Cải thiện hiện tượng cộng hưởng ngẫu nhiên trong cổng đảo đơn điện tử

Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 57, 10 - 2018 3 CẢI THIỆN HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG NGẪU NHIÊN TRONG CỔNG ĐẢO ĐƠN ĐIỆN TỬ Trần Thị Thu Hương*, Lương Duy Mạnh, Nguyễn Huy Hoàng Tóm tắt: Các linh kiện đơn điện tử với hai ưu điểm nổi bật là kích thước siêu nhỏ (cỡ nm) và tiêu thụ công suất cực kỳ thấp hứa hẹn cho việc ứng dụng vào các mạch tích hợp trong tương lai. Trong bài báo này, hiện tượng cộng hưởng ngẫu nhiên được áp dụng cho cổng đảo đơn điện tử hoạt động ở nhiệt độ phòng (300 K). Hệ số tương quan CC giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra được sử dụng để phân tích hiệu quả của việc áp dụng hiện tượng cộng hưởng ngẫu nhiên. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng tại 300K mối quan hệ giữa CC và mức tạp âm vào có dạng một đường cong cộng hưởng. Bằng cách cải tiến cấu trúc của cổng đảo đơn điện tử sao cho đặc tính vào-ra có trễ tại 300 K, sự cải thiện về CC đạt được trên một dải rộng của các mức tạp âm. Từ khóa: Linh kiện đơn điện tử; Hiện tượng cộng hưởng ngẫu nhiên; Cổng đảo đơn điện tử. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Các linh kiện đơn điện tử (SE: single-electron) với hai ưu điểm quan trọng là kích thước siêu nhỏ và tiêu thụ công suất cực kỳ thấp đóng vai trò then chốt trong sự phát triển của các mạch tích hợp [1]. Đối với hầu hết các ứng dụng thực tiễn, một trong các yêu cầu cần thiết là khả năng hoạt động của mạch tại nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, nhiệt độ làm việc cao có thể làm cho năng lượng nhiệt Bk T ( Bk là hằng số Boltzmann và T là nhiệt độ tuyệt đối) vượt qua năng lượng điện tích cE , dẫn đến suy giảm các hiệu ứng đơn điện tử [2]. Sự xuất hiện của các sự kiện xuyên hầm ngẫu nhiên do cảm ứng nhiệt gây ảnh hưởng đáng kể tới hoạt động của các mạch số đơn điện tử. Cổng đảo SE là một linh kiện logic cơ bản dùng cho thiết kế các mạch số [3]. Hiện tượng cộng hưởng ngẫu nhiên (SR: stochastic resonance) có thể cải thiện phản ứng của một hệ thống phi tuyến đối với một tín hiệu đầu vào (có chu kỳ và mức tín hiệu yếu) khi thêm một mức tạp âm thích hợp tới đầu vào [4÷6]. Phân tích hiện tượng SR trong cổng đảo SE là cơ sở để đánh giá ảnh hưởng của tạp âm tác động tới các mạch logic. Trong một bài báo đã công bố của chúng tôi, hiện tượng SR trong cổng đảo SE đã được cải thiện bằng cách thiết kế cổng đảo có đặc tính vào-ra trễ tại 0 K. Nghiên cứu này đã loại bỏ các ảnh hưởng do nhiệt trong thiết kế và đánh giá [7]. Trong bài báo này, chúng tôi cải tiến cấu trúc của cổng đảo SE để có đặc tính vào-ra trễ tại nhiệt độ phòng (300 K) và kiểm tra xem hiện tượng SR có được cải thiện hay không. Hệ số tương quan CC (correlation coefficient) giữa các tín hiệu vào và ra được sử dụng để đánh giá hiệu quả của việc áp dụng hiện tượng SR. Các tín hiệu miền thời gian khi mức tạp âm vào đạt tối ưu được minh họa để chứng minh hiệu quả hoạt động của cổng đảo SE đã cải tiến. 2. HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG NGẪU NHIÊN TRONG CỔNG ĐẢO ĐƠN ĐIỆN TỬ 2.1. Cổng đảo đơn điện tử Chúng tôi phân tích một cấu trúc phổ biến của cổng đảo SE như được chỉ ra trong hình 1(a) [3]. Cổng đảo SE được tạo bởi bốn chuyển tiếp ( 1J , 2J , 3J , và 4J ) mắc nối tiếp giữa nguồn điện áp SU và đất, hai tụ điện cực cửa ( GC ), hai tụ điện định thiên ( BC ), và Kỹ thuật điều khiển & Điện tử T. T. T. Hương, L. D. Mạnh, N. H. Hoàng, “Cải thiện hiện tượng cộng hưởng điện tử.” 4 một tụ điện đầu ra ( raC ). 