Brevet FR2542149A1 — publié le 19840907

La présente invention concerne un disposi- tif logique à injection de courants, à rseau de dio- des Josephson, encore appelées jonctions Josephson. Elle s'applique notamment à la réalisation de portes logiques de typé ET ou de type OU, utilisables en par- ticulier pour fabriquer des calcu Iateurs cryogéni- ques. On cohnnat dif férentes familles de disposi tifs logiques à effet Josephsoni, décrits dans I"'artf- cle de T GHEEWALA, intitulé "Josephson Logic Devices and Circuits" et publié dans la rev'ue IEEE 'Transac- tions on Electronic Devices, vol ED 27, 1980, p 1857 à l 869 L'une de ces familles est constituée de disposi- tifs logiques qui comportent des boucles pourvues d'inductances ayant un rô 8 le fonctionnel dans ces dis- positifs et qui présentent donc l'inconvénient d'occu- per une surface importante, ce qui est préjudiciable quant à leur utilisation pour la réalisation de cir- cuits logiques intégrés. On peut alors envisager uine atre famille de dispositifs logiques qui utilisent des assemblages de aiodes Josephson et de résistances, ce qui conduit à des possibilités d'intégration plus importantes On peut ainsi concevoir l'assemblage qui est schématique- ment représenté sur la figure 1 et qui constitue une porte logique de type ET Cette porte ET comporte un réseau de diodes Josephson formé de trois branches montées en parallèle et comportant respectivement des couples (Jll' J 21),' J 12, J 22) et (J 13, J 23) de diodes Josephson montées en série Les diodes J 11, J 12, J 13 sont reliées à une première électrode principale Bl et les diodes J 21, J 22 et J 23 sont reliées à une seconde électrode principale B 2 qui est mise à la masse Le dispositif comporte également deux entrées E 1 et E 2. 2 2542149 L'entrée E 1 est reliée à l'électrode A 1 intermndiaire entre les diodes J 11 et J 21 et l'entrée E 2 est reliée à l'électrode A 2 intermédiaire entre les diodes 312 et J 22 o Enfin, la porte ET comprend une sortie S qui est r:liée à la première électzode principale Bl et qui est par ailleurs fermée sur son impédance caractérls- tique de résistance équivalente RL 1 Les électrodes A 1 et A 2 sont reliées à la premiàre électroàe principale 3 lv respectivement par des rêsistances électitques de shunt R 1 et R 2 qui sont respectivement plus petites que les résistances de fuite des diodes J, et J 22 et également plus petites que la résistance équivalente ERLI Les diodes Jll J 21 J 12 et J 22 ont le même cou- rant critique Io et les diodes J 13 et J 23 ont le même courant critique qui est par exemple égal h 3 I. Le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 1 est le suivant: dans l'état initial de ce dispositif, les six diodes Josephson sont supra- conductrices La sortie S est à l'état logique 0, aucun courant n'étant délivré e cette sortie Sous l'effet d'un courant de commande d'intensité IC 1 supé- rieure à 2 IO, injecté par l'entrée E 1 dans le disposi- -tif, les diodes Jll et J 2 commutent d'un état de tension nulle, à un état de tension non nulle corres- pondant à un état d'impédance élevée Le courant I 1, injecté à l'électrode A 1, est alors dévié, par l'in- termédiaire de la résistance de shunt R 1, vers la pre- mière électrode principale Bl à partir de laquelle il se partage dans les branches comportant respectivement les couples (Ji 2, J 22) et (J 13, J 23) La sortie S de- meure à l'état logique 0. Sous l'effet d'un autre courant de commande d'intensité IC 2 supérieure à 2 10, injecté par l'entrée E 2 dans le dispositif, les diodes J 12 et J 22 commutent successivement et le courant IC 2, injecté à l'électro- 3 2542149 de A 2, est alors dévié, par l'intermédiaire de la ré- sistance de shunt R 2, vers la première électrode prin- cipale Bl à partir de laquelle il se partage dans les branches comportant respectivement les couples (Jll' J 21) et (J 13 ' e 23) -La sortie S demeure encore à l'état logique 0 dans ce cas Mais, sous l'effet con- jugué des courants IC 1 et IC 2, les diodes Jll' J 21 ' J 12 et J e 2 * =ommutent; les courants ICI et IC 2 sont alors d 4 vies; respectivement par l intermédiaire des résistances de shunt R 1 et R 2, vers la première élec- trode principale B 1 et les diodes J 13 et J 23 commutent donc dans un état de tension non nulle Par suite, les courants I Cl et-IC 2 sont déviés vers la sortie a pour y produire un courant de sortie IS Ainsi, cette sor- tie passe-t-elle alors à l'état logique 1 Le disposi- tif représenté sur la figure 1 fonctionne donc bien en porte ET. On peut également concevoir une porte OU utilisant un assemblage de diodes Josephson et de ré- sistances: au lieu de relier les électrodes intermé- diaires A 1 et A 2 du dispositif précédemment décrit, à la première électrode principale B 1, par l'intermé- diaire des résistances de shunt -R 1 et R 2, on réunit les électrodes intermédiaires A 1 et A 2 à la seconde électrode principale B 2 par l'intermédiaire des résis- tances R 1 et R 2 On envoie en outre un courant de polarisation d'intensité Ip équivalente à 410 o par exemple, dans la première électrode principale B 1. Alors, l'injection d'un courant d'intensité supérieu- re à Io O dans l'une ou l'autre des deux entrées E 1 et E 2, combinée à l'injection du courant de polarisation Il,, entra;ne la commutation des diodes Jll' J 12 et J 13 ' ce qui provoque l'envoi du courant de polarisa- tion Ip dans la sortie S pour constituer un courant de sortie Is. 4 2542149 On voit donc que les dispositifs logiques de l'autre famille considéree, dont on vient de décrire deux exemples nécessitent