Исследование процессов в усилителе сигналов быстрой одноквантовой логики на основе многоэлементных джозефсоновских структур (1103210), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Разработана иоптимизирована топология послойных фотошаблонов интегральной схемы для изготовлениявыходного усилителя на основе ниобиевой технологии. Проведено экспериментальноеисследованиеразработаннойинтегральнойсхемы,подтверждающееполученныетеоретические результаты.Полученные результаты могут быть успешно использованы в передовых компаниях,занятыхразработкойсверхпроводниковойэлектроники,ислужитьосновойдляпоследующих опытно-конструкторских разработок в области современных цифровыхтехнологий обработки и передачи информации.Достоверность представленных результатовДостоверность результатов, приведенных в диссертации, подтверждается тем, что онибылиполученыавторомсиспользованиемпередовоговысокотехнологическогооборудования, современных методов обработки экспериментальных данных, а такжеадекватного математического аппарата и программного обеспечения для проведениятеоретических расчетов.
Полученные результаты находятся в соответствии с имеющимисялитературными данными.Личный вкладАвтором лично было выполнено численного моделирование физических процессов вмногоэлементных джозефсоновских структурах с помощью программного комплексаPSCAN, а также другого современного программного обеспечения. Автором былиисследованы и оптимизированы все основные части усилителя одноквантовых импульсов: 1)цепи изохронного мультиплицирования одноквантовых импульсов, 2) цепи уширенияимпульсов и 3) цепи результирующего суммирования импульсов.Автором были разработаны и оптимизированы топологии послойных фотошаблонов дляизготовленияинтегральнойсхемынаосновесовременнойниобиевойтехнологииджозефсоновских структур. Разработка выходного фильтра производилась авторомсовместно с научной группой лаборатории микроволной микроэлектроники СанктПетербургского государственного электротехнического университета (СПбГЭТУ) «ЛЭТИ».4Серия экспериментальных образцов была изготовлена фирмой HYPRES.Все экспериментальные данные: результаты низкочастотных измерений характеристикисследуемых структур и результаты высокочастотного тестирования интегральной схемыусилителя были получены автором лично.Апробация работыОсновные материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались нанаучных семинарах лаборатории криоэлектроники кафедры атомной физики, физики плазмыи микроэлектроники физического факультета МГУ им.
М.В. Ломоносова и в ИнститутеРадиотехники и Электроники РАН. Основные положения и результаты диссертациидокладывались на 6 международных конференциях и симпозиумах, а именно, намеждународных конференциях по прикладной сверхпроводимости (Applied SuperconductivityConference,ASC)в2004и2006годах,намеждународнойконференциипосверхпроводниковой электронике (International Superconductive Electronics Conference, ISEC)в2005году,намеждународнойевропейскойконференциипоприкладнойсверхпроводимости (European Conference on Applied Superconductivity, EUCAS) в 2005 году,на международном студенческом семинаре по микроволновым применениям современныхфизических явлений (12th International Student Seminar on Microwave Applications Of NovelPhysical Phenomena) в 2005 году (2 доклада).ПубликацииПо результатам вошедших в диссертацию исследований имеется 6 печатных работ,опубликованных в ведущих отечественных и зарубежных реферируемых журналах.Объем и структура диссертацииДиссертация состоит из общей характеристики диссертационной работы, четырех глав,заключения, списка публикаций автора по теме диссертации и списка цитируемойлитературы.
Объем диссертации составляет 94 страницы, включая 58 рисунков, 6 таблиц,список публикации автора по теме диссертации из 6 наименований и список цитируемойлитературы из 42 наименований.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВ общей характеристики диссертационной работы представлено обоснованиевыбранной темы, сформулированы цели исследования, раскрыты научная новизна,практическая ценность и личный вклад автора.5Глава 1.
Введение. Постановка задачиВ разделе 1.1 дано краткое описание макроскопических квантовых эффектов всверхпроводниках, на которых основана работа устройств сверхпроводниковой электроники.Раздел 1.2 посвящен обзору современного состояния сверхпроводниковой электроникии рассмотрению перспективных направлений ее развития. Показано, что современнаятехнология позволяет разрабатывать интегральные схемы с очень высокой степеньюинтеграции элементов. Существуют полные библиотеки логических элементов. Уровеньразвития сверхпроводниковой электроники характеризуют разработанные прототипы RSFQпроцессоров, тактовые частоты которых в несколько раз больше максимальных частотработы полупроводниковых процессоров.
