JPH0864803A - Logical operation circuit without wiring - Google Patents

Logical operation circuit without wiring

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JPH0864803A
JPH0864803A JP20176394A JP20176394A JPH0864803A JP H0864803 A JPH0864803 A JP H0864803A JP 20176394 A JP20176394 A JP 20176394A JP 20176394 A JP20176394 A JP 20176394A JP H0864803 A JPH0864803 A JP H0864803A
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JP
Japan
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conductive material
electrons
electron
logic
logical operation
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JP20176394A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Ihara
茂男 井原
Shiro Kanbara
史朗 蒲原
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To eliminate wiring between transistors by arranging an element by permitting the center of spherical or cylindrical conductive material to accord with a lattice point on the prescribed row and transmitting electrons or particles in the conductive material by tunnel phenomenon. CONSTITUTION: A major part is composed of two input parts 1002 and 2003, which input electrons, an interaction area 2001, a branching area 40, an observation area 50 and an output area 60. Conductive material is arranged in each area, permitting the centers of the conductive material to accord, and a logical circuit 70, which is to be an OR gate, is provided. The logical circuit 70 permits electrons inputted to the input areas 2002 and 2003 to be outputted from the branching area 40, all electrons are to be inputted to the observation area 50, and the observation area 50 outputs electrons to the output area 60 when electrons are inputted. The conductive material is connected by one-electron tunnel phenomenon, and an electron to be the signal can be transmitted between the conductive material without arranging wiring.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、論理演算回路、特に一
電子トンネル現象により結合した複数の伝導性物質を所
定の位置に配置することにより、通常行われるトランジ
スタ間の配線を不要とした論理演算回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a logical operation circuit, and more particularly to a logical operation circuit which does not require wiring between transistors which is normally performed by arranging a plurality of conductive materials coupled by a one-electron tunnel phenomenon at predetermined positions. Regarding an arithmetic circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOS装置のチャンネルサイズが、4分の
1ミクロンの領域に達する頃には、従来のVLSI集積技術
は、量子効果に起因した限界に到達する。集積回路の多
くの前進は、微細化の絶え間ない進歩に基づいていた故
に、近い将来この限界は大きな問題となる。この課題を
解決するため、量子効果を積極的に利用した素子の提案
が盛んに行なわれている。量子効果を利用した素子には
多くの種類があるが、その一つとして、電子の粒子性を
利用した一電子トンネルトランジスタが提案されてい
る。
2. Description of the Related Art By the time the channel size of a MOS device reaches a quarter micron region, the conventional VLSI integration technology reaches the limit due to the quantum effect. This limitation will become a major problem in the near future, as many advances in integrated circuits have been based on the continuous advancement of miniaturization. In order to solve this problem, devices that positively utilize the quantum effect have been actively proposed. There are many types of devices utilizing the quantum effect, and one of them is a one-electron tunnel transistor utilizing the particle property of electrons.

【0003】一電子トンネルトランジスタとは、IEEEト
ランザクションオンマグネティクス、第23巻(1987年)、
頁1142-1145 (IEEE, Trans. Magnetics, MAG-23(1987),
pp1142-1145)に示されているように、その静電容量が
フェムトファラッド程度の微小キャパシタをその基本構
成要素としている。また、微小キャパシタに用いられて
いる絶縁膜は電子の伝導性物質間トンネルを可能とする
よう薄膜化されている。このような微小キャパシタにお
いて、T<e2/(2Ck)の温度範囲且つ、微小キャパシタ間の
電位差が-e/(2C)<V<e/(2C)の範囲内で、電子の伝導性物
質間トンネルが禁止される現象をクーロンブロケイドと
呼ぶ。ここで、Tは温度、Vは微小キャパシタ間の電位
差、eは一電子の電荷量、Cは微小キャパシタの静電容
量、kはボルツマン定数である。微小キャパシタ間の電
位差がクーロンブロケイドの条件を越える、つまりクー
ロンブロケイドが解除されると、伝導性物質間で一電子
トンネルが起こる。一電子トンネルトランジスタでは、
クーロンブロケイド状態をスイッチオフの状態、クーロ
ンブロケイド解除の状態をスイッチオンの状態であると
解釈する。一電子トンネルトランジスタは、このオンー
オフ状態を制御するために、3つの微小キャパシタを接
続し、それぞれゲート、ソース、ドレインという三端子
として割り当てた三端子スイッチング素子である。
The one-electron tunnel transistor is IEEE Transaction on Magnetics, Volume 23 (1987),
Page 1142-1145 (IEEE, Trans. Magnetics, MAG-23 (1987),
As shown in pp1142-1145), a microcapacitor whose capacitance is about femtofarad is its basic constituent element. In addition, the insulating film used for the microcapacitor is thinned to enable tunneling between conductive substances of electrons. In such a microcapacitor, when the temperature range of T <e2 / (2Ck) and the potential difference between the microcapacitors are within the range of -e / (2C) <V <e / (2C), between the conductive materials of electrons, The phenomenon that tunnels are banned is called Coulomb Brocade. Here, T is the temperature, V is the potential difference between the microcapacitors, e is the charge amount of one electron, C is the capacitance of the microcapacitor, and k is the Boltzmann constant. When the potential difference between the microcapacitors exceeds the Coulomb brocade condition, that is, when the Coulomb brocade is released, a one-electron tunnel occurs between the conductive materials. In the one-electron tunnel transistor,
The coulomb brocade state is interpreted as a switch-off state, and the coulomb brocade release state is a switch-on state. The one-electron tunnel transistor is a three-terminal switching element in which three microcapacitors are connected to control the on / off state and are assigned as three terminals of a gate, a source, and a drain, respectively.

【0004】上記の条件によると、キャパシタの低面積
化により微小キャパシタの静電容量を小さくしていけ
ば、より高温で且つより高いキャパシタ間電圧でクーロ
ンブロケイドを実現できる。現在の微細加工技術を用い
れば、理論上室温での動作も可能となる。さらに、一電
子トンネルトランジスタは、同じ量子効果素子である電
子波干渉素子と比較し、オン及びオフ時のコンダクタン
スの比が大きく、更に素子の特性が構造の微小な変化に
大きな影響をうけない。従って、一電子トンネルトラン
ジスタは、次世代の超微細素子の主候補として注目され
ている。
According to the above conditions, if the capacitance of the microcapacitor is reduced by reducing the area of the capacitor, Coulomb blockade can be realized at a higher temperature and a higher inter-capacitor voltage. Using the current microfabrication technology, theoretically room temperature operation is also possible. Furthermore, the one-electron tunnel transistor has a large conductance ratio when turned on and off compared to an electron wave interference element which is the same quantum effect element, and the element characteristics are not greatly affected by minute changes in the structure. Therefore, the one-electron tunnel transistor is drawing attention as a main candidate for the next-generation ultrafine element.

【0005】特願平6−27710号、及び東芝の新聞
発表(日刊工業新聞、平成6年4月8日)には、複数の
一電子トンネルトランジスタを2次元平面上に配置して
論理回路を構成することが示されている。
In Japanese Patent Application No. 6-27710 and Toshiba's press release (Nikkan Kogyo Shimbun, April 8, 1994), a plurality of one-electron tunnel transistors are arranged on a two-dimensional plane to form a logic circuit. It is shown to be configured.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】三端子あるいはそれ以
上の数の端子を持つスイッチング素子を用いて論理回路
を組む場合、複数の三端子(あるいはそれ以上の数の端
子)スイッチング素子を所望の論理構造に従い配線す
る。その結果、素子が微細化すると配線が高密度とな
り、事実上、配線が行えなくなる可能性がある。つま
り、微細素子を用いたとしても、必要とされる配線面積
が、チップの集積化を妨げる。更に、素子を微細化した
極限として、上記の一電子トンネルトランジスタを用い
た場合、素子ー配線間の浮遊容量の影響で、素子が正常
に動作しなくなる可能性が高い。従って、一電子トンネ
ル現象を利用し論理回路を構成する場合、集積度の向上
及び素子の信頼性という両方の観点より、配線を極力低
減する必要がある。そのためには、従来の三端子スイッ
チング素子をベースにした論理回路とは異なる論理回路
の構成方法を選択する必要がある。
When a logic circuit is formed by using switching elements having three terminals or more terminals, a plurality of three-terminal (or more terminals) switching elements are used as desired logic elements. Wire according to the structure. As a result, if the element is miniaturized, the wiring density becomes high, and there is a possibility that the wiring cannot be actually performed. That is, even if a fine element is used, the required wiring area hinders the integration of the chip. Furthermore, when the above-mentioned one-electron tunnel transistor is used as the limit of miniaturization of the element, there is a high possibility that the element will not operate normally due to the influence of the stray capacitance between the element and the wiring. Therefore, in the case of forming a logic circuit by utilizing the one-electron tunnel phenomenon, it is necessary to reduce the wiring as much as possible from the viewpoints of both the improvement of the degree of integration and the reliability of the element. For that purpose, it is necessary to select a logic circuit configuration method different from the conventional logic circuit based on a three-terminal switching element.

【0007】新しい論理回路の構成方法で、任意の論理
回路を構成できるためには、その構成手法に従い、ORゲ
ート、NOTゲート、FANOUT及びワイヤが構成できなけれ
ばならない。任意の論理は、NOT演算とOR演算だけを使
用して合成することができる。さらに、複雑な論理関数
を合成するために、ゲートの一つの出力を複数の入力に
接続する機能を持つゲート、すなわちFANOUTが必要とな
る。また、論理回路においてゲートへの入力信号の同期
をとるためには、信号の遅れを調節するワイヤと呼ばれ
る素子が必要となる。以上、論理回路を構成するために
必要となる基本構成単位は、ORゲート、NOTゲート、FAN
OUT及びワイヤであるといえる。従って、これらの基本
構成単位を実現できる無配線論理回路構成方法があれ
ば、任意の無配線論理回路を構成できることになる。
In order to be able to construct an arbitrary logic circuit with the new logic circuit construction method, it is necessary to construct an OR gate, a NOT gate, a FANOUT and a wire according to the construction method. Arbitrary logic can be combined using only NOT and OR operations. Furthermore, in order to synthesize a complex logic function, a gate that has the function of connecting one output of the gate to multiple inputs, that is, FANOUT is required. Further, in order to synchronize the input signal to the gate in the logic circuit, an element called a wire for adjusting the delay of the signal is required. The basic building blocks required to configure a logic circuit are the OR gate, NOT gate, and FAN.
It can be said to be OUT and wire. Therefore, if there is a non-wiring logic circuit construction method that can realize these basic constituent units, an arbitrary non-wiring logic circuit can be constructed.

【0008】一方、特願平6−27710号、及び東芝
の新聞発表では、素子の配置が2次元であるために信号
と信号の伝達経路の長さが事なることにより遅延時間が
大きいこと、2次元ゆえに高集積化が3次元の場合に比
べてしにくくなるという欠点がある。さらに、2次元の
場合には、2次元クーロン系に特有なオーダパラメータ
には変化がなく、しかもエネルギ−の温度に対する2階
微分である感受率が発散するというKosterlits-Thoules
s 転移が存在し、回路の信頼性の障害になるという問題
がある。さらに、東芝の2次元上で回路の場合は電子は
自身の運動はダイポールを通じて行われ、ある局在位置
でのいわば状態がフリップフロップすることにより信号
が伝わっていくので、ひとつの電子の輸送現象を取り扱
うものではない。また、特願平6−27710号は正規
ハニカム格子でのみ適用するものであるため、寸法等の
マージンは極めて少なくなければならない。
On the other hand, in Japanese Patent Application No. 6-27710 and Toshiba's press release, the delay time is large due to the fact that the length of the signal and the transmission path of the signal are different because the elements are arranged in two dimensions. Since it is two-dimensional, it is difficult to achieve high integration as compared with three-dimensional one. Furthermore, in the two-dimensional case, the order parameter peculiar to the two-dimensional Coulomb system does not change, and the susceptibility, which is the second derivative of the energy with respect to the temperature, diverges, Kosterlits-Thoules
There is the problem that s transitions exist and impair the reliability of the circuit. Furthermore, in the case of Toshiba's two-dimensional circuit, the electron's own motion is carried out through a dipole, and a signal is transmitted by a so-called flip-flop at a certain localized position, so one electron transport phenomenon. Does not handle Further, since Japanese Patent Application No. 6-27710 is applied only to the regular honeycomb lattice, the margin of dimensions and the like must be extremely small.

【0009】本発明の目的は、上記の制約を取り除いて
ハニカム格子の寸法等のマージンが大きくとれ、かつ、
一電子トンネル現象以外の多電子、および電子以外の古
典的粒子の輸送現象にも適用できる論理回路を提供する
ことにある。さらに、本発明の目的は、3次元での一電
子トンネル現象も含めた輸送現象一般に適用できる回路
であり、実際に試作で実現されるにくい正規格子という
枠組みを外し任意の格子に適用できる論理回路を提供す
ることにある。
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned restrictions, to allow a large margin such as the size of the honeycomb lattice, and
The purpose of the present invention is to provide a logic circuit that can be applied to transport phenomena of many electrons other than the one-electron tunnel phenomenon and classical particles other than electrons. Further, an object of the present invention is a circuit that can be applied to general transport phenomena including a three-dimensional one-electron tunnel phenomenon, and a logic circuit that can be applied to an arbitrary lattice without the framework of a regular lattice that is difficult to realize in actual trial production. To provide.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】素子配置を行所定の格子
点に対し、球あるいは円柱状をなす伝導性物質の中心が
一致するように、伝導性物質を配置する。ある距離以内
にある二つの伝導性物質は粒子の散乱あるいは一電子ト
ンネル現象により結合しており、その他の配置の場合、
トンネル現象による伝導性物質間の結合はない。この粒
子の飛行あるいは一電子トンネルによる結合により、配
線を施さなくても、信号つまり粒子あるいは一つの電子
は伝導性物質間を伝搬できる。
[Means for Solving the Problems] The element is arranged and the conductive material is arranged such that the centers of the spherical or columnar conductive material coincide with predetermined lattice points. Two conductive materials within a certain distance are bound by particle scattering or one-electron tunneling phenomenon, and in other arrangements,
There is no bond between conductive materials due to the tunnel phenomenon. By the flight of the particles or the coupling by the one-electron tunnel, a signal, that is, the particle or one electron can propagate between the conductive substances without wiring.

【0011】更に、粒子の散乱、飛行または一電子トン
ネル現象による結合は、伝導物質の二次元又は三次元的
な配置の仕方により制限できるため、その配置を変化さ
せることにより粒子あるいは一電子の伝搬を制御でき
る。従って、伝導性物質内での粒子あるいは一電子過剰
状態を論理の”1”に、ノーマルの状態を論理の”0”
に対応させることにより、粒子あるいは一電子の伝搬を
論理演算の過程に対応させることができる。つまり、所
定の信号入力用の伝導性物質に負の電位を与えることに
より、導入された粒子あるいは電子が、最終的に信号出
力用の伝導性物質に到達できる場合を論理演算の”
1”、到達できない場合を論理演算の”0”に対応させ
るのである。
Further, since the scattering, flight, or coupling of particles by one-electron tunneling phenomenon can be limited by the two-dimensional or three-dimensional arrangement of the conductive material, the particle or one-electron propagation can be changed by changing the arrangement. Can be controlled. Therefore, the particle or one-electron excess state in the conductive material is set to the logical "1", and the normal state is set to the logical "0".
By corresponding to, the propagation of particles or one electron can be associated with the process of logical operation. In other words, by applying a negative potential to a predetermined conductive substance for signal input, the introduced particles or electrons can finally reach the conductive substance for signal output by a logical operation.
1 "and the case where it cannot be reached correspond to the logical operation" 0 ".