des résistances pour fonc- tionner et présentent done l'inconvénient d'avoir un cycle de fabrication assez long puiqu'un tel cycle doit comporter plusieurs étapes correspondant à la réalisation desdites résistances De plus, les dispo- sitifs en question présentent un autre inconvénient-: les résistances qu'ils comportent leur confèrent des coefficients d'amortissement très faibles et donc un fort "retard au déclenchement", ce qui altère les per- formances dynamiques, c'est-à-dire la rapidité, des dispositifs considérés, d'après l'article de Ph MIGNY et B PLACAIS, intitulé "Turn-onDelay for Josephson Logic Devices with High Damping" et publié dans la revue Electronic Letters, vol 18, n 18, sept 1982, p.777 a 779 La présente invention a justement pour objet un dispositif logique à injection de courants, à réseau de diodes Josephson, qui ne présente pas les inconvénients précédents, notamment en ce qu'il ne comporté pas les résistances de shunt des dispositifs considérés précédemment, ce qui diminue, par rapport à ces dispositifs, le nombre d'étapes de fabrication et le "retard au déclenchement". De façon précise, la présente invention a pour-objet un dispositif logique à diodes Josephson, caractérisé en ce qu'il comprend: une première électrode principale et une seconde électrode principale mise à la masse, un réseau de diodes Josephson constitué par M bran- ches montées en parallèle et comportant chacune des diodes Josephson montées en série, la première et la dernière diodes Josephson de chacune des M branches étant respectivement reliées à la première et à la seconde électrodes principales, M étant un nombre 2542149 entier au moins égal à deux, R branches desdites M branches comportant chacune N diodes Josephson qui présentent ainsi N-1 électrodes intermédiaires, K étant un nombre entier au moins égal a un et infé- rieur au nombre M, N étant un nombre entier au moins égal à trois, les MX branches restantes comrportant -ha au me S une diode Josephsont L entrées re-spectivement reliées à L électrodes in- termédiaires dies K branchez et-deetinées à 1 'injec- tion de courants électriques dans ledit réseau, L étant un nombre entier au moins égal à un, et une sortie reliée à la première électrode principale et destinée à être portée à un niveau logique déter- miné en fonction des valeurs desdits courants. En effet, suivant les valeurs de ces cou- rants, les différentes diodes Josephson commutent ou ne commutent pas, c'està-dire passent d'un état de tension nulle, d'impédance purement réactive, à un état de tension non nulle, d'impédance élevée, ou de- meurent dans l'état de tension nulle Dans ces condi- tions, ladite sortie peut alors rester au niveau logi- que O, aucun courant n'étant délivré à cette sortie, ou se trouver portée au niveau logique 1 " un courant étant alors délivré à cette sortie. Plus précisément, une électrode intermé- diaire reliée à une entrée, divise la branche dans laquelle elle se trouve en une premiere et une seconde parties, la première partie pouvant présenter une ré- sistance électrique bien supérieure à la résistance électrique de la seconde partie, lorsqu'un courant convenable est injecté dans l'entrée, ceci étant rendu possible par la non-linéarité de la caractéristique courant-tension d'une diode Josephson La première partie est alors parcourue par un courant d'intensité bien inférieure à l'intensité du courant parcourant la seconde partie On conçoit ainsi la ossibilité de faire passer la sortie d'un état logiqua à un autre, par un choix convenable des entrées et des courants injectés Aucune résistance da shunt n-est alors né 3 cessaire. Le dispositif objet de l'invention permet de ealiser les différentes étapes fonctionnelles des por@tes logiques S (d-tecto, am lifcation et 03,a- tion). Le nombre L est bien entendu au plus égal à K (N-1) et, pour chacurne des K branches on peut avoir entre une et N-1 entrées. Selon une caractéristique particulière du dispositif logique objet de l'invention, lesdites L électrodes intermédiaires, auxquelles sont respecti- vement reliées les L entrées, sont des électrodes intermédiaires de même rang, appartenant respective- ment à L branches différentes, chacune desdites élec- trodes intermédi-aires de même rang étant constituée par l'électrode intermédiaire iima 6 diatemenrit adjacente à l'une des deux diodes Josephson extrêmes de la bran- che à laquelle appartient cette électrode intermé- diaire. En effet, on augmente ainsi la dissymétrie de chacune des branches associées à une entrée de courant, dissymétrie qui est fonction de la position, dans la branche considérée, de l'électrode intermé- diaire qui est reliée à l'entrée de courant (Une grande dissymétrie est préférable pour des raisons d'isolation). Selon une autre caractéristique particuliè- re, les M-K branches restantes comportent toutes le même nombre de diodes Josephson De préférence, chacune des M-K branches restantes comporte N diodes Josephson Le dispositif le plus satisfaisant du point 7 2542149 de vue des performances dynamiques et de l'intégration est celui pour lequel M-K est égal à 1 avec N diodes Josephson dans la branche restante. Selon une autre caractéristique partiouliè- re, les diodes Josephson des-K branches ont toutes le même courant critique Io la même résistance normale Rn et la même résistance de fuite Rj. Selon une autre caractéristique particuliè- re, les:pre ie diodes Josepbson appartenant respec- tivement aux M-K branches restantes ont le même cou- rant critique et la somme des courants critiques des- dites premières diodes Josephson