DE3815183A1 - Superconducting gate element for a logic circuit - Google Patents

Superconducting gate element for a logic circuit

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Abstract

The superconducting gate element contains two conductor sections which are situated in separate planes and between which a controllable junction zone is formed. According to the invention, the conductor sections (10, 11) and an intermediate section (12) which forms the junction zone and is made of an oxide-ceramic high-Tc superconductor material, are each arranged as thin films (3; 3a to 3c) on a textured, stepped substrate (4; 4b), each thin film (3, 3a to 3c) having an ordered crystal structure of the superconducting material with c axes oriented at least approximately perpendicular with respect to the planes. The thickness (D) of each conductor section (10, 11) should be at least an order of magnitude smaller than the width (B) to be measured perpendicular to the current-carrying direction (S). Moreover, the extent (A) of the intermediate section (12) parallel to a plane (E1, E2) and perpendicular to its width (B) must at most be equal to the thickness (D). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein supraleitendes Gatterelement für eine logische Schaltung mit zwei in getrennten Ebenen liegenden Leiterstücken, zwischen denen ein steuerbarer Übergangsbereich ausgebildet ist.The invention relates to a superconducting gate element for a logic circuit with two lying in separate levels Ladder sections, between which a controllable transition area is trained.

Entsprechende Gatterelemente sind prinzipiell von logischen Schaltungen mit Josephson-Tunnelelementen her bekannt (vgl. z. B. "IEEE Transactions on Electron Devices", Vol. ED-27, No. 10, Oktober 1980, Seiten 1857 bis 1869).Corresponding gate elements are basically logical Circuits with Josephson tunnel elements are known (see e.g. "IEEE Transactions on Electron Devices", Vol. ED-27, No. 10, October 1980, pages 1857 to 1869).

Derartige Schaltungen sind bekanntlich mit Verknüpfungsgliedern aufgebaut, die Gatterfunktionen ausüben. Solche als "Gatterelemente" bezeichneten Verknüpfungsglieder weisen in parallelen Ebenen liegende Leiterstücke auf, zwischen denen ein steuerbarer Übergangsbereich ausgebildet ist. Die Steuerung wird dabei im allgemeinen mittels besonderer Steuerleitungen ausgeübt, deren von einem Steuerstrom hervorgerufenen Magnetfelder auf den Übergangsbereich einwirken und dort die entsprechende Schaltfunktion hervorrufen. In entsprechender Weise sind auch steuerbare Josephson-Elemente aufgebaut, deren Elektroden supraleitende Leiterstücke bilden.Such circuits are known to have logic gates built up, perform the gate functions. Such as "gate elements" designated links point in parallel Level conductor pieces on top, between which a controllable Transitional area is formed. The controller will generally exercised by means of special control lines, their magnetic fields caused by a control current act on the transition area and there the corresponding Cause switching function. The same is true controllable Josephson elements built, their electrodes form superconducting conductor pieces.

Ferner sich auch supraleitende Quanteninterferometer, sogenannte SQUIDs, bekannt, die Josephon-Elemente enthalten, deren Elektroden aus einem oxidkeramischen supraleitenden Material hergestellt sind, das eine hohe Sprungtemperatur T c bis über 90 K haben kann. Entsprechende Materialien enthalten im allgemeinen mehrere metallische Komponenten und Sauerstoff und können z. B. eine Zusammensetzung vom Typ Me1-Me2-Cu-O (Me1 = Seltene Erden einschließlich Yttrium; Me2 = Erdalkalimetalle) aufweisen. Filme mit einer derartigen Zusammensetzung werden vielfach mit speziellen Bedampfungs- oder Sputterprozessen hergestellt. Hierbei wird auf einem geeigneten Substrat ein Vorprodukt aus den Komponenten des gewählten Stoffsystems mit einem Gefüge abgeschieden, das hinsichtlich der auszubildenden supraleitenden Metalloxidphase noch fehlstrukturiert ist. Dieses Vorprodukt wird anschließend durch eine im allgemeinen unter Sauerstoffzufuhr durchzuführende Glühbehandlung in das Material mit der gewünschten supraleitenden Phase überführt.Also known are superconducting quantum interferometers, so-called SQUIDs, which contain Josephon elements, the electrodes of which are made from an oxide-ceramic superconducting material that can have a high transition temperature T c to over 90 K. Corresponding materials generally contain several metallic components and oxygen and can e.g. B. have a composition of the type Me1-Me2-Cu-O (Me1 = rare earths including yttrium; Me2 = alkaline earth metals). Films with such a composition are often produced using special vapor deposition or sputtering processes. Here, a preliminary product from the components of the selected material system is deposited on a suitable substrate with a structure which is still incorrectly structured with regard to the superconducting metal oxide phase to be formed. This preliminary product is then converted into the material with the desired superconducting phase by an annealing treatment which is generally carried out with the supply of oxygen.

Die so zu erhaltenden supraleitenden Metalloxidphasen, deren Strukturen ähnlich der eines Perowskites sind, haben im Falle von (La-Me2)₂CuO4-y (mit y 0) einen tetragonalen K₂NiF₄- Aufbau (vgl. "Japanese Journal of Applied Physics", Vol. 26, No. 2, Part 2-Letters, Februar 1987, Seiten L 123 und L 124). Demgegenüber wird im Falle von YBa₂Cu₃O7-x (mit x 0) eine orthorhombische Struktur angenommen (vgl. z. B. "Europhysics Letters", Vol. 3, No. 12, 15. 06. 1987, Seiten 1301 bis 1307). Da die diese supraleitenden Phasen aufweisenden Materialien einer Oxidkeramik ähnlich sind, werden entsprechende Hoch-T c-Supraleiter auch als oxidkeramische Supraleiter bezeichnet.The superconducting metal oxide phases to be obtained in this way, whose structures are similar to that of a perovskite, have a tetragonal K₂NiF₄ structure in the case of (La-Me2) ₂CuO 4- y (with y 0) (cf. "Japanese Journal of Applied Physics", Vol 26, No. 2, Part 2-Letters, February 1987, pages L 123 and L 124). In contrast, in the case of YBa₂Cu₃O 7- x (with x 0) an orthorhombic structure is assumed (see, for example, "Europhysics Letters", Vol. 3, No. 12, June 15, 1987, pages 1301 to 1307). Since the materials having these superconducting phases are similar to an oxide ceramic, corresponding high T c superconductors are also referred to as oxide ceramic superconductors.

