DE3008926A1

DE3008926A1 - Asymmetrische interferometer mit josephson-kontakten gleicher magnetischer laenge

Info

Publication number: DE3008926A1
Application number: DE19803008926
Authority: DE
Inventors: Hansjörg Dipl.-Ing. Beha; Wilhelm Prof. Dr.-Ing. 7500 Karlsruhe Jutzi
Original assignee: Institut fuer Elektrotechnische Grundlagen der Informatik
Current assignee: Institut fuer Mikro und Nanoelektronische Systeme KIT
Priority date: 1980-03-08
Filing date: 1980-03-08
Publication date: 1981-10-01
Also published as: DE3008926C2; US4473833A

Description

• h

Asymmetrische Interferometer mit Josephson-Kontakten gleicher magnetischer Länge.

Asymmetrische Interferometer bestehen aus induktiven Verbindungen oder Brücken zwischen Josephson-Kontakten, deren maximale Josephson-Ströme ungleich groß sind. Der maximale Josephson-Strom des Interferometers I_Q wird durch das magnetische Feld einer über der induktiven Brücke geführten Steuerleitung mit dem Steuerstrom I_n, moduliert. Asymmetrische Interferometer werden anstelle von symmetrischen Interferometern mit gleich großen maximalen Josephson-Strömen z.B. als Speicherzellen für zerstörungsfreies Auslesen einzelner Flußquanten und als logische Gatter eingesetzt, wenn die Betriebsströme besonders große Toleranzen haben müssen

Die Optimierung der asymmetrischen Interferometer wird meist unter der vereinfachenden Annahme vorgenommen, daß -das magnetische Feld der Steuerleitung im Innern der Josephson-Kontaktes vernachlässigbar klein ist. In diesem Fall spricht man auch von Interferometern mit Punktkontakten.

Der maximale Josephson-Strom I- von Interferometern mit Punktkontakten läßt sich relativ einfach in Abhängigkeit von dem Steuer strom Ip und der Anzahl N der in der Interferometerschleife eingezogenen Flußquanten berechnen. Für jeden Flußquantenzustand N gibt es in der I_,I -Ebene einen geschlossenen Bereich. Man spricht von einer Gattercharakteristik.
Die Bereiche der verschiedenen Flußquantenzustände von Interferometern mit zwei Punktkontakten gehen durch eine Verschiebung entlang der I^-Achse ineinander über. Beispielsweise haben dort alle Maxima der Flußquantenzustände die gleiche Höhe.

In Abb. 1 ist I= f(I„) mit N als Parameter für ein Interferometei G c

mit zwei Punktkontakten und mit einem Verhältnis der maximalen Josephson-Ströme von 2/1 und mit einer charakteristischen Phase λ = 2 ττ·Ι,Ι_ο/Φ_ο=2τγ gezeigt. Hierbei ist L die Induktivität der

130040/0069

Brücke zwischen den Kontakten und I_Q der maximalen Josephson-Strom des kleineren Kontakts ohne äußeres Magnetfeld. Φ = 2,07 mVps ist ein Flußguant.

Bei starker Miniaturisierung der Interferometer kann infolge der endlichen Auflösung der Strukturierungsprozesse der magnetische Fluß in den Josephson-Kontakten nicht mehr gegenüber dem Fluß im IntenSerometerring vernachlässigt werden. Die Veränderung der Bereiche der Flußguantenzustände gegenüber Interferometern mit Punktkontakten ist besonders ausgeprägt und ungünstig bei asymmetrischen Interferometern mit Josephson-Kontakten, die merklich verschiedene Längen parallel zur Steuerleitung besitzen, da durch ein gegebenes Steuerfeld der maximale Josephson-Strom des längeren Kontakts merklich stärker verkleinert wird als der des kürzeren, so daß die z. B. für große Toleranzen günstige Ungleichheit der maximalen Josephson-Ströme der Kontakte durch die Aussteuerung verkleinert wird.

