JP3125816B2 - Flux quantum flow device and method of manufacturing the same - Google Patents
Flux quantum flow device and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、液体窒素温度以上で動
作する高温超伝導デバイスに関するものである。より具
体的には超伝導体内に侵入した磁束が形成する磁束量子
がバイアス電流に駆動されて超伝導体内を走行すること
を用いた磁束量子フロー素子に関するものであり、具体
的な応用例としては、論理素子、マイクロ波増幅器、マ
イクロ波発振器等への応用が期待される素子に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-temperature superconducting device operating at a temperature of liquid nitrogen or higher. More specifically, the present invention relates to a flux quantum flow element using a flux quantum formed by a magnetic flux penetrating into a superconductor and running in the superconductor by being driven by a bias current. , A logic element, a microwave amplifier, a microwave oscillator, and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】高温超伝導体を用いた磁束量子フロー素
子は、例えば、IEEE Transaction o
n Applied Superconductivi
tyVol.1 No.2, p.95(1991)に
掲載されているように、基板上に一層の高温超伝導薄膜
を形成することにより構成された素子である。2. Description of the Related Art A flux quantum flow device using a high-temperature superconductor is, for example, an IEEE Transaction O.
n Applied Superconductor
tyVol. 1 No. 2, p. 95 (1991), an element formed by forming a single layer of a high-temperature superconducting thin film on a substrate.
【0003】この素子は、図1にその平面構造を示すよ
うに、磁束量子が走行する領域(以下、この部分をチャ
ネルと呼ぶ)1と、これに接続されて磁束量子を駆動す
るためのバイアス電流を前記チャネル1に供給するバイ
アス電流線2と、前記走行する磁束量子の密度を制御す
る制御電流線3とで構成される。前記チャネル1は、磁
束量子が侵入し易いように所望の間隔で孔(超伝導体特
性の希薄な孔状部分)4を開け、さらに他の超伝導薄膜
より膜厚を薄くしてある。As shown in FIG. 1, the element has a region (hereinafter, referred to as a channel) 1 through which a flux quantum travels and a bias connected to the flux quantum for driving the flux quantum. It comprises a bias current line 2 for supplying current to the channel 1 and a control current line 3 for controlling the density of the traveling magnetic flux quantum. The channel 1 is formed with holes (dilute hole portions having superconductor characteristics) 4 at desired intervals so that magnetic flux quanta can easily penetrate, and is made thinner than other superconducting thin films.
【0004】このような磁束量子フロー素子において
は、磁束量子6の大多数は、超伝導体のない部分(超伝
導体特性の希薄な部分)、すなわち、孔4の中に存在す
る。そして、孔4の手前のチャネル1からさらに磁束量
子が供給されると、孔4内の磁束量子6の数が増えて、
磁束量子6は、超伝導体内、すなわち、この場合はチャ
ネル1内に侵入し、バイアス電流に駆動されて、チャネ
ル1中を走行する。In such a flux quantum flow element, the majority of the flux quanta 6 exist in a portion without a superconductor (a portion having a superconductor characteristic being lean), that is, in the hole 4. When the magnetic flux quantum is further supplied from the channel 1 before the hole 4, the number of the magnetic flux quantum 6 in the hole 4 increases,
The flux quanta 6 penetrate into the superconductor, in this case the channel 1 and are driven by the bias current and run through the channel 1.
【0005】この時、チャネル1を横切って発生する電
圧(フロー電圧)は、単位時間にチャネル1のある断面
を通過する磁束量子6の数に比例する。したがって、制
御電流線3でチャネル1に磁界を印加することにより、
チャネル1に侵入する磁束量子6の密度を変えてやる
と、チャネル1に発生する電圧を変えることができる。
以上が磁束量子フロー素子の動作原理であるが、この従
来例においては、図2に示すように、発生フロー電圧が
数10mV、バイアス電流が数mAという、超伝導デバ
イスとしては非常に大きな値のときにのみ、安定な磁束
量子フロー状態が実現されていた。このため、この素子
では、高速動作を望めず、さらに高集積化に適さないと
いう超伝導デバイスとしては致命的な欠点を有してい
た。At this time, a voltage (flow voltage) generated across the channel 1 is proportional to the number of magnetic flux quanta 6 passing through a cross section of the channel 1 per unit time. Therefore, by applying a magnetic field to the channel 1 with the control current line 3,
If the density of the magnetic flux quantum 6 penetrating the channel 1 is changed, the voltage generated in the channel 1 can be changed.
