基于SET/MOSFET混合结构的高效比较器设计与特性分析

基于混合SET/MOSFET的比较器是一种创新的电路设计，它结合了双输入单电子晶体管（SET）与金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的优势，旨在构建高性能的数字逻辑电路。该比较器的核心结构由5个双栅极SET和6个MOSFET组成，这一体系结构的引入主要出于以下几个关键目的： 1. 电路简化：通过利用SET和MOSFET的特性，设计者能够构建更为简洁的逻辑模块，这降低了电路的复杂度，使得设计更加直观和易于实现。 2. 管子数量减少：相比于传统的电路设计，使用混合SET/MOSFET的比较器减少了晶体管的数量，提高了电路的集成度和效率。 3. 电压兼容性与驱动性能：由于SET的电压敏感性和MOSFET的高驱动能力，这种混合设计具有良好的电压兼容性，能够适应不同的工作电压范围，同时保证信号传输的准确性和稳定性。 4. 电平特性：输入和输出的电压极性非常接近于1V和0V，这有利于信号处理和接口设计，符合许多数字电路的标准要求。 5. 低功耗：由于电路的优化设计，静态总功耗极低，达到纳瓦特(nW)级别，对于能源效率敏感的应用来说，这是一个显著的优点。 6. 模拟与数字逻辑的结合：文章介绍了SET的输入特性，以及如何将SET与MOSFET结合起来实现基本逻辑门的功能，如“与”、“或”和“异或”，为构建复杂的数字逻辑电路提供了基础。 2.1 双栅极SET特性：SET的结构包括量子点、隧穿结和两个栅极，其I-V特性展示了一个周期性的振荡模式，依赖于栅极电压的变化，这对于电路的动态行为至关重要。 2.2 SET与MOSFET混合：结合SET的周期性振荡和MOSFET的开关特性，可以实现高效的数据处理和选择决策，为一位比较器电路提供强大的功能基础。 通过仿真验证，这种混合设计证明了其在数字电路设计中的有效性，展示了SET/MOSFET组合在小型化、低功耗和高性能方面的巨大潜力，为未来的微电子技术和计算机系统提供了新的发展方向。