JPH0642315B2 - Superconducting memory - Google Patents
Superconducting memoryInfo
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- JPH0642315B2 JPH0642315B2 JP60257678A JP25767885A JPH0642315B2 JP H0642315 B2 JPH0642315 B2 JP H0642315B2 JP 60257678 A JP60257678 A JP 60257678A JP 25767885 A JP25767885 A JP 25767885A JP H0642315 B2 JPH0642315 B2 JP H0642315B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、情報をアブリコソフ磁束量子の形で超伝導体
内に記憶する超伝導記憶装置に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a superconducting memory device for storing information in the superconductor in the form of Abrikosov magnetic flux quanta.
アブリコソフ磁束量子を記憶情報として用いた装置は、
アプライドフィジックスレター誌(Applied Physics Let
ters,Vol.39 NO.12 Desember 1981,pp.992〜993)に既に
開示されている。A device that uses Abrikosov flux quanta as memory information is
Applied Physics Let
ters, Vol.39 NO.12 Desember 1981, pp.992-993).
第9図はアブリコソフ磁束量子記憶装置の従来例のひと
つを示す概略斜視図である。アブリコソフ磁束量子を保
持するための膜厚の薄い超伝導体膜51と、超伝導膜5
1の一部を下部電極とし超伝導体膜52を上部電極とす
る磁束量子検出用ジョセフソン接合53と、超伝導体層
51の端5近くに設けられた磁束量子書込線54と、超
伝導体膜51の端55を除く周辺を囲む超伝導体膜51
よりも膜厚の厚い超伝導体膜51′とで構成されてい
る。なお、Bは超伝導体膜51内に保持されているアブ
リコソフ磁束量子を概念的に表しているものである。FIG. 9 is a schematic perspective view showing one of conventional examples of the Abrikosov magnetic flux quantum memory device. A thin superconductor film 51 for holding Abrikosov magnetic flux quanta, and a superconductor film 5
1. A Josephson junction 53 for magnetic flux quantum detection in which a part of 1 is a lower electrode and a superconductor film 52 is an upper electrode; a magnetic flux quantum write line 54 provided near the end 5 of the superconductor layer 51; Superconductor film 51 surrounding the periphery of the conductor film 51 except for the end 55.
And a superconductor film 51 'having a larger film thickness. Note that B conceptually represents the Abrikosov magnetic flux quantum retained in the superconductor film 51.
このアブリコソフ磁束量子記憶装置は、超伝導体膜51
内に保持されているアブリコソフ磁束量子の有無を記憶
状態の「1」「0」に対応させている。すなわち、超伝
導体膜51内にアブリコソフ磁束量子が保持されると、
その磁束量子がジョセフソン接合53に影響を与えてジ
ョセフソン接合53における閾値電流Ijを低下させる
ことを利用しており、閾値電流Ijの変化を記憶状態の
「1」「0」に対応させているのである。This Abrikosov magnetic flux quantum memory device has a superconductor film 51.
The presence / absence of the Abrikosov magnetic flux quanta held therein is associated with "1" and "0" in the memory state. That is, when the Abrikosov magnetic flux quantum is retained in the superconductor film 51,
The fact that the magnetic flux quantum influences the Josephson junction 53 to lower the threshold current Ij in the Josephson junction 53 is utilized, and the change of the threshold current Ij is made to correspond to “1” and “0” of the memory state. Is there.
情報の読み出しは、適当な値のバイアス電流Ibをジョ
セフソン接合53に与えることにより行う。すなわち、
アブリコソフ磁束量子が超伝導体膜51内に保持された
場合の閾値電流Ijと保持されていない場合のそれとの
間の値を持つバイアス電流Ibをジョセフソン接合53
に与えると、アブリコソフ磁束量子が保持されていれば
ジョセフソン接合53に電圧が発生(有電圧状態)し、
保持されていなければ電圧は零(零電圧状態)となるの
である。Information is read by applying a bias current Ib having an appropriate value to the Josephson junction 53. That is,
A bias current Ib having a value between the threshold current Ij when the Abrikosov magnetic flux quantum is held in the superconductor film 51 and the threshold current Ij when the superconducting film is not held in the Josephson junction 53.
, The voltage is generated in the Josephson junction 53 (voltage state) if the Abrikosov magnetic flux quantum is held,
If it is not held, the voltage becomes zero (zero voltage state).
ところが、この従来のアブリコソフ磁束量子記憶装置
は、書き込みに非常に大きな問題点をもっていた。However, this conventional Abrikosov magnetic flux quantum storage device has a very serious problem in writing.
記憶状態「1」の書き込みは、書込線54に所定の方向
の電流を流して磁界を発生させ、超伝導体膜51で端5
5から所定の向き(たとえば、上向き)のアブリコソフ
磁束量子を内部発生させることにより達成する。一方、
記憶状態「0」の書き込みは、そのときの記憶状態に応
じて異なる手順を用いて行わなければならない。すなわ
ち、書込前の記憶状態が「1」であれば、書込線54に
逆向きの電流を流して下向きの磁束量子を超伝導体膜5
1に内部発生させ、上向きの磁束量子と対消滅させるこ
とによってアブリコソフ磁束量子数を零にする。また、
記憶状態が「0」であれば書込線54に何等電流を流さ
ないことによりそのままの状態を維持し、実質的に
「0」書き込みとする。To write the memory state “1”, a current is applied to the write line 54 in a predetermined direction to generate a magnetic field, and the superconductor film 51 ends the end 5.
