JPH0828537B2 - Superconducting inductor - Google Patents
Superconducting inductorInfo
- Publication number
- JPH0828537B2 JPH0828537B2 JP62258606A JP25860687A JPH0828537B2 JP H0828537 B2 JPH0828537 B2 JP H0828537B2 JP 62258606 A JP62258606 A JP 62258606A JP 25860687 A JP25860687 A JP 25860687A JP H0828537 B2 JPH0828537 B2 JP H0828537B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic flux
- superconducting
- opening
- inductor
- ground plane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は極低温下で動作する超電導回路に係わり、特
に自己インダクタンスまたは相互インダクタンスを形成
する配線下のグランドプレーンに開口が設けられている
超電導インダクタの構造に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a superconducting circuit that operates at cryogenic temperatures, and in particular to a superconducting device in which an opening is provided in a ground plane under wiring that forms self-inductance or mutual inductance. Regarding the structure of the inductor.
(従来の技術) 極低温で動作する超電導回路は、極めて少ない電力で
高速動作を行うため、計算機などのスイッチング素子と
して期待される。超電導回路は、ジョセフソン素子、抵
抗、自己インダクタ、相互インダクタから構成される。
本発明はこの超電導回路に用いられる自己インダクタ、
相互インダクタの構造に関するものである。原理的には
自己インダクタンスは超電導配線で、また相互インダク
タンスは磁気結合をした2本の超電導配線で実現され
る。ジョセフソン素子を使った量子干渉回路や量子磁束
パラメトロンは磁束量子Φo(2.07×10-15Wb)を情報
の単位とするため、これらの回路で使うインダクタンス
は数10〜0.1pHと極めて小さな値である。超電導集積回
路では、インダクタンスはグランドプレーンと呼ぶ超電
導膜の上に絶縁層を介して置かれた超電導配線で実現さ
れる。このグランドプレーンは超電導体のマイスナー効
果を応用して、外部からの地磁気、雑音磁気、雑音電磁
波を超電導素子から遮断すること、さらに超電導回路の
バイアス電流を電源に還流させるための接地面としての
役目を持っている。インダクタを実現する超電導配線の
幅、長さは、インダクタンス値、絶縁層の厚さ、グラン
ドプレーンと超電導配線に使った超電導膜の磁場侵入長
により変わる。例えば絶縁層の膜厚が0.2μm、鉛また
はニオブをグランドプレーンと超電導配線金属に選んだ
場合、1〜10pHの自己インダクタは幅5〜数10μm、長
さ数10μm〜数100μmの超電導配線で実現される。相
互インダクタはグランドプレーンの上に互いに磁気結合
した2本の超電導配線により実現される。通常、磁気結
合を強くするため、2本の超電導配線は絶縁層を介して
積み重ねた構造にする。(Prior Art) A superconducting circuit that operates at a cryogenic temperature is expected as a switching element for a computer or the like because it operates at a high speed with a very small amount of power. The superconducting circuit is composed of Josephson elements, resistors, self-inductors, and mutual inductors.
The present invention is a self-inductor used in this superconducting circuit,
The present invention relates to the structure of a mutual inductor. In principle, the self-inductance is realized by superconducting wiring, and the mutual inductance is realized by two magnetically coupled superconducting wirings. Quantum interference circuits and quantum magnetic flux parametrons using Josephson devices use magnetic flux quantum Φo (2.07 × 10 -15 Wb) as a unit of information, so the inductance used in these circuits is as small as several tens to 0.1 pH. is there. In a superconducting integrated circuit, the inductance is realized by superconducting wiring placed on a superconducting film called a ground plane via an insulating layer. This ground plane applies the Meissner effect of the superconductor to block external geomagnetism, noise magnetism, and noise electromagnetic waves from the superconducting element, and also functions as a ground plane for returning the bias current of the superconducting circuit to the power supply. have. The width and length of the superconducting wire that realizes the inductor vary depending on the inductance value, the thickness of the insulating layer, the magnetic field penetration length of the superconducting film used for the ground plane and the superconducting wire. For example, if the insulating layer has a thickness of 0.2 μm and lead or niobium is selected as the ground plane and superconducting wiring metal, a self-inductor with a pH of 1 to 10 pH can be realized with a superconducting wiring with a width of 5 to several 10 μm and a length of several 10 μm to several 100 μm. To be done. The mutual inductor is realized by two superconducting wires magnetically coupled to each other on the ground plane. Usually, in order to strengthen magnetic coupling, two superconducting wires are stacked with an insulating layer in between.