The above is the operation principle of the flux quantum flow element. In this conventional example, as shown in FIG. 2, the generated flow voltage is several tens of mV and the bias current is several mA. Only when was a stable flux quantum flow state realized. For this reason, this element has a fatal defect as a superconducting device that cannot be operated at high speed and is not suitable for high integration.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明では、この磁束
量子フロー素子の動作電流レベルおよび電圧レベルを下
げるため、低バイアス電流で磁束量子フローが安定に生
じ、低いフロー電圧を発生するための条件を規定し、そ
れを実現するためのデバイス構造を提供することを課題
とする。According to the present invention, in order to lower the operating current level and the voltage level of the flux quantum flow element, the flux quantum flow is stably generated with a low bias current, and the condition for generating a low flow voltage is provided. It is an object to provide a device structure for realizing it.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁束量子フ
ロー素子は、そのグランドプレーンが超伝導体から構成
され、これにより、前記孔状部分のインダクタンスを
L、孔状部分と孔状部分との間の超伝導体の臨界電流値
をIc、磁束量子の磁束量をφ0 とした時の、In the magnetic flux quantum flow device according to the present invention, the ground plane is formed of a superconductor, whereby the inductance of the hole portion is L, and the hole portion and the hole portion are connected to each other. When the critical current value of the superconductor is Ic and the magnetic flux amount of the magnetic flux quantum is φ 0 ,
【0008】[0008]
【数5】 LIc<φ0 (1) が満足されていることを特徴とする素子である。(5) An element characterized by satisfying LIc <φ 0 (1).
【0009】また、本発明に係る他の磁束量子フロー素
子は、前記超伝導体の孔状部分と孔状部分との間隔、寸
法が所定範囲に規定され、これにより、前記式(1)が
満足されていることを特徴とする磁束量子フロー素子で
ある。In another magnetic flux quantum flow element according to the present invention, the distance between the hole portions of the superconductor and the size of the hole portion are defined in a predetermined range. A magnetic flux quantum flow element characterized by being satisfied.
【0010】本発明に係る磁束量子フロー素子の製造方
法は、前記孔状部分を、前記走行領域を構成する超伝導
体の一部にイオンビームあるいは電子ビームを照射して
常伝導体に変化させることによって形成し、これによ
り、前記式(1)を満足させることを特徴とする方法で
ある。In the method of manufacturing a magnetic flux quantum flow element according to the present invention, a part of the superconductor constituting the running region is irradiated with an ion beam or an electron beam to change the hole-like portion into a normal conductor. And thereby satisfying the expression (1).
【0011】また、本発明に係る他の磁束量子フロー素
子の製造方法は、前記孔状部分を、超伝導体のオーダパ
ラメータの振幅を小さくすることによって形成し、これ
により、前記式(1)を満足させることを特徴とする磁
束量子フロー素子の製造方法である。Further, in another method of manufacturing a magnetic flux quantum flow element according to the present invention, the hole-like portion is formed by reducing the amplitude of an order parameter of a superconductor. And a method for manufacturing a magnetic flux quantum flow element characterized by satisfying the following.
