RU2744160C1 - Наноразмерный элемент цифровой логики - Google Patents
Наноразмерный элемент цифровой логики Download PDFInfo
- Publication number
- RU2744160C1 RU2744160C1 RU2020122958A RU2020122958A RU2744160C1 RU 2744160 C1 RU2744160 C1 RU 2744160C1 RU 2020122958 A RU2020122958 A RU 2020122958A RU 2020122958 A RU2020122958 A RU 2020122958A RU 2744160 C1 RU2744160 C1 RU 2744160C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanowire
- resistive
- nanowires
- narrowed
- normal state
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/30—Devices switchable between superconducting and normal states
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к микро- и наноэлектронике, а именно к цифровым устройствам, в частности к конструкции логического вентиля, реализующего операцию конъюнкции, и может быть использовано при создании цифровых интегральных схем с элементами субмикронных и нанометровых размеров. Предложен наноразмерный элемент цифровой логики, включающий подключаемые к источнику напряжения параллельно расположенные сверхпроводящие нанопровода, содержащие резистивные участки, при этом он содержит основной нанопровод с резистивным участком и с суженным участком, вблизи которого расположены резистивные участки двух нанопроводов-затворов, и выходной провод с резистивным участком и с суженным участком, расположенным вблизи резистивного участка основного нанопровода и расположенного параллельно ему, при этом расстояния между суженными участками и резистивными участками, а также их величины сопротивлений устанавливают так, чтобы величина тока, протекающего через основной нанопровод при приложении опорного напряжения, была недостаточна для перехода суженного участка основного нанопровода в нормальное состояние, а мощность, выделяемая при этом на резистивном участке основного нанопровода, была достаточной для прогрева соседнего суженного участка выходного нанопровода для его перехода в нормальное состояние, при этом выделяемой тепловой мощности на обоих резистивных участках нанопроводов-затворов должно быть достаточно для прогрева соседнего суженного участка основного нанопровода для его перехода в нормальное состояние, а мощности, выделяемой только на любом одном из двух резистивных участков, недостаточно для перехода этого суженного участка в нормальное состояние, при этом при переходе суженного участка основного нанопровода в нормальное состояние мощности, выделяемой на резистивном участке основного нанопровода, недостаточно для прогрева соседнего суженного участка выходного нанопровода для его перехода в нормальное состояние, а сопротивление резистивного участка выходного нанопровода выбирают из условия протекания в нем тока меньше критического для суженного участка выходного нанопровода при подаче опорного напряжения и выделения на нем достаточного количества тепла, чтобы инициировать переход в нормальное состояние суженного участка соседнего нанопровода следующего элемента, но недостаточного для прогрева суженного участка соседнего нанопровода следующего элемента при переходе суженного участка выходного нанопровода в нормальное состояние. Изобретение обеспечивает возможность создания наноразмерного логического элемента «И» (вентиль) для цифровых устройств с низким энергопотреблением, высоким быстродействием и с отсутствием гальванической связи между переключаемыми элементами. 1 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к микро- и наноэлектронике, а именно к цифровым устройствам, в частности к конструкции логического вентиля, реализующего операцию конъюнкции, и может быть использовано при создании цифровых интегральных схем с элементами субмикронных и нанометровых размеров.
Уровень техники
Известно устройство для реализации логических операций логического вентиля на основе одной мультизатворной транзисторной структуры представляющее однотранзисторный логический вентиль «И» на структуре «кремний на изоляторе» с архитектурой без перекрытия затвор-сток/исток с тонкой нелегированной рабочей областью транзистора, известная как «gate-underlap design» (Kranti А., Нао Y., Armstrong G.A. Performance projections and design optimization of planar double gate SOI MOSFETs for logic technology applications // Semiconductor Science and Technology. - 2008, v. 23, №4, P. 217-224). Устройство включает вытянутые в продольном направлении вдоль рабочей области транзистора области стока и истока, один фронтальный подзатворный и один погруженный окислы, один фронтальный и один обратный затворы и характеризуется большим расстоянием между краем затвора и положением максимального уровня концентрации легирующей примеси в области стока/истока.
