DE1269664B

DE1269664B - Superconducting switching or storage element

Info

Publication number: DE1269664B
Application number: DEP1269A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Werner Kolb
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-09-30
Filing date: 1963-09-30
Publication date: 1968-06-06

Description

Supraleitendes Schalt- oder Speicherelement Die Erfindung bezieht sich auf supraleitende Schalt- oder Speicherelemente. Solche Elemente, wie z. B. Dünnschicht-Cryotrons, müssen aus kältetechnischen und wirtschaftlichen Gründen sehr dicht gepackt werden. Daraus ergibt sich die Forderung, eine sehr große Zahl von Elementen mit möglichst gleichen Eigenschaften auf geringem Raum unterzubringen. Dadurch werden bei der Herstellung ungewöhnlich hohe Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der wesentlichen Kenndaten, wie z. B. Verstärkung und kritische Feldstärke, sowie an die Zuverlässigkeit der einzelnen Elemente gestellt. Wenn es nicht gelingt, alle Elemente, die z. B. auf einer gemeinsamen Grundplatte vereinigt sind, mit annähernd gleichen Eigenschaften auszustatten, ist die gesamte Anordnung wertlos und muß neu hergestellt werden.Superconducting switching or storage element The invention relates on superconducting switching or storage elements. Such elements as e.g. B. Thin-film cryotrons are required for refrigeration and economic reasons packed very tightly. Hence the requirement for a very large number to accommodate elements with the same properties as possible in a small space. This places unusually high demands on reproducibility during manufacture the essential characteristics, such as B. Gain and critical field strength, as well placed on the reliability of the individual elements. If it doesn't work, everyone Elements that z. B. are combined on a common base plate, with approximately Equipping the same properties, the entire arrangement is worthless and must be new getting produced.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, ein supraleitendes Schalt- oder Speicherelement mit einer in seiner Nähe angeordneten Schirmschicht aus steuerbarem supraleitendem Material auch dann verwenden zu können, wenn die Ansprechschwelle dieses Elementes vom Mittelwert der Ansprechschwellen einer Vielzahl von Elementen abweicht.The present invention is therefore based on the object of a Possibility to create a superconducting switching or storage element with a in its vicinity arranged shielding layer made of controllable superconducting material to be able to use even if the threshold of this element of the mean value the response thresholds of a large number of elements deviate.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in der Schirmschicht in der Nähe des gesteuerten Teiles des supraleitenden Elementes ein Dauerstrom induziert wird, dessen Magnetfeld auf den gesteuerten Teil des supraleitenden Schalt- oder Speicherelementes so einwirkt, daß dessen Ansprechschwelle im Sinn einer Angleichung an den genannten Mittelwert beeinflußt wird.According to the invention this is achieved in that in the shielding layer a continuous current is induced in the vicinity of the controlled part of the superconducting element is whose magnetic field on the controlled part of the superconducting switching or Memory element acts so that its response threshold in the sense of an adjustment is influenced by the mean value mentioned.

Die Anbringung einer Schirmschicht in der Nähe supraleitender Schalt- oder Speicherelemente ist an sich bekannt. Diese Schirmschicht ist bei den meisten bekannten Anordnungen eine relativ dicke Bleischicht und dient dann ausschließlich dazu, die Induktivitäten der Leiter zu verringern und damit die mögliche Arbeitsgeschwindigkeit der Anordnung zu erhöhen. Die Schirmschicht ist in dem verwendeten Temperaturbereich nicht steuerbar.The application of a shielding layer in the vicinity of superconducting switching or storage elements is known per se. This shielding layer is with most of them known arrangements a relatively thick lead layer and is then used exclusively to reduce the inductance of the conductors and thus the possible working speed to increase the arrangement. The shielding layer is in the temperature range used not controllable.

Ferner ist auch eine Speicheranordnung bekannt, bei der eine Schicht aus steuerbarem, supraleitendem Material zwischen den Steuerleitungen einerseits und einer Ausgangsleitung andererseits angebracht ist. Das steuerbare supraleitende Material stellt jeweils in der Nähe der Schnittpunkte der sich kreuzenden Steuerleitungen ein bistabiles Speicherelement dar. Je nachdem, ob sich ein Speicherelement im supraleitenden oder auf Grund einer koinzidenten Erregung über Zeilen- und Reihenleitung im normalleitenden Zustand befindet, wird eine Energieübertragung auf die Ausgangsleitung verhindert, oder es wird ein Ausgangsimpuls erzeugt. Abhängig von der gespeicherten Binärinformation werden also nur zwei bestimmte Zustände der Schirmschicht unterschieden, nämlich der supraleitende und der normalleitende Zustand.Furthermore, a memory arrangement is also known in which one layer Made of controllable, superconducting material between the control lines on the one hand and an output line is attached on the other hand. The controllable superconducting one Material places each near the intersection of the crossing control lines a bistable storage element. Depending on whether there is a storage element in the superconducting or on the basis of a coincident excitation via row and row conductors in the normally conducting State, energy transfer to the output line is prevented, or an output pulse is generated. Depending on the stored binary information only two specific states of the shielding layer are distinguished, namely the superconducting and the normally conducting state.