Aus "Physical Review Letters", Vol. 58, Nor. 25, 22. 06. 1987, Seiten 2684 bis 2686, ist es bekannt, einkristalline Filme des Systems YBa₂Cu₃O7-x auf einem einkristallinen SrTiO₃-Substrat herzustellen. Hierzu werden zunächst die drei metallischen Komponenten des Systems (Y, Ba, Cu) aus getrennten Verdampfungsquellen in einer Sauerstoffatmosphäre auf das auf etwa 400°C erhitzte Substrat aufgedampft. Das so erhaltene Vorprodukt ist jedoch noch fehlstrukturiert. Mittels einer sich bei hoher Temperatur von etwa 900°C daran anschließenden Behandlung unter Sauerstoffzufuhr erhält man dann epitaktisch aufgewachsene Einkristalle der gewünschten supraleitenden Hoch-T c-Phase. From "Physical Review Letters", Vol. 58, Nor. 25, 06/22 1987, pages 2684 to 2686, it is known to produce single-crystal films of the system YBa₂Cu₃O 7- x on a single-crystal SrTiO₃ substrate. For this purpose, the three metallic components of the system (Y, Ba, Cu) are first evaporated from separate evaporation sources in an oxygen atmosphere onto the substrate, which has been heated to approximately 400 ° C. However, the preliminary product obtained in this way is still incorrectly structured. Subsequent treatment at a high temperature of about 900 ° C. with the addition of oxygen gives epitaxially grown single crystals of the desired superconducting high T c phase.

Die so hergestellten Filme zeigen senkrecht zu den c-Achsen der Kristalle bei 77 K eine hohe Stromtragfähigkeit (Stromdichte) von über 10⁵ A/cm². Die mit den epitaktischen Y-Ba-Cu-O-Filmen bei 77 K erreichten Stromdichten lassen den Einsatz entsprechender Filme in logischen Schaltungen möglich erscheinen.The films thus produced show a high current carrying capacity (current density) of over 10 über A / cm² perpendicular to the c -axis of the crystals at 77 K. The current densities achieved with the epitaxial Y-Ba-Cu-O films at 77 K make the use of appropriate films in logic circuits appear possible.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gatterelement der eingangs genannten Art aus einem Hoch-T c-Supraleitermaterial zu schaffen, das hohe Ströme zu führen bzw. zu schalten in der Lage ist.The object of the present invention is to create a gate element of the type mentioned at the outset from a high- T c superconductor material which is capable of carrying or switching high currents.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leiterstücke und ein den Übergangsbereich bildendes Zwischenstück aus einem oxidkeramischen supraleitenden Material mit hoher Sprungtemperatur auf Basis eines metallische Komponenten und Sauerstoff enthaltenden Stoffsystems jeweils als mindestens ein Dünnfilm mit geordneter Kristallstruktur auf einem texturierten, gestuften Substrat angeordnet sind, daß hierbei jeder Dünnfilm zumindest annähernd senkrecht bezüglich der Ebenen ausgerichtete c-Achsen seiner Kristallstruktur aufweist, daß die Dicke jedes Leiterstückes mindestens eine Größenordnung kleiner als die senkrecht zur Stromführungsrichtung zu messende Breite ist und daß die Ausdehnung des Zwischenstückes parallel zu einer der Ebenen und senkrecht zu dessen Breite höchstens so groß wie die Dicke jedes Leiterstückes ist.This object is achieved according to the invention in that the conductor pieces and an intermediate piece which forms the transition region and are made of an oxide-ceramic superconducting material with a high transition temperature on the basis of a metal system and oxygen-containing material system are each arranged as at least one thin film with an ordered crystal structure on a textured, stepped substrate, that each thin film has at least approximately c- axes of its crystal structure oriented at least approximately perpendicular to the planes, that the thickness of each conductor section is at least an order of magnitude smaller than the width to be measured perpendicular to the direction of current conduction and that the extension of the intermediate section is parallel to one of the planes and perpendicular to whose width is at most as large as the thickness of each conductor piece.