appartenant aux M-K branches restantes est égale à k Io, k étant un nombre supérieur à un et, de préférence, ces M-K branches restantes comportent toutes le même nombre de diodes Josephson, les diodes Josephson de m 6 me rang, apparte- nant respectivement aux M-K branches restantes, ont le même courant critique et pour ces M-K branches restan- tes, chacune des sommes des courants critiques des diodes Josephson de même rang est égale à k I 0, k étant un nombre supérieur à un. Le dispositif objet de l'invention peut com- porter K entrées respectivement associées aux K bran- ches Alors, le nombre K peut être égal à N-1 Dans le cas ou K est un nombre impair, on peut, pour des rai- sons de symétrie de fonctionnement, concevoir un dis- positif dans lequel les diodes Josephson composant les branches associées aux K entrées ont toutes le même courant critique Io 0, et qui comporte par exemple 2 X autres branches dont chaque diode Josephson a un cou- rant critique égal à k Io/( 2 X), X étant un nombre en- tier au moins égal à un. Le dispositif logique objet de l'invention s'applique à la réalisation de portes logiques de type ET et de type OU à partir du même réseau de diodes 8 2542149 Josephson, la différenciation entre les portes logi- ques réalisées étant assurée uniquemenit par le choi X des positions des entrées prévues pour l'injection de courants électriques. De preférence, -dans le cas o les dicec Josephson des K branches ont toutes le m 9 ze courant critique i O, la meme résistance normale R, et la mome résistance de fuite i o les M-K branches restantes comportent toutes les mmee nombre de diodes Josâthson,. o les diodes Josephson de même rang appartenant res- pectivement -ux M-K branches restantes ont le même courant critique et o, pour ces M-K branches restan- tes, chacune des sommes des courants critiques desdi- tes diodes Josephson de même rang appartenant aux M-K branches restantes est égale à k Io, k étant un nombre supérieur à 1, le dispositif objet de l'invention peut, d'une part, être destiné à constituer une porte ET et comporte alors K entrées, le nombre K étant au moins égal à deux, chaque entrée étant associée à l'une des K branches et reliée à l'électrode intermé- diaire immédiatement adjacente à la première diode Josephson de la branche à laquelle est associée ladite entrée, et le nombre N et les diodes Josephson des K branches sont choisis de façon que la quantité (N- 1)Rj/Rn soit grande devant un, c'est-à-dire de façon que (N-1)RJ soit de l'ordre de plusieurs fois -n- Dans un mode de réalisation particulier de la porte ET considérée, un courant électrique de pola- risation peut être injecté, par l'intermédiaire de la première électrode principale, dans ladite porte ET de façon à augmenter le gain de cette dernière. Le dispositif objet de l'invention peut également, d'autre part, être destiné à constituer une porte OU Il comporte alors K entrées, chaque entrée 25421 49 étant associée à l'une des K branches et reliée à l'électrode intermédiaire immédiatement adjacente à la dernière diode Josephson de la branche à laquelle est associée ladite entrée, le nombre N et les diodes Josephson des K branches sont choisis de façon que la quantité (L-I)Rj/Rn soit grande devant un, un courant électrique de polarisation est injecté, par l'intermé- diaire de la premire: éle:trde pr incipale dans la p Ott: c Vnsire et irtensité Ip de ce courant vérifie l'inegalite suivante IP On peut utiliser un courant de-polarisation d 'intensi- té Ip telle que: (K+k-1 l)I O de la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur-'lesquels la figure 1 est une vue schematique d'une porte logique du type ET comportant des résistances de shunt, et a déjà été décrite, la figure 2 est un graphique montrant la caractéristique courant-tension d'une diode Joseph- son, la figure 3 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'inventiôn, constituant une porte logique ET à deux entrées, la figure 4 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, constituant une porte logique OU à deux entrées, les figures 5 et 6 sont des vues schémati- ques d'autres modes de réalisation particuliers du dispositif objet de l'invention, aptes à constituer des portes logiques du type ET ou du type OU à K en- trées, et la figure 7 est une vue schématique d'une structure de base réalisable grace à la présente invention et permettant la ralisation de Ci euits Iogiques Sur la figure 2, on a reprsent 6 la caract@ ristique courant-tension d une diode Josephson utiii- sable dans la présente invention O o Les tensions V sont portées en aboisses et expr Emles en m Vo Les c a sent portes en ordonnéeso La caeatlsaique de la l O diode Josephson considérée croft tout d'abord d'une façon sensiblement linéaire à partir de lorzigine O jusqu'à un point A, c'estaàdirz selon une Aroite DA passant par les points O et A puis croelt fortemernt pour devenir ensuite tangente, en un point B, àa - ne droite D passant par l'origine O, droite de pente positive avec laquelle la caractéristique se confond par la suite A titre d'emempleî la diode Josephson considérée peut avoir un courant critique Il de l'or- dre de 1001 %A et le rapport du coefficient directeur de la droite D qui est précisément égal à la-résistance de fuite R de la diode Josephson, au coefficient di- recteur de la droite DB, qui est précisément égal à la résistance normale R de cette diode Josephson, peut être de l'ordre de 10 La présente invention utilise la non-linéarité de la caractéristique d'une diode Josephson telle qu'elle ressort de la figure 2, et également