【0012】以上より、所定の位置に配置された伝導性
物質の集団は、一電子を信号として用いた論理演算回路
として動作することになる。本方法で特長的なことは、
任意の論理回路を構成するための基本構成単位であるOR
ゲート、NOTゲート、FANOUT及びワイヤを伝導性物質の
集団により生成できるできることである。伝導性物質の
配置の仕方は、これら基本構成単位ごとに決まっている
ため、所望の論理をORゲート、NOTゲート、FANOUT及び
ワイヤを用いて表現することにより、任意の論理回路に
対する伝導性物質の配置の仕方が決定される。さらに、
前述した2次元のクーロン系に特有な問題点やその制約
は3次元系に拡張することにより解決される。
From the above, the group of conductive substances arranged at a predetermined position operates as a logical operation circuit using one electron as a signal. The feature of this method is that
OR, which is the basic building block for constructing an arbitrary logic circuit
It is possible to generate gates, NOT gates, FANOUTs and wires with a population of conductive materials. Since the method of arranging the conductive material is determined for each of these basic building blocks, by expressing the desired logic using OR gates, NOT gates, FANOUTs, and wires, the conductive material for any logic circuit can be defined. The arrangement method is determined. further,
The problems peculiar to the two-dimensional Coulomb system and its constraints can be solved by expanding to the three-dimensional system.

【0013】[0013]

【作用】一電子トンネル現象により結合した複数の伝導
性物質を2次元または3次元の所定の位置に配置するこ
とにより、通常行われるトランジスタ間の配線を不要と
した論理演算回路を構成できる。これにより、一電子ト
ンネル現象を用いた高信頼、超高集積無配線論理回路を
構成できる。更に、本発明では、論理回路構成のための
基本単位である、ORゲート、NOTゲート、FANOUT 及びワ
イヤを生成できるため、任意の無配線論理回路を構成で
きる。
By arranging a plurality of conductive materials coupled by the one-electron tunnel phenomenon at predetermined two-dimensional or three-dimensional positions, it is possible to construct a logical operation circuit which does not require wiring between transistors, which is usually performed. This makes it possible to construct a highly reliable, ultra-high integration non-wiring logic circuit using the one-electron tunnel phenomenon. Further, according to the present invention, since an OR gate, a NOT gate, a FANOUT and a wire, which are basic units for the logic circuit configuration, can be generated, an arbitrary non-wiring logic circuit can be configured.

【0014】[0014]

【実施例】図1に、本発明による無配線論理回路の一実
施例を示す。以下、量子性を問題にしない場合の粒子に
よる回路の構成の一実施例を述べる。 図1に示す論理
回路の動作を理解するために、まず古典的な拡散、弾
道、量子輸送、粒子ジャンプなど一つの粒子またはいく
つかの粒子からなる粒子群の飛行を利用する場合の物理
現象を説明する本発明では、回路のエレメントは、入力
領域、相互作用領域、分岐領域、観測領域、出力領域か
らなり、これらの領域は複数のデバイスからなる。図1
では、2002と2003は入力領域、2001(とく
に20)は相互作用領域、40は分岐領域、50は観測
領域、60は出力領域である。ここで黒丸はいくつかの
経路を示す。
1 shows an embodiment of a non-wiring logic circuit according to the present invention. An example of a circuit configuration using particles in the case where the quantum property is not a problem will be described below. In order to understand the operation of the logic circuit shown in FIG. 1, first, the physical phenomena in the case of using the flight of a single particle or a group of particles such as classical diffusion, ballistic, quantum transport, particle jump, etc. In the invention described, the elements of the circuit consist of an input area, an interaction area, a branch area, an observation area and an output area, which areas consist of a plurality of devices. FIG.
Then, 2002 and 2003 are input regions, 2001 (particularly 20) is an interaction region, 40 is a branch region, 50 is an observation region, and 60 is an output region. Here, black circles indicate some routes.

【0015】拡散、弾道など古典的なひとつの粒子(原
子、電子)の飛行が可能な電位が印加されている場合、
信号入力用の入力領域に導入された古典的なひとつの粒
子は、エネルギーのより低い相互作用領域20のほうへ
飛行していく。逆に、印加した電位が小さく、ひとつの
粒子がトンネルすることによりエネルギーが高くなる場
合、粒子の飛行は禁止される。このように、印加した電
位の大きさにより、粒子の飛行が制御される物理現象
を、粒子の飛行制御と呼ぶ。以上より、粒子飛行とは、
粒子がよりエネルギーの低い方向へ伝搬していく物理現
象である。
In the case where an electric potential capable of flying one classical particle (atom, electron) such as diffusion and ballistic is applied,
A single classical particle introduced into the input region for signal input flies toward the lower energy interaction region 20. On the contrary, when the applied potential is small and the energy increases due to the tunneling of one particle, the flight of the particle is prohibited. The physical phenomenon in which the flight of particles is controlled by the magnitude of the applied potential in this way is called flight control of particles. From the above, particle flight is
This is a physical phenomenon in which particles propagate in the direction of lower energy.

【0016】この一原子飛行現象を背景とし、本発明に
おいて重要な役割を果たすものが、粒子間の相互作用で
ある。印加電位条件を調整し、一つの領域内のデバイス
に二つの粒子が入る場合、エネルギー的に高い状態にな
る印加電位条件は、容易に実現される。ところが、一般
に、粒子の間の斥力相互作用により二つの粒子は、ある
(有効衝突)距離以内へ同時に入ることはできなくな
る。従って、粒子は40の分岐領域で一般には互いに異
なった飛行方向へと移動する。
Against the background of this single atom flight phenomenon, what plays an important role in the present invention is the interaction between particles. When the applied potential condition is adjusted so that two particles enter the device within one region, the applied potential condition in which the energy is high is easily realized. However, in general, two particles cannot simultaneously enter within a certain (effective collision) distance due to the repulsive interaction between the particles. Therefore, the particles generally move in different flight directions in the 40 branch regions.

【0017】分岐領域での飛行方向および飛行経路はい
くつもありうる。分岐領域での飛行方向および飛行経路
が全て観測領域への入力経路になっているとき、すなわ
ち分岐領域からでた粒子がすべて観測領域にはいると
き、入力領域に粒子が入りさえすれば、出力領域にはか
ならず粒子は出力される。したがって、図2に示すよう
に入力領域の端子2002と2003とに粒子がいる場
合を1、いない場合0とすると、出力領域には2002
と2003の両方ともに粒子がいない場合以外は粒子は
存在する。従って、回路エレメントはORゲートになって
いる。
There can be any number of flight directions and flight paths at the bifurcation region. When the flight direction and flight path in the bifurcation area are all input paths to the observation area, that is, when all particles from the bifurcation area are in the observation area, as long as particles enter the input area, output Particles are always output to the area. Therefore, as shown in FIG. 2, assuming that particles are present at the terminals 2002 and 2003 in the input area as 1 and as 0 when no particles are present, the output area becomes 2002.
Particles are present except in the case where both No. and 2003 do not have particles. Therefore, the circuit element is an OR gate.

【0018】一方、NOT 回路エレメントは、入力領域に
は入ってきた粒子が、相互作用領域で別の粒子と相互作
用をして、分岐領域からでるときに、観測領域に入らな
いようにデバイスおよびネットワークの配置を調整し、
出力領域から粒子が出ないようにしておく。一方、入力
領域に粒子が入らないとき、観測領域に粒子が存在し、
出力領域から粒子が出るようにしておけばよい。ここで
示した粒子(あるいは粒子群)の飛行を基に、ORゲー
ト、NOTゲート、さらにはFANOUT、更にはワイヤを構成
できる。ORゲート、NOTゲート、FANOUT、及びワイヤを
構成できれば、理論上任意の論理回路を組むことが可能
となることは一般に知られている。
On the other hand, the NOT circuit element is a device and a device that prevent a particle entering the input area from entering the observation area when interacting with another particle in the interaction area and leaving the branch area. Adjust network placement,
Keep particles out of the output area. On the other hand, when particles do not enter the input area, there are particles in the observation area,
It suffices that the particles come out of the output area. Based on the flight of particles (or particles) shown here, OR gates, NOT gates, FANOUT, and wires can be constructed. It is generally known that if an OR gate, a NOT gate, a FANOUT, and a wire can be configured, theoretically any logic circuit can be assembled.

【0019】一電子トンネル結合の一般的な回路の構成
の一実施例を述べる。次に、一電子トンネル結合の場合
についても図1に示す論理回路70は、図2に示すよう
にORゲートとして動作する。以下、一電子トンネル結合
の場合について論理回路70の構成を説明する。上記デ
バイス位置に一電子トンネルデバイスをおく。以下、そ
の対応について述べる。論理回路70は、任意の素子配
置に対し、図1の20、40および50に伝導性物質の
中心が一致するように、伝導性物質を配置する。伝導性
物質を配置する頂点は、所望の論理により異なる。二つ
の伝導性物質は一電子トンネル現象により結合してお
り、その他の配置の場合、トンネル現象による伝導性物
質間の結合はない。一電子トンネルによる結合の存在に
より、配線を施さなくても、信号つまり一つの電子は伝
導性物質間10から60の間を伝搬できる。(粒子の飛
行のパスが設定できさえすれば、これは任意の粒子の飛
行形態の場合にもあてはまる。) 更に、一電子トンネル現象による結合は、伝導物質の配
置の仕方により制限されているため、その配置を変化さ
せることにより一電子の伝搬を制御できるので、論理演
算機能を持った回路70を構成できる。二つの伝導性物
質の結合条件は、配置の間の長さ及び伝導性物質の半径
を決定する。一電子トンネル現象を利用する場合には伝
導性物質の半径が100オングストローム程度であると
すると、伝導性物質間の間隔は、230オングストロー
ム程度となる。古典的なひとつの原子の拡散を利用する
場合、伝導性物質の半径が5ないし10オングストロー
ム程度であるとすると、伝導性物質間の間隔は、5ない
し30オングストローム程度となる。所定の位置に配置
された伝導性物質20、40および50には、特別な機
能を持ったものとして、論理演算のための入力10が行
われるもの、論理演算結果50の出力が行われるもの6
0がある。これら以外の伝導性物質20、40および5
0は、論理演算を行うために利用される。
An example of the configuration of a general circuit of one-electron tunnel coupling will be described. Next, also in the case of the one-electron tunnel coupling, the logic circuit 70 shown in FIG. 1 operates as an OR gate as shown in FIG. Hereinafter, the configuration of the logic circuit 70 will be described in the case of the one-electron tunnel coupling. The one-electron tunnel device is placed at the device position. The correspondence will be described below. The logic circuit 70 arranges the conductive material such that the centers of the conductive materials coincide with 20, 40 and 50 of FIG. 1 for any element arrangement. The vertices on which the conductive material is placed depends on the desired logic. The two conductive materials are bonded by the one-electron tunnel phenomenon, and in the other arrangements, there is no bond between the conductive materials by the tunnel phenomenon. Due to the existence of the coupling by the one-electron tunnel, a signal, that is, one electron can propagate between the conductive materials 10 to 60 without wiring. (As long as the flight path of the particle can be set, this also applies to the flight mode of any particle.) Furthermore, the coupling due to the one-electron tunneling phenomenon is limited by the arrangement of the conductive material. Since the propagation of one electron can be controlled by changing its arrangement, the circuit 70 having a logical operation function can be constructed. The binding conditions for the two conductive materials determine the length between the configurations and the radius of the conductive material. When the one-electron tunneling phenomenon is used, if the radius of the conductive material is about 100 angstroms, the distance between the conductive materials is about 230 angstrom. When the classical diffusion of one atom is used and the radius of the conductive material is about 5 to 10 angstroms, the distance between the conductive materials is about 5 to 30 angstroms. The conductive materials 20, 40 and 50 arranged at predetermined positions have a special function and are provided with an input 10 for a logical operation and an output with a logical operation result 50. 6
There is 0. Other conductive materials 20, 40 and 5
0 is used to perform a logical operation.

【0020】図1では、論理演算のための入力が行われ
る伝導性物質は、2つあり、論理演算結果の出力が行わ
れる伝導性物質は、一つである。つまり、論理回路70
は、二入力、一出力の論理演算ゲートといえる。
In FIG. 1, there are two conductive materials to which inputs for logical operation are performed, and one conductive material to which the result of logical operation is output. That is, the logic circuit 70
Can be said to be a two-input, one-output logical operation gate.

【0021】一般的に、論理回路70は、多入力、多出
力となる。本発明では、伝導性物質内での一粒子あるい
は一電子の過剰状態を論理の”1”に、ノーマルの状態
を論理の”0”に対応させる。所定の信号入力用の伝導
性物質10に負の電位を与えることにより、電子がある
時間間隔で伝導性物質10に導入されている状態を入力
が”1”の状態であるとする。電子が導入される時間間
隔は、印加された電位の大きさにより決まる。導入され
た電子が、伝導性物質ネットワーク20、40および5
0間を伝搬し、最終的に信号出力用の伝導性物質60に
到達できるか否かが、論理演算結果の1や0に対応す
る。
Generally, the logic circuit 70 has multiple inputs and multiple outputs. In the present invention, the excess state of one particle or one electron in the conductive material corresponds to the logical "1", and the normal state corresponds to the logical "0". It is assumed that the state in which electrons are introduced into the conductive substance 10 at a certain time interval by applying a negative potential to the conductive substance 10 for inputting a predetermined signal is the state of “1” in the input. The time interval at which the electrons are introduced is determined by the magnitude of the applied potential. The introduced electrons cause the conductive material networks 20, 40 and 5
Whether or not the conductive substance 60 for propagating between 0s and finally reaching the signal output can be reached corresponds to 1 or 0 of the logical operation result.

【0022】図2には、図1に示す論理回路70の所定
の入力条件10に対する出力結果60を示す。(図1
に、本発明におけるORゲートの一実施例を示す。また、
図3にはNOTゲートの論理演算を、図4にはその真理値
表を示す。)図1に示すORゲートは、二つの入力10に
対し、一つの演算結果60を出力する。図5あるいは6
に示す導伝性物質の配置が図2に示す演算を行なう際の
回路動作の詳細を、図10、図11及び図12を用いて
説明する。図10に示すように、入力信号2002が”
1”、入力信号2003が”0”の場合、粒子は太線で
示す伝搬経路2001を取る。従って、出力信号200
0は”1”となる。
FIG. 2 shows an output result 60 of the logic circuit 70 shown in FIG. 1 for a predetermined input condition 10. (Fig. 1
An embodiment of the OR gate according to the present invention is shown in FIG. Also,
FIG. 3 shows the logical operation of the NOT gate, and FIG. 4 shows its truth table. The OR gate shown in FIG. 1 outputs one operation result 60 to two inputs 10. 5 or 6
The details of the circuit operation when the conductive material shown in FIG. 2 performs the operation shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. 10, 11 and 12. As shown in FIG. 10, the input signal 2002 is "
When the input signal 2003 is 1 ”and the input signal 2003 is“ 0 ”, the particles take the propagation path 2001 indicated by the thick line.
0 becomes "1".

