Bütünleşik sayısal süperiletken tek akı kuantum girişim aygıtı ve sayısal sinyal işleme devrelerinin geliştirilmesi
Development of integrated digital squid with digital signalprocessing circuits
Yazar: BEYZA ZEYNEP ÜÇPINAR
Danışman: PROF. DR. ALİ BOZBEY
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Kuantum devreleri = Quantum circuits ; Manyetik alanlar = Magnetic fields ; Sayısal işaret işleme = Digital signal processing ; Süper iletkenler = Superconductors

Özet:
Günümüz teknolojisinde çok sayıda uygulamada hassas manyetometrelere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu alanda; Süperiletken Kuantum Girişim Aygıtı (SQUID) olarak bilinen süperiletken sensörler, hassas manyetik akı - voltaj transfer karakteristiğine sahip cihazlardandır. Sensör veya yükseltici olarak kullanılabilen SQUID'lerin çok geniş kullanım alanları vardır. Bunlardan bazıları; deprem algılama, ilaçlı manyetoensefalografi ve manyeto kardiyografi, katı hal fiziği, biyomanyetizma ve arkeoloji olarak söylenebilir. SQUID; RF SQUID ve DC SQUID olmak üzere iki ana alt baslıkta incelenir. Düşük sıcaklık süperiletkenlerinden yapılan RF/DC SQUID'lerde manyetik alan hassasiyeti fT/√(Hz ) mertebelerindedir. Yüksek sıcaklık süperiltekenleri ile yapılan SQUID'lerde ise bu hassasiyet 100fT/√(Hz )'in altındadır.
RF ve DC SQUID'ler yapı olarak basit bir sensör olmaları ve görece yüksek hassasiyete sahip olmalarına rağmen, oda sıcaklığında çalışan karmaşık okuma devrelerine ihtiyaç duyar. Bu durum maliyeti arttırırken aynı zamanda verileri
anlamlandırma hızını da ciddi oranda etkiler. Bu tez kapsamında; DC SQUID'leri maliyet ve hız bakımından kısıtlayan,
ayrıca oda sıcaklığında çalışan karmaşık okuma devrelerine olan ihtiyacı ortadan kaldıracak şekilde, bir Sayısal SQUID ve aynı yonga üzerinde okuma devrelerinin de bulunduğu bütünleşik sistem tasarlanması amaçlanmıştır. Bu sayede, Sayısal
SQUID'in örnekleme frekansının artması ayrıca aynı yonga üzerinde bulunan farklı özelliklere sahip (yüksek hız, yüksek hassasiyet) sayısal sinyal işleme devreleri ile oda sıcaklığında çalışan karmaşık okuma devrelerine olan ihtiyacın ortadan kalkması hedeflenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Süperiletkenler, Tek akı kuantumlu devreler, Manyetik alan sensörü, SQUID, Sayısal sinyal işleme devreleri

Abstract:
Nowadays, sensitive magnetometers are used in wide application areas. SQUID, Superconducting Quantum Interference Device, is one of the most sensitive superconducting sensors, which is known for its sensitive magnetic flux-voltage
characteristic. SQUIDs, which can be used as sensors or amplifiers, have a wide range of uses. Some of those are earthquake detection, medicated magnetoencephalography and magnetocardiography, solid-state physics, biomagnetism, and archeology. There are two types of SQUIDs, called RF SQUID and DC SQUID. Magnetic field sensitivity of RF/DC SQUIDs made of low-temperature superconductors is in the fT/√Hz range. Although RF and DC SQUIDs are simple sensors and have relatively high sensitivity, they require complex readout circuits operating at room temperature. This situation
both increases the cost and seriously affects the speed of processing of the data.Within the scope of this thesis; it is aimed to design an integrated system including a Digital SQUID and readout circuits on the same chip, which limits DC SQUIDs in terms of cost and speed, and also eliminates complex readout circuits operating at room temperature. In this way, it is desired to increase the sampling frequency of Digital SQUID and to eliminate the need for complex readout circuits operating at room temperature, thanks to digital signal processing circuits with different features (high
speed, high sensitivity) on the same chip.

Keywords: Superconductors, Single flux quantum circuits, Magnetic field sensors, SQUID, Digital signal processing circuits