le fait que l'on puisse trouver des diodes Josephson dont le rapport Rj/Rn est important. Sur la figure 3, on a représenté schémati- quement un mode de réalisation particulier du disposi- tif logique objet de l'invention, constituant une porte ET à deux entrées. Il comprend: une première électrode principale Bl et une seconde électrode principale B 2 mise à la masse 9 2542 1 49 un réseau de diodes Josephson constitué par trois branches montées en parallèle et comportant chacune trois diodes Josephson montées en série, deux entrées Ei et E 2 destinées à l'injection de conrants électriques: dans ledit réseaur et une sortie S reliée à la première électrode princi- pale B 1 è La imle branche, Il'indice i variant entre 1 et 3, comporte trois diodes Josephson J 1,,Jîi et -J 3,i' les diodes Jl,i et J 2,i étant reliées par une électrode intermédiaire A 1 xi, et les diodes J 2,i et J 3,i étant reliées par une autre électrode intermé- diaire A 2 îi Par ailleurs, les diodes J 1,l Ji 2 et J 1,3 sont reliées à la-première' électrode principale B et les diodes J 3 3,2 et J 3,3 sont reliées la seconde électrode principale B 2 L'entrée E 1 est re- liée à l'électrode intermédiaire Ai 11 immédiatement adjacente à la première diode Josephson U 11, de la première branche et l'autre entrée E 2 est reliée à l'électrode -intermédiaire A 12 immédiatement adjacen- te à la première diode Josephson J 12 de la deuxième. branche En outre, la sortie S est fermée sur une ré- sistance de charge RL 1 Pour avoir une symétrie dans la structure de la porte ET représentée sur la figure 3, la troisi-ème branche, qui comporte les diodes Josephson J 1,3 ' J 2,3 et J 3,3 et qui n'est associée à aucune entrée, peut être disposée entre la première et la seconde branches auxquelles sont respectivement as- sociées les entrées E 1 et E 2 (Dans l'exemple repré- sente sur la figure 3, les nombres N, K, L et M valent donc respectivement 3, 2, 2 et 3). On réalise les diodes J 111 J 2,1 ' J 3,1 J 1,2 ' J 2,2 et J 3,2 de façon qu'elles aient le même courant critique Io, la même résistance de fuite Rj, la même résistance normale Rn et un rapport Rj/n éle- 12 2542149 vé, par exemple de l'ordre de 10 Par ailleuras on réalise les diodes JI 131 J 2,3 et J 3,3 de façon qu'el- les aient toutes trois un courant critique égal a k^I^ k 'tant un nombre supérieur à 1 et par exemple gal 2. La dissylétrie des branches comportant une entrée de courant, c'est-à-dire le fait que de part et d'autre de i'L'électrode intermdiaire à laquelle est reliée cette entrée de courant, on trouve des nombres différents de diodes Josephson, permet de fortement déséquilibrer le rapport résistif de ces branches en considérant par exemple la première branche, compor- tant les diodes Josephson Jiu, J 2,1 et J 31 l du fait de la non-linéarité de la caractéristique courant-ten- sion des diodes Josephson, il est possible d'injecter par l'entrée E 1 un courant I 1 dont l'intensité est suffisamment élevée pour que la résistance de la diode J 1 11 prenne la valeur Rn et que les résistances des diodes J 2,1 et J 3,1 prennent toutes deuxla valeur RJ, tout en étant suffisamment faible pour que les résis- tances des diodes Jlli J 2,1 et J 3,1 ne prennent pas toutes trois la valeur Rn Du fait de la valeur élevée du rapport RJ/Rn, la branche considérée se trouve alors partagée par l'électrode intermédiaire A 1,1 en deux portions dont les résistances sont nettement dif- férentes, la portion contenant la diode J,11 ayant une résistance Rn et la portion contenant les diodes J 2,1 et J 3 1 ayant une résistance égale à 2 RJ c'est-à-dire à 20 Rn, soit une résistance vingt fois plus grande que la résistance correspondant à la diode J 11 ' Le cou- rant injecté se partage donc en deux parties dans la première branche: une partie dont l'intensité vaut ( 20/21)I Cl et qui circule dans la portion contenant la diode J 111 et une autre partie dont l'intensité est égale à ( 1/21)Ici et qui circule dans la portion con- -13 2542149 tenant les diodes J 21 et J 31 Pour obtenir ces ré- sultats, il suffit d'injecter par l'entrée E 3 un cou- rant d'9 ntensité IC environ égal à 210 o On pourrait faire bien entendu le même raisonnement à propos de la deuxi&me branche, contenant les diodes J 2 ? J 22 et J 3,2 Le fonctionnement du dispositif représenté sur- ' la Mnr-a 3 est'alors le suivant: dans J 'état initial de ce lep-sditi îs diedes Josephsonsont l toutes supraconductrices La sortie S est à l'état lo- glque 0, aucun courant n'étant délivré à cette sortie. En injectant un dourant d'intensité IC 1 égale à 2 IO par l'entrée E 1 du dispositif, située sur la première branche, les diodes Jl,l J 2,1 et J 3 l comuten de l'état de tension nulle à des états de tensions non nulles correspondant aux états résistifs indiqués pré- cédemm nt et, comme on l'a également expli qué prcé- dentment, la plus grande partie du courant d'intensité Ici injecte à liélectrode A,1 est alors déviée vers la première électrode principale Bl à partir de la- quelle ellà se partage dans les deux autres branchese La sortie S demeure à l'état logique 0. Sous l'effet d'un courant de commande d'in- tensité 1 C 2 égale à 210 o, injecté par l'entrée E 2 dans -le dispositif,entrée E 2 située sur la deuxième bran- che, les diodes J 12, J 2,2 et J 3,2 commutent, comme on vient de l'expliquer à propos des diodes J 11, J 2 1 et J 331 et la plus grande partie du courant IC 2 est alors envoyée vers la premiere électrode principale Bl à partir de laquelle elle se partage dans les deux au- tres branches La sortie S demeure encore à l'état