Die Dünnfilme haben somit eine quasi schichtartige Netzstruktur, wobei ihre c-Achsen definitionsgemäß senkrecht zu ihren Netzebenen gerichtet sind. Hierbei sei die Ausrichtung der einzelnen Kristallachsen gemäß der genannten Veröffentlichung "Europhys. Lett." oder gemäß "Physical Review B", Vol. 35, No. 13, Mai 1987, Seiten 7137 bis 7139, zugrunde gelegt. Bei der vorgesehenen Ausrichtung der c-Achsen der Kristalle liegen die stromführenden Ebenen dieser Kristalle parallel zur jeweiligen Filmebene. Bei einer solchen Anordnung versucht der magnetische Fluß in Form von sogenannten Fluxoiden an den längsseitigen Kanten der Filme in ihren mehrschichtigen Aufbau einzudringen. Jedoch wirken die Kanten aufgrund der an ihnen ausgebildeten Feldverhältnisse als Flußbarrieren. Voraussetzung hierzu ist, daß die Feldkomponenten parallel zur Filmoberfläche unwirksam bleiben. Dies wird erfindungsgemäß dadurch gewährleistet, daß die Leiterstücke jeweils eine Breite haben, die mindestens eine Größenordnung größer ist als die gesamte Dicke des mehrschichtigen Aufbaus. Dieser Effekt, der quasi als eine Entmagnetisierung der einzelnen Filme aufgrund ihrer geometrischen Ausgestaltung angesehen werden kann, verhindert also ein Einziehen der Fluxoide in der kritischen (Stromführungs-)Richtung. Ein entsprechendes Leiterstück zeichnet sich dadurch aus, daß an seinen Längsseiten die kritische Feldstärke H c 1 in Richtung der c-Achsen wesentlich größer ist als in der Filmebene quer zur Stromführungsrichtung. Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß nicht eine schlechte Leitung senkrecht zu den Filmebenen, sondern das Einziehen solcher Fluxoide (mit normalleitenden Zentren) zwischen die einzelnen Filme die Stromtragfähigkeit des supraleitenden Materials begrenzt (vgl. "Japanese Journal of Applied Physics", Vol. 26, No. 4, Part 2-Letters, April 1978, Seiten L 377 bis L 379). Somit kann bei den erfindungsgemäßen Leiterstücken ein größerer kritischer Strom in der Ebene senkrecht zur c-Achse transportiert werden als es z. B. in einem Vollmaterial mit ausgeprägt dreidimensionaler Gestalt, einem sogenannten Bulk-Material, der Fall ist. Ist nun gemäß der Erfindung mit derartigen Leiterstücken eine hohe Stufe zwischen den Leiterstücken ausgebildet, die über ein Zwischenstück miteinander verbunden sind, dessen Filmebenen c-Achsen aufweisen, die in Stromführungsrichtung zeigen, und wird einem solchen Element isoliert eine Leiterbahn als Steuerleitung zugeordnet, so kann eine schnelle Schaltfunktion eines Leiterstücks bezüglich des anderen erreicht werden. Mit einem von der Steuerleitung im Bereich des Zwischenstückes erzeugten Feld, das quer zur Stromführungsrichtung gerichtet ist, lassen sich nämlich die Fluxoide vom Rand her in Feldrichtung in das Zwischenstück einziehen (vgl. z. B. Preprint von H. Noel et al.: "Anisotropy of the Superconducting Magnetic Field H c 2 of a Single Crystal of TmBa₂Cu₃O₇"). Dieses Einziehen wird also als Steuermechanismus ausgenutzt. Das heißt, der erfindungsgemäße Aufbau stellt ein Gatterelement dar, mit dem logische Schaltungen aufgebaut werden können, wie sie bereits mit Josephson-Elementen bekannt sind.The thin films thus have a quasi layer-like network structure, whereby their c -axis are by definition oriented perpendicular to their network planes. Here, the alignment of the individual crystal axes according to the publication "Europhys. Lett." or according to "Physical Review B", Vol. 35, No. 13, May 1987, pages 7137 to 7139. With the intended orientation of the c -axis of the crystals, the current-carrying levels of these crystals lie parallel to the respective film level. With such an arrangement, the magnetic flux in the form of so-called fluxoids on the longitudinal edges of the films tries to penetrate their multilayer structure. However, due to the field conditions formed on them, the edges act as flow barriers. The prerequisite for this is that the field components remain ineffective parallel to the film surface. This is ensured according to the invention in that the conductor pieces each have a width which is at least one order of magnitude larger than the entire thickness of the multilayer structure. This effect, which can be seen as a demagnetization of the individual films due to their geometric design, prevents the fluxoids from being drawn in in the critical (current carrying) direction. A corresponding conductor piece is characterized in that the critical field strength H c 1 in the direction of the c -axis is substantially greater on its long sides than in the film plane transverse to the direction of current conduction. The invention is based on the knowledge that it is not a poor conduction perpendicular to the film planes, but the fact that such fluxoids (with normally conducting centers) are drawn in between the individual films limits the current carrying capacity of the superconducting material (cf. "Japanese Journal of Applied Physics", Vol. 26, No. 4, Part 2-Letters, April 1978, pages L 377 to L 379). Thus, a larger critical current in the plane perpendicular to the c -axis can be transported in the conductor pieces according to the invention than z. B. in a solid material with a pronounced three-dimensional shape, a so-called bulk material, is the case. Is now according to the invention with such conductor pieces, a high step between the conductor pieces, which are connected to one another via an intermediate piece, the film planes of which have c- axes, which point in the direction of current conduction, and if such an element is insulated, a conductor track is assigned as a control line a fast switching function of one conductor piece with respect to the other can be achieved. With a field generated by the control line in the area of the intermediate piece, which is directed transversely to the direction of current conduction, the fluxoids can be drawn into the intermediate piece from the edge in the field direction (see, for example, Preprint by H. Noel et al .: " Anisotropy of the Superconducting Magnetic Field H c 2 of a Single Crystal of TmBa₂Cu₃O₇ "). This retraction is therefore used as a control mechanism. That is, the structure according to the invention represents a gate element with which logic circuits can be built, as are already known with Josephson elements.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gatterelementes gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous embodiments of the gate element according to the invention emerge from the subclaims.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in deren Figur ein Gatterelement schematisch veranschaulicht ist.To further explain the invention, reference is made to the drawing referenced, in the figure a gate element schematically illustrated is.

Das in der Figur gezeigte, erfindungsgemäße Gatterelement 2 weist einen Dünnfilm-Aufbau aus bekannten supraleitenden Hoch- T c-Materialien auf. Die Zusammensetzung solcher Materialien basiert dabei auf einem metallische Komponenten und Sauerstoff enthaltenden Stoffsystem. Als Ausführungsbeispiel sei das spezielle Stoffsystem Me1-Me2-Cu-O ausgewählt. Das Material des erfindungsgemäßen Gatterelementes ist jedoch nicht auf dieses spezielle Stoffsystem beschränkt; d. h., es sind ebensogut auch mehrere mehrkomponentige oxidkeramische Hoch-T c-Supraleitermaterialien geeignet, welche diesem speziellen Stoffsystem nicht zuzurechnen sind und zumindest teilweise andere und/oder zusätzliche metallische Komponenten und Sauerstoff enthalten. Die allgemein mit 3 bezeichneten Filme, deren Material für das gewählte Ausführungsbeispiel die Zusammensetzung Me1-Me2-Cu-O haben soll, sind dabei auf einem speziellen, gestuften Substrat 4 abgeschieden und sollen eine hohe Stromtragfähigkeit in der Größenordnung von mindestens 10⁴ A/cm² in der Nähe der Sprungtemperatur T c des Materials gewährleisten. Die einzelnen Filmdicken D liegen in der Größenordnung zwischen 1 nm und 500 nm. Als Ausgangsmaterialien der Filme sind Me1 und Me2 aus der Gruppe der Seltenen Erdmetalle wie z. B. Y oder La bzw. aus der Gruppe der Erdalkalimetalle wie z. B. Sr oder Ba zu wählen. Neben Y für Me1 geeignete Materialien sind z. B. in "Japanese Journal of Applied Physics", Vol. 26, No. 5, Part 2-Letters, Mai 1987, Seiten L 815 bis L 817, angegeben. Dabei sollen die entsprechenden metallischen Komponenten des Systems Me1-Me2-Cu-O jeweils mindestens ein (chemisches) Element aus den genannten Gruppen enthalten oder jeweils aus diesem mindestens einem Element bestehen. Das heißt, Me1 und Me2 liegen vorzugsweise in elementarer Form vor. Gegebenenfalls sind jedoch auch Legierungen oder Verbindungen oder sonstige Zusammensetzungen dieser Metalle mit Substitutionsmaterialien als Ausgangsmaterialien geeignet; d. h., mindestens eines der genannten Elemente kann partiell durch ein anderes Element substituiert sein (vgl. z. B. "Journal of the American Chemical Society", Vol. 109, No. 9, 1987, Seiten 2848 und 2849).The gate element 2 according to the invention shown in the figure has a thin-film structure made of known superconducting high- T c materials. The composition of such materials is based on a material system containing metallic components and oxygen. The special material system Me1-Me2-Cu-O is selected as an exemplary embodiment. However, the material of the gate element according to the invention is not restricted to this special material system; ie, several multi-component oxide-ceramic high- T c superconductor materials are equally suitable, which are not attributable to this special material system and at least partially contain other and / or additional metallic components and oxygen. The films, generally designated 3 , whose material for the selected embodiment should have the composition Me1-Me2-Cu-O, are deposited on a special, stepped substrate 4 and are said to have a high current carrying capacity of the order of at least 10 A / cm² in ensure the vicinity of the transition temperature T c of the material. The individual film thicknesses D are in the order of magnitude between 1 nm and 500 nm. Me1 and Me2 from the group of rare earth metals such as, for. B. Y or La or from the group of alkaline earth metals such. B. Sr or Ba to choose. In addition to Y, materials suitable for Me1 are e.g. B. in "Japanese Journal of Applied Physics", Vol. 26, No. 5, Part 2-Letters, May 1987, pages L 815 to L 817. The corresponding metallic components of the Me1-Me2-Cu-O system should each contain at least one (chemical) element from the groups mentioned or should consist of this at least one element. This means that Me1 and Me2 are preferably in elementary form. Optionally, however, alloys or compounds or other compositions of these metals with substitution materials are also suitable as starting materials; that is, at least one of the elements mentioned can be partially substituted by another element (see, for example, "Journal of the American Chemical Society", Vol. 109, No. 9, 1987, pages 2848 and 2849).