【0012】[0012]
【作用】磁束量子フロー素子においては、超伝導体中の
孔および常伝導領域は、磁束量子が超伝導体内を動く時
のピン留めセンタとして働く。また、磁束量子が孔状部
分の中にあるときは、バイアス電流が作用しないので、
バイアス電流からのローレンツ力は働かない。したがっ
て、磁束量子が超伝導体(チャネル)に侵入しようとす
る力は働かない。その結果、磁束量子は孔状部分の中に
留まろうとする。さらに多数の磁束量子が、手前のチャ
ネルから供給されて孔状部分内に留まり、磁束量子が孔
状部分内に入りきれなくなった時に、磁束量子は、チャ
ネルに侵入し始め、これがバイアス電流に駆動されて一
斉にチャネル中を走行する。これが従来の磁束量子フロ
ー素子の動作原理であり、また、高バイアス電流が必要
で発生電圧も大きい理由である。In the flux quantum flow element, the holes and the normal region in the superconductor serve as pinning centers when the flux quantum moves in the superconductor. Also, when the flux quantum is in the hole, the bias current does not act,
Lorentz force from bias current does not work. Therefore, the force by which the flux quantum tries to penetrate the superconductor (channel) does not work. As a result, the flux quanta tends to stay in the pore. When more flux quanta are supplied from the front channel and stay in the hole, and when the flux quanta can no longer fit in the hole, the flux quanta begin to enter the channel, which is driven by bias current Being run all at once in the channel. This is the operation principle of the conventional flux quantum flow element, and is the reason why a high bias current is required and the generated voltage is large.
【0013】従来の素子構造では、超伝導体の孔状部分
のインダクタンスは非常に大きく、孔状部分の大きさを
1ミクロン以下にしても、孔状部分の中には多数個の磁
束量子が存在し得て、単一の磁束量子が安定に存在でき
ないような状態を実現することはできない。In the conventional element structure, the inductance of the hole portion of the superconductor is very large, and even if the size of the hole portion is 1 μm or less, a large number of magnetic flux quanta exist in the hole portion. It cannot exist and cannot realize a state in which a single flux quantum cannot exist stably.
【0014】本発明では、以上の点を考慮して、超伝導
体のチャネル中にある孔状部分のインダクタンスを小さ
くし、孔状部分の中に一つの磁束量子が局在して安定に
存在できないようにする。こうすることによって、磁束
量子の一部分は、常にチャネル中にあり、これにバイア
ス電流の駆動力が働くので、磁束量子は低いバイアス電
流レベルで容易にチャネル中を走行する。また、この
時、孔状部分のピン留め力は弱いから、磁束量子は孔状
部分にピン止めされにくくなる。そのため、磁束量子が
高密度に集まった状態で走行することもない。したがっ
て、磁束量子の走行は、バイアス電流レベルの低いうち
から安定に生じ、発生するフロー電圧も小さい。In the present invention, in consideration of the above points, the inductance of the hole portion in the channel of the superconductor is reduced, and one magnetic flux quantum is localized and stably present in the hole portion. Make it impossible. By doing so, the flux quanta easily travels through the channel at low bias current levels because a portion of the flux quanta is always in the channel and is driven by the bias current. At this time, since the pinning force of the hole is weak, the magnetic flux quantum is less likely to be pinned to the hole. Therefore, the vehicle does not travel in a state where magnetic flux quanta are gathered at a high density. Therefore, the traveling of the magnetic flux quantum occurs stably from a low bias current level, and the generated flow voltage is small.
【0015】このように、本発明では、磁束量子が超伝
導体特性の希薄な孔状部分の中にトラップされるのを防
止し、低電流かつ低電圧動作を可能にするものである。As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the magnetic flux quantum from being trapped in the thin hole portion having the superconductor characteristic, thereby enabling low current and low voltage operation.
【0016】[0016]
【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
は、これら実施例になんら限定されるものではない。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
【0017】(実施例1)図3に本発明の第1の実施例
を説明するための素子の平面構造を示す。図中、1は磁
束量子が走行するチャネル、2はバイアス電流線、3は
制御電流線、4は超伝導体の孔(超伝導体特性の希薄な
孔状部分)、5は高温超伝導体の単結晶基板(5a)と
その上にエピタキシャルさせた絶縁層(5b)とをまと
めて示したものである。(Embodiment 1) FIG. 3 shows a plan structure of an element for explaining a first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a channel through which a flux quantum travels, 2 is a bias current line, 3 is a control current line, 4 is a hole of a superconductor (a thin hole portion of superconductor characteristics), and 5 is a high-temperature superconductor. 1 shows a single crystal substrate (5a) and an insulating layer (5b) epitaxially formed thereon.