Der Strompfad des supraleitenden Dauerstromes kann je nach Ausbildung des supraleitenden Schalt-oder Speicherelementes entweder durch Anbringung von Öffnungen in der Schirmschicht oder durch Einfrieren eines magnetischen Flusses in der Schirmschicht festgelegt werden.The current path of the superconducting continuous current can, depending on the design of the superconducting switching or storage element either by making openings in the shield layer or by freezing a magnetic flux in the shield layer be determined.

Man kann mit den Schalt- oder Speicherelementen gemäß der Erfindung stark redundante Schaltungsstrukturen aufbauen. Bei Schaltungsanordnungen aus supraleitenden Elementen kann man schlechte Schaltelemente, wie oben bereits erwähnt, nachträglieh nicht mehr ersetzen, so daß man schon bei der Planung möglichst große Zuverlässigkeit anstreben muß. Dieses Ziel läßt sich mit einer Schwellwertlogik erreichen, die ähnlich Neutronen-Netzwerken stark redundante Verknüpfungen aufweist. Eine solche Logik kann man mit dem steuerbaren Schalt- oder Speicherelement gemäß der Erfindung aufbauen. Besonders universell werden die Verknüpfungsmöglichkeiten bei Verwendung von sogenannten »In-line«-Cryotrons. Die Einstellung des Schwellwertes in den einzelnen Neutronen kann z. B. durch die Steuerleitungen der supraleitenden Elemente erfolgen. Diese Art der Verknüpfung bietet die Möglichkeit, ohne hohe Kosten redundante Schaltungsstrukturen mit der damit verbundenen größeren Zuverlässigkeit aufzubauen. Im einfachsten Fall kann man zu diesem Zweck mehrere solche Elemente parallel schalten und sie mittels sogenannter Majoritätslogik auswerten. Wesentlich geringere Fehlerwahrscheinlichkeiten erhält man, wenn man an Stelle jeweils nur einer informationstragenden Leitung Bündel von h Leitungen benutzt und den Schwellwert so einstellt, daß die Schaltfunktion dann ausgelöst wird, wenn mehr als h (1 -x) Leitungen z. B. die Information »1« besitzen. Einzelheiten über den Aufbau der Schalt- oder Speicherelemente gemäß der Erfindung sowie ein Ausführungsbeispiel werden an Hand der F i g. 1 bis 2 c näher erläutert.You can with the switching or storage elements according to the invention build highly redundant circuit structures. With circuit arrangements made of superconducting As already mentioned above, bad switching elements can be retrofitted to elements no longer replace, so that you can be as reliable as possible at the planning stage must strive. This goal can be achieved with threshold logic that is similar Neutron networks have strongly redundant links. Such a logic can be built with the controllable switching or memory element according to the invention. The linking options are particularly universal when using so-called "In-line" cryotrons. The setting of the threshold value in the individual neutrons can e.g. B. be done through the control lines of the superconducting elements. These Type of link offers the possibility of redundant circuit structures without high costs with the associated greater reliability. In the simplest case you can connect several such elements in parallel for this purpose and use evaluate so-called majority logic. Significantly lower probability of errors one obtains if one bundles instead of only one information-carrying line of h lines are used and the threshold value is set so that the switching function is triggered when more than h (1 -x) lines z. B. the information "1" own. Details about the structure of the switching or storage elements according to the invention and an exemplary embodiment are shown on the basis of FIGS. 1 to 2 c explained in more detail.

