專利名稱：：用于執(zhí)行邏輯函數(shù)的電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于在電路中執(zhí)行邏輯運(yùn)算的裝置。
背景技術(shù)：
：數(shù)字電路用于存儲(chǔ)和操縱數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)，且其操縱經(jīng)由邏輯運(yùn)算執(zhí)行。數(shù)字電路的標(biāo)準(zhǔn)部件晶體管和二極管本質(zhì)上起阻礙或允許電流流動(dòng)的"開關(guān)"的作用。在偏壓極限下工作時(shí)，這種開關(guān)可處于截止或飽和狀態(tài)，分別相應(yīng)于幾乎無電流的狀態(tài)或最大電流的狀態(tài)。電路被設(shè)計(jì)成利用此性質(zhì)，以使得晶體管或二極管作為二進(jìn)制位的物理表示。數(shù)字電路通常包含稱為"邏輯門"的較小的電子電路。每個(gè)邏輯門都是這種電控"開關(guān)"的布置，并對(duì)其輸入信號(hào)，即對(duì)電流及/或電壓應(yīng)用布爾邏輯的函數(shù)。輸出為電流或電壓，本身為能反過來控制其他邏輯門的單個(gè)位(singlebit)的表示。有幾種不同類型的邏輯門二極管邏輯(DL)門使用二極管執(zhí)行AND和OR邏輯函數(shù)。它們是簡(jiǎn)單且廉價(jià)的，但是它們易于使數(shù)字信號(hào)迅速降級(jí)，且不能執(zhí)行NOT(求反)函數(shù)。電阻-晶體管邏輯(RTL)門使用可操作以組合多個(gè)輸入信號(hào)的晶體管。這些晶體管還放大并反置合成的組合信號(hào)，因而通常包括附加的晶體管以再反置輸出。此組合提供凈輸出信號(hào)(cleanoutputsignal)并視需要提供求反或非求反。RTL門幾乎與DL門一樣簡(jiǎn)單并一直很廉價(jià)，但它們對(duì)于每個(gè)門從電源吸取大量的電流。另一個(gè)限制是RTL門不能以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)所使用的高速轉(zhuǎn)換。二極管-晶體管邏輯(DTL)門使用二極管執(zhí)行邏輯AND或OR函數(shù)，并隨后用晶體管放大結(jié)果。這些邏輯門本質(zhì)上采用DL門并向輸出添加晶體管，以便提供邏輯求反和恢復(fù)信號(hào)。集成電路結(jié)構(gòu)使得用晶體管代替DTL門中的輸入二極管更為有效。結(jié)果得到了晶體管-晶體管邏輯(TTL)門，該TTL門成為了許多年來的標(biāo)準(zhǔn)。TTL裝置使用雙極晶體管開關(guān)并將二進(jìn)制值定義為0-0.8V='0'，2-5V='l，。它們是廉價(jià)的，但吸取很多功率(單獨(dú)的門可吸取3-4mA)并必須被供給+5V的輸入電壓。小功率Schottky版本的TTL芯片吸取20%的功率，但是較昂貴。發(fā)射極耦合邏輯(ECL)門設(shè)計(jì)成通過在允許晶體管變得飽和時(shí)避免固有的"滯后"，而非常高速地操作。邏輯門中的晶體管從不完全截止或飽和，而總是保持在它們的有效工作區(qū)域。結(jié)果，晶體管沒有"電荷儲(chǔ)存"時(shí)間，并因此能夠更加迅速地改變狀態(tài)。然而，這些門要求大量的電流以正確地纟喿作?；パa(bǔ)金屬氧物半導(dǎo)體晶體管(CMOS)裝置由MOSFET制成。它們對(duì)功率的要求遠(yuǎn)低于TTL裝置并在大范圍的供給電壓(例如3-18V)下工作，但對(duì)靜電極其敏感。PMOS和NMOS(P溝道和N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)裝置提供比TTL芯片更高的元件密度，但與CMOS—樣，對(duì)由放電引起的損害敏感。此類裝置沒有和CMOS—樣多的TTL芯片等價(jià)物，而是主要用于VLSI大規(guī)模集成電路。授予本申請(qǐng)的受讓人的WO2006/077596公開了一種用于使用在真空中運(yùn)動(dòng)的自由電子來實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)的裝置。根據(jù)此技術(shù)，通過響應(yīng)于某個(gè)輸入場(chǎng)對(duì)一個(gè)或更多的浮動(dòng)電極(floatingelectrode)充電/放電而生成裝置輸出，且該輸出讀為被充電的/被放電的浮動(dòng)電極上的電位。該裝置包括配置成界定用于自由帶電粒子的傳播的真空空間的一個(gè)或更多的基本電極單元，還包括用于供給輸入信號(hào)的輸入組件，以及鄰近于輸入組件提供并用于自其讀取輸出信號(hào)的浮動(dòng)電極組件。浮動(dòng)電極布置配置成界定自7由帶電粒子的至少一個(gè)源和至少一個(gè)目標(biāo)，充電的粒子被引向該目標(biāo)，且浮動(dòng)電極可響應(yīng)于車敘入信號(hào)充電和;汰電，由此生成基本單元的輸出。一般說明本領(lǐng)域需要一種用于在電子電路中使用的邏輯裝置，所述邏輯裝置能裝置易于制造，例如使用普通的集成技術(shù)制造。本發(fā)明提供了一種邏輯門裝置，其利用電子從陰極光電發(fā)射或熱發(fā)射，配置成才喿作為NOT、NOR、NAND、OR、AND和XOR邏輯門中的至少一種。本發(fā)明的裝置利用自由空間電子傳播(例如在真空中)，并包括與電子引出器(electronextractor)(照射源及/或溫度源)和可控操作的電壓供給相關(guān)if關(guān)的電極布置。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，電極布置包括至少一個(gè)基本單元，所述至少一個(gè)基本單元包括光電陰極、陽極、在陰極-陽極腔旁的一個(gè)或更多的柵極。陽極為用于讀取/提供裝置輸出的浮動(dòng)電極。陽極可配置成提供另一個(gè)陰極-陽極單元(有柵極或沒有柵極)的光電陰極，或可以是另一個(gè)晶體管結(jié)構(gòu)，例如CMOS的柵極。對(duì)于基本單元的柵極，其被用于供應(yīng)輸入信號(hào)。這樣的輸入信號(hào)可以是另一個(gè)晶體管結(jié)構(gòu)，例如基于CMOS的結(jié)構(gòu)的輸出。根據(jù)以上實(shí)施方式的一些實(shí)例，電極布置包括至少兩個(gè)陰極(例如光電陰極)連同至少兩個(gè)各自的陽極，以及至少一個(gè)柵極。應(yīng)注意，術(shù)語"柵極(gate)"在此指輸入電位施加到的電極，且該電極一般影響(例如抑制或偏轉(zhuǎn))電流的流動(dòng)。配置使得一個(gè)陰極-陽極單元的陽極和另一陰極-理解，彼此電連通的浮動(dòng)陰極和陽極實(shí)際上可以實(shí)現(xiàn)為相同的陰極-電極(通用板)，但使用相互電連接的兩個(gè)空間分隔的電極是簡(jiǎn)化對(duì)自此的輸出信號(hào)的測(cè)量的更實(shí)際的解決方案。在這些實(shí)施方式中，邏輯裝置的電極被布置成空間分隔的關(guān)系以界定在第一陰極及其相關(guān)聯(lián)的第一陽極之間的第一電子傳播腔和在第二陰極及其相關(guān)聯(lián)的第二陽極之間的第二電子傳播腔。電極可安置為兩個(gè)單元的垂直或橫向的布置。柵極可以是環(huán)狀電極或旁邊條(asidestripe)的形式。相應(yīng)于邏輯'0，及/或T的裝置輸入提供為對(duì)槺極的電壓供給，或者來自可控操作的電壓供給單元或來自另一個(gè)電子裝置(例如CMOS結(jié)構(gòu))的輸出，視情況而定。