[發明專利]約瑟夫森結電路模型和超導集成電路結構及建立方法

在審

• 申請號: 201710727195.3
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107704649A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 任潔;楊若婷;李冠群;應利良;王鎮
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙)31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明屬于超導集成電路的設計領域，特別是涉及一種約瑟夫森結電路模型和超導集成電路結構及建立方法。

背景技術

根據量子力學的隧穿效應可知，如果兩層金屬之間夾的絕緣層足夠薄，則電流可以從一側金屬層穿過絕緣層流到另一側金屬層。這種MIM(金屬-絕緣層-金屬)的疊層結構被稱為隧道結；在這種疊層結構中，一個或者兩個金屬是超導體，則稱為超導隧道結；根據Josephson效應，在超導隧道結中，絕緣層具有超導體的一些性質，但與常規超導體相比具有較弱的超導電性，被稱為“弱連接超導體”。

除了常見的三層膜結構的弱連接，還有一種Dayem橋式約瑟夫森弱連接，我們稱之為nano-bridge約瑟夫森結，其中“橫跨”部分的寬度和厚度都遠遠小于兩邊的超導電極部分。相比于傳統的三層膜結構，Nano-bridge結構除了具有低臨界電流和低電容外，還具有更小的尺寸，即nano-bridge約瑟夫森結的結尺寸在nm量級，而傳統的三層膜結構的結尺寸則在um量級，可見，使用nano-bridge結構可以顯著增加電路集成度，從而可提升RSFQ電路的優勢。

然而，由于nano-bridge約瑟夫森結的制備工藝還不夠成熟，它的一些特性還處于研究階段，所以在超導電路的仿真軟件中都還沒有建立其電路模型，也因此無法使用nano-bridge約瑟夫森結實現超導集成電路的設計。

鑒于此，有必要設計一種新的約瑟夫森結電路模型和超導集成電路結構及建立方法用以解決上述技術問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種約瑟夫森結電路模型和超導集成電路結構及建立方法，用于解決現有仿真軟件中沒有nano-bridge約瑟夫森結電路模型以及無法使用nano-bridge約瑟夫森結實現超導集成電路設計的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種約瑟夫森結電路模型的建立方法，所述建立方法包括：

S1：在仿真軟件中定義nano-bridge約瑟夫森結的結類型定義語句，并根據所述結類型定義語句建立初級電路模型；

S2：在仿真軟件中對所述初級電路模型進行測試，得到所述初級電路模型的測試曲線；

S3：提供一基于nano-bridge約瑟夫森結的超導器件，并通過對所述超導器件進行測試，得到所述超導器件的測試曲線；

S4：通過將所述初級電路模型的測試曲線與所述超導器件的測試曲線進行對比擬合，并根據對比擬合結果對所述初級電路模型進行修改，得到nano-bridge約瑟夫森結的電路模型。

優選地，所述結類型定義語句為J＝VB(I_C,V_C,BET)＝VB(I_C*XJ*A,XJ*XR*A*M,XJ*XR*XR*A*A*M*M*N)，其中，V_C＝I_C*RN，BET＝I_C*C*RN²，J表示nano-bridge約瑟夫森結，VB表示仿真軟件中基于結RCSJ模型的函數，I_C表示臨界電流，V_C表示特征電壓，BET表示阻尼參數，RN表示正常態電阻，C表示結電容，XJ表示臨界電流密度J_C的變化量，XR表示單位面積電阻變化量，A表示面積，M表示RN調控變量，N表示結電容調控變量。

優選地，所述測試曲線包括I-V曲線和曲線。

優選地，所述S4得到所述nano-bridge約瑟夫森結的電路模型的方法包括：

S41：通過修改結類型定義語句中的調控變量，修改初級電路模型；

S42：將修改后的初級電路模型的測試曲線與所述超導器件的測試曲線進行對比擬合，若擬合誤差大于設定擬合誤差，則跳至S41；若擬合誤差小于或等于設定擬合誤差，則所述修改后的初級電路模型為所述nano-bridge約瑟夫森結的電路模型。

優選地，所述仿真軟件包括PSCAN仿真軟件，SPICE仿真軟件或Spectre仿真軟件中的一種。

本發明還提供一種約瑟夫森結電路模型結構，所述電路模型結構包括采用上述任一項所述建立方法建立的nano-bridge約瑟夫森結的電路模型。

本發明還提供一種超導集成電路的建立方法，所述建立方法包括：

S5：利用如權利要求6所述的nano-bridge約瑟夫森結的電路模型在仿真軟件中搭建一超導集成電路的電路原理圖，并對所述超導集成電路的臨界電流值和電路電感值進行設置；