F i g. 1 a und 1 b zeigen zwei bekannte Ausführungsformen von supraleitenden Schalt- oder Speicherelementen. F i g.1 a zeigt dabei im besonderen ein sogenanntes Kreuzfeld-Cryotron, welches aus einem gesteuerten Teil 1 und einem steuernden Teil 2 besteht, die in Form eines Kreuzes angeordnet sind. Der gesteuerte Teil 1 wird durch den in dem steuernden Teil 2 fließenden Strom vom supraleitenden Zustand in den Zustand der Normalleistung umgesteuert. F i g. 1 b zeigt ein sogenanntes »In-line«-Cryotron, welches aus einem gesteuerten Teil 1 und einem steuernden Teil 2 besteht. Im Gegensatz zu F i g. 1 a sind diese beiden Teile bei diesem »In-line«-Cryotron parallel zueinander angeordnet. Die Wirkungsweise ist jedoch im wesentlichen die gleiche.F i g. 1 a and 1 b show two known embodiments of superconducting Switching or storage elements. F i g.1 a shows in particular a so-called Kreuzfeld-Cryotron, which consists of a controlled part 1 and a controlling part 2, which are arranged in the form of a cross. The controlled part 1 becomes by the current flowing in the controlling part 2 from the superconducting state in reversed the state of normal performance. F i g. 1 b shows a so-called "in-line" cryotron, which consists of a controlled part 1 and a controlling part 2. In contrast to F i g. 1 a, these two parts are parallel to each other in this "in-line" cryotron arranged. However, the operation is essentially the same.

Bei Cryotrons der dargestellten Art, die darüber hinaus, insbesondere bei Verwendung von mehreren steuernden Leitungen, noch gewisse Variationen zulassen, sind die Eigenschaften des Schalt- oder Speicherelementes durch die Art des verwendeten Materials, seine Dicke sowie den Abstand und die Größe der einzelnen Leiter voneinander gegeben und nach Fertigstellung nicht mehr änderbar.In the case of cryotrons of the type shown, in addition, in particular when using several controlling lines, still allow certain variations, are the properties of the switching or storage element due to the type of used Material, its thickness and the distance and size of the individual conductors from each other given and can no longer be changed after completion.

Um jedoch Elemente zur Verfügung zu haben, deren Eigenschaften auch nach Fertigstellung noch geändert werden können, wird gemäß der Erfindung in der Nähe des supraleitenden Schalt.- oder Speicherelementes eine Schirmschicht angebracht, die zumindest im Bereich des Schalt oder Speicherelementes aus steuerbarem, supraleitendem Material besteht. Die F i g. 2 a, 2b und 2 c zeigen drei verschiedene Ausführungsbeispiele von supraleitenden Schalt-oder Speicherelementen, bei denen eine solche steuerbare Schirmschicht 3 in der Nähe der Elemente angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird weiterhin in dieser steuerbaren Schirmschicht in der Nähe des gesteuerten Teiles des supraleitenden Schalt- oder Speicherelementes ein Dauerstrom induziert, dessen Magnetfeld auf den gesteuerten Teil des supraleitenden Schalt- oder Speicherelementes so einwirkt, daß dessen Ansprechsehwelle beeinflußt wird. Dieses Hilfsfeld unterstützt oder hemmt das Feld des Stromes in dem steuernden Teil 2 beim Schalten des gesteuerten Teiles 1 vom supraleitenden Zustand in die Normalleitung. Das sich selbst erhaltende magnetische Hilfsfeld wird durch Induzieren eines Supraleiterstromes in der Schirmschicht 3 erzeugt. Dabei gibt es je nach dem Aufbau des supraleitenden Schalt- oder Speicherelementes verschiedene Möglichkeiten, den Strompfad des Dauerstromes zu bestimmen. F i g. 2 a zeigt z. B., wie der Strompfad durch Anbringung von Öffnungen 5 in der Schirmschicht 3 bestimmt wird. Die Pfeile 4 deuten dabei an, daß der Strom je nach der gewünschten Richtung des Magnetfeldes entweder in der einen oder in der anderen Richtung um die Öffnungen fließen kann. Solche Aussparungen können z. B. bereits beim Aufdampfen der Schirmschicht durch Masken oder durch Abätzen der Schirmschicht erzeugt werden. Der Supraleiterstrom wird in der Schirmschicht durch Anlegen eines hinreichend großen Impulsstromes z. B. an die gesteuerte Leitung 1 induziert. Der nach dem Abschalten des Impulsstromes in der Schirmschicht 3 verbleibende Supraleiterstrom und damit die Größe des magnetischen Hilfsfeldes richtet sich nach dem Grad der übersteuerung, d. h. dem Verhältnis des Impulsstromes zur kritischen Stromstärke des unter dem gesteuerten Teil liegenden Teils der steuerbaren Schirmschicht 3. Dabei muß der Quotient größer als 1 sein, d. h. der Mittelstreifen zwischen den zwei Aussparungen erst in Normalleitung geschaltet werden. F i g. 2 b zeigt die Anwendung einer Schirmschicht 3 mit Öffnungen 5 für den Fall eines sogenannten »Inline«-Cryotrons. Die Dauerströme bilden sich dabei ebenfalls um die beiden Öffnungen 5 je nach der Richtung des vorher in einem der Leiter fließenden Impulsstromes aus.However, in order to have elements available, also their properties can still be changed after completion, according to the invention in the A shielding layer is attached near the superconducting switching or storage element, at least in the area of the switching or storage element made of controllable, superconducting Material. The F i g. 2a, 2b and 2c show three different exemplary embodiments of superconducting switching or storage elements in which such a controllable Shield layer 3 is arranged in the vicinity of the elements. According to the invention will continue in this controllable shielding layer near the controlled part of the superconducting Switching or storage element induces a continuous current, the magnetic field of which on the controlled part of the superconducting switching or storage element acts in such a way that that its response visual wave is influenced. This auxiliary field supports or inhibits the field of the current in the controlling part 2 when switching the controlled part 1 from the superconducting state to the normal line. The self-sustaining magnetic The auxiliary field is created by inducing a superconductor current in the shielding layer 3 generated. There are depending on the structure of the superconducting switching or storage element different possibilities to determine the current path of the continuous current. F i g. 2 a shows e.g. B. how the current path by making openings 5 in the shielding layer 3 is determined. The arrows 4 indicate that the current depending on the desired Direction of the magnetic field either in one or the other direction the openings can flow. Such recesses can be, for. B. already during vapor deposition the shielding layer can be produced by masks or by etching off the shielding layer. The superconductor current is generated in the shielding layer by applying a sufficiently large Pulse current z. B. induced on the controlled line 1. The one after switching off of the impulse current in the shielding layer 3 remaining superconductor current and thus the size of the auxiliary magnetic field depends on the degree of overload, d. H. the ratio of the impulse current to the critical current strength of the under the controlled part lying part of the controllable shielding layer 3. The Quotient must be greater than 1, i.e. H. the median between the two recesses first switched in normal line. F i g. 2 b shows the application of a shielding layer 3 with openings 5 for the case of a so-called “inline” cryotron. The continuous currents are also formed around the two openings 5 depending on the direction of the previous one in one of the conductors flowing impulse current.

