Arnold Sommerfeld-Preis der BAdW

Nanoelektronik mit Y-Schaltern und Quantendrähten

XOR-Gatter

Abbildung 4 illustriert eine EXKLUSIV-ODER (XOR) Stufe des Summen-Bits bestehend aus drei Quantendrähten, die einen Y-Schalter bilden. Eine H-Level Spannung am Eingang A und eine L-Level Spannung am Eingang B führt nach dem zuvor beschriebenen NAND-Konzept zu einem leitenden linken Ast und einem nichtleitenden rechten Ast bzw. Stamm-Ast. Als Folge nimmt der Ausgang das Signal des linken Astes an.

Wenn alle Gatter das Signal H empfangen, fließt ein Strom durch alle Kanäle und der Ausgang wird L. Die unterschiedlichen Eingangskonfigurationen sind in einer Wahrheitstabelle in Abbildung 4, rechter Teil, zusammengefasst und verdeutlichen die XOR-Funktionalität dieser Struktur.

Abb. 4: Grundlegendes Schaltprinzip der Y-Schalter im Volladdierer, demonstriert am Beispiel des XOR-Gatters. Der Ausgang schaltet von H nach L, wenn der Eingang B von L nach H übergeht. Farblich gekennzeichnete Regionen markieren Stromflüsse für unterschiedliche Einstellungen an den seitlichen Gates. Die Wahrheitstabelle des XOR-Gatters ist rechts dargestellt.
Abb. 4: Grundlegendes Schaltprinzip der Y-Schalter im Volladdierer, demonstriert am Beispiel des XOR-Gatters. Der Ausgang schaltet von H nach L, wenn der Eingang B von L nach H übergeht. Farblich gekennzeichnete Regionen markieren Stromflüsse für unterschiedliche Einstellungen an den seitlichen Gates. Die Wahrheitstabelle des XOR-Gatters ist rechts dargestellt.

Es sei erwähnt, dass das XOR-Gatter prinzipiell auch als Carry-Bit verwendet werden kann. Es müssten hierzu lediglich die Gatter und die Eingänge entsprechend der Carry- Bit-Funktion angeordnet werden. Die Kreuzverbindung des Carry- Bits ist somit eine der Funktion entsprechende optimierte geometrische Anpassung.