【0023】次に、図11に示すように、入力信号20
02が”0”、入力信号2003が”1”の場合、粒子
は太線で示す伝搬経路2001を取る。従って、出力信
号2000は”1”となる。更に、図12に示すよう
に、入力信号2002が”1”、入力信号2003が”
1”の場合、粒子は太線で示す伝搬経路2001を取
る。2005で有効斥力の範囲内に2002と2003
から入射された粒子が入り、相互作用によりある種の衝
突をする。そのため、2004から二つの粒子が出る時
は、2005あるいは2007の経路をとるようにな
り、2006の経路は通らない。その結果、2008の
任意の決められた経路をとるようになる。従って、出力
信号2000は”1”となる。2008の部分は、20
05と2006の経路から出たどちらかの粒子を200
0まで通す経路を少なくともひとつ持つように構成すれ
ばよく、これは後の配置構成で示すように可能である。
ここで、入力信号2002が”0”、入力信号2003
が”0”の場合、粒子の伝搬は起こらない。従って、出
力信号2000は、”0”となる。以上より、図1に示
す配置が、ORゲートとなることが分かる。
Next, as shown in FIG. 11, the input signal 20
When 02 is “0” and the input signal 2003 is “1”, the particles take the propagation path 2001 indicated by the thick line. Therefore, the output signal 2000 becomes "1". Further, as shown in FIG. 12, the input signal 2002 is "1" and the input signal 2003 is "
In the case of 1 ″, the particle takes a propagation path 2001 indicated by a thick line. In 2005, 2002 and 2003 fall within the effective repulsive force range.
Particles entered from enter and collide with each other due to interaction. Therefore, when two particles come out of 2004, the route of 2005 or 2007 is taken, and the route of 2006 does not pass. As a result, it will take any arbitrary route of 2008. Therefore, the output signal 2000 becomes "1". The part of 2008 is 20
Either particle from the 05 and 2006 paths
It may be configured to have at least one path that passes to 0, and this is possible as shown in the later arrangement configuration.
Here, the input signal 2002 is “0”, and the input signal 2003
If is "0", no particle propagation occurs. Therefore, the output signal 2000 becomes "0". From the above, it can be seen that the arrangement shown in FIG. 1 becomes an OR gate.

【0024】図3に、本発明におけるNOTゲートの一実
施例の回路動作の詳細を示す。また、図4にはNOTゲー
トの論理演算を示す。図3に示すNOTゲートは、一つの
入力10に対し、一つの演算結果60を出力する。ただ
し、ORゲートと異なり、信号”1”の定数入力2003
が行われる。図3に示す導伝性物質の配置が、図4に示
す演算を与える理由を以下、図14及び図15を用いて
説明する。図14に示すように、入力信号2002が”
0”の場合、定数入力2003のみにより、粒子は太線
で示す伝搬経路2100を取る。従って、出力信号20
00は”1”となる。また、図15に示すように、入力
信号2003が”1”の場合、粒子は太線で示す伝搬経
路2005または2007を通るが2006は通らな
い。これは、有効斥力の範囲内2004に2002と2
003から入射された粒子が入り、2004で相互作用
によりある種の衝突をし、2004から二つの粒子が出
るときは、経路2006を通らなくなるからである。そ
の結果、経路2006は、2000を通過するために通
らなければならない経路2100につながらない。従っ
て、出力信号2000は”0”となる。以上より、図5
に示す配置がNOTゲートとなることが分かる。
FIG. 3 shows details of the circuit operation of an embodiment of the NOT gate according to the present invention. Further, FIG. 4 shows the logical operation of the NOT gate. The NOT gate shown in FIG. 3 outputs one operation result 60 to one input 10. However, unlike the OR gate, the constant input 2003 of the signal "1"
Is done. The reason why the arrangement of the conductive material shown in FIG. 3 gives the calculation shown in FIG. 4 will be described below with reference to FIGS. 14 and 15. As shown in FIG. 14, the input signal 2002 is "
In the case of 0 ″, the particle takes the propagation path 2100 indicated by the thick line by only the constant input 2003. Therefore, the output signal 20
00 becomes "1". Further, as shown in FIG. 15, when the input signal 2003 is “1”, the particle passes through the propagation path 2005 or 2007 indicated by the thick line, but does not pass through 2006. This is within the effective repulsive force 2004 to 2002 and 2
This is because the particles entered from 003 enter, collide with each other in 2004 by some kind of interaction, and when two particles exit from 2004, they cannot pass through the path 2006. As a result, route 2006 does not lead to route 2100, which must be traversed to pass 2000. Therefore, the output signal 2000 becomes "0". From the above, FIG.
It can be seen that the arrangement shown in is a NOT gate.

【0025】さらに、図13を用いて、本発明における
FANOUTの一実施例を示す。2008において、粒子の通
りうる経路の間に相互作用がおこらないように十分距離
をおいて経路を設定する。FANOUTの論理演算は入力が1
のとき出力が1、入力が0のとき出力が0である出力端
子が2つあればよい。入力信号2002が”1”の場
合、有限の等確率で粒子は、二つの出力信号2200お
よび2210として検出される。本論理回路に於ては、
粒子は決められた時間間隔の間導入され続け、この時間
間隔は電子の導入の時間間隔より遥に長く取ってあるた
め、二つの出力信号は共に”1”となる。入力信号20
03が”0”の場合は、二つの出力信号は共に”0”と
なる。以上より、図13に示す配置が、FANOUTの機能を
実現することが分かる。
Further, referring to FIG. 13, in the present invention,
An example of FANOUT is shown. In 2008, the paths are set up with sufficient distance so that no interaction occurs between the paths that the particles can pass through. Input of logic operation of FANOUT is 1
It is sufficient if there are two output terminals whose output is 1 when, and output 0 when input is 0. When the input signal 2002 is “1”, particles are detected as two output signals 2200 and 2210 with a finite equal probability. In this logic circuit,
The particles continue to be introduced for a fixed time interval, which is much longer than the electron introduction time interval, so that the two output signals are both "1". Input signal 20
When 03 is "0", the two output signals are both "0". From the above, it can be seen that the arrangement shown in FIG. 13 realizes the function of FANOUT.

【0026】本発明におけるワイヤの一実施例を説明す
る。粒子を遅れゼロで輸送するワイヤを表している。遅
れゼロのワイヤは、直線上で電子を輸送する必要がある
ので、例外的に粒子経路を直線にとるように経路を設定
する物質を配置し、配置間隔を十分小さくすることによ
り可能となる。粒子を遅れNで輸送するためのワイヤは
その分の経路を直線経路からずらすことにより可能にな
る。ここで、遅れNというのは、横方向に対し同一距離
を走る場合、N時間単位分よけいに粒子が走る経路必要
があることを示す。図13は、電子を遅れ3で輸送する
ためのワイヤを表している。以上、種々のワイヤを用い
ることにより信号の遅れを実現できる。
An embodiment of the wire according to the present invention will be described. It represents a wire that transports particles with zero delay. Since a wire with zero delay needs to transport electrons on a straight line, it is possible by placing a substance that sets the route so that the particle route is taken on a straight line and making the placement interval sufficiently small. A wire for transporting particles with a delay N is possible by displacing the corresponding path from a straight path. Here, the delay N indicates that when traveling the same distance in the lateral direction, there is a need for a path along which particles travel N time units. FIG. 13 shows a wire for transporting electrons with a delay of 3. As described above, signal delay can be realized by using various wires.

【0027】円柱ハニカム構造の場合動作の一実施例を
述べる。特願平6−27710号の論理回路の構造は、
図50のようになっている。図50に示す論理回路50
05は、NORゲートとして動作する。以下、論理回路5
005の構成を説明する。論理回路5005は、素子配
置を行う基板の二次元平面上を複数の正六角形で分割
し、それぞれの正六角形の所定の頂点に、頂点と円柱状
の伝導性物質の底面の円の中心とが一致するように、伝
導性物質を配置する。伝導性物質を配置する頂点は、所
望の論理により異なる。二つの伝導性物質が、一つの正
六角形上の同一辺上に配置された場合、これら隣合う二
つの伝導性物質は微小な間隔を介した一電子トンネル現
象により結合されており、その他の配置の場合、トンネ
ル現象による伝導性物質間の結合は生じない。この一電
子トンネルによる結合の存在により、配線を施さなくて
も、信号つまり一つの電子は伝導性物質間を伝搬でき
る。
An example of the operation in the case of the cylindrical honeycomb structure will be described. The structure of the logic circuit of Japanese Patent Application No. 6-27710 is
It is as shown in FIG. Logic circuit 50 shown in FIG.
05 operates as a NOR gate. Hereinafter, the logic circuit 5
The configuration of 005 will be described. In the logic circuit 5005, a two-dimensional plane of a substrate on which elements are arranged is divided into a plurality of regular hexagons, and a predetermined vertex of each regular hexagon has a vertex and a center of a circle of a bottom surface of a cylindrical conductive material. Place the conductive material so that they match. The vertices on which the conductive material is placed depends on the desired logic. When two conductive materials are arranged on the same side of one regular hexagon, these two adjacent conductive materials are connected by a one-electron tunneling phenomenon with a minute gap, and other arrangements. In the case of, the coupling between the conductive materials due to the tunnel phenomenon does not occur. Due to the existence of the coupling by the one-electron tunnel, a signal, that is, one electron can propagate between the conductive substances without wiring.

【0028】図5及び図6に、二次元平面上に配列した
伝導性物質を用いてゲートを構成した場合の鳥瞰図を示
す。図5及び図6に示す物質を規則正しく配列するため
の、加工技術の一実施例としては、以下のものが挙げら
れる。まず、シリコン基板上にCVDを用いて酸化シリコ
ンを膜堆積する。その後、ホトレジスト工程により、酸
化膜に円い穴を開ける。その後、タングステンシリサイ
ドを酸化膜の除去された穴の内部にだけ選択成長させ
る。最後に、酸化膜を除去することにより、物質を規則
正しく配列することができる。特に、原子や原子クラス
タで配置するときには電子走査トンネル顕微鏡や電界放
出顕微鏡によって配置できる。GaAs基板を用いた場合
は、同様の加工技術を用い、タングステンシリサイドの
代わりにGaAsを選択成長させる。この加工技術は、量子
ドットを作成する場合に用いられている技術である。
FIG. 5 and FIG. 6 are bird's-eye views when a gate is formed by using conductive materials arranged on a two-dimensional plane. The following is an example of a processing technique for regularly arranging the substances shown in FIGS. 5 and 6. First, a silicon oxide film is deposited on a silicon substrate using CVD. After that, a round hole is made in the oxide film by a photoresist process. After that, tungsten silicide is selectively grown only inside the hole where the oxide film is removed. Finally, by removing the oxide film, the substances can be regularly arranged. In particular, when they are arranged by atoms or atomic clusters, they can be arranged by an electron scanning tunneling microscope or a field emission microscope. When a GaAs substrate is used, the same processing technique is used to selectively grow GaAs instead of tungsten silicide. This processing technique is a technique used when creating quantum dots.

【0029】入出力回路回路の動作の一実施例を述べ
る。図1の入出力回路では、一電子回路の外部信号との
インタフェースである周辺回路として、図50に示した
ように、入出力部分に点欠陥トラップとリード線とを配
置する。トラップサイトの一電子の捕獲によって非常に
薄いワイヤの抵抗の何桁も変わる変化がおこることが知
られている(Phys. Rev. Lett. 228(1984)のK. Raalsの
論文)。さらにトラッピングサイトの数を多くすること
によって、一電子トラップの捕獲効率をほぼ完全にする
ことができる。
An embodiment of the operation of the input / output circuit will be described. In the input / output circuit of FIG. 1, as a peripheral circuit which is an interface with an external signal of one electronic circuit, as shown in FIG. 50, a point defect trap and a lead wire are arranged in the input / output portion. It is known that trapping one electron in a trap site causes a change in resistance of a very thin wire by several orders of magnitude (K. Raals, Phys. Rev. Lett. 228 (1984)). Further, by increasing the number of trapping sites, the trapping efficiency of the one-electron trap can be almost perfected.

【0030】ワイヤの太さは、ワイヤの感度を上げるた
め、電子の受けるポテンシャルがランダムであるような
1次元系でおこる電子が局在するアンダーソン局在が起
こる程度のほうが好ましく、通常の金属の場合1000nm×
1000nm程度であるが、螺旋構造のカーボンナノ構造を用
いることによて、半金属の特性を利用して感度をあげる
ことができる。図50の5000と5009が電圧をか
けるためのソースとドレインに相当する部分である。入
力側のアドレスを決定するための2本のワイヤ5001
と5002に電圧をかけ、5003のトラップサイトに
ある電子を一電子トンネル回路網に注入する。それによ
って得られた結果を、出力側のアドレスを決定するため
の2本のワイヤ55008と5009のワイヤの変動と
して5006のトラップサイトにある電子をとらえる。
In order to increase the sensitivity of the wire, it is preferable that the thickness of the wire be such that Anderson localization occurs in which the electrons are localized in a one-dimensional system in which the potential received by the electrons is random. 1000nm ×
Although the thickness is about 1000 nm, the sensitivity can be increased by utilizing the characteristics of the semimetal by using the carbon nanostructure having the spiral structure. Reference numerals 5000 and 5009 in FIG. 50 are portions corresponding to a source and a drain for applying a voltage. Two wires 5001 for determining the input side address
And 5002 are applied to inject the electrons at the trap site of 5003 into the one-electron tunnel network. The result obtained thereby captures the electron at the trap site of 5006 as a variation of the wires of two wires 55008 and 5009 for determining the output side address.

【0031】3次元の場合も同様に決めることができ、
この様子を図51に示す。図51では、5100と51
09が電圧をかけるためのソースとドレインに相当する
部分である。入力側のアドレスを決定するための2本の
ワイヤ5101と5102に電圧をかけ、5103のト
ラップサイトにある電子を一電子トンネル回路網に注入
する。それによって得られた結果を、出力側のアドレス
を決定するための2本のワイヤ5108と5109のワ
イヤの変動として、5106のトラップサイトにある電
子を捕える。
In the case of three dimensions, the same determination can be made,
This state is shown in FIG. In FIG. 51, 5100 and 51
Reference numeral 09 is a portion corresponding to a source and a drain for applying a voltage. A voltage is applied to the two wires 5101 and 5102 for determining the address on the input side, and electrons at the trap site of 5103 are injected into the one-electron tunnel network. The result obtained thereby is captured as an electron at the trap site of 5106 as a variation of the wires of two wires 5108 and 5109 for determining the output side address.