回路の高速性能を実現するためジョセフソン接合の大
きさは微細で寸法は1〜5μm角または丸である。この
ジョセフソン接合の寸法に比較すると、先に上げたイン
ダクタを実現する超電導配線の寸法は極めて大きい。イ
ンダクタを実現する超電導配線の寸法が大きいと、寄生
静電容量が大きくなって回路速度が低下し、さらに集積
回路の集積度をあげられない欠点がある。グランドプレ
ーン上に構成したインダクタの寸法(超電導配線の寸
法)が大きくなるのは、グランドプレーンと超電導配線
の間の絶縁層の膜厚が薄いため超電導配線に流れる電流
により発生する磁束がこの絶縁層に閉じ込められ、発生
する磁束量が少ないからである。In order to realize high-speed performance of the circuit, the size of the Josephson junction is minute and the size is 1 to 5 μm square or round. Compared with the size of this Josephson junction, the size of the superconducting wiring that realizes the above-mentioned inductor is extremely large. If the size of the superconducting wiring that realizes the inductor is large, the parasitic capacitance is increased, the circuit speed is reduced, and the degree of integration of the integrated circuit cannot be increased. The size of the inductor configured on the ground plane (dimension of the superconducting wire) is large because the magnetic flux generated by the current flowing in the superconducting wire is due to the thin film thickness of the insulating layer between the ground plane and the superconducting wire. This is because the amount of magnetic flux generated due to being trapped in
インダクタをよりコンパクトに構成する方法としてグ
ランドプレーンに開口を設け、この開口に配線を施すイ
ンダクタの構造が提案されている(この開口のことを以
下インダクタの開口ということがある。)。この構造で
あると、超電導配線に流れる電流により発生する磁束は
開口を通るため狭い領域に閉じ込められることが無く、
発生する磁束の量が多い。この為、グランドプレーンに
開口を設け、この開口に超電導配線を施した構造のイン
ダクタは他の構造のインダクタに比べ寸法が小さく出来
る。以下に、このインダクタの構造を第2A図および第2B
図を用いて説明しよう。第2A図は従来のインダクタの構
造例である。このインダクタはグランドプレーン2に設
けた開口1に超電導配線3を渡した構造である。超電導
配線3を流れる電流の発生する磁束は開口1を通るた
め、小さな構造で大きなインダクタンスを実現できる。
第2B図は従来の自己インダクタの他の構造例である。こ
の図では、グランドプレーン2に設けた開口1の上に折
り返した構造の超電導配線3を配置してある。この構造
でも、超電導配線3に流れる電流により発生する磁束
は、開口1を通る。第2A図および第2B図とも、超電導配
線3の上方または下方に第2の超電導配線を配置し、こ
の第2の超電導配線と超電導配線3とを各々1次巻線、
2次巻線とすれば相互インダクタを構成できる。以上説
明したごとく、グランドプレーンに開口を設けた構造の
インダクタはその素子寸法を小さくでき、かつ寄生容量
を小さくできるため高速高集積回路には有利である。As a method of configuring the inductor in a more compact manner, an inductor structure has been proposed in which an opening is provided in the ground plane and wiring is provided in this opening (this opening may be referred to as an inductor opening hereinafter). With this structure, the magnetic flux generated by the current flowing in the superconducting wire does not get trapped in a narrow area because it passes through the opening,
A large amount of magnetic flux is generated. Therefore, an inductor having a structure in which an opening is provided in the ground plane and the superconducting wiring is provided in this opening can have a smaller size than inductors of other structures. The structure of this inductor is shown below in Figures 2A and 2B.
Let's explain using figures. FIG. 2A is a structural example of a conventional inductor. This inductor has a structure in which a superconducting wire 3 is passed through an opening 1 provided in a ground plane 2. Since the magnetic flux generated by the current flowing through the superconducting wiring 3 passes through the opening 1, a large inductance can be realized with a small structure.
FIG. 2B is another structural example of the conventional self-inductor. In this figure, a superconducting wire 3 having a folded structure is arranged above an opening 1 provided in a ground plane 2. Also in this structure, the magnetic flux generated by the current flowing through the superconducting wire 3 passes through the opening 1. 2A and 2B, a second superconducting wire is arranged above or below the superconducting wire 3, and the second superconducting wire and the superconducting wire 3 are respectively provided with primary windings,
A secondary inductor can form a mutual inductor. As described above, the inductor having the structure in which the opening is provided in the ground plane can reduce the element size and the parasitic capacitance, which is advantageous for a high-speed highly integrated circuit.
(発明が解決しようとする問題点) 一方、この第2A図および第2B図に示す構造のインダク
タは総て超電導体で構成されているため、開口1に磁束
が捕獲される欠点がある。開口1に捕獲される磁束はフ
ラクソイドの量子化法則より磁束量子Φo(2.07×10
-15Wb)の整数倍である。磁束量子素子のように磁束を
信号媒体にしている素子では、この捕獲された磁束が信
号磁束に重畳され正常な動作を妨げる。従って、第2A図
および第2B図に示すインダクタを使う素子では、開口1
に磁束が捕獲されない構造か、捕獲された磁束を排除
(追放)する構造が必要である。磁束が捕獲されるの
は、超電導回路を動作させるために、回路を室温(300
K)から例えば液体ヘリウム温度(4.2K)の極低温に冷
やす過程で、以下のa)、b)の理由により発生する。(Problems to be Solved by the Invention) On the other hand, since the inductors having the structures shown in FIGS. 2A and 2B are all composed of superconductors, there is a drawback that magnetic flux is trapped in the opening 1. The magnetic flux trapped in the opening 1 is the magnetic flux quantum Φo (2.07 × 10
-15 Wb). In an element using a magnetic flux as a signal medium such as a magnetic flux quantum element, the trapped magnetic flux is superimposed on the signal magnetic flux to prevent normal operation. Therefore, in the element using the inductor shown in FIGS. 2A and 2B, the aperture 1
It is necessary to have a structure in which the magnetic flux is not captured or a structure in which the captured magnetic flux is eliminated (expulsed). The magnetic flux is trapped in order to operate the superconducting circuit at room temperature (300
It occurs in the process of cooling from K) to an extremely low temperature of liquid helium (4.2 K) for the following reasons a) and b).
a)地球上の地磁気や雑音磁気は例えば数+μm角の開
口に磁束量子を捕獲させるに十分な量である。従って、
地磁気や雑音磁束が上記開口に捕獲される。a) The geomagnetism and noise magnetism on the earth are sufficient to trap the magnetic flux quantum in the aperture of several + μm square. Therefore,
Geomagnetism and noise magnetic flux are captured in the opening.
b)超電導回路を冷却する過程で、集積回路間や素子間
に生ずる温度差に起因して熱起電力が発生し、超電導体
に電流が流れる。この電流の発生する磁束が上記開口に
捕獲される。b) In the process of cooling the superconducting circuit, a thermoelectromotive force is generated due to a temperature difference between the integrated circuits and between the elements, and a current flows through the superconductor. The magnetic flux generated by this current is captured in the opening.
