апвпа. Министерство науки и высшего образования российской федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
 Скачать 4.89 Mb.
|
Эффект ДжозефсонаЭффект Джозефсона – это явление протекания сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника. Данный ток называют джозефсоновским током, а такое соединение сверхпроводников - джозефсоновским переходом. В начальной работе Джозефсона предполагалось, что толщина диэлектрического слоя много меньше длины сверхпроводящей когерентности, но следующие исследования показали, что эффект сохраняется и на гораздо больших толщинах. [5] Длина когерентности сверхпроводника — характерная длина, на которой волновая функция (параметр порядка) сверхпроводника существенно меняется. С помощью нестационарного эффекта Джозефсона, можно измерять напряжение с очень высокой точностью. Эффект Джозефсона используется в сверхпроводящих интерферометрах, которые содержат два параллельных контакта Джозефсона. Но сверхпроводящие токи, проходящие через контакт, могут интерферировать. Таким образом критический ток для такого соединения чрезвычайно сильно зависит от внешнего магнитного поля, что позволяет использовать устройство для очень точного измерения магнитных полей. [6] Джозефсоновские устройства Устройства, основанные на характеристиках джозефсоновского перехода, ценны в высокоскоростных цепях. Джозефсоновские переходы могут быть сконструированы так, чтобы переключаться за несколько пикосекунд. Их низкое рассеивание мощности делает их полезными в компьютерных схемах высокой плотности, где резистивный нагрев ограничивает применимость обычных переключателей. Джозефсоновский переход Через два сверхпроводника, разделенные тонким изолирующим слоем, могут туннелировать куперовские пары электронов. Куперовские пары на каждой стороне перехода могут быть представлены волновой функцией, подобной волновой функции свободных частиц (Рисунок 7). Поскольку частоты могут быть измерены с большой точностью, устройства с переходом Джозефсона стали эталонными средствами измерения напряжения.  Рисунок 7 - Джозефсоновский переход Фактически, все куперовские пары в сверхпроводнике могут быть описаны одной волновой функцией в отсутствие тока, потому что все пары имеют одну и ту же фазу, «когерентны по фазе». Если два сверхпроводника разделены тонким изолирующим слоем, то для куперовских пар может происходить квантово-механическое туннелирование без разрушения пар. Эталон напряжения Джозефсона Когда к джозефсоновскому переходу прикладывается постоянное напряжение, колебания частоты  происходят на стыке. Поскольку это отношение напряжения к частоте включает только фундаментальные константы и поскольку частота может быть измерена с предельной точностью, переход Джозефсона стал основой для эталонов напряжения. Эталоны для перехода Джозефсона могут давать напряжения с точностью до одной части из  . NIST выпустил микросхему с переходами серии 19000 для измерения напряжений порядка 10 вольт с такой точностью.ТермопараТермопара состоит из двух разнородных металлов, соединенных в спай. На этом переходе возникает напряжение, которое изменяется в зависимости от температуры. На стыке двух металлов напряжение не генерируется. То, что на самом деле происходит, является результатом эффекта Зеебека. Эффект Зеебека, возникновение электродвижущей силы (ЭДС) и, следовательно, электрического тока в петле из материала, состоящей по крайней мере из двух разнородных проводников, когда два перехода поддерживаются при разных температурах. Проводники обычно изготавливаются из металлов, хотя они не обязательно должны быть твердыми. Эффект Зеебека используется для измерения температуры с большой чувствительностью и точностью и для выработки электроэнергии для специальных применений. [7] Термоэлектрические напряженияТермоэлектрические напряжения являются прямым результатом эффекта Зеебека. Именно так работают датчики термопары - два разнородных металлических контакта генерируют малую ЭДС напряжения. В зависимости от металла перехода эта ЭДС может варьироваться от 0,1 мкВ / ° C до значений более 1 мВ / ° C. В лучшем случае прямой переход медь-медь, ЭДС будет меньше 0,1 мкВ / ° C. В худшем случае, например, в случае медь-оксид меди, это напряжение может достигать 1 мВ / ° C. Эта чувствительность даже к очень небольшим колебаниям температуры указывает на возможность образования температурных градиентов вокруг диссипативных компонентов, таких как силовой транзистор или резисторы. Даже медленно движущиеся воздушные потоки, которые, в свою очередь, генерируют различные термоэлектрические напряжения, могут быть видны как низкочастотный дрейф, подобный шуму 1/f. Термоэлектрические напряжения можно снизить, убедившись, что в системе нет разнородных переходов, и / или исключив возможность возникновения температурных градиентов. [8] Практически невозможно устранить различные металлические соединения, поскольку в корпусе ИС присутствует много разных металлов (коварные контакты, золотые соединительные провода, медный каркас), печатная плата (медь, оловянный припой, никель, позолота), проводка (медь, олово) и разъемы (латунь, позолота, медь). Один из способов - содержать все эти переходы в чистоте и без окислов, а также выравнивать их температуру как можно ближе. Заключение схемы в пластиковый экранированный корпус для изоляции ее от воздушных потоков было бы эффективным методом термоэлектрической стабилизации напряжения, и он мог бы иметь дополнительную ценность в виде обеспечения электрического экранирования. |