Die für das Substrat 4 zu wählenden Materialien sind z. B. besondere Einkristalle wie SrTiO₃ oder, wenn darauf texturierte Substratfilme vorgesehen werden, solche, die feinkristallines Al₂O₃, ZrO, MgO oder SrTiO₃ zumindest enthalten. Dabei sind besonders perowskit-oxidische Materialien geeignet, deren Gitterkonstanten Abmessungen aufweisen, die in etwa denen der a- und b-Achsen der auf ihnen aufwachsenden Kristalle des supraleitenden Materials oder einem Mehrfachen davon entsprechen. Aus diesem Grunde ist ein SrTiO₃- oder (Ba, Sr)TiO₃-Substrat besonders vorteilhaft. Solche Substrate mit einer geeigneten Textur sind allgemein bekannt (vgl. z. B. "Izvestÿa Akademii Nauk SSSR", Ser. Fiz., Vol. 39, No. 5, Mai 1985, Seiten 1080 bis 1083). The materials to be selected for the substrate 4 are e.g. B. special single crystals such as SrTiO₃ or, if textured substrate films are provided thereon, those which at least contain fine crystalline Al₂O₃, ZrO, MgO or SrTiO₃. Perovskite-oxidic materials are particularly suitable here, the lattice constants of which have dimensions roughly corresponding to those of the a and b axes of the crystals of the superconducting material growing on them or a multiple thereof. For this reason, a SrTiO₃ or (Ba, Sr) TiO₃ substrate is particularly advantageous. Such substrates with a suitable texture are generally known (cf. for example "Izvest Iza Akademii Nauk SSSR", Ser. Fiz., Vol. 39, No. 5, May 1985, pages 1080 to 1083).

Für die in der Figur gezeigte Schrägansicht sei ein Aufbau aus Filmen 3 aus dem Material der bekannten Zusammensetzung YBa₂Cu₃O₇-x zugrunde gelegt. Bei dem Substrat 4 kann es sich, falls es kein Einkristall geeigneter Struktur ist, insbesondere um eine auf einem Trägerkörper 4 a abgeschiedene, beispielsweise aufgedampfte oder aufgesputterte SrTiO₃-Schicht 4 b mit feinkristallinem Gefüge handeln, das eine Textur mit vorgegebener ausgeprägter Orientierung aufweist. Da das Substrat 4 stufenförmig ausgebildet sein soll, ist seine mit dem erfindungsgemäßen Aufbau zu versehende Oberfläche in zwei in verschiedenen parallelen Ebenen E 1 und E 2 liegende Oberflächenteile 5 und 6 unterteilt. Die gegenseitige Entfernung der beiden Ebenen E 1 und E 2 ist mit e bezeichnet. Die Oberflächenteile 5 und 6 bilden somit zwischen sich die gemeinsame Stufe 7 mit einer beispielsweise senkrecht zu den Ebenen E 1, E 2 liegenden Seitenfläche 8 aus. Über diese Stufe hinweg soll sich das Gatterelement 2 hinwegerstrecken. Es enthält somit zwei durch die Stufe getrennte Leiterstücke 10 und 11, welche in den Ebenen E 1 und E 2 liegen. Zwischen diesen Leiterstücken soll sich ein Zwischenstück 12 erstrecken, mit dem die gewünschte Gatterfunktion auszuüben ist.For the oblique view shown in the figure, a structure of films 3 from the material of the known composition YBa₂Cu₃O₇ - x is used as a basis. The substrate 4 , if it is not a single crystal suitable structure, in particular a deposited on a carrier body 4 a , for example vapor-deposited or sputtered SrTiO₃ layer 4 b with a fine crystalline structure, which has a texture with a predetermined pronounced orientation. Since the substrate 4 is to be designed in a stepped manner, its surface to be provided with the structure according to the invention is divided into two surface parts 5 and 6 lying in different parallel planes E 1 and E 2 . The mutual distance between the two levels E 1 and E 2 is designated by e . The surface parts 5 and 6 thus form between them the common step 7 with a side surface 8, for example perpendicular to the planes E 1 , E 2 . The gate element 2 should extend beyond this step. It thus contains two conductor pieces 10 and 11 separated by the step, which are located in the levels E 1 and E 2 . An intermediate piece 12 , with which the desired gate function is to be performed, is to extend between these conductor pieces.