これらの原因による磁束の捕獲を回避するために従来
技術では、主にa)に関して、超電導回路をパーマロイ
等の強磁性体や超電導体で囲んで地磁気や雑音磁気から
遮断する方法がとられる。この方法により外部からの磁
界を極めて弱いものにすることができ、インダクタの開
口に捕獲される磁束が単位磁束量子程度にすることがで
きる。また、磁気遮蔽と併用して、a)、b)に関して
MOATと呼ぶグランドプレーンに設けた溝をインダクタの
近傍に設け、この溝に磁束を捕獲させて、インダクタの
開口には磁束が捕獲されにくい構造が使われている。こ
のMOATは例えば、S.Bermon,T.Gheewala,“MOAT-GUARDED
JOSEPHSONSQUIDS",IEEE Transaction on MAGNETICS,VO
L.MAG-19,No.3,pp.1160-1164、MAY 1983に開示されてい
る。MOATは、MOATに磁束量子が捕獲された時のエネルギ
ーがインダクタの開口に磁束量子が捕獲された時のエネ
ルギーより小さい様な構造をしている。従って、超電導
回路を冷却する過程で磁束量子がインダクタの開口とMO
ATのどちらかに捕獲される場合、磁束はインダクタの開
口よりMOATに捕獲されやすい。このようにして、MOATは
インダクタの開口に磁束が捕獲されるのを回避する。こ
の従来技術はインダクタの近傍に置かれたMOATが磁束量
子を捕獲しやすくしてある構造であるが、実際に捕獲で
きるか否かは確率が支配する現象となる。従って、従来
技術のMOATによる方法では、計算機の様に100万個以上
の素子を使う大きなシステムではすべての素子が磁束を
捕獲しない様にすることは困難である。また、実際にイ
ンダクタに磁束が捕獲された場合には、捕獲された磁束
を追放する手段がない。In order to avoid the trapping of magnetic flux due to these causes, in the prior art, a method mainly for a) is adopted in which the superconducting circuit is surrounded by a ferromagnetic material such as permalloy or a superconductor to shield it from earth magnetism and noise magnetism. By this method, the magnetic field from the outside can be made extremely weak, and the magnetic flux trapped in the opening of the inductor can be set to about the unit magnetic flux quantum. Also, in combination with magnetic shielding, regarding a) and b)
A groove is provided near the inductor on the ground plane called MOAT, and the magnetic flux is captured in this groove, and the structure in which the magnetic flux is hard to be captured is used in the opening of the inductor. This MOAT is, for example, S. Bermon, T. Gheewala, “MOAT-GUARDED
JOSEPHSONSQUIDS ", IEEE Transaction on MAGNETICS, VO
L.MAG-19, No. 3, pp. 1160-1164, MAY 1983. The MOAT has a structure in which the energy when the magnetic flux quantum is trapped in the MOAT is smaller than the energy when the magnetic flux quantum is trapped in the opening of the inductor. Therefore, in the process of cooling the superconducting circuit, the flux quanta are
If trapped in either of the ATs, the magnetic flux is more easily trapped in the MOAT than in the inductor aperture. In this way, MOAT avoids trapping magnetic flux in the inductor aperture. This prior art has a structure in which the MOAT placed in the vicinity of the inductor facilitates the trapping of the magnetic flux quantum, but whether or not the trap can actually be trapped depends on the probability. Therefore, it is difficult to prevent all the elements from catching the magnetic flux in the large-scale system using 1 million or more elements like a computer by the method of the prior art MOAT. Further, when the magnetic flux is actually captured by the inductor, there is no means for expelling the captured magnetic flux.
本発明の目的は、配線下のグランドプレーンに開口を
設けた形のインダクタにおいて、開口に磁束が捕獲され
にくい構造を提供することにある。また他の目的は、イ
ンダクタの開口に捕獲された磁束を追放する手段を提供
することにある。It is an object of the present invention to provide a structure in which an opening is provided in a ground plane below a wiring and a magnetic flux is hard to be captured in the opening. Yet another object is to provide a means for expelling the magnetic flux trapped in the opening of the inductor.
(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成する為に、本発明ではインダクタの開
口とチャネルを介して接続する第2の開口を作成すると
ともに、前記チャネルに磁束の流通を制御する電導体を
設けることにより、前記インダクタの開口に捕獲された
磁束を第2の開口に追放するようにした。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, in the present invention, a second opening that is connected to the opening of the inductor through a channel is formed, and at the same time, an electric current that controls the flow of the magnetic flux in the channel is formed. By providing the conductor, the magnetic flux trapped in the opening of the inductor is expelled to the second opening.