logique O dans ce cas Mais, sous l'effet conjugué des courants I Cl et IC 2, les diodes Jl,1, J 2,1 î J 3,1 et J 1,2 ' J 2,2 J 3,2 commutent comme on l'a expliqué plus haut, la majeure partie des courants I Cl et IC 2 est alors déviée vers la première électrcod principale Bl ce qui a pour effet de faire comuter les diodes J 13 J 2,3 et J 3,3 dans un état de tnsio non nuleo Par suite, la majeure partie des conuzants Ic t IC 2 eot déviée vers la sortie $ pour y p-roduire un courant do sortie Xo Ainsi, -cette sortie passe-tlle à litat logique i. Le dispoaitif eprésenté sez la figre 3 fonctionne donc bien en porte E To Cette porte présete l un gain IS/ic 1 (ou IS/IC 2) voisin de 20 Pour obtenir un gain plus élevé ill suffit de polaziser la porte ET en injectant un courant électrique Ip à la première électrode principale B 1 o Bien entendu, on peut prévoir pour les bran- ches comportant des entrées, un nombre N de diodes Josephson supérieur à 3 e avec une diode J 1 d'un côté de chaque électrode intermédiaire reliée à une entree et N-1 diodes J 2 iîo i i de l'autre c 8 té de cette électrode intermédiaire, l'indice i prenant les valeurs 1 et 2 o Le dispositif fonctionne d'autant mieux que le nombre N est grand car 2 en généralisant les résultats obtenus plus hautr la fraction de l'in- tensité Ic du courant injecté par l'entrée E 1 par exemple, fraction qui est envoyée dans la première électrode principale Bl lorsque les diodes ont commuté (dans un état résistif Rn pour la diode Jl e et dans un état résistif Rj pour les diodes J 2,1 JN,1)r est égale à: Icl+/(l+a) avec: ' a=(Nl) Rj/Rn D'une façon générale, on choisit les valeurs de N et/ou de Rj/Rn-pour que la valeur de t soit de préfé- rence supérieure à 9, par exemple de l'ordre de 20. * Sur la figure 4, on a représenté schémati- quement un autre mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, destiné à constituer une porte logique du type OU à deux entrées E 1 et E 2. Cette porte OU comporte un réseau de diodes Josephson identique au réseau faisant partie de la porte ET de la figure 3 La seconde électrode principale B 2 est mise à la masse et la sortie S est fermée Sur une résistance de charge RL 2 Les-deux entrées E 1 et E 2 ne sont plus respectivement reliées aux électrodes inter- mediaires A 1,1 et A 1,2 comme c'était le cas pour la porte ET de la figure 3 Dans le cas de la porte OU représentée sur la figure 4, ces deux entrées e 1 et E 2 sont respectivement reliées aux électrodes intermé- diaires A 2,1 et A 2,2 De plus la porte OU de la figure 4 est polarisée par un courant électrique d'intensité Ip, injecté dans cette porte par la première électrode principale Bl et tel que l'intensité Ip vérifie la double inégalité suivante (l+k)I O J 1,3 ' J 2,3 et J 3,3, k étant par exemple égal à 2. Le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 4 est le suivant: dans l'état initial, toutes les diodes Josephson sont supraconductrices. Aucun courant n'est délivré à la sortie S qui se trou- ve ainsi au niveau logique O et y demeure tant qu'au- cun courant n'est injecté dans le dispositif par au moins l'une des électrodes A 2,1 et A 2,2 Lorsqu'un courant de commande I Ci d'intensité égale à 2 I 0, est injecté dans le dispositif à l'entrée E 1 par l'élec- trode A 2,1, ce courant fait commuter les diodes Josephson de la branche à laquelle il parvient, la diode J 31 passant à un état résistif Rn et les diodes llet J 2,1 passant à un état résistif Rj, et la plus 3; 16 2542149 grande partie de luintensité injectée est envoyée à ia seconde électrode principale B 2, et done à la masse. Alors, le courant de polarisation, d'intensité supé- rieure à (l+k)0 fait commuter les diodes Josephson J 2 aet J 1,2, 3 la suite de quoi le courant de polari- sation Ip est envoy 6 à la sortie S pour constituer le- courant de sortie IS La sortie se trouve ainsi portée au niveau logique l Le mtem;e raisonnement est appli Ca- ble a un courant i Cg injecté à lentre E 2 par l'électrode A 22, qui fait commuter a létat de ten- sion non nulle les jionctions 31,i J 2 o 9 J 3,2 et dont la majeure partie de l'intensité est alors dirigée vers la masse par l'électrode B 7 Le dispositif repré senté sur la figure 4 fonactionne donc bien en tant que porte OU. Sur la figure 5, on a représenté schérmati- quement un autre mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, comportant N M diodes Josephson et apte à constituer une porte logique de type ET ou de type OU à K entrées, les nombres N et M étant tous deux au moins égaux à trois et le nombre K étant au moins égal à deux et inférieur à M Le nombre K est par exemple égal à M-1 Pour fixer les idées, on a représenté sur la figure 5 un exemple pour lequel les nombres K et M sont respectivement égaux à 4 et 5. Le mode de réalisation représenté sur la fi- gure 5 comprend: une première électrode principale Bl et une seconde électrode principale B 2 mise a la masse, un réseau de diodes Josephson constitué par M bran- ches montées en parallèle et comportant chacune N diodes Josephson montées en série, (N-1) K entrées Eij, l'indice i variant entre 1 et N-1 et l'indice j variant entre 1 et K, lesdites 2542 1 49 entrées étant destinées à l'injection de courants électriques dans ledit réseauf et une sortie S reliée à la première électrode princi- pale B 1. 