【0032】2次元および3次元のどちらの場合も、ア
ドレスの指定の方法は、図52に示したようにランダム
アクセスメモリのアドレスを指定する周知の方法によっ
て決定できる。2本ワイヤに電圧をかけクロスするとこ
ろに多くの電圧がかかるようにし、その時にトラップ位
置から電子が放出されるようにする。また、読み込みの
時はメッシュ上にひいてあるワイヤ格子のうちで、電子
が入ることにより電圧があがったワイヤを列および行の
ディテクタによりみつければよい。ワイヤとしては極め
て細く1次元的に見えればよく材料としては、金属以外
に半導体の量子細線やカーボンナノチューブを用いても
よい。
In both the two-dimensional and three-dimensional cases, the address designating method can be determined by the well-known method of designating the address of the random access memory as shown in FIG. A voltage is applied to the two wires so that a large voltage is applied where they cross each other, and at that time, electrons are emitted from the trap position. Further, at the time of reading, in the wire lattice drawn on the mesh, the wire whose voltage is raised by the entry of electrons may be found by the column and row detectors. The wire may be extremely thin and one-dimensionally visible. The material may be a semiconductor quantum wire or a carbon nanotube other than metal.

【0033】さらに、ハニカム構造で六角形の一辺に電
場が平行になるように、図50の5004の方向に電圧
をかければよい。後に述べるBCC 構造のTサイト位置に
伝導物質を置く場合には、もっとも簡単な扱いのために
は、電圧は電場がBCC構造の(111)方向になるよう
に図51の5104のようにかければよい。こうすると
TサイトはBCC構造の(100)平面上にのっているた
め、それぞれのサイトでの電圧のかかりかたは一様にな
る。これにより3次元回路はよりコンパクトになる。ま
た、実施例にあるように、図16の506の向きに電場
がかかるようにポテンシャルを設定すると移動の描像が
つかみやすい。
Further, a voltage may be applied in the direction of 5004 in FIG. 50 so that the electric field is parallel to one side of the hexagon in the honeycomb structure. When a conducting material is placed at the T site position of the BCC structure, which will be described later, for the simplest handling, the voltage should be set so that the electric field is in the (111) direction of the BCC structure like 5104 in FIG. Good. This way
Since the T sites are on the (100) plane of the BCC structure, the voltage applied at each site is uniform. This makes the three-dimensional circuit more compact. Further, as in the embodiment, if the potential is set so that the electric field is applied in the direction of 506 in FIG. 16, it is easy to grasp the image of movement.

【0034】以下では、球状の伝導性物質を3次元空間
に配置した論理回路の動作条件を説明する。本発明の無
配線論理回路では、2つの球状の伝導性物質間に微小キ
ャパシタCが形成される。球の半径をa、2つの球の表
面の間隔をd、間隔における誘電率をε1とすると、対
向する2つの球の表面を対向面とする微小キャパシタの
静電容量cは、c=πε1a・log(2a/d)で与えられ
る。但し、a≫dとし、log は自然対数である。2つの
伝導性物質間に何も物質が挿入されていなければ、ε1
は真空の誘電率ε0である。
The operating conditions of a logic circuit in which spherical conductive materials are arranged in a three-dimensional space will be described below. In the non-wiring logic circuit of the present invention, the microcapacitor C is formed between two spherical conductive materials. If the radius of the sphere is a, the distance between the surfaces of the two spheres is d, and the dielectric constant at the distance is ε 1 , the capacitance c of the microcapacitor with the surfaces of the two spheres facing each other as c is πε It is given by 1 a · log (2 a / d). However, a >> d, and log is a natural logarithm. If nothing is inserted between the two conductive materials, ε 1
Is the dielectric constant ε 0 of the vacuum.

【0035】一電子トンネル現象による二つの伝導性物
質の結合条件は、伝導性物質の半径a及び間隔dを決定
する。伝導性物質の半径aが100オングストローム
(Å)程度で、2つの球の表面の間隔dが30オングスト
ローム(Å)であるとすると、電位差0.1V程度で温度
100K程度の条件で上記の一電子トンネルが起きる条
件を満たすフェムトファラッド(fF)程度のcが得ら
れ、その時、2つの球の中心の間隔D(=2a+d)は
230オングストローム(Å)程度となる。
The coupling condition of the two conductive materials by the one-electron tunnel phenomenon determines the radius a and the distance d of the conductive materials. Radius a of conductive material is 100 angstrom
If the distance d between the surfaces of the two spheres is approximately (Å) and is 30 angstroms (Å), the femtofarad (condition that the above-mentioned one-electron tunnel occurs under the condition that the potential difference is approximately 0.1 V and the temperature is approximately 100 K ( c of about fF) is obtained, and at that time, the distance D (= 2a + d) between the centers of the two spheres is about 230 angstrom (Å).

【0036】本発明の論理回路の動作を理解するため
に、まず、図7、8及び9を用いて、本発明の背景とな
る物理現象を説明する。図7に示すように、一電子トン
ネルが可能な電位が図50に示すような複数の伝導性物
質の列に印加されている場合、信号入力用の伝導性物質
103に導入された電子1402は、エネルギーレベル
1401のより低い伝導性物質505aの方へ伝搬して
ゆき、さらに、伝導性物質505b、c、dへ伝搬してい
く。この状態を一般に、クーロンブロケイドが、解除さ
れた状態と呼ぶ。図7の場合、伝導性物質103から5
05aに一電子が伝搬しても、電位の傾きの方向は変わ
らない程度に十分な電位が印加されている。逆に、図8
に示すように、印加した電位が小さいため、電子が伝導
性物質103から505aにトンネルすることにより、
伝導性物質505aのエネルギーが伝導性物質103よ
りも高くなる場合、電子のトンネルは禁止される。この
状態をクーロンブロケイド状態と呼ぶ。このように、印
加した電位の大きさによって電子のトンネルが制御され
る物理現象を一電子トンネル現象と呼ぶ。上記の2つの
状態の遷移を規定する閾値電圧Vtは、既に述べたよう
に、|Vt|=e/(2c)で与えられる。
In order to understand the operation of the logic circuit of the present invention, first, the physical phenomenon which is the background of the present invention will be described with reference to FIGS. 7, 8 and 9. As shown in FIG. 7, when a potential capable of one-electron tunneling is applied to a plurality of conductive material columns as shown in FIG. 50, the electrons 1402 introduced into the conductive material 103 for signal input are , Propagates toward the conductive material 505a having a lower energy level 1401, and further propagates to the conductive materials 505b, c, and d. This state is generally called a state where the coulomb brocade is released. In the case of FIG. 7, conductive materials 103 to 5
A sufficient potential is applied such that the direction of the potential gradient does not change even if one electron propagates to 05a. Conversely, FIG.
Since the applied potential is small, the electrons tunnel from the conductive material 103 to 505a, as shown in FIG.
When the energy of the conductive material 505a is higher than that of the conductive material 103, electron tunneling is prohibited. This state is called the Coulomb Brocade state. The physical phenomenon in which the tunneling of electrons is controlled by the magnitude of the applied potential is called a single-electron tunneling phenomenon. The threshold voltage Vt that defines the transition between the above two states is given by | Vt | = e / (2c) as described above.

【0037】以上により、一電子トンネル現象とは、電
子がよりエネルギーの低い方向へ伝搬していく物理現象
であるといえる。この一電子トンネル現象を背景とし、
本発明において重要な役割を果たすものが、図9に示す
物理現象である。クーロンブロケイドが解除されている
印加電位条件(|V|>|Vt|)を考える。この場合、伝導
性物質505aから一つの伝導性物質505bに二つの
電子が入る場合、2つの電子間に働くクーロン相互作用
によってエネルギー的に高い状態になる印加電位条件
は、以下のように実現される。
From the above, the one-electron tunnel phenomenon can be said to be a physical phenomenon in which electrons propagate in the direction of lower energy. Against the background of this one-electron tunnel phenomenon,
The physical phenomenon shown in FIG. 9 plays an important role in the present invention. Consider the applied potential condition (| V |> | Vt |) where the Coulomb blockade is released. In this case, when two electrons enter from one conductive material 505a to one conductive material 505b, the applied potential condition in which the energy is high due to Coulomb interaction between the two electrons is realized as follows. It

【0038】図7に示す隣合う2つの伝導性物質間の電
位差を△Vとすると、1つの電子が伝導性物質に入り込
むことによるエネルギーの増分δ1、及び2つの電子間
に働くクーロン相互作用によるエネルギーの増分δ
2は、電圧換算で、以下の数1、及び数2で表わされ
る。
When the potential difference between two adjacent conductive substances shown in FIG. 7 is ΔV, the energy increment δ 1 due to one electron entering the conductive substance, and the Coulomb interaction acting between the two electrons. Energy increment δ
2 is expressed by the following equations 1 and 2 in terms of voltage.

【0039】 δ1=e/(2c) (δ1<|△V|) (数1) δ2=e/(4πε2a) (δ12>|△V|) (数2) ここで、ε2は伝導性物質の誘電率である。(数1)は、
図7に示すように、一電子が隣の伝導性物質に移動して
も移動前の伝導性物質の電位よりも高くならず、電位の
傾きの方向が変わらない条件を示す。(数2)は、(数1)
で示すエネルギーの増分に加え、図9に示すように、2
つの電子によるクーロン相互作用によってエネルギーが
増加することによって、エネルギーの増分が隣合う2つ
の伝導物質間の電位差よりも大きくなって、2つの電子
が同一の伝導性物質内に入り込めない条件を示す。(数
1)及び(数2)より、△Vが満たすべき条件は、以下の
(数3)で示される。 δ1<|△V|<δ12 (数3) 上記では、図7に示すように、複数の伝導性物質が一次
元方向に配置されている場合を考えたが、本発明の論理
回路では、2次元の平面上に複数の伝導性物質が配置さ
れており、電圧の印加方向に対する方向余弦が1/r
(r>1)の方向にも隣接する伝導性物質が存在するた
め、その場合における2つの伝導性物資間の電位差は、
電位の傾きは電圧の印加方向に一様とすれば、△V/r
となり、(数 1)の条件は、 δ1<|△V|/r (数4) となる。(数4)と(数2)の条件から、(数3)の条件は以
下のように変更される。
Δ 1 = e / (2c) (δ 1 <| ΔV |) (Equation 1) δ 2 = e / (4πε 2 a) (δ 1 + δ 2 > | ΔV |) (Equation 2) Here, ε 2 is the dielectric constant of the conductive material. (Equation 1) is
As shown in FIG. 7, even if one electron moves to the adjacent conductive substance, the potential does not become higher than the potential of the conductive substance before the movement, and the direction of the potential gradient does not change. (Equation 2) is (Equation 1)
In addition to the energy increment shown by, as shown in FIG.
Energy increase due to Coulomb interaction by two electrons causes the energy increment to become larger than the potential difference between two adjacent conducting materials, indicating that two electrons cannot enter the same conducting material. . From (Equation 1) and (Equation 2), the conditions that ΔV must satisfy are as follows.
It is shown by (Equation 3). δ 1 <| ΔV | <δ 1 + δ 2 (Equation 3) In the above, as shown in FIG. 7, the case where a plurality of conductive substances are arranged in a one-dimensional direction was considered. In a logic circuit, a plurality of conductive materials are arranged on a two-dimensional plane, and the direction cosine with respect to the voltage application direction is 1 / r.
Since adjacent conductive materials also exist in the direction of (r> 1), the potential difference between the two conductive materials in that case is
If the potential gradient is uniform in the voltage application direction, ΔV / r
Therefore, the condition of (Equation 1) is δ 1 <| ΔV | / r (Equation 4). From the conditions of (Equation 4) and (Equation 2), the condition of (Equation 3) is changed as follows.

【0040】 rδ1<|△V|<δ12 (数5) (数5)の条件を満たす△Vが存在するためには、(r−
1)δ1<δ2が必要である。そこで、既に求めた微小キ
ャパシタの静電容量cを表わす式を用いると、(r−
1)δ1<δ2は、次式で表わされる。 (ε21)<log(2a/d)/(2(r−1)) (数6) (ε21)は、伝導性物質と間隔のそれぞれの誘電率の
比であり、1〜10程度の値である。
In order for ΔV to satisfy the condition of rδ 1 <| ΔV | <δ 1 + δ 2 (Equation 5) (Equation 5), (r−
1) δ 12 is required. Therefore, using the equation that represents the capacitance c of the microcapacitor already obtained, (r-
1) δ 12 is expressed by the following equation. (ε 2 / ε 1 ) <log (2a / d) / (2 (r-1)) (Equation 6) (ε 2 / ε 1 ) is the ratio of the permittivity of the conductive material to the spacing. It is a value of about 1 to 10.

【0041】さらに、既に述べた、一電子がトンネルで
きる温度条件T<e2/(2ck)に、微小キャパシタの静
電容量cを表わす式を用いると、以下の(数7)が得られ
る。 e2/(kT)>2πε1a・log(2a/d) (数7) 球状の伝導性物質の半径aが与えられた場合、(数6)と
(数7)とから、間隔dが満たす条件として、次式が得ら
れる。 2(r−1)(ε21)<log(2a/d)<e2/(2πε1akT) (数8) また、(数8)の条件を満たすdが存在するためには、
(数8)の上限と下限が大小関係2(r−1)(ε21)
<e2/(2πε1akT)を満たす必要がある。この条件
から、球の半径aによって決まる動作温度の上限は、以
下のように表わされる。 T<e2/(4πε2ak(r−1)) (数9) 図9は、一次元的に伝導性物質を配置した図になってい
るが、二次元、さらに三次元的に伝導性物質を並べた場
合は、電子が、異なる方向から一つの伝導性物質へ入り
こもうとする場合がある。この場合、図9に示すメカニ
ズムつまりクーロンブロケイドとクーロン相互作用とに
より二つの電子は、共にその伝導性物質へは入ることは
できなくなる。
Furthermore, if the equation expressing the electrostatic capacitance c of the minute capacitor is used for the temperature condition T <e 2 / (2ck) at which one electron can be tunneled, the following (Equation 7) is obtained. e 2 / (kT)> 2πε 1 a · log (2a / d) (Equation 7) When the radius a of the spherical conductive material is given, (Equation 6)
From (Equation 7), the following equation is obtained as a condition that the interval d satisfies. 2 (r-1) (ε 2 / ε 1 ) <log (2a / d) <e 2 / (2πε 1 akT) (Equation 8) Also, in order for d to satisfy the condition of (Equation 8), ,
The relationship between the upper and lower limits of (Equation 8) is 2 (r-1) (ε 2 / ε 1 )
It is necessary to satisfy <e 2 / (2πε 1 akT). From this condition, the upper limit of the operating temperature determined by the radius a of the sphere is expressed as follows. T <e 2 / (4πε 2 ak (r-1)) (Equation 9) FIG. 9 shows a conductive material arranged in a one-dimensional manner. When materials are arranged, electrons may try to enter one conductive material from different directions. In this case, due to the mechanism shown in FIG. 9, that is, Coulomb brocade and Coulomb interaction, two electrons cannot both enter the conductive material.

