I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.   8 ,   No .   3 No v em b er   201 9 ,   p p .   1 7 5 ~ 1 8 4   I SS N : 2 0 8 9 - 4864 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es . v 8 . i3 . p p 1 7 5 - 1 8 4          175       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JR E S   Desig n and  i m ple m en tatio n of  CN TFET  bas ed t ern a ry     1 x 1  m e m o ries       S.   T a m il Selv a n 1 M.   Su nd a ra ra j a n 2   1 Bh a ra th   Un iv e rsity ,   In d ia   2 Bh a ra th   In sti tu te  o f   Hig h e Ed u c a ti o n   &   Re se a rc h   Ch e n n a i,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   2 ,   2 0 1 9   R ev i s ed   Sep   2 9 ,   2 0 1 9   A cc ep ted   Oct  1 5 ,   2 0 1 9       In   th is  p a p e p re se n ted   De sig n   a n d   im p le m e n tatio n   o f   CN T F ET   b a se d   T e rn a r y   1 x 1   RA M   m e m o ries   h ig h - p e rf o rm a n c e   d ig it a c ircu it s.   CNT F ET   T e rn a r y   1 x 1   S R A M   m e m o ries   is  im p le m e n u sin g   3 2 n m   te c h n o lo g y   p ro c e ss .   T h e   CNT F E T   d e c re sa se   th e   d iam e ter  a n d   p e rf o r m a n c e   m a tri c li k e   d e lay , p o we a n d   p o w e d e la y ,   T h e   CNT F ET   T e rn a r y   6 T   S RA M   c e ll   c o n sists   o f   t w o   c ro ss   c o u p led   T e rn a r y   in v e rters   o n e   is  RE A a n d   a n o th e W RI T E   o p e ra ti o n o f   th e   T e rn a r y   6 T   S RA M   c e ll   a re   p e rf o r m e d   w it h   t h e   T rit li n e   u sin g   HS P ICE   a n d   T a n n e t o o l in   th is  to o is   p e rf o rm e d   h ig h   a c c u ra c y .     T h e   n o v e b a se d   w o rk   c a n   b e   u se d   f o L o w   P o w e A p p li c a ti o n   a n d   A c c e ss   ti m e   is  les o f   c o m p a re d   to   th e   c o n v e n ti o n a CM OS  T e c h n o l o g y .     T h e   CN T F ET   T e rn a r y   6 T   S RA M   a rr a y   m o d u le  (1 X 1 )     in   3 2 n m   tec h n o lo g y   c o n su m e o n ly   0 . 4 1 2 m W   p o we a n d   d a ta  a c c e ss   ti m e     is  a b o u 5 . 2 3 n s .   K ey w o r d s :   C NT FET   NT I   PT I   ST I   T er n ar y   lo g ic   T SR A M     Co p y rig h ©   2 0 1 9   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   S.   T am il Sel v a n   B h ar ath   U n iv er s it y ,   I n d ia .   E m ail:  ta m il s el v an . s k @ g m a il. co m       1.   I NT RO D UCT I O N     T h p r o g r ess   in   tr ad itio n al  s ili co n   tech n o lo g y   co n ti n u es to   o u tp ac th h i s to r ic  p ac o f   Mo o r e' s   L a w ,   b u h o w ev er   t h en d   o f   d ev ic s ca lin g   n o w   s ee m   to   b f e w   y ea r s   a w a y .   T h er ef o r e,   it  is   o f   in te n s i n ter es t     to   f i n d   n e w ,   m o lec u lar - s ca le  d ev ices  t h at  m i g h t   co m p le m e n r ep lace   ex i s ti n g   s il ico n   tec h n o lo g y   a n d   allo m o r ad v an ce d   d e v ice  s ca l in g .   A s   d e v ice  s izes  ar ap p r o ac h in g   t h n a n o s ca le,   n e w   o p p o r tu n ities   ar al s o   ar is in g   t h er ef o r e;  n e w   m ater ia ls   an d   d ev ice s   h a v b ee n   i n v e s tig a ted   to   r ep lace   C MO tech n o lo g y   to   ca r b o n   n an o s ca le  tech n o lo g y   f r o m   th y ea r   2015   an d   b ey o n d   [ 1 ] .   A s   o n o f   th p r o m i s in g   n e w   d ev ice s ,     ca r b o n   n an o tu b FET s   ( C NT FET s )   n e w   n a n o elec tr o n ic  s y s te m s   b ased   o n   n e w   d ev ices  with   co m p letel y   n e s y s te m   ar ch itect u r es,  f o r   ex a m p les: - n an o t u b es,  n a n o w ir es,   m o lecu lar   d ev ices,  a n d   n o v el  d ev ice  co n ce p t s     f o r   n an o elec tr o n ics   [2 ] .   Of   th e   v ar io u s   m ater ial  S y s te m s   an d   s tr u ct u r es  s t u d ied   s o   f ar ,   ca r b o n   n a n o tu b es  h av e   s h o w n   p ar ticu lar   p r o m is o w i n g   to   t h eir   n an o s ca le  s ize  a n d   u n iq u elec tr o n ic  p r o p er ties   [3 ] .   T h ey   h a v b ee n   also   f ab r icate d   s u cc es s f u ll y   a n d   it  is   r ep o r ted   th at  t h e y   h av s h o w n   p er f o r m a n ce   i s   b etter   t h an   p r esen s ilico n   tr an s i s to r s   s ize.   S ilico n - on - i n s u lato r   ( SOI )   MO SF E T .   