3 La jîeme branche, l'indice j variant entre 1 et Z 4 comporte N diodes Josephson Jlje J 2,j f t J 7 et Jiij, ces M diodes Josephson présentant air. si l-1 élettrdes inter mïéaires: les diodes J 14 et J 2 sont re Iiées par" une éectrode intermédiaire 1 ij O Dles diodes J 2 j et J 3 j sont reliées par une électrode intermédiaire Aa et les diodes -lj et Jg sont reliées par une électrode intermé- diaire Aij M Par ailleurs, toutes les premieres dio des Josephson J 3,,t J 12, Ji M sont reliées & la premiere électrode principale Bl et toutes les derniè- res diodes Josephson JI J 2 e sont re- Nil' J Nq,20 3,l"n e liées à la seconde électrode principale B 2 o Les en- trées de courant sont associées aux K premières bran- ches, le nombre K étant égal à M-1 dans l'exemple con- sidéré, la dernière branche, numérotée Ne ne compor- tant aucune entrée Dans la jieme branche, l'indice j variant entre 1 et K, les N 1 entrées Ei, E 2, E,_ij 3 sont respectivement reliées aux N-1 électrodes intermédiaires A ij A 2,j A Nli,j En outre, la sortie S est ferméeè sur une résistance de charge RL 3 13 On réalise les N K diodes Josephson des K premières branches comportant des entrées de courant, de façon qu'elles aient le même courant critique I, la même résistance de fuite Rj et la même résistance normale Rn On les réalise en outre et/ou l'on choisit le nombre N, de façon que la quantité (N-1)Rj/Rn soit supérieure à 9, par exemple de l'ordre de 20 Pour ce faire, il suffit par exemple que le nombre N soit égal à 3 et que le rapport Rj/Rn soit égal à 10 Par ail- leurs, on réalise les N diodes Jilm J 2,Mr ' JN,M, le 2542149 18 424 appartenant à la eième branche à laquelle n'est asso- cite aucune entrée, de façon que ces diodes aient ton- tes un courant critique égal a klou k étant un hombre supérieur à un et par euemple égal à 2-3 o Un considérant une branche paatlculire as- sociée à des entrées, linvention ut Alise lidéeà déjà expliquée Plus haut, einjecter un courant électrique d' intensité convenab e dans une électrode' znter:e= diaire de ladite brimmhed, oetz éle so interr ai re étant de p éférence choisie de fagon que leon tzou- ve de part et d'autre de celle-ci des nombres tr&s différents de diodes Josephson, et donc d'injecter de préférence ledit courant dans l'une des deux électroe des intermédiaires respectivement adjacentes au 2: dio- des Josephson d'extreémité ecest-=dirc la première-et la dernière diodes Josephson de la branche considé- rée), de manière que les portions de cette branche, qui sent situées de part et d'autre de l'électrode intermédiaire dans laquelle on injecte le courant électrique, présentent, après injection de ce courant, dés résistances électriques très différentes, l'une des deux portions ayant ainsi une résistance électri- que supérieure à la résistance électrique de l'autre portion (ce qui est possible étant donné la non-linéa- rité de la caractéristique courant-tension des diodes Josephson). Le dispositif schématiquement représenté sur la figure 5 peut fonctionner en tant que porte logique du type ET: dans l'état initial, toutes les diodes Josephson sont supraconductrices La sortie S est à l'état logique zéro, aucun courant n'étant déli- vré à cette sortie L'injection de K-i courants de commande respectivement dans K-1 des électrodes inter- médiaires A 11, A 12, A Ai chacun desdits cou- rants ayant une intensité égale à 21 O, ne provoque pas 2 5 4 2 1 4 9 de changement d'tat logique de la sortie, mais l'in- jection de K courants de commande Ic,1, Ic,2 p IC* B respectivement dans les électrodes intermédiai- res A 11,l A 1,2 V, A 1,K# chacun desdits courants ayant une intensité égale à 2 10, fait passer la sortie S-à l'état logique 1, un courant électrique I éta nt alors délivré à cette sortie. En effet, linejection de K-a courants 1 lee- triques, ayant chacun une ifntensît 6 égale, à 2 Io, resn pectivement par les électrodes intermédiaires A li, A 1,2, A 1,Kl par exemple, fait commuter les diodes Josephson des branches respectivement assc- ciées à ces électrodes intermédiaires, de la façon ex- pliquée dans la description de la figure 3, et la ana- jeure partie de chacun de ces courants électriques est envoyée dans la première électrode principale B 1, l'intensité résultante étant inférieure à ( 2 K-2)I 0, et le courant résultant se propage alors dans la Kleme branche et dans la Mième branche, sans faire commuter -20 les diodes de ces deux branches Mais l'injection de K courants électriques ayant chacun une intensité égale à 2 IO, respectivement dans les électrodes intermédiai- res A,1, A 12, A 1,K, fait commuter les diodes Jl,,l' J 12 ' *'' Jl,p à un état résistif Rn, et les autres diodes Josephson de ces K branches à un état résistif Rj, et la majeure partie de chacun des cou- rants injectés est -envoyée dans la première électrode principale B 1, l'intensité du courant résultant étant voisine de 2 KI 0, ce qui est supérieur à ( 2 K-3)I 0, et il y a donc commutation de la diode J 1,M ledit cou- rant résultant passant alors dans la sortie S. Le dispositif schématiquement représenté sur la figure 5 peut également fonctionner en tant que porte logique du type OU Pour ce faire, un courant électrique d'intensité Ip est injecté par la première électrode principale B 1 o L'intensité 1 véerifie la double inégalité suivante 2 (y+k-l) O est obtenu par injection de courants électriques d'in- tensités respectives I'" l C,24 c î'DR par les entrées EN-1,l EN= 2, o g EN-i Kr respectivement associées aux électrodes intermédiaires A Ni Na L AN-i,2 to A Ni KO Partant d'un état initial dans lequel toutes les diodes Josephson sont supraconduc- trices, aucun courant n'est délivré à la sortie S qui se trouve ainsi au niveau logique O et y demeure tant qu'aucun courant n'est injecté dans le dispositif par au moins l'une des électrodes AN 1,v 1 AN_ 1,2, -, AN_ 