基于RTD的新型D鎖存器設計

姚茂群，馮杰，沈珊瑚

(杭州師范大學 國際服務工程學院， 浙江 杭州 311121)

共振隧穿二極管(resonant tunneling diode，RTD)是利用量子共振隧穿效應工作的一種較成熟的量子器件和納米電子器件[1-2]. 在室溫下，RTD因具有獨特的負內阻(negative differential resistance, NDR)特性及皮秒量級的開關轉換速度，非常適用于高速低功耗數字集成電路. 相較于傳統的CMOS(complementary metal oxide semiconductor，互補金屬氧化物半導體)器件，RTD的電路結構簡單，所用器件數量少，功耗低[3-4].

單雙穩態轉換邏輯單元(MOno-stable BI-stable transition logic element，MOBILE)是基于RTD電路的一個重要邏輯單元，能實現豐富的邏輯功能[5-6]. 在時序電路領域，由RTD構成的多種結構簡單的D觸發器已被實現，如SCFL(source coupled FET logic，源耦合場效應晶體管邏輯)接口的D觸發器[7]和CML(current-mode logic，電流型邏輯)類型的D觸發器[8]. 由RTD構成的D鎖存器結構較復雜,目前并不多見[9]. 本文將基于MOBILE的工作方式和輸出控制方式，結合RTD自身的負內阻特性，設計一種結構簡單的D鎖存器.

1 MOBILE的2種工作方式

RTD的電流電壓特性曲線如圖1所示，Ip和-IP分別為正向和負向波峰電流，IV和-IV分別為正向和負向波谷電流，Vp和-Vp為正向和負向波峰電壓，VV和-VV為正向和負向波谷電壓[10]. 當RTD正向偏置電壓從0開始增大到Vp時，電流逐漸從0增至Ip，該區域稱為RTD的第一正阻區；當電壓繼續增至VV時，電流反而減至波谷電流IV，該區域稱為RTD的負阻區；電壓繼續增大，電流也隨之增大，呈現普通二極管的正向特性，稱該區域為RTD的第二正阻區. RTD負向電流電壓曲線與正向近似并關于原點對稱，只是-IP和-IV的絕對值較正向稍小一點，-Vp和-VV的絕對值與正向值接近.

圖1 RTD電流電壓……