This is achieved by internally generating Abrikosov flux quanta from 5 in a predetermined direction (for example, upward). on the other hand,
Writing of the storage state “0” must be performed using a different procedure depending on the storage state at that time. That is, if the storage state before writing is “1”, a reverse current is applied to the write line 54 to cause downward flux quanta to be generated in the superconductor film 5.
Abrikosov magnetic flux quantum number is made zero by internally generating 1 and annihilating the upward magnetic flux quantum. Also,
If the memory state is "0", no current is passed through the write line 54 to maintain the state as it is, and "0" is written.
このように、従来のアブリコソフ磁束量子記憶装置で
は、書き込み前にそのつど必ず記憶状態を読み出す必要
があり、書き込みのアクセス時間を無用に長くし、この
記憶セルを用いて計算機を構成するとマシンサイクル時
間が長くなるという問題点があった。As described above, in the conventional Abrikosov magnetic flux quantum storage device, it is necessary to read the storage state each time before writing, and if the access time for writing is unnecessarily lengthened and a computer is configured using this storage cell, the machine cycle time There was a problem that it becomes longer.
また、記憶状態「1」から「0」書き込みを行う場合
に、磁束量子を正確に対消滅させることは非常に困難で
ある。対消滅が不十分であれば上向きのアブリコソフ磁
束量子が一部残留してしまい、対消滅を過剰に行えば下
向きのアブリコソフ磁束量子が保持されてしまう。した
がって、アブリコソフ磁束量子を過不足なく対消滅させ
る必要性から書込動作マージンが非常に狭くなり、安定
動作が困難であった。また、書込動作を繰り返し行うう
ちに、完全対消滅し損なった残留アブリコソフ磁束量子
が徐々に蓄積していき、誤動作を生じるに至るという問
題点があった。In addition, when writing "0" from the memory state "1", it is very difficult to exactly eliminate the pair of magnetic flux quanta. If the pair annihilation is insufficient, a part of the upward Abrikosov magnetic flux quantum remains, and if the pair annihilation is excessively performed, the downward Abrikosov magnetic flux quantum is retained. Therefore, the write operation margin is extremely narrowed due to the necessity of annihilating the Abrikosov magnetic flux quanta without excess or deficiency, and stable operation is difficult. In addition, there is a problem in that residual Abrikosov magnetic flux quanta, which have not been completely pair-annihilated, gradually accumulate during repeated write operations, resulting in malfunction.
本発明の超伝導記憶装置は上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、磁場が印加されることによってアブリコソ
フ磁束量子を内部発生しそのアブリコソフ磁束量子を前
記磁場を取り除いた状態でも自己保持する第1および第
2の超伝導体層領域を有する情報記憶手段と、情報に対
応いている電流が通電されることによって前記情報記憶
手段の第1および第2の超伝導体層領域に与える磁場を
発生する超伝導体層を有する情報書込手段と、前記情報
記憶手段の第1および第2の超伝導体層領域に自己保持
されているアブリコソフ磁束量子のつくる磁場に感応す
る少なくともひとつ以上のジョセフソン接合素子および
前記ジョセフソン接合素子におけるアブリコソフ磁束量
子による磁場と平行な成分を有する磁場を発生する制御
線を有する情報読出手段とを具備するものである。The superconducting memory device of the present invention is made in view of the above problems, and internally generates Abrikosov magnetic flux quanta by applying a magnetic field, and self-holds the Abrikosov magnetic flux quanta even in a state where the magnetic field is removed. Information storage means having first and second superconductor layer areas, and generation of a magnetic field applied to the first and second superconductor layer areas of the information storage means by applying a current corresponding to information Information writing means having a superconducting layer, and at least one or more Josephsons sensitive to a magnetic field created by Abrikosov flux quanta self-held in the first and second superconducting layer regions of the information storing means. Information reading having a junction element and a control line for generating a magnetic field having a component parallel to the magnetic field by the Abrikosov flux quantum in the Josephson junction element In which and means.
情報書込手段を構成する超伝導体層に与える電流の向き
によって情報記憶手段の第1および第2の超伝導体層領
域にそれぞれ記憶状態の「0」または「1」に対応する
上向きまたは下向きのアブリコソフ磁束量子が選択的に
保持される。そして、制御線に制御電流Icsを与える
と共にジョセフソン接合素子にバイアス電流Isを与え
ると、アブリコソフ磁束量子の向きに対応してアブリコ
ソフ磁束量子がつくる磁場の影響によりジョセフソン接
合素子が有電圧状態または零電圧状態のいずれかとな
る。Depending on the direction of the electric current applied to the superconductor layer forming the information writing means, the first and second superconductor layer regions of the information storage means are directed upward or downward corresponding to the storage state "0" or "1", respectively. The Abrikosov magnetic flux quanta of are selectively retained. Then, when the control current Ics is applied to the control line and the bias current Is is applied to the Josephson junction element, the Josephson junction element is in a voltage state or under the influence of the magnetic field created by the Abrikosov flux quantum corresponding to the direction of the Abrikosoff flux quantum. Either of the zero voltage states.
