Регистр сдвига

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 09) О 1)О ПО САНИЕ ИЗОБРЕТ ТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54 )(57 ) РЕГИСТР СДВИГА, содержащий последовательно расположенные квантующий и,неквантующий контуры, состоящие из первого и второго сверхпроводящих 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 содержитдополнительных джозефсоновских контактов, где 2 с .1 ( 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- э но.Изобретение относится к микроэлектронике и вычислительной технике и может быть использовано для построения запоминающих устройств на эффекте Джозефсона с периодическим доступом.5Известен регистр сдвига, содержащий два сверхпроводящих электрода, гальванически связанные сосредоточенными джозефсоновскими контактами, а также шины управления, каждая из 1.0 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 Ь контура и критического тока 1 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- . житдополнительных джозефсоновских контактов, гце 2 сс 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 стационарО 8 с 11 с/ фо с 1/25 (1) структура имеет одно устойчивоесостояние и в любом контуре структуры может происходить захват циркулирующего тока и связанного с ним потока магнитного поля, величина ко" торого зависит от параметров структуры, индуктивности и критического ,тока и равна примерно кванту магнитного потока Ч =Ь/21 а 210 Вб, т.е. контур является квантующим. Условия квантования, накладывающиеограничения на,параметры структуры, вытекают из условия однозначности параметра порядка волновой функции куперовских пар; набег фазы парамет-ра порядка должен быть кратен 2 Я Приэтом известно, что джозефсоновский контакт в контуре с циркулирую щим Потоком 1 вносит вклад в набег Фазы, равный агсяп (1/1 с ) с 7 /2, индуктивность контура вносит вклад 2 н 1 1/ЧО. Захваченный циркулирующийток можно продвигать вдоль структу 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 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 тактовья сигналом разнополярной Формы,который подается по одной шине управления. Это позволяет устранить существенный недостаток однородного регистра сдвига - многотактовостьуправляющего сигнала; Однако фундаментальное ограничение на произведение геометрической индуктивностиконтура и критических токов контактов приводит к следующему, Обычноиспользуемая величина критическихтоков 1 составляет величину порядка 50 мкА, а индуктивность 1, ограничена снизу величиной порядка0,20 нГн(2 Д,Но геометрическая индуктивностьконтура, как известно пропорциональна линейным размерам структуры ипри обычной ширине пленочных структур л 10 мкм минимальный линейныйразмер контура равен примерно100 мкм. Таким образом, указанныеограничения определяют минимальные размеры квантующих контуров,что не позволяет полностью использовать преимущества криоэлектронныхсхем с джозефсоновскими контактами - высокое быстродействие и низкоеэнерговыцеление (из-за низкой плотности упаковки схем),Целью изобретения является повышение степени интеграции регистрасдвига.0 91 /4 ББ25 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 Б агсвп(1/1 С) = 2 Й при малых индуктивностях выполняется для числа контактов Б4).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 ре не.менее четырех, то площадь контура равна Б 8, где Б - число контактов; Б - площадь одного контакта. Для квантующего контура с одним контактом площадь равна при мерно Я 1/4, где 1 - размер кон-тура в плане. Если принять, что используются сэндвичевые структуры джозефсоновских переходов как наиболее перспективные в криоэлектро 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 1 и 2,гальванически связан-. 40ных повторяющейся совокупностью джозефсоновских сэндвичевых контактов3-6, 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 гальвани- чески связаны шины 18 управления.Регистр сдвига работает следующим 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 нетгенерации вихрей ), распределяетсятаким образом, что протекает в основном по нижнему электроду 2. Этопроисходит из-за того, что в верхнемэлектроде 1 включены джозефсоновские контакты 7 - 9. Действительно,если ток управления меньше критического, то при малой индуктивностинижней части контура .14 (а именноуменьшение индуктивности являетсяфактически целью изобретения, так какиндуктивность линейно связана с геометрическими размерами) условиеквантования требует, чтобы сумма2:агсвп(1/1 ) оставалась постоянйой, где 1 . - токи, текущие черезконтакты, и суммирование идет повсем контактам контура. Поэтому изза дополнительно включенных джозефсоновских контактов 7 - 9 в электрод1 основная часть тока управления протекает по нижней части контура 14,имеющей малую индуктивность. Затемпо указанной причине ток управленияперераспределяется в контуре 16 так,что в контуре 15 он протекает поверхней части этого контура. Приэтом опять же по указанным причинам( из-за условия квантования ) примерно 2/3 тока управления проходит полевому контакту 4 контура 16. Еслив контуре 14 записана "1 ф, то в немсуществует циркулирующий ток, который в контакте 4 складывается с током управления, Для продвижения информации величина тока управлениявыбирается такой, чтобы его суммас циркулирующим током была большекритического тока контакта 4. Величина тока управления определяется,естественно, числом дополнительновключенных 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.Заказ 9315/46 Тираж 594 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж 35 Раушская набд, 4/5Филиал ППП "Патент", ,г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Использование дополнительных джозефсоновских контактов в квантующих и неквантукших контурах позволяет уменьшить геометрические размеры регистра, увеличивая его плотность упаковки, как следует из приведенных оценок,.примерно в 25 раз. Поэтому изготовление криоэлектронных запоминающих устройств на основепредлагаемого регистра сдвига методами тонкопленочной интегральнойтехнологии уменьшает возможное числокристаллов, а значит уменьшает стоимость запоминающих устройств,