[发明专利]一种基于离子栅MoS2

说明书

本发明公开了一种基于离子栅MoS₂晶体管的不平衡三值逻辑门的实现方法，利用正脉冲引起的离子栅MoS₂晶体管的源漏电流值差异区分不同逻辑信号组合，实现了不平衡三值逻辑门。对于单个栅门调控，向栅极施加三个不同幅度的电压，可以测量出三个不同大小的源漏电流值，然后通过与参考电流值比较，实现了标准三值反相器、正三值反相器和负三值反相器。对于栅门和漏门组合调控，向栅极和漏极分别施加三个不同幅度的电压组合，可以测量出九个不同幅度的源漏电流值，然后通过与参考电流值比较，实现了三值与门、三值与非门、三值或门、三值或非门、三值异或门和三值异或非门逻辑。本发明为建立三值逻辑电路提供了新的见解，并有助于开发三值系统结构。

技术领域

本发明属于新型计算技术领域，具体涉及一种基于离子栅MoS₂晶体管的不平衡三值逻辑门的实现方法。

背景技术

人脑可以进行一些复杂的计算，如在现代数字系统中占有非常重要地位的布尔逻辑运算。传统的数字系统使用具有两个可能值0(假)和1(真)的二进制逻辑。然而，人脑处理信息的方式更像是一个三值系统，而非二值系统。三值逻辑起源于1840年，英国发明家Thomas Fowler首先介绍了一种使用三元逻辑系统进行计算的方法，之后Sergei Sobolev和Nikolay Brusentsov在1950年代开发了一种名为“SETUN”的基于三值逻辑的计算机。与二值逻辑不同，三值逻辑有两种主要的表现类型，即平衡(-1，0，1)和不平衡(-2，-1，0或0，1，2)三值逻辑系统，用于代表“假”、“未知”和“真”。与二值逻辑系统相比，三值逻辑具有很多优点，它可以单线传递更多信息，有助于减少电路的互连。因此，三值逻辑增加了信息密度，有助于降低电路复杂度，提高数字系统的能效。由于其优越的性能，三值系统已被用于增强模糊逻辑和人工智能相关领域的计算性能。最近，一些新器件由于其优异的特性开始被用于实现三值逻辑，例如碳纳米管场效应晶体管、电阻式阻变存储器和二维材料器件。

二维材料具有原子尺度的厚度、没有悬空键和增强的静电控制等优点，这对于开发缩放型器件和电路至关重要，尤其是作为通道材料用于晶体管。人脑处理信息的方式基本上更像是三值逻辑而不是二值逻辑。因此，需要能够有效实现三值逻辑的器件。基于二维材料MoS₂的晶体管的电导可以通过不同的电压输入很容易实现多种状态。因此，MoS₂晶体管成为实现三值逻辑的有力候选者。

发明内容

为了有助于开发三值逻辑系统的结构，本发明提供了一种基于离子栅MoS₂晶体管的不平衡三值逻辑门的实现方法。

本发明所述的离子栅MoS₂晶体管包括沟道层、源极、漏极、栅极和栅介质层，其中，沟道层为MoS₂二维材料，源极和漏极位于沟道层两端并与沟道层连接；栅极位于沟道层的侧边，与沟道层不直接接触；栅介质层覆盖在栅极和源漏之间的沟道层上方，所述栅介质层为聚合物电解质。

本发明利用正脉冲引起的所述离子栅MoS₂晶体管的源漏电流值差异实现了不平衡三值逻辑门，区分了不同逻辑信号组合下的源漏电流值。对于单个栅门调控，通过向顶栅电极施加三个不同幅度的电压，可以测量出三个不同大小的源漏电流值，然后通过与参考电流值比较，我们实现了标准三值反相器(STI)、正三值反相器(PTI)和负三值反相器(NTI)。对于栅门和漏门组合调控，通过向顶栅电极和漏电极分别施加三个不同幅度的电压组合，可以测量出九个不同幅度的源漏电流值，然后与参考电流值比较，我们实现了三值与门(TAND)、三值与非门(TNAND)、三值或门(TOR)、三值或非门(TNOR)、三值异或门(TXOR)和三值异或非门(TXNOR)逻辑。