裝置輸出讀為在連接的浮動(dòng)電極(陰極和陽極)的電位，其相應(yīng)于流動(dòng)通過裝置的電流。因此，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，電極布置能夠形成至少兩個(gè)單元，一個(gè)包括陰極、陽才及和至少一個(gè)柵極；而另一個(gè)包4舌陰極和陽極。在第一單元(例如三極管)中，電流流動(dòng)受在柵極的輸入電位的影響。這反過來影響第二單元(二極管)中的電流流動(dòng)并影響在第一單元的陽極和第二單元的陰極上讀取的輸出電位。第一單元的配置相應(yīng)于并決定裝置執(zhí)行的邏輯函數(shù)。換句話說，第一單元可以有許多配置，每一個(gè)都適合于不同的邏輯函數(shù)或不同的裝置優(yōu)化，而第二單元(二極管)響應(yīng)并部分地決定裝置輸出。應(yīng)理解，整個(gè)裝置的配置可以使相應(yīng)于邏輯值'O，和T的輸出電位值和相應(yīng)于相同的邏輯<直4敘入電位{直相同。在一些實(shí)施方式中，本裝置配置成執(zhí)行NOT邏輯函數(shù)(反相器)及/或執(zhí)行NOR邏輯函數(shù)。一般而言，其他邏輯門可使用這兩個(gè)來構(gòu)造，但就面積消耗和組裝密度而言，可優(yōu)選具有較小的、專門的結(jié)構(gòu)用于每個(gè)邏輯運(yùn)算。為NAND、OR、AND和XOR邏輯門描述了附加的實(shí)施方式。通過使用多個(gè)柵極及/或附加的參考電極并適當(dāng)?shù)叵蚱涔?yīng)電壓以相應(yīng)于邏輯'O，或'l，，相同的裝置配置可用于有選擇地實(shí)現(xiàn)不同的邏輯門。根據(jù)本發(fā)明的一些其他實(shí)施方式，邏輯裝置包括一個(gè)或更多的基本單元，每個(gè)基本單元包括陰極(光電陰極)、陽極和柵極的陣列。柵極沿著陰極和陽極之間的腔布置成空間分隔的關(guān)系。陰極受到照射(直接的或非直接的)，在陰極和陽極之間保持某一電位電壓，而向多個(gè)柵極提供輸入信號(hào)。陰極-陽極腔內(nèi)的電場(chǎng)分布根據(jù)對(duì)柵極的輸入信號(hào)而變化，由此影響通過腔的電流和在陽極的電輸出。基本單元的陽極可提供CMOS晶體管的4冊(cè)極。根據(jù)本發(fā)明的另一些實(shí)施方式，邏輯裝置包括陰極(光電陰極)、分段的("像素化的")陽極和(以邊帶的形式的)柵極布置。后者包括沿著腔軸線相互空間分隔的至少兩個(gè)柵一及和跨過腔相互空間分隔的至少兩個(gè)柵極。在此配置中，供應(yīng)給例如四個(gè)這樣的柵極的電壓提供電子從陰極到陽極的十六個(gè)不同的路線。在本發(fā)明的一些其他的實(shí)施方式中，可以結(jié)合以上兩個(gè)概念。更具體地，裝置包括光電陰極、沿著兩個(gè)垂直的軸相互分隔的柵極，以及分段的陽極，其中陽極段的每一個(gè)都與布置成更靠近陽極平面沿著的腔軸線空間分隔的關(guān)系的柵極的另一個(gè)陣列相關(guān)聯(lián)。此配置允許借助將邏輯函數(shù)聯(lián)系在一起的AND運(yùn)算符的邏輯函數(shù)的更大的組合。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)廣泛的方面，提供了一種用于執(zhí)行至少一個(gè)邏輯函數(shù)的電子裝置，所述裝置包括與電子引出器相關(guān)聯(lián)的基于電子發(fā)射的電極布置，所述電極布置包括包含光電陰極、陽極和布置在所述光電陰極和所述陽極之間界定的腔旁邊的一個(gè)或更多的柵極的至少一個(gè)基本單元，其中所述一個(gè)或更多的柵極可連接到電壓供給單元以通過分別相應(yīng)于一個(gè)或更多的邏輯值的一個(gè)或更多的輸入電壓信號(hào)操作，且所述陽極可操作為浮動(dòng)電極，從所述浮動(dòng)電極讀取指示所產(chǎn)生的邏輯函數(shù)的所述裝置的電輸出，所述陽極具有以下配置中的一個(gè)配置電連接到另一個(gè)陰極-陽極單元的光電陰極，或連接到另一個(gè)電子裝置的電極。輸入信號(hào)可以是另一個(gè)電子裝置的輸出。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，浮動(dòng)陽極電連接到附加的陰極，所述附加的陰極暴露于所述電子引出器并與附加的陽極相關(guān)聯(lián)。這些可以是三極管和二極管結(jié)構(gòu)，如在上面所描述的。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)廣泛的方面，提供了一種用于執(zhí)行至少一個(gè)邏輯函數(shù)的電子裝置，所述裝置包括與電子引出器相關(guān)聯(lián)的基于電子發(fā)射的電極布置，所述電極布置包括第一單元和第二單元，所述第一單元包括至少一個(gè)陰才及、至少一個(gè)陽才及和至少一個(gè)一冊(cè)極，而所述第二單元包括至少一個(gè)陰才及和至少一個(gè)陽極；所述至少一個(gè)4冊(cè)極可連接到電壓供^會(huì)單元以通過對(duì)應(yīng)地相應(yīng)于至少一個(gè)邏輯值的輸入電壓操作；所述第一單元的所述陽極和所述第二單元的所述陰極相互電連接，并成為浮動(dòng)電極，從所述浮動(dòng)電極讀取所述裝置的電輸出，所述裝置的電輸出指示響應(yīng)于施加的至少一個(gè)輸入電壓而流動(dòng)通過所述裝置的電流。根據(jù)本發(fā)明的又一廣泛的方面，提供了一種用于執(zhí)行多個(gè)邏輯函數(shù)的電子裝置，所述裝置包括一個(gè)或更多的基本單元，每個(gè)單元都包括與電子引出器相關(guān)聯(lián)的光電陰極、陽極和包括沿著所述光電陰極和陽極之間的腔的至少一個(gè)軸線布置成空間分隔的關(guān)系的多個(gè)柵極的柵極布置，由此允許作為輸入電壓施加在所述4冊(cè)極上相應(yīng)地影響所述腔內(nèi)的電場(chǎng)的輸入信號(hào)的多個(gè)不同的組合，由此相應(yīng)于所述輸入信號(hào)的各自的邏輯函數(shù)影響所述陽極處的電輸出。陽極可以是另一個(gè)電子裝置的柵極。柵極布置可包括沿著腔延伸的柵極的一維陣列；或在一些其他實(shí)施方式中，可包括沿著第一軸線空間分隔的柵極的第一陣列和沿著第二軸線空間分隔的柵極的第二陣列，兩軸線大體上垂直于腔軸線。在后面的情況下，柵極操作為從光電陰極發(fā)射的電子的偏轉(zhuǎn)器，因而依據(jù)所施加的輸入電壓影響電子的路線。陽極可以是界定陽極段的陣列的分段的電極，電子根據(jù)在所述柵極上的所述輸入電壓的偏轉(zhuǎn)將所述電子指引到選擇的一個(gè)或更多的陽極段。裝置的輸出因此可以通過連接表示將要實(shí)現(xiàn)的邏輯函數(shù)的陽極段而界定。柵極布置可以定位為更靠近光電陰極平面。在一些實(shí)施方式中，陽極段與多個(gè)柵極相關(guān)聯(lián)，所述柵極被布置成靠近陽極平面沿著所述腔延伸的柵極的至少一個(gè)陣列，允許增加所述裝置執(zhí)行的邏輯函數(shù)的多樣性和復(fù)雜性。因此，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于執(zhí)行多個(gè)邏輯函數(shù)的電子裝置，所述裝置包括偏轉(zhuǎn)裝置以及界定陽極段陣列的分段的陽極，所述偏轉(zhuǎn)裝置包括與電子引出器相關(guān)聯(lián)的陰極和包括沿著所述光電陰極和ii陽極之間的腔的至少一個(gè)軸線布置成空間分隔的關(guān)系的多個(gè)柵極的柵極布置，由此允許作為輸入電壓施加在所述柵極上相應(yīng)地影響所述腔內(nèi)的電場(chǎng)的輸入信號(hào)的多個(gè)不同的組合，電子根據(jù)在所述柵極上的輸入電壓偏轉(zhuǎn)將所述電子指引到選擇的一個(gè)或更多的陽極段。