【0018】この構造の素子の作り方として、例えば、
基板(グランドプレーン)5aとしてYBa2 Cu3 O
7 の単結晶を用い、これに絶縁層5bとして、例えば、
NdGaO3 を、さらに、その上に高温超伝導体として
YBa2 Cu3 O7 をエピタキシャル成長させる。そし
て、このYBa2 Cu3 O7 膜をパターニングして前記
チャネル1〜超伝導体の孔4までの素子構造を形成す
る。As a method of manufacturing an element having this structure, for example,
YBa 2 Cu 3 O as substrate (ground plane) 5a
7 is used as the insulating layer 5b.
NdGaO 3 is grown thereon, and YBa 2 Cu 3 O 7 is grown epitaxially thereon as a high-temperature superconductor. Then, the YBa 2 Cu 3 O 7 film is patterned to form an element structure from the channel 1 to the hole 4 of the superconductor.
【0019】この場合、チャネル1内に形成する孔4の
寸法が数ミクロン程度と従来と同程度の大きさであって
も、基板5aのYBa2 Cu3 O7 が超伝導グランドプ
レーンとして働くため、孔4のインダクタンスは大幅に
減少する。そのため、孔4の中に安定に入ることのでき
る磁束量は非常に少なくなり、一磁束量子でも完全には
入れなくなる。このように高温超伝導体の単結晶を基板
5aにして、これを超伝導グランドプレーンとして用い
ることで、一つの孔の中に一つの磁束量子が局在し得な
い条件、すなわち、In this case, even if the size of the hole 4 formed in the channel 1 is about several microns, which is about the same as the conventional size, the YBa 2 Cu 3 O 7 of the substrate 5a works as a superconducting ground plane. , The inductance of the hole 4 is greatly reduced. Therefore, the amount of magnetic flux that can enter the hole 4 stably becomes very small, and even one flux quantum cannot completely enter. By using the single crystal of the high-temperature superconductor as the substrate 5a and using it as the superconducting ground plane, the condition that one magnetic flux quantum cannot be localized in one hole, that is,
【0020】[0020]
【数6】 LIc<φ0 (1) を満足することが可能となる。ここで、Lは超伝導体の
孔4のインダクタンスである。Icは、図4に示すよう
に、孔4によって括れた形の超伝導薄膜に電流をながし
た時に、超伝導薄膜の括れた部分に磁束量子が侵入を始
めるときの電流値である。また、φ0 は磁束量子の磁束
量で2×10-15 Wbである。(6) It is possible to satisfy LIc <φ 0 (1). Here, L is the inductance of the hole 4 of the superconductor. As shown in FIG. 4, Ic is a current value when a flux quantum starts to enter a constricted portion of the superconducting thin film when a current flows through the superconducting thin film confined by the hole 4. Φ 0 is 2 × 10 −15 Wb, which is the amount of magnetic flux of the magnetic flux quantum.
【0021】この条件(式(1))を満足したとき、磁
束量子は、孔4の中に入りきらずに、一部分がチャネル
1内に侵入する。このとき、磁束量子はバイアス電流か
らの駆動力を有効に受けることになり、磁束量子の安定
なフローが実現する。When this condition (Equation (1)) is satisfied, the magnetic flux quantum does not completely enter the hole 4 but partially enters the channel 1. At this time, the flux quantum effectively receives the driving force from the bias current, and a stable flow of the flux quantum is realized.
【0022】また、さらに磁束量子のフローを安定させ
るために、バイアス電流線2の形状を変え、図1に示す
ように、チャネル全体に均一にバイアス電流が流れるよ
うにする。Further, in order to further stabilize the flow of the magnetic flux quantum, the shape of the bias current line 2 is changed so that the bias current flows uniformly in the entire channel as shown in FIG.
【0023】本実施例においては、グランドプレーンと
して高温超伝導体の単結晶を用いたが、MgO、SrT
iO3 、NdGaO3 などの絶縁性基板に高温超伝導体
A/絶縁体/高温超伝導体Bの順にエピタキシャル成長
させて、高温超伝導体Aをグランドプレーンにし、高温
超伝導体Bを素子として用いることも可能である。In this embodiment, a single crystal of a high-temperature superconductor is used as a ground plane, but MgO, SrT
iO 3, in order by epitaxial growth of NdGaO 3 insulating substrate to a high temperature superconductor A / insulator / superconductor, such as B, and the high-temperature superconductor A ground plane, using a high-temperature superconductor B as an element It is also possible.