Sev er al  leak a g cu r r en m ec h a n is m s   in   M OSFET   s u c h   as  r ev er s e - b ia s   p - n   j u n ctio n   cu r r en t,  w ea k   i n v er s io n   c u r r en an d   d r ain   in d u ce d   b ar r ie r   lo w er i n g   ( D I B L )   cu r r en t   [4 - 7 ]   ar b ei n g   i n tr o d u ce d   b y   s h o r t - ch a n n el  e f f ec t.   T u n n el in g   e f f ec i n   n a n o s ca l MO SF E T   is   al s o   i m p ac ti n g   t h p er f o r m an ce   o f   th e   tr an s is to r   Ho w e v er ,   in   ca s o f   ca r b o n   n a n o - s ca le  tr an s is t o r   as  th tr an s is to r   s ize  an d   th d i s tan ce   b et w ee n   t w o   tr an s is to r s   i s   also   b ee n   s ca led   d o w n ,   it  ca u s th ca r r i er s   o f   o n tr an s is to r   to   cr o s s   th b ar r ier   an d   h as  ef f ec to   an o t h er   tr an s is to r   l y i n g   clo s to   it.  T h tu n n el in g   e f f ec is   f o u n d     to   b in cr ea s i n g   e x p o n e n tiall y   as  t h b ar r ier   d is tan ce   i s   d ec r ea s ed   [6 ]   ap p r o p r iate  cir cu it  d esig n   m et h o d s   an d   p r o ce s s   d ev elo p m e n s tr ateg i es  h a v to   b d ev is ed   in   o r d er   to   tack le  th ab o v e m en tio n ed   is s u e s   o n   p o w er   d is s ip atio n   a n d   v ar iab ilit y .   T h is   w o r k   co n ce n tr ate s   o n   th C NT   as  o n o f   t h m o s p r o m is in g   o f   e m er g i n g   n an o d ev ice s .   T h o u g h   h o ld i n g   g r ea p r o m is f o r   f u t u r elec tr o n ics,  C NT s   ar ex tr e m el y   p r o n to   v ar io u s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   20 89 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   Vo l.  8 ,   No .   3 No v em b er   2019 : 1 7 5     1 8 4   176   s o u r ce s   o f   v ar iatio n s .   A s   t h elec tr ical  ch ar ac ter is tic s   o f   C N T s   ar d ir ec tly   r elate d   to   th eir   p h y s ica s tr u c tu r e,   ato m ic  s tr u ct u r al  c h a n g e s   ca n   tr an s late   in to   s i g n i f ican t   v ar iatio n   i n   t h eir   elec tr o n ic  b e h av i o r .   T h is   w o r k   ai m s   to   f ac ilit a te  C NT - b ased   d esig n   i n   t h p r ese n ce   o f   C NT   d ia m eter   a n d   d o p in g   v ar iatio n s .   T o   ac h iev th is ,     an   ex h au s ti v s t u d y   i s   ca r r ied   o u t to   ex a m in t h e f f ec t s   o f   C NT   p h y s ical  c h ar ac ter is tic s .   Var iatio n s   o n   cir cu it  p er f o r m a n ce   v ar iab les.  T h ef f ec o f   C NT   d iam e ter   v ar iatio n s   o n   p er f o r m a n ce   p ar am eter s   ( d ela y ,   p o w er   co n s u m p t io n ,   etc. )   o f   v ar io u s   l o g ic  an d   m e m o r y   s tr u ct u r e s   is   s t u d ied   in   d ep t h .   T h r o u g h   v ar io u s   s i m u lat io n   s t r ateg ies,  a n   o p ti m u m   C NT   m ea n   d ia m eter   f o r   u s e   i n   C NT   b ased   lo g ic  d esi g n     is   p u f o r w ar d   f o r   t h f ir s ti m e.   F u r th er ,   n o v el  m at h e m ati ca m o d els  f o r   th e   p r ed ictio n   o f   d ela y   b e h av io r     o f   C NT - b ased   cir cu it s   i n   t h p r esen ce   o f   d ia m eter   v ar iatio n s   ar e   d ev elo p ed   [ 3 ] .   T h r esh o ld   v o lta g a n d   g at e   o x id th ic k n ess   ar m aj o r   is s u es/ f ac to r   to   in tr o d u ce   th r e v er s s a tu r atio n   cu r r e n i n   n a n o - s ca le  MO S FET   tr an s i s to r .   Scali n g   d o w n   t h c o n v e n tio n al   MO S FET   n o o n l y   b r in g   to   tr a n s i s to r   p er f o r m a n ce   i s s u es  b u al s o   to   f ab r icatio n   p r o b lem .   T h li m itatio n   o f   t h MO S FET   tech n o lo g y   d u to   th f ac t h at  Z e n er   b r ea k d o w n   w ill   o cc u r   at  s o u r ce / s u b s tr ate  j u n ctio n ,   lit h o g r ap h y   li m i tatio n   an d   also   t h y ield   co n tr o f o r   th p r o d u ct  ar e     th e   li m itatio n   to   co n ti n u s c aled   th co n v e n tio n al  MO S F E T   in to   s m aller   s izes.  T h l o w   ca r r ier   m o b ilit y     in   s ilico n   ( co m p ar ed   to   ca r b o n   n a n o tu b e)   m a y   b al s o   d eg r ad th e   MO SF E T   tr an s is to r   p er f o r m a n ce .     Fo r   th ese  r ea s o n s ,   t h n e d ev ice  C N FET   w it h   n e w   ch an n el  m ater ial  i s   b ein g   e x ten s i v el y   ex p lo r ed .     