JPH02199880A - Superconducting switch - Google Patents
Superconducting switchInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、超電導体からなるスイッチング素子を備え
た超電導スイッチに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a superconducting switch equipped with a switching element made of a superconductor.
超電導体はそれ自体スイッチング素子で、臨界電流（Ｉ
ｅ）を超える電流パルスを超電導体に送って超電導体を
常電導体に変えて電圧零状態から電圧を生ぜしめてスイ
ッチとして動作することができる。しかしながら、この
超電導スイッチング素子では臨界電流（ＩＣ）が高いと
、これを！ｌ積回路に用いた場合に大きな消費電力を要
し、更にその大きな発熱のために集積回路の集積化が困
ＩＩＩであった。A superconductor is itself a switching element, with a critical current (I
e) A current pulse greater than e) can be sent to the superconductor to turn the superconductor into a normal conductor and generate a voltage from a zero voltage state to operate as a switch. However, in this superconducting switching element, if the critical current (IC) is high, this! When used in an integrated circuit, it requires a large amount of power consumption, and furthermore, because of the large amount of heat generated, it has been difficult to integrate the integrated circuit.
また、臨界電流（ｆｃ）が低いと熱雑音による誤動作が
問題となった。Furthermore, when the critical current (fc) is low, malfunctions due to thermal noise become a problem.
これらの困難を解消するものとして考えられたのがジョ
セフソン素子であり、この素子の構成が第３図に示され
ている （「高速ディノタルデバイス シリーズ ４１
培風館、初版昭和６１年１１月３０日発行、参照）、集
積回路に用いられたこの素子は、超電導電極（１）の間
に薄い絶縁１１（２）が挾まれている。このタイプの素
子は２つの超電導電極（１）に流れる超電導トンネル電
流により電子力学的コヒーレンスを作っている。The Josephson device was conceived as a solution to these difficulties, and the configuration of this device is shown in Figure 3 (“High-speed Dinotal Device Series 41
Baifukan, first published November 30, 1986, see) This element used in integrated circuits has a thin insulator 11 (2) sandwiched between superconducting electrodes (1). This type of element creates electrodynamic coherence by superconducting tunnel current flowing between two superconducting electrodes (1).
このトンネル形シ階セ７ソン素子の電流（り一電圧（Ｖ
）特性を示したのが第４図であり （超電導日本物理学
会編、丸善、昭和５４年１１月３０日発行参照）、臨界
電流（Ｉｃ）以下のバイアス電流を流し、そこに臨界電
流（Ｉａ）以上の電流を流すと、超電導状態から常電導
状態となり、超電導電極（１）間に有限電圧が生じる０
次に、電流をいったん零にする信号を送って超電導Ｗｉ
極（１）を超電導状態に回復させてから超電導電極（１
）にバイアス電流を流すともとに戻る。この超電導スイ
ッチはこの電圧値零と有限値のスイッチを利用している
。The current (resistance) and voltage (V
) characteristics are shown in Figure 4. ) When a current of more than
Next, a signal is sent to temporarily reduce the current to zero, and the superconducting Wi
After recovering the pole (1) to the superconducting state, the superconducting electrode (1)
) returns to its original state when a bias current is applied to it. This superconducting switch uses this voltage value zero and finite value switch.
従来の超電導スイッチは以上のように構成されて超電導
電極（１）闇の絶縁膜（２）は平坦でかつ一定幅、厚み
が３０人程度のものが必要であり、その形成が非常に困
難であり、そのため、その性能の特性制御も困難である
という問題点があった。Conventional superconducting switches are constructed as described above, and the superconducting electrode (1) and dark insulating film (2) must be flat, have a certain width, and have a thickness of about 30 people, making it extremely difficult to form them. Therefore, there was a problem in that it was difficult to control the performance characteristics.
また、このものを集積回路に使う場合には、電流を一旦
零にするラッチ動作なのでリセット信号が必要であり、
高速素子でありながらクロックパルス周期を短くするこ
とができないという問題点があった。Also, when using this device in an integrated circuit, a reset signal is required because it is a latch operation that temporarily reduces the current to zero.
Although it is a high-speed device, there is a problem in that the clock pulse period cannot be shortened.
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、特性制御が容易で、非ラツチ動作であり、
かつ高速化とパンチスルーを激減することのできる超電
導スイッチを得ることを目的とする。This invention was made to solve the above-mentioned problems, and has easy characteristic control, non-latching operation,
The purpose of this invention is to obtain a superconducting switch that can increase speed and drastically reduce punch-through.
ｃｓ１８Ｎを解決するための手段〕
この発明に係る超電導スイッチは、超電導体からなる第
１のスイッチング素子に、これらの臨界電流値よりも低
い値の臨界電流値を有する超電導体からなる第２のスイ
ッチング素子を介在させたものである。Means for solving cs18N] A superconducting switch according to the present invention includes a first switching element made of a superconductor, and a second switching element made of a superconductor having a critical current value lower than these critical current values. An element is interposed therebetween.
