JPH01107397A

JPH01107397A - 超伝導記憶素子

Info

Publication number: JPH01107397A
Application number: JP62263792A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Saito; 達也斉藤; Hiroyuki Igashira; 以頭　博之; Noboru Masuda; 昇益田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1989-04-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は超伝導物質の集積回路への応用に関し、特に情
報を記憶し保持する素子としての応用に関する。

〔従来の技術〕

超伝導物質を用いて環状の経路を形成し、そこを流れる
永久電流を情報の記憶に用いるための電気的回路は、ク
ライオエレクトロニクス入門　中村　彬著　１９８０　
オーム社　ｐ、２１８−２２５に述べられているような
ジョセフソン素子を用いるものがある６第９図にその基
本構成を示す。これは書き込み時には１例えば電流源２
３により環状経路に正方向に電流を流して、ジョセフソ
ン素子２４及び２５に磁場を生じさせる。この時、書き
込み線１８に左から右へ電流を流すと、それによって生
ずる磁場と前記ジョセフソン素子に生じた磁場が干渉し
、ジョセフソン素子２４は導通し、ジョセフソン素子２
５は遮断する。これにより電流源２３の電流はジョセフ
ソン素子２４の側のみに流れ、環には紙面の向こうから
手前向きの磁場が生ずる。この状態で書き込み線２７の
電流を０にするとジョセフソン素子２５は導通し。

環状電流が生じ情報を記憶する。書き込み線２７の電流
の向きを逆にすることによって、逆向きの環状電流を流
すこともできる。また情報の読み出しは、環状電流によ
って生ずる磁場と、読み出し線２８を流れる電流によっ
て生ずる磁場との干渉で、ジョセフソン素子１７が導通
又は遮断することによって行なう。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしこの方法では、素子１個当り少なくとも３個のジ
ョセフソン接合を形成しな、ければならない。また、情
報の読みだし書き込みが共にジョセフソン素子の近傍を
流れる電流によって生じる磁場によって制御されており
、動作の安定性に問題がある。

本発明の目的は、容易に読みだし書き込み可能でかつ簡
単な構成の超伝導電流を利用した記憶素子を提供するこ
とである。

〔問題点を解決するための手段〕本発明は、ジョセフソン素子を用いずに環状電流の向き
の制御を可能とする。第一の方法として情報を記憶する
ための環状の経路部を臨界電流の異なる複数の超伝導物
質によって形成し、これに流れる電流を外部から変化さ
せる為の電流源を接続した。第二の方法として超伝導物
質からなる環と外部電流源との接続点を、この二点間に
生ずる２つの経路の長さが異なるように設けた。これら
の方法により、ジョセフソン素子無しで容易に情報の記
憶が可能となった。

〔作用〕

本発明の構成を用いることによって従来以上に簡単でか
つ確実に情報の記憶を制御することが可能になる。

超伝導物質から成る環状素子が超伝導状態であり、かつ
初期状態では電流が流れていない時、ある１点で環に接
続されている電流源から環の他の１点に向かって電流を
流すと、電流は接続点から二方に磁場が存在しない状態
を保持するように流れる。この時、一方の経路が他方の
経路より臨界電流が小さい場合、又は一方が他方より経
路長が短い場合、電流源より流す電流を増やして行くと
。

臨界電流が小さい側又は経路長の短い側に流れる電流が
先に臨界に達する。この時点までは両方の経路を流れる
磁場が互いに打し消しあい環には磁場が生じない。更に
電流を増やして行くと電流は臨界に達していない経路の
みに流れ、他方は臨界電流のままである。この時、環に
は２つの経路の生ずる磁場の差分の磁場が生ずる。これ
より電流を減らして行くと、この磁場は保持され、環に
は環状電流が流れ続ける。本発明はこの現象を利用した
ものである。また、環状電流の向き及び磁場の向きを逆
にすることは、外部から流す電流の向きを逆にして同様
の操作を行なうことによって容易に可能である。

〔実施例〕

第１図に本発明の第１の実施例を示す。第１図において
、１，２はそれぞれ臨界電流の異なる畏さの等しい超伝
導素子であり、組み合わせて環状経路の記憶保持部３を
形成する。超伝導素子を構成する超伝導物質としてはＣ
ｕまたはＡｇの酸化物系があり、例えばＢ　ａ　ｏ、ａ
Ｙｏ＊４ｃ　ｕ　０ａｔ（Ｂｎｏ、ｅＹｏ、４）ａｃｕ
ｚ０７．　（Ｓｒｏ、ｏ７ｓＬａｏ、９ｚ６）ｚｃｕｏ
＋のいずれかが好適である。４は情報の書き込み読み出
しを制御する電流源である。この回路において。