(実施例) 以下、実施例と共に本発明を詳細に説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail together with examples.
第1図は本発明の一実施例を示す平面配置図であり、第
2図はそのII−II断面図である。情報記憶手段1は、磁
場が印加されることによってアブリコソフ磁束量子αを
内部発生し、そのアブリコソフ磁束量子を該磁場が除去
された後も自己保持する超伝導体記憶領域2aおよび2
bを情報記憶用要素として有する。情報記憶領域2aお
よび2bを包含する超伝導体層2は例えば方形または長
方形に形成されており、相対する一対の辺をそれぞれ3
aおよび3bとし、また、相対する他の一対の辺をそれ
ぞれ3cおよび3dとしたとき、辺3cに沿った領域を
情報記憶領域2a、辺3dに沿った領域を情報記憶領域
2bとしている。なお、この超伝導体層2は第2種の超
伝導体により形成されている。FIG. 1 is a plan layout view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a II-II sectional view thereof. The information storage means 1 internally generates the Abrikosov magnetic flux quantum α by applying a magnetic field, and the superconductor storage areas 2a and 2a that self-hold the Abrikosov magnetic flux quantum even after the magnetic field is removed.
b is included as an information storage element. The superconductor layer 2 including the information storage areas 2a and 2b is formed in, for example, a rectangular shape or a rectangular shape, and has a pair of opposite sides each having 3 sides.
a and 3b, and when the other pair of opposing sides are 3c and 3d, the area along the side 3c is the information storage area 2a, and the area along the side 3d is the information storage area 2b. The superconductor layer 2 is made of a second type superconductor.
情報書込手段11は、電流が通電されることによって、
情報記憶手段1の情報記憶領域2aおよび2bに与える
磁場を発生するストライプ状の超伝導体層12および1
3を情報書込用要素として有する。この場合、超伝導体
層12および13はそれぞれ情報記憶手段1の情報記憶
領域2aおよび2bと並置するために、それぞれ超伝導
体層2の辺3cおよび3dに沿って延長している。The information writing means 11 is supplied with a current,
Stripe-shaped superconductor layers 12 and 1 for generating a magnetic field applied to the information storage areas 2a and 2b of the information storage means 1.
3 is included as an information writing element. In this case, the superconductor layers 12 and 13 extend along the sides 3c and 3d of the superconductor layer 2 so as to be juxtaposed with the information storage areas 2a and 2b of the information storage means 1, respectively.
情報読出手段21は、情報記憶手段1の情報記憶領域2
aおよび2bが自己保持しているアブリコソフ磁束量子
に感応するジョセフソン接合素子22およびこのジョセ
フソン接合素子22に所定の磁界を与える制御線34を
情報読出用要素として有する。ジョセフソン接合素子2
2は、下部電極としての超伝導体層32と上部電極とし
ての超伝導体層26との間にトンネル障壁層25を介在
さることによって構成されている。すなわち、情報記憶
手段1の超伝導体層2上い超伝導体層32が下部電極と
して形成され、超伝導体層32上に窓23が穿設された
絶縁層24が形成され、超伝導体層32の窓23に臨む
領域に例えば超伝導体層32の材料の酸化物でなるトン
ネル障壁層25が形成され、さらに、絶縁層24上に窓
23を覆うように超伝導体層26が上部電極として形成
されている。ジョセフソン接合素子22におけるアブリ
コソフ磁束量子による磁場と平行な成分を有する磁場を
発生する制御線34はストライプ状の超伝導体層からな
り、トンネル障壁層25の上方を横切るように、超伝導
体層26上に絶縁層33を介して形成されている。The information reading means 21 is the information storage area 2 of the information storage means 1.
a and 2b have a Josephson junction element 22 sensitive to the Abrikosov magnetic flux quantum self-held and a control line 34 for giving a predetermined magnetic field to the Josephson junction element 22 as information reading elements. Josephson junction element 2
2 is constituted by interposing a tunnel barrier layer 25 between a superconductor layer 32 as a lower electrode and a superconductor layer 26 as an upper electrode. That is, the superconductor layer 32 on the superconductor layer 2 of the information storage means 1 is formed as a lower electrode, the insulating layer 24 having the window 23 formed therein is formed on the superconductor layer 32, and the superconductor is formed. A tunnel barrier layer 25 made of, for example, an oxide of the material of the superconductor layer 32 is formed in a region of the layer 32 facing the window 23, and a superconductor layer 26 is formed on the insulating layer 24 so as to cover the window 23. It is formed as an electrode. The control line 34 for generating a magnetic field having a component parallel to the magnetic field due to the Abrikosov magnetic flux quantum in the Josephson junction element 22 is composed of a stripe-shaped superconductor layer, and the control line 34 crosses above the tunnel barrier layer 25 so as to cross the superconductor layer. The insulating layer 33 is formed on the insulating layer 26.