Um diese Funktion zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß ein besonderer Aufbau der Leiterstücke 10 und 11 sowie des zwischen ihnen liegenden Zwischenstückes 12 vorgesehen. Die geforderte hohe Stromdichte wird in den Leiterstücken 10 und 11 in bekannter Weise durch die Texturierung ihres jeweils mindestens einen Dünnfilmes gewährleistet. Die den Leiterstücken 10, 11 und dem Zwischenstück 12 zuzuordnenden texturierten Filme sind in der Figur mit 3 a bis 3 c bezeichnet. Die Gesamtdicke D jedes dieser Filme ist dabei mit der Entfernung e zwischen den Ebenen E 1 und E 2 korreliert. Auf alle Fälle sollte die Differenz e-D, welche der senkrecht zu den Ebenen zu messenden Höhe h des Zwischenstückes 12 entspricht, in der Größenordnung der Dicke D liegen oder geringer sein. Außerdem sollte die Höhe h die Größenordnung der Eindringtiefe g ≈ 100 nm nicht wesentlich überschreiten. Auch das Zwischenstück 12 ist entsprechend den beiden Leiterstücken 10 und 11 texturiert. Seine in Hauptstromführungsrichtung S weisende Ausdehnung A parallel zu den Ebenen E 1 und E 2 soll dabei höchstens die Gesamtdicke D der Leiterstücke ausmachen. Eine solche Ausdehnung läßt sich bei einem Abscheideprozeß der Filme 3 auf dem gestuften Substrat 4 ohne weiteres realisieren.In order to enable this function, a special construction of the conductor pieces 10 and 11 and of the intermediate piece 12 lying between them is provided according to the invention. The required high current density is ensured in the conductor pieces 10 and 11 in a known manner by texturing their at least one thin film. The textured films to be assigned to the conductor pieces 10, 11 and the intermediate piece 12 are denoted in the figure by 3 a to 3 c . The total thickness D of each of these films is correlated with the distance e between the levels E 1 and E 2 . In any case, the difference eD, which corresponds to the height h of the intermediate piece 12 to be measured perpendicular to the planes, should be of the order of magnitude of the thickness D or less. In addition, the height h should not significantly exceed the magnitude of the penetration depth g ≈ 100 nm. The intermediate piece 12 is also textured in accordance with the two conductor pieces 10 and 11 . Its extension A pointing in the main current direction S parallel to the planes E 1 and E 2 should at most make up the total thickness D of the conductor pieces. Such an expansion can easily be achieved in a deposition process of the films 3 on the stepped substrate 4 .

Die Dünnfilme 3 a des Leiterstücks 10, 3 b des Leiterstücks 11 sowie 3 c des Zwischenstücks 12 werden mit Hilfe bekannter Abscheideverfahren auf dem Substrat 4 so hergestellt, daß die in der Figur durch gepfeilte Linien angedeuteten c-Achsen der Kristalle des supraleitenden Materials zumindest annähernd senkrecht bezüglich der Ebenen E 1 bzw. E 2 ausgerichtet sind. Die Dünnfilme weisen dann jeweils eine quasi mehrschichtige Struktur auf. Hierfür geeignete Abscheideprozesse sind z. B. reaktives Magnetronsputtern oder ein reaktives, elektrodenloses Ionenquellen-Verfahren. Auch eine Deposition mit Hilfe von Elektronenstrahlquellen ist möglich (vgl. z. B. Preprint des Beitrags von R. : Hammond et al. mit dem Titel "Superconducting Thin Film of Perovskite Superconductors by Electron-Beam Deposition" oder die genannte Veröffentlichung "Phys. Rev. Lett.", Vol. 58, No. 25). Die mit diesem Verfahren zu erhaltenden, auf der jeweiligen Unterlage aufgewachsenen Filme sind jedoch im Hinblick auf die gewünschte supraleitende Phase im allgemeinen noch fehlstrukturiert und zeigen somit keine oder schlechte Supraleitungseigenschaften. Zur Kristallisation der gewünschten supraleitenden Phase läßt man deshalb eine thermische Behandlung unter Sauerstoffzufuhr folgen.The thin films 3 a of the conductor piece 10, 3 b of the conductor piece 11 and 3 c of the intermediate piece 12 are produced with the aid of known deposition processes on the substrate 4 in such a way that the c axes of the crystals of the superconducting material, indicated by the arrowed lines in the figure, are at least approximately are aligned perpendicular to the planes E 1 and E 2 . The thin films then each have a quasi multilayer structure. Suitable deposition processes are e.g. B. reactive magnetron sputtering or a reactive, electrodeless ion source method. Deposition with the aid of electron beam sources is also possible (see, for example, preprint of the contribution by R.: Hammond et al. With the title "Superconducting Thin Film of Perovskite Superconductors by Electron-Beam Deposition" or the publication "Phys. Rev. Lett. ", Vol. 58, No. 25). However, the films to be obtained with this method and grown on the respective substrate are generally still incorrectly structured with regard to the desired superconducting phase and thus show no or poor superconducting properties. For the crystallization of the desired superconducting phase, a thermal treatment with oxygen supply is therefore followed.

Ein weiteres, besonders geeignetes Herstellungsverfahren für die Filme 3 bzw. 3 a bis 3 c wurde mit der deutschen Patentanmeldung P 37 26 016.2 (VPA 87 P 3269 DE) vorgeschlagen. Another, particularly suitable production process for films 3 and 3 a to 3 c has been proposed with German patent application P 37 26 016.2 (VPA 87 P 3269 DE).