(実施例) 以下、本発明を実施例を使って説明する。第1図は本
発明の実施例である。第1図では、グランドプレーン2
に設けたインダクタの開口1とグランドプレーン2に設
けた磁束追放開口10をグランドプレーンを掘ったチャネ
ル11で結んだ構造である。チャネル11には電導体12が橋
渡しされている。電導体12の両端はグランドプレーン2
に接触している。従って、グランドプレーン2及び電導
体12がいずれも超電導状態にあるときは、第1図はグラ
ンドプレーン2に2個の開口、すなわち、インダクタの
開口1と磁束追放開口10が存在するのと同じである。ま
た電導体12が常電導体状態にある時は、第1図はグラン
ドプレーン2にインダクタの開口1と磁束追放開口10が
チャネル11で結ばれた1個の開口が開いていることにな
る。磁気遮蔽を行なえば、外部からの磁界を極めて弱く
する事ができ、グランドプレーンに設けた開口には単位
磁束量子しか捕獲されないか全く捕獲されないかのどち
らかにすることができる。第1図の構成では、電導体12
が超電導状態にある場合、磁束追放開口10に磁束量子が
捕獲される時のエネルギーがインダクタの開口1に磁束
量子が捕獲される時のエネルギーより小さい構造にす
る。次に第1図の構造で、捕獲された単位磁束量子を磁
束追放開口10に追放する方法を説明する。インダクタの
開口1に単位磁束量子が捕獲されたとする。この状態で
電導体12を常電導状態にする。電導体12が常電導状態な
らば、グランドプレーン2に設けられたインダクタの開
口1と磁束追放開口10がチャネル11で結ばれた1個の開
口に単位磁束量子が捕獲された状態となる。グランドプ
レーンは超電導状態にある。この状態で電導体12を超電
導状態にすると、磁束は磁束量子単位で動くから、捕獲
された単位磁束量子はインダクタの開口1か磁束追放開
口10のどちらかに移動する(捕獲される)。単位磁束量
子が捕獲された場合のエネルギーは磁束追放開口10に捕
獲された時の方が少ないから、単位磁束量子は磁束追放
開口10に移動し、その結果インダクタの開口1に捕獲さ
れていた磁束は追放される。(Examples) Hereinafter, the present invention will be described using examples. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the ground plane 2
This is a structure in which the opening 1 of the inductor provided in 1 and the magnetic flux erasing opening 10 provided in the ground plane 2 are connected by a channel 11 dug in the ground plane. A conductor 12 is bridged to the channel 11. Both ends of the conductor 12 are ground planes 2
Is in contact with Therefore, when both the ground plane 2 and the electric conductor 12 are in the superconducting state, FIG. 1 is the same as having two openings in the ground plane 2, that is, the opening 1 of the inductor and the magnetic flux displacement opening 10. is there. Further, when the electric conductor 12 is in the normal electric conductor state, in FIG. 1, one opening in which the opening 1 of the inductor and the magnetic flux erasing opening 10 are connected by the channel 11 is opened in the ground plane 2. If magnetic shielding is performed, the magnetic field from the outside can be made extremely weak, and only the unit magnetic flux quantum can be trapped in the opening provided in the ground plane or not trapped at all. In the configuration of FIG.
Is in a superconducting state, the energy when the magnetic flux quantum is trapped in the magnetic flux displacing opening 10 is smaller than the energy when the magnetic flux quantum is trapped in the opening 1 of the inductor. Next, a method for expelling the trapped unit flux quantum to the flux expelling opening 10 in the structure of FIG. 1 will be described. It is assumed that the unit flux quantum is captured in the opening 1 of the inductor. In this state, the electric conductor 12 is brought into the normal conducting state. If the conductor 12 is in the normal conducting state, the unit magnetic flux quantum is trapped in one opening in which the opening 1 of the inductor provided in the ground plane 2 and the magnetic flux displacement opening 10 are connected by the channel 11. The ground plane is superconducting. When the electric conductor 12 is brought into a superconducting state in this state, the magnetic flux moves in units of magnetic flux quantum, so that the captured unit magnetic flux quantum moves (is trapped) to either the opening 1 or the magnetic flux displacement opening 10 of the inductor. Since the energy when the unit magnetic flux quantum is captured is smaller than that when it is captured in the magnetic flux displacement opening 10, the unit magnetic flux quantum moves to the magnetic flux displacement opening 10, and as a result, the magnetic flux captured in the opening 1 of the inductor. Is exiled.
次に、グランドプレーンに設けた開口に単位磁束量子
が捕獲された場合の、エネルギーと開口の構造について
説明しよう。一般に、無限平面に半径rの円開口が開い
ている場合のインダクタンスLは式(1)で現わされ
る。Next, the energy and the structure of the opening when the unit magnetic flux quantum is trapped in the opening provided in the ground plane will be described. In general, the inductance L when a circular opening having a radius r is opened in the infinite plane is expressed by the equation (1).
L=2rμ (1) ここでμは透磁率である。この式の導出はM.Hosoya,E.G
oto,T.Soma,“Extrapolated Boundary Element Method
for Three Dimensional Inductance Calculatin",Techn
ical-Report 86-16,Department of Information Scienc
e,Faculty of Science,University of Tokyoに開示され
ている。式(1)を開口の面積Aを変数にして現わすと
式(2)となる。L = 2rμ (1) where μ is the magnetic permeability. This equation is derived by M. Hosoya, EG
oto, T.Soma, “Extrapolated Boundary Element Method
for Three Dimensional Inductance Calculatin ", Techn
ical-Report 86-16, Department of Information Scienc
e, Faculty of Science, University of Tokyo. When the expression (1) is expressed with the area A of the opening as a variable, the expression (2) is obtained.
式(2)よりインダクタは開口の面積の平方根に比例す
ることが分かる。式(2)は円開口の場合であるが、例
えば四角形の開口にも近似式として使える。インダクタ
ンスLに量子磁束Φo(2.07×10-15Wb)を捕獲した場
合の捕獲エネルギーEは式(3)で現わされる。 From equation (2), it can be seen that the inductor is proportional to the square root of the area of the opening. Expression (2) is a case of a circular opening, but it can be used as an approximate expression for a square opening, for example. The trapping energy E when the quantum magnetic flux Φo (2.07 × 10 −15 Wb) is trapped in the inductance L is expressed by the equation (3).
