Электростатика

6.4. Приборы криоэлектроники 
 
К криоэлектронным приборам следует отнести: запоми-
нающие и логические криоэлектронные устройства вычисли-
тельной техники; генераторы, усилители, переключатели, резо-
наторы, детекторы, преобразователи частоты, фильтры, линии 
задержки, модуляторы и др. приборы СВЧ; сверхпроводящие 
магнитометры,гальванометры,болометры и др. Одной из задач 
криоэлектроники является создание электронных охладителей, 
а также миниатюрных приборов, сочетающих в одной конст-
рукции электронную схему, криостат, служащий герметической 
оболочкой, и охлаждающее устройство. 
По назначению криоэлектронные приборы можно разде-
лить на несколько групп:
- приборы квантовой метрологии; 
- низкочастотные измерительные приборы – сверхпровод-
никовые квантовые интерферометрические датчики (СКВИДы) 
для измерения магнитных полей;
- пассивные СВЧ-устройства, в том числе параметриче-
ские усилители, смесители, видеодетекторы и болометры, 

---

242 
cверхпроводниковые цифровые и импульсные устройства, в том 
числе ячейки логики и памяти ЭВМ, аналого-цифровые преоб-
разователи, стробоскопические преобразователи сигналов. 
Принципы криоэлектроники используют для построения 
ряда приборов (криотроны, квантовые и параметрические уси-
лители, резонаторы, фильтры, линии задержки и др.). Наиболее 
распространенным из этих приборов является криотрон. Разви-
тие криоэлектроники началось с создания криотрона (1955 г.) - 
миниатюрного переключательного элемента, действие которого 
основано на явлении сверхпроводимости.
Криотрон
(от крио... и (элек)трон) -этопереключательный 
криогенный элемент,основан на свойстве сверхпроводников 
скачком менять свою проводимость под воздействием критиче-
ского магнитного поля. Действие криотрона аналогично работе 
ключа или реле; криотрон может находиться только в одном из 
двух состояний - либо в сверхпроводящем, либо с малой прово-
димостью. Криотроны обладают высоким быстродействием 
(время перехода из одного состояния в другое несколько долей 
мксек, порядка 10
-11
сек)
,
малыми размерами до 10
-6
мм
2
(не-
сколько тысяч криотронов на площади в 1 см
2
)
,
дѐшевы в изго-
товлении и достаточно надѐжны, отличаются низким потребле-
нием энергии (10
-18
Дж).
Криотроны - элементы логических, запоминающих и пе-
реключательных устройств. Криотроны могут быть как прово-
лочными, так и плоскими (плѐночными). На рис. 6.8 показана 
конструкция плѐночного криотрона. Первые проволочные 
криотроны были вскоре заменены плѐночными (1958 – 1960 
г.г.). В 1955 – 56 г.г. появились другие плѐночные запоминаю-
щие элементы: персистор, персистотрон, ячейка Кроу, однако 
они не получили распространения. Основным криоэлектронным 
элементом в вычислительной технике остался плѐночный крио-
трон. В 1967 г. был разработан плѐночный туннельный крио-
трон (криосар), основан на эффекте Джозефсона. 

---

243 
На основе криотронов можно создать криотронные БИС, 
выполняющие логические функции, функции запоминания с 
неразрушающим считыванием, управления и межэлементных 
соединений. Однако необходимость работы в условиях глубо-
кого охлаждения и связанные с этим технологические трудно-
сти резко ограничивают применение криотронов. 
Рис. 6.8. Крестообразный плѐночный криотрон:
1 - управляющая плѐнка (Pb); 2 - изолирующий слой (SiO
2
); 
3 - управляемая плѐнка (Sn); 4 - изоляция (SiO
2
);
5 - экранирующий подслой (Pb); 6 - подложка;
I
y
- управляющий электрический ток; 
I
b
- управляемый электрический ток