附圖簡(jiǎn)述為了理解本發(fā)明并了解其怎樣在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)將參考附圖，僅以非限制性的實(shí)施例的方式，來描述實(shí)施方式，附圖中圖1是可操作為NOT邏輯門的本發(fā)明的邏輯門裝置的實(shí)施例的示意圖2A和2B分別示意性地示出了可操作為NOR邏輯門的兩個(gè)實(shí)例的本發(fā)明的裝置的兩個(gè)實(shí)施例；圖3是可操作為NAND門的本發(fā)明的裝置的又一實(shí)施例的示意圖4舉例說明了可操作為OR或AND邏輯門的本發(fā)明的裝置；圖5顯示了可操作為XOR邏輯門的本發(fā)明的裝置的又一個(gè)實(shí)施例；圖6舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的邏輯裝置；圖7舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的邏輯裝置；以及圖8比較了本發(fā)明的邏輯裝置的性能與實(shí)現(xiàn)類似的邏輯函數(shù)的基于CMOS的裝置的性能。示例性實(shí)施方式詳述本發(fā)明提供了配置成實(shí)現(xiàn)各種邏輯函數(shù)，例如NOT、NOR、NAND、OR、AND和XOR的新穎的電子裝置。本發(fā)明利用基于電子從陰極發(fā)射(可以是光發(fā)射或熱發(fā)射)的原理的自由電子傳播(例如在真空中)。更具體地，本發(fā)明與光電陰極一起使用并因此關(guān)于此特定的實(shí)現(xiàn)在下面描述，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于此特定的實(shí)現(xiàn)。12根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，電子裝置包括界定第一和第二陰極-陽極單元和在第一陰極-陽極單元內(nèi)的柵極的電極布置。(具有一個(gè)或更多的柵極)的第一單元的陽極和第二單元(二極管)的陰極為浮動(dòng)電極(沒有到那里的外加電壓供給)并且相互電連接。裝置輸入提供給柵極，而裝置輸出在浮動(dòng)電極上讀出并指示通過裝置的電流。參考圖1，其示意性地顯示了根據(jù)上述實(shí)施方式的本發(fā)明的邏輯門裝置100的實(shí)施例。在本非限制性的實(shí)施例中，裝置100具有大體上圓柱地對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，裝置100配置成操作為邏輯反相器(NOT門)。裝置100包括電極布置，所述電才及布置包括兩個(gè)光電陰極101和102、兩個(gè)陽才及111和112以及在光電陰才及101和陽極111之間的4冊(cè)才及121(環(huán)狀電極，示出了其截面)。光電陰極101和陽極111形成第一陰極-陽極單元100A,而光電陰極102和其關(guān)聯(lián)的陽極112形成第二陰極-陽極單元100B。柵極121與第一陰極-陽極單元100A關(guān)聯(lián)。因此，在此使用單個(gè)柵極的實(shí)施例中，裝置由三極管結(jié)構(gòu)100A和二極管結(jié)構(gòu)100B形成。在此實(shí)施例中，所有的電極101、121、111、102和112是垂直對(duì)齊的，位于空間分隔的大體上平行的平面內(nèi)。陽極111和光電陰極102為浮動(dòng)電極并且它們之間電連接。在第一及/或第二陰極-陽極單元的電極間的空間內(nèi)的介質(zhì)可包含處在期望壓力的氣體，或期望程度的真空，盡管優(yōu)選電極間距離不超過穿過介質(zhì)的帶電粒子的平均自由程。光電陰極101和102可受到來自照射源103的照射。應(yīng)理解，光電陰極102的照射保證使其放電。操作中，光電陰極102總是對(duì)陽極111放電。陽極lll(和光電陰極102)處產(chǎn)生的電位僅依賴于由柵極上的輸入電壓生成的場(chǎng)。如果輸入電壓允許電流流過裝置，則浮動(dòng)電極處的電壓將約是Vdd的一半，其中光電陰極101處于地電位而陽極112處于某個(gè)非零電位VDD(如下面將更具體地說明的)。如果電子不能達(dá)到陽極111，則浮動(dòng)電極處的電位V。ut將約是Vdd。應(yīng)注意，電流決定裝置的充電/放電發(fā)生的速度，因此決定裝置的速度。決定電流強(qiáng)度的參數(shù)主要是照射源的光功率以及VDD的絕對(duì)值和陰極到陽極距離。照射源可由光發(fā)射單元(包括一個(gè)或更多的光發(fā)射器)構(gòu)成，或由與遠(yuǎn)處的光發(fā)射器關(guān)聯(lián)的光引導(dǎo)單元，例如光學(xué)窗口，例如在支承光電陰極層的基板中制成的光學(xué)窗口構(gòu)成。光電陰極的照射可包括直接照射(如在圖1中由相對(duì)于光電陰極102的實(shí)線舉例說明的)，對(duì)外表面的照射("背照"，如圖中由相對(duì)于光電陰極101的虛線舉例說明的)，及/或自陽極的反射(如圖中由相對(duì)于光電陰極101的虛線舉例說明的)。對(duì)光電陰極的照射使電子從那里發(fā)射。光電陰極101和陽極112連接到可控電壓供給(這里沒有明確顯示)。從電壓供給單元105供給柵極121輸入電壓Vin，所述電壓供給單元105可以是可由控制單元109控制的可控電壓供給，或者可以由另一個(gè)裝置(沒有明確顯示)的輸出構(gòu)成。裝置100的輸出為示出的輸出電壓V。ut，其由適當(dāng)?shù)碾姍z測(cè)器(electricaldetector)107讀出或起另一個(gè)裝置的輸入的作用。輸出電壓V。ut讀為連接的浮動(dòng)電極的電位，并受響應(yīng)于柵極上的輸入電壓而流過裝置的電流的影響。因此，檢測(cè)到的輸出電壓指示受輸入電壓信號(hào)影響的通過裝置的電流。如上所指出的，配置成作為邏輯反相器工作的裝置100包括兩個(gè)裝置三極管100A(第一陰極-陽極單元，其由光電陰極101,陽極lll和柵極121組成)和二極管100B(第二陰極-陽極單元，其由光電陰極102和陽極112組成)。對(duì)于二極管，在對(duì)光電陰極102的給定照射下，光電陰極102處的電場(chǎng)由光電陰極102和陽極112之間的電位差Vd和它們之間的距離Dd決定。對(duì)于三極管，在對(duì)其的給定照射下，光電陰極101處的電場(chǎng)由有效電勢(shì)Vt=V爐+V陽極/p近似，其中V極是柵極121相對(duì)于光電陰極101的電位的電位，V練是陽極111相對(duì)于光電陰極101的電位的電位，以及p是幾何因子，對(duì)于給定的電極幾何形狀為常數(shù)，且^>1。三極管和二極管裝置的每一個(gè)都具有典型的1/V特性，關(guān)于所述特性可特別可界定兩點(diǎn)最大電流最低光電陰極-陽極電壓點(diǎn)(其中陽極相對(duì)于光電陰極是負(fù)的)，以及近零電流和高(負(fù))電壓點(diǎn)。至少某種程度上近似地，裝置的特性可由蔡爾德定律(Child'sLaw)表示，由此流過裝置14的電流受結(jié)果的空間電荷限制。因此，對(duì)于二極管，電流Id與K"/"成比例。對(duì)于三極管，存在類似的關(guān)系，由此電流It與^"/Z),2成比例，其中Dt為光電陰極101和陽極111之間的有效"距離，，，該有效"距離"依賴于陰極101、柵極121和陽極111之間的距離，并且依賴于幾何因子H。