E=Φo2/2L (3) この式より開口の面積Aの大きいほうが、エネルギーの
小さいことがわかる。従って、第1図で説明した捕獲磁
束の追放を行なうためには、磁束追放開口10の面積をイ
ンダクタの開口1の面積より大きくしておけばよい。開
口に単位磁束量子を捕獲する時のエネルギーに差をつけ
る方法は、開口の面積を変えることが一つの方法である
が、他に強磁性体の様に透磁率の違う物質を開口に埋め
る方法などが考えられる。いずれにせよ、ふたつの開口
の捕獲エネルギーの小さい方に単位磁束量子は移動す
る。E = Φo 2 / 2L (3) From this equation, it can be seen that the larger the area A of the opening, the smaller the energy. Therefore, in order to remove the trapped magnetic flux described with reference to FIG. 1, the area of the magnetic flux expulsion opening 10 may be made larger than the area of the opening 1 of the inductor. One way to make the energy difference when capturing the unit magnetic flux quantum in the aperture is to change the area of the aperture, but another method is to fill the aperture with a substance with different magnetic permeability such as a ferromagnetic material. And so on. In any case, the unit flux quantum moves to the one with the smaller trapping energy in the two openings.
第1図に示す構造のインダクタを更に具体的に説明す
る。第1図で、グランドプレーン2を構成する電導膜の
超電導状態になる温度は電導体12が超電導状態になる温
度より高いとする。通常、超電導回路を作成するには各
種金属、金属酸化物を使うが、各物質が超電導状態にな
る温度は異なる。例えば、鉛は7K、ニオブは9K、窒化ニ
オブは16K、であり酸化物超電導体は90Kを越えるものが
ある。これらの物資を移転温度を考慮して選択する。こ
の状態で第1図に示すインダクタを冷却すれば、まずグ
ランドプレーン2が超電導状態になる。ここで、グラン
ドプレーン2に囲まれた開口、すなわちインダクタの開
口1と磁束追放開口10がチャネル11で結ばれた1個の開
口に単位磁束量子が捕獲されたとしても、さらに冷却し
て電導体12が超電導状態になれば、捕獲された磁束は磁
束追放開口10に追放され、インダクタの開口1には磁束
は捕獲されない。また、最初の段階でグランドプレーン
2に囲まれた開口、すなわちインダクタの開口1と磁束
追放開口10がチャネル11で結ばれた1個の開口に磁束が
捕獲されない場合は、次の電導体12が超電導状態になっ
てもなんら変化が起きず、インダクタの開口1に磁束が
捕獲されないことは明かである。また、回路動作中に磁
束がインダクタの開口に捕獲された場合も、電導体12だ
けを一時常電導状態になる様温度を上げ、また冷却して
電導体12を超電導体にもどすサイクルをくりかえせば、
インダクタの開口1に捕獲磁束を追放できる。The inductor having the structure shown in FIG. 1 will be described more specifically. In FIG. 1, it is assumed that the temperature of the conductive film forming the ground plane 2 in the superconducting state is higher than the temperature of the conductor 12 in the superconducting state. Usually, various metals and metal oxides are used to create a superconducting circuit, but the temperature at which each substance enters the superconducting state is different. For example, lead is 7K, niobium is 9K, niobium nitride is 16K, and oxide superconductors are over 90K. These materials are selected in consideration of the transfer temperature. If the inductor shown in FIG. 1 is cooled in this state, first the ground plane 2 becomes superconducting. Here, even if the unit magnetic flux quantum is captured in the opening surrounded by the ground plane 2, that is, the single opening in which the opening 1 of the inductor and the magnetic flux erasing opening 10 are connected by the channel 11, it is further cooled and the electric conductor is cooled. When 12 is in the superconducting state, the trapped magnetic flux is expelled to the magnetic flux expulsion opening 10, and the magnetic flux is not trapped in the inductor opening 1. If the magnetic flux is not captured in the opening surrounded by the ground plane 2 in the first stage, that is, the opening 1 of the inductor and the magnetic flux expulsion opening 10 are connected by the channel 11, the next conductor 12 It is obvious that no change occurs even when the superconducting state is entered, and the magnetic flux is not captured in the opening 1 of the inductor. Also, if the magnetic flux is trapped in the inductor opening during circuit operation, raise the temperature so that only the conductor 12 is temporarily in the normal conducting state, and then cool it and repeat the cycle of returning the conductor 12 to the superconductor. ,
The trapped magnetic flux can be expelled to the opening 1 of the inductor.
第3図は複数のインダクタの開口1a、1b、1c、1dを一
個の磁束追放開口10にチャネル11a、11b、11c、11dを介
して接続した構成である。チャネル11a、11b、11c、11d
には電導体12a、12b、12c、12dが橋渡しをしている。第
3図の構成では、インダクタの開口1a、1b、1c、1dに捕
獲された単位磁束量子を磁束追放開口10に追放できる。
この構造であれば、複数のインダクタの開口1a、…,1d
で1個の磁束追放開口10を共有できる。FIG. 3 shows a configuration in which the openings 1a, 1b, 1c, 1d of a plurality of inductors are connected to one magnetic flux erasing opening 10 via channels 11a, 11b, 11c, 11d. Channels 11a, 11b, 11c, 11d
The conductors 12a, 12b, 12c, 12d are bridged to each other. In the configuration of FIG. 3, the unit magnetic flux quantum trapped in the inductor openings 1a, 1b, 1c, 1d can be expelled to the magnetic flux expulsion opening 10.