T h is   p r o j ec w o r k   u s es  s a m 3 2 n m   tech n o lo g y   tr an s is to r   ch an n el  le n g t h   to   p r o v th at  C NFET   ca n   p r o v id b etter   tr an s is to r   p er f o r m an ce   co m p ar ed   to   an o t h er   tec h n o lo g y   C NT FET   tech n o lo g y .   T h d ata  co llected   f r o m   th s i m u la tio n   w ill b co m p ar ed   to   6 2 n m   C NT FET   tech n o lo g y   a n d   co n clu d w it h   s o m an al y s i s .     T h is   p ap er   is   o r g an ized   i n   th f o llo w in g   m a n n er .   I n   Secti o n   1 ,   w m ai n l y   ar g i v i n g   s o m e   b r ie f   in tr o d u ctio n   o n   u ti lizatio n   o f   ca r b o n   n an o t u b d ev ice s   i n   r e ce n tec h n o lo g y .   I n   s ec tio n   2   b r ief   d is c u s s io n   o n   th s tr u ct u r o f   ca r b o n   n an o   tu b es  i n clu d i n g   ch ir al  v ec to r   an d   m etall ic  an d   s e m ico n d u ctin g   n a n o t u b an d   also   S y n t h esi s   o f   Nan o   t u b es   w ill  b co v er ed .   I n   s ec tio n   3   d is cu s s io n   o n   Si m p le   T e r n ar y   in v er ter ,     p o s itiv ter n ar y   i n v er ter   an d   n eg ati v ter n ar y   in v er ter   I n   Sectio n 4 ,   w h a v i m p le m e n ted   a   T er n ar y   1 x 1   Sra m   A r r a y   Mo d u le   cir cu it  u s in g   C ar b o n   Na n o tu b F ield   E f f ec T r an s is to r   ( C NFET ) .   T h k e y   p er f o r m a n ce s   o f   T er n ar y   s u ch   as   tr it lin e   c o n d itio n i n g   cir c u it   r ea d   s en s i n g   cir c u it  a n d   w r ite  d r iv er   cir cu it.  T h is   s ec tio n   f o cu s es  o n   lo w   p o w er   an d   h ig h   s p ee d   in v er ter   cir cu it  d es ig n   i s s u es  f o r   C NFET   tech n o lo g y   I n   s ec tio n   5   d escr ib es  th e   d esi g n   o f   ter n ar y   1 x 1   s r a m   s ec t io n   5 . 1   d es cr i b es  th e   d ia m eter ,   C NT   p itch   ch ar alit y   v ec to r   an d   n u m b er   o f   tu b es  etc  in   s ec ti o n   6   s im u lat io n   r esu l ts   u s in g   Hsp ice  to o ls   s i m u lated   t h e   ter n ar y   1 x 1   Sra m   s i m u lat io n   f o r   lo g ic  0 , 1 /2 , 1 ar s h o w n   I n   s ec tio n   7 , in   t h is   s ec tio n   s h o w s   th p er f o r m a n ce   o f   th ter n ar y   1 x 1   Sra m   co m p ar w it h   ST I , PTI , NT I   an d   d if f er e n tech n o lo g y   6 2 n m , 3 2 n m   , I n   Sectio n   8   co n clu s io n   w d is c u s s   th h o w   b est   th e   ter n ar y   1 x 1   Sra m   p er f o r m a n ce   l ik e   p o w er   co n s u m p tio n   an d   ac c ess   ti m e   co m p ar   to   C MO S   tec h n o lo g y   [8 ] .       2.   DE S I G O F   2 - B I T   H ARDWA RE   O P T I M I Z E T E RN ARY   An   A L is   o n o f   th m ai n   c o m p o n en t s   in s id ce n tr al  p r o c ess i n g   u n i ( C P U)   o f   d ig ital  co m p u ter ,   an d   ev e n   it  i s   f o u n d   i n s id e   th e   s i m p lest   m icr o p r o ce s s o r s   also ,   w h er it   is   r esp o n s i b le  f o r   p er f o r m i n g   ar ith m etic  an d   lo g ic  o p er atio n s .   T h in cr ea s in g   d e m a n d   f o r   h ig h l y   o p ti m ized   m o d er n   i n f o r m atio n   p r o ce s s i n g   s y s te m   clea r l y   p o in t s   to   th n e ed   o f   ef f ic ien t i m p le m en tatio n   o f   AL i n   ter m s   o f   p o w er ,   s p ee d   an d   h ar d w ar e.   Desig n   o f   T er n ar y   L o g ic  Ga tes  T er n ar y   lo g ic  is   t y p o f   m u l ti - v al u ed   lo g ic,   w h ic h   ad d s   th ir d   v alu e     to   th co n v e n tio n al  b i n ar y   lo g ic.   T ab le  1   s h o w s   th d e f i n it io n   o f   ter n ar y   lo g ic  s tate s   d en o ted   b y   0 ,   1   an d   2   an d   th eir   eq u iv ale n v o ltag l ev els.  An   n - v ar iab le  ter n ar y   f u n ct io n   f   ( a1 ,   a2 …an )   is   lo g ic  f u n ctio n   w h ich     is   m ap p ed   o n   {0 ,   1 ,   2 n   to   {0 ,   1 ,   2 }.   T h b asic  ter n ar y   o p e r atio n s   ( A ND,   O R   an d   NOT )   ar d ef in ed     as f o llo w s .   A r c h itect u r o f   2 - b it HO - T AL s h o w n   in   Fig u r 1 .       a 1 ,a 2, a 3 ……………a n = m i n   ( a 1 ,a 2, a 3 ……………a n)     a 1 +a +a 3 ……………a n = m in   ( a 1 ,a 2, a 3 ……………a n)       T ab le  1 .   Def in itio n   o f   lo g ic  s t ates in   ter n ar y   lo g ic   L o g i c   st a t e   V o l t a g e   l e v e l   0   0   1   0 . 4 5   ( V d d / 2 )   2   0 . 9   ( V d d )         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4864       Desig n   a n d   imp leme n ta tio n   o f   C N TFE b a s ed   tern a r 1 x1   mem o r ies   ( S.   