1,K respectivement situées entre les diode JN-,1 JN 12, JN-l K et JN 1 ' JN N,K' Lors- qu'un courant de commande, d'intensité égale à 210,I est injecté dans le dispositif par au moins l'une des électrodes intermédiaires A Ni, A Ni 2 ' * AN _l K ce courant fait-commuter les diodes Josephson de la branche dans laquelle il est injecté, la derniè- re diode de ladite branche passant à un état résistif Rn et les autres diodes de cette branche passant à un état résistif Rj, et la plus grande partie dudit cou- rant se trouve ainsi envoyée à la seconde électrode principale B 2 et donc à la masse Alors, en supposant que ledit courant électrique est injecté dans la pre- mière branche, le courant de polarisation, d'intensité supérieure à (R+kl)IO O (le nombre k étant égal à 2 K-3), fait commuter les diodes Josephson, J 1,2 ' * J 1,Ad à la suite de quoi il est envoyé dans la sortie S pour constituer le courant de sortie IS La sortie se trouve ainsi portée au niveau logique 1 (Lorsqu'aucun courant n'est injecté dans le dispositif, le courant de polarisation, d'intensité inférieure à (K+k) I 0, est insuffisant pour faire commuter les diodes Jl, JL 2. o e J 3} On a donc bien un fonctionnement du type Q Oo Sur la figure 6 g on a représenté schémati- quament un auta mode de réalisation particulier du disositif objet de lienvention, comportant plus d 4 une branche non pourvue d'entrée S le dispositif représen- té sur la figure 6 est identique au dispositif repré- senté sur la figure 5, sauf en ce qui concerne le nombre de branches non associées à des entrées de oou- rant Le dispositif représenté sur la figure 6 compor- te M branches montées en parallèle et comportant oha- cune N diodes Josephson montées en sérier le nombre N étant supposé égal à 3 pour simplifier la figure 6. Parmi ces M branches, il y a K branches qui sont asso- ciées à des entrées et 14-K branches qui ne sont asso- C iées à aucune entrée - Le nombre K est par exemple égal à M-2 Pour plus de clarté, on a d'ailleurs supposé sur la figure 6 que les nombres i 4 et K sont respectivement égaux à 5 et 3, le dispositif présentant ainsi une structure sy- métrique dans laquelle les branches non pourvues d'en- trées sont intercalées entre des branches pourvues d'entrées La sortie S est bien entendu reliée à la première électrode principale Bl et fermée sur une ré- sistance de charge RL 4 On réalise les diodes Joseph- son des branches de rang 1, 2,, K, auxquelles sont associées des entrées de courant, de façon qu'elles aient toutes le même courant critique I 0, la même ré- sistance de fuite Ri et la même résistance normale Rn- Par ailleurs, on réalise les diodes Josephson des M-K branches restantes de façon qu'elles aient toutes un même courant critique égal à k X 0/()} c'est-à-dire, dans l'exemple considér 4, à k Ie/21 k étant égal à 2 K= par exemple Les 1-1-X branches non pourvues dentrâcs sont alors équivalentes à une tranche unique pourvue- de N diodes Josephson ayant chacune un courant cri%? que égal à k I 0. Le dispositif objet de l'invention préomnte une S nsibilité plus grande et_ des peformance de miques meilleures que les dispositifs utilisa t des résistances électriques de shuntu dispositifs qui ont été considérés au début de la présente description Ea effet, la commutation du dispositif objet de linven- tion peut 8 tre provoquée rapidement car, en l'absence de résistances de shunt, la portion de branche assu- rant la détection peut être faiblement amortie, ce qui tend à réduire le temps dit de-"'retard au déclenche- ment", et le temps de moàtée (ou temps d'établissement de la sortie) défini habituellement comme le produit ZC.CJ, o ZC est la charge de sortie du dispositif et Ci-est la capacité des diodes Josephson utilisées, se trouve diminué du fait de -la présence de plusieurs diodes Josephson en série, dans la branche (ou les branches) non pourvue(s) d'entrées de courant. Par ailleurs, le dispositif objet de l'in- vention a un fonctionnement très différent des dispo- sitifs logiques à diodes Josephson connus, en ce sens qu'il met à profit la non-linéarité de la caractéris- tique courant-tension des diodes Josephson, permet- tant un passage de la résistance de fuite Ri a la résistance normale Rn de ces diodes. Enfin, la présente invention permet de réa- liser avec un même dispositif de base (par exemple du genre de celui qui est représenté sur la figure 5) la fonction logique OU et la fonction logique ET Ceci est possible en modifiant simplement les points d'in- 2542 1 49 jection des courants électriques, comme on l'a vu dans la description de la figure 5 On conçoit alors l'a- vantage du dispositif objet de l'invention pour la conception et l'implantation de circuits logiques On peut en effet imaginer un prépositionnement de la structure de base, à la manière des circuits dits pré-diffusés"I ladite structure de base étant compo- sée d'une pluralité de cellules dont un exemple est donné par la suite, et ne personnaliser chaque cellule que par le mode de connexion qui permet de réaliser soit une fonction OU, soit une fonction ET Sur la figure 7, on a représenté schématiquement un exemple de structure de base comportant une pluralité de cel- lules C régulièrement disposées -les unes à côté des autres, chaque cellule comportant par exemple trois branches montées en parallèle et respectivement pour- vues de trois diodes Josephson (J 1 1, 2 1 J 3 1), (J 1,2, J 2,2 ' J 3,2), (J 1,3 ' J 2,3 ' J 3,3) montées en sé- rie, les diodes Jl,l' J 1,2, et J 1,3 étant reliées à une première électrode principale Bl elle-même pourvue dlune sortie S et les diodes J 3,1 ' J 3,2 et J 3,3 étant reliées à une seconde électrode principale B 2 mise à la-masse (Ces cellules sont donc par exemple confor- mes au réseau de diodes Josephson représenté sur la figure 3 ou sur la figure 4) Les cellules sont ensui- te interconnectées suivant le type de circuit logique à réaliser, la sortie d'une cellule donnée constituant l'entrée d'une ou de plusieurs autres cellules. 