With this structure, openings 1a, ..., 1d of multiple inductors
Can share one magnetic flux expulsion opening 10.
第4図はインダクタの開口1a、1b、1c、1dをグランド
プレーン2に掘った溝20にチャネル11a、11b、11c、11d
を介して接続し、溝20をグランドプレーン2の端部21を
介して自由空間22に接続した構成である。チャネル11
a、11b、11c、11dには電導体12a、12b、12c、12dが橋渡
しをしている。第4図の構成では、磁束追放開口は自由
空間22に相当している。この構成であれば、インダクタ
の開口1a、1b、1c、1dに捕獲された磁束は自由空間に追
放することができる。FIG. 4 shows channels 11a, 11b, 11c and 11d in grooves 20 formed by digging the openings 1a, 1b, 1c and 1d of the inductor in the ground plane 2.
And the groove 20 is connected to the free space 22 via the end 21 of the ground plane 2. Channel 11
Conductors 12a, 12b, 12c, and 12d bridge a, 11b, 11c, and 11d. In the configuration shown in FIG. 4, the magnetic flux expulsion opening corresponds to the free space 22. With this configuration, the magnetic flux trapped in the openings 1a, 1b, 1c, 1d of the inductor can be expelled to the free space.
第5図は第4図の変形例である。第5図の例は、第4
図のグランドプレーン2に掘った溝20に電導体12よりさ
らに低い温度で超電導状態になる電導体12′を橋渡しし
た構造である。第5図の構造では、インダクタの開口1
a、1b、1c、1dに捕獲された磁束を溝20、自由空間22と
順次追放することができる。第5図の構造では、第4図
の構造に比べインダクタの開口1a、1b、1c、1dが閉じた
溝20で自由空間22と隔離されているため、自由空間22が
インダクタに与える影響が少ない。FIG. 5 is a modification of FIG. The example of FIG.
The structure is such that a groove 20 dug in the ground plane 2 in the figure is bridged with an electric conductor 12 'which becomes superconducting at a temperature lower than that of the electric conductor 12. In the structure of FIG. 5, the opening 1 of the inductor is
The magnetic flux trapped in a, 1b, 1c and 1d can be expelled sequentially to the groove 20 and the free space 22. In the structure of FIG. 5, the opening 1a, 1b, 1c, 1d of the inductor is isolated from the free space 22 by the closed groove 20 as compared with the structure of FIG. 4, so that the free space 22 has less influence on the inductor. .
第6図は本発明の他の実施例である。第6図の実施例
は第1図の実施例の電導体12の付近に低抗体15を置き、
抵抗体15に配線16、スイッチ17を介して電流源18より電
流を流す構成である。この構成で、抵抗体15に電流を流
し、発熱させることにより電導体12を常電導状態または
超電導状態のいずれにも制御できる。従って、スイッチ
17を制御することにより第1図で説明した捕獲磁束追放
動作を行なうことができる。第6図の回路では、電導体
12を部分的に加熱して捕獲磁束の追放動作を行なうた
め、第1図の実施例の様に回路、素子全体を加熱して温
度をあげる必要がない。このため、回路動作を確認しな
がら捕獲磁束の追放を実行できる利点がある。FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 6, the low antibody 15 is placed near the conductor 12 of the embodiment of FIG.
A current is supplied from the current source 18 to the resistor 15 via the wiring 16 and the switch 17. With this configuration, the electric conductor 12 can be controlled to either the normal conducting state or the superconducting state by causing a current to flow through the resistor 15 to generate heat. Therefore, the switch
By controlling 17, the trapped magnetic flux expulsion operation described in FIG. 1 can be performed. In the circuit of FIG. 6, the conductor
Since the trapped magnetic flux is expelled by partially heating 12, it is not necessary to heat the entire circuit and device to raise the temperature as in the embodiment of FIG. Therefore, there is an advantage that the trapped magnetic flux can be expelled while confirming the circuit operation.
第7図は第6図の実施例で電導体12を加熱するかわ
り、グランドプレーンの一部で構成されたチャネル30を
抵抗体15で加熱する構成である。抵抗体15の発生する熱
量が小さければ、加熱により常電導状態に変化する部分
をチャネル付近に限定することが可能である。従って、
第7図の回路は第6図の回路と同じ動作を行なうことが
できる。FIG. 7 shows a structure in which the electric conductor 12 is heated in the embodiment shown in FIG. 6, but the channel 30 formed by a part of the ground plane is heated by the resistor 15. If the amount of heat generated by the resistor 15 is small, it is possible to limit the portion that changes to the normal conducting state by heating to the vicinity of the channel. Therefore,
The circuit of FIG. 7 can perform the same operation as the circuit of FIG.
第8図は第1図の電導体12を超電導状態と常電導状態
に制御するために、電導体12にレーザー光のような光40
をあてる方法を示している。この方法でも第6図に示す
回路と同じ動作を行えることは明らかである。In order to control the conductor 12 of FIG. 1 into the superconducting state and the normal conducting state, FIG.
Shows how to apply. Obviously, this method can also perform the same operation as the circuit shown in FIG.