Ta mil S elva n )   177       Fig u r 1 .   A r ch itectu r o f   2 - b it   HO - T AL U       1 - to - 3 - lin T er n ar y   Dec o d er     Fig u r 1   s h o w s   lo g ic   d iag r a m   o f   1 - to - 3 - lin e   ter n ar y   d ec o d er   an d   its   tr u t h   tab le I is   a   o n e - i n p u t,     th r ee - o u tp u t   co m b i n atio n a ci r cu it  t h at   g e n er ates   t h r ee   u n a r y   f u n ctio n s   f o r   a n   in p u a   as  a0 ,   a1   an d   a2 .     T h is   d esig n   u s e s   NT I   to   p r o d u ce   a0 ,   PT I   f o llo w ed   b y   b in ar y   in v er te r   to   g en er ate  a2 ,   an d   b in ar y   NOR  g at e   h av i n g   in p u ts   a0   an d   a2   to   p r o d u ce   a1 .     T er n ar y   L o g ic  an d   B u i ld in g   B lo ck s   T er n ar y   lo g ic  f u n ct io n s   ar t h o s f u n ctio n s   t h at  h a v s ig n i f i ca n ce   i f   a   th ir d   v al u i s   i n tr o d u ce d   to   t h b i n ar y   lo g ic.   I n   t h is   p ap er ,   0 ,   1 /2 ,   an d   1   d en o te  th ter n ar y   v alu e s   to   r ep r esen f alse,  u n d ef i n ed ,   an d   tr u e,   r esp ec t iv el y .   T h t h r ee   t y p es o f   in v er ter s   t h at  ar e .   a.   Si m p le  T er n ar y   I n v er ter   ( ST I )   T h f ir s t   t y p e   o f   ter n ar y   i n v er ter   is   t h s i m p le  ter n ar y   in v er ter   ( ST I ) .   Fo r   th i n p u t s   {0 ,   1 /2 ,   1 }   it  y ield s   t h o u tp u t   {1 ,   1 /2 ,   0 }.   B ec au s o f   i ts   ab ili t y   to   p r o d u ce   {1 /2 at  th e   o u t p u t,  ST I   is   u s ed     as  th p r i m ar y   b u ild i n g   b lo ck   f o r   th ter n ar y   1 x 1   SR A M,   A   h ig h   r esis ta n ce   tr an s m i s s io n   g ate  is   co n n ec ted   b et w ee n   th o u tp u o f   lo w - r esis ta n ce   th r es h o ld   m o d if ied   b in ar y   in v er ter   an d   1 /2 Vs  to   p r o d u ce   th m id d le   lev el  v o ltag e.   T h Si m p le  T er n ar y   I n v er ter   is   m ad b y   co m b in in g   b i n ar y   C MO i n v er ter   w it h     tr an s m i s s io n   g ate   [9 ] .   T h e   th r es h o ld   v o lta g es  o f   t h tr an s i s to r s   i n   C M OS  i n v er ter .   T h in v er ter   w o r k s     as  s i m p le  i n v er ter   w h e n   t h in p u t   is   0 o r   1 V.   B u t   w h e n   t h i n p u is   1 V,   t h tr a n s i s to r s Q1   an d   Q2   g o es   i n   cu o f f   r e g io n   a n d   t h tr an s m i s s io n   g ate  a id s   i n   p u ll in g   u p   t h co n tr o s ig n al( w h o s v alu e   is   eq u al   to   th h al f   o f   s u p p l y   v o ltag e) ,   to   t h o u t p u w h en   th in v e r ter   is   in   cu t   o f f   r eg io n .   A   ci r cui t   r e pr e s ent a t i on  of   s i m pl t er n ar y  i n v er ter   s h o w n   i n   Fi g u r 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   20 89 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   Vo l.  8 ,   No .   3 No v em b er   2019 : 1 7 5     1 8 4   178       Fig u r 2 .   A   cir cu i t r ep r esen tat io n   o f   s i m p le  ter n ar y   i n v er ter       b.   N eg at i v e Ter na r y  I n v er t er   ( N T I )   T h Ne g ativ e   T er n ar y   I n v er te r   ( NT I )   Fo r   th in p u o f   {0 ,   1 /2 ,   1 },   N T I   p r o v id es  th o u tp u t   {0 ,   0 ,   1 }.     An   al w a y s   o n   tr an s is to r   ( NM OS  f o r   NT I )   is   u s ed   f o r   t h p a s s i n g   t h m id d le  v o lta g e   in s te ad   o f   tr a n s m i s s io n   g ate  as  it s   g ate  i s   tied   to   th p o s itiv p o w er   s u p p l y   to   k ee p   it  co n s ta n tl y   ON.   I b eh av e s   as   n o r m al  in v er ter   w h e n   th i n p u v o lta g i.e .   Vin   i s   eq u al  to   0 an d   1 V,   b u w h e n   t h v al u o f   V in   is   eq u al  to   1 /2 V,     th tr a n s i s to r s   Q1   a n d   Q2   g o es i n   c u t o f f   r e g io n   an d   th tr an s m i s s io n   g ate  aid s   i n   p u l lin g   u p   th co n tr o l si g n a l   C   ( w h o s e   v al u i s   eq u a to   0 Vo lts ) ,   to   th o u tp u w h e n   t h in v er ter   is   i n   c u o f f   r eg io n .   T h er ef o r w h e n     th v al u o f   Vi n   is   1 /2 Vo lt   th o u tp u t   o f   NT I   is   0 Vo lt.   A   c ir cu it  r ep r ese n tatio n   o f   n e g ati v ter n ar y   in v er ter     s h o w n   i n   Fi g u r 3 .           Fig u r 3 .   