16、三元量子点细胞自动机（QCA）中的故障分析与逻辑门设计

三元量子点细胞自动机（QCA）中的故障分析与逻辑门设计

在量子点细胞自动机（QCA）技术的制造阶段，和其他技术一样，可能会出现故障。由于基于QCA的电路典型尺寸在纳米范围内，故障发生的可能性增加。不过，那些可以用现有软件包模拟且符合实际制造过程的故障是可以进行分析的。

1. 故障分析基础

在QCA技术的制造过程中，故障的出现是不可避免的。由于QCA电路尺寸处于纳米级别，故障发生概率相对较高。我们主要关注那些能够在二元和三元QCA结构中进行分析和模拟的故障，并依据特定公式计算每个电路针对细胞遗漏或额外细胞沉积缺陷的容错能力。

2. 三元QCA结构的容错优势

传统的提高二元QCA结构容错能力的方法是增加细胞数量和占用面积，但这会导致电路复杂度和占用面积增加。而将电路结构从二元QCA转换为三元QCA，无需增加占用面积就能提高对制造缺陷的容错能力。虽然在某些情况下细胞数量可能会增加，但三元细胞尺寸更小（8×8 nm²，相邻细胞间距0.5 nm，而二元细胞面积为18×18 nm²，间距2 nm），解决了占用面积增加的问题，同时还降低了面积 - 延迟和面积 - 复杂度成本函数。

例如，假设在三元导线和二元导线上分别有三个相邻细胞，当中间细胞因制造缺陷被遗漏时，三元导线中第一个和第三个细胞壁之间的距离为9 nm，而二元导线中该距离为22 nm。显然，距离为9 nm的两个三元细胞之间的静电相互作用比距离为22 nm的两个二元细胞之间的相互作用强得多，这就是三元QCA结构容错能力更强的原因。

3. 不同PIM细胞模型的故障分析

• TPIM1模型