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国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

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SMS4-GCM及高速架构设计的实现

K.Subbulakshmi
印度金奈巴拉特大学欧洲经委会系
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

在密码算法SMS4和分组密码操作模式GCM的基础上，提出了一种新的高效加密认证算法SMS4-GCM。详细介绍了采用全管道架构设计的SMS4-GCM芯片，并在FPGA上实现，结果表明SMS4-GCM芯片的最大处理速率可达22.248 Gbps，能够满足高速网络应用的要求

关键字
SMS4-GCM;高速网络;加密;身份验证;完整的管道

介绍
半导体器件在性能和功能方面具有各种优势。纳米器件能有效地携带电荷和激子，是纳米电子学和光电子学的理想组成部分。近年来，在探索未来纳米电子应用的新型纳米技术方面取得了令人难以置信的发展。有几种类型的p-n结二极管，它们要么通过几何缩放、掺杂水平、选择正确的电极来强调二极管的不同物理方面，要么只是二极管在特殊电路中的应用，要么是真正不同的设备，如Gunn和激光二极管。特别是一些新兴的纳米电子器件，如场效应晶体管(fet)、纳米线fet和平面III-V化合物半导体，有望成为集成增强电路功能的潜在器件。最近，基于高亮度砷化镓(GaAs)的发光二极管(led)取得了令人印象深刻的发展，这使得led被植入大尺寸平板显示器成为可能[2-7]。这种内置的LED背光模块使图像更加清晰和丰富多彩。为了通过基于LED的解决方案快速打入消费级显示市场，非常需要提高内部和外部量子效率，以提高其光输出功率并降低LED模块的总成本。但是gan基led的外量子效率普遍较低，这是因为氮化外延材料与空气环境的折射率差较高[8][9]。来自III-V类材料的元素具有重要的贡献，它们的应用吸引了研究人员研究它们在光电子器件中的潜在用途，如发光二极管(led)和激光二极管(LDs)。 Several contributors demonstrated their application as various electronic gadgets such as displays, traffic signals, backlights for cell phones, lighting indicators and printers. Inspite of these two types of diodes, tunnel diode came into existence and in short span of time becomes an essential microwave device [10-15]. The resonant tunneling diode (RTD) belongs to the family of these diodes and is believed to be an element of a future low power, high density integrated circuit because of a possible ultra low power operation with a few electrons.
一些研究人员已经报道了使用纳米结构的二极管建模和合成的不同技术。用于制造的技术包括光刻，化学电沉积技术，溶胶-凝胶法，自旋涂层等等。对于建模，一些研究人员已经在一些值得信赖的软件上展示了他们的可靠性，如ANSYS, COMSOL MULTIPHYSICS, CoventorWare, PSpice和一些在线模拟器，如NANOHUB。二极管采用独特的纳米结构，如纳米线、纳米薄膜和碳纳米管(CNT)。为了实际应用，RTD必须在室温下运行。在这方面，通过改变器件的尺寸，模拟了两种不同的双势垒RTD的分析模型。因此，本文设计了2B RTD来评估其性能。

方法
在室温下对双势垒谐振隧穿二极管进行了模拟。所选用的模拟材料为以AlGaAs为势垒的GaAs。所使用的金属触点为铝雷竞技网页版(Al)。双势垒谐振隧穿二极管不同尺寸方面的布局分别如图1和图2所示。
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从图1和图2可以看出，该器件的总长度分别为112 nm和73 nm。施加的偏置电压设置为0.5伏。在装置的不同区域选择不同的掺杂浓度。两种设备的掺杂情况相同，如表1所示。
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对设备的输入参数进行了调整和优化，如表2所示。这些参数对于设备的成功评估很重要。
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结果和讨论
采用有效质量模型对双势垒谐振隧穿二极管进行了模拟。图3为阱宽较薄的双势垒谐振隧穿二极管导带，图4为阱宽较宽的双势垒谐振隧穿二极管导带。
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这些RTD的传导峰发生在发射极缺口区域的局域态与阱态对齐时。图5为小阱宽双势垒谐振隧穿二极管的电流电压特性，图6为长阱宽双势垒谐振隧穿二极管的电流电压特性。
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由于使用的结构设计不同，这两种VI的特性也不同。对于阱宽较薄的双势垒RTD，正向VI特性与简单pn结二极管基本相同。然而，双势垒RTD的井宽越长，电流随电压的增加而增加，直到峰值点。在峰值点之后，器件显示到谷点的负电阻区域。对于特定的电压范围，电流是电压的递减函数。这一特性在电路实现中非常重要，因为它可以提供与峰值电流和谷电流对应的不同压控逻辑状态。图7和图8分别为单、双势垒RTD的谐振能量。
当电子波长是阱宽的半整数倍时，就会发生共振。共振位置由能量色散关系中这些波长对应的能量给出。对于给定的k值，带非抛物性降低了色散。因此，对于这两个模型，两个势垒之间的区域就像一个具有离散能态的量子阱。当从源中流出的电子的能量与阱中的一个离散能级重合时，就会发生通过双势垒结构的共振隧穿。有界态在阱内的位置可以用门偏压调制。图9为单势垒谐振隧道二极管的透射系数，图10为双势垒谐振隧道二极管的透射系数。
电子的隧穿取决于势垒宽度。对于两种RTD，由于量子化能级较低，传输系数几乎等于1。透射系数的大小取决于势垒宽度和外加电场。由于两种模拟RTD的电场和势垒宽度相同，因此两者的透射系数几乎相同。

结论
本文采用不同尺寸的器件，模拟了不同双势垒RTD的解析模型。结果表明，具有较宽阱宽的双势垒RTD对高功率信号具有较好的性能，可作为振荡器，而具有较宽阱宽的双势垒RTD作为低功率器件具有较好的性能。对于这两种结构，共振发生时透射系数均为1。还可以得出共振峰被分割成小峰的数目，小峰的数目一般等于势垒的数目。此外，为了获得最大的透射系数，最好不施加电场。

参考文献















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