A   cir cu i r ep r esen tat io n   o f   n e g ati v ter n ar y   in v er te r       c.   P o s itiv T er n ar y   I n v er ter   ( P T I )   T h e   P o s itiv T er n ar y   I n v er ter   f o r   th in p u t   {0 ,   1 /2 ,   1 }   p r o v id es  {1 ,   1 ,   0 f o r   o u tp u o f   PT I .   I n   PT I ,     an   ad d itio n al  al w a y s   o n   tr a n s i s to r   ( P MO f o r   PT I )   is   u s ed   to   p ass   m id d le  v o ltag e .   P MO tr an s is to r     is   co n n ec ted   to   th o u tp u o f   C MO i n v er ter   an d   its   g ate  i s   tied   to   th g r o u n d ,   to   k ee p   i co n s ta n tl y   tu r n ed   ON.   I t b eh av es a s   n o r m al  i n v er ter   w h e n   th i n p u t v o lta g i . e.   Vin   is   eq u al  to   0 an d   1 V,   b u w h e n   t h v al u e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4864       Desig n   a n d   imp leme n ta tio n   o f   C N TFE b a s ed   tern a r 1 x1   mem o r ies   ( S.   Ta mil S elva n )   179   o f   Vi n   is   eq u al  to   1 /2 V,   th tr an s i s to r s   Q1   a n d   Q2   g o es   i n   c u o f f   r e g io n   a n d   t h tr a n s m i s s io n   g ate  aid s     in   p u lli n g   u p   t h co n tr o s i g n al  C ,   to   th o u tp u w h e n   th in v er ter   is   i n   C u o f f   r e g io n .   T h er ef o r w h en     th v a lu o f   Vi n   is   1 /2 Vo lt  t h o u tp u o f   P T I   is   1   Vo lts .   A   cir cu it  r ep r esen tat io n   o f   p o s iti v ter n ar y   in v er ter     s h o w n   i n   Fi g u r 4 .           Fig u r 4 .   A   cir cu i t r ep r esen tat io n   o f   p o s itiv ter n ar y   i n v er ter       2 . 1 .     T er na ry   s ra m   a rr a y   m o du le   A r r a y ,   w h ic h   co n s is ts   o f   T er n ar y   SR AM   ce ll,  T r itli n e   co n d i tio n in g   ( T C )   cir cu it,  R o w   Dec o d er   ( R D) ,   C o lu m n   Dec o d er   ( C D)   an d   R ea d / w r i te  B u f f er s ,   Se n s a m p li f ier   cir cu it  T er n ar y   S R AM   ce ll  is   p r ec h ar g ed     b y   T C   w it h   clo c k   i n p u t.  T h w o r d   li n es   an d   T r itli n e s   o f   T er n ar y   SR A M   ce ll   ar s elec te d   b y   R ea d   Dec o d er   an d   C o l u m n   Dec o d er   r esp ec t iv el y   w it h   A d d r ess   li n es  ( A 0 - Ak - 1 )   as   in p u ts .   W r ite/ R ea d   B u f f er s   ar u s ed   W r ite  d ata  in to   th ce ll  a n d   R ea d   d ata  f r o m   ce ll  r esp ec ti v el y .   B lo ck   D iag r a m   o f   T er n ar y   S R A A r r a y     s h o w n   i n   Fi g u r 5 .           Fig u r 5 .   B lo ck   d iag r a m   o f   ter n ar y   S R A ar r a y       2 . 2 .     T RIT L I NE   CO ND I T I O NING   C I RCU I T   T h T r itli n co n d itio n in g   cir cu itr y   i s   u s ed   to p   r ec h ar g th tr itli n e s   h i g h   b ef o r R E AD/W R I T E   o p er atio n .   A   tr itli n co n d itio n er   co n s is t s   o f   p air   o f   P MO tr an s i s to r s .   Sch e m atic  v ie w   o f   t r itli n co n d itio n in g   a   s h o w n   i n   Fi g u r 6 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   20 89 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   Vo l.  8 ,   No .   3 No v em b er   2019 : 1 7 5     1 8 4   180       Fig u r 6 .   Sch e m atic  v ie w   o f   t r itli n co n d it io n i n g       2 . 3 .     Rea d sens ing   circ uit   R ea d   s en s in g   cir cu i ts   ar also   ca lled   as  s en s a m p l if ier s ,   w h ich   p r o v id f a s ter   s en s i n g   b y   ap p l y in g     s m a ll  v o ltag e   s w i n g .   T er n ar y   R ea d   s e n s in g   cir c u it  is   ac ti v ated   co n s u m e s   p o w er   in   t h cir c u it .     W h en   R ea d - e n ab le  li n i n p u is   h i g h ,   th e   tr an s is to r   i s   a ctiv a n d   w h en   R ea d - en ab le   lin in p u i s   lo w ,     it  ef f ec ti v el y   t u r n s   ON  t h cr o s s - co u p led   in v er ter   tr an s is to r   p air ,   w h ich   p u lls   th e   o u tp u to   th d ata  a n d   o th er   co m p le m e n t t h r o u g h   i n v er ter .   Sch e m atic  v ie w   o f   T er n ar y   R e ad   Sen s a m p l if ier   a s   s h o w n   i n   Fi g u r 7.           Fig u r 7 .   Sch e m atic  v i e w   o f   te r n ar y   r ea d   s en s a m p li f ier       2 . 4 .     Writ driv er   circ uit   T o   w r ite  to   t h ce ll,  T R I T   L i n es  m u s b d r iv e n   to   t h d esir ed   v alu w h ile  W OR D   li n is   ass er ted   to   f o r ce   th s to r ed   d ata  to   th v al u o f   T R I T .   