1J và 4J có các tham số giống nhau 1C và 1R , trong khi 2J và 3J có các tham số giống nhau 2C và 2R . Các mối quan hệ giữa các tham số của cổng đảo SE là như sau: 2 12C C , 18GC C , 17BC C , * 1 2 G BC C C C C    , và *1.5 / 2SU e C [3]. Các tham số dùng trong mô phỏng được giả thiết là: 1 0.001C  aF, 1 100R  kΩ, 2 0.002C  aF, 1 50R  kΩ, 0.008GC  aF, 0.007BC  aF, ra 1.00C  aF, và 6.70SU  V. Mô phỏng Monte-Carlo được sử dụng bằng cách sử dụng chương trình mô phỏng SIMON với điều kiện không có các quá trình xuyên hầm đồng thời [8]. Hình 1(b) minh họa đặc tính vào-ra của cổng đảo SE tại 300 K. Điện áp ra raU khi điện áp vào vaoU tăng từ 0 tới điện áp nguồn SU và raU khi vaoU giảm từ SU xuống 0 lần lượt được biểu diễn bởi đường nét đứt và đường chấm chấm. Từ hình vẽ cho thấy đặc tính vào- ra của cổng đảo SE không có trễ. Uvao Ura J1 J2 J3 J4 CG CG CB CB US US Cra 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 Uvao tăng Uvao giảm Nhiệt độ, T = 300 K Điện áp vào, Uvao (V) Đ iệ n áp r a, U ra (V ) (a) (b) Hình 1. (a) Sơ đồ nguyên lý của cổng đảo SE. (b) Đặc tính vào-ra của cổng đảo SE tại 300 K. 2.2. Phương pháp mô phỏng Tín hiệu vào và tạp âm vào được đưa tới cổng đảo SE có dạng tương tự như trong bài báo đã công bố [7]. Tín hiệu vào là một tín hiệu dưới ngưỡng (mức tín hiệu nhỏ hơn mức ngưỡng của hệ thống) có dạng xung chữ nhật với biên độ tín vàoU và chu kỳ tín 200T  ns. Tạp âm vào có phân bố đều trong phạm vi từ tap vao / 2U tới tap vao / 2U . Tín hiệu vào có tạp âm được định nghĩa là tổng của tín hiệu vào và tạp âm vào, vao tin vao tap vaoU U U  . Cả tín hiệu vào và tạp âm vào đều được rời rạc hóa với bước 1 ns. Để đánh giá hiện tượng SR, CC được định nghĩa như sau [7],         tin vao tin vao ra ra 1 2 2 tin vao tin vao ra ra 1 1 N i N N i i U i U U i U CC U i U U i U                        . (1) Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 57, 10 - 2018 5 Trong đó,  tin vaoU i là mẫu thứ i của tín hiệu vào;  raU i là mẫu thứ i của tín hiệu ra;    tin vao tin vao 1 1/ N i U N U i    là giá trị trung bình của các mẫu tín hiệu vào;    ra ra 1 1/ N i U N U i    là giá trị trung bình của các mẫu tín hiệu ra. Đối với một cổng đảo, đầu ra có phản ứng theo đầu vào khi tín hiệu vào ở mức thấp thì tín hiệu ra ở mức cao và ngược lại, điều đó có nghĩa là 0CC  . Giá trị CC lý tưởng của cổng đảo là 1 . Mức ngưỡng chính xác được định nghĩa là mức tối thiểu của tín hiệu vào làm xuất hiện phản ứng đầu ra [4]. 