Недостатком известного логического вентиля «И» является низкая степень интеграции логических функций на кристалле и достаточно высокий уровень потребляемой мощности.
Известен однотранзисторный логический вентиль «И» с архитектурой без перекрытия областей затвор-сток/исток, включающий фронтальный и обратный затворы, вытянутые в продольном направлении вдоль рабочей области транзистора, области стока и истока с контактами к указанным областям стока и истока, фронтальный подзатворный и погруженный окислы. Вентиль выполнен на структуре «германий на изоляторе», фронтальный затвор выполнен в виде трех идентичных фронтальных затворов с тремя идентичными фронтальными подзатворными окислами, а обратный затвор - в виде трех идентичных обратных затворов (RU 2629698).
Недостатком известного устройства является то, что вычислительные устройства на основе полупроводниковых структур характеризуются значительным энергопотреблением последних, что становится критичным в связи с созданием суперкомпьютеров, объединяющих большое число одновременно работающих процессоров. Кроме существенного энергопотребления, кремниевые процессоры также характеризуются ограничениями по тактовой частоте, что обусловлено достижением предельной величины подвижности носителей в канале транзисторов, определяемой физическими характеристиками материала.
Применение сверхпроводников для создания вычислительных устройств представляется весьма перспективным не только в связи с существенным уменьшением энергопотребления и с потенциально большими достижимыми частотами переключения.
Известен способ перевода сверхпроводника в электронных функциональных наноразмерных устройствах из сверхпроводящего состояния в нормальное (RU 2674063). Перевод осуществляют путем его локального нагрева, а для нагрева используют тепловыделяющий элемент в виде сверхпроводящего нанопровода, гальванически не связанного с подвергаемым воздействию и расположенного с наноразмерным зазором рядом с нагреваемым отрезком сверхпроводника с пропусканием через него тока, превышающего величину тока перехода сверхпроводника в нормальное состояние и обеспечивающего выделение мощности, достаточной для нагрева и перевода управляемого нанопровода в нормальное состояние. При этом соблюдают условие, что величина тока, пропускаемого по переводимому в нормальное состояние сверхпроводнику, не превышает величины тока его возврата из нормального состояния в сверхпроводящее, определяемой по вольтамперной характеристике сверхпроводника, полученной без внешних воздействий на сверхпроводник. Предлагаемый способ может быть использован в создаваемых функциональных переключаемых электронных устройствах различного назначения.
Одно из возможных устройств, демонстрирующих возможности использования способа при создании наноразмерных элементов цифровой логики представлен в (RU 2674063 на фиг. 2). Устройство представляет собой параллельно размещенные нанопровода, как содержащие так и не содержащие резистивные элементы. Известное устройство является наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности, поскольку базируется на общих принципах обеспечения функционирования без наличия гальванической связи между переключаемыми элементами.
Однако известное устройство, в том виде, как оно представлено в (RU 2674063) не обеспечивает его возможность функционирования в режиме логического вентиля «И».
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение является обеспечение возможности функционирования наноразмерного логического устройства в режиме логического вентиля «И».
Раскрытие сущности изобретения
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание наноразмерного логического элемента «И» (вентиль) для цифровых устройств с низким энергопотреблением, высоким быстродействием и с отсутствием гальванической связи между переключаемыми элементами.
