ЗБІЛЬШЕННЯ ШВИДКОДІЇ ЕЛЕМЕНТІВ ЛОГІКИ “І” ТА “АБО” НА ОСНОВІ ДЖОЗЕФСОНІВСЬКИХ КОНТАКТІВ

Анотація

Використання традиційних логічних елементів в цифровій електроніці забезпечувало багаторічний розвиток різноманітних електронних приладів та пристроїв. Паралельно проводяться дослідження та розробки логічних елементів на основі інших нетрадиційних фізичних явищ чи ефектів, зокрема логічних елементів на основі явища надпровідності, перспектива використання яких полягає в надмалому споживанні енергії та надвисокій швидкодії. Для надпровідникових логічних елементів використовують різноманітні джозефсонівські кріоелектронні структури, відомі як джозефсонівські кріотрони, в основі роботи яких лежить стаціонарний та нестаціонарний ефекти Джозефсона. На базі джозефсонівських кріотронів можна створювати і джозефсонівські елементи комп’ютерної пам’яті, і джозефсонівські елементи цифрової логіки. Основними вимогами до джозефсонівських кріотронів є стабільний режим роботи та висока швидкодія чи малий час комутації. Інформацію про режим роботи та швидкодію дають нам перехідні характеристики кріотронів – часові залежності напруги на кріотроні під час зміни його логічного стану, які можна отримати або експериментально, або розрахувати теоретично. Мета роботи полягає в пошуку способів збільшення швидкодії елементів цифрової логіки за рахунок використання структур, що працюють на інших принципах, ніж традиційні напівпровідникові схеми. Нами запропоновано принцип створення елементів цифрової логіки на базі джозефсонівських кріотронів, в основі роботи яких лежить стаціонарний та нестаціонарний ефекти Джозефсона. Описано принцип роботи цифрових логічних елементів «І» та «АБО», створених на основі тунельних джозефсонівських переходів «надпровідник - ізолятор - надпровідник». Створені математичні моделі процесів комутації в таких логічних елементах дозволили розраховати їх перехідні характеристики під час зміни логічного стану і визначити основні параметри таких моделей. Показано, що реалізувати елементи цифрової логіки «І» та «АБО» можна на окремих джозефсонівських кріотронах і керувати їх логічним станом за допомогою керуючих вхідних сигналів у вигляді імпульсів струму. Такі логічні елементи задовольняють усі вимоги до цифрових елементів логіки і мають характерний час комутації 2 - 3 пс, що вказує на суттєве підвищення їх швидкодії.