つぎに、本実施例の動作を説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.
情報の「1」に対応する電流IAおよびIA′を情報書
込手段11の超伝導体層12および13に矢印に示す方
向(第1の方向)に流すと、これに応じて超伝導体層1
2および13から情報「1」に対応する磁場すなわち第
2図において超伝導体層12および13を中心とした反
時計方向の磁場が発生し、その磁場が情報記憶手段1の
情報記憶領域2aおよび2bにそれぞれ印加される。こ
のため、情報記憶領域2aの辺3c部に情報「1」に対
応するアブリコソフ磁束量子αが第1の向き(上向き
「↑」)に内部発生し、情報記憶領域2bの辺3d部に
同じく情報「1」に対応するアブリコソフ磁束量子αが
第2の向き(下向き「↓」)に内部発生する。そして、
磁場の印加を続けると、アブリコソフ磁束量子が辺3c
部および3d部において次々と発生し、先に内部発生し
たアブリコソフ磁束量子を互いに働く斥力により情報読
出手段21側にすなわち中央部に向かって押し込んでゆ
く。When the currents IA and IA 'corresponding to the information "1" are passed through the superconductor layers 12 and 13 of the information writing means 11 in the direction indicated by the arrow (first direction), the superconductor layer is correspondingly generated. 1
A magnetic field corresponding to the information "1" is generated from 2 and 13, that is, a counterclockwise magnetic field centered on the superconductor layers 12 and 13 in FIG. 2, and the magnetic field is generated in the information storage area 2a of the information storage means 1 and 2b, respectively. Therefore, the Abrikosov magnetic flux quantum α corresponding to the information “1” is internally generated in the first direction (upward “↑”) on the side 3c of the information storage area 2a, and the same information is generated on the side 3d of the information storage area 2b. The Abrikosov magnetic flux quantum α corresponding to “1” is internally generated in the second direction (downward “↓”). And
If you continue to apply the magnetic field, the Abrikosov magnetic flux quanta will become
The Abrikosov magnetic flux quanta that are generated one after the other in the section and the 3d section and are internally generated earlier are pushed toward the information reading means 21 side, that is, toward the central portion by the repulsive force that acts on each other.
情報読出手段21側に移動してきたアブリコソフ磁束量
子はジョセフソン接合素子22の下部電極である比較的
厚い超伝導体層32の存在によりそれ以上の移動が妨げ
られる。このようにして、情報記憶手段1の情報記憶領
域2aおよび2bにアブリコソフ磁束量子が侵入してい
き、ある程度以上のアブリコソフ磁束量子が侵入してし
まうと、こんどはアブリコソフ磁束量子の互いの斥力に
より侵入が困難となり飽和状態となる。すなわち、アブ
リコソフ磁束量子は情報記憶領域2a(辺3a,3b,
3cおよびジョセフソン接合素子22の下部電極32の
一方の端部3d′で囲まれた領域)および情報記憶領域
2b(辺3a,3b,3dおよびジョセフソン接合素子
22の下部電極32の他方の端部3c′で囲まれた領
域)の双方において飽和状態となる。このアブリコソフ
磁束量子は、電流IAおよびIA′が除かれたときに
は、超伝導体層2のピン止め力(アブリコソフ磁束量子
を捕獲する力)により自己保持される。The presence of the relatively thick superconductor layer 32, which is the lower electrode of the Josephson junction element 22, prevents further movement of the Abrikosov magnetic flux quantum that has moved to the information reading means 21 side. In this way, if the Abrikosov magnetic flux quanta intrude into the information storage areas 2a and 2b of the information storage means 1 and a certain amount or more of the Abrikosov magnetic flux quanta invade, the Abrikosov magnetic flux quanta will invade due to the repulsive force of each other. Becomes difficult and saturated. That is, the Abrikosov magnetic flux quantum is stored in the information storage area 2a (sides 3a, 3b,
3c and a region surrounded by one end 3d 'of the lower electrode 32 of the Josephson junction element 22) and the information storage area 2b (sides 3a, 3b, 3d and the other end of the lower electrode 32 of the Josephson junction element 22). Both of the regions surrounded by the portion 3c ') are saturated. This Abrikosov flux quantum is self-held by the pinning force of the superconductor layer 2 (the force that captures the Abrikosov flux quantum) when the currents IA and IA 'are removed.
