自1956年Dudley Buck首先提出cryotron的概念以來,低溫超導(dǎo)器件經(jīng)歷了一個飛速的發(fā)展,基于RSFQ(Rapid Single Flux Quantum,RSFQ)的T觸發(fā)器已經(jīng)實現(xiàn)了最高頻率為770 GHz的速度。在2014年,MIT基于cryotron的結(jié)構(gòu)設(shè)計出一種新型的超導(dǎo)納米線邏輯器件(nanowire crytron,nTron)而受到廣泛的關(guān)注,其具有速度快、功耗低、高增益等優(yōu)點,還具有驅(qū)動能力強和制備工藝簡單等特點。這些優(yōu)越的性能使得其能夠在經(jīng)典和量子通信、超導(dǎo)計算機、低溫讀出電路等諸多領(lǐng)域,有著越來越廣泛的應(yīng)用。nTron的工作特性也表明了它是一種具有數(shù)字邏輯功能的超導(dǎo)器件,因此它不但能夠大規(guī)模集成用來設(shè)計復(fù)雜的超導(dǎo)數(shù)字電路,同時其輸入輸出特性也適合與現(xiàn)有的超導(dǎo)技術(shù)相集成。本文主要圍繞超導(dǎo)納米線邏輯器件展開,研究了nTron的工作機制,優(yōu)化了nTron的設(shè)計結(jié)構(gòu)和制備工藝,表征了nTron多重性能指標(biāo),并且利用nTron的原理結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備了“與”、“或”和“非”三種數(shù)字基礎(chǔ)邏輯門單元。另外,本文還提出了多門控nTron新型結(jié)構(gòu),并且設(shè)計了nTron編...

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【部分圖文】：

圖1.1超級計算機Titan和美國IARPA提出的超導(dǎo)概念計算機[1]

緒論1第一章緒論1.1研究背景計算機網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)路由、云服務(wù)，這些數(shù)字系統(tǒng)給現(xiàn)代社會帶來了前所未有的高速發(fā)展。伴隨著信息的數(shù)字化和傳輸，現(xiàn)有的數(shù)字系統(tǒng)耗費的電力已經(jīng)占據(jù)了整個發(fā)電總量的3%左右。隨著超級計算機、大數(shù)據(jù)中心、云存儲的快速發(fā)展，能耗需求將面臨重要的挑戰(zhàn)。尤其是當(dāng)大規(guī)模數(shù)....

圖1.2控制電流調(diào)節(jié)磁場將柵極轉(zhuǎn)換成電阻態(tài)，在等效電路中由可調(diào)串聯(lián)電阻表示

緒論4備和制備技術(shù)的巨額投入；（3）邏輯元件、封裝、電源等方面的新技術(shù)需要研發(fā)，這將需要重大的成本。超導(dǎo)數(shù)字電路發(fā)展歷史經(jīng)歷過以下三個階段：1、Cryotron（1956年）在1956年低溫管cryotron就已經(jīng)由DudleyBuck提出，超導(dǎo)薄膜中的超導(dǎo)和正常態(tài)之間的轉(zhuǎn)變被用....

圖1.3約瑟夫森cryotron轉(zhuǎn)換器和存儲單元的原理圖，約瑟夫森結(jié)作為可開關(guān)電阻

緒論5在1966年，IBM的J.Matisoo設(shè)計了第一個Josephsonswitchingdevice，該器件具有亞納秒級的轉(zhuǎn)變速度。正如圖1.3所示，在Josephsoncryotron中，約瑟夫森結(jié)的臨界電流被一個通常比超導(dǎo)體臨界磁場小幾個量級的磁場所抑制。因此，更小的控....

圖1.4基于不同設(shè)備的延遲和功耗關(guān)系比較圖，“Latching-JJ”代表鎖存約瑟夫森電路，“RSFQ”代表RSFQ電路，約瑟夫森器件在延遲和功耗方面均優(yōu)于半導(dǎo)體器件

緒論7圖1.4基于不同設(shè)備的延遲和功耗關(guān)系比較圖，“Latching-JJ”代表鎖存約瑟夫森電路，“RSFQ”代表RSFQ電路，約瑟夫森器件在延遲和功耗方面均優(yōu)于半導(dǎo)體器件1.2.2超導(dǎo)數(shù)字電路國內(nèi)外研究現(xiàn)狀超導(dǎo)數(shù)字電路的研究目前主要集中在基于約瑟夫森結(jié)的單磁通數(shù)字電路（Sing....

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