【0042】3次元回路網の作製方法の一実施例を図4
9に示す。図49で黒丸は伝導物質を置く位置、灰色
(斜線)の丸はBCC(体心立方格子を作るときに物質
を置く位置を示す。白丸は基板(4900ー4905)
と同じ絶縁体を置く位置を示す。図49に示す太い実線
で示した論理回路をつくるために、物質を規則正しく配
列するための加工技術の一実施例としては、以下のもの
が挙げられる。
FIG. 4 shows an embodiment of a method for producing a three-dimensional circuit network.
9 shows. In FIG. 49, the black circles indicate the positions where conductive materials are placed, and the gray (hatched) circles indicate the positions where substances are placed when making a BCC (body-centered cubic lattice. White circles indicate the substrate (4900-4905).
Shows the position where the same insulator is placed. The following is an example of a processing technique for regularly arranging substances to form the logic circuit shown by the thick solid line shown in FIG.

【0043】まず、4905のシリコン基板上にCVDを
用いて酸化シリコンを膜堆積する。堆積する厚さは49
00から4905までいずれもBCC格子間の正方格子距
離間距離aの1/4である。4905についてはBCC格子
位置に黒丸に置く伝導物質伝導体と異なる伝導物質を置
いて、T位置の間の遮蔽に使ってもよい。そうしないと
きには4905には何も置かない。次に、4904の酸
化シリコンを膜堆積する。このときBCC格子に対して4
904に示した黒丸位置に伝導物質を置くために以下の
操作を行なう。その後、ホトレジスト工程により、黒丸
の位置に酸化膜に円い穴を開ける。その後、タングステ
ンシリサイドを酸化膜の除去された穴の内部にだけ選択
成長させる。
First, a silicon oxide film is deposited on the 4905 silicon substrate by CVD. The deposited thickness is 49
All of 00 to 4905 are ¼ of the distance a between square lattice distances between BCC lattices. Regarding 4905, a conductive material different from the conductive material conductor placed in the black circles at the BCC lattice position may be placed and used for shielding between the T positions. If you don't, put nothing in 4905. Next, 4904 silicon oxide is film-deposited. At this time, 4 for the BCC lattice
The following operations are performed to place the conductive material in the positions indicated by black circles 904. After that, a round hole is formed in the oxide film at the position of a black circle by a photoresist process. After that, tungsten silicide is selectively grown only inside the hole where the oxide film is removed.

【0044】最後に、酸化膜を除去することにより、物
質を規則正しく配列することができる。ここで4910
から4915の挿入図はいずれも上からみた位置関係を
示す。4903、4902、4901、および4900
に対しても黒丸に伝導物質を白丸には基板とおなじ物質
を置き、灰色丸の位置には必要に応じて黒丸に置いたの
とは異なる物質を置く。このようにして、4900から
4905まで堆積、穴あけ、選択成長によって黒丸位置
に伝導物質を置いていく。そうすると図49の下に示
す、黒丸を結んでできる太い線でつくられるNOT回路が
できる。これ以外の回路や回路の結び付きも上記のよう
に伝導物質をa/4づつずらした位置に2次元的に配置
することによって可能である。
Finally, the substance can be regularly arranged by removing the oxide film. Where 4910
The insets from 4 to 4915 all show the positional relationship seen from above. 4903, 4902, 4901, and 4900
Also, place the conductive material in the black circle, the same material as the substrate in the white circle, and place a different material from the one placed in the black circle in the position of the gray circle as needed. In this way, the conductive material is placed at the positions of black circles by depositing, drilling, and selective growth from 4900 to 4905. Then, the NOT circuit shown in the lower part of FIG. 49 is formed by the thick line formed by connecting the black circles. Other circuits and connection of circuits are possible by arranging the conductive materials two-dimensionally at positions shifted by a / 4 as described above.

【0045】選択成長の代わりに、原子や原子クラスタ
を直接に配置するときには、電子走査トンネル顕微鏡や
電界放出顕微鏡によってそれらを移動、および配置すれ
ば可能である。これにより、図41、42、43のよう
な形状を薄い酸化シリコン膜で作製し、頂点位置に伝導
物質を配置することもできる。
Instead of selective growth, atoms or atomic clusters can be directly arranged by moving and arranging them by an electron scanning tunneling microscope or a field emission microscope. As a result, the shape as shown in FIGS. 41, 42, and 43 can be formed from a thin silicon oxide film, and the conductive material can be arranged at the apex position.

【0046】シリコンの代わりにGaAs基板を用いた場合
は、同様の加工技術を用い、タングステンシリサイドの
代わりに、GaAsを選択成長させる。この加工技術は、量
子ドットを作成する場合に用いられている技術である。
When a GaAs substrate is used instead of silicon, the same processing technique is used to selectively grow GaAs instead of tungsten silicide. This processing technique is a technique used when creating quantum dots.

【0047】3次元回路網の一実施例を述べる。図16
に、本発明による3次元無配線論理回路の一実施例を示
す。図21に示す太い実線で示した論理回路は、図2に
示すようにORゲートとして動作する。以下、論理回路の
構成を説明する。
An embodiment of the three-dimensional circuit network will be described. FIG.
An embodiment of a three-dimensional non-wiring logic circuit according to the present invention is shown in FIG. The logic circuit shown by the thick solid line in FIG. 21 operates as an OR gate as shown in FIG. The configuration of the logic circuit will be described below.

【0048】一電子の伝搬を制御できる3次元配置の例
を示す。一般の3次元配置構造も可能である。配線の心
配がないので3次元回路網が容易に作製できること示
す。配置構造の配位数(最近接配置の数)によって、端
子の数が変わってくる。面心立方格子の場合、配位数は
12である。ここでは、体心立方格子(図1の黒丸位
置)から得られる12(d)位置といわれる4面体位置
(ここでは省略してT位置と言う)で空間を分割し、格
子を形成した場合を扱う。
An example of a three-dimensional arrangement capable of controlling the propagation of one electron will be shown. A general three-dimensional arrangement structure is also possible. It is shown that a three-dimensional circuit network can be easily manufactured because there is no need to worry about wiring. The number of terminals changes depending on the coordination number of the layout structure (the number of nearest layouts). For a face-centered cubic lattice, the coordination number is 12. Here, a case where a space is divided at a tetrahedral position (here, abbreviated as T position) called 12 (d) position obtained from a body-centered cubic lattice (black circle position in FIG. 1) is formed. deal with.

【0049】このT位置の間の最近接距離はすべて等し
い。この配置だときわめて密度高く、現状の加工技術で
作りやすいため効率良く格子を組むことができる。一つ
の体心立方格子に黒丸が2つのときT位置は12ある。
それぞれのT位置に対して4つの最近接T配置がある。
従って、球に近い多面体になるような原子クラスタ17
70が得られる。1771、1772のように伝導性物
質を作製しT位置に配置する一実施例を示す。ここで、
1770の球は原子を表わす。この原子は金属でなくて
も、クラスタが金属的になればよい。
The closest distances between the T positions are all equal. With this arrangement, the density is extremely high, and since it is easy to make with the current processing technology, the lattice can be efficiently assembled. When there are two black circles in one body-centered cubic lattice, there are 12 T positions.
There are four closest T-configurations for each T-position.
Therefore, the atomic clusters 17 that form a polyhedron close to a sphere
70 is obtained. An example in which a conductive material such as 1771 and 1772 is prepared and placed at the T position is shown. here,
The sphere at 1770 represents an atom. This atom need not be a metal, as long as the cluster is metallic.

【0050】伝導性物質を配置する頂点(図16の50
5)は、所望の論理により異なる。二つの伝導性物質
が、最近接位置に配置された場合、これら二つの伝導性
物質は一電子トンネル現象により結合しており、その他
の配置の場合、トンネル現象による伝導性物質間の結合
はない。この一電子トンネルによる結合の存在により、
配線を施さなくても、信号つまり一つの電子は伝導性物
質間を伝搬できる。
The vertex at which the conductive material is placed (50 in FIG. 16)
5) depends on the desired logic. When the two conductive materials are arranged in the closest position, these two conductive materials are bonded by the one-electron tunnel phenomenon, and in other arrangements, there is no bond between the conductive materials by the tunnel phenomenon. . Due to the existence of the bond by this one-electron tunnel,
A signal, that is, one electron can propagate between conductive substances without wiring.

【0051】更に、一電子トンネル現象による結合は、
伝導物質の配置の仕方により制限されているため、その
配置を変化させることにより一電子の伝搬を制御できる
ので、論理演算機能を持った回路(図21)を構成でき
る。二つの伝導性物質の結合条件は、上記最近接格子点
間の間隔及び伝導性物質の半径を決定する。伝導性物質
の半径が100オングストローム程度であるとすると、
最近接格子点間の長さは、230オングストローム程度
となる。
Furthermore, the coupling due to the one-electron tunneling phenomenon is
Since the conductive material is limited by the way of arrangement, the propagation of one electron can be controlled by changing the arrangement, so that a circuit having a logical operation function (FIG. 21) can be constructed. The coupling condition of the two conductive materials determines the distance between the closest lattice points and the radius of the conductive material. If the radius of the conductive material is 100 angstroms,
The length between the closest lattice points is about 230 Å.

【0052】所定の位置に配置された伝導性物質には、
図27に示すように、特別な機能を持ったものとして、
論理演算のための入力103が行われるもの104、一
定の決まった信号つまり定数の入力が行われるもの及び
論理演算結果の出力108が行われるもの109があ
る。これら以外の伝導性物質105は、論理演算を行う
ために利用される。
The conductive substance placed at a predetermined position includes
As shown in FIG. 27, as having a special function,
There are an input 104 for inputting a logical operation 104, an input for inputting a fixed signal, that is, a constant, and an output 109 for outputting a logical operation result 108. The conductive material 105 other than these is used for performing a logical operation.

【0053】図21では、論理演算のための入力が行わ
れる伝導性物質104は、二つあり、論理演算結果の出
力が行われる伝導性物質109は、一つである。つま
り、論理回路は、二入力一出力の論理演算ゲートといえ
る。一般的に、論理回路は、多入力一出力となる。ま
た、定数103の入力は、所望の論理演算によっては必
ずしも必要ではない。
In FIG. 21, there are two conductive materials 104 to which an input for logical operation is performed, and one conductive material 109 to which a logical operation result is output. That is, the logic circuit can be said to be a two-input one-output logic operation gate. Generally, the logic circuit has multiple inputs and one output. Further, the input of the constant 103 is not always necessary depending on the desired logical operation.

【0054】本発明では、伝導性物質内での一電子過剰
状態を論理の”1”に、ノーマルの状態を論理の”0”
に対応させる。所定の信号入力用の伝導性物質104に
負の電位を与えることにより、電子がある時間間隔で伝
導性物質104に導入されている状態を入力が”1”の
状態であるとする。電子が導入される時間間隔は、印加
された電位の大きさにより決まる。導入された電子が、
伝導性物質105間を伝搬し、最終的に信号出力用の伝
導性物質108に到達できるか否かが、論理演算結果の
1や0に対応する。図2には、図21に示す論理回路1
01の所定の入力条件103に対する出力結果108を
示す。
In the present invention, the one-electron excess state in the conductive material is a logical "1", and the normal state is a logical "0".
Correspond to. It is assumed that the state where electrons are introduced into the conductive substance 104 at a certain time interval by applying a negative potential to the conductive substance 104 for inputting a predetermined signal is the state of “1”. The time interval at which the electrons are introduced is determined by the magnitude of the applied potential. The introduced electrons are
Whether or not the conductive material 108 propagates between the conductive materials 105 and finally reaches the conductive material 108 for signal output corresponds to 1 or 0 of the logical operation result. FIG. 2 shows the logic circuit 1 shown in FIG.
An output result 108 for a predetermined input condition 103 of 01 is shown.

【0055】図21に示す論理回路の動作を理解するた
めに、まず、図7、図8及び図9を用いて、本発明の背
景となる物理現象を説明する。図7に示すように、一電
子トンネルが可能な電位が印加されている場合、信号入
力用の伝導性物質103に導入された電子1402は、
エネルギーレベル1401のより低い伝導性物質105
のほうへ伝搬していく(1402)。この状態を一般
に、クーロンブロケイドが解除された状態と呼ぶ。
In order to understand the operation of the logic circuit shown in FIG. 21, first, the physical phenomenon which is the background of the present invention will be described with reference to FIGS. 7, 8 and 9. As shown in FIG. 7, when a potential capable of one-electron tunneling is applied, the electrons 1402 introduced into the signal input conductive material 103 are
Lower conductive material 105 with energy level 1401
(1402). This state is generally called a state in which Coulomb Brocade is released.

【0056】逆に、図8に示すように、印加した電位が
小さく電子がトンネルすることによりエネルギーが高く
なる場合、電子のトンネルは禁止される。この状態をク
ーロンブロケイド状態と呼ぶ。このように、印加した電
位の大きさにより、電子のトンネルが制御される物理現
象を一電子トンネル現象と呼ぶ。
On the contrary, as shown in FIG. 8, when the applied potential is small and the energy of electrons is high due to tunneling of electrons, tunneling of electrons is prohibited. This state is called the Coulomb Brocade state. The physical phenomenon in which the tunneling of electrons is controlled by the magnitude of the applied potential in this way is called a single-electron tunneling phenomenon.

【0057】以上より、一電子トンネル現象とは、電子
がよりエネルギーの低い方向へ伝搬していく物理現象で
ある。この一電子トンネル現象を背景とし、本発明にお
いて重要な役割を果たすものが、図9に示す物理現象で
ある。クーロンブロケイドが解除されている印加電位条
件を考える。この場合、一つの伝導性物質に二つの電子
が入る場合、エネルギー的に高い状態になる印加電位条
件は、容易に実現される。
From the above, the one-electron tunnel phenomenon is a physical phenomenon in which electrons propagate in the direction of lower energy. Against the background of this one-electron tunnel phenomenon, what plays an important role in the present invention is the physical phenomenon shown in FIG. Consider the applied potential condition in which the Coulomb blockade is released. In this case, when two electrons enter one conductive material, the applied potential condition in which the energy is high is easily realized.