Для достижения технического результата предложен наноразмерный элемент цифровой логики, включающий подключаемые к источнику напряжения параллельно расположенные сверхпроводящие нанопровода, содержащие резистивные участки, при этом, он содержит основной нанопровод с резистивным участком и с суженным участком вблизи которого расположены резистивные участки двух нанопроводов-затворов, и выходной провод с резистивным участком и с суженным участком, расположенным вблизи резистивного участка основного нанопровода и расположенного параллельно ему, при этом расстояния между суженными участками и резистивными участками, а также их величины сопротивлений, устанавливают так, чтобы величина тока, протекающего через основной нанопровод при приложении опорного напряжения должна быть недостаточна для перехода суженного участка основного нанопровода в нормальное состояние, а мощность, выделяемая при этом на резистивном участке основного нанопровода - была достаточной для прогрева соседнего суженного участка выходного нанопровода для его перехода в нормальное состояние, при этом выделяемой тепловой мощности на обоих резистивных участках нанопроводов - затворов должно быть достаточно для прогрева соседнего суженного участка основного нанопровода для его перехода в нормальное состояние, а мощности, выделяемой только на любом одном из двух резистивных участков - недостаточно для перехода этого суженного участка в нормальное состояние, при этом при переходе суженного участка основного нанопровода в нормальное состояние мощности, выделяемой на резистивном участке основного нанопровода недостаточно для прогрева соседнего суженного участка выходного нанопровода для его перехода в нормальное состояние, а сопротивление резистивного участка выходного нанопровода выбирают из условия протекания в нем тока меньше критического для суженного участка выходного нанопровода при подаче опорного напряжения и выделения на нем достаточного количества тепла чтобы инициировать переход в нормальное состояние суженного участка соседнего нанопровода следующего элемента, но недостаточного для прогрева суженного участка соседнего нанопровода следующего элемента при переходе суженного участка выходного нанопровода в нормальное состояние.
Отличительными признаками заявляемого наноразмерного логического элемента «И» являются:
- наличие основного нанопровода с резистивным участком и с суженным участком вблизи которого расположены резистивные участки двух нанопроводов-затворов;
- наличие выходного провода с резистивным участком и с суженным участком, расположенным вблизи резистивного участка основного нанопровода и расположенного параллельно ему;
- расстояния между суженными участками и резистивными участками, а также их величины сопротивлений, устанавливают так, чтобы величина тока, протекающего через основной нанопровод при приложении опорного напряжения должна быть недостаточна для перехода суженного участка основного нанопровода в нормальное состояние, а мощность, выделяемая при этом на резистивном участке основного нанопровода - была достаточной для прогрева соседнего суженного участка выходного нанопровода для его перехода в нормальное состояние;
- выделяемой тепловой мощности на обоих резистивных участках нанопроводов - затворов должно быть достаточно для прогрева соседнего суженного участка основного нанопровода для его перехода в нормальное состояние, а мощности, выделяемой только на любом одном из двух резистивных участков - недостаточно для перехода этого суженного участка в нормальное состояние;
- при переходе суженного участка основного нанопровода в нормальное состояние мощности, выделяемой на резистивном участке основного нанопровода недостаточно для прогрева соседнего суженного участка выходного нанопровода для его перехода в нормальное состояние, а сопротивление резистивного участка выходного нанопровода выбирают из условия протекания в нем тока меньше критического для суженного участка выходного нанопровода при подаче опорного напряжения и выделения на нем достаточного количества тепла чтобы инициировать переход в нормальное состояние суженного участка соседнего нанопровода следующего элемента, но недостаточного для прогрева суженного участка соседнего нанопровода следующего элемента при переходе суженного участка выходного нанопровода в нормальное состояние.
Предлагаемое взаимное расположение нанопроводов и выполненных в них резистивных участков позволяет обеспечить нагрев нужных областей устройства, необходимых для функционирования устройства. Подбор параметров резистивных участков нанопроводов позволяет обеспечить нагрев нужных областей устройства до необходимых температур и функционирование устройства. За счет всей совокупности признаков обеспечивается работа устройства в режиме логического элемента «И» без гальванической связи между переключаемыми элементами.
Осуществление перевода сверхпроводника из сверхпроводящего состояния в нормальное путем его локального нагрева для достижения значения критического тока позволяет работать с наноразмерными функциональными устройствами с большой плотностью элементов и исключить ложные (паразитные) срабатывания соседних элементов от тепловыделяющего элемента, управляющего требуемым сверхпроводящим нанопроводом, так как минимальная мощность, необходимая для надежного управления, сильно зависит от величины зазора между тепловыделяющим элементом и управляемым сверхпроводящим нанопроводом.