つぎに、情報の「0」に対応する電流IBおよびIB′
を、情報書込手段11の超伝導体層12および13に、
上述した電流IAおよびIA′とは逆の第2の方向に流
すと、超伝導体層12および13から上述の情報「1」
に対応する磁場とは逆向きの磁場が発生し、この磁場に
よって情報記憶手段1の情報記憶領域2aおよび2b
に、情報「0」に対応するアブリコソフ磁束量子が情報
「1」に対応するアブリコソフ磁束量子とは逆の向き
(情報記憶領域2aにおいては下向き「↓」で情報記憶
領域2bにおいては上向き「↑」)に内部発生する。こ
の内部発生した情報「0」に対応するアブリコソフ磁束
量子は前述した情報「1」に対応するアブリコソフ磁束
量子と同様に侵入していき、既に自己保持されている情
報「1」に対応する逆向きのアブリコソフ磁束量子と結
合して対消滅する。そしてさらに、情報「0」に対応す
るアブリコソフ磁束量子が侵入することによって最終的
には情報「0」に対応するアブリコソフ磁束量子のみが
情報記憶手段1の情報記憶領域2aおよび2bにそれぞ
れ残留し保持される。これが情報「0」の保持状態であ
る。Next, the currents IB and IB ′ corresponding to “0” of the information.
In the superconductor layers 12 and 13 of the information writing means 11,
When the currents IA and IA 'are applied in the second direction opposite to the above, the information "1" from the superconductor layers 12 and 13 is given.
A magnetic field in the direction opposite to the magnetic field corresponding to is generated, and by this magnetic field, the information storage areas 2a and 2b of the information storage means 1 are generated.
In addition, the Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the information “0” is in the opposite direction to the Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the information “1” (downward “↓” in the information storage area 2a and upward “↑” in the information storage area 2b). ) Occurs internally. The Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the internally generated information “0” invades in the same manner as the Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the information “1” described above, and the reverse direction corresponding to the information “1” which is already self-held. Paired with the Abrikosov magnetic flux quantum of. Furthermore, when the Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the information "0" invades, finally only the Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the information "0" remains and is retained in the information storage areas 2a and 2b of the information storage means 1, respectively. To be done. This is the holding state of the information “0”.
つぎに、情報の読み出しについて説明する。記憶状態の
検出は、制御電流Icsを情報読出手段21の超伝導体
層34に流すと共に、所定のバイアス領域Isを情報読
出手段21のジョセフソン接合素子22に超伝導体層2
6とトンネル障壁層25と超伝導体層32を通じて流す
ことにより行う。第3図はジョセフソン接合素子22の
閾値特性を示す図であり、横軸は制御線34に流す制御
電流値、縦横はジョセフソン接合素子22に流すバイア
ス電流値である。同図において、破線7はアブリコソフ
磁束量子が情報記憶手段1に保持されていないときの閾
値特性曲線、実線8は「0」状態に相当するアブリコソ
フ磁束量子が保持されているときの閾値特性曲線、実線
9は「1」状態に相当するアブリコソフ磁束量子が保持
されているときの閾値特性曲線である。このように、記
憶状態によって閾値特性が横軸に沿って遷移するのは、
情報記憶手段1の超伝導体層2に保持されたアブリコソ
フ磁束量子が作る磁界の影響によるものである。Next, reading of information will be described. To detect the memory state, the control current Ics is passed through the superconductor layer 34 of the information reading means 21, and the predetermined bias region Is is applied to the Josephson junction element 22 of the information reading means 21.
6 through the tunnel barrier layer 25 and the superconductor layer 32. FIG. 3 is a diagram showing the threshold characteristics of the Josephson junction element 22, where the horizontal axis represents the control current value flowing in the control line 34 and the vertical and horizontal axes represent the bias current value flowing in the Josephson junction element 22. In the figure, a broken line 7 is a threshold characteristic curve when the Abrikosov magnetic flux quantum is not held in the information storage means 1, and a solid line 8 is a threshold characteristic curve when the Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the "0" state is held. A solid line 9 is a threshold characteristic curve when the Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the “1” state is held. In this way, the threshold characteristic changes along the horizontal axis depending on the memory state.
This is due to the influence of the magnetic field created by the Abrikosov magnetic flux quantum held in the superconductor layer 2 of the information storage means 1.
いま、ジョセフソン接合素子22にバイアス電流Isを
流すと共に、制御線34に第1の方向に制御電流Ics
を流すことによって動作点をAの位置に移動させること
ができる。同図から、「0」状態であれば動作点Aが閾
値特性曲線8の内側にあるためジョセフソン接合素子2
2は零電圧状態が維持され、「1」状態であれば動作点
Aは閾値特性曲線9の外側に出てしまうことから有電圧
状態に転移することが判る。この現象は、「0」状態の
ときには情報記憶領域2aにおける下向きのアブリコソ
フ磁束量子および情報記憶領域2bにおける上向きのア
ブリコソフ磁束量子がそれぞれ作る磁界と制御電流Ic
sが作る磁界とがトンネル障壁層25部において互いに
打ち消しあい、「1」状態にあるときには情報記憶領域
2aにおける上向きのアブリコソフ磁束量子および情報
記憶領域2bにおける下向きのアブリコソフ磁束量子が
それぞれ作る磁界と制御電流Icsの磁界とが相互に加
わることにより生じる。このような作用によって、所定
のバイアス電流Isと制御電流Icsとを同時に流した
ときのジョセフソン接合素子22の電圧状態により記憶
状態が「1」であるか「0」であるかを読み出すことが
できる。Now, the bias current Is is passed through the Josephson junction element 22, and the control current Ics is applied to the control line 34 in the first direction.