第9図は第6図に示した実施例の応用例である。第9
図の実施例ではインダクタの開口1a、1bが磁束追放開口
100にチャネル11a、11bを介して接続した構造であるさ
らに磁束追放開口100はチャネル11c、グランドプレーン
2の端部21を介して自由空間22に接続されている。チャ
ネル11a、11b、11cには電導体12a、12b、12cが橋渡しを
行い、電導体の近傍には各々抵抗体15a、15b、15cが置
かれ、これら抵抗体には各々配線16a、16b、16c、スイ
ッチ17a、17b、17cを介して電源18a、18b、18cより電流
が供給される。第9図の構成で、抵抗体15a、15b、15c
を加熱して電導体12a、12b、12cを常電導体と超電導体
に制御すれば、インダクタの開口1a、1bに捕獲された磁
束を第5図に示した様に自由空間に追放できることは明
かである。FIG. 9 is an application example of the embodiment shown in FIG. Ninth
In the illustrated embodiment, the openings 1a and 1b of the inductor are the magnetic flux erasing openings.
Further, the magnetic flux displacing opening 100, which has a structure in which it is connected to the channel 100 through the channels 11a and 11b, is connected to the free space 22 through the channel 11c and the end 21 of the ground plane 2. Conductors 12a, 12b, 12c bridge the channels 11a, 11b, 11c, resistors 15a, 15b, 15c are placed near the conductors, and wirings 16a, 16b, 16c are respectively placed in these resistors. Currents are supplied from the power supplies 18a, 18b, 18c via the switches 17a, 17b, 17c. In the configuration of FIG. 9, resistors 15a, 15b, 15c
It is clear that the magnetic flux trapped in the openings 1a, 1b of the inductor can be expelled to the free space by heating the conductors and controlling the conductors 12a, 12b, 12c to normal conductors and superconductors as shown in FIG. Is.
(発明の効果) 以上説明したごとく、本発明によればグランドプレー
ンに開口を設けた形のインダクタに捕獲された磁束を追
放する手段を提供できる。このため、高速かつ低消費電
力で動作する極低温素子、例えば磁束量子素子、量子干
渉素子のインダクタに捕獲される磁束を追放することが
でき、これらの素子を用いて大集積度のシステムを構築
できるようになる。従って、本発明は極低温素子を用い
た超高速の計算機の実現に役立つ。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, it is possible to provide means for expelling the magnetic flux trapped in the inductor having the opening in the ground plane. Therefore, it is possible to expel the magnetic flux trapped in the inductor of a cryogenic device that operates at high speed and low power consumption, such as a magnetic flux quantum device and a quantum interference device, and use these devices to build a highly integrated system. become able to. Therefore, the present invention is useful for realizing an ultra-high speed computer using a cryogenic element.
第1図は本発明の第1実施例の平面図、 第2A図及び第2B図は従来のインダクタの構造を示す平面
図、 第3図、第4図、第5図、第6図、第7図、第8図およ
び第9図はそれぞれ本発明の第2実施例、第3実施例、
第4実施例、第5実施例、第6実施例、第7実施例、お
よび第8実施例の平面図である。 1,1a,1b,1c,1d……開口、2,2a,2b,2c,2d……グランドプ
レーン、3……超電導配線、10,100……磁束追放開口、
11,11a,11b,11c,11d,30……チャネル、12,12a,12b,12c,
12d,12′……電導体、15,15a,15b,15c……抵抗体、16,1
6a,16b,16c……配線、17,17a,17b,17c……スイッチ、1
8,18a,18b,18c……電流源、20……溝、22……自由空
間、40……光。FIG. 1 is a plan view of a first embodiment of the present invention, FIGS. 2A and 2B are plan views showing the structure of a conventional inductor, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. FIG. 7, FIG. 8 and FIG. 9 show the second and third embodiments of the present invention, respectively.
It is a top view of a 4th example, a 5th example, a 6th example, a 7th example, and an 8th example. 1,1a, 1b, 1c, 1d …… Aperture, 2,2a, 2b, 2c, 2d …… Ground plane, 3 …… Superconducting wiring, 10,100 …… Magnetic flux expulsion opening,
11,11a, 11b, 11c, 11d, 30 …… Channel, 12,12a, 12b, 12c,
12d, 12 ′ …… Electric conductor, 15,15a, 15b, 15c …… Resistor, 16,1
6a, 16b, 16c …… wiring, 17,17a, 17b, 17c …… switch, 1
8,18a, 18b, 18c ... current source, 20 ... groove, 22 ... free space, 40 ... light.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−40875(JP,A) 特開 昭59−161884(JP,A) 特開 昭57−114294(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-58-40875 (JP, A) JP-A-59-161884 (JP, A) JP-A-57-114294 (JP, A)
Claims (13)
ンスを形成する配線下のグランドプレーンに開口が設け
られている超電導インダクタにおいて、 i)前記開口にチャネルを介して磁束追放空間が接続し
ており、 ii)前記磁束追放空間に磁束量子が捕獲されるのに要す
るエネルギーが、前記インダクタの開口に磁束量子が捕
獲されるのに要するエネルギーより小さく、 iii)常電導状態から超電導状態に切り替わることによ
り、前記開口に捕獲されている磁束を前記磁束追放空間
に追放する電導体が前記チャネルに橋渡されていること
を特徴とする超電導インダクタ。1. A superconducting inductor in which an opening is provided in a ground plane below wiring for forming self-inductance or mutual inductance, i) a magnetic flux erasing space is connected to the opening via a channel, ii) The energy required to trap the magnetic flux quantum in the magnetic flux displacement space is smaller than the energy required to trap the magnetic flux quantum in the opening of the inductor, and iii) by switching from the normal conducting state to the superconducting state, A superconducting inductor, wherein an electric conductor for expelling the trapped magnetic flux to the magnetic flux expelling space is bridged to the channel.