【0058】図9は、一次元的に伝導性物質を配置した
図になっているが、二、又は三次元的に伝導性物質を並
べた場合、電子が異なる方向から一つの伝導性物質へ入
りこもうとする場合がある。この場合、図9に示すメカ
ニズムつまりクーロンブロケイドにより二つの電子は、
共にその伝導性物質へは入ることはできなくなる。(た
だし、周囲のポテンシャルの補償のために電子がつかわ
れるときは必ずしも2つが最大の入りうる個数である必
要はない) 図18、図19及び図20を用いて、3次元的に配置し
た伝導性物質間を一電子が伝搬する様子を説明する。図
18、図19及び図20に示す伝導性物質の配置は、本
発明における任意の伝導性物質配置の基本となる。図1
8に示すように、伝導性物質1700に電子が注入され
た場合を考える。(この場合、電場は(100)方向に
かかっているとする。すなわち、伝導性物質1701、
伝導性物質1702、伝導性物質1703のある(10
0)面よりもその反対側の(100)面の法が外部ポテ
ンシャル分だけエネルギが高い。すなわち、図16の5
06の向きに電場がかかるようにポテンシャルを設定す
る。)これは、伝導性物質1700に信号1が入力され
たことに対応する。この場合、電子は、一つずつ伝導性
物質1704を通り、確率1/4で伝導性物質1705
か伝導性物質1711に流れ込む。そして、1711お
よび1704から1706に流れ込む。また、伝導性物
質1703への電子の流れは、伝導性物質1707のエ
ネルギーが伝導性物質1702のエネルギーより高いた
め禁止される。さらに、伝導性物質が最近接位置にない
場合、電子のトンネルは禁止されている。
FIG. 9 is a diagram in which the conductive materials are arranged one-dimensionally. However, when the conductive materials are arranged two-dimensionally or three-dimensionally, electrons are changed from one direction to another conductive material. You may try to enter. In this case, due to the mechanism shown in FIG. 9, namely Coulomb Brocade, two electrons are
Both cannot enter the conductive material. (However, when electrons are used for compensating the potential of the surroundings, it is not always necessary that the maximum number is two.) Conduction arranged three-dimensionally with reference to FIGS. 18, 19 and 20. The manner in which one electron propagates between volatile substances will be described. The arrangement of conductive materials shown in FIGS. 18, 19 and 20 is the basis for any conductive material arrangement in the present invention. FIG.
As shown in FIG. 8, consider the case where electrons are injected into the conductive material 1700. (In this case, the electric field is applied in the (100) direction. That is, the conductive material 1701,
There is a conductive material 1702 and a conductive material 1703 (10
The energy of the (100) plane on the opposite side of the 0) plane is higher by the amount of the external potential. That is, 5 in FIG.
The potential is set so that the electric field is applied in the direction of 06. ) This corresponds to the input of signal 1 to the conductive material 1700. In this case, the electrons pass through the conductive material 1704 one by one and have a probability of 1/4.
It flows into the conductive material 1711. It then flows from 1711 and 1704 to 1706. Further, the flow of electrons to the conductive material 1703 is prohibited because the energy of the conductive material 1707 is higher than that of the conductive material 1702. In addition, electron tunneling is prohibited when the conducting material is not in the closest position.

【0059】次に、図19に、図18と同様に伝導性物
質を配置した場合、伝導性物質170へ信号”1”が入
力された際の電子の伝搬の様子を示す。この場合も図1
8と同様な考察をおこなうと、伝導性物質1705、及
び伝導性物質1708へは、信号”1”が出力される。
Next, FIG. 19 shows how electrons are propagated when a signal “1” is input to the conductive material 170 when a conductive material is arranged as in FIG. Also in this case
When the same consideration as in No. 8 is performed, the signal “1” is output to the conductive substance 1705 and the conductive substance 1708.

【0060】また、図20に、図18及び図19と同様
に伝導性物質を配置した場合、伝導性物質170へ信
号”1”及び伝導性物質1700へ信号”1”が入力さ
れた際の電子の伝搬の様子を示す。この場合は、伝導性
物質1700及び伝導性物質170の両方からの電子の
流れがあるため、図18及び図19の場合には一電子の
挙動を考えたのに対し、二電子の挙動を考える必要があ
る。この場合、図9に示す物理現象により、電子の伝導
性物質1705への流入は禁止される。従って、伝導性
物質1707へは、伝導性物質1708を経由して信
号”1”が出力され、伝導性物質1705には信号”
0”が出力される。
When a conductive substance is arranged in FIG. 20 as in FIGS. 18 and 19, when a signal “1” is input to the conductive substance 170 and a signal “1” is input to the conductive substance 1700. The state of electron propagation is shown. In this case, since there is a flow of electrons from both the conductive substance 1700 and the conductive substance 170, the behavior of one electron is considered in the cases of FIGS. 18 and 19, while the behavior of two electrons is considered. There is a need. In this case, the inflow of electrons into the conductive material 1705 is prohibited due to the physical phenomenon shown in FIG. Therefore, the signal “1” is output to the conductive material 1707 via the conductive material 1708, and the signal “1” is output to the conductive material 1705.
0 "is output.

【0061】以上より、図18、図19及び図20に示
す導伝性物質の配置は、EORの論理演算を行う回路とな
っていることが分かる。ここで示した基本配置を基に、
ORゲート、NOTゲート、FANOUT、更にはワイヤを構成で
きる。ORゲート、NOTゲート、FANOUT、及びワイヤを構
成できれば、理論上任意の論理回路を組むことが可能と
なる。
From the above, it can be seen that the arrangement of the conductive materials shown in FIGS. 18, 19 and 20 is a circuit for performing the logical operation of EOR. Based on the basic layout shown here,
You can configure OR gates, NOT gates, FANOUTs, and even wires. If OR gates, NOT gates, FANOUTs, and wires can be configured, theoretically any logic circuit can be assembled.

【0062】図21に、本発明におけるORゲートの一実
施例を示す。また、図22にはORゲートの論理演算を示
す。図21に示すORゲートは、二つの入力103に対
し、一つの演算結果108を出力する。図21に示す導
伝性物質の配置が、図22に示す演算を与える理由を、
図27、図28及び図29を用いて説明する。図27に
示すように、信号103の入力pが”1”、一方の入力
信号qが”0”の場合、電子は太線で示す伝搬経路を取
る。従って、出力信号108は”1”となる。
FIG. 21 shows an embodiment of the OR gate according to the present invention. Further, FIG. 22 shows the logical operation of the OR gate. The OR gate shown in FIG. 21 outputs one operation result 108 to two inputs 103. The reason why the arrangement of the conductive material shown in FIG. 21 gives the calculation shown in FIG.
This will be described with reference to FIGS. 27, 28 and 29. As shown in FIG. 27, when the input p of the signal 103 is “1” and one input signal q is “0”, the electrons take the propagation path indicated by the thick line. Therefore, the output signal 108 becomes "1".

【0063】次に、図28に示すように、入力信号10
3の入力pが”0”、一方の入力信号qが”1”の場
合、電子は太線で示す伝搬経路を通る。従って、出力信
号108は”1”となる。更に、図29に示すように、
信号103の入力pが”1”、一方の入力信号qが”
1”の場合、電子は太線で示す伝搬経路を取る。従っ
て、出力信号108は”1”となる。ここで、入力信号
103の入力pが”0”、一方の入力信号qが”0”の
場合、電子の伝搬は起こらない。従って、出力信号10
8は”0”となる。以上より、図21に示す配置がORゲ
ートとなることが分かる。
Next, as shown in FIG. 28, the input signal 10
When the input p of 3 is "0" and one input signal q is "1", the electrons pass through the propagation path indicated by the thick line. Therefore, the output signal 108 becomes "1". Further, as shown in FIG.
The input p of the signal 103 is "1", and one input signal q is "
In the case of "1", the electrons follow the propagation path indicated by the thick line. Therefore, the output signal 108 becomes "1". Here, the input p of the input signal 103 is "0", and one input signal q is "0". In the case of, no electron propagation occurs, so the output signal 10
8 becomes "0". From the above, it can be seen that the arrangement shown in FIG. 21 becomes an OR gate.

【0064】図23に、本発明におけるNOTゲートの一
実施例を示す。また、図24にはNOTゲートの論理演算
を示す。図23に示すNOTゲートは、一つの入力103
に対し、一つの演算結果108を出力する。ただし、OR
ゲートと異なり、信号”1”の定数入力106が行われ
る。図23に示す導伝性物質の配置が、図24に示す演
算を与える理由を以下、図31及び図32を用いて説明
する。図31に示すように、入力信号103が”0”の
場合、定数入力106のみにより、電子は太線で示す伝
搬経路を取る。従って、出力信号108は”1”とな
る。また、図32に示すように、入力信号103が”
1”の場合、電子は太線で示す伝搬経路2001を取
る。従って、出力信号108は”0”となる。以上よ
り、図23に示す配置が、NOTゲートとなることが分か
る。
FIG. 23 shows an embodiment of the NOT gate according to the present invention. Further, FIG. 24 shows the logical operation of the NOT gate. The NOT gate shown in FIG. 23 has one input 103
In response, one calculation result 108 is output. However, OR
Unlike the gate, the constant input 106 of the signal "1" is performed. The reason why the arrangement of the conductive material shown in FIG. 23 gives the calculation shown in FIG. 24 will be described below with reference to FIGS. 31 and 32. As shown in FIG. 31, when the input signal 103 is “0”, the electrons take the propagation path indicated by the thick line only by the constant input 106. Therefore, the output signal 108 becomes "1". Further, as shown in FIG. 32, the input signal 103 is "
In the case of "1", the electron takes the propagation path 2001 indicated by the thick line. Therefore, the output signal 108 becomes "0". From the above, it is understood that the arrangement shown in FIG.

【0065】図33に示す論理回路が、NORゲートとな
ることは、ORゲート2701及びNOTゲート2702よ
り構成されることより理解できる。
It can be understood that the logic circuit shown in FIG. 33 serves as a NOR gate because it is composed of an OR gate 2701 and a NOT gate 2702.

【0066】図25に、本発明における3次元回路のFA
NOUTの一実施例を示す。また、図26にはFANOUTの論理
演算を示す。入力信号103が”1”の場合、1/2の
確率で電子は、二つの出力信号108として検出され
る。本論理回路に於ては、電子は決められた時間間隔の
間導入され続け、この時間間隔は電子の導入の時間間隔
より遥に長く取ってあるため、二つの出力信号は共に”
1”となる。入力信号103が”0”の場合は、二つの
出力信号は共に”0”となる。以上より、図25に示す
配置がFANOUTの機能を実現することが分かる。
FIG. 25 shows the FA of the three-dimensional circuit according to the present invention.
An example of NOUT will be shown. Further, FIG. 26 shows a logical operation of FANOUT. When the input signal 103 is “1”, the electrons are detected as two output signals 108 with a probability of ½. In this logic circuit, the electrons continue to be introduced for a fixed time interval, and this time interval is set to be much longer than the time interval for the introduction of electrons, so that the two output signals are both "
When the input signal 103 is "0", the two output signals are both "0". From the above, it can be seen that the arrangement shown in Fig. 25 realizes the function of FANOUT.

【0067】次に、図30を用いて、本発明におけるワ
イヤの一実施例を説明する。電子を遅れゼロで輸送する
ワイヤは直線で表わせる。遅れゼロのワイヤは、直線上
で電子を輸送する必要があるので、例外的に伝導性物質
を3001、3002、3003、3004の中心を通
るように配置した3005の配置で達成できる。図30
で3002、3001および3004を通る破線は、電
子を遅れ2で輸送するためのワイヤを表している。ここ
で、遅れ1というのは、横方向に対し同一距離を走る場
合、図11の場合と比較して、T位置の最近接距離一つ
分よけいに電子が走る必要があることを示す。以上、種
々のワイヤを用いることにより信号の遅れの制御が実現
できる。
Next, an embodiment of the wire according to the present invention will be described with reference to FIG. A wire that transports electrons with zero delay can be represented by a straight line. A zero lag wire is required to transport electrons in a straight line, so exceptionally conductive material can be achieved with the arrangement of 3005, which is placed through the center of 3001, 3002, 3003, 3004. Figure 30
The dashed lines passing through 3002, 3001 and 3004 at ## EQU3 ## represent wires for transporting electrons with a delay of 2. Here, the delay 1 indicates that, when traveling the same distance in the lateral direction, it is necessary for the electron to travel one distance closer to the closest position of the T position than in the case of FIG. As described above, control of signal delay can be realized by using various wires.

【0068】特願平6−27710号では格子を正六各
形で組んでいるが、条件をもっとゆるくできる。図35
に示すようにほとんど同じ距離を保ったランダムな格子
の上でOR(3501)やNOT(3502)ゲートを組む
ことができる。図35で白の楕円は、3511と351
2、あるいは3513と3514の位置にいた電子が散
乱することを示す。NOTゲートの場合、入力Pが1のと
き相互作用により3503へは電子が通過することがで
きず、出力は0となる。
In Japanese Patent Application No. 6-27710, the lattice is assembled in each of the regular six shapes, but the conditions can be more relaxed. FIG.
As shown in, the OR (3501) and NOT (3502) gates can be built on a random lattice keeping almost the same distance. In FIG. 35, the white ellipses are 3511 and 351.
It is shown that the electrons at the positions 2, or 3513 and 3514 are scattered. In the case of the NOT gate, when the input P is 1, electrons cannot pass to 3503 due to the interaction, and the output becomes 0.

【0069】図36は電子が移動するときに、周囲の電
子が影響を受け遮蔽することによってキャパシタンスを
増加させる機構を示す。遮蔽効果によって、誘電率が高
くなり、一電子トンネルは起こりにくくなるが、ある位
置で起こったトンネル移動の効果を他の位置でのトンネ
ル移動を起こしにくくしたり、逆に起こしやすくしたり
する効果がある。図36のようにトンネル移動の方向と
同じ方向に他の電子が移動する時には、他の場所でのこ
の方向での他の位置でのトンネル移動を起こしやすくす
る。図36のようにトンネル移動の方向と直角の方向に
他の電子が移動するときには、他の場所でのトンネル移
動を起こしにくくする。そのため、本発明に関する回路
網をサンドイッチ状に強誘電体ではさんでやれば、各層
の間での干渉がおさえられ、幾層にも回路網を積み重ね
ることができる。
FIG. 36 shows a mechanism of increasing the capacitance by blocking and affecting surrounding electrons when the electrons move. The shielding effect increases the dielectric constant, making it difficult for single-electron tunnels to occur, but the effect of making tunnel movements that occur at one location less likely to occur at other locations, or vice versa. There is. When another electron moves in the same direction as the tunnel movement direction as shown in FIG. 36, it facilitates tunnel movement at another position in this direction at another place. When another electron moves in the direction perpendicular to the tunnel movement direction as shown in FIG. 36, it makes it difficult for the tunnel movement to occur in another place. Therefore, if the circuit network according to the present invention is sandwiched between ferroelectric layers, interference between layers can be suppressed, and the circuit network can be stacked in multiple layers.

【0070】また、層の間での干渉をわざとおこさせ層
の間でのデータのやりとりも可能になる。強誘電体のか
わりに、不純物濃度の薄い半導体を用いて、電子のホッ
ピングを利用して、遮蔽効果をもたらすこともできる。
図37に示すように、T位置のときは体心立方格子にあ
たる500の位置に原子あるいはそのなかだけで電子の
移動を起こさせ、分極の効果を持たせたり、原子を振動
させ、ある方向だけ振動の振幅を大きくすることによ
り、遮蔽効果をもたらすこともできる。このような付加
的機能を追加することにより、伝導物質の間の電子の移
動の頻度や移動に要する時間を調節することが可能にな
る。均一にこれらの分極がおこるようにすることによっ
て、回路網全体の性能をかえたり、向上させることがで
きる。
Further, it is possible to intentionally cause interference between layers and exchange data between layers. A semiconductor having a low impurity concentration may be used in place of the ferroelectric substance, and hopping of electrons may be used to provide a shielding effect.
As shown in FIG. 37, at the T position, electrons are caused to move at the position of 500, which corresponds to the body-centered cubic lattice, by the atom or only in it, and the effect of polarization is caused, or the atom is oscillated, so that the atom moves only in a certain direction. Increasing the amplitude of vibration can also provide a shielding effect. By adding such an additional function, it becomes possible to adjust the frequency of transfer of electrons between conductive materials and the time required for transfer. By allowing these polarizations to occur uniformly, the performance of the entire network can be changed or improved.

