本文依旧延用: CC BY-NC-SA 4.0 协议
tsa时间固化：用于标记本次构想的时间戳，外人能看懂。
又来灵感了！！
本文为纯概念设计，仅做多值逻辑架构探索，未经过器件仿真与流片验证。
本单元为单层平面横向双栅MOS，只需要修改单层掩膜版，无需多层平移光刻。依靠正负双极性电源实现4种逻辑状态，属于低压交流型多值逻辑单元。
摘要
本文提出一种横向平铺的双栅 MOS 概念器件，结构依次为：1 源极 S1 --- 2 栅极 G1 --- 3 漏极 D (公共输出 OUT) --- 4 栅极 G2 ---5 源极 S2。 S1、S2 持续接入固定电源，通过两个栅极的电平组合，一共定义 4 种独立逻辑状态。不同于传统设计把双栅同时导通当作短路故障，本构想将该状态作为第四种逻辑态，探索多值逻辑硬件的可能性。
⚠️重要声明：仅为原理概念设计，没有流片、无实物测试，属于脑洞探讨，不代表成熟可商用器件。
一、器件结构
横向平铺排布（从左到右一共 5 个区域）
- S1（源极）
- G1（栅极）
- D（漏极，公共输出引脚 OUT）
- G2（栅极）
- S2（源极）
供电设定：
- 1 号 S1 持续接 +V
- 5 号 S2 持续接 -V 两个源极长期通电；G1、G2 为控制引脚，输入高低电平来控制沟道通断。
二、四态逻辑定义
| G1 (2 号栅) | G2 (4 号栅) | 状态说明 | 逻辑值 |
|---|---|---|---|
| 高电平 | 低电平 | 左沟道导通，S1 (+V) 连通中间输出 D，输出正向电平 | +1 |
| 低电平 | 高电平 | 右沟道导通，S2 (-V) 连通中间输出 D，输出反向电平 | -1 |
| 低电平 | 低电平 | 左右沟道全部关断，中间 D 为高阻浮空状态 | 0 |
| 高电平 | 高电平 | 左右双沟道同时导通，+V、-V 在中间 D 节点对冲，作为独立第四态 | X |
三、设计思路
常规 H 桥、双栅 MOS 电路，都会增加硬件互锁，严格禁止两侧同时打开，目的是防止电源直通大电流烧毁器件。 而本构想换了思路：不规避双栅同时导通，主动把这个组合利用起来，作为第四种逻辑状态。 单个器件就可以承载 4 种逻辑，相比二进制单 bit 只有 0/1，单根信号线信息密度更高，是多值逻辑的一种探索方向。
四、待验证的工程难点（客观写，显得严谨）
- 第四态 X 功耗问题 当 G1、G2 同时高电平，S1 (+V) 和 S2 (-V) 会通过两条导通的沟道形成持续电流通路，静态功耗会非常大。器件发热严重，大规模阵列集成时，散热会是巨大挑战。
- 第四态电平不稳定 D 点电压由左右两条沟道导通电阻分压决定。半导体制造工艺微小偏差，都会改变分压比值。第四态 X 的输出电平很难稳定固定在一个数值，后端识别电路设计难度高。
- 0 态浮空漂移 G1、G2 全部关闭时，中间 D 节点是高阻态。电路板的电磁干扰、衬底耦合漏电，会让电位缓慢漂移，容易和有效信号混淆，需要额外钳位电路稳定电位。
- 栅极电场耦合 两个栅极距离很近，G1 的电场会干扰 G2 下方沟道，互相影响，会改变器件开关阈值。
五、拓展思考
- 基础单元：这个器件可以作为多值逻辑的基础单元。
- 路线选择：
- 方案 A：仅用作信号输出端口，主 CPU 仍然使用传统二进制，二进制指令控制这组栅极。不需要重写底层机器码。
- 方案 B：整套运算硬件全部使用这类四态单元，需要重新设计指令集、机器码，整套软件生态从零搭建。
六、总结
本构想在逻辑定义上自洽，横向「源 - 栅 - 漏 - 栅 - 源」双栅 MOS，利用栅极四种电平组合，实现 + 1、0、-1、X 四态。 但是目前仅停留在理论概念，上面提到的功耗、电平稳定性、栅耦合等工程问题，还需要后续仿真、流片实测才能验证可行性。 欢迎大家在评论区一起讨论多值逻辑硬件的想法。
上限 4 态，注意四态不好控制，找不出解法，那就锁死只允许 G1，G2 单独通电退回 3 态逻辑，