Der so auf dem Substrat 4 hergestellte Aufbau wird vor oder nach der thermischen Behandlung zur Ausbildung der gewünschten supraleitenden Phase z. B. durch bekannte Ionenstrahl-Ätztechniken so strukturiert, daß die Leiterstücke 10 und 11 sowie das Zwischenstück 12 mit den vorbestimmten Abmessungen entstehen. Aufgrund dieser Abmessungen werden bei einem in den Filmen fließenden Strom an den Längskanten des Gatterelementes 2 bzw. seiner Teile 10 bis 12 Randflußwirbel hervorgerufen, die in der Figur nur schematisch angedeutet und mit 15 bis 17 bezeichnet sind. Die den Leiterstücken 10 und 11 zuzuordnenden Randflußwirbel 15 und 16 sind so lange stabil, wie das von einem Strom erzeugte magnetische Feld am Rand der Filme den WertH des supraleitenden Materials (2. Art) nicht überschreitet. H ist dabei die senkrecht zum jeweiligen Film verlaufende Feldkomponente, während die in der Filmebene liegende (parallele) Komponente mit H bezeichnet sein. Bei einem Überschreiten des magnetischen Randfeldes, wobei H gilt, ist der an dem Zwischenstück 12 ausgebildete Randflußwirbel 17 instabil. Dies ist darauf zurückzuführen, daß im Bereich dieses Zwischenstücks aufgrund der geringen Abmessungen der Ausdehnung A ein über das Leiterstück 11 zu dem Leiterstück 10 über das Zwischenstück 12 fließender Strom, dessen entsprechende Stromführungsrichtung in der Figur durch eine gepfeilte, mit S bezeichnete Linie angedeutet ist, aus einer zu den Ebenen E 1/E 2 parallelen Ebene in eine dazu senkrechte Richtung gezwungen wird.The structure thus produced on the substrate 4 is, for example, before or after the thermal treatment to form the desired superconducting phase. B. structured by known ion beam etching techniques so that the conductor pieces 10 and 11 and the intermediate piece 12 are formed with the predetermined dimensions. Due to these dimensions, a current flowing in the films causes 10 to 12 edge flux vortices on the longitudinal edges of the gate element 2 or its parts, which are indicated only schematically in the figure and are denoted by 15 to 17 . The edge flux vortices 15 and 16 to be assigned to the conductor pieces 10 and 11 are stable as long as the magnetic field generated by a current at the edge of the films does not exceed the value H of the superconducting material (2nd type). H is the field component running perpendicular to the respective film, while the (parallel) component lying in the film plane is denoted by H. If the magnetic boundary field is exceeded, where H applies, the boundary flux vortex 17 formed on the intermediate piece 12 is unstable. This is due to the fact that in the area of this intermediate piece, owing to the small dimensions of the dimension A, a current flowing via the conductor piece 11 to the conductor piece 10 via the intermediate piece 12 , the corresponding direction of current flow of which is indicated in the figure by an arrowed line denoted by S , is forced from a plane parallel to the planes E 1 / E 2 in a direction perpendicular thereto.

Erzeugt man nun ein steuerbares Magnetfeld H, das quer zur Stromführungsrichtung S den Schichtstapel des Films 3 c des Zwischenstückes 12 erfaßt, so läßt sich der magnetische Fluß vom seitlichen Rand des Zwischenstücks her in das Zwischenstück steuerbar einziehen. Ein Durchziehen von Flußbündeln quer zum Zwischenstück 12 bzw. zur Stromflußrichtung erzeugt einen Spannungsabfall längs des Zwischenstückes unabhängig von der Durchzugsrichtung. Eine entsprechende Steuerung läßt sich mit äußerst geringer Schaltzeit durchführen. Zur Erzeugung des steuernden Magnetfeldes H ist gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Steuerleitung 20 eine Leiterbahn z. B. aus einem Cu- oder Al-Film vorgesehen, der im Bereich des Zwischenstücks 12 isoliert angeordnet ist. Ein entsprechender Steuerstrom ist mit I s bezeichnet. Bei einem Normalwiderstand des supraleitenden Materials von 10-4 Ω · cm erzeugt eine auf 1 µm Länge bei 1 µm² Querschnitt normalgeschaltete Leiterbahn einen Widerstand von 1 Ω, der zu einer Strom-Umsteuerung genutzt werden kann, wie sie bei bekannten Josephson-Schaltungen üblich ist.If a controllable magnetic field H is now generated, which detects the layer stack of the film 3 c of the intermediate piece 12 transversely to the current carrying direction S , the magnetic flux can be drawn into the intermediate piece in a controllable manner from the lateral edge of the intermediate piece. Pulling through flux bundles transversely to the intermediate piece 12 or to the direction of current flow produces a voltage drop along the intermediate piece regardless of the pulling direction. A corresponding control can be carried out with an extremely short switching time. To generate the controlling magnetic field H according to the illustrated embodiment as a control line 20, a conductor z. B. from a Cu or Al film, which is arranged isolated in the region of the intermediate piece 12 . A corresponding control current is designated I s . With a normal resistance of the superconducting material of 10 -4 Ω · cm, a conductor track switched normally over a length of 1 µm with a cross section of 1 µm² produces a resistance of 1 Ω, which can be used for current reversal, as is customary in known Josephson circuits .

Zur Herstellung der Steuerleitung 20 wird vorteilhaft zunächst die Stufe 7 mit einem isolierenden, nicht-magnetischen Material wie z. B. einem Glas eingeebnet, so daß das Leiterstück 11 und die entsprechende Einebnungsschicht 21 eine gemeinsame Oberfläche 22 bilden. Auf diese Oberfläche wird dann die die Steuerleitung bildende Leiterbahn aufgebracht. Hierbei ist als Steuerleitung jede die Hoch-T c-Filme 3 im Bereich der Stufe 7 kreuzende Leiterbahn geeignet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wurde zwar davon ausgegangen, daß die Steuerleitung 20 mit der Stromzuführungsrichtung S einen Winkel von etwa 90° einschließt. Es kommen jedoch ebensogut auch unter anderen Winkeln verlaufende Steuerleitungen in Frage. So ist es insbesondere auch möglich, das steuernde Magnetfeld H durch eine Leiterbahn hervorzurufen, die sich in Stromführungsrichtung S über Leiterstücke 10, 11 und das Zwischenstück 12 erstreckt. Diese Leiterbahn sollte jedoch eine Breite haben, die größer als die der von ihr abgedeckten Leiterstücke 10 bzw. 11 ist, um so eine Abschirmwirkung der Filme 3 zu vermeiden.To produce the control line 20 , the stage 7 is advantageously first with an insulating, non-magnetic material such as. B. leveled a glass so that the conductor piece 11 and the corresponding leveling layer 21 form a common surface 22 . The conductor track forming the control line is then applied to this surface. In this case, any conductor track crossing the high- T c films 3 in the area of step 7 is suitable as the control line. In the exemplary embodiment shown, it was assumed that the control line 20 forms an angle of approximately 90 ° with the current supply direction S. However, control lines running at different angles are equally suitable. In particular, it is also possible to produce the controlling magnetic field H by means of a conductor track which extends in the direction of current S through conductor pieces 10, 11 and the intermediate piece 12 . However, this conductor track should have a width which is greater than that of the conductor pieces 10 and 11 covered by it, in order to avoid a shielding effect of the films 3 .