に設けた開口であることを特徴とする特許請求の範囲
(1)項記載の超電導インダクタ。2. The superconducting inductor according to claim 1, wherein the magnetic flux erasing space is an opening provided in the ground plane.
の外の自由空間であることを特徴とする特許請求の範囲
第(1)項記載の超電導インダクタ。3. The superconducting inductor according to claim 1, wherein the magnetic flux erasing space is a free space outside the ground plane.
グランドプレーンが超電導状態となる温度より低いこと
を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の超電導イ
ンダクタ。4. The superconducting inductor according to claim 1, wherein the temperature at which the conductor is in a superconducting state is lower than the temperature at which the ground plane is in a superconducting state.
クタの開口の面積よりも大きいことを特徴とする特許請
求の範囲第(2)項記載の超電導インダクタ。5. The superconducting inductor according to claim 2, wherein an opening area of the magnetic flux expulsion space is larger than an opening area of the inductor.
追放開口にチャネルを介して接続していることを特徴と
する特許請求の範囲第(2)項記載の超電導インダク
タ。6. The superconducting inductor according to claim 2, wherein the openings of the plurality of inductors are connected to one magnetic flux expulsion opening through a channel.
ルを介して、前記グランドプレーンに設けられた溝に一
旦接続し、この溝を介して前記自由空間に接続している
ことを特徴とする特許請求の範囲第(3)項記載の超電
導インダクタ。7. An opening of a plurality of the inductors is once connected to a groove provided in the ground plane via the channel, and is connected to the free space via the groove. The superconducting inductor according to claim (3).
度より低い温度で超電導状態になる第2の電導体で橋渡
しされていることを特徴とする特許請求の範囲第(7)
項記載の超電導インダクタ。8. The bridge is bridged to the groove by a second conductor which becomes superconducting at a temperature lower than a temperature at which the conductor becomes superconducting.
A superconducting inductor according to the item.
られていることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項
記載の超電導インダクタ。9. The superconducting inductor according to claim 1, further comprising means for locally heating the electric conductor.
置された抵抗体およびこの抵抗体に電流を流す手段から
成ることを特徴とする特許請求の範囲第(9)項記載の
超電導インダクタ。10. The superconducting inductor according to claim 9, wherein the heating means comprises a resistor provided near the conductor and a means for supplying a current to the resistor. .
る手段であることを特徴とする特許請求の範囲第(9)
項記載の超電導インダクタ。11. The heating means is a means for shining light on the electric conductor, as set forth in claim 9.
A superconducting inductor according to the item.
グランドプレーン自体により構成されていることを特徴
とする特許請求の範囲第(9)項記載の超電導インダク
タ。12. An electrical conductor bridged to the channel comprises:
The superconducting inductor according to claim (9), which is constituted by the ground plane itself.
導体状態から超電導状態またはその逆の状態に変化させ
ながら前記インダクタの開口に捕獲された磁束を追放す
る手段であることを特徴とする特許請求の範囲第(9)
項記載の超電導インダクタ。13. The heating means is means for expelling the magnetic flux trapped in the opening of the inductor while sequentially changing the electric conductor from a normal conductor state to a superconducting state or vice versa. What is claimed is (9).
A superconducting inductor according to the item.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62258606A JPH0828537B2 (en) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | Superconducting inductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62258606A JPH0828537B2 (en) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | Superconducting inductor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01100980A JPH01100980A (en) | 1989-04-19 |
| JPH0828537B2 true JPH0828537B2 (en) | 1996-03-21 |
Family
ID=17322610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62258606A Expired - Lifetime JPH0828537B2 (en) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | Superconducting inductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0828537B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230411046A1 (en) * | 2022-06-21 | 2023-12-21 | Northrop Grumman Systems Corporation | Active moat system for flux trapping |
-
1987
- 1987-10-14 JP JP62258606A patent/JPH0828537B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01100980A (en) | 1989-04-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7541198B2 (en) | Method of forming quantum-mechanical memory and computational devices | |
| US20090079494A1 (en) | Method of operating quantum-mechanical memory and computational devices | |
| JPH01170080A (en) | Superconducting fet element | |
| US4621203A (en) | Transformer built of coupled flux shuttles | |
| US3184674A (en) | Thin-film circuit arrangement | |
| US4186441A (en) | Magnetic vortex generator with a vortex pool and single vortex transfer | |
| US3277322A (en) | Method and apparatus for magnetic flux accumulation and current generation | |
| JPH0828537B2 (en) | Superconducting inductor | |
| Gallagher et al. | Superconductivity at IBM–a centennial review: part I–superconducting computer and device applications | |
| US3100267A (en) | Superconductive gating devices | |
| JPS59139728A (en) | Superconducting flux quantum logic circuit | |
| RU2442245C1 (en) | Solar photoelectric submodule | |
| JPH0537037A (en) | Superconducting device and manufacturing method thereof | |
| Klein | Josephson tunneling logic gates with thin electrodes | |
| JP2856463B2 (en) | Magnetic flux trap release device in superconducting circuit | |
| US3394335A (en) | Thin wire power cryotrons | |
| US3275930A (en) | Superconducting controlled inductance circuits | |
| Newhouse et al. | The crossed-film cryotron and its application to digital computer circuits | |
| US3271585A (en) | Superconductive devices | |
| JP2879010B2 (en) | Superconducting element | |
| JPH0435074A (en) | Apparatus for releasing flux trap in superconducting circuit | |
| JPH0766459A (en) | Superconducting converter | |
| JP2900921B2 (en) | filter | |
| JP2838979B2 (en) | Superconducting circuit | |
| JP2940503B2 (en) | Superconducting integrated circuits |