在此實(shí)施方式中，裝置制造成使得它們的有效距離Dd和Dt是相似的。由于電極一^:由不同的材料(例如，Au和Al)制成，因此，除了施加的電位差外，還有在相接觸的每對(duì)電極之間產(chǎn)生的接觸電位差。在圖1的實(shí)施例中，考慮兩個(gè)4妄觸電位差光電陰極101和陽極111之間的電位差VCPDPA,光電陰極101和柵極121之間的電位差VCPD—PG。應(yīng)注意在此注釋中，Vcto越高，阻止電子到達(dá)陽極的減速場(chǎng)越強(qiáng)。在下文中，定義邏輯輸出'O，為相應(yīng)于當(dāng)有某個(gè)非零電流1>0流過反相器裝置100時(shí)的輸出電壓V。ut,而定義邏輯輸出T為相應(yīng)于當(dāng)沒有電流流過裝置，1=0時(shí)的輸出電壓V。ut。當(dāng)1>0時(shí)，電流于是流過三極管IOOA和二才及管100B,作支定三極管1OOA和二極管1OOB工作在空間電荷區(qū)域(regime)中?？臻g電荷電流根據(jù)以上的關(guān)系確定，且對(duì)裝置工作在空間電荷區(qū)域中來說，光電發(fā)射電流必須較大。因此，光照強(qiáng)度(采用適當(dāng)?shù)墓怆婈帢O量子產(chǎn)率)應(yīng)足以產(chǎn)生所需的電流。因?yàn)樵趦蓚€(gè)裝置中有效光電陰極-陽極距離選擇為相似的，這種情況下，輸出電壓約為Vdd的一半。因此，V。utVDD/2相應(yīng)于邏輯輸出'0，。應(yīng)注意，裝置不一定在空間電荷區(qū)域中工作，還可以在非空間電荷受限區(qū)域，或兩者的結(jié)合中工作。當(dāng)1=0時(shí)，三極管IOOA和二極管100B都在不允許從光電陰極101、102發(fā)射的電子到達(dá)各自的陽極111、112這樣的相對(duì)電勢(shì)條件下。三極管的陽極lll電連接到二極管的光電陰極102，而這兩個(gè)電極都是"浮動(dòng)的"(即沒有連接到電壓源)。浮動(dòng)電極上的電位依賴于因從光電陰極101到達(dá)陽才及111^f旦不能經(jīng)由光電陰極102逸出的電子的緣故而累積的電荷。此電位實(shí)際上由發(fā)射的電子的最大動(dòng)能K,決定，因?yàn)楫?dāng)陽極相對(duì)于各自的光電陰極的有效電勢(shì)約為(-Kmax/e)(其中e是電子電荷而K,是以電子-伏特為單位)時(shí)，發(fā)射的電子沒有足夠能量來到達(dá)陽極。當(dāng)二極管裝置100B上的壓降Vd滿足條件Vd=(-Kmax/e)+VCPD—PA時(shí)，電子不能逸出光電陰極102。應(yīng)注意，如果VCPDPA>Kmax/e，則Vd將保持為零(因?yàn)榘l(fā)射的電子沒有足夠的能量來到達(dá)陽極)，但如果二極管上最初的壓降大于(-Kmax/e+VCPDPA)，則這是Vd最終將達(dá)到的值，由此電子不能再逸出且1=0。為了舉出數(shù)值實(shí)例，讓我們選擇K隨/e二0.25ViVCPDPA=1.5V。如果最初VfO,則"看到"裝置上1.5V的減速場(chǎng)的、具有動(dòng)能0.25eV的電子將到達(dá)光電陰極和陽極間距離Dd的0.25/1.5,并隨后將返回光電陰極。將沒有電荷的轉(zhuǎn)移，而因此二極管上的壓降將保持為零。然而，如果最初陽極比光電陰極高1.75V,則以動(dòng)能0.25eV發(fā)射的電子將到達(dá)陽極。第一個(gè)電子將以1.75-1.5+0.25二0.5eV的總動(dòng)能到達(dá)陽極。電子從光電陰極到陽極的轉(zhuǎn)移導(dǎo)致光電陰極變得具有的正電荷變多(morepositive)(或陽極變得具有的正電荷變少(lesspositive))，而因此降低二極管上的壓降。陽極和光電陰極之間的電位差降低的量源自于陽極-光電陰極電容電容越小，電位降越大。一旦發(fā)射的電子以零動(dòng)能到達(dá)陽極，光電陰極將停止失去電子。在這發(fā)生后，電子再不能到達(dá)陽極。這在下列條件被滿足時(shí)發(fā)生Vd—1.5+0.25=0—Vd=1.25V=(-Kmax/e)+VCPDPA考慮當(dāng)I二0、Vd=(-Kmax/e)+VCPD—PA時(shí)二極管上的電位降，可通過加上陽極電位VoD確定輸出電壓。因此，對(duì)于I=0，輸出電壓為V。ut=VDD-Vd=VDD+Kmax/e-VCPDPA,而這相應(yīng)于邏輯輸出'1，。為了得到求反(即NOT運(yùn)算)，必需選擇合適的材料和光源能量(或波長(zhǎng))，以使得當(dāng)輸入電壓Vin(在柵極121施加的)是相應(yīng)于邏輯'O，的電壓時(shí)，輸出電壓V。ut是相應(yīng)于邏輯'l，的電壓，且反之亦然。此要求總結(jié)在了下面的表1中表1<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表1大致正確，但它還沒有考慮三極管100A的光電陰極101和柵極121之間的接觸電位差VCPDpg的作用。VCPD，的作用對(duì)于為柵極和光電陰極之間所施加的電位差造成偏移是必不可少的，這使得有效電勢(shì)差變?yōu)?lt;formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>其中丫她^是如果VCPD—pG為零時(shí)電子可以"看到，，的電位。例如，如果VCPD—pg=2.5V,則對(duì)柵極121施力口+2.5V的正電壓相當(dāng)于當(dāng)VCPD—pg=0時(shí)向柵極施加0V。把這考慮進(jìn)去，要求在表2中相適應(yīng)地給出表2<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>可根據(jù)兩個(gè)附加的要求選擇裝置性質(zhì)1.對(duì)于1>0,Vineff=-K,/e。這是不允許有柵極電流的最低柵極電壓。假設(shè)在此狀態(tài)下，只要陽極的電位大于VCPDPA,電流就流過三極管。2.在三極管的狀態(tài)'開，(電流流過三極管)和狀態(tài)'關(guān)，(沒有電流流通)之間的柵極電壓Vi,的差為2《max/e。關(guān)于此因子有一定的自由，其也與幾何因子p相關(guān)。假設(shè)只要^>1且在'開，和'關(guān)，情況下陽極的電位的數(shù)量級(jí)相同，則在'關(guān)，狀態(tài)，無論陽極電壓怎樣，都沒有電流流通。K/e應(yīng)理解，可以改變或調(diào)整數(shù)值本身。從第一個(gè)要求，對(duì)于1〉0，獲得Vinett=Vdd+K匪/e-VCpD—pa-Vcpd—pg:從第二個(gè)要求，對(duì)于1=0，獲得Vi,"-VineffjI=。=Vdd+Kmax/e-Vcpd—pa—Vcpd—pg-(Vdd/2-Vcpd一pg)=2*Kmax/e。這導(dǎo)致下面的結(jié)果Vcpd—pg=Vcpd—pa+4*Kmax/e。VDD=2*VCPD—pa+2*Kmax/e。根據(jù)本發(fā)明并依據(jù)以上關(guān)系的反相器的性質(zhì)選擇的數(shù)值實(shí)例由D=0.25V,VCPDPA=1.5V,VCPD—PG=2.5V,V,3.5V給出。因此，柵極材料和陽極材料間的功函數(shù)差應(yīng)為1eV(例如分別的Au和A1)。將這些數(shù)字放入表2，得到下面的表3:表3/1.75-0.752.252.25-0.251,75>0如果'O，定義為(+1.75)V而'l，定義為(+2.25)V,則表面的表4，其描述反相器表4變成下/T0'，，'0,>018應(yīng)注意，可更改根據(jù)本發(fā)明的邏輯裝置以對(duì)快速開關(guān)及/或低能耗進(jìn)行優(yōu)化。