【0024】(実施例2)超伝導体の臨界電流Icが大
きい場合には、実施例1で述べたように、素子にグラン
ドプレーンを設けただけでは、超伝導体の孔状部分に一
磁束量子が入らないという条件を満たすことができない
場合もある。そのようなときには、孔状部分の寸法をさ
らに小さくする必要がある。ここでは、第2の実施例と
して超伝導体の孔状部分の寸法を小さくすることが可能
なデバイス構造を提供する。(Embodiment 2) When the critical current Ic of the superconductor is large, as described in Embodiment 1, simply providing a ground plane on the element causes one magnetic flux in the hole of the superconductor. In some cases, the condition that no quantum enters cannot be satisfied. In such a case, it is necessary to further reduce the size of the hole. Here, as a second embodiment, a device structure capable of reducing the size of the hole portion of the superconductor is provided.
【0025】図5は、本発明の第2の実施例を説明する
素子構造の平面図である。図中、1は磁束量子が走行す
るチャネル、2はバイアス電流線、3は制御電流線、4
は超伝導体特性が希薄な孔状部分、5は高温超伝導体の
単結晶基板(5a)とその上にエピタキシャル成長させ
た絶縁層(5b)をまとめて示すものである。FIG. 5 is a plan view of an element structure for explaining a second embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a channel through which a flux quantum travels, 2 is a bias current line, 3 is a control current line, 4
Reference numeral 5 denotes a hole portion having a dilute superconductor characteristic, and reference numeral 5 denotes a single crystal substrate (5a) of a high-temperature superconductor and an insulating layer (5b) epitaxially grown thereon.
【0026】この構造で、第1の実施例と異なる点は、
孔状部分4を小さく形成するために、超伝導体をエッチ
ングで加工するのではなく、超伝導体の一部を、例え
ば、イオン照射等により、ダメージを与え、常伝導体に
変えている点である。すなわち、この場合は、超伝導体
の孔の中は常伝導体である。The difference between this structure and the first embodiment is that
In order to form the hole-shaped portion 4 small, instead of processing the superconductor by etching, a part of the superconductor is damaged by, for example, ion irradiation or the like, and is changed to a normal conductor. It is. That is, in this case, the inside of the hole of the superconductor is a normal conductor.
【0027】このような製造方法では、超伝導体の露出
した部分にダメージを与えて常伝導体に変えるのである
から、ダメージの横方向の広がりを予め考慮してレジス
トパターンを形成することにより微細な孔を容易に形成
できる。In such a manufacturing method, since the exposed portion of the superconductor is damaged and changed to a normal conductor, the fine pattern is formed by forming a resist pattern in consideration of the lateral spread of the damage in advance. Holes can be easily formed.
【0028】この素子構造を実現する製造工程の例を図
6を用いて説明する。レジスト7でチャネル1の超伝導
体を保護し、孔状部分4に該当するところの超伝導体を
リソグラフィを用いて露出させる。そして、その部分に
電子ビームあるいはイオンビーム(例えば、アルゴンイ
オン)を照射して、超伝導体にダメージを与え、超伝導
臨界温度を素子の動作温度以下にするか、あるいはこの
部分を常伝導体に変える。この方法により、図7に示す
ように、一つの磁束量子6が入り切らない程度に孔状部
分4の寸法を微細にすることができる。An example of a manufacturing process for realizing this element structure will be described with reference to FIG. The superconductor of the channel 1 is protected by the resist 7, and the superconductor corresponding to the hole portion 4 is exposed using lithography. Then, the portion is irradiated with an electron beam or an ion beam (for example, argon ion) to damage the superconductor and reduce the superconducting critical temperature to below the operating temperature of the element or to change this portion to a normal conductor. Change to According to this method, as shown in FIG. 7, the size of the hole-shaped portion 4 can be reduced to such an extent that one magnetic flux quantum 6 cannot be fully inserted.