Ferner wurde bei der dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gatterelementes angenommen, daß die Stufenfläche 8 der Stufe 7 zumindest annähernd senkrecht bzgl. der Ebenen E 1, E 2 ausgerichtet ist. Vielfach wird die Stufenfläche gegenüber der Richtung der Normalen auf diesen Ebenen geneigt verlaufen, so daß sich eine schräge Flanke des Substrates zwischen den beiden Oberflächen 4 und 5 ergibt. Eine derartige Flanke, beispielsweise mit einem Neigungswinkel im Bereich von 45°, ist dann zweckmäßig, wenn man texturierte Substratfilme verwenden will, bei denen die Texturierung durch einen gerichteten physikalischen Prozeß, z. B. mittels einer Ätzbehandlung bei der Filmdeposition, zustande kommt.Furthermore, it was assumed in the illustrated embodiment of a gate element according to the invention that the step surface 8 of the step 7 is at least approximately perpendicular with respect to the planes E 1 , E 2 . In many cases, the step surface will be inclined with respect to the direction of the normal on these planes, so that there is an oblique flank of the substrate between the two surfaces 4 and 5 . Such a flank, for example with an inclination angle in the range of 45 °, is expedient if you want to use textured substrate films in which the texturing by a directional physical process, e.g. B. comes about by means of an etching treatment during film deposition.

Darüber hinaus wurde gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel von einem Gatterelement ausgegangen, dessen beide Leiterstücke 10 und 11 sowie dessen Zwischenstück 12 zumindest weitgehend gleich breit sind. Die angestrebte Gatterfunktion kann jedoch ebensogut auch mit Leiterstücken und/oder Zwischenstücken unterschiedlicher Breiten hervorgerufen werden. Außerdem können die beiden Leiterstücke 10 und 11 auch unterschiedliche Dicken haben.In addition, according to the exemplary embodiment shown, a gate element was assumed whose two conductor pieces 10 and 11 and its intermediate piece 12 are at least largely of the same width. The desired gate function can, however, just as well be brought about with conductor pieces and / or intermediate pieces of different widths. In addition, the two conductor pieces 10 and 11 can also have different thicknesses.

Bei Anordnung von zwei Steuerleitungen über die zu schaltende Leitung hinweg, die alternativ beide den kritischen Steuerstrom führen, kann eine logische ODER-Funktion erzeugt werden. Ordnet man über die zu schaltende Leitung hinweg zwei Steuerleitungen dicht nebeneinander an, die in der Summe den kritischen Steuerstrom erzeugen, so kann eine logische UND- Funktion erreicht werden. Eine gewünschte Stromverstärkung der Gatterfunktionen kann man durch entsprechend schmale Ausbildung der Steuerleitung bei entsprechend breiter zu schaltender Leitung bzw. durch Einbeziehung hybridverknüpfter Halbleiterelemente erreichen.When arranging two control lines over the one to be switched Line away, which alternatively both the critical control current a logical OR function can be generated. If you assign two control lines across the line to be switched close together, the sum of the critical Generate control current, a logical AND Function can be achieved. A desired current gain the gate functions can be made by appropriately narrow training the control line with a correspondingly wider switch Management or by including hybrid-linked semiconductor elements to reach.

Außerdem ist mit erfindungsgemäßen Gatterelementen auch die Ausbildung von supraleitenden Dauerstrom(Viel- oder Einzelquanten-)- Speichern wie bei bekannten Josephson-Speichern (vgl. "IEEE Transactions on Electron Devices", Vol. ED-27, No. 10, Oktober 1980, Seiten 1870 bis 1882) möglich. Die erfindungsgemäßen Gatterelemente treten dabei an die Stelle der bekannten Josephson-Elemente.In addition, with gate elements according to the invention Formation of superconducting continuous current (multiple or single quanta) -  Save as with known Josephson memories (cf. "IEEE Transactions on Electron Devices", Vol. ED-27, No. 10, October 1980, pages 1870 to 1882). The invention Gate elements take the place of the known ones Josephson elements.

Claims (17)