T h v alu w h ic h   is   to   b s to r ed   in   S R A m u s t   b g i v e n     to   th T R I T   L i n es  a n d   W OR L in e   m u s b as s er ted   i n   o r d er   to   k ee p   ac ce s s   tr an s is to r s   ON.   I n   t h is   ca s e     th v a lu o f   T R I T   L in p as s es  t h r o u g h   t h ac ce s s   tr an s is to r s   to   th f ir s ST I   I n v er ter .   I f   T R I T   is   1 ,     th en   t h NM O o f   f ir s ST I   tu r n s   ON,   w h ich   i n   t u r n   m ak e s   th o u tp u o f   f ir s ST I   lo w .   As  th o u tp u o f   f ir s ST I   is   co n n ec ted   to   th i n p u o f   s ec o n d   ST I ,   it  tu r n s   ON  t h P MO o f   s ec o n d   ST I   w h ic h   m a k e s   th o u tp u t     o f   s ec o n d   ST I   h ig h .   A s   t h o u tp u o f   s ec o n d   ST I   is   co n n ec ted   to   th in p u o f   f ir s S T I ,   it  ag ain   m a k e s     th o u tp u o f   f ir s ST I   lo w   an d   th i s   is   h o w   t h p r o ce s s   g o es  o n   an d   b o th   th ST I   s u p p o r ea ch   o th er .     I f   th v alu t h at  i s   to   b w r itte n   in   t h S R A is   0   o r   1   th en   v o ltag ap p lied   to   th T R I T   L in es  m u s b 0 ,   ½ ,   an d   1   r esp ec tiv el y .   Sc h e m atic  v ie w   o f   ter n ar y   w r ite  d r iv er   s h o w n   in   F ig u r 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4864       Desig n   a n d   imp leme n ta tio n   o f   C N TFE b a s ed   tern a r 1 x1   mem o r ies   ( S.   Ta mil S elva n )   181       Fig u r 8 .   Sch e m atic  v ie w   o f   te r n ar y   w r ite  d r iv er       2 . 5 .     T er na ry   1 x 1   SRAM   a rr a y :   T h T e r n ar y   1 x 1   S R A m e m o r y   ar r a y   P r o p er   d esig n   o f   p er ip h er al  an d   s u p p o r tin g   I / cir cu it s   ( P r ec h ar g e,   Sen s Am p li f ier ,   an d   R o w /C o l u m n   Dec o d er   etc. )   ar im p o r tan f o r   p r o p er   f u n ctio n a lit y     o f   t h f u ll  s y s te m .   T o   ac ce s s   p ar tic u lar   m e m o r y   ce ll,  all  t h s u p p o r tin g   cir c u its   a ctiv p ar ticip atio n     is   n ec e s s ar y .   Fi g u r 9   p r o v id es  b lo ck   d ia g r a m   o f   t h e   te r n ar y   1 x 1   Sra m   ar r a y .   Her W C   d en o tes  w r ite   cir cu it,  W E   d en o tes  w r ite  en a b le  s ig n al,   SE  is   t h s en s en a b le  s ig n al  f o r   en ab lin g   th s e n s a m p li f ier   cir cu its     w it h   O1 ,   as  th o u tp u ts   o f   t h s en s a m p li f ier   b lo ck .   W L 1 ,   ar th w o r d   lin es.  A d d r ess   d ec o d er   s elec ts     p ar tic u lar   w o r d   lin f o r   ac ce s s i n g   r eq u ir ed   ce ll a r r ay ; t h a d d r ess   d ec o d in g   d ela y   ac co u n t s   f o r   th m a x i m u m   p er ce n tag o f   t h m e m o r y   ac ce s s   ti m e   in   ad d itio n   w i th   t h d ela y   o f   t h b it - li n ca p ac i tan ce s .   R ea d /W r ite  cir cu itr y   p r o v id es  th i n ter f a ce   b et w ee n   i n ter n al   ce ll s   w i th   ex ter n al  h ar d w ar f ac ilit a tin g   ac cu r ate  d ata   tr an s f er .   B ef o r ev er y   r ea d   o p er atio n   p r ec h ar g cir c u it  i s   e n ab led   b y   P E   s i g n al  to   p r ec h ar g   th co m p le m e n tar y   b it  lin e s .   Fo r   r ea d in g   th e   s to r ed   d ata,   SE  s i g n al  i s   ac t iv ated   to   d ete ct  th e   s m all   v o lt ag e   d if f er e n ce s   b et w ee n   B L   a n d   B L   w i th   th h elp   o f   s e n s a m p li f ier   b lo ck .   Fo r   w r ite  o p er atio n ,   th at  i s   to   m o d i f y   th d ata  co n ten o f   th ce ll s ,   W E   s ig n al  i s   ac ti v ated   an d   th d ata  is   g iv e n   as  a n   in p u to   D A T A .   Sch e m atic  v ie w   o f   ter n ar y   1 x 1   SR A ar r a y   s h o w n   i n   Fi g u r 10 .           Fig u r 9 .   Si m u latio n   r esu l t f o r   lo g ic  ( 1 /2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   20 89 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   Vo l.  8 ,   No .   3 No v em b er   2019 : 1 7 5     1 8 4   182       Fig u r 10 .   Sch e m at ic  v ie w   o f   ter n ar y   1 x 1   S R A ar r a y       C NFET   Sp ec if icatio n s     P h y s ical  c h a n n el  le n g t h   ( L _ ch an n el) = 3 2 . 0 n m     T h len g t h   o f   d o p ed   C NT   s o u r ce /d r ain   ex ten s io n   r e g io n   ( L _ s d ) = 3 2 . 