The operating point can be moved to the position A by flowing. From the figure, in the “0” state, the operating point A is inside the threshold characteristic curve 8, so the Josephson junction device 2
It can be seen that the state 2 is maintained in the zero voltage state, and if the state is “1”, the operating point A goes out of the threshold characteristic curve 9, so that the state shifts to the voltage state. This phenomenon is caused by the magnetic field and control current Ic generated by the downward Abrikosov magnetic flux quanta in the information storage area 2a and the upward Abrikosov magnetic flux quanta in the information storage area 2b in the "0" state.
The magnetic field generated by s cancels each other out in the tunnel barrier layer 25, and when in the "1" state, the magnetic field generated by the upward Abrikosov magnetic flux quantum in the information storage area 2a and the downward magnetic field generated by the downward Abrikosov magnetic flux quantum in the information storage area 2b are controlled and controlled, respectively. It is caused by mutual application of the magnetic field of the current Ics. By such an action, it is possible to read out whether the storage state is "1" or "0" depending on the voltage state of the Josephson junction element 22 when a predetermined bias current Is and control current Ics are simultaneously passed. it can.
第4図は本発明の他の実施例を示す平面配置図であり、
第5図はそのV−V断面図である。本実施例は第1図お
よび第2図に示した第1の実施例とその基本構造は同一
であるが、ジョセフソン接合素子22の下部電極32と
情報記憶領域2aおよび2bを含む超伝導体層2との間
に絶縁膜層31を介在させると共に、情報記憶領域2a
から超伝導体層12に沿って電流供給端子4a,4bを
延長させ、情報記憶領域2bから超伝導体層13に沿っ
て電流供給端子4c,4dを延長させている点が異な
る。なお、第4図および第5図において第1図および第
2図と同一若しくは相当部分には同一の符号を付してあ
る。FIG. 4 is a plan view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a VV sectional view thereof. This embodiment has the same basic structure as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, but includes a lower electrode 32 of the Josephson junction element 22 and a superconductor including the information storage areas 2a and 2b. The insulating film layer 31 is interposed between the layer 2 and the information storage area 2a.
The current supply terminals 4a and 4b are extended along the superconductor layer 12 and the current supply terminals 4c and 4d are extended from the information storage area 2b along the superconductor layer 13. In FIGS. 4 and 5, the same or corresponding parts as those in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals.
本実施例における情報「1」の書き込みは、電流IAお
よびIA′を供給すると共に、端子4bおよび4dから
端子4aおよび4cに向けてローレンツ電流Ixを供給
することにより行う。このように、情報記憶手段1の情
報記憶領域2aおよび2bに電流Ixを第2の方向に流
すと、情報記憶手段1の情報記憶領域2aの辺3c部に
保持されているアブリコソフ磁束量子が電流Ixとのロ
ーレンツ相互作用により力を受けて情報読出手段21側
に速やかに移動し、また、情報記憶領域2bの辺3d部
に保持されているアブリコソフ磁束量子も同じく電流I
xとのローレンツ相互作用により力を受けて情報読出手
段21側に速やかに移動する。また、情報「0」の書き
込みの場合は、上記電流Ixとは逆方向のローレンツ電
流を流せば、同様の作用によりアブリコソフ磁束量子を
情報読出手段21側に速やかに移動させることができ
る。そのため、書込時間を一層短縮することができる。
しかも、アブリコソフ磁束量子の蓄積量を増大させるこ
とができることから検出感度を高めることもできる。The writing of the information "1" in the present embodiment is performed by supplying the currents IA and IA 'and the Lorentz current Ix from the terminals 4b and 4d to the terminals 4a and 4c. As described above, when the current Ix is passed through the information storage areas 2a and 2b of the information storage means 1 in the second direction, the Abrikosov magnetic flux quantum held on the side 3c of the information storage area 2a of the information storage means 1 becomes a current. By the Lorentz interaction with Ix, the force is rapidly moved to the information reading means 21 side, and the Abrikosov magnetic flux quantum held on the side 3d of the information storage area 2b is also the current I.
Due to Lorentz interaction with x, the force is rapidly moved to the information reading means 21 side. Further, in the case of writing the information "0", if a Lorentz current in the direction opposite to the current Ix is passed, the Abrikosov magnetic flux quantum can be quickly moved to the information reading means 21 side by the same action. Therefore, the writing time can be further shortened.
Moreover, since the amount of Abrikosov magnetic flux quantum accumulated can be increased, the detection sensitivity can be increased.
第6図は本発明の更に他の実施例を示す平面配置図であ
り、第7図はそのVII−VII断面図である。FIG. 6 is a plan layout view showing still another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a VII-VII sectional view thereof.
本実施例は第4図および第5図に示した第2の実施例の
情報書込手段11を超伝導体層14として単一にし、情
報記憶手段1を構成している超伝導体層2の裏側に絶縁
体層15を介して配置したものである。In this embodiment, the information writing means 11 of the second embodiment shown in FIGS. 4 and 5 is unified as the superconductor layer 14, and the superconductor layer 2 constituting the information storage means 1 is formed. It is arranged on the back side of the via the insulating layer 15.
