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随着晶体管尺寸的不断减小,集成电路的体积和计算性能越来越逼近极限,CMOS的发展面临着巨大的挑战。忆阻器,作为一种新型纳米电子器件,具备读写速度快、功耗低、非易失性、尺寸小等优点,是替代CMOS的理想材料之一。逻辑运算是计算机最基本的功能,因此,设计基于忆阻器的逻辑电路具有重要的理论意义和实践价值。本文首先简述了忆阻器的发展和研究现状,对忆阻的工作机理进行了简单的介绍,分析并仿真了HP实验室TiO2模型以及电压阈值模型—VTEAM模型,采用VTEAM模型对互补阻变开关CRS进行建模与仿真,分析了CRS的相关特性;然后根据忆阻的开关效应和阻变特性,提出了基于单个忆阻的逻辑门电路,其中主要包括实质蕴含操作、与非门、或非门、非门和同或门;为了解决单个忆阻交叉阵列中存在的漏电流问题,本文接着提出了基于CRS的逻辑电路,主要详细地分析了实质蕴含操作和与非门电路。最后,本文提出了基于单个忆阻和CRS的交叉阵列,并在交叉阵列中实现了基于单个忆阻和CRS的逻辑运算,针对目前没有很好的CRS读写电路这一问题,本文提出了一种新型的CRS读写电路,该电路能在不破坏CRS的初始状态下有效地读取CRS的状态。本论文的研究成果包括了基于忆阻逻辑电路设计的各方面工作:忆阻的模型介绍,CRS的建模,忆阻开关效应的介绍,基于单个忆阻的逻辑门电路,单个忆阻交叉阵列中漏电流问题的分析,基于CRS的逻辑门电路,单个忆阻逻辑操作的交叉阵列设计,CRS逻辑操作的交叉阵列设计,CRS单元读写电路的设计。这些研究成果为忆阻逻辑电路的发展提供了理论支持。