0 n m     Fer m i le v el  o f   t h d o p ed   S/D tu b ( E f o ) = 0 . 6   eV    T h th ick n es s   o f   h i g h - k   to p   g a te  d ielec tr ic  m ater ial  ( T o x ) = 2 . 0 n m     C h ir ali t y   o f   tu b ( m ,   n ) = ( 1 9 ,   0 )     C NT   P itch = 2 0 n m     Flatb an d   v o lta g f o r   n - C NT FET   an d   p - C NT FET   ( Vf b n   an d   Vf b p ) = 0 . 0 eV  an d   0 . 0 eV T h m ea n   f r ee   p ath   in   in tr i n s ic  C NT   ( L ce f f ) = 2 0 0 . 0 n m     T h m ea n   f r ee   p at h   in   p +/ n + d o p ed   C NT = 8 . 0 n m     T h w o r k   f u n ctio n   o f   So u r ce / Dr ain   m e tal  co n tact = 4 . 6 eV    C NT   w o r k   f u n ctio n = 4 . 5 eV T h s izin g   o f   C NFET   is   eq u iv a len t to   ad j u s tin g   t h n u m b er   o f   tu b e s .   6T - SR A   -   M1 ,   M3   ---   4   tu b e s     -   M2 ,   M4   ---   2   tu b e s     -   M5 ,   M6   ---   3   tu b e s         3.   SI M UL AT I O R E S UL T S   T h p o w er   d is s ip ated   b y   t h e   m e m o r y   ce ll  is   u s u all y   s i g n i f ica n p ar o f   th to tal  ch ip   p o w er .     C ell  ac ce s s in g   co n s u m es  s ig n i f ican f r ac tio n   ( 3 0 - 6 0 %)  o f   to tal  p o w er   d is s i p atio n   in   m o d er n   m icr o p r o ce s s o r .   A   lar g p o r tio n   o f   ce ll  en er g y   is   d is s ip ated   in   d r iv in g   t h b it - l in e s ,   w h ic h   ar h ea v i l y   lo ad ed   w it h   m u ltip le   s to r ag e   ce lls .   C lear l y ,   th e   m e m o r y   ce lls   ar th m o s attr ac ti v tar g ets   f o r   p o w er   r ed u c tio n .     I n   T er n ar y   1 x 1   SR A ar r a y   b ec au s o n o f   th r ee   b it - li n es   m u s b d is ch ar g ed   to   lo w   r e g ar d less   o f   w r itte n   v alu e,   t h p o w er   co n s u m p t io n   in   w r iti n g   0 ,   1 /2 ,   1   ar th g e n er all y   s a m e.   T h er ar al w a y s   tr an s itio n s   o n   b it   lin es  i n   w r it in g   0   a n d   r ea d in g   1   an d   w h ile  ac ce s s i n g   ce l s in ce   a n   o v er w h el m in g   m aj o r it y   o f   t h w r ite  a n d   r ea d   b its   ar 1   th ese  ca u s h i g h   p o w er   co n s u m p tio n   d u r in g   r ea d / w r ite  o p er atio n   in   ter n ar y   1 x 1   S R A ce l l   [ 1 0 ] Fo r   r ea d in g   an d   w r iti n g   1 ,   1 /2 ,   0 ,   in   Q,   tr an s is to r s   w h i ch   ar ON  ar n o ted   an d   th p o w er   d is s ip ated   b y   th ese  tr a n s i s to r s   is   ca lcu late d   b y   m u ltip l y i n g   v o ltag a n d   cu r r en f lo w in g   t h r o u g h   th at  co r r esp o n d in g   tr an s i s to r s .   T h u s   th p o w er   Di s s ip ated   b y   th tr an s is to r s   is   m ea s u r ed .   Si m u latio n   r esu l f o r   lo g ic  ( 0 )   s h o w in   Fi g u r 1 1       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4864       Desig n   a n d   imp leme n ta tio n   o f   C N TFE b a s ed   tern a r 1 x1   mem o r ies   ( S.   Ta mil S elva n )   183       Fig u r 1 1 .   Si m u latio n   r es u lt  f o r   lo g ic  ( 0 )             Fig u r 1 2 .   Si m u latio n   r es u lt  f o r   lo g ic  ( 1 )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   20 89 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   Vo l.  8 ,   No .   3 No v em b er   2019 : 1 7 5     1 8 4   184   4.   P E RF O RM ANCE RES UL T S   T ab le   2   s h o w s   th p o w er   r esu lt s   o f   co m p ar 6 5 n m   w it h   3 2 n m   d if f er e n ter n ar y   I n v er ter s ,     I is   ev id e n f r o m   t h T ab le  2 ,   r ed u ctio n   in   tec h n o lo g y ,   r esu lt s   i n   lo w   p o w er   co n s u m p tio n .   I n   t h is   p ap er ,     th ese  ter n ar y   i n v er ter s   ar u s e d   f o r   d esig n in g   T er n ar y   S R AM   f o r   lo w   p o w er   ap p licatio n s .   p er f o r m a n ce   r es u lt s   o f   th 1 X1 T er n ar y   SR A A r r a y .   P o w er   an d   Data   ac ce s s   ti m is   d ep icted   in   T ab le   3 .   A n al y s is   r es u lt     o f   ter n ar y   1 x 1   m e m o r y   A   as s h o w s   i n   Fi g u r 1 3 .       T ab le  2 .   P o w er   r es u lts   o f   ter n a r y   i n v er ter s   S . N O   6 5 n m   3 2 n m   S TI   0 . 0 2 8 9 0 mw   0 . 0 1 3 9 mw   P TI   0 . 0 3 2 0 mw   0 . 0 2 1 0 mw   ss N TI   0 . 0 1 0 7 mw   0 . 0 0 9 9 mw           Fig u r 1 3 .   A n al y s is   r es u lt o f   t er n ar y   1 x 1   m e m o r y   A       T ab le   3 .   