Регистр сдвига

Регистр сдвига

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) О1)

И5)) 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ....—, -: / . Н ABT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВЪ

18 (21 ) 3360491/18-24 (22) 05.12.81 (46) 23.11.83. Бюл. )) 43 (72) В.A. Бахтин, В.И. Махов и В.Н. Пархоменко (53) 681.327.6(088.8) (56) 1. Fu1ton Т.А., Dunkleberger Ь.N.

Арр1. Phys, Lett. 1973 ° v. 22, )) 5 р. 232-233.

2. ЖТФ, 1977 т. 47, Р 8, с. 10691072 (прототип ) ° (54 ) (57 ) РЕГИСТР СДВИГА, содержащий последовательно расположенные квантующий и,неквантующий контуры, состоящие из первого и второго сверх проводящих электродов, одноименные концы которых гальванически соедииены через джозефсоновские контакты, крайние контуры подключены,к управляющим шинам, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения степени интеграции регистра сдвига, он содержит дополнительные джозефсоновские контакты, причем каждый квантующий контур содержит i дополнительных джозефсоновских контактов, где 2 i с б, которые расположены последовательно в первом и втором сверхпроводящих электродах соответственно, а каждый неквантующий контур содержит по одному дополнительному .джозефсоновскому контакту,расположенному во втором и первом сверхпроводящих электродах соответствен- g но.

1056270

Изобретение относится к микроэлектронике и вычислительной технике и может быть использовано для построения запоминающих устройств на эффекте Джозефсона с периодическим доступом.

Известен регистр сдвига, содержащий два сверхпроводящих электрода, гальванически связанные сосредоточенными джозефсоновскими контактами, а также шины управления, каждан из t0 которых гальванически связана с одним . джозефсоновским контактом. В такой структуре два соседних джозефсоновских контакта вместе с заключенной между ними частью сверхпроводящих 15 электродов образуют контур. При выполнении следующего ограничения на произведение геометрической индук.тивности L контура и критического тока I контактов 20

Поставленная цель достигается тем, что регистр сдвига, содержащий последовательно расположенные квантующий и неквантующий контуры, состоящие из перврго и второго сверх-, проводящих электродов, одноименные концы которых гальванически соединены через джозефсоновские контакты, крайние контуры подключены к управляющим шинам, содержит дополнительные джозефсоновские контакты, причем каждый квантующий контур содер- . жит i дополнительных джозефсоновских контактов, гце 2 «с i с 6, которые расположены последовательно в первом и втором сверхпроводящих электродах соответственно, а каждый неквантующий контур содержит по одному дополнительному джозефсоновскому контакту, расположенному Во втором и первом сверхпроводящих электродах соответственно.

Увеличение числа джозефсоновских контактов в контуре приводит к изменению вида ограничения на параметры структуры, при которых контур является квантующим. Так, если число контактов в контуре не менее четырех, то устойчивое стационар0 8

Условия квантования, накладывающие ограничения на,параметры структуры, вытекают из условия однозначности параметра порядка волновой функции куперовских пар. набег фазы парамет- ра порядка должен быть кратен 2Я

При этом известно, что джозефсоновский контакт в контуре с циркулирую- 40 щим Потоком 1 вносит вклад в набег фазы, равный arcs in (I /?с ) с7 /2, индуктивность контура вносит вклад

2iiLI/Ôs. Захваченный циркулирующий ток можно продвигать вдоль структу- 45 ры, подавая многотактовые импульсы тока управления на шины управления.

Поэтому кодирование информации уровнем циркулирующего .тока позволяет использовать указанные структуры для . организации запоминающих устройств с периодическим доступом (1) .

Основным недостатком данного регистра сдвига является сложная система управления, содержащая большое число шин управления, равное числу контактов, и требующая тактовых сигналов во всяком случае больше одного.

Известен также регистр сдвига, содержащий два сверхпроводящих электрода.спериодически меняющейся индук- 60 тивностью, гальванически связанные джозефсоновскими контактами и образующие между каждыми двумя соседними контактами контуры так, что квантующие контуры разделены неквантующими, 65 сверхпроводящую шину управления, галь- ванически связанную с первым и последним контуром. Периодичность структу— ры позволяет продвигать циркулирующий ток регистра только одним тактовьм сигналом разнополярной формы, который подается по одной шине управления. Это позволяет устранить существенный недостаток однородного регистра сдвига - многотактовость управляющего сигнала; Однако фундаментальное ограничение на произведение геометрической индуктивности контура и критических токов контактов приводит к следующему. Обычно используемая величина критических токов Ic составляет величину порядка 50 мкА, а индуктивность L ограничена снизу величиной порядка

0,20 нГн (2), Но геометрическая индуктивность контура, как известно,. пропорциональна линейным размерам структуры и при обычной ширине пленочных структур 10 мкм минимальный линейный размер контура равен примерно

l00 мкм. Таким образом, указанные ограничения определяют минимальные размеры квантующих контуров, что не позволяет полностью использовать преимущества криоэлектронных схем с джозефсоновскими контактами - высокое быстродействие и низкое энерговыцеление (из-за низкой плотности упаковки схем).