2.3. Hiện tượng cộng hưởng ngẫu nhiên trong cổng đảo đơn điện tử Các ngưỡng chính xác của cổng đảo SE (mục 2.1) tại 0 K và 300 K lần lượt gọi là 0 và 1 . Giá trị của các ngưỡng này là 0 2.83  V và 1 2.45  V (Giá trị ngưỡng được xác định khi CC bắt đầu nhỏ hơn 0). Để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đối với hiện tượng SR, CC được tính toán tại 0 K và 300 K. Hình 2(a) minh họa mối quan hệ giữa CC và mức tạp âm vào chuẩn hóa tap vao / iU  khi mức tín hiệu vào chuẩn hóa tin vao / 0.90iU   (các chỉ số 0i  và 1i  cho các trường hợp 0 K và 300 K). Trong hình 2(a), CC tại 0 K và 300 K lần lượt được biểu diễn bởi các đường liền nét và đường nét đứt. Trong cả hai trường hợp, khi tap vao / iU  tăng thì CC biến thiên có dạng đường cong cộng hưởng. Tại điểm cực tiểu của đường cong cộng hưởng: mức tạp âm đầu vào gọi là mức tối ưu, giá trị CC gọi là tối ưu ( optCC ). Giá trị optCC được dùng để đánh giá hiệu quả của hiện tượng SR. Khi optCC càng gần 1 thì tương quan giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra càng tốt hay hiệu quả của hiện tượng SR càng cao. Có thể thấy, hiệu quả của hiện tượng SR tại 300 K ( opt 0.39CC   ) kém hơn so với hiện tượng SR tại 0 K ( opt 0.57CC   ). -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0 1 2 3 4 Utap vao/θ1 C C T = 300 K Utin vao/θ1 = 0.70 Utin vao/θ1 = 0.80 Utin vao/θ1 = 0.90 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0 1 2 3 4 T = 0 K T = 300 K Utap vao/θi C C (a) (b) Hình 2. (a) Hệ số tương quan CC của cổng đảo SE phụ thuộc mức tạp âm vào chuẩn hóa tap vao / iU  khi mức tín hiệu vào chuẩn hóa tin vao / 0.90iU   tại các nhiệt độ khác nhau ( 0i  khi 0T  K; 1i  khi 300T  K). (b) CC của cổng đảo SE tại 300 K phụ thuộc vào tap vao 1/U  khi tin vao 1/ 0.70; 0.80; 0.90U   . Kỹ thuật điều khiển & Điện tử T. T. T. Hương, L. D. Mạnh, N. H. Hoàng, “Cải thiện hiện tượng cộng hưởng điện tử.” 6 Hiện tượng SR tại 300 K cũng được đánh giá cho các trường hợp tin vao 1/U  khác nhau. Trong hình 2(b), các tham số CC khi tin vao 1/ 0.70; 0.80; 0.90U   lần lượt được biểu diễn bởi các điểm có dạng hình tròn, nét vạch chéo, và hình tam giác. Khi tin vao 1/U  càng lớn thì điểm cực tiểu của đường CC càng thấp, tức là hiệu quả của hiện tượng SR càng cao. Tuy nhiên, thậm chí với tin vao 1/ 0.90U   thì opt 0.39CC   vẫn khá xa so với giá trị CC lý tưởng ( 1 ). Các tín hiệu vào-ra của cổng đảo SE được minh họa cho trường hợp 300T K và opt 0.39CC   . Các hình 3(a), (b), và (c) lần lượt mô tả tín hiệu vào khi tin vao 1/ 0.90U   , tín hiệu vào có tạp âm trong đó mức tạp âm đạt tối ưu tap vao 1/ 2.20U   , và tín hiệu ra. Khi tín hiệu vào ở mức cao thì tín hiệu ra biến thiên ngẫu nhiên giữa mức cao và mức thấp (ví dụ như trong khoảng thời gian 300÷400 ns). Các biến thiên ngẫu nhiên của tín hiệu ra giải thích tại sao tương quan giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào không tốt ( opt 0.39CC   ). Như vậy, có thể cải thiện optCC của cổng đảo SE bằng cách làm cho tín hiệu ra ổn định hơn. -4 -2 0 2 4 6 8 0 200 400 600 800 1000 -4 -2 0 2 4 6 8 0 200 400 600 8001000 -4 -2 0 2 4 6 8 0 200 400 600 8001000 Thời gian (ns) (a) U ti n va o (V ) Thời gian (ns) (b) Thời gian (ns) (c) U va o (V ) U ra (V ) Mức cao Mức thấp -4 0 4 8 300 350 400 U ra (V ) Thời gian (ns) Hình 3. Các tín hiệu vào-ra của cổng đảo SE tại 300 K và