【0071】また、図36あるいは37に示した分極を
かなり限定された領域で起こるようにすることによっ
て、ある部分の伝導物質の間での電子の移動の頻度や移
動に要する時間を調節することが可能になる。これによ
って、電子の伝導物質の出発、飛行あるいは到着時間を
変化させ、タイミングを合わせることにより回路網の性
能を向上させることができる。
In addition, by adjusting the polarization shown in FIG. 36 or 37 to occur in a fairly limited region, the frequency of electron transfer between certain portions of the conductive material and the time required for the transfer can be adjusted. Will be possible. As a result, it is possible to improve the performance of the network by changing the departure, flight or arrival time of the electron conductive material and adjusting the timing.

【0072】図35に示したように6角形だけでなく3
角、4角、5角、7角、8角9角などを含むランダムな
格子でも本発明は有効であるので、伝導物質を立体にな
らべ、図39に示すように単層あるいは多層の球核の上
で回路を構成したり、チューブ上で回路を構成したり、
図41、42に示すようなチューブ状やら旋状あるいは
図43に示す負の曲面だけからできるスポンジ状の立体
でも回路を構成することができる。各々の多角形の頂点
に伝導物質を配置すれば前記のNORやORゲートを組め
る。
As shown in FIG. 35, not only hexagons but also 3
The present invention is also effective for a random lattice including corners, 4 corners, 5 corners, 7 corners, 8 corners, 9 corners, and the like. On the tube, on the tube,
The circuit can be configured by a tubular shape or a spiral shape as shown in FIGS. 41 and 42, or a sponge-like three-dimensional body formed only by the negative curved surface shown in FIG. If a conductive material is placed at the apex of each polygon, the NOR and OR gates can be assembled.

【0073】以上では古典的な動作原理を扱ったが、図
44に示すようなブラウン粒子の衝突を利用したロジッ
クも二つの入力AとBに対し、4つの出力が対応してい
るが、図45に示すように本発明でも論理のとらえ方を
変えることによって、二つに入力AとBに対し、4つの
出力を対応させることができる。したがって、3次元の
量子トンネルによって、無配線論理回路網でブラウン粒
子の衝突を利用したロジックを扱うことができる。量子
論理に従う回路網も3次元の電子のトンネル効果の量子
力学的側面をよりきわだたせることにより作製できる。
一つの位置にいるかいないかを量子力学により確率的に
定めればよい。さらに、図46、47および48に示す
ように、図18、19および20に対応するような相互
作用のメカニズムにもとづいても回路を構成できる。
Although the classical operating principle has been dealt with above, four outputs correspond to two inputs A and B in the logic using the collision of brown particles as shown in FIG. Also in the present invention, as shown by 45, it is possible to make four inputs correspond to two inputs A and B by changing the way of understanding the logic. Therefore, the three-dimensional quantum tunnel can handle the logic utilizing the collision of Brown particles in the non-wiring logic network. Circuits that follow quantum logic can also be created by further highlighting the quantum mechanical aspects of the three-dimensional electron tunneling effect.
Whether or not it is at one position can be stochastically determined by quantum mechanics. Further, as shown in FIGS. 46, 47 and 48, the circuit can be constructed based on an interaction mechanism corresponding to FIGS. 18, 19 and 20.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明によれば、一電子トンネル現象に
より結合した複数の伝導性物質を所定の位置に配置する
ことにより、通常行われるトランジスタ間の配線を不要
とした論理演算回路を提供できる。無配線となった効果
としては、1)トンネル接合容量に対する浮遊容量とな
る配線容量を低減し、一電子トンネル現象の安定性及び
信頼性を高める、2)配線に必要とされる配線面積を低
減し、一電子トンネル現象を用いた論理回路の集積化を
促進する、が挙げられる。
According to the present invention, it is possible to provide a logical operation circuit that does not require wiring between transistors, which is normally performed, by disposing a plurality of conductive materials coupled by the one-electron tunnel phenomenon at predetermined positions. . The effects of no wiring are as follows: 1) Reduce the wiring capacitance that becomes stray capacitance with respect to the tunnel junction capacitance, and enhance the stability and reliability of the one-electron tunnel phenomenon. 2) Reduce the wiring area required for wiring. However, the promotion of the integration of logic circuits using the one-electron tunnel phenomenon is mentioned.

【0075】更に、本発明では、論理回路の構成のため
の基本単位である、ORゲート、NOTゲート、FANOUT及び
ワイヤを生成できるため、任意の無配線論理回路を構成
できる。特に、2次元上で回路を組む場合に、信号の伝
達経路の長さが異なることにより遅延時間が大きくな
り、2次元ゆえに高集積化が3次元の場合に比べてしに
くくなるという欠点が回避できる。
Further, in the present invention, since the OR gate, NOT gate, FANOUT and wire, which are the basic units for the construction of the logic circuit, can be generated, an arbitrary non-wiring logic circuit can be constructed. In particular, when a circuit is constructed in two dimensions, the delay time becomes large due to the difference in the length of the signal transmission path, and the disadvantage that high integration is difficult due to two dimensions compared to the case of three dimensions is avoided. it can.

【0076】さらに、2次元の場合には、2次元クーロ
ン系に特有なオーダパラメータの変化がなく、しかもエ
ネルギ−の温度に対する2階微分である感受率が発散す
るKosterlits-Thouless 転移が存在し、回路の信頼性の
障害になるという問題も回避できる。さらに、従来の技
術では加工による寸法等のマージンは極めて少なくなけ
ればならなかったが、本発明により寸法等のマージンは
大きくとれる。
Furthermore, in the case of two dimensions, there is no change in the order parameter peculiar to the two-dimensional Coulomb system, and there is a Kosterlits-Thouless transition in which the susceptibility which is the second derivative of energy with respect to temperature diverges. The problem of impairing the reliability of the circuit can also be avoided. Further, in the conventional technique, the margin of the dimension and the like due to the processing had to be extremely small, but the present invention enables the margin of the dimension and the like to be large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明により構成したORゲートの一実施例であ
る。
FIG. 1 is an example of an OR gate configured according to the present invention.

【図2】ORゲートによる論理演算の実施例である。FIG. 2 is an example of a logical operation using an OR gate.

【図3】本発明により構成したNOTゲートの一実施例で
ある。
FIG. 3 is an example of a NOT gate constructed in accordance with the present invention.

【図4】NOTゲートによる論理演算の実施例である。FIG. 4 is an example of a logical operation using a NOT gate.

【図5】回路網の平面図である。FIG. 5 is a plan view of a circuit network.

【図6】回路網の鳥瞰図である。FIG. 6 is a bird's eye view of a circuit network.

【図7】本発明の論理演算回路が実現される物理的背景
の説明図1である。
FIG. 7 is an explanatory diagram 1 of a physical background for realizing the logical operation circuit of the present invention.

【図8】本発明の論理演算回路が実現される物理的背景
の説明図2である。
FIG. 8 is an explanatory diagram 2 of a physical background for realizing the logical operation circuit of the present invention.

【図9】本発明の論理演算回路が実現される物理的背景
の説明図3である。
FIG. 9 is an explanatory diagram 3 of a physical background for realizing the logical operation circuit of the present invention.

【図10】本発明により構成したORゲートにおける信号
伝搬の説明図1である。
FIG. 10 is an explanatory diagram 1 of signal propagation in an OR gate configured according to the present invention.

【図11】本発明により構成したORゲートにおける信号
伝搬の説明図2である。
FIG. 11 is an explanatory diagram 2 of signal propagation in the OR gate configured according to the present invention.

【図12】本発明により構成したORゲートにおける信号
伝搬の説明図3である。
FIG. 12 is an explanatory diagram 3 of signal propagation in an OR gate configured according to the present invention.

【図13】本発明により構成したFANOUTの一実施例であ
る。
FIG. 13 is an embodiment of FANOUT constructed according to the present invention.

【図14】本発明により構成したNOTゲートにおける信
号伝搬の説明図1である。
FIG. 14 is an explanatory diagram 1 of signal propagation in a NOT gate configured according to the present invention.

【図15】本発明により構成したNOTゲートにおける信
号伝搬の説明図2である。
FIG. 15 is an explanatory diagram 2 of signal propagation in the NOT gate configured according to the present invention.

【図16】本発明により構成した3次元回路網の説明図
である。
FIG. 16 is an explanatory diagram of a three-dimensional circuit network constructed according to the present invention.

【図17】本発明により構成する球に近い多面体であ
る。
FIG. 17 is a sphere-like polyhedron constructed according to the present invention.

【図18】本発明の論理演算3次元回路が実現される物
理的背景の説明図1である。
FIG. 18 is an explanatory diagram 1 of a physical background for realizing the logical operation three-dimensional circuit of the present invention.

【図19】本発明の論理演算3次元回路が実現される物
理的背景の説明図2である。
FIG. 19 is an explanatory diagram 2 of a physical background in which the logical operation three-dimensional circuit of the present invention is realized.

【図20】本発明の論理演算3次元回路が実現される物
理的背景の説明図3である。
FIG. 20 is an explanatory diagram 3 of a physical background in which the logical operation three-dimensional circuit of the present invention is realized.

【図21】本発明により構成した3次元ORゲートの一実
施例である。
FIG. 21 is an example of a three-dimensional OR gate configured according to the present invention.

【図22】本発明により構成した3次元OR論理演算の一
実施例である。
FIG. 22 is an example of a three-dimensional OR logical operation constructed according to the present invention.

【図23】本発明により構成した3次元NOTゲートの一
実施例である。
FIG. 23 is an example of a three-dimensional NOT gate constructed according to the present invention.

【図24】本発明により構成した3次元NOT論理演算の
一実施例である。
FIG. 24 is an example of a three-dimensional NOT logical operation constructed according to the present invention.

【図25】本発明により構成した3次元FANOUTゲートの
一実施例である。
FIG. 25 is an example of a three-dimensional FANOUT gate configured according to the present invention.

【図26】本発明により構成した3次元FANOUT論理演算
の一実施例である。
FIG. 26 is an example of a three-dimensional FANOUT logical operation constructed according to the present invention.

【図27】本発明により構成した3次元ORゲートにおけ
る信号伝搬の説明図1である。
FIG. 27 is an explanatory diagram 1 of signal propagation in a three-dimensional OR gate configured according to the present invention.

【図28】本発明により構成した3次元ORゲートにおけ
る信号伝搬の説明図2である。
FIG. 28 is an explanatory diagram 2 of signal propagation in the three-dimensional OR gate configured according to the present invention.

【図29】本発明により構成した3次元ORゲートにおけ
る信号伝搬の説明図3である。
FIG. 29 is an explanatory diagram 3 of signal propagation in a three-dimensional OR gate configured according to the present invention.

【図30】本発明により構成した3次元ワイヤにおける
信号伝搬の説明図である。
FIG. 30 is an explanatory diagram of signal propagation in a three-dimensional wire configured according to the present invention.

【図31】本発明により構成した3次元NOTゲートにお
ける信号伝搬の説明図1である。
FIG. 31 is an explanatory diagram 1 of signal propagation in the three-dimensional NOT gate configured according to the present invention.

【図32】本発明により構成した3次元NOTゲートにお
ける信号伝搬の説明図2である。
FIG. 32 is an explanatory diagram 2 of signal propagation in the three-dimensional NOT gate configured according to the present invention.

【図33】本発明により構成した3次元NORゲートにお
ける信号伝搬の一実施例1である。
FIG. 33 is a first example of signal propagation in a three-dimensional NOR gate configured according to the present invention.

【図34】本発明により構成した3次元NORゲートにお
ける信号伝搬の一実施例2である。
FIG. 34 is a second example of signal propagation in a three-dimensional NOR gate configured according to the present invention.

【図35】本発明により構成した2次元ランダム格子に
おけるORゲートとNOTゲートの一実施例2である。
FIG. 35 is a second embodiment of the OR gate and the NOT gate in the two-dimensional random lattice constructed according to the present invention.

【図36】本発明により構成した遮蔽効果の利用の説明
図1である。
FIG. 36 is an explanatory diagram 1 of the use of the shielding effect constructed according to the present invention.

【図37】本発明により構成した遮蔽効果の利用の説明
図2である。
FIG. 37 is an explanatory diagram 2 of the use of the shielding effect constructed according to the present invention.

【図38】本発明により構成した回路網の構成実施例で
ある。
FIG. 38 is a structural example of a circuit network configured according to the present invention.

【図39】本発明により構成した球状回路網の構成実施
例である。
FIG. 39 is a structural example of a spherical circuit network configured according to the present invention.

【図40】本発明により構成したチューブ状回路網の構
成実施例である。
FIG. 40 is a structural example of a tubular network constructed according to the present invention.

【図41】本発明により構成したトーラス状回路網の構
成実施例1である。
FIG. 41 is a configuration example 1 of a torus circuit network configured according to the present invention.

【図42】本発明により構成したトーラス状回路網の構
成実施例2である。
FIG. 42 is a second embodiment of the configuration of the torus circuit network constructed according to the present invention.

【図43】本発明により構成した負の曲率をもつスポン
ジ状回路網の構成実施例である。
FIG. 43 is a structural example of a sponge-like network having negative curvature constructed according to the present invention.

【図44】本発明により構成できるビリヤードボールの
衝突型の論理である。
FIG. 44 is a collision-type logic for a billiard ball that can be constructed in accordance with the present invention.

【図45】本発明により構成できるビリヤードボールの
回路網の実施例である。
FIG. 45 is an example of a billiard ball network that can be constructed in accordance with the present invention.

【図46】本発明により構成した回路網の相互作用の様
子の説明図1である。
FIG. 46 is an explanatory diagram 1 of a state of interaction of the circuit network configured according to the present invention.

【図47】本発明により構成した回路網の相互作用の様
子の説明図2である。
[Fig. 47] Fig. 47 is an explanatory diagram 2 of a state of interaction of a circuit network configured according to the present invention.

【図48】本発明により構成した回路網の相互作用の様
子の説明図3である。
FIG. 48 is an explanatory diagram 3 of a state of interaction of a circuit network configured according to the present invention.

【図49】本発明により構成した回路網の作製プロセス
の模式図である。
FIG. 49 is a schematic diagram of a manufacturing process of a circuit network configured according to the present invention.

【図50】2次元回路網の入出力インターフェース図で
ある。
FIG. 50 is an input / output interface diagram of the two-dimensional circuit network.

【図51】3次元回路網の入出力インターフェース図で
ある。
FIG. 51 is an input / output interface diagram of the three-dimensional circuit network.