超伝導素子１の臨界電流をＩｃ１、超伝導素子２の臨界
電流をＩ　Ｑ！（Ｉ　ＱＬ＞Ｉ　ｃｔ）　、電流源４よ
り流れ出る電流をＩとすると、この回路に流れる電流特
性は第２図のようになる。横軸は電流源４を流れる電流
Ｉ、縦軸は超伝導物質１又は２を流れる電流ｉ、実線は
Ｉを（Ｉ　Ｑ１＋　Ｉ　ａ２．）がら−（Ｉ　ａ１＋　
Ｉ　ｃｚ）まで変化させたときの１及び２を流れる電流
値、点線はＩを−（Ｉ　Ｑ１＋　Ｉ　ｃ２）から（ＩＣ
！＋ＩＱりまで変化させたときの１及び２を流れる電流
値である。

今、■〉０のときをｒｔ」Ｉ＜０（７）ときを「ｏ」と
仮定する。電流源４より環状経路にＴ＞Ｏなる電流を流
して行くと−Ｉ＝２Ｉｒ、ｚになるまでは超伝導素子１
と超伝導素子２には等しい電流が流れ環に磁場は生じな
い。更に■＝Ｉ　Ｑ１＋Ｉ　ｃｘなる電流を流すと、超
伝導素子１にはＩｃ１．超伝導素子２にはＩａｚの電流
が流れ、それぞれ電流値に応じた磁場が生ずる。環の内
部では、超伝導素子１に生ずる磁場は紙面の向こうから
手前向き、超伝導素子２に生ずる磁場は紙面の手前から
向こう向きであり、絶対値は超伝導素子１に生ずる磁場
の方が大きい。よって記憶保持部３には、この磁場の差
分が紙面の向こうから手前向きに生じる。

この状態より電流を減らして行くと、記憶保持部３内の
磁場が保持されるため、超伝導素子１と超伝導素子２そ
れぞれに流れる電流は等しく減って行き、Ｉ＝Ｏの時に
は、超伝導素子１には１／２Ｉｓ超伝導素子２には−１
／　２　Ｉ　ｓの電流が流れ環状電流となる。この状態
が、「１」を記憶した状態である。

同様に、電流値４より環にＩ＜Ｏなる電−流を流して行
くと、「０」を記憶することが可能である。

このとき、記憶保持部３には、磁場が紙面の手前から向
こう向きに生じる。

情報の消去は、記憶単位ごとには「１」が記憶されてい
るときは一２Ｉｃｚ、「０」が記憶されているときは２
　ｒ　Ｑ２なる電流を電流源４より流すことによって、
記憶保持部３の環状電流と磁場をＯにすることができる
。また、半導体メモリとして利用した場合等に全体の記
憶を一度に消去するには、使用しているいずれかの超伝
導物質の臨界温度より全体の温度を上げるか、臨、界磁
場以上の磁場を全体にかけるかすることによって可能で
ある。

第３図に本発明の第２の実施例を示す。第３図において
、５，６はそれぞれ長さの異なる超伝導素子であり１組
み合わせて環状経路の記憶保持部３を形成する。超伝導
物質としては、上記第１の実施例と同じものを使用でき
る。４は情報の書き込み読みだしを制御する電流源であ
る。この回路において超伝導索子５が超伝導素子６より
長く、これらの臨界電流をＩｃ、電流′ｇ４より流れ出
る電流を１とすると、この回路に流れる電流特性は第４
図のようになる。横軸は電流源４を流れる電流■、縦軸
は超伝導物質５又は６を流れる電流ｉ、実線はＩを２Ｉ
ｃから一２Ｉｃまで変化させたときの５及び６を流れる
電流値１点線は工を一２Ｉｃから２Ｉｃまで変化させた
ときの５及び６を流れる電流値である。

同様に電流源４より環にＩ＞Ｏなる電流を流して行くと
、超伝導素子６に流れる電流がＩｃに達するまでは、超
伝導素子５と超伝導素子６に等しい磁場が生ずるように
超伝導素子６により多くの電流が流れ、環に磁場は生じ
ない、更にＩ＝２Ｉｃなる電流を流すと超伝導素子５と
超伝導素子６にはそれぞれＩｃの電流が流れ、電流値に
応じた磁場が生ずる。環の内部では超伝導素子５に生ず
る磁場は紙面の向こうから手前向き、超伝導素子６に生
ずる磁場は紙面の手前から向こう向きであり、絶対値は
長さの長い超伝導素子５に生ずる磁場の方が大きい、よ
って記憶保持部３には、この磁場の差分が紙面の向こう
から手前向きに生じる。この状態より電流を減らして行
くと、超伝導素子５と超伝導素子６それぞれに流れる電
流は記憶保持部３内の磁場を保持するように減って行き
、工＝０の時には、超伝導素子５には１／２Ｉｓ超伝導
素子６には一１／２Ｉｓの電流が流れ環状電流となる。

この状態が、「１」を記憶した状態である。

同様に、電流源４より環にＩ＜Ｏなる電流を流して行く
とｒＯＪを記憶することが可能である。

第５図に本発明を利用した記憶素子を半導体基板上に形
成した一例を示す。図中７は記憶素子列、８は制御素子
列、９は入出力素子セルである。また、第６図は記憶素
子列内の記憶セル１個の拡大図であり、１０は第１図又
は第３図における、超伝導素子１又は５であり、１１は
超伝導素子２又は６である。これは、配線用導体１２及
び１３によって制御用素子と接続される。また、１４は
読み出し用素子領域である。