P er f o r m a n ce   r esu l ts   o f   1 X1   ter n ar y   S R A ar r a y   S . N O   6 5 n m   3 2 n m   P o w e r   d i ssi p a t i o n   0 . 5 0 8 mw   1 . 4 1 2 mw   A c c e ss t i me   7 . 8 8 n s   5 . 2 3 n s       5.   CO NCLU SI O N     A   T er n ar y   1 x 1   SR A ce ll  was  d esig n ed   u s i n g   HSP I C E   an d   T an n er   3 2 n m   T ec h n o lo g y .   T h R ea d   an d   W r ite  Op er at io n s   ar p er f o r m ed   u s in g   Hsp ice .   T h p r o p o s ed   SR A M   is   d esi g n ed   u s in g   T er n ar y   1 x 1   Sra m   m e m o r y   ar r a y .   B ased   o n   th e   ev alu atio n   an d   co m p ar is o n   o f   th p er f o r m a n ce   p ar am e te r s   o f   tr ad itio n al  6 T   SR A M   ce lls   an d   p er ip h er al  c i r cu its   b et w ee n   p r ed ictab le  3 2 n m   C NF E T ,   clea r   s u p er io r it y   o f   t h C NFET s   ca n   b o b s er v ed .   T h ese  r esu lt s   c lear l y   j u s ti f y   th a C NT FET   is   m o r s u itab le  f o r   cir cu it  d esig n   r ath er   t h an   MO SF E T s ,   T h f ast  o p er atio n   p o w er   co n s u m p tio n ,   ac ce s s   ti m less   co m p ar ed   w it h   th co n v e n tio n al  6 5 n m   tech n o lo g y .   A s   r es u lt   o f   c o m p ar is o n   it  is   f o u n d   t h at  te r n ar y   1 x 1   s r a m   u s e s   le s s   n u m b er   o f   tr a n s i s to r s ,     r ed u ce   in   ter m s   o f   t h ar ea ,   Po w er   an d   in cr ea s es  t h s p ee d .   Fu r th er   en h an ce m e n t   o f   th is   w o r k   ca n     b d esig n i n g   8 - b it ter n ar y   SR A u s i n g   C NT FET   tech n o lo g y .       RE F E R E NC E   [1 ]   Je ff r e y   L u tze   a n d   S u re sh   V e n k a tes a n   (1 9 9 5 ),   T e c h n i q u e f o Re d u c in g   th e   Re v e rse   sh o rt  C h a n n e Ef f e c in     S u b - 0 . 5 u m   CM OS IEE E   El e c tro n   De v ice   L e tt e rs ,   V o l .   1 6 ,   N o .   9 ,   S e p tem b e 1 9 9 5 .   [2 ]   Ja so n   P a u Cl if f o rd , ―A   S e l f - Co n siste n Nu m e rica M o d e F o Bi p o lar  T ra n sp o rt   In   Ca r b o n   Na n o t u b e   F iel d - Ef f e c T ra n sisto rs‖   T h e   Un iv e rsit y   O f   Br it ish   C o lu m b ia De c e m b e 2 0 0 3     [3 ]   Rii c h iro   S a it o   (1 9 9 8 ),   P h y sic a P ro p e rti e s o f   Ca rb o n   Na n o tu b e s .   L o n d o n   Im p e rial  Co ll e g e   P re ss .     [4 ]   L   S   P h a n in d ra M   Ra jath   V   Ra k e sh   n o v e d e sig n   a n d   i m p lem e n tatio n   o f   m u lt i - v a lu e d   lo g ic  a rit h m e ti c   f u ll   a d d e c ircu it   u sin g   CNT F ET   IEE E   20 - 2 1   M a y   2 0 1 6   0 9   Ja n u a ry   2 0 1 7 .   [5 ]     S a m e e P ra b h u ,   Nish a   S a rw a d e ,   " A p p li c a ti o n   o f   CNT F ET   a L o g ic  G a tes   a n d   it im p lem e n tatio n   u si n g   HSP IC E" ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o M o d e rn   En g i n e e rin g   Res e a rc h   ( IJ M ER ) ,   v o l.   3 ,   n o .   6 ,   p p .   3 6 4 6   [6 ]   Ra s m it a   S a h o o ,   M ish ra ,   S i m u latio n o f   Ca rb o n   Na n o t u b e   F ield   Ef f e c T r a n sisto rs,  P il a n i : P h y sic G ro u p ,   Birl a   In stit u te o f   T e c h n o lo g y   a n d   S c ien c e ,   v o l.   1 ,   n o .   2 ,   p p .   1 1 7 - 1 2 5   [7 ]   T o sh in o ri  N u m a ta  (2 0 0 5 ),   Co n t ro o f   T h re sh o ld - V o l tag e   a n d   sh o rt - C h a n n e Ef f e c ts  in   Ultrath in   S train e d - S OI   CM OS  De v ice s IEE T ra n s a c ti o n s o n   El e c tro n   De v ice s ,   V o l .   5 2 ,   No .   8 ,   A u g u st 2 0 0 5   [8 ]   Ka m a r,   Z. ,   &   Ne p a l,   (2 0 1 0 ,   A u g u st).   No ise   m a r g in - o p ti m ize d   tern a ry   CM OS  S R A M   d e la y   a n d   siz in g   c h a ra c teristics .   In   Circu it a n d   S y ste m (M W S C A S ),   5 3 rd   IEE E   In ter n a ti o n a M id we st   S y mp o siu m   on    (p p .   8 0 1 - 8 0 4 ).   [9 ]   W u ,   X .   W . ,   &   P ro ss e r,   F .   P .   (1 9 9 0 ).   CM OS  tern a ry   lo g ic  c ircu it s.  IEE   Pro c e e d in g G   (Circu it s,  De v ic e a n d   S y st e m s),  1 3 7 (1 ) ,   2 1 - 2 7 .   L .   S .   Y.   [1 0 ]   S im ra n   Ka u r,   A sh w a n Ku m a r,   A n a l y sis  o f   L o w   P o w e rS R AM  M e m o r y   Ce ll   u sin g   T a n n e T o o l,   IJECT     V o l .   3 , Iss u e   1 ,   Ja n . - M a rc h   2 0 1 2     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.