Использование для нагрева тепловыделяющего элемента в виде сверхпроводящего нанопровода, гальванически не связанного с подвергаемым воздействию позволяет избежать необходимость электрического согласования управляющего и управляемых элементов, что особенно важно для многокаскадных функциональных элементов. Кроме того, это позволяет располагать тепловыделяющие элементы как в одном слое с управляемыми сверхпроводниками, так и в разных, что снижает проблемы, связанные с пространственным совмещением элементов, по сравнению со случаем, когда необходимо обеспечить гальваническую связь, кроме того, облегчает создание многослойных устройств, содержащих активные функциональные элементы.
Краткое описание чертежей
На фигуре представлена принципиальная схема наноразмерного элемента цифровой логики, где:
1 - первый затвор, который содержит резистивный участок (сопротивление) Rg1;
2 - второй затвор, который содержит резистивный участок (сопротивление) Rg2;
3 - основной нанопровод с резистивным участком R;
4 - выходной нанопровод с резистивным участком R.
Осуществление изобретения
Сущность заявляемого устройства поясняется примером его реализации и графическим изображением. На фигуре представлена принципиальная схема элемента цифровой логики «И».
Пример 1. Устройство в соответствии со схемой, показанной на фигуре формируется на подложке, например, из кремния, покрытого слоем оксида кремния, или другого диэлектрического материала, например, сапфира. Топологию сверхпроводящих элементов формируют на подложке путем стандартного напыления тонкой сверхпроводящей пленки, например, нитрида ниобия, и последующего травления с применением масок, сформированных доступными методами литографии, например, фото- или электронной или наноимпринт-литографии. Резистивные области могут формироваться по известной технологии, например, в результате воздействия облучения на тонкопленочный нитрид ниобия для его перевода в металлическое состояние.
После формирования первого слоя (комплекса) функционального устройства для увеличения возможностей устройства (быстродействия, распараллеливания операций и т.п.) на него может напыляться диэлектрический слой заданной толщины, например, из оксида алюминия или оксида кремния, на котором посредством выполнения операций, аналогичным операциям, указанным ранее, формируется второй комплекс функциональных устройств. При необходимости, количество таких комплексов, образующих трехмерную многослойную структуру, может быть увеличено. Существенно, что при использовании такого способа управления, не требуется вертикальных межсоединений между различными слоями, содержащими функциональными элементами, что существенно может облегчить изготовление многослойных (трехмерных) процессоров, содержащие активные элементы в различных слоях.
Логический элемент «И» состоит из четырех нанопроводов: первый затвор 1, который содержит резистивный участок (сопротивление) Rg1, второй затвор 2 который содержит резистивный участок (сопротивление) Rg2, основной нанопровод 3 с резистивным участком R и выходной нанопровод 4 с резистивным участком R.
Затворы 1 и 2 подключается к источнику напряжения или являются выходными нанопроводами других бесконтактных логических элементов.
Основной нанопровод 3 и выходной нанопровод 4 подключаются к источнику постоянного (опорного) напряжения.
Все нанопровода расположены параллельно друг другу. При этом они могут быть размещены либо в одной плоскости, либо в разных плоскостях, в зависимости от топологии цифровой схемы, в которой логический элемент используется. Сопротивления R, Rg1 и Rg2 и расстояния между сопротивлениями и суженным участком нанопровода 3 подбираются таким образом, чтобы выполнялось следующие условия:
(I) опорное напряжение создает в сверхпроводящих проводах 3 и 4 ток Io, меньше критического для узких участков этих нанопровода;
(II) ток Io, протекающий через R, выделяет достаточную мощность, чтобы инициировать переход в нормальное состояние суженного участка соседнего нанопровода;
(III) Если суженный участок нанопровода 3 перейдет в нормальное состояние, то в этом суженном участке возникнет сопротивление и ток через нанопровод 3 упадет до значения I, поскольку нанопровод 3 подключен к источнику опорного напряжения. Третьим условием подбора величины сопротивления суженного участка нанопровода в нормальном состоянии является: ток I через резистивный участок (сопротивление) R должен быть недостаточен для прогрева соседнего суженного участка выходного нанопровода 4 и, соответственно, для его перехода в нормальное состояние.