1. Supraleitendes Gatterelement für eine logische Schaltung mit zwei in getrennten Ebenen liegenden Leiterstücken, zwischen denen ein steuerbarer Übergangsbereich ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Leiterstücke (10, 11) und ein den Übergangsbereich bildendes Zwischenstück (12) aus einem oxidkeramischen supraleitenden Material mit hoher Sprungtemperatur auf Basis eines metallische Komponenten und Sauerstoff enthaltenden Stoffsystems jeweils als mindestens ein Dünnfilm (3; 3 a bis 3 c) mit geordneter Kristallstruktur auf einem texturierten, gestuften Substrat (4; 4 b) angeordnet sind,
  • - daß hierbei jeder Dünnfilm (3; 3 a bis 3 c) zumindest annähernd bezüglich der Ebenen (E 1, E 2) ausgerichteten c-Achsen seiner Kristallstruktur aufweist,
  • - daß die Dicke (D) jedes Leiterstückes (10, 11) mindestens eine Größenordnung kleiner als die senkrecht zur Stromführungsrichtung (S) zu messende Breite (B) ist und
  • - daß die Ausdehnung (A) des Zwischenstückes (12) parallel zu einer der Ebenen (E 1, E 2) und senkrecht zu dessen Breite (B) höchstens so groß wie die Dicke (D) jedes Leiterstückes (10, 11) ist.
1. Superconducting gate element for a logic circuit with two conductor pieces lying in separate planes, between which a controllable transition region is formed, characterized in that
  • - That the conductor pieces ( 10, 11 ) and a transition piece forming the intermediate piece ( 12 ) made of an oxide-ceramic superconducting material with a high transition temperature based on a metallic components and oxygen-containing material system each as at least one thin film ( 3; 3 a to 3 c ) with ordered crystal structure are arranged on a textured, stepped substrate ( 4; 4 b ),
  • that each thin film ( 3; 3 a to 3 c ) has at least approximately aligned c -axes of its crystal structure with respect to the planes ( E 1 , E 2 ),
  • - That the thickness (D) of each conductor piece ( 10, 11 ) is at least one order of magnitude smaller than the width (B) to be measured perpendicular to the current carrying direction (S) and
  • - That the extension (A) of the intermediate piece ( 12 ) parallel to one of the planes ( E 1 , E 2 ) and perpendicular to its width (B) is at most as large as the thickness (D) of each conductor piece ( 10, 11 ).
2. Gatterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zu den Ebenen (E 1, E 2) zu messende Höhe (h) des Zwischenstücks (12) höchstens 100 nm beträgt.2. Gate element according to claim 1, characterized in that the height (h) of the intermediate piece ( 12 ) to be measured perpendicular to the planes ( E 1 , E 2 ) is at most 100 nm. 3. Gatterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstücke (10, 11) unterschiedliche Breiten (B) und/oder unterschiedliche Gesamtdicken (D) haben. 3. Gate element according to claim 1 or 2, characterized in that the conductor pieces ( 10, 11 ) have different widths (B) and / or different total thicknesses (D) . 4. Gatterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit mindestens einer Steuerleitung (20) ein quer zur Stromführungsrichtung (S) in dem Zwischenstück (12) gerichtetes Magnetfeld (H) zu erzeugen ist, welches auf den Dünnfilm (3 c) des Zwischenstückes (12) einwirkt.4. Gate element according to one of claims 1 to 3, characterized in that with at least one control line ( 20 ) a transverse to the current carrying direction (S) in the intermediate piece ( 12 ) directed magnetic field (H) is to be generated, which on the thin film ( 3rd c ) the intermediate piece ( 12 ) acts. 5. Gatterelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (20) elektrisch isoliert an dem Zwischenstück (12) vorbeiführend ausgebildet ist.5. Gate element according to claim 4, characterized in that the control line ( 20 ) is electrically insulated past the intermediate piece ( 12 ). 6. Gatterelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (7) des Substrates (4; 4 b) mittels einer Einebnungsschicht (21) eingeebnet ist und daß auf der so ausgebildeten ebenen Oberfläche (22) die Steuerleitung (20) angeordnet ist.6. Gate element according to claim 4 or 5, characterized in that the step ( 7 ) of the substrate ( 4; 4 b ) is leveled by means of a leveling layer ( 21 ) and that on the flat surface ( 22 ) thus formed, the control line ( 20 ) is arranged. 7. Gatterelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung in Stromführungsrichtung (S) über die Leiterstücke (10, 11) und das Zwischenstück (12) hinwegführend ausgebildet ist und eine Breite hat, die größer als die jeweilige Breite (B) der von ihr abgedeckten Teile (10 bis 12) des Gatterelementes (2) ist.7. Gate element according to claim 4 or 5, characterized in that the control line in the current carrying direction (S) over the conductor pieces ( 10, 11 ) and the intermediate piece ( 12 ) is formed leading and has a width which is greater than the respective width (B ) of the parts ( 10 to 12 ) of the gate element ( 2 ) it covers. 8. Gatterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstücke (10, 11) jeweils eine Dicke (D) zwischen 1 nm und 500 nm haben.8. Gate element according to one of claims 1 to 7, characterized in that the conductor pieces ( 10, 11 ) each have a thickness (D) between 1 nm and 500 nm. 9. Gatterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Ausbildung auf einem Substrat (4; 4 b), das eine Textur aufweist, die an die Gitterkonstanten der a- und/oder b-Achsen der auf dem Substrat erzeugten Kristalle des supraleitenden Materials angepaßt ist. 9. Gate element according to one of claims 1 to 8, characterized by a formation on a substrate ( 4; 4 b ), which has a texture that corresponds to the lattice constants of the a - and / or b axes of the crystals of the produced on the substrate superconducting material is adapted. 10. Gatterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein einkristallines Substrat (4) aus SrTiO₃ oder (Ba, Sr)TiO₃.10. Gate element according to one of claims 1 to 9, characterized by a single-crystalline substrate ( 4 ) made of SrTiO₃ or (Ba, Sr) TiO₃. 11. Gatterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat (4) ein auf einem Trägerkörper (4 a) abgeschiedener texturierter Substratfilm (4 b) vorgesehen ist, welcher Al₂O₃ oder ZrO₂ oder MgO oder SrTiO₃ zumindest enthält.11 according to one of claims 1 to 9, characterized in that a is provided as a substrate (4) on a carrier body (4 a) deposited textured substrate film (4 b) provided that Al₂O₃ or ZrO₂ or MgO or SrTiO₃ containing gate element at least. 12. Gatterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Stufe (7) des Substrates (4; 4 b) mit einer Stufenfläche (8), die zumindest annähernd senkrecht bezüglich der Ebenen (E 1, E 2) verläuft.12. Gate element according to one of claims 1 to 11, characterized by a step ( 7 ) of the substrate ( 4; 4 b ) with a step surface ( 8 ) which is at least approximately perpendicular to the planes ( E 1 , E 2 ). 13. Gatterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stufenfläche der Stufe des Substrates (4; 4 b) als schräge Flanke zwischen den beiden Leiterstücken (10, 11) ausgebildet ist, die gegenüber den Ebenen (E 1, E 2) um einen Winkel geneigt verläuft, der kleiner als 90° ist.13. Gate element according to one of claims 1 to 11, characterized in that a step surface of the step of the substrate ( 4; 4 b ) is formed as an oblique flank between the two conductor pieces ( 10, 11 ) which are opposite the planes ( E 1 , E 2 ) is inclined at an angle that is less than 90 °. 14. Gatterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in seinem supraleitenden Material zumindest eine der metallischen Komponenten durch ein weiteres Metall teilweise substituiert ist.14. Gate element according to one of claims 1 to 13, characterized characterized that in his superconducting material at least one of the metallic components is partially substituted by another metal. 15. Gatterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch ein supraleitendes Material auf Basis des Stoffsystems Me1-Me2-Cu-O, wobei die metallischen Komponenten Me1 und Me2 ein Seltenes Erdmetall oder Yttrium bzw. ein Erdalkalimetall zumindest enthalten.15. Gate element according to one of claims 1 to 13, characterized through a superconducting material based on the Me1-Me2-Cu-O material system, whereby the metallic Components Me1 and Me2 a rare earth metal or At least contain yttrium or an alkaline earth metal. 16. Gatterelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste metallische Komponente Me1 teilweise durch ein anderes Metall aus der Gruppe der für diese Komponente vorgesehenen Metalle substituiert ist.16. Gate element according to claim 15, characterized in  that the first metallic component Me1 partly by another metal from the group of metals provided for this component is substituted. 17. Gatterelement nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite metallische Komponente Me2 teilweise durch ein anderes Metall aus der Gruppe der für diese Komponente vorgesehenen Metalle substituiert ist.17. Gate element according to claim 15 or 16, characterized characterized in that the second metallic Component Me2 partly by another metal from the Group of the metals intended for this component substituted is.
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