opt 0.39CC   . (a) Tín hiệu vào khi mức tín hiệu vào chuẩn hóa tin vao 1/ 0.90U   . (b) Tín hiệu vào có tạp âm trong đó mức tạp âm đạt tối ưu tap vao 1/ 2.20U   . (c) Tín hiệu ra. 3. CẢI THIỆN HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG NGẪU NHIÊN TRONG CỔNG ĐẢO ĐƠN ĐIÊN TỬ 3.1. Cải tiến cấu trúc của cộng đảo đơn điện tử Như được đề cập ở trên, giải pháp cho việc cải thiện hiệu quả của hiện tượng SR có thể xuất phát từ việc loại bỏ các biến thiên ngẫu nhiên trong tín hiệu ra. Do đó, mạch điện nên có đặc tính vào-ra sao cho mức tín hiệu ra vẫn ổn định khi tín hiệu vào có tạp âm biến thiên một cách ngẫu nhiên. Hiện tượng trễ là một dạng đặc tính vào-ra có khả năng thực hiện điều này [9]. Đối với đặc tính vào-ra trễ, mức đầu ra giữ nguyên trạng thái trước nếu mức đầu vào nằm trong phạm vi giữa hai ngưỡng [9,10]. Cổng đảo SE được cải tiến để có đặc tính vào-ra trễ bằng cách mắc thêm hai bộ rời rạc hóa đầu vào (ID: input discretizer) nối tiếp nhau nằm giữa nguồn tín hiệu vào và cổng đảo Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 57, 10 - 2018 7 SE như minh họa trong hình 4(a) [7,11,12]. Bộ ID thứ nhất được tạo bởi một chuyển tiếp 01J và một tụ điện nối đất 01C . Bộ ID thứ hai gồm một chuyển tiếp 02J và một tụ nối đất 02C . Cả 01J và 02J có các tham số giống nhau 0C và 0R . Trong bài báo đã công bố, 01C và 02C được thiết lập để mạch có đặc tính vào-ra trễ tại 0 K [7]. Trong bài báo này, 01C và 02C được chọn để mạch có đặc tính vào-ra trễ tại 300 K. Các tham số của hai ID được đặt như sau: 0 0.001C  aF, 0 100R  kΩ, 01 0.050C  aF, và 02 0.072C  aF. Mô phỏng Monte-Carlo được thực hiện bằng cách sử dụng chương trình mô phỏng SIMON trong điều kiện nhiệt độ 300 K và không có các quá trình xuyên hầm đồng thời. Hình 4(b) minh họa đặc tính vào-ra của cổng đảo SE cải tiến tại 300 K. Điện áp raU khi vaoU tăng từ 0 tới điện áp nguồn SU và raU khi vaoU giảm từ SU xuống 0 lần lượt được biểu diễn bởi các đường nét đứt và đường chấm chấm. Có thể thấy rằng cổng đảo SE cải tiến có đặc tính vào-ra trễ. Trên hình 4(b), có hai ngưỡng là ngưỡng thấp LU và ngưỡng cao HU . Uvao Ura J01 J02 J1 J2 J3 J4 C01 C02 CG CG CB CB US US Cra 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 Uvao tăng Uvao giảm T = 300 K Uvao (V) U ra (V ) (a) (b) Hình 4. (a) Sơ đồ nguyên lý của cổng đảo SE cải tiến. (b) Đặc tính vào-ra của cổng đảo SE cải tiến tại 300 K. 3.2. Hiện tượng cộng hưởng ngẫu nhiên trong cổng đảo đơn điện tử cải tiến Phương pháp mô phỏng tương tự như mục 2. Ngưỡng chính xác 2 của cổng đảo SE cải tiến tại 300 K là 4.22 V. Hiện tượng SR trong cổng đảo SE cải tiến tại 300 K được đánh giá bằng cách xác định mối quan hệ giữa CC và mức tạp âm đầu vào chuẩn hóa tap vao 2/U  . Trong hình 5, các tham số CC khi mức tín hiệu vào chuẩn hóa tin vao 2/ 0.70; 0.80; 0.90U   lần lượt được mô tả bởi các điểm có dạng hình tròn, nét vạch chéo, và hình tam giác. Đường CC có dạng đường cong cộng hưởng với điểm cực tiểu là optCC đạt được tại mức tạp âm tối ưu. Khi tin vao 2/ 0.80U   và tin vao 2/ 0.90U   , các optCC của cổng đảo SE cải tiến (hình 5) được cải thiện đáng kể so với