DE2457552C3 - Gedämpfte supraleitende Speicherzelle mit Josephson-Kontakten - Google Patents

Description

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Supraleitende Speicherzelle mit einer über einer vorzugsweise supraleitenden Grundplatte angeordneten supraleitenden ersten Schleife zur Speicherung eines Ringstroms und mindestens einem darin enthaltenen Josephson-Tunnel-Kontakt dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle eine mit der Speicherschleife induktiv gekoppelte Widerstandsbehaftete zweite Stromschleife enthält

2. Speicherschleife nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schleife in verschiedenen benachbart liegenden Ebenen mit vertikalem Abstand angeordnet sind.

3. Speicherzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen der ersten und zweiten Schleife durch Isolationsschichten voneinander getrennt sind.

4. Speiche/zelle nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene mit der widerstandsbehafteten Schleife zwischen der Grundplatte und der Speicherschleife angeordnet ist

5. Speicherzelle nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene mit der widerstandsbehafteten Schleife vertikal über der Speicherschleife angeordnet ist

6. Speicherzelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die widerstandsbthaftete Schleife aus bei der Betriebstemperatur der Zelle norm«'leitendem Material besteht

7. Speicherzelle nach einem der mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die r> Dämpfung der Speicherzelle bei deren Herstellung wählbar ist, wobei als variierbare Parameter der Abstand zwischen erster und zweiter Schleife, das Verhältnis der von beiden Schleifen eingeschlossenen Flächen und das Material der widerstandsbehaf- -to teten Schleife zur Verfügung stehen.

8. Speicherzelle nach dem Oberbegriff dea Anspruchs 1, mit einer ersten (Speicher-)Schleife, deren elektrisches Ersatzschaltbild aus einer Parallelschaltung einer Induktivität L, einer Kapazität Cr, und eines Widerstands Ä^'/il ., besteht, kombiniert mit einer widerstandsbehafteten zweiten Schleife nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der effektive on Widerstand der ersten Schleife infolge der indutiv angekoppelten zweiten Schleife den Wert

£ erhält, wobei Ä-'/il £ eine kritisch gedämpfte Zelle ergibt, der Wert R<U2\ ₍. eine '"' überkritisch gedämpfte.

M) Speicher mit in supraleitende Schleifen eingebauten Josephson-Kontakten bieten im Vergleich mit anderen Speichereinrichtungen eine Reihe von Vorteilen, so beispielsweise außerordentlich schnelle Umschaltgeschwindigkeiten und eine hohe Packungsdichte infolge der sehr geringen Wärmedissipation. Das Ersatzschaltbild einer derartigen Speicherzelle kann aus einer Parallelschaltung einer verlustlosen Induktivität.'., eines Widerstandes Ä, und einer Kapazität C aufgebaut sein. Die Induktivität L weißt keine Verluste auf, da die Schleife supraleitend ist; ihr Induktivitätswert ist durch die Geometrie der Schleife gegeben. Der Widerstand R, hängt vom Josephson-Kontakt ab und wird durch dessen Geometrie bestimmt Die Kapazität C ist eine Funktion der Größe des Josephson-Kontakts. Der Stand der Technik lehrt daß zur Vermeidung einer fehlerhaften Arbeitsweise der Speicherzelle die Gesamtanordnung kritisch gedämpft sein muß. In der genannten US-Patentschrift sind hierzu nähere Erläuterungen gegeben.

Man hat festgestellt daß durch geeignete Wahl der Kontaktgröße Josephson-EIemente aufgebaut werden können, die eine kritisch gedämpfte Schleife ergeben, wenn sie in eine supraleitende Schleife eingebaut werden. Diese Forderung bedeutet jedoch für den Konstrukteur eine beträchtliche Einschränkung. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß die geringe Leistungsdissipation eines Josephson-Kontakts die Herstellung von Speichermatrizen erlaubt in denen die einzelnen Elemente in miniaturisierter Form enthalten sind. Bei diesen Dimensionen im Bereich von einigen Mikrons können aber keine kritisch gedämpften Schleifen mehr hergestellt werden, da der Widerstand R, des Tunnelkontakts größer ist als der für die kritische Dämpfung erforderliche Widerstand. In der genannten Patentschrift wird auch die Möglichkeit besprochen, parallel zum Josephson-Kontakt einen äußeren Widerstandskreis anzuschließen und mit der damit entstehenden Parallelkombination aus äußerem Widerstand und dem Widerstand R₁ des Kontakts eine kritisch gedämpfte Speicherschleife zu erzeugen. Dieses Verfahren ist zwar anwendbar, doch führt es zu einer Reihe von Nachteilen.

Diese Schwierigkeiten rühren daher, daß bei der Verwendung von miniaturisierten Schaltkreiselementen der zur kritischen Dämpfung einer supraleitenden Schleife mit einem Josephson-Kontakt erforderliche Widerstand im Gebiet von ungefähr einem bis zehn Ohm liegt. Der Widerstand des Josephson-Kontakts selbst liegt aber in der Größenordnung von drei bis hundert Ohm. Zur kritischen Dämpfung muß also ein äußerer Widerstand von ungefähr einem bis zehn Ohm parallel zum Josephson-Kontakt angeschlossen werden. Mit den zur Herstellung eines solchen externen Widerstandes derzeit vorhandenen Materialien wäre der Platzbedarf für diese widerstandsbehaftete Schaltung größer als die Speicherzelle selbst. Bei derartig großen Dimensionen wird offensichtlich die für Speicherzellen erreichbare Packungsdichte stark beeinträchtigt. Dies steht nun in direktem Gegensatz zu den Überlegungen, aus denen heraus ein supraleitender Speicher mit Josephson-Kontakten angestrebt wird. Aus alledem ergibt sich, daß im Stand der Technik keine Lehre enthalten ist, die angibt, wie die Dämpfung einer supraleitenden Speicherzelle mit einem Josephson-Kontakt den jeweiligen Bedingungen angepaßt werden kann. Ebenso wenig kann dem Stand der Technik entnommen werden, wie eine derartige Anpassung der Dämpfungsvorrichtung in einer praktisch verwertbaren