還應(yīng)注意，根據(jù)本發(fā)明的裝置不必限于光電發(fā)射。如直接的例子，也可使用受控?zé)岚l(fā)射。根據(jù)上文公開的原理，利用例如附加的柵極和參考電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)其j也的邏一辱函凄丈。參考顯示了分別指定為200A和200B的邏輯NOR門裝置的兩個(gè)實(shí)例的圖2A和2B。裝置200A和200B的每一個(gè)都包括配置成大體類似于圖1的裝置的電極布置，即其中光電陰極、陽極和柵極垂直對(duì)齊，分別位于空間分隔的大體上平行的平面內(nèi)。裝置200A和200B的每一個(gè)都包括兩個(gè)光電陰極201和202、兩個(gè)陽極電極211和212以及兩個(gè)柵極221和222。在圖2A的實(shí)例中，柵極是環(huán)狀電極，而在圖2B的實(shí)例中，每個(gè)柵極都形成顯示了截面的"環(huán)'，的一半。裝置200A和200B的操作的原理大體類似于對(duì)圖1的反相器的那些描述，只不過裝置200A和200B的每一個(gè)都包括相應(yīng)地允許有兩個(gè)輸入電壓Vin'和Vj的兩個(gè)柵極。兩個(gè)柵極都位于光電陰極201和陽極211之間的空間內(nèi)，并放置成使得只在兩個(gè)輸入Vj和Vin2相應(yīng)于邏輯'O，(即，使用兩個(gè)電壓值中較低的值)時(shí)，才沒有電流通過裝置，1=0,且輸出電壓v。ut相應(yīng)于邏輯'r(即較高的值)。否則，如果vj和vj的一個(gè)或兩個(gè)相應(yīng)于'r，則1>0且V。ut相應(yīng)于邏輯'0'。這總結(jié)在了下面描述NOR門的表5中表5^《《V——JK贈(zèng),(》，'(),=0'0,T>0T'0,>0TT'0,>0圖3示出了本發(fā)明的又一實(shí)施例。裝置300顯示為配置成操作為邏輯NAND門。裝置300包括垂直對(duì)齊的平行電極的布置(圓柱幾何結(jié)構(gòu))，包括兩個(gè)光電陰極301和302、兩個(gè)陽極電極311和312以及相應(yīng)地允許有兩個(gè)輸入電壓Vj和V^的兩個(gè)對(duì)冊(cè)+及321和322。兩個(gè)柵極都位于光電陰極301和陽極311之間的空間內(nèi)。柵極被裝配為兩個(gè)同心環(huán)。只在兩個(gè)輸入Vj和Vi相應(yīng)于邏輯'l，(即，兩個(gè)使用的電壓值中的較高值)時(shí)，通過裝置的1>0，且V。ut相應(yīng)于'0，(即較低值)。否則，如果Vj和V^的一個(gè)或兩個(gè)相應(yīng)于邏輯'o，，則i-o且v。ut相應(yīng)于'r。這總結(jié)在了下面描述NAND門的表6中<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>參考舉例說明可操作為邏輯OR門或邏輯AND門的裝置400的圖4。裝置包括含有兩個(gè)光電陰極401和402、兩個(gè)陽極電極411和412、兩個(gè)柵極421和422以及參考電壓電極(或電極組)430的垂直對(duì)齊的電極的布置；并還包括附加的集電極("陽極")440,其可以或可以不在內(nèi)部連接到光電陰極401。兩個(gè)柵極421和422以及參考電極430位于光電陰極401和陽極411之間的空間內(nèi)，且柵極面對(duì)參考電極放置。使用兩個(gè)柵極允許有兩個(gè)輸入電壓Vin'和Vin2。應(yīng)注意，區(qū)別于先前描述的實(shí)施例，此裝置利用發(fā)射的電子的偏轉(zhuǎn)。因此，在構(gòu)造特定的幾何布局時(shí)，有必要考慮電子的能量和速度分布以及光電陰極401的發(fā)射區(qū)域。不管怎樣，在此描述操作的根本原則。當(dāng)施加的參考電壓V^相應(yīng)于邏輯'0，(較低的值)時(shí)，裝置起邏輯OR門的作用。讓我們考慮從光電陰極401的中心發(fā)射的一束細(xì)電子束。如果兩個(gè)輸入電壓Vj和Vj相應(yīng)于'0'，則發(fā)射的電子不被偏轉(zhuǎn)而到達(dá)陽極411，導(dǎo)致確定的電流I〉0和相應(yīng)于邏輯'0，的輸出電壓V。ut。但如果輸入電壓vj、vj中的任一個(gè)，或它們兩個(gè)都為'r，則電子向著集電極440偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致沒有電流流動(dòng)，1=0,和輸出電壓v。ut為'r。結(jié)果總結(jié)在了下面描述OR邏輯門的表7中表7r訪'o',0,,0,>0,0,T=0'r,o,T=0'rT'r4當(dāng)施加的參考電壓Vref相應(yīng)于邏輯'l，(較高的值)時(shí)，裝置400起AND門的作用。讓我們?cè)俅慰紤]從光電陰極401的中心發(fā)射的一束細(xì)電子束。在此裝置的操作中，無偏轉(zhuǎn)的電子到達(dá)集電極430,而不到達(dá)陽極411。因此，如果Vj和Vj都是'l',且發(fā)射的電子沒被偏轉(zhuǎn)，則1=0而v。ut為'r。然而，如果任一Vi二vin2,或它們兩個(gè)都為'o'，則電子向著陽極411偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致I>0和輸出V。ut為'0，。結(jié)果總結(jié)在了下面描述AND門的表8中表8r'np飾f/『.—'(》，'0,'0,'o,'o,>0TIT'r裝置400作為OR和AND邏輯門操作的主要區(qū)別在于，在OR門操作中(施加的參考電壓Vref相應(yīng)于邏輯'O，)無偏轉(zhuǎn)的電子到達(dá)陽極，然而在AND門操作中(施加的參考電壓Vref相應(yīng)于邏輯T)，無偏轉(zhuǎn)的電子到達(dá)附加的集電極。這個(gè)唯一的區(qū)別與對(duì)沒有明顯被偏轉(zhuǎn)的電子發(fā)生了什么有關(guān)。因此，有可能使用相同的物理裝置執(zhí)行OR或AND,其中通過改變參考電壓Vref并使用附加的電壓以向著陽極或集電極稍微偏轉(zhuǎn)發(fā)射的電子而改變功能。此附加的微小電壓可加給Vref。參考圖5,其顯示了邏輯XOR門500的實(shí)例。裝置包括兩個(gè)光電陰極501和502、兩個(gè)陽極電極511和512、允許有兩個(gè)輸入電壓Vin'和Vin2的兩個(gè)柵極521和522和可在內(nèi)部連接到光電陰極501的附加的集電相^540,其中兩個(gè)一冊(cè)極都位于光電陰極501和陽極511之間的空間內(nèi)。在此實(shí)施例中，集電極540是環(huán)狀電極，而陽極511是圓盤形的且放置在集電極的環(huán)內(nèi)。此裝置如在先前所描述的實(shí)施例中一樣也利用發(fā)射的電子的偏轉(zhuǎn)。讓我們考慮從光電陰極501的中心發(fā)射的一束細(xì)電子束。如果輸入電壓vj和vJ都相應(yīng)于邏輯'o，或都相應(yīng)于邏輯'r，則發(fā)射的電子不被偏轉(zhuǎn)并因此到達(dá)陽才及511，導(dǎo)致1〉0和V。ut='0，。但如果Vj和Vj不同，即一個(gè)是'O'而另一個(gè)是'r,則電子向著集電極540偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致1=0和V。ut='l，。