В то же время, крайне низкая энергияпереключенияджозефсоновскихэлементов,обеспечивающаяпреимуществосверхпроводниковой электроники, создает значительное препятствие для передачи сигналовRSFQ логики в цепи полупроводниковой электроники. Поэтому исключительно важная рольвразвитиицифровойсверхпроводниковойэлектроникиотводитсяразработкевысокоэффективных выходных усилителей-интерфейсов.В разделе 1.3 приведен обзор основных типов существующих выходных усилителейинтерфейсов.Приводитсяобоснованиеконцепциипостроениявысокоэффективногобыстродействующего выходного усилителя-интерфейса на основе последовательной цепочкесверхпроводящих квантовых интерферометров.В заключение первой главы производится постановка задачи.Глава 2. Изучение физических основ работы функциональных частей усилителяодноквантовых импульсовРаздел 2.1 посвящен описанию предлагаемой конструкции выходного усилителяинтерфейса.Основнымичастямиусилителяявляются:цепьизохронногомультиплицирования одноквантовых импульсов, цепь уширения импульсов и суммирующаяцепочка двухконтактных квантовых интерферометров (рис.
1). Цепь мультиплицированияимпульсов представляет собой сплиттерное дерево (от англ. splitter - разветвитель),состоящее из K колонок, осуществляющее мультиплицирования каждого входногоодноквантового импульса в набор 2K изохронных одноквантовых импульсов [16].Полученные импульсы с 2K параллельных выходов цепи мультиплицирования черезбуферные JTL (JTL – Josephson Transmission Line – джозефсоновская передающая линия)поступают в цепи уширения импульсов, в которых происходит увеличение длительности иамплитудыимпульсовинтерферометрытока.суммирующейМагнитноецепочки,полеимпульсоввызывая6токавоздействуетнамодуляцию ВАХ.
ИзохронностьРис.1. Принципиальная схема выходного усилителя-интерфейса. Основными частямиусилителя являются: (1) цепь изохронного мультиплицирования одноквантовых импульсов,(2) цепь уширения импульсов и (3) суммирующая цепочка двухконтактных квантовыхинтерферометров.импульсов тока приводит к сложению импульсов напряжения на интерферометрахпоследовательной цепочки.Основным преимуществом предложенной концепции усилителя является возможностьувеличения числа суммирующих элементов и повышение амплитуды выходного сигнала безограничения быстродействия усилителя и уменьшения допусков на технологический разброспараметров интегральной схемы.Раздел 2.2 посвящен изучению цепи изохронного мультиплицирования одноквантовыхимпульсов.В параграфе 2.2.1 описывается модель сплиттерного дерева, которая представляетсобой JTL с переменными параметрами ячеек: индуктивностью Ln = L q n и критическимтоком джозефсоновских переходов Icn = I C ⋅ q n , где L и IC – соответственно индуктивность икритический ток в первой ячейке сплиттерного дерева, q – коэффициент преобразования, а n– номер колонки сплиттерного дерева.
В такой модели каждая ячейка JTL представляетсобой колонку сплиттерного дерева. В случае одинакового значения параметров ячеек (L и7Рис. 2. Зависимость порогового значения тока смещения от индуктивностей ячеек l приразличных значениях коэффициента трансформации q.Ic) сплиттерного дерева во всех его колонках, коэффициент ветвления k и соответствующийему коэффициент трансформации q в модели совпадают.
Уменьшение (или увеличение)коэффициента трансформации q по сравнению с коэффициентом ветвления k будет означатьнеоднородную сплиттерную структуру, характеризующуюся монотонным уменьшением(увеличением) критического тока переходов Ic в сплиттерном дереве и пропорциональнымувеличением (уменьшением) индуктивности ячеек L с номером колонки n.В параграфе 2.2.2 определяются наиболее оптимальные параметры сплиттерногодерева, для чего проводится исследование времени распространения одноквантовогоимпульса по сплиттерному дереву (с использованием предложенной модели) в зависимостиот коэффициента трансформации q, токов смещения джозефсоновских переходов IB, а такжеBзначений индуктивностей ячеек L. Определяются значения пороговых токов смещения дляразличных параметров q и L. Выше порогового значения, по мере увеличения тока времяраспространения импульса быстро уменьшается и в диапазоне токов IB = 0.8…1 IC выходитBпримерно на константу, величина которой зависит от q и L.Зависимость порогового значения тока смещения от нормированного значенияиндуктивностейячеекl(l = (2π/Φ0)ICL)дляразличныхзначенийкоэффициентапреобразования q представлена на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
