Interfaces optoélectroniques ultra-rapides pour l'électronique supraconductrice à quantum de flux magnétique

Optoelectronic interfaces for superconducting digital electronics based on magnetic flux quanta (RSFQ)

• Auteur / Autrice : Siham Badi
• Direction : Pascal Febvre, Jean-Louis Coutaz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et radiofréquences
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Chambéry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs à l'arséniure de gallium

Échantillonnage

Micro-ondes

Josephson, Jonctions

Dispositifs optoélectroniques

Électronique numérique

Mots clés libres

Rsfq

Photoconduction

Résumé

Par leur fréquence d'horloge pouvant atteindre plusieurs dizaines de GHz et leur très faible dissipation, les circuits numériques supraconducteurs, fondés sur la logique à quantum de flux (RSFQ : Rapid Single-Flux Quantum), sont envisagés pour diverses applications spécifiques du fait de leurs performances exceptionnelles, très au delà de celles des filières électroniques classiques. Ces circuits RSFQ traitent l'information numérique sous forme d'impulsions de tension picoseconde avec une aile quantifiée de 2,O7mV. Ps, correspondant à un quantum de flux h/2e. L'électronique numérique supraconductrice ouvre ainsi la voie de l'électronique ultra-rapide en associant une large bande passante à une très faible dissipation. L'objectif de ce travail est d'étudier les interfaces optoélectroniques permettant de détecter et échantillonner les impulsions quantifiées resultant de la commutation des jonctions Josephson shuntées qui composent les circuits RSFQ. Nous avons développé une approche théorique et expérimentale de la sensibilité des photocommutateurs destinés à la détection d'impulsions RSFQ. Nous avons utilisé des photocommutateurs MSM (Métal-Semiconducteur-Métal) rapides de structure planaire à base d'Arséniure de Gallium épitaxié à basse température (AsGa-BT). Les caractéristiques physiques du matériau semi-conducteur telles que la resistance d'obscurité, la mobilité des porteurs libres et la durée de vie sont les paramètres clé pour obtenir des impulsions ultracourtes. La bonne résolution temporelle est donc assurée par les propriétés physiques du matériau. Un modèle basé sur un circuit hyperfréquence équivalent, a permis de prédire le comportement hyperfréquence du photocommutateur, éclairé ou non éclairé, lors du passage d'une impulsion RSFQ. De plus, ce modèle permet d'étudier l'influence des paramètres géométriques du photocommutateur sur la sensibilité de ce dernier. Nous avons déduit que Ie photocommutateur à gap à base d'AsGa-BT est bien adapté pour la détection des signaux subpicosecondes de faible amplitude.

Superconducting digital electronic paves the way for ultra-fast electronic involving a wide bandwidth with a very low power dissipation. With a clock speed of up to several tens of GHz, superconducting digital circuits based on the quantum flux logic (RSFQ : Rapid Single-Flux Quantum) are currently used for several applications because of their exceptional performance, beyond the one of conventional electronic techniques. RSFQ circuits process digital data in the form of picosecond voltage pulses with a quantized area of 2. 07 mV. Ps, corresponding to a quantum of magnetic flux h/2e. The aim of this work is to study optoelectronic interfaces to detect and sample ultra-short signals generated by the switching of shunted Josephson junctions that compose RSFQ circuits. We developed a theoretical and experimental approach to study the sensitivity of photoswitches used to detect RSFQ pulses.