這總結(jié)在下面描述XOR門的表9中表9〖VF卯，'o,'0,'0,>0TT=0;'r=0'0,>0因此顯示本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單的技術(shù)來制造并操作能夠利用真空管技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)的邏輯門裝置。本發(fā)明的裝置利用實(shí)現(xiàn)光電發(fā)射或熱發(fā)射的原理的電極布置。應(yīng)理解，照射源或溫度源可以或可以不是邏輯門裝置的結(jié)構(gòu)部分。電極布置由至少兩個(gè)陰極和它們各自的陽極以及至少一個(gè)柵極形成。電子通過裝置的傳播受輸入電壓的影響以有選擇地提供導(dǎo)致通過裝置有某一非零電流或?qū)嵸|(zhì)上沒有電流的某一減速場(chǎng)；或在一些其他實(shí)施方式中通過有選擇地提供電子的偏轉(zhuǎn)而形成向著陽極的路線。在本發(fā)明的邏輯裝置的一些其他實(shí)施方式中，裝置配置成通過在多個(gè)柵極上輸入適當(dāng)?shù)碾妷焊淖冴帢O-陽極腔內(nèi)的電場(chǎng)以由此影響在陽極的電信號(hào)。參考圖6，其示出了這樣的邏輯裝置600的實(shí)例的結(jié)構(gòu)。裝置600包括光電陰極601、陽極611和由字母A-K表示的、沿著光電陰極和陽極之間的腔布置成空間分隔的關(guān)系的柵極的陣列。可以有選擇地給柵極提供預(yù)定的電壓，例如定義為低和高(其相應(yīng)于兩個(gè)布爾值)的電壓。應(yīng)理解，術(shù)語"高電位"和"低電位"指邏輯上相應(yīng)于兩個(gè)布爾值'O，和'r的任何兩個(gè)不同的電位值或范圍。例如，在這里公開的一些實(shí)施方式中，"高電位，，等于發(fā)射的電子的最大動(dòng)能(例如，0.2V)，而"低電位"是零。然而，這在本質(zhì)上相當(dāng)于定義"低電位"為負(fù)的發(fā)射的最大動(dòng)能(例如，(-0.2)V)，而定義"高電位"為零。一般而言，可以將任意電位加到"高"和"低"電位而不影響工況。這是因?yàn)樗P(guān)心的是電位差，而不是電位的絕對(duì)值。應(yīng)注意，實(shí)i見l吏用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS補(bǔ)償(requite)大的"扇入，，(許多輸入)的門可以要求多級(jí)標(biāo)準(zhǔn)門，每個(gè)門都具有有限數(shù)量的輸入。有其他的門設(shè)計(jì)，例如每個(gè)輸入只要求一個(gè)晶體管的偽nMOS門。偽nMOS門，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的CMOS門，允許減小門的尺寸、減小門延遲時(shí)間(通過在單級(jí)中實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù))以及減小復(fù)雜性，但通常是以相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的CMOS的功率的增加為代價(jià)。因此將來使用CMOS的復(fù)雜性的增加是成問題的。施加給多個(gè)柵極的輸入信號(hào)電壓影響腔中的電場(chǎng)分布，腔中的電場(chǎng)分布又反過來影響通過腔的電流和在陽極的電輸出。裝置100、200、300、400、500的第一陰極-陽極單元的操作大致上類似于裝置600的操作，與其不同的是裝置600的輸出不限定到裝置連接到的地方裝置可連接到另一個(gè)二極管(如參考圖1在以上所舉例說明的)或CMOS晶體管結(jié)構(gòu)。在后一種情況中，在執(zhí)行計(jì)算(邏輯運(yùn)算)之前，陽極應(yīng)預(yù)充電到與光電陰極相比較而言的某一正電壓(類似于在基于CMOS的邏輯裝置中使用的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制)。應(yīng)注意，裝置600的操作的這種雙重模式對(duì)于上述裝置100-500的第一陰極-陽極單元也是可能的，即第一陰極-陽極單元的陽極可連接到CMOS結(jié)構(gòu)，而不連接到第二陰極-陽才及單元。現(xiàn)參考圖7，其舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的總體上以700表示的邏輯裝置。裝置700包括光電陰極702(受到照射)、柵極布置和陽極711。陽極711是界定陽極段的二維陣列的分段單元。柵極布置配置成操作為對(duì)從光電陰極發(fā)射的電子流的偏轉(zhuǎn)器以適當(dāng)?shù)赜绊戨娮拥穆肪€。在本非限制性的實(shí)施例中，柵極布置包括兩對(duì)柵極721A-711B和711C-721D,每對(duì)都與兩個(gè)垂直的軸線之一相關(guān)聯(lián)，并允許四個(gè)輸入位。電子束根據(jù)輸入位的值偏轉(zhuǎn)。例如，如果所有的輸入位都是'O'，則電子束將在陽極的左上角到達(dá)陽極段。如果所有的輸入位都是'r，則電子束將到達(dá)陽極的右下角段。輸入的任何其他的分立的組合將使電子束分別偏轉(zhuǎn)到單獨(dú)的陽極段。這允許以輸入(布爾值)的任何邏輯函數(shù)(例如AND、XOR等)的形式生成裝置輸出。為執(zhí)行特定的邏輯函數(shù)，所有表示'l，的陽極段被連接(用電線連接)以形成輸出。例如，為執(zhí)行AND函數(shù)，選擇最右下方的像素為輸出，因?yàn)橹辉谒休斎霝?r時(shí)，電子束才到達(dá)該像素。因此，通過將表示將要實(shí)現(xiàn)的邏輯函數(shù)的陽極段連接在一起來界定裝置700的輸出。例如，如果要實(shí)現(xiàn)下面的函數(shù)f(a,b,c,d)=a.b.c.d+a.b.c.!d(指(a&b&c&d)OR(a&b&c&(notd)))，則相應(yīng)于這兩種情況下的束的偏離(偏轉(zhuǎn))的兩個(gè)陽極段(像素)應(yīng)連接在一起，應(yīng)測(cè)量來自此連接的電流。如果電流i高于零，則計(jì)算的結(jié)果為'r。如果電流i等于零，則計(jì)算的結(jié)果為'0，。應(yīng)注意，I>0是邏輯'1，的解釋是任意的，且可能反之亦然。以該方式可實(shí)現(xiàn)任何邏輯函數(shù)。還應(yīng)注意，在同一裝置上可能同時(shí)有表示所計(jì)算的幾個(gè)函數(shù)的幾組輸出(即幾組連接在一起的陽極)。例如，如果所有段(像素)連接在一起而角(corner)的一個(gè)段表示AND函數(shù)，則在相同的裝置中可獲得函數(shù)AND和NAND。以相同的方式，可以一起實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的函凄t。因此，通過適當(dāng)?shù)赜秒娋€連接相應(yīng)的陽極段，本發(fā)明的裝置實(shí)現(xiàn)任何邏輯函數(shù)。24如另外示于圖7中的，陽極段的每段都可附加地與沿著腔軸線延伸的柵極的一個(gè)或更多的陣列相關(guān)聯(lián)。這允許增加能夠由裝置^l行的邏輯函數(shù)的多樣性和復(fù)雜性。實(shí)際上，這可以通過在陽極-段基板內(nèi)制造槽以界定陽極腔來實(shí)現(xiàn)。這樣附加的實(shí)施方式的兩個(gè)不同的實(shí)例示意性地在附圖中關(guān)于陽極-段A，和八2顯示。如圖所示，陽極段A,形成有圓槽，且柵極的陣歹JG,(例如環(huán)狀的電極)，柵極的陣列沿著其旁邊的槽布置。