【図52】入出力回路の模式図である。FIG. 52 is a schematic diagram of an input / output circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

70:論理ゲート、505:伝導性物質を配置するため
に全平面を分割するのに用いた格子、103:入力信
号、20:論理ゲートへの入力信号導入のための伝導性
物質、1770:多面体をなす伝導性物質、30:論理
ゲートへの定数信号導入のための伝導性物質、200
3:定数信号、50:論理演算結果を出力するための伝
導性物質、60:出力信号。
70: Logic gate, 505: Lattice used to divide all planes for placing conductive material, 103: Input signal, 20: Conductive material for introducing input signal to logic gate, 1770: Polyhedron Forming conductive material, 30: conductive material for introducing constant signal into logic gate, 200
3: constant signal, 50: conductive substance for outputting logical operation result, 60: output signal.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】所定の入力に対して論理演算を行う論理演
算回路において、素子配置を行う二次元平面あるいは三
次元平面をランダムあるいは正規格子で分割し、それぞ
れの格子点に対し、円柱状あるいは球に近い多面体をな
す伝導性物質の中心が一致するように伝導性物質を配置
し、伝導性物質内での一電子過剰状態を論理の”1”
に、過剰電子の無い状態を論理の”0”に対応させ、所
定の信号入力用の伝導性物質に導入された電子が、信号
出力用の伝導性物質に到達できる場合を論理演算の”
1”、到達できない場合を論理演算の”0”に対応さ
せ、論理演算を行うことを特徴とする無配線論理演算回
路。
1. A logical operation circuit for performing a logical operation on a predetermined input, wherein a two-dimensional plane or a three-dimensional plane for arranging elements is divided by a random or regular lattice, and each lattice point is cylindrical or The conductive substance is arranged so that the centers of the conductive substance forming the polyhedron close to the sphere coincide with each other, and the one-electron excess state in the conductive substance is logically "1".
In addition, the state where there is no excess electrons is made to correspond to a logical "0", and the case where an electron introduced into a predetermined conductive substance for signal input can reach the conductive substance for signal output is calculated as "logical operation".
1 ", a non-wiring logic operation circuit characterized by performing a logic operation in correspondence with" 0 "of a logic operation when it cannot be reached.
【請求項2】所定の入力に対して論理演算を行う論理演
算回路において、素子配置を行う二次元平面あるいは三
次元平面で、円柱状あるいは球に近い多面体をなす伝導
性物質を配置し、伝導性物質を配置する。二つの伝導性
物質が、有効散乱距離距離以内にある伝導性物質は一電
子トンネル現象により結合しており、ある距離以以上に
ある伝導性物質間では結合しないように配置し、伝導性
物質内での一電子過剰状態を論理の”1”に、過剰電子
の無い状態を論理の”0”に対応させ、所定の信号入力
用の伝導性物質に導入された電子が、信号出力用の伝導
性物質に到達できる場合を論理演算の”1”、到達でき
ない場合を論理演算の”0”に対応させ、論理演算を行
うことを特徴とする無配線論理演算回路。
2. In a logic operation circuit for performing a logic operation on a predetermined input, a conductive material having a polyhedron shape similar to a cylinder or a sphere is arranged on a two-dimensional plane or a three-dimensional plane for arranging elements, and the conduction is performed. Place a sexual substance. The two conductive materials are within the effective scattering distance, and the conductive materials are bonded by the one-electron tunneling phenomenon. The one-electron excess state in 1 corresponds to the logic "1", and the state without excess electrons corresponds to the logic "0", and the electrons introduced into the predetermined conductive material for signal input are conducted for signal output. A non-wiring logical operation circuit characterized in that a logical operation is performed by making a logical operation "1" when it can reach a functional substance and a logical operation "0" when it cannot be reached.
【請求項3】所定の入力に対して論理演算を行う論理演
算回路において、素子配置を行う二次元平面あるいは三
次元平面で、円柱状あるいは球に近い多面体をなす伝導
性物質を配置し、伝導性物質を配置する。二つの伝導性
物質が、ある距離以内にある伝導性物質は一電子トンネ
ル現象により結合しており、ある距離以以上にある伝導
性物質間では結合しないように配置し、有効散乱距離以
内には二つ以上の電子が入らないように回路の動作条件
を設定し、伝導性物質内での一電子過剰状態を論理の”
1”に、過剰電子の無い状態を論理の”0”に対応さ
せ、所定の信号入力用の伝導性物質に導入された電子
が、信号出力用の伝導性物質に到達できる場合を論理演
算の”1”、到達できない場合を論理演算の”0”に対
応させ、論理演算を行うことを特徴とする無配線論理演
算回路。
3. A logic operation circuit for performing a logic operation on a predetermined input, wherein a conductive material forming a polyhedron which is a cylinder or a sphere is arranged on a two-dimensional plane or a three-dimensional plane for arranging elements, and conduction is performed. Place a sexual substance. Two conductive materials within a certain distance are connected by a one-electron tunneling phenomenon, and it is arranged so as not to bond between conductive materials over a certain distance, and within the effective scattering distance. The operating condition of the circuit is set so that two or more electrons do not enter, and the one-electron excess state in the conductive substance is logical
1 ”corresponds to the state of no excess electrons to“ 0 ”of the logic, and the case where the electrons introduced into the predetermined conductive material for signal input can reach the conductive material for signal output A non-wiring logical operation circuit characterized by performing a logical operation by correlating "1" and "0" when it cannot be reached with a logical operation "0".
【請求項4】所定の入力に対して論理演算を行う論理演
算回路において、素子配置を行う二次元平面あるいは三
次元平面で、円柱状あるいは球に近い多面体をなす伝導
性物質を配置し、伝導性物質を配置する。二つの伝導性
物質が、ある距離以内にある伝導性物質は一電子トンネ
ル現象により結合しており、ある距離以以上にある伝導
性物質間では結合しないように配置し、有効散乱距離以
内には二つ以上の電子が入らないように回路の動作条件
を設定し、伝導性物質内での一電子過剰状態を論理の”
1”に、過剰電子の無い状態を論理の”0”に対応さ
せ、所定の信号入力用の伝導性物質に導入された電子
が、信号出力用の伝導性物質に到達できる場合を論理演
算の”1”、到達できない場合を論理演算の”0”に対
応させ、論理演算を行うことを特徴とする無配線論理演
算回路。
4. A logic operation circuit for performing a logic operation with respect to a predetermined input, wherein a conductive material forming a polyhedron having a shape of a cylinder or a sphere is arranged on a two-dimensional plane or a three-dimensional plane for arranging elements and conducts. Place a sexual substance. Two conductive materials within a certain distance are connected by a one-electron tunneling phenomenon, and it is arranged so as not to bond between conductive materials over a certain distance, and within the effective scattering distance. The operating condition of the circuit is set so that two or more electrons do not enter, and the one-electron excess state in the conductive substance is logical
1 ”corresponds to the state of no excess electrons to“ 0 ”of the logic, and the case where the electrons introduced into the predetermined conductive material for signal input can reach the conductive material for signal output A non-wiring logical operation circuit characterized by performing a logical operation by correlating "1" and "0" when it cannot be reached with a logical operation "0".
【請求項5】所定の入力に対して論理演算を行う論理演
算回路において、素子配置を行う二次元平面あるいは三
次元平面を、格子点距離が等しくなるように分割し、そ
れぞれの格子点に対し、円柱状あるいは球に近い多面体
をなす伝導性物質の中心が一致するように伝導性物質を
配置し、伝導性物質内での一電子過剰状態を論理の”
1”に、過剰電子の無い状態を論理の”0”に対応さ
せ、所定の信号入力用の伝導性物質に導入された電子
が、信号出力用の伝導性物質に到達できる場合を論理演
算の”1”、到達できない場合を論理演算の”0”に対
応させ、論理演算を行うことを特徴とする無配線論理演
算回路。
5. A logical operation circuit for performing a logical operation on a predetermined input, wherein a two-dimensional plane or a three-dimensional plane for arranging elements is divided so that the grid point distances are equal, and each grid point is divided. , The conductive material is arranged so that the centers of the conductive material forming a columnar shape or a polyhedron close to a sphere coincide with each other, and the one-electron excess state in the conductive material is logically determined.
1 ”corresponds to the state of no excess electrons to“ 0 ”of the logic, and the case where the electrons introduced into the predetermined conductive material for signal input can reach the conductive material for signal output A non-wiring logical operation circuit characterized by performing a logical operation by correlating "1" and "0" when it cannot be reached with a logical operation "0".
【請求項6】所定の入力に対して論理演算を行う論理演
算回路において、素子配置を行う二次元平面あるいは三
次元平面を、正規格子点で分割し、それぞれの格子点に
対し、円柱状あるいは球に近い多面体をなす伝導性物質
の中心が一致するように伝導性物質を配置し、伝導性物
質内での一電子過剰状態を論理の”1”に、過剰電子の
無い状態を論理の”0”に対応させ、所定の信号入力用
の伝導性物質に導入された電子が、信号出力用の伝導性
物質に到達できる場合を論理演算の”1”、到達できな
い場合を論理演算の”0”に対応させ、論理演算を行う
ことを特徴とする無配線論理演算回路。
6. A logical operation circuit for performing a logical operation on a predetermined input, wherein a two-dimensional plane or a three-dimensional plane for arranging elements is divided at regular grid points, and each grid point has a cylindrical shape or The conductive substances are arranged so that the centers of the conductive substances forming a polyhedron close to the sphere coincide with each other, and the one-electron excess state in the conductive substance is the logical "1", and the state without excess electrons is the logical " Corresponding to "0", a logical operation is "1" when an electron introduced into a predetermined signal input conductive material can reach the signal output conductive material, and a logical operation "0" when it cannot be reached. "A non-wiring logic operation circuit characterized by performing a logic operation in accordance with".
【請求項7】前記頂点とその中心が一致するように配置
した伝導性物質が、最近接距離に配置された伝導性物質
間はトンネル現象により結合しており、その他の配置の
場合、伝導性物質間のトンネル現象による結合が無くな
るサイズを有することを特徴とする請求項1記載の無配
線論理演算回路。
7. The conductive substance arranged so that the apex and the center thereof are coincident with each other are coupled by a tunnel phenomenon between the conductive substances arranged at the closest distance, and in the case of other arrangements, the conductivity is reduced. 2. The non-wiring logic operation circuit according to claim 1, having a size such that coupling due to a tunnel phenomenon between substances is eliminated.
【請求項8】前記信号入力用の伝導性物質に入力された
電子が、同一の導伝性物質内に二つ以上入る事のできな
い動作条件のもとで、論理回路を動作させることを特徴
とする請求項1記載の無配線論理演算回路。
8. The logic circuit is operated under an operating condition in which electrons inputted into the signal input conductive material cannot enter into the same conductive material more than once. The non-wiring logic operation circuit according to claim 1.
【請求項9】前記信号入力用の伝導性物質に入力された
電子が、同一の導伝性物質内に二つ以上入る事のできな
い動作条件のもとで、論理回路を動作させ、伝導物質の
間を電子が移動するときに、原子あるいはそのなかだけ
で電子の移動を起こさせ、分極の効果を持たせたり、原
子を振動させ、ある方向だけ振動の振幅を大きくするこ
とにより周囲の電子が影響を受け遮蔽することによっ
て、ある位置で起こった電子移動の効果を他の位置での
電子移動をおこしにくくしたり、逆に起こしやすくし、
電子の伝導物質の出発、飛行あるいは到着時間を変化さ
せ、タイミングをあわせることにより、部分あるいは全
体の回路の性能を制御することを特徴とする請求項1記
載の無配線論理演算回路。
9. A logic circuit is operated under an operating condition in which electrons input to the conductive material for signal input cannot enter more than one in the same conductive material. When an electron moves between the two, it causes the movement of the electron only in the atom or in it, and has the effect of polarization, or vibrates the atom, and increases the amplitude of the vibration in a certain direction. The effect of electron transfer that occurred at one position makes it difficult to cause electron transfer at other positions, and conversely makes it easy to cause
2. The non-wiring logic operation circuit according to claim 1, wherein the performance of a part or the whole circuit is controlled by changing the departure, flight or arrival time of the electron conductive material and adjusting the timing.
【請求項10】前記信号入力用の伝導性物質に入力され
た電子が、同一の導伝性物質内に二つ以上入る事のでき
ない動作条件のもとで、論理回路を動作させ、回路網を
サンドイッチ状に誘電体ではさんでやれば、各層の間で
の干渉がおさえられ、幾層にも回路網を積み重ねること
ができ、層の間での干渉をわざとおこさせ層の間でのデ
ータのやりとりを可能にすることを特徴とする請求項1
記載の無配線論理演算回路。
10. A logic circuit is operated under an operating condition in which electrons input to the signal input conductive material cannot enter into the same conductive material more than once. If sandwiched between dielectric layers, the interference between layers can be suppressed, and the network can be stacked in multiple layers. The communication of the communication is possible.
The described non-wiring logical operation circuit.
【請求項11】前記信号入力用の伝導性物質に入力され
た電子が、同一の導伝性物質内に二つ以上入る事のでき
ない動作条件のもとで、二つ以上の電子の散乱方向によ
り入力された電子の論理を決定することによりビリヤー
ドボール型の論理回路を動作させることを特徴とする請
求項1記載の無配線論理演算回路。
11. A scattering direction of two or more electrons under an operating condition in which electrons input to the signal input conductive material cannot enter the same conductive material. 2. The non-wiring logic operation circuit according to claim 1, wherein a billiard ball type logic circuit is operated by determining the logic of an electron input by.
【請求項12】前記信号入力用の伝導性物質に入力され
た電子が、同一の導伝性物質内に二つ以上入る事のでき
ない動作条件のもとで、二つ以上の電子の散乱方向によ
り入力された電子の論理を量子力学により確率的に決定
することにより論理回路を動作させることを特徴とする
請求項1記載の無配線論理演算回路。
12. A scattering direction of two or more electrons under an operating condition in which electrons input to the signal input conductive material cannot enter the same conductive material. 2. The non-wiring logic operation circuit according to claim 1, wherein the logic circuit is operated by probabilistically determining the logic of the electron input by the quantum mechanics.
【請求項13】前記平面や曲面に回路網を張るときに、
6角形をベースにし、2、3、4、5、7、8、9角形
を入れることにより、ほぼ伝導物質の間の距離を均等に
配置することを特徴とする請求項1記載の無配線論理演
算回路。
13. When a circuit network is stretched on the flat surface or curved surface,
2. The non-wiring logic according to claim 1, wherein a hexagon is used as a base, and by inserting 2, 3, 4, 5, 7, 8, and 9 polygons, the distances between the conductive materials are substantially evenly arranged. Arithmetic circuit.
JP20176394A 1991-10-15 1994-08-26 Logical operation circuit without wiring Pending JPH0864803A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2001026156A1 (en) * 1999-09-30 2001-04-12 Japan Science And Technology Corporation Nonvolatile memory
JP2005303249A (en) * 2004-03-18 2005-10-27 Japan Science & Technology Agency Method of manufacturing semiconductor device

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