【0029】(実施例3)実施例1で述べたLIcの値
を小さくする別の方法を実現する。本実施例の方法は、
素子のチャネルに超伝導体の孔を設ける方法ではない。
この方法は、孔に該当する箇所の超伝導体のオーダパラ
メータの振幅を、例えば、イオンビーム照射によって小
さくし、その箇所の超伝導性を弱めることで、チャネル
に磁束量子が入り易い状態を維持しながら、一つの磁束
量子が安定的にその超伝導性の弱い部分(広義の孔)に
入り得ない状態を実現する方法である。(Embodiment 3) Another method for reducing the value of LIc described in Embodiment 1 is realized. The method of the present embodiment
This is not a method of providing a superconductor hole in the channel of the device.
In this method, the amplitude of the order parameter of the superconductor at the location corresponding to the hole is reduced by, for example, ion beam irradiation, and the superconductivity at the location is reduced, thereby maintaining a state where magnetic flux quanta easily enter the channel. On the other hand, this is a method for realizing a state in which one flux quantum cannot stably enter a portion (a hole in a broad sense) having a weak superconductivity.
【0030】図8は、本発明の第3の実施例を説明する
素子構造の断面図である。図中、1は磁束量子が走行す
るチャネル、3は制御電流線、5は高温超伝導体の単結
晶基板5aとその上にエピタキシャル成長させた絶縁層
5bとをともに示すもので、4は超伝度体のオーダパラ
メータの振幅が小さくなった(すなわち、超伝導体特性
が弱められた孔状部分)部分であり、広義の孔である。FIG. 8 is a sectional view of an element structure for explaining a third embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a channel through which a flux quantum travels, 3 denotes a control current line, 5 denotes a single-crystal substrate 5a of a high-temperature superconductor and an insulating layer 5b epitaxially grown thereon, and 4 denotes a superconductor. This is a portion where the amplitude of the order parameter of the body becomes small (that is, a hole portion where the superconductor characteristic is weakened), and is a hole in a broad sense.
【0031】この構造で第2の実施例と異なる点は、超
伝導体の孔として、超伝導体の一部を常伝導体に変えた
替りに、超伝導性を弱めた部分を形成したことである。The difference of this structure from the second embodiment is that instead of changing a part of the superconductor to a normal conductor, a portion having reduced superconductivity is formed as a hole of the superconductor. It is.
【0032】なお、本実施例においては、超伝導体のオ
ーダパラメータを小さくする手段として、イオン照射に
よる場合を述べたが、結晶粒界を利用するなど、公知の
様々な方法が適用できることはいうまでもない。In this embodiment, ion irradiation is used as a means for reducing the order parameter of the superconductor. However, various known methods such as the use of grain boundaries can be applied. Not even.
【0033】また、以上の実施例の説明において、説明
の繁雑さを避けるために、特に触れなかったが、超伝導
体で構成されるチャネルは、バイアス電流線の超伝導体
に比較して膜厚の薄い超伝導体で構成する。これは、バ
イアス電流線の部分に磁束量子が逃げないようにするた
めである。しかし、この素子は磁束量子が超伝導体の中
を走行することを動作原理とするものであるから、この
素子のチャネル部分はジョセフソン効果を示すような超
伝導弱結合ではない。したがって、走行する磁束量子も
ジョセフソン磁束量子ではなく、第2種超伝導体の中に
存在するアブリコソフ磁束量子である。Further, in the above description of the embodiment, although not particularly mentioned in order to avoid the complexity of the description, the channel constituted by the superconductor has a larger film thickness than that of the bias current line superconductor. It is composed of a thin superconductor. This is to prevent the flux quantum from escaping to the bias current line. However, since this device is based on the principle that the flux quanta travels in the superconductor, the channel portion of this device is not a superconducting weak coupling that shows the Josephson effect. Therefore, the traveling flux quantum is not an Josephson flux quantum but an abrikosov flux quantum present in the second-class superconductor.
【0034】[0034]
【発明の効果】本発明によれば、低いバイアス電流で磁
束量子フローが安定に生じ、また低い磁束量子密度でフ
ローが生じるので、動作時に発生するフロー電圧を低く
できる。したがって、この素子では高速動作が可能とな
り、また動作時の発熱が少ないことから高集積化に適さ
ない、という欠点も回避できる。According to the present invention, since a magnetic flux quantum flow is stably generated at a low bias current and a magnetic flux is generated at a low magnetic flux quantum density, the flow voltage generated during operation can be reduced. Therefore, this element can operate at high speed and can avoid the drawback that it is not suitable for high integration because it generates less heat during operation.