Das gewünschte Verhältnis der maximalen Josephson-Ströme der Kontakte kann jedoch unverändert gehalten werden, wenn die .... magnetischen Flüsse Φ in den Kontakten sich im gleichen Verhäiinis ändern. In diesem Sonderfall kann die resultierende Gattercharakteristik durch die Multiplikation der Charakteristik des einzelnen Josephson-Kontakts mit der des Interferometers aus Punktkontakten gewonnen werden. Sind zusätzlich beide Josephson-Kontakte kurz gegenüber der Josephson-Eindringtiefe, so ist die Charakteristik des einzelnen Josephson-Kontakts besonders einfach

V O Ψ » ^{wobei x} "'V^o ·

In diesem Fall werden die Maxima der Flußguantenzustände mit zunehmendem Betrag |l_c[ für Φ_β ^<*_ο kleiner.

Die Skizze eines asymmetrischen Interferometers mit einem Verhältnis der maximalen Josephson-Ströme von 3/1 ist in Abb. 2 zu sehen. Über einer supraleitenden Grundplatte M1 und einer dicken Isolierschicht ist eine strukturierte supraleitende Schicht M2 angeordnet.

130040/0069

30Q8926

Sie bildet die untere- Elektrode der beiden Josephson-Kontakte A un B. über der M2-Schicht liegt eine Isolierschicht z.B. aus Silizium oxid mit einer Dicke von etwa 200 nm. Die dicke Isolierschicht hat im Bereich der schraffierten Flächen öffnungen, welche die M2-Schicht freigeben. Dort entsteht das dünne Tunneloxid. Die beiden schraffierten Flächen unterscheiden sich um den Faktor Die Kantenlänge der Flächen parallel zur Steuerleitung, d.h. die magnetische Länge des Kontakts ist gleich groß. Über der dicken und dünnen Oxidschicht liegt die supraleitende Schicht M3. Sie bildet die obere Elektrode der Josephson-Kontakte und die obere Verbindung zwischen den Kontakten. Die gesamte Breite der M3-Schicht über dem dicken und dünnen Oxid, am kleinen und großen Josephson-Kontakt ist gleich groß, so daß auch das Magnetfeld der Steuerleitung an beiden Kontakten die gleiche Größe hat. Die Breite der oberen Verbindung zwischen den Kontakten kann kleiner gehalten werden als die gesamte Breite über dem dicken und dünnen Oxid, wenn die Induktivität der Verbindung bei gegebener Länge möglichst groß sein soll. Die Steuerleitung S liegt über einem Isolator in einer weiteren strukturierten supraleitenden Schicht M4. Der Gatterstrom fließt in der Skizze von G nach H durch das Interferometer.

1 30040/0069

Literatur

1. H. Beha,- W. Jutzi, Speicherzelle für zerstörungsfreies Auslesen mit 2 Josephson-Kontakten, Offenlegungsschrift 2735133 mit dem Anmeldetag vom 4.8.1977.

2. H. Beha, Asymmetrie 2-Josephson junctions interferometer as a logic gate, Electronics Letters Vol. 13 No. pp. 218-220, March 1977.

130040/0069

Abb. 1 Normierter Gatter strom i == I_/I als Funktion

G Gi O

des normierten Steuerstromes i = I /I mit der Flußquantenzahl N als Parameter. Das Verhältnis der maximalen Josephson-Ströme ist 2/1. Die charakteristische Phase ist λ = 2irLI /φ = 2ττ.

Abb. 2 Auslegungsskizze eines asymmetrischen Interferometers für ein Verhältnis der maximalen Josephson-Ströme von 3/1.

130040/0069

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Interferometer mit ungleich großen Flächen der Josephson-Kontakte dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Flüsse der Steuerleitungen in den Josephson-Kontakten nahezu gleich groß sind.

2. Interferometer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Josephson-Kontaktlängen parallel zur Steuerleitung gleich groß sind und die gesamten Breiten der Metallisierung der Gegenelektrode der Josephson-Kontakte über einer dünnen aktiven Tunnelschicht und über einer dicken passiven Isolationsschicht im rechten Winkel zur Steuerleitung gleich groß sind.

3. Interferometer nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Breite der Gegenelektrode der Josephson-Kontakte größer ist als die Breite der induktiven Verbindung zwischen zwei Josephson-Kontakten.

130040/0069