Целью изобретения является повышение степени интеграции регистра сдвига.

1056270

fit /4mS . 25

60 ное состояние контура существует ,при любой и, в частности, при очень малой геометрической индуктивности, поэтому основной набег фазы может происходить только на джозефсоновских контактах (условие однозначности параметра порядка или условие квантования М arcsin(I/1с) = 2н при малых индуктивностях выполняется для числа контактов N > 4).Это значит, что при увеличении числа контактов в квантующем контуре до четырех и более снимается ограничение на размеры регистра в плане их уменьшения. Действительно, если число контактов в квантующем конту- 15 ре не.менее четырех, то площадь контура равна И - S, где N — число контактов; S — площадь одного контакта. Для квантующего контура с одним контактом площадь равна при- 20 мерно Я 1 /4, где 1 — размер кон- тура в плане. Если принять, что используются сэндвичевые структуры джозефсоновских переходов как наиболее перспективные в криоэлектро- 25 нике, то контакт в плане имеет форму квадрата со стороной, равной.ширине пленочной структуры.

Таким образом, уменьшение площади регистра. сдвига в рамках приведенных характерных параметров квантующих контуров равно

На чертеже представлена электрическая блок-схема предложенного регистра сдвига.

Регистр сдвига содержит два сверхпроводящих, например ниобиевых, электрода 1и 2,гальванически связан- 40 ных повторяющейся совокупностью джозефсоновских сэндвичевых контактов

3-6, обладающих безгистерезисной вольт-амперной характеристикой и имеюцих одинаковые критические токи, 45 аналогичные дополнительные джоэефсоновские контакты 7 — 13, включенные в электроды 1 и 2. Электроды 1 и 2 с джозефсоновскими контактами

3 — 13 образуют повторяющуюся систему связанных квантующих контуров 14 и 15 и неквантующих контуров 16 и

17. С указанной структурой гальванически связаны шины 18 управления.

Регистр сдвига работает слецующим образом.

При кодировании информации уровнем циркулирующего тока, направленным против часовой стрелки, подача положительного тока управления, текуцего слева направо, приводит к следующему. Во всех совокупностях связанных контуров в первом квантующем контуре 14 ток управления, если он меньше критического тока системы (т.е. внутри регистра сдвига нет генерации вихрей ), распределяется таким образом, что протекает в основном по нижнему электроду 2. Это происходит из-за того, что в верхнем электроде 1 включены джозефсоновские контакты 7 — 9. Действительно, если ток управления меньше критического, то при малой индуктивности нижней части контура .14 (а именно уменьшение индуктивности является фактически целью изобретения, так как индуктивность линейно связана с геометрическими размерами) условие квантования требует, чтобы сумма

X arcsin(I /Ic ) оставалась постоянйой, где 1 — токи, текущие через контакты, и суммирование идет по всем контактам контура. Поэтому изза дополнительно включенных джозефсоновских контактов 7 — 9 в электрод

1 основная часть тока управления протекает по нижней части контура 14, имеющей малую индуктивность. Затем по указанной причине ток управления перераспределяется в контуре 16 так, что в контуре 15 он протекает по верхней части этого контура. При этом опять же по указанным причинам (из-за условия квантования ) примерно 2/3 тока управления проходит по левому контакту 4 контура 16. Если в контуре 14 записана "1", то в нем существует циркулирующий ток, который в контакте 4 складывается с током управления. Для продвижения информации величина тока управления выбирается такой, чтобы его сумма с циркулирующим током была больше критического тока контакта 4. Величина тока управления определяется, естественно, числом дополнительно включенных джозефсоновских контактов.

При подаче выбранного тока управления происходит обычный переход циркулируюцего тока вначале в контур 16, а затем, так как контур 16 не является квантующим, в контур 15.

Подача тока управления по шине 18 управления с противоположной полярностью, но прежней величиной, переводит, как легко видеть, циркулирующий ток из квантующего контура 15 через неквантующий контур 17 в первый квантующий контур следующей за контуром 17 совокупности связанных контуров. При этом в контуре 14 ток управления отрицательной полярности вычитается из циркулирующего тока в контакте 4. Значит ток управления отрицательной полярности не влияет на информацию, записанную в контуре 14. Это приводит к необходимости ввода информации в регистр сдвига только при отрицательной полярности тока управления.

1056270

Составитель В. Фокина

Редактор В. Данко Техред Т. Маточка Корректор С. Шекмар

Заказ 9315/46 Тираж 5 94 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1130 35, Москва, Ж 35 Раушская наб, д, 4/5

Филиал ППП "Патент", .г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Использование дополнительных джозефсоновских контактов в квантующих и неквантукщих контурах позволяет уменьшить геометрические размеры регистра, увеличивая его плотность упаковки, как следует из приведенных оценок,.примерно в 25 раз.

Поэтому изготовление криоэлектронных запоминакщих устройств на основе предлагаемого регистра сдвига методами тонкопленочной интегральной технологии уменьшает возможное число кристаллов, а значит уменьшает стоимость запоминакщих устройств.