(IV) при установленном токе Io через нанопровод 3 мощность, выделяемая на одном из затворов 1 или 2 была бы недостаточной для прогрева соседнего суженного участка нанопровода 3 для его перехода в нормальное состояние;
(V) при установленном токе Io через нанопровод 3 мощность, выделяемая одновременно на обоих затворах 1 и 2 была бы достаточной для прогрева соседнего суженного участка нанопровода 3 для его перехода в нормальное состояние.
Принцип работы логического элемента «И» состоит в следующем. Если ни на один из затворов не подается входной сигнал или подается сигнал только на один из затворов (см. условие IV), то суженный участок нанопровода 3 находится в сверхпроводящем состоянии, ток через нанопровод 3 равен Io и сопротивление R (резистивный участок) в нанопроводе 3 прогревает суженный участок соседнего нанопровода 4 (см. условие II), вследствие чего суженный участок нанопровода 4 находится в нормальном состоянии, ток через нанопровод 4 равен I, следовательно, сопротивление R (резистивного участка) выходного нанопровода 4 не может прогреть суженный участок соседнего нанопровода (на рисунке не показан) (см. условие III), т.е. находится в состоянии «0». Так реализуется три из состояний элемента «И»:
- на входе №1 «0», на входе №2 «0», на выходе «0»;
- на входе №1 «1», на входе №2 «0», на выходе «0»;
- на входе №1 «0», на входе №2 «1», на выходе «0».
Если на оба входа будет подаваться входной сигнал, то тогда суммарной мощности, выделяемой на двух затворах Rg1 и Rg2 будет достаточно для перехода суженного участка нанопровода 3 в нормальное состояние (см. условие V), вследствие чего ток в нанопроводе 3 упадет до значения I, сопротивление R в нанопроводе 3 не будет прогревать суженный участок нанопровода 4, который будет находиться в сверхпроводящем состоянии, ток через выходной нанопровод 4 будет Io и выходное сопротивление R в нанопроводе 4 будет прогревать суженный участок соседнего нанопровода, например, следующего элемента (на рисунке не показан), т.е. будет находиться в состоянии «1». Так реализуется еще одно состояние элемента «И»:
- на входе №1 «1», на входе №2 «1», на выходе «1».
Состояние «1» на выходе понимается как способность сопротивления R, встроенного в выходной нанопровод, прогреть следующий участок соседнего элемента.
Пример 2. Одиночный наноразмерный элемент цифровой логики может быть изготовлен следующим образом. В качестве исходного материала нанопроводника берется нитрид ниобия (NbN). Методами электронной литографии и плазмохимического травления на диэлектрической подложке из сапфира изготавливаются два идентичных образца нанопроводов. Толщина нанопроводника составляет 5 нм, ширина нанопроводника 200 нм, в местах сужений ширина нанопроводника составляет 100 нм, суммарная длина нанопроводника 2000 нм, длина суженных участков 400 нм. Для формирования резистивных участков, сверху наносится слой электронного резиста ПММА толщиной 240 нм, в котором формируются окна над на суженными участками нанопроводников, которые будут подвергаться воздействию корпускулярного излучения. (Технология преобразования участков нанопроводов из сверхпроводящих в нормальные известна. См. RU 2541679, RU 2645167, RU 2476373, RU 2477902.) В результате формируют резистивный элемент Rg1 с номиналом 3 кОм, резистивный элемент Rg2 с номиналом 3 кОм и резистивные элементы R с номиналом 6 кОм.