các optCC của cổng đảo SE chưa cải tiến (hình 2(b)). Cụ thể, các optCC của cổng đảo SE chưa cải tiến lớn hơn 0.40 trong khi các optCC của cổng đảo SE cải tiến nhỏ hơn Kỹ thuật điều khiển & Điện tử T. T. T. Hương, L. D. Mạnh, N. H. Hoàng, “Cải thiện hiện tượng cộng hưởng điện tử.” 8 0.90 . Khi tin vao 2/ 0.90U   , optCC của cổng đảo SE cải tiến đạt 0.99 , giá trị này rất gần với giá trị CC lý tưởng ( 1 ). Một ưu điểm quan trọng nữa là 0.90CC   đạt được trên một dải rộng của các mức tạp âm. Ví dụ, với tin vao 2/ 0.90U   , 0.90CC   khi tap vao 20.30 / 0.92U   . -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0 1 2 3 4 Utap vao/θ2 C C T = 300 K Utin vao/θ2 = 0.70 Utin vao/θ2 = 0.80 Utin vao/θ2 = 0.90 Hình 5. Hệ số tương quan CC của cổng đảo SE cải tiến tại 300 K phụ thuộc vào mức tạp âm vào chuẩn hóa tap vao 2/U  khi mức tín hiệu vào chuẩn hóa tin vao 2/ 0.70; 0.80; 0.90U   . -4 -2 0 2 4 6 8 0 200 400 600 800 1000 -4 -2 0 2 4 6 8 0 200 400 600 800 1000 -4 -2 0 2 4 6 8 0 200 400 600 800 1000 Thời gian (ns) (a) U ti n v ao (V ) Thời gian (ns) (b) Thời gian (ns) (c) U va o (V ) U ra (V ) Mức cao Mức thấp Mức thấp Mức cao Hình 6. Các tín hiệu vào-ra của cổng đảo SE cải tiến tại 300 K và opt 0.99CC   . (a) Tín hiệu vào trong trường hợp mức tín hiệu vào chuẩn hóa tin vao 2/ 0.90U   . (b) Tín hiệu vào có tạp âm trong đó mức tạp âm đạt tối ưu tap vao 2/ 0.73U   . (c) Tín hiệu ra. Các tín hiệu vào-ra của cổng đảo SE cải tiến tại 300 K và opt 0.99CC   được mô tả trong hình 6. Tín hiệu vào trong hình 6(a) có tin vao 2/ 0.90U   . Tín hiệu vào có tạp âm trong hình 6(b) chứa mức tạp âm tối ưu tap vao 2/ 0.73U   . Tín hiệu ra trong hình 6(c) có tương quan tốt đối với tín hiệu vào. Khi tín hiệu vào ở mức thấp, tín hiệu ra ở mức cao và Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 57, 10 - 2018 9 ngược lại. Phản ứng vào-ra tốt này có thể được giải thích dựa trên đặc tính vào-ra trễ của cổng đảo SE cải tiến. Theo đặc tính vào-ra trễ của cổng đảo SE cải tiến trong hình 4(b), tín hiệu ra chỉ chuyển từ mức cao xuống mức thấp khi mức tín hiệu vào lớn hơn ngưỡng cao HU , chuyển từ mức thấp về mức cao khi mức tín hiệu vào nhỏ hơn ngưỡng thấp LU . Áp dụng đặc tính này để giải thích cho hình 6 như sau. Trong phạm vi mức thấp của tín hiệu vào có tạp âm (mũi tên hai chiều nét đứt trong hình 6(b)), bởi vì giá trị cực đại của dải này nhỏ hơn ngưỡng cao HU nên tín hiệu ra giữ mức cao. Trong phạm vi mức cao của tín hiệu vào có tạp âm (mũi tên hai chiều nét liền trong hình 6(b)), do giá trị cực tiểu của dải này lớn hơn ngưỡng thấp LU nên tín hiệu ra giữ mức thấp. Như vậy, các trạng thái đầu ra giữ ổn định mặc dù tín hiệu vào có tạp âm biến thiên ngẫu nhiên, đây là sự cải thiện đáng kể của cổng đảo SE cải tiến so với cổng đảo SE chưa cải tiến. 4. KẾT LUẬN Hiện tượng SR trong cổng đảo SE đã được cải thiện bằng cách cải tiến cấu trúc của cổng đảo SE để có đặc tính vào-ra trễ tại nhiệt độ phòng (300 K). Cổng đảo SE cải tiến đã cải thiện hiệu quả của hiện tượng SR trên một dải rộng của các mức tạp âm, điều này giúp cho việc ứng dụng hiện tượng SR trở nên linh hoạt. Hơn nữa, với