏ ｖ ｌＤｉ ｉ ａ ｒ ｕ ｔ ｓ ｄ ｏ ｈｅ ｓ ｇ ｆ Ｎｏ ｅ ｇ ｔ ｌＣｉ ｃ ｉｓ Ｂａ ｅ ｎ ｔ
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Ｋｅ ｒ ｓ ｅ ｏ ａ ｔ ｔ ｎ ｅｉ ｇ ｄ ｏ ｅ（ ｙ ｗｏ ｄ ：ｒ ｓ ｎ ｎ ｕ ｎ ｌｎ ｉ ｄ ＲＴＤ ） ｃ ｍ ｐ ｅ ｅ ｔ ｒ ｅ ａ ｘ ｄ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒ ； ｏ ｌｍ ｎ ａ ｙ ｍ ｔ ｌ ｏ ｉ ｅ ｓ ｍｉ ｏ ｄ ｃ ｏ （ Ｍ ＯＳ ；ｐ ｏ ｒ ｍｍａ ｌ ｏ ｉ ａ ｅ ＰＬ ） ａ ｏ ｉ ｅ ｉ ｅ ｕ ｌ ｄ ｅ （ Ａ） Ｃ ） ｒｇａ ｂ ｅ ｌ ｇ ｃ ｇ ｔ （ Ｇ ；ｎ ｎ ｐ ｐ ｌｎ ；ｆ ｌ ａ ｄ ｒ Ｆ ；ｍｕ ｔｐ ｉ ｒ ｌｉ ｌ ｅ
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第 ２卷 ６
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固体 电子学研 究与进展
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Ｖｏ ． ６。 ． １ ２ Ｎｏ ３
Ａ ｕｇ．， 于 ＲＴ 与 Ｃ Ｄ ＭＯＳ的新 型数 字 电路 设 计
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ＥＥＡ ＣＣ ： ２ ３ Ｃ ； ２ ７ Ｄ ； １ ６５ ５０ ５０ ２
ＲＴ Ｄ基 集 成 电路 主要还 是在 单 管器件 较 成 熟 的 Ⅲ一
士 丘
Ｖ族 化合 物 （ Ａｓ ＩＰ 衬 底上 ， 过 与高 电子 迁 Ｇａ 或 ｎ ） 通 移 率 晶体管 （ Ｍ Ｔ） 异 质 结双 极 晶体管 （ Ｔ） ＨＥ 、 ＨＢ 等 高速 三 端器 件集 成 来 实 现 的 ， 数 字 以及 混 合 电路 在 中 有着 重 要 的应 用 。已有 包括 模 数转 换 器 （ ＤＣ） Ａ 、 数 模 转 换 器 （ ＡＣ） 存 储 器 （ Ｓ Ｄ 、 Ｔ ＲＡＭ） 等方 面 的报 道， 电路具 有超 高速 、 低功 耗 、 自锁存 的特 点 。