Ячейка памяти на основе одноэлектронных транзисторов

Одноэлектронный транзистор может находиться в двух состояниях – либо в состоянии кулоновской блокады, либо в проводящем состоянии. Этот факт позволяет создавать на его основе устройства, которые могут служить ячейкой компьютерной памяти. Очень малые размеры одноэлектронных транзисторов при высоком быст­родействии и низкой потребляемой мощности делают такое их применение очень перспективным. В качестве примера рассмот­рим одну из возможных конструкций ячейки памяти на основе одноэлектронных эффектов в соответствии с рисунком 6.31.

Рисунок 6.31 – Ячейка памяти на основе одноэлектронных транзисторов

В качестве активных элементов в ней используются три одноэлектронных транзистора на основе множественных туннельных переходов (MTJ), о которых уже упоминалось выше. Основными действующими элементами ячейки являются транзисторы MTJ1 и MTJ3. Транзистор MTJ2 играет вспомогательную роль и при работе ячейки памяти находится в выключенном состоянии (в режиме кулоновской блокады).

Транзистор MTJ3 имеет два затвора. С помощью напряжения U_{З_3} на его правом затворе рабочую точку транзистора устанавливают на пороге его открывания. Поэтому очень малые изменения потенциала второго затвора, соединенного с узлом запоминания М, приводят к увеличению или уменьшению тока I_Э через MTJ3.Таким образом, этот транзистор выполняет функции электрометра — с его помощью можно регистрировать малые изменения заряда в точке М.

Зависимость тока электрометра I_Э от напряжения на основном затворе ячейки U₃ имеет вид в соответствии с рисунком 6.32. Гистерезис этой зависимости (направления изменения U₃ указаны стрелками) связан с различным состоянием транзистора МТJ1 на разных участках его петли. На участке АВ он закрыт, находится в режиме кулоновской блокады. Скорость накопления заряда в точке М большая, она определяется параметрами емкостного делителя, образованного емкостью С₃ и емкостями транзисторов МТJ1 и MTJ2. Однако при потенциале в узле М, соответствующем точке В кривой, транзистор МТJ1 открывается – выходит из режима кулоновской блокады.

Рисунок 6.32 – Гистерезис в зависимости тока электрометра при различных направлениях изменения напряжения на затворе ячейки

В результате скорость накопления заряда в узле замедляется – заряд стекает через открытый транзистор. При смене направления изменения U₃ в точке С кривой транзистор МТJ1 закрывается и скорость изменения заряда снова будет определяться только емкостным делителем. В точке D кривой транзистор MTJ1 снова от­крывается – при другой полярности снятия кулоновской блокады. Изменение потенциала в точке М снова замедляется. Таким образом, при U₃ = 0 ячейка имеет два устойчивых состояния, которые могут быть использованы для записи бита информации.