本実施例における情報「1」の書き込みは、超伝導体層
14に一様に第2実施例の電流IAおよびIA′とは逆
向きの電流ICを流すことにより達成される。電流IC
を供給することによって、第7図の矢印Hで示す方向に
磁界が生じ、情報記憶領域2aには上向きのアブリコソ
フ磁束量子が内部発生し、情報記憶領域2bには下向き
のアブリコソフ磁束量子が内部発生する。このとき、端
子4bおよび4dに第2実施例と同様にローレンツ電流
Ixを与えれば、書込時間の短縮および検出感度の増大
を図れる。情報「0」の書き込みは電流ICと逆向きの
電流IDを超伝導体層14に与え、ローレンツ電流Ix
とは逆向きのローレンツ電流Ix′を端子4aおよび4
cに与えらればよい。本実施例によれば情報書込手段1
1が情報記憶手段1に積層されているので、セル面積の
縮小化を図ることができる。The writing of the information "1" in this embodiment is achieved by causing a current IC, which is opposite to the currents IA and IA 'of the second embodiment, to flow uniformly in the superconductor layer 14. Current IC
By supplying a magnetic field in the direction indicated by arrow H in FIG. 7, upward Abrikosov magnetic flux quanta are internally generated in the information storage area 2a, and downward Abrikosov magnetic flux quanta are internally generated in the information storage area 2b. To do. At this time, if the Lorentz current Ix is applied to the terminals 4b and 4d as in the second embodiment, the writing time can be shortened and the detection sensitivity can be increased. The writing of the information “0” gives a current ID in the opposite direction to the current IC to the superconductor layer 14, and the Lorentz current Ix.
A Lorentz current Ix 'in the opposite direction to the terminals 4a and 4
It should be given to c. According to this embodiment, the information writing means 1
Since 1 is stacked in the information storage means 1, the cell area can be reduced.
なお、上記3つの実施例ではジョセフソン接合素子とし
て第8図(A)の概念図に示すように単一のトンネル障
壁層25を持つものを用いているが、同図(B)に示す
ようにトンネル障壁層を2つ持ついわゆるスクイド(SQU
ID)形のものを用いてもよい。同図において26,2
6′は上部電極、25,25′はトンネル障壁層、3
2,32′は下部電極であり、スクイド形を用いる場合
にはアブリコソフ磁束量子による磁束(破線矢印)が中
央の空間を横切るように構成することにより、閾値特性
を変化させることができる。Although the Josephson junction element having the single tunnel barrier layer 25 as shown in the conceptual diagram of FIG. 8A is used in the above-mentioned three embodiments, as shown in FIG. A so-called SQUID (SQU) with two tunnel barrier layers
ID) type may be used. In the figure, 26, 2
6'is an upper electrode, 25 and 25 'are tunnel barrier layers, 3
Numerals 2 and 32 'are lower electrodes, and in the case of using the SQUID type, the threshold characteristic can be changed by configuring the magnetic flux (broken line arrow) by the Abrikosov magnetic flux quantum so as to cross the central space.
また、情報記憶領域2aおよび2bはジョセフソン接合
素子22に対して等距離の位置に配置されているが、両
領域に蓄積されたアブリコソフ磁束量子がつくる磁場が
ジョセフソン接合素子22と相加的に鎖交する配置であ
れば等距離で無くともよい。Further, the information storage areas 2a and 2b are arranged at positions equidistant from the Josephson junction element 22, but the magnetic field created by the Abrikosov magnetic flux quanta accumulated in both areas is additive to the Josephson junction element 22. If they are arranged so as to interlink with each other, they need not be equidistant.
以上説明したように本発明の超伝導記憶装置によれば、
情報書込手段を構成する超伝導体層に与える電流の向き
によって情報記憶手段の超伝導体層に記憶情報の「1」
または「0」に対応する上向きまたは下向きのアブリコ
ソフ磁束量子を選択的に保持させるものであり、上向き
のアブリコソフ磁束量子を保持する場合であっても下向
きのアブリコソフ磁束量子を保持する場合であっても書
込前の記憶状態のアブリコソフ磁束量子を対消滅させた
うえでさらに飽和状態となるまで書き込むので、アブリ
コソフ磁束量子の有無を情報要素とする従来のアブリコ
ソフ磁束量子記憶装置のように書込時に記憶内容をその
つど確認したうえで磁束量子を過不足なく正確に対消滅
させることは不要である。したがって、書込操作が簡単
となるばかりでなく、書込動作マージンを広くとること
ができる。そのうえ、残留するアブリコソフ磁束量子の
蓄積による誤動作もない。As described above, according to the superconducting memory device of the present invention,
The stored information "1" is stored in the superconductor layer of the information storage means depending on the direction of the current applied to the superconductor layer forming the information writing means.