mức tín hiệu vào thích hợp được đưa tới cổng đảo SE cải tiến, điểm cực tiểu của đường cong cộng hưởng gần với hệ số tương quan lý tưởng, kết quả này cho thấy khả năng nâng cao chất lượng xử lý tín hiệu yếu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Z. A. K. Durrani, “Single-electron devices and circuits in Silicon,” Imperial College (2010), pp. 1-21. [2]. K. K. Likharev, “Single-electron devices and their applications,” Proc. IEEE, Vol. 87, No. 4 (1999), pp. 606-632. [3]. J. R. Tucker, “Complementary digital logic based on the “Coulomb blockade”,” J. Appl. Phys., Vol. 72, No. 9 (1992), pp. 4399-4413. [4]. F. C.-Blondeau and X. Godivier, “Theory of stochastic resonance in signal transmission by static nonlinear systems,” Phys. Rev. E, Vol. 55, No. 2 (1997), pp. 1478-1495. [5]. L. Gammaitoni, P. Hanggi, P. Jung, and F. Marchesoni, “Stochastic resonance,” Rev. Mod. Phys., Vol. 70, No. 1 (1998), pp. 223-287. [6]. F. Moss, L. M. Ward, and W. G. Sannita, “Stochastic resonance and sensory information processing: A tutorial and review of application,” Clinical Neurophysiology, Vol. 115, No. 2 (2004), pp. 267-281. [7]. Tran T. T. Huong and Y. Mizugaki, “A single-electron hysteretic inverter designed for enhancement of stochastic resonance,” IEICE Electronics Express, Vol. 12, No. 17 (2015), pp. 1-12. [8]. C. Wasshuber, “Computational single-electronics,” Springer-Verlag (2001). [9]. B. McNamara and K. Wiesenfeld, “Theory of stochastic resonance,” Phys. Rev. A, Vol. 39, No. 9 (1989), pp. 4854-4869. [10]. V. I. Melnikov, “Schmitt trigger: A solvable model of stochastic resonance,” Phys. Rev. E, Vol. 48, No. 4 (1993), pp. 2481-2489. Kỹ thuật điều khiển & Điện tử T. T. T. Hương, L. D. Mạnh, N. H. Hoàng, “Cải thiện hiện tượng cộng hưởng điện tử.” 10 [11]. Y. Mizugaki et al, “Single-electron devices with input discretizer,” IEEE Trans. Nanotech., Vol. 7, No. 5 (2008), pp. 601-606. [12]. M. Takiguchi and Y. Mizugaki, “Design of single-electron Schmitt trigger using discretized charge characteristics on array of small tunnel junctions,” IEICE Trans. Electron., Vol. J97-C, No. 3 (2014), pp. 112-117. ABSTRACT IMPROVEMENT OF PHENOMENA RANDOM RESONANCE IN SINGLE INVERTER GATE Single-electron (SE) devices have been prospective for future integrated circuits because of nano-meter scale and ultra-low power consumption. In this paper, stochastic resonance (SR) phenomenon is applied for an SE inverter operating at room temperature (300 K). Correlation coefficient CC between input and output signals is used to analyze efficiency of SR performance. The simulation results show that CC versus noise level at 300 K exhibit a resonance curve. We modify the configuration of the SE inverter to have hysteretic input-output characteristic at 300 K, resulting in the enhancement of CC over a wide range of the noise levels. Keywords: Single-electron device; Stochastic resonance; Single-electron inverter. Nhận bài ngày 05 tháng 9 năm 2018 Hoàn thiện ngày 28 tháng 9 năm 2018 Chấp nhận đăng ngày 11 tháng 10 năm 2018 Địa chỉ: Học viện Kỹ thuật quân sự. * Email: saohom10385@gmail.com.