F i g. 2 c zeigt schließlich eine Ausführungsform, bei der die Schirmschicht 3 keine Öffnungen aufweist. Der das Hilfsfeld erzeugende Dauerstrom kann bei einem Kreuzfeld-Cryotron, wie es F i g. 2 c zeigt, durch Einfrieren eines magnetischen Flusses festgelegt werden. Die Ströme, die mit einem Pfeil 4 gekennzeichnet sind, bilden sich an den bezeichneten Stellen unter der Einwirkung zweier koinzidenter Magnetfelder aus, die durch Ströme auf dem gesteuerten Teil 1 und dem steuernden Teil 2 des supraleitenden Schalt- oder Speicherelementes fließen. Die Größe des entstehenden Hilfsfeldes kann in diesem Fall durch die Größe beider koinzidenter Stromimpulse eingestellt werden. Die Anwendung dieses Prinzips ist insbesondere bei nach Art einer Matrix angeordneten Schalt- oder Speicherelementen vorteilhaft.F i g. 2c finally shows an embodiment in which the shielding layer 3 has no openings. The continuous current generating the auxiliary field can be used in a Kreuzfeld cryotron, as shown in FIG. 2c shows by freezing a magnetic The river. The currents, which are marked with an arrow 4, are formed at the designated points under the action of two coincident ones Magnetic fields generated by currents on the controlled part 1 and the controlling part Part 2 of the superconducting switching or storage element flow. The size of the The resulting auxiliary field can in this case be more coincident due to the size of the two Current pulses can be set. The application of this principle is particular advantageous in the case of switching or storage elements arranged in the manner of a matrix.

Claims

Claims: 1. At least one controlling and one controlled Part of existing superconducting switching or storage element with one in its A shielding layer arranged in the vicinity of controllable, superconducting material, d a d u r c h g e - indicates that if the response threshold deviates, this Element from the mean value of the response thresholds of a large number of elements in this A shield layer in the vicinity of the controlled part of the superconducting element Continuous current is induced, its magnetic field on the controlled part of the superconducting Switching or storage element acts so that its response threshold in mind an adjustment to the mean value mentioned is influenced.

2. Superconducting Switching or storage element according to Claim 1, characterized in that the current path of the continuous current through arranged in the vicinity of the controlled part of the element Openings in the controllable material of the shielding layer is defined.

3. Superconducting Switching or storage element according to Claim 1, characterized in that the current path of the superconducting continuous current is determined by »freezing« a magnetic flux is. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1102 809.