3 Пленочные криотроны

Физической основой создания тонкопленочных криотронов является эффект протекания токов по поверхности сверхпроводника.

Конструкция тонкопленочного криотрона (рис. 3.5) содержит вентиль в виде тонкой пленки олова, нанесенной на подложку из стекла. На вентильной пленке есть слой изоляции из моноокиси кремния и далее свинцовая управляющая пленка.

В дальнейшем в целях уменьшения индуктивности криотрона и повышения быстродействия между подложкой и вентильной пленкой был введен свинцовый экран, который ограничивает в сверхпроводящем состоянии объем, занимаемый магнитным полем, и изолируется от вентильной пленки.

Рис.3.5 Конструкция поперечного пленочного криотрона

В первом приближении можно считать, что в такой структуре магнитное поле сконцентрировано в небольшой области между управляющей пленкой и экраном. Внутри области поле должно быть однородным:

где b_n - ширина управляющей пленки.

При условии Н ≥ Н_кр часть вентиля в рабочей области переходит в нормальное состояние.

Максимальное сопротивление вентиля определяется шириной управляющей пленки:

R_{в max} = ρb_n / dA_n ,

где ρ- удельное сопротивление вентиля в нормальном состоянии; А_n, d- соответственно толщина и ширина пленки вентиля.

Индуктивность тонкопленочного криотрона будет определяться областью распространения магнитного поля с участка длиной l_n и толщиной t_n:

L=μ_nl_nt_n/ b_n.

Тогда постоянная времени тонкопленочного криотрона

.

Более высоким быстродействием обладает конструкция продольного криотрона (рис. 3.6). В этом случае управляющая пленка расположена над пленочным вентилем из олова и параллельно ему. Обе пленки одинаковы по ширине и изолированы одна от другой и свинцового экрана слоями диэлектрика. Восстановление сопротивления всего вентиля происходит при пропускании тока через управляющую пленку в направлении, противоположном протеканию рабочего тока.

Отличительной особенностью продольного криотрона является наличие участка, на котором (d I_р/ d I_y) >1.

Практически полный коэффициент усиления по току продольного криотрона меньше единицы. Поэтому для реализации уcилительных свойств применяется цепь смещения, предcтавляющая cобой дополнительную управляющую пленку такой же ширины, которая изолирована от основной и расположена над ней. В результате на вентиль действует суммарное магнитное поле, вызванное током смещения и током управления.

Рис. 3.6. Конструкция продольного пленочного криотрона

Вводя большое количество управляющих пленок, можно о помощью криотрона реализовать сложные логические функции.

Повышение быстродействия продольного криотрона является результатом увеличения его сопротивления в нормальном состоянии и соответствующего уменьшения постоянной времени. Увеличение сопротивления связано с более эффективным управлением вентилем, в частности, за счет перехода вентиля в нормальное состояние по всей длине пленки.

Увеличенное сопротивление продольного криотрона позволяет легко согласовать его с полосковыми линиями передачи информации.