在陽極-段中使用一個(gè)以上的這樣的具有柵極的槽(groove-with-gate)允許邏輯函數(shù)的甚至更多的多樣性及/或復(fù)雜性。如關(guān)于陽極段A2所舉例說明的，其形成有十六個(gè)這樣的槽的二維陣列(總體以R2表示)，每個(gè)槽都與柵極的陣列(總體以G2表示)相關(guān)聯(lián)。例如，函數(shù)f,<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>都可在本發(fā)明的單個(gè)裝置中如下4丸行一般而言，與a,b,c，d操作數(shù)有關(guān)的計(jì)算通過裝置的偏轉(zhuǎn)部分(光電陰極和柵極布置)完成，其中函數(shù)的其余部分通過第二部分(分段的陽極)完成。第一個(gè)函數(shù)，f,=(a.b.c.d.(g+h))如下計(jì)算a.b.c.d在靠近偏轉(zhuǎn)級(jí)(stage)的輸出中的光電陰極的柵極布置的特定的像素上計(jì)算。函數(shù)!(g.h)通過特定段的陽極腔中的兩個(gè)柵極計(jì)算，其中g(shù)和h電線(wire)連接到所述柵極，這大體上類似于圖4的實(shí)例，只不過在圖7的結(jié)構(gòu)中。在這兩個(gè)柵極之后的陽極中的電流表示計(jì)算的結(jié)杲。第二個(gè)函數(shù)，f產(chǎn)(a.b.c.!d.！(e+f+g+h))如下計(jì)算通過裝置在偏轉(zhuǎn)級(jí)的輸出的偏轉(zhuǎn)部分(光電陰極和柵極布置)的特定段來完成a.b.c.!d。在該特定段中，通過腔中的四個(gè)柵極計(jì)算！(e+f+g+h)(大體上類似于圖2B的實(shí)例)，其中e，f,g和h電線連接到所述柵極。在這四個(gè)柵極之后的陽極中的電流表示計(jì)算的結(jié)果。發(fā)明人比較了本發(fā)明的裝置的操作(例如圖1、6和7的操作)與普通的基于CMOS的DSP核CPU。比較結(jié)果提供在下面的表10中表10基于CMOS的DSP核基于具有一個(gè)或更多的柵極的光電陰極-陽極單元的相同的DSP核功率/觸發(fā)器53mW54|aW功率/DSP核~700mW~700mW本發(fā)明的裝置實(shí)現(xiàn)可很寬的扇入(〉10個(gè)輸入)。本裝置以較少的傳播級(jí)進(jìn)行寬的門邏輯計(jì)算，更快且在功率上更加高效。參考圖8,比較本發(fā)明的裝置與基于CMOS的邏輯裝置，顯示了兩條圖線，其呈現(xiàn)了作為輸入信號(hào)(位)的數(shù)目的函數(shù)的裝置響應(yīng)的時(shí)間延遲圖線P,相應(yīng)于基于CMOS的裝置，而圖線P2相應(yīng)于本發(fā)明的裝置。如在附圖中看到的，基于CMOS的裝置的扇入是有限的，且復(fù)雜性越高(即輸入位的數(shù)目越高)，延遲越大。這將不可避免地導(dǎo)致要求有更多的功率、裝置更多的覆蓋區(qū)(footprint)以及更高的成本。而本發(fā)明的技術(shù)提供了相同的功能且提供了裝置響應(yīng)的相對(duì)低的延遲(并因此保持小的覆蓋區(qū)和功率要求)，并與輸入位的數(shù)目無關(guān)。本發(fā)明的裝置允許實(shí)現(xiàn)如相關(guān)(correlation)、巻積、表處理(list-processing)等的宏功能。比較本發(fā)明的裝置與普通的裝置，本發(fā)明的裝置保證降低功率、降低硅片空間(siliconreal-estate)、對(duì)于恒定功率^R高了處理能力并保證每個(gè)時(shí)間單位實(shí)現(xiàn)更多的函數(shù)。在分析同時(shí)代的結(jié)構(gòu)時(shí)，合成的結(jié)構(gòu)(composite)在功率方面是中性的，而在覆蓋區(qū)方面是有優(yōu)勢(shì)的。本裝置構(gòu)成更復(fù)雜的"超指令(super-instruction)"結(jié)構(gòu)。如上所詳述的，在DSP-核操作的一般的情況下，本裝置與CMOS—樣執(zhí)行邏輯，且不像基于CMOS的裝置一樣是熱受限的。應(yīng)理解，本發(fā)明的裝置優(yōu)于基于CMOS的裝置的優(yōu)點(diǎn)在具有更高的復(fù)雜性的邏輯裝置中是更本質(zhì)的。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到可對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行更改和變化，而如在上文中所描述的，不偏離在隨附的權(quán)利要求中界定并由所述權(quán)利要求界定的本發(fā)明的范圍。權(quán)利要求1.一種電子裝置，其用于執(zhí)行至少一個(gè)邏輯函數(shù)，所述裝置包括與電子引出器相關(guān)聯(lián)的基于電子發(fā)射的電極布置，所述電極布置包括包含光電陰極、陽極和布置在所述光電陰極和所述陽極之間界定的腔旁邊的一個(gè)或更多的柵極的至少一個(gè)基本單元，其中所述一個(gè)或更多的柵極可連接到電壓供給單元以通過分別相應(yīng)于一個(gè)或更多的邏輯值的一個(gè)或更多的輸入電壓信號(hào)操作，且所述陽極可操作為浮動(dòng)電極，從所述浮動(dòng)電極讀取指示所產(chǎn)生的邏輯函數(shù)的所述裝置的電輸出，所述陽極具有以下配置中的一個(gè)配置電連接到另一個(gè)陰極-陽極單元的光電陰極，或連接到另一個(gè)電子裝置的電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述輸入信號(hào)是另一個(gè)電子裝置的輸出。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述浮動(dòng)陽極電連接到附加的陰極，所述附加的陰極暴露于所述電子引出器并與附加的陽極相關(guān)聯(lián)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中在至少一個(gè)柵極上的至少一個(gè)輸入電壓影響從所述附加的陰極到其相關(guān)聯(lián)的陽極的電流流動(dòng)，由此影響所述裝置的輸出。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的裝置，其中對(duì)所述一個(gè)或更多的柵極的一個(gè)或更多的輸入電壓決定將由所述裝置執(zhí)行的邏輯函數(shù)，且由所述附加的陰極和陽極形成的單元的配置決定所述裝置的輸出，以使得相應(yīng)于邏輯值'0，和'1，的輸出電壓值和相應(yīng)于相同的邏輯值的輸入電壓值是相同的。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中一個(gè)或更多的陰極是與所述電子引出器的照射單元相關(guān)聯(lián)的光電陰極。7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其中電位電壓保持在所述陰極和所述附加的陽才及之間。8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述電極布置包括三極管結(jié)構(gòu)和二極管結(jié)構(gòu)，所述三極管結(jié)構(gòu)由所述陰極、陽極和它們之間的柵極形成，而所述二極管結(jié)構(gòu)由所述附加的陰極和陽極形成，所述裝置可操作為反相器。9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述電極布置包括兩個(gè)柵極，用于向所述裝置供應(yīng)相應(yīng)于相同的或不同的邏輯狀態(tài)的相同或不同的輸入電壓。