纳米交叉开关器件模拟研究及存储器设计

论文摘要

随着CMOS技术接近其物理极限,出现了很多新的解决方案。纳电子学能够克服现有的半导体工业所固有的限制,逐渐成为最有前景的技术之一,最近已经取得了不少突破。在本文中,首先我们描述了几种纳米器件的原理,介绍了一个用于纳电子器件模拟的UDM模型（Universal Device Model）。纳米器件所带来的好处与缺点也进行了概述。本文通过对UDM模型原理的分析,提出了适合纳米交叉器件的拟合精度高、拟合公式相对比较简单的方法,并讨论了各种因素对拟合结果产生的影响。该方法能够有效地模拟纳米交叉结构的双稳态磁滞型伏安特性曲线。基于纳米交叉杆的存储器一般由外围的微-纳结构多路选择器和内部的存储阵列组成,一般的访问方法会出现“误读”现象,要通过接地等措施予以消除。要想在高密度存储的基础上实现快速读写必须研究并行读写方法。并行读写的基础是并行寻址,一种可选的并行寻址方式是地址加掩码的模式,这种模式后再加一个筛选向量即可大大增加并行寻址的灵活度。纳米交叉杆存储器的并行写可分为写1和写0两个子过程,安排最佳的并行访问方式是二维平面上的背包问题。并行读过程可以一次将一行或一列的内容读取出来。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 计算机工艺发展现状
• 1.1.1 量子计算机
• 1.1.2 光子计算机
• 1.1.3 生物计算机（分子计算机）
• 1.1.4 纳米计算机
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 纳米级器件的优势与面临的挑战
• 1.3.1 纳米材料的四个基本效应
• 1.3.2 纳米器件的优势
• 1.3.3 所面临的挑战
• 1.4 本文主要内容
• 第二章 纳米器件的分类及主要应用
• 2.1 常见的几种纳米器件
• 2.1.1 共振隧穿二极管
• 2.1.2 单电子晶体管
• 2.1.3 分子开关和纳米交叉开关
• 2.1.4 交叉纳米线场效应管（cNW-FET）
• 2.2 器件模拟方法
• 2.3 通用器件模型（UDM）
• 2.3.1 UDM 模型原理
• 2.3.2 UDM 模型的工作机制
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于UDM 模型对纳米交叉开关器件模拟
• 3.1 UDM 模型参数提取工具的不足与改进
• 3.1.1 Matthew M. Ziegler 等的改进
• 3.1.2 自己的分析与改进
• 3.2 对交叉开关型的分子器件的模拟
• 3.3 结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于纳米交叉开关分子器件的高密度存储器设计
• 4.1 纳米交叉开关分子器件的优势
• 4.2 纳米交叉结构存储器基本结构的设计
• 4.2.1 基本的存储阵列
• 4.2.2 纳米交叉开关存储单元读写过程分析
• 4.3 存储单位的误读分析
• 4.3.1 误读现象
• 4.3.2 两种接地解决办法
• 4.3.3 单分子整流器
• 4.4 本章小结
• 第五章 纳米交叉分子器件的高密度存储器的并行访问
• 5.1 并行访问的原理
• 5.2 并行访问的硬件设计
• 5.2.1 经典地址译码器
• 5.2.2 并行寻址译码器
• 5.2.3 存储器的结构
• 5.3 并行读写过程
• 5.4 纳米存储器设计注意事项
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 论文总结
• 6.2 进一步的研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 作者在学期间参加的科研工作