【図1】従来形の磁束量子フロー素子の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a conventional flux quantum flow element.
【図2】従来の素子のバイアス電流とフロー電圧との関
係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a relationship between a bias current and a flow voltage of a conventional device.
【図3】本発明の第1の実施例を示すもので、本発明に
係る磁束量子フロー素子の平面図である。FIG. 3, showing a first embodiment of the present invention, is a plan view of a magnetic flux quantum flow element according to the present invention.
【図4】バイアス電流を定義するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for defining a bias current.
【図5】本発明の第2の実施例を示すもので、本発明に
係る磁束量子フロー素子の平面図である。FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention, and is a plan view of a magnetic flux quantum flow element according to the present invention.
【図6】本発明の第2の実施例を示すもので、本発明に
係る磁束量子フロー素子の断面図である。FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a magnetic flux quantum flow element according to the present invention.
【図7】本発明の第2の実施例の磁束量子フロー素子の
孔状部分近傍の拡大平面図である。FIG. 7 is an enlarged plan view of the vicinity of a hole portion of a magnetic flux quantum flow element according to a second embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第3の実施例を示すもので、本発明に
係る磁束量子フロー素子の断面図である。FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention and is a cross-sectional view of a magnetic flux quantum flow element according to the present invention.
1 磁束量子がフローする超伝導体のチャネル 2 バイアス電流線 3 制御電流線 4 超伝導体特性の希薄な孔状部分 5 グランドプレーンを構成する超伝導体および絶縁体 5a グランドプレーンを構成する超伝導体 5b グランドプレーンを構成する絶縁層 6 磁束量子 7 レジスト Reference Signs List 1 Superconductor channel through which flux quantum flows 2 Bias current line 3 Control current line 4 Rare hole-shaped portion of superconductor characteristics 5 Superconductor and insulator constituting ground plane 5a Superconductor constituting ground plane Body 5b Insulating layer constituting ground plane 6 Magnetic flux quantum 7 Resist
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭47−36790(JP,A) 特開 昭62−117194(JP,A) 特開 昭64−119794(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 39/22 - 39/24 H01L 39/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-47-36790 (JP, A) JP-A-62-117194 (JP, A) JP-A-64-119794 (JP, A) (58) Investigation Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 39/22-39/24 H01L 39/00
Claims (4)
と、これに接続されたバイアス電流供給線と、磁束量子
書き込み制御電流線とで構成され、磁束量子を侵入し易
くするために、前記磁束量子走行領域に複数個の超伝導
体特性の希薄な孔状部分が設けられた素子であって、 そのグランドプレーンが超伝導体から構成され、これに
より、前記孔状部分のインダクタンスをL、孔状部分と
孔状部分との間の超伝導体の臨界電流値をIc、磁束量
子の磁束量をφ0 とした時の、 【数1】 LIc<φ0 (1) が満足されていることを特徴とする磁束量子フロー素
子。1. A magnetic flux quantum traveling region comprising a high-temperature superconductor, a bias current supply line connected thereto, and a magnetic flux quantum write control current line. An element in which a plurality of rare-hole portions having superconductor characteristics are provided in the flux quantum traveling region, and the ground plane is formed of a superconductor, whereby the inductance of the hole portion is L, When the critical current value of the superconductor between the hole-like portions is Ic and the amount of magnetic flux of the magnetic flux quantum is φ 0 , the following expression is satisfied: LIc <φ 0 (1) A flux quantum flow element characterized by the above-mentioned.