Alternatively, it is intended to selectively retain the upward or downward Abrikosov magnetic flux quanta corresponding to "0", and whether to hold the upward Abrikosov magnetic flux quanta or to hold the downward Abrikosov magnetic flux quanta. Since the Abrikosov magnetic flux quanta in the memory state before writing are pair annihilated and then written until the saturation state is reached, it is stored at the time of writing like a conventional Abrikosov magnetic flux quantum memory device that uses the presence or absence of the Abrikosov magnetic flux quanta as information elements. It is not necessary to confirm the contents each time and to make pair annihilation of the magnetic flux quanta accurately without excess or deficiency. Therefore, not only the writing operation becomes simple, but also the writing operation margin can be widened. Moreover, there is no malfunction due to accumulation of residual Abrikosov flux quanta.
さらに、情報記憶手段1が2つの領域となって広がった
ために、記憶状態におけるアブリコソフ磁束量子にる磁
場が「1」「0」いずれの場合も大きくなり、検出感度
を一層向上させることができる。Furthermore, since the information storage means 1 spreads into two regions, the magnetic field of the Abrikosov magnetic flux quantum in the stored state is large in both cases of "1" and "0", and the detection sensitivity can be further improved.
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例を示す平面配置図、第2図は
そのII−II断面図、第3図はジョセフソン接合素子22
の閾値特性を示す図、第4図は本発明の他の実施例を示
す平面配置図、第5図のそのV−V断面図、第6図は本
発明のさらに他の実施例を示す平面配置図、第7図はそ
のVII−VII断面図、第8図はジョセフソン接合素子の概
念を示す斜視図、第9図は従来のアブリコソフ磁束量子
記憶装置を示す斜視図である。 1……情報記憶手段、2……超伝導体層、2a,2b…
…情報記憶領域、11……情報書込手段、12,13,
14……超伝導体層、21……情報読出手段、22……
ジョセフソン接合素子、34……制御線。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II, and FIG. 3 is a Josephson junction element 22.
Showing the threshold value characteristic of FIG. 4, FIG. 4 is a plane layout view showing another embodiment of the present invention, its VV sectional view of FIG. 5, and FIG. 6 is a plane showing still another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a layout view, FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII, FIG. 8 is a perspective view showing the concept of a Josephson junction element, and FIG. 9 is a perspective view showing a conventional Abrikosov magnetic flux quantum memory device. 1 ... Information storage means, 2 ... Superconductor layer, 2a, 2b ...
... information storage area, 11 ... information writing means, 12, 13,
14 ... Superconductor layer, 21 ... Information reading means, 22 ...
Josephson junction element, 34 ... Control line.
Claims (1)
フ磁束量子を内部発生しそのアブリコソフ磁束量子を前
記磁場を取り除いた状態でも自己保持する第1および第
2の超伝導体層領域を有する情報記憶手段と、情報に対
応している電流が通電されることによって前記情報記憶
手段の第1および第2の超伝導体層領域に与える磁場を
発生する超伝導体層を有する情報書込手段と、前記情報
記憶手段の第1および第2の超伝導体層領域に自己保持
されているアブリコソフ磁束量子のつくる磁場に感応す
る少なくともひとつ以上のジョセフソン接合素子および
前記ジョセフソン接合素子におけるアブリコソフ磁束量
子による磁場と平行な成分を有する磁場を発生する制御
線を有する情報読出手段とを具備する超伝導記憶装置。1. An information storage means having first and second superconductor layer regions which internally generate Abrikosov magnetic flux quanta when a magnetic field is applied and self-hold the Abrikosov magnetic flux quanta even when the magnetic field is removed. An information writing unit having a superconductor layer for generating a magnetic field applied to the first and second superconductor layer regions of the information storage unit when a current corresponding to information is applied. At least one Josephson junction element sensitive to the magnetic field produced by the Abrikosov flux quantum self-held in the first and second superconductor layer regions of the information storage means, and the magnetic field due to the Abrikosov flux quantum in the Josephson junction element And a data reading means having a control line for generating a magnetic field having a component parallel to the superconducting memory device.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60257678A JPH0642315B2 (en) | 1985-11-19 | 1985-11-19 | Superconducting memory |
| US06/808,424 US4764898A (en) | 1984-12-13 | 1985-12-12 | Vortex memory device |
| EP85309088A EP0190503B1 (en) | 1984-12-13 | 1985-12-13 | Superconducting memory device |
| DE8585309088T DE3582155D1 (en) | 1984-12-13 | 1985-12-13 | SUPRALOCIAL STORAGE ARRANGEMENT. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60257678A JPH0642315B2 (en) | 1985-11-19 | 1985-11-19 | Superconducting memory |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62119792A JPS62119792A (en) | 1987-06-01 |
| JPH0642315B2 true JPH0642315B2 (en) | 1994-06-01 |
Family
ID=17309582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60257678A Expired - Lifetime JPH0642315B2 (en) | 1984-12-13 | 1985-11-19 | Superconducting memory |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0642315B2 (en) |
-
1985
- 1985-11-19 JP JP60257678A patent/JPH0642315B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62119792A (en) | 1987-06-01 |
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