Величины R и Rg задают исходя из известного значения опорного напряжения, которое создает в сверхпроводящих проводах ток Io, меньше критического для узких участков нанопровода. (методика определения критических токов описана в RU 2674063, RU 2694799, RU 2694800).
В стартовом состоянии ток через тепловыделяющий элементы затвора 1 Rg1 и затвора 2 Rg1 (входные сигналы) равны нулю и в них не выделяется тепло или ток через них недостаточен для выделения достаточного количества тепла для прогрева соседнего суженного участка нанопровода 3. Если входной сигнал есть только в одном из затворов 1 или 2, то мощности, выделяемой на одном из затворов не хватает для прогрева узкого участка нанопровода 3. Управляемый нанопровод 3 подключен к источнику стабилизированного напряжения. При этом, в управляемом нанопроводе 3 протекает ток Io, определяемый величиной опорного напряжения U и сопротивлением R, интегрированным в нанопровод 3 (Io=U/R), который должен быть меньше величины тока его возврата в сверхпроводящее состояние из нормального, определенного на основании измеренной вольт-амперной характеристики. Для R равного 6 кОм и U равного 90 мВ значение тока составляет Io=15 мкА. Согласно стандартной методике по определению вольт-амперной характеристики нанопровода 3, было показано, что ток обратного перехода узкого участка нанопровода 3 из нормального состояния в сверхпроводящее составляет 17 мкА. Таким образом, установленный ток Io=15 мкА меньше тока обратного перехода узкого участка 17 мкА. Мощность, выделяемая на сопротивлении R нанопровода 3 при этом составляет (Io)2*R=1.35 мкВт, что достаточно для прогрева узкого участка следующего нанопровода 4. Управляемый нанопровод 4 подключен к источнику стабилизированного напряжения. При этом, поскольку его узкий участок прогревается расположенным рядом резистивным участком нанопровода 3, в управляемом нанопроводе 4 протекает ток I, определяемый величиной опорного напряжения U, сопротивлением R, интегрированным в нанопровод 4, и сопротивлением узкого участка нанопровода 4 в нормальном состоянии, которое равно 4 кОм. Тепловая мощность, выделяемая на резистивном участке нанопровода 4 составляет I2*R=0.48 мкВт и ее не хватает для прогрева соседнего узкого участка следующего нанопровода, что соответствует состоянию «0» на выходе наноразмерного элемента цифровой логики.
При подаче входных сигналов одновременно на затвор 1 и затвор 2 (что соответствует состоянию «1» на двух входах), совместный нагрев сопротивлений Rg1 и Rg2 начинает прогревать узкий участок нанопровода 3, вследствие чего он переходит нормальное состояние и его сопротивление становится равным 4 кОм. В результате возникновения сопротивления в узком участке нанопровода 3, суммарное сопротивление нанопровода 3 становится равным 10 кОм и ток в нем уменьшается до значения I=9 мкА. При токе 9 мкА сопротивление R в нанопроводе 3 не выделяет достаточной мощности для прогрева узкого участка следующего нанопровода 4 (мощность, выделяемая на сопротивлении R нанопровода 3 равна I2*R=0.48 мкВт), в связи с чем узкий участок нанопроюда 4 переходит в сверхпроводящее состояние и ток через нанопровод 4 возрастает до величины Io=15 мкА (Io=U/R). Тепловая мощность, выделяемая на сопротивлении R нанопроюда 4 составляет (Io)2*R=1.35 мкВт, что достаточно для прогрева узкого участка следующего нанопроюда, что соответствует состоянию «1» на выходе наноразмерного элемента цифровой логики.
