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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 量子元胞自动机2

1.2.1 发展历程2

1.2.2 研究现状3

1.3 量子元胞自动机的应用5

1.3 1无线集成电路5

1.3.2 细胞神经网络5

1.3.3 量子计算机6

参考文献7

第2章 量子元胞自动机基础11

2.1 器件结构和时钟11

2.1.1 四点电性QCA器件11

2.1.2 两点电性QCA器件15

2.1.3 磁性QCA器件16

2.2 基本QCA电路18

2.3 量子元胞自动机仿真22

2.3.1 QCADesigner22

2.3.2 OOMMF软件24

2.4 器件制备工艺25

2.4.1 电子束光刻方法25

2.4.2 聚焦离子束方法26

2.4.3 纳米蜡纸印刷术方法26

参考文献26

第3章 量子元胞自动机电路的结构29

3.1 QCA组合逻辑电路29

3.1.1 电性QCA奇偶校验系统29

3.1.2 电性QCA不恢复余数除法器35

3.1.3 电性QCA 3-8译码器42

3.1.4 两点电性QCA全加器电路48

3.1.5 磁性QCA全加器电路50

3.2 QCA时序逻辑电路55

3.2.1 电性QCA模可变计数器55

3.2.2 电性QCA JK触发器和计数器61

3.2.3 电性QCA双边沿触发器67

3.2.4 磁性QCA环形振荡器69

参考文献74

第4章 量子元胞自动机电路的缺陷77

4.1 电性QCA元胞旋转缺陷77

4.1.1 含旋转元胞缺陷的阵列建模77

4.1.2 电性QCA互连结构的旋转缺陷80

4.1.3 电性QCA逻辑结构的旋转缺陷85

4.1.4 旋转缺陷结果分析和信号恢复87

4.2 磁性QCA时钟误放效应92

4.2.1 时钟误放缺陷定义92

4.2.2 时钟误放缺陷建模92

4.2.3 时钟误放缺陷定量刻画95

4.3 电性QCA漂移电荷和串扰100

4.3.1 漂移电荷效应100

4.3.2 串扰效应102

参考文献104

第5章 量子元胞自动机可编程阵列106

5.1 QCA可编程单元106

5.2 QCA可编程阵列108

5.3 QCA PLA的单元胞缺陷110

5.3.1 元胞缺失对PLA单元的影响111

5.3.2 元胞移位缺陷对PLA单元的影响113

5.3.3 元胞未对准对PLA单元的影响113

5.4 QCA PLA故障分析与检测117

5.4.1 PLA故障分析117

5.4.2 PLA故障检测118

5.4.3 PLA故障仿真举例120

参考文献121

第6章 量子元胞自动机电路的可靠性123

6.1 概率转移矩阵123

6.2 组合电路的概率可靠性124

6.2.1 QCA数值比较器可靠性124

6.2.2 QCA加法器可靠性131

6.3 时序电路的概率可靠性136

6.3.1 QCA RS触发器137

6.3.2 QCA D触发器139

6.3.3 QCA JK触发器142

6.4 QCA容错电路实现144

6.4.1 块结构容错概念145

6.4.2 容错反相器的设计146

6.4.3 容错全加器的设计147

6.5 QCA电路背景电荷效应影响150

6.5.1 四点QCA电路背景电荷效应150

6.5.2 两点QCA电路背景电荷效应156

参考文献164

第7章 量子元胞自动机的数据读出接口和时钟电路167

7.1 纳磁体逻辑数据读出原理167

7.2 磁性隧道结168

7.2.1 数据读出接口电路的结构171

7.2.2 片上时钟电路172

7.2.3 电信号输出电路173

7.2.4 纳磁体读出接口电路性能分析174

7.3 数据读出接口电路在单粒子效应下的可靠性研究180

7.3.1 SEE敏感结点分析180

7.3.2 数据读出接口电路的SEE临界电荷181

7.3.3 入射时间和技术结点对SEE的影响182

7.3.4 抗辐射加固设计183

7.4 纳磁体逻辑片上时钟电路186

7.4.1 片上时钟电路结构186

7.4.2 时钟电路功能验证190

参考文献191

第8章 量子元胞自动机实验制备195

8.1 实验仪器和技术195

8.2 直线互连结构制备197

8.2.1 实验参数的影响197

8.2.2 测试结果199

8.3 拐角互连结构制备201

8.3.1 拐角互连模拟201

8.3.2 实验制备和测试204

参考文献206

附录207