2542 1 49 REVENDICATIONS 1 Dispositif logique à diodes Josephson, caractérisé en ce qu'il comprend: une première électrode principale( 13) et une seconde électrode principale (B 2) mise a la masse? un réseau de diodes Josephson constitué par g brans ches montées en parallèle et compo tant chacune des diodes Josephson (J 11, o*'i J Nl} 71 r 2 e '' JN,2; *''; Jl M,' o Jt,t) montées en série, la première (J 1,1 ', Jl,M) et la dernière (JN, X JN,M) diodes Josephson de chacune des M bran- -ches étant respectivement reliées à la première (B 1) et à la seconde (B 2) électrodes principales, M étant un nombre entier au moins égal à deux, K branches desdites M branches comportant chacune N diodes -15 Josephson qui présentent ainsi N-1 électrodes inter- médiaires (A, 1, * A Nj,l; A 1,2 N,2; *; A 1,K,, AN_,K)r K étant un nombre entier au moins égal à un et inférieur au nombre M, N étant un nombre entier au moins égal à trois, les M-K bran- ches restantes comportant chacune au moins une diode Josephson, L entrées (El,l' E 21, *, EN-1,K) respectivement reliées à L électrodes intermédiaires (A 11,, -A 21, AN-1,K) des K branches et destinées à l'injec- tion de courants électriques dans ledit réseau, L étant un nombre entier au moins égal à un, et une sortie (S) reliée à la première électrode prin- cipale (B 1) et destinée à être portée à un niveau logique déterminé en fonction des valeurs desdits courants. 2 Dispositif logique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que lesdites L électrodes 2542 1 49 intermédiaires, auxquelles sont respectivement re- liées les L entrées, sont des électrodes intermédiai- res de mème rang (As, A 12 * ' 1 K A Nl A{_l,2 o AN_l E)à appartenant respectivement à L branches différentes, chacune desdites électrodes intermédiaires de même rang étant constituée par lélectrode intermédiaire immédiatement adjacente à euren lds deuz diodes Josephson extrêmes de la branche à laquele appartient cette électrode intermédiaireo 1 O 3 Dispositif logique selon 1 'une quelcon- que des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les M-K branches restantes comportent toutes le même nombre de diodes Josephson. 4 Dispositif logique selon la revendica- tion 3, caractérisé-en ce que chacune des M-K branches restantes comporte N diodes Josephson. Dispositif logique selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 3 E caractérisé en ce que les diodes Josephson 6 Dispositif logique selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que les premières diodes Josephson appartenant respectivement aux M-K branches restantes ont le même courant critique et en ce que la somme des courants critiques desdites premières diodes Josephson appartenant aux M-K branches restantes est égale à k I 0, k étant un nombre supérieur à un. 7 Dispositif logique selon la revendica- tion 6, caractérisé en ce que les M-K branches restan- tes comportent toutes le même nombre de diodes Joseph- son, en ce que les diodes Josephson de même rang, ap- partenant respectivement aux M-K branches restantes, ont le même courant critique et en ce que pour ces M-K branches restantes, chacune des sommes des courante critiques des diodes Josephson de mïme zang est égal e ak 10, k étant un nombre supérieur à U Po 3 Dispozitif solon la zev ndicaton 7 ? ca- ractérisé en ce que ce &ipsitif étant destiné à constituer une porte, il comporte E entrées i E 12 = "ou El)= lae nom 3 bre X étant au moils éa dewts chaque entiêtr étant as o ié 3 une dezs vtbr ches et reliée ' lélectrode interm dieire {Ai 1 l Al A o 00 Ai E) immédiatement adjacente à la prmière diode Josephson îJ 1,19 j 12 g Jaï,) de la branhe à laquelle est associée ladite entréée et en ce que le nombre N et les diodes Josephson des M branches sont choisis de façon que la quantité '()Rj/n soit gran- de devant uno 9 o Dispositif logique salon la revendica= tion 8, caractérisé en ce quuun courant électrique de polarisation (Ip) est injecté, par l'intermédiaire de la première électrode principale (Bi)5 dans la porte ET considérée, de façon à augmenter le gain de cette dernière. Dispositif logique selon la revendica- tion 7, caractérisé en ce que, ce dispositif étant destiné à constituer une porte OU, il comporte K en- trées (EN%_ i,,1, Eê_ 12 Ei K), chaque entrée' étant associée à l'une des K branches et relie à l'électrode intermédiaire (AN_,l,î AN-i,29 o AN i K> immédiatement adjacente à la dernière diode Josephson (J quelle est associée ladite entrée O en ce que le nombre N et les diodes Josephson des K branches sont choisis de façon que la quantité (N 1 i) Rj/Rn soit grande devant un, en ce qu'un courant électrique de polarisation est injecté, par V'intermédiaire de la première électrode principale (B 1), dans la porte OU considérée et en ce que l'intensité I de ce courant vérifie l'inégalité suivante: Ip l'une que Iconque des revendications 1 à 7, à la réali- sation de portes logiques de type ET et de type OU à partir du m 6 me réseau ZC) de diodes Josephson, la dif- fêrenciatiain entre les prtes logiques r:éalisées étant assurée' uniquement par le ch-o-ix des positions des en- trées prévues pour l'injection de courants électri- ques.