と、これに接続されたバイアス電流供給線と、磁束量子
書き込み制御電流線とで構成され、磁束量子を侵入し易
くするために、前記磁束量子走行領域に複数個の超伝導
体特性の希薄な孔状部分が設けられた素子であって、 前記超伝導体の孔状部分と孔状部分との間隔、寸法が所
定範囲に規定され、これにより、前記孔状部分のインダ
クタンスをL、孔状部分と孔状部分との間の超伝導体の
臨界電流値をIc、磁束量子の磁束量をφ0 とした時
の、 【数2】 LIc<φ0 (1) が満足されていることを特徴とする磁束量子フロー素
子。2. A magnetic flux quantum traveling region comprising a high-temperature superconductor, a bias current supply line connected thereto, and a magnetic flux quantum write control current line. An element in which a plurality of rare-hole portions having superconductor characteristics are provided in a magnetic flux quantum traveling region, wherein the distance between the hole portions and the hole portions of the superconductor is defined in a predetermined range. Accordingly, when the inductance of the hole portion is L, the critical current value of the superconductor between the hole portions is Ic, and the amount of magnetic flux of the magnetic flux is φ 0 , A magnetic flux quantum flow element characterized by satisfying LIc <φ 0 (1).
と、これに接続されたバイアス電流供給線と、磁束量子
書き込み制御電流線とで構成され、磁束量子を侵入し易
くするために、前記磁束量子走行領域に複数個の超伝導
体特性の希薄な孔状部分が設けられた素子の製造方法で
あって、 前記孔状部分を、前記走行領域を構成する超伝導体の一
部にイオンビームあるいは電子ビームを照射して常伝導
体に変化させることによって形成し、これにより、前記
孔状部分のインダクタンスをL、孔状部分と孔状部分と
の間の超伝導体の臨界電流値をIc、磁束量子の磁束量
をφ0 とした時の、 【数3】 LIc<φ0 (1) を満足させることを特徴とする磁束量子フロー素子の製
造方法。3. A magnetic flux quantum traveling region composed of a high-temperature superconductor, a bias current supply line connected thereto, and a magnetic flux quantum writing control current line. A method for manufacturing an element in which a plurality of rare-hole portions having superconductor characteristics are provided in a flux quantum traveling region, wherein the pore portion is formed by ionizing a part of a superconductor constituting the traveling region. It is formed by irradiating a beam or an electron beam to change into a normal conductor, whereby the inductance of the hole portion is L, and the critical current value of the superconductor between the hole portions is Ic, a method of manufacturing a flux quantum flow element, characterized by satisfying the following formula: LIc <φ 0 (1), where φ 0 is the magnetic flux amount of the magnetic flux quantum.
と、これに接続されたバイアス電流供給線と、磁束量子
書き込み制御電流線とで構成され、磁束量子を侵入し易
くするために、前記磁束量子走行領域に複数個の超伝導
体特性の希薄な孔状部分が設けられた素子の製造方法で
あって、 前記孔状部分を、超伝導体のオーダパラメータの振幅を
小さくすることによって形成し、これにより、前記孔状
部分のインダクタンスをL、孔状部分と孔状部分との間
の超伝導体の臨界電流値をIc、磁束量子の磁束量をφ
0 とした時の、 【数4】 LIc<φ0 (1) を満足させることを特徴とする磁束量子フロー素子の製
造方法。4. A magnetic flux quantum traveling region comprising a high-temperature superconductor, a bias current supply line connected thereto, and a magnetic flux quantum write control current line. What is claimed is: 1. A method for manufacturing a device in which a plurality of rare-hole portions having superconductor characteristics are provided in a magnetic flux quantum traveling region, wherein the hole portions are formed by reducing the amplitude of an order parameter of a superconductor. Thus, the inductance of the hole portion is L, the critical current value of the superconductor between the hole portions is Ic, and the amount of magnetic flux quantum is φ.
A method of manufacturing a magnetic flux quantum flow device, characterized by satisfying: LIc <φ 0 (1) when 0 is set .
Priority Applications (1)
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| JP04092870A JP3125816B2 (en) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | Flux quantum flow device and method of manufacturing the same |
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| JP04092870A JP3125816B2 (en) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | Flux quantum flow device and method of manufacturing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05291635A JPH05291635A (en) | 1993-11-05 |
| JP3125816B2 true JP3125816B2 (en) | 2001-01-22 |
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| JP (1) | JP3125816B2 (en) |
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- 1992-04-13 JP JP04092870A patent/JP3125816B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH05291635A (en) | 1993-11-05 |
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