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述兩個(gè)柵極相對(duì)于彼此并相對(duì)于第一個(gè)陰極-陽極單元布置以便允許所述裝置操作為NOR、NAND、OR和AND邏輯門中的一種。11.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的裝置，其中所述柵極是環(huán)狀電極。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述柵極配置為半環(huán)電極，所述半環(huán)電極以空間分隔的關(guān)系定位在所述第一個(gè)陰極及其關(guān)耳關(guān)的陽極之間的大體上的同一平面內(nèi)，所述裝置可操作為NOR邏輯門。13.根據(jù)權(quán)利要求3至10中任一項(xiàng)所述的裝置，包括參考電極和集電極，所述參考電極用于向所述裝置供應(yīng)相應(yīng)于邏輯值'0，和'1，中任一個(gè)的電壓值，以及所述集電極位于所述第一個(gè)陽極旁，由此對(duì)發(fā)射的電子提供向所述集電極的有選擇的偏轉(zhuǎn)，所述有選擇的偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致所述第一個(gè)陽極處的零電流，所述裝置由此操作為OR和AND邏輯門中的任一種。14.根據(jù)權(quán)利要求3至12中任一項(xiàng)所述的裝置，包括位于所述第一陽極旁的集電極，由此對(duì)發(fā)射的電子提供向所述集電極的有選擇的偏轉(zhuǎn)，所述有選擇的偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致所述第一個(gè)陽極處的零電流。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述集電極是環(huán)繞所述第一陽極的環(huán)狀電極，所述裝置可操作為XOR邏輯門。16.—種用于執(zhí)行至少一個(gè)邏輯函數(shù)的電子裝置，所述裝置包括與電子引出器相關(guān)聯(lián)的基于電子發(fā)射的電極布置，所述電極布置包括第一單元和第二單元，所述第一單元包括至少一個(gè)陰極、至少一個(gè)陽極和至少一個(gè)柵極，而所述第二單元包括至少一個(gè)陰極和至少一個(gè)陽極；所述至少一個(gè)才冊(cè)極可連4妻到電壓供多會(huì)單元以通過相應(yīng)地對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)邏輯值的輸入電壓操作；所述第一單元的所述陽極和所述第二單元的所述陰極相互電連接，并成為浮動(dòng)電極，從所述浮動(dòng)電極讀取所述裝置的電輸出，所述裝置的電輸出指示響應(yīng)于施加的至少一個(gè)輸入電壓而流動(dòng)通過所述裝置的電流。17.—種電子裝置，其用于執(zhí)行多個(gè)邏輯函數(shù)，所述裝置包括一個(gè)或更多的基本單元，每個(gè)單元都包括與電子引出器相關(guān)聯(lián)的光電陰極、陽極和柵極布置，所述柵極布置包括沿著所述光電陰極和所述陽極之間的腔的至少一個(gè)軸線布置成空間分隔的關(guān)系的多個(gè)柵極，由此允許作為輸入電壓施加在所述柵極上相應(yīng)地影響所述腔內(nèi)的電場(chǎng)的輸入信號(hào)的多個(gè)不同的組合，由此相應(yīng)于所述輸入信號(hào)的各自的邏輯函數(shù)影響所述陽極處的電輸出。18.根據(jù)權(quán)利要求n所述的裝置，其中所述陽極是另一個(gè)電子裝置的柵極。19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的裝置，其中所述柵極布置包括沿著所述腔延伸的柵極的一維陣列。20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述柵極布置包括沿著第一軸線空間分隔的柵極的第一陣列和沿著第二軸線空間分隔的柵極的第二陣列，所述第一軸線和所述第二軸線大體上垂直于腔軸線，所述柵極布置操作為從所述光電陰極發(fā)射的電子的偏轉(zhuǎn)器，由此依據(jù)所施加的輸入電壓影響電子的路線。21.根據(jù)權(quán)利要求17至20中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述陽極是界定陽極段陣列的分段的電極，電子根據(jù)在所述柵極上的所述輸入電壓的偏轉(zhuǎn)將電子指引到選擇的一個(gè)或更多的陽極段。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述裝置的輸出通過連接表示將要實(shí)現(xiàn)的邏輯函數(shù)的所述陽極段而界定。23.根據(jù)權(quán)利要求17至22中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述柵極布置定位為更靠近光電陰極平面。24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，所述陽極段中的至少一些中的每一個(gè)都與多個(gè)柵極相關(guān)聯(lián)，所述柵極布置成靠近陽極平面沿著所述腔延伸的柵極的至少一個(gè)陣列，允許增加所述裝置執(zhí)行的邏輯函數(shù)的多樣性和復(fù)雜性。25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述陽極段與至少一個(gè)陽極腔相關(guān)聯(lián)，柵極的相應(yīng)的陣列沿著所述陽極腔延伸。26.—種用于執(zhí)行多個(gè)邏輯函數(shù)的電子裝置，所述裝置包括偏轉(zhuǎn)裝置以及界定陽極段陣列的分段的陽極，所述偏轉(zhuǎn)裝置包括與電子引出器相關(guān)聯(lián)的陰極和包括沿著所述光電陰極和陽極之間的腔的至少一個(gè)軸線布置成空間分隔的關(guān)系的多個(gè)柵極的柵極布置，由此允許作為輸入電壓施加在所述柵極上相應(yīng)地影響所述腔內(nèi)的電場(chǎng)的輸入信號(hào)的多個(gè)不同的組合，電子根據(jù)在所述柵極上的輸入電壓偏轉(zhuǎn)將所述電子指引到選擇的一個(gè)或更多的陽極段。全文摘要提供了一種用于執(zhí)行至少一個(gè)邏輯函數(shù)的電子裝置。該裝置包括與電子引出器相關(guān)聯(lián)的基于電子發(fā)射的電極布置。電極布置包括至少一個(gè)基本單元(100A，100B)，其包含光電陰極、陽極和在光電陰極(101)和陽極(111)之間界定的腔旁布置的一個(gè)或更多的柵極(121)。所述一個(gè)或更多的柵極可連接到電壓供給單元以通過分別相應(yīng)于一個(gè)或更多的邏輯值的一個(gè)或更多的輸入電壓信號(hào)操作。所述陽極(111)可操作為浮動(dòng)電極，從所述浮動(dòng)電極讀取指示所產(chǎn)生的邏輯函數(shù)的裝置的電輸出。陽極(111)電連接到同一裝置的另一個(gè)陰極-陽極單元(100B)的光電陰極(102)，或連接到另一個(gè)電子裝置的電極。文檔編號(hào)H03K19/06GK101632227SQ200780050506公開日2010年1月20日申請(qǐng)日期2007年12月2日優(yōu)先權(quán)日2006年11月30日發(fā)明者他瑪·雷文,吉拉德·狄亞曼特,埃雷茲·哈拉米申請(qǐng)人:諾瓦特安斯集團(tuán)有限公司