第７図に本発明のより具体的な一実施例を示す。

これは１本発明を不揮発性随時読みだし書き込み型メモ
リに実施した一例である。「１」及びｒＯＪを前記のよ
うに仮定すると、ワード線１８のレベルをグランドの電
位より一定値以上上げておき、トランジスタ１６をビッ
ト線１９を制御して導通させ、記憶保持部３に磁場が生
じるような電流を流すことにより「１」を、逆にワード
線１８のレベルを一定値以上下げておき、同様の動作を
行なうことにより［０」を書き込むことができる。読み
出しは、読み出したい記憶保持部３に例えば「１」を書
き込む時と同じ電流を流すことによって、記憶されてい
る情報がｒＯＪの場合のみ記憶保持部３の磁場が反転し
、「１」の場合は磁場が変化しないので、それを磁気的
にカップリングしたループ又はコイル１５によって電流
とし、トランジスタ１７とビット線２０によって取り出
すことによって可能である。つまり、「Ｏ」が記憶され
ている素子のみビット線２０のレベルの変化が得られる
ことになる。この際、その素子は情報が破壊されるので
再び「１」を書き込んでおく。

第８図に本発明の他の一実施例を示す。これは。

他の読み出し方法を用いたメモリの一例である。

この例では、環状電流の有無を、情報の記憶に用いる。

今、環状電流が流れている状態を「１」、流れていない
状態を「０」と仮定すると、書き込み用ワード線１８と
ビット線１９に電位差を生じさせ、記憶保持部３に環状
電流を流すことにより「１」を、電位差を生じさせない
ことにより「ｏ」を記憶することができる。読み出しは
、記憶保持部３の環状電流の磁場によって常伝導状態と
なるような臨界磁場を持つ他の超伝導素子２２を記憶保
持部３の内側に配置することによって実現できる。読み
だし用ワード線２１からビット線２０に。

又はその逆に電流を流すことによって、「１」の場合は
記憶保持部に磁界が存在するので、超伝導索子２２は常
伝導状態となり、抵抗が生じて２１と２０の間に電位差
が生じる。「０」の場合は超伝導素子２２は超伝導素子
であり抵抗が無く、電位差が生じないことを利用する。

情報の消去は。

前記と同様の方法が可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明ではジョセフソン素子無しに
超伝導電流を記憶手段として用いることができるので、
臨界温度や臨界磁場を超えないかぎり電源を切断しても
情報を失うこと無く記憶し続けることや、逆に上記のよ
うな超伝導状態を破壊するような状況を強制的に作るこ
とによって簡単に記憶が消去できることが可能な素子を
容易に提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超伝導物質を用いた記憶素子の構成図
、第２図は第１図の本発明の動作を表す原理図、第３図
は本発明の超伝導物質を用いた第二の方法の記憶素子の
構成図、第４図は第３図の本発明の動作を表す原理図、
第５図は本発明を利用した記憶素子を半導体基板上に形
成した一実施例を示す図、第６図は記憶素子列内の記憶
セル１個の拡大図、第７図は本発明のより具体的な一実
施例を示す図、第８図は本発明の他の一実施例を示す図
、第９図は従来の技術の一例を示す図である。１・・・臨界電流の大きい側の超伝導素子、２・・・臨
界電流の小さい側の超伝導素子、３・・・記憶保持部、
４・・・制御電流源、５・・・長い方の超伝導素子、６
・・・短い方の超伝導素子、７・・・記憶素子列、８・
・・制御素子列、９・・・入出力素子セル、１０．１１
・・・超伝導素子、１２．１３・・・配線用導体、１４
・・・読み出し用素子領域、１５・・・読み出し用ルー
プ又はコイル、１６．１７・・・トランジスタ、１８・
・・ワード線、１９．２０・・・ビット線、２１・・・
ワード線、２２・・・読み出し用超伝導素子、２３・・
・電流源、２４゜２５．２６・・・ジョセフソン素子、
２７・・・書き込み第　ｌ　ロ第２　囚鳩５０　　　　　第６Ｉ！１第　７　記

Claims

【特許請求の範囲】１、超伝導物質から成り外部回路と２点以上の点で接続
される環状の経路と、該経路に接続され外部より電流を
流すための電流源とから成り、上記環状経路を流れる超
伝導電流を情報の記憶に用いる記憶素子であつて、上記
環状経路が臨界電流の異なる複数の超伝導物質から成る
ことを特徴とする、超伝導記憶素子。２、超伝導物質から成り外部回路と２点以上の点で接続
される環状の経路と、その環に接続され外部より電流を
流すための電流源とから成り、環を流れる超伝導電流を
情報の記憶に用いる記憶素子において、記憶を制御する
電流源と環との接続点である環上の２点は、その２点間
に生ずる２つの経路の長さが異なるように設けられるこ
とを特徴とする、超伝導記憶素子。