После снятия одного или двух входных сигналов или из-за уменьшения тока в затворе 1 и/или в затворе 2, если они являются выходными каскадами предыдущего элемента (что соответствует состоянию «0» на одном или двух входах наноразмерного элемента цифровой логики), сопротивления затвора Rg1 и Rg2 перестают выделять достаточную мощность для прогрева узкого участка нанопроюда 3. Поскольку ток через нанопровод 3 меньше величины тока обратного перехода из нормального состояния в сверхпроюдящее, узкий участок нанопроюда 3 переходит в сверхпроюдящее состояние и ток в нанопроводе 3 восстанавливается до величины Io=15 мкА и гапротивление R в нанопроводе 3 способно прогревать узкий участок следующего нанопроюда 4, вследствие чего ток в нанопроводе 4 падает до величины I и сопротивление R нанопроюда 4 не прогревает узкий участок следующего нанопроюда и таким образом наноразмерное устройство цифровой логики возвращается в состояние «0» на выходе. Возможность позиционирования управляющего резистивного элемента и управляемого сверхпроюдящего участка параллельно друг другу в соседних слоях друг над другом и/или в одном слое рядом и/или в соседних слоях с некоторым сдвигом по горизонтали на заданном расстоянии друг от друга позволяет использовать один управляющий резистивный элемент для управления одновременно несколькими управляемыми сверхпроводниками, т.е. выход одного элемента может управлять несколькими следующими логическими элементами без увеличения затрат энергии. Использование метода переключения нанопроюда в нормальное состояние за счет нагрева соседнего шпротивления без гальванической связи между управляющим и управляемым нанопроводом позволяет для многокаскадных устройств сохранить быстродействие, характерное для отдельного элемента, в связи с отсутствием межсоединений между каскадами и характерных для них задержек в R-C цепях (что типично для обычных многокаскадных электронных устройств).
Claims (1)
- Наноразмерный элемент цифровой логики, включающий подключаемые к источнику напряжения параллельно расположенные сверхпроводящие нанопровода, содержащие резистивные участки, отличающийся тем, что он содержит основной нанопровод с резистивным участком и с суженным участком, вблизи которого расположены резистивные участки двух нанопроводов-затворов, и выходной провод с резистивным участком и с суженным участком, расположенным вблизи резистивного участка основного нанопровода и расположенного параллельно ему, при этом расстояния между суженными участками и резистивными участками, а также их величины сопротивлений устанавливают так, чтобы величина тока, протекающего через основной нанопровод при приложении опорного напряжения, была недостаточна для перехода суженного участка основного нанопровода в нормальное состояние, а мощность, выделяемая при этом на резистивном участке основного нанопровода, была достаточной для прогрева соседнего суженного участка выходного нанопровода для его перехода в нормальное состояние, при этом выделяемой тепловой мощности на обоих резистивных участках нанопроводов-затворов должно быть достаточно для прогрева соседнего суженного участка основного нанопровода для его перехода в нормальное состояние, а мощности, выделяемой только на любом одном из двух резистивных участков, недостаточно для перехода этого суженного участка в нормальное состояние, при этом при переходе суженного участка основного нанопровода в нормальное состояние мощности, выделяемой на резистивном участке основного нанопровода, недостаточно для прогрева соседнего суженного участка выходного нанопровода для его перехода в нормальное состояние, а сопротивление резистивного участка выходного нанопровода выбирают из условия протекания в нем тока меньше критического для суженного участка выходного нанопровода при подаче опорного напряжения и выделения на нем достаточного количества тепла, чтобы инициировать переход в нормальное состояние суженного участка соседнего нанопровода следующего элемента, но недостаточного для прогрева суженного участка соседнего нанопровода следующего элемента при переходе суженного участка выходного нанопровода в нормальное состояние.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122958A RU2744160C1 (ru) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | Наноразмерный элемент цифровой логики |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122958A RU2744160C1 (ru) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | Наноразмерный элемент цифровой логики |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2744160C1 true RU2744160C1 (ru) | 2021-03-03 |
Family
ID=74857707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020122958A RU2744160C1 (ru) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | Наноразмерный элемент цифровой логики |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2744160C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016001365A1 (en) * | 2014-07-02 | 2016-01-07 | University Of Copenhagen | Nanoscale device comprising an elongated crystalline nanostructure |
| RU2674063C1 (ru) * | 2018-03-27 | 2018-12-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ перевода сверхпроводника в элементах логики наноразмерных электронных устройств из сверхпроводящего состояния в нормальное |
| US10297739B1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-05-21 | International Business Machines Corporation | Parafermion braiding device |
| RU2693298C1 (ru) * | 2018-10-16 | 2019-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Триггерный логический элемент ИЛИ-НЕ на полевых транзисторах |
| RU2694799C1 (ru) * | 2018-10-25 | 2019-07-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ уменьшения критического тока перехода наноразмерного сверхпроводника из сверхпроводящего состояния в нормальное |
| RU2702402C1 (ru) * | 2019-03-29 | 2019-10-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Сверхпроводниковый дискретный счетный компонент |
-
2020
- 2020-07-10 RU RU2020122958A patent/RU2744160C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016001365A1 (en) * | 2014-07-02 | 2016-01-07 | University Of Copenhagen | Nanoscale device comprising an elongated crystalline nanostructure |
| US10297739B1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-05-21 | International Business Machines Corporation | Parafermion braiding device |
| RU2674063C1 (ru) * | 2018-03-27 | 2018-12-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ перевода сверхпроводника в элементах логики наноразмерных электронных устройств из сверхпроводящего состояния в нормальное |
| RU2693298C1 (ru) * | 2018-10-16 | 2019-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Триггерный логический элемент ИЛИ-НЕ на полевых транзисторах |
| RU2694799C1 (ru) * | 2018-10-25 | 2019-07-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ уменьшения критического тока перехода наноразмерного сверхпроводника из сверхпроводящего состояния в нормальное |
| RU2702402C1 (ru) * | 2019-03-29 | 2019-10-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Сверхпроводниковый дискретный счетный компонент |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ono et al. | Manipulation and detection of single electrons for future information processing | |
| CN110998853B (zh) | 改进的量子位的约瑟夫森结 | |
| US20070290193A1 (en) | Field effect transistor devices and methods | |
| WO2005093868A1 (en) | Metal transistor device | |
| KR100721632B1 (ko) | 정전 제어되는 터널링 트랜지스터 | |
| JPH01207982A (ja) | 超伝導チヤネルを有する電界効果装置 | |
| RU2674063C1 (ru) | Способ перевода сверхпроводника в элементах логики наноразмерных электронных устройств из сверхпроводящего состояния в нормальное | |
| Fujiwara et al. | Double-island single-electron devices. A useful unit device for single-electron logic LSI's | |
| Takahashi et al. | Silicon single-electron devices and their applications | |
| JP2004534388A (ja) | ナノ・エレクトロニック・デバイスと回路 | |
| EP1028472B1 (en) | Coulomb-blockade element and method of manufacturing the same | |
| KR100467330B1 (ko) | 절연체 바나듐 산화막을 채널 영역으로 이용한 전계 효과트랜지스터 및 그 제조 방법 | |
| US4831421A (en) | Superconducting device | |
| Lee et al. | Fabrication of a self-aligned superconducting nanotransistor based NOR logic gate | |
| Tsukagoshi et al. | Operation of logic function in a Coulomb blockade device | |
| RU2744160C1 (ru) | Наноразмерный элемент цифровой логики | |
| RU2743510C1 (ru) | Наноразмерное логическое устройство | |
| RU2744161C1 (ru) | Наноразмерный логический инвертор для цифровых устройств | |
| RU2753276C1 (ru) | Наноразмерный генератор импульсов | |
| Gurovich et al. | Control of superconducting transitions in nanowires using galvanically uncoupled gates for designing superconductor-based electronic devices | |
| Ruf et al. | Gate-control of superconducting current: mechanisms, parameters and technological potential | |
| EP0649174A1 (en) | Controllable conduction device with multiple tunnel junction | |
| CN109564921B (zh) | 场效应管以及制造方法 | |
| Takahashi et al. | Development of silicon single-electron devices | |
| EP0218119A2 (en) | Superconductor switching device |