この発明においては、第２のスイッチング素子の臨界電
流値よりも大きく、かつ第１のスイッチング素子の臨界
電流値よりも低い電流を第１のスイッチング素子面に流
すと第２のスイッチング素子の超電導状態が破れ、電圧
が生じる。In this invention, when a current larger than the critical current value of the second switching element and lower than the critical current value of the first switching element is passed through the first switching element surface, the second switching element is brought into a superconducting state. is broken and a voltage is generated.
以下、この発明の実施例を図について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図はこの発明の一実施例を示す断面図であり、材料
Ｖ ＢＩＬ２ Ｃｕ３０ｙにＣａ ５％をドープした第
１のスイッチング素子（３）間には材料Ｙ Ｂａ２ Ｃ
ｕ＝ＯｙにＣａ１％をドープした第２のスイッチング素
子（４）が介在している。基板（５）と一方のＩＪＩｉ
ｌのスイッチング素子（３）との闇お上り他方の第２の
スイッチング素子（４）の上面には配線金属（６）が設
けられている。なお、上記実施例の場合には、例えばマ
ルチターゲットスパッタリング装置でエピタキシャル成
長させながら途中でＣａ含有量が変化させられ、スイッ
チング素子（３） 、 （４）の界面では結晶粒界のな
いものが作られている。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, in which a material Y Ba2 C is disposed between a first switching element (3) made of a material V BIL2 Cu30y doped with 5% Ca.
A second switching element (4) doped with 1% Ca is interposed at u=Oy. Board (5) and one IJIi
A wiring metal (6) is provided on the upper surface of the second switching element (4) which is connected to the second switching element (3). In the case of the above example, the Ca content is changed during epitaxial growth using, for example, a multi-target sputtering device, so that the interface between the switching elements (3) and (4) has no grain boundaries. ing.
上記のように構成された超電導スイッチでは、第ｌのス
イッチング素子（３）、１２のスイッチング素子（４）
の材料として、酸化物超電導体を使用した。それは、こ
の材料は膜の作り方を少し変えるだけで臨界電流（Ｉｃ
）が簡単に変化するからである１例えば、膜質を良（し
たり悪くしたりする方法、あるいは組成を少し変える方
法など様々にある。この実施例の場合には、材料の組成
を変える方法を例示した。In the superconducting switch configured as described above, the lth switching element (3), the 12th switching element (4)
An oxide superconductor was used as the material. The reason is that this material can be used with critical current (Ic) by just changing the way the film is made.
) can be easily changed.1 For example, there are various ways to make the film quality better (or worse), or to change the composition slightly.In the case of this example, we will use a method to change the composition of the material. I gave an example.
第２図は［ジャパニーズ ジャーナル オプアプライド
フィジックス ２７巻、１０．１９８８年（ＪＡＰＡ
ＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ＾００ＬｆＥＤ ＰＨ
ＹＳＩＣＳ ＶＯＬ。Figure 2 is [Japanese Journal Op Applied Physics Vol. 27, 10.1988 (JAPA
NESE JOURNAL OF＾00LfED PH
YSICS VOL.
２７、 Ｎｏ、 １０． ＣＴＯＢＥＲ，１９８８，
ＰＰ、 Ｌ］８４３−Ｌ１８４４） 、Ｉに示されたも
ので、Ｙ Ｂａ２ Ｃｕ３０ｙｌｉ電導体にＣａ濃度を
変化させてＣａドープを行った時の臨界電流密度Ｊｃの
変化が示されている。これによると、Ｃａ５％でドープ
した場合が臨界電流密度Ｊｃが最も高い。27, No, 10. CTOBER, 1988,
PP, L]843-L1844), I shows changes in critical current density Jc when a YBa2Cu30yli conductor is doped with Ca with varying Ca concentrations. According to this, the critical current density Jc is the highest when doped with 5% Ca.
上記構成の超電導スイッチにおいては、配線金属（６）
ｆｆｌｌに電流を流した場合、電流密度１６０＾／ｃＩ
ｓ２程度までは配線金属（６）開に電圧は生じない、し
かしながら、例えば２００Ａ／ａｍ”のＮ流密度にする
と第２のスイッチング素子（４）の超電導状態が破れ、
配＃ｌ會属（６）間には電圧が生じてスイッチング動作
がなされる。また、電流密度を再び１４０Δ／ｃｍ２程
度に戻すと第２のスイッチング素子（４）は常電導状態
から超電導状態に戻り、配線金属（６）間の電圧は零と
なる。この間、電流を零にする必要がなく非ラツチ動作
となっている。特性の制御は第２のスイッチング素子（
４）のＣａ含有％を変えて臨界電流密度Ｊｅを変化させ
て、スイッチする電ｔｉ１．密度値を制御してもよいし
、また第２のスイッチング素子（４）の厚さを変化させ
て生じる電圧を制御してもよい。In the superconducting switch with the above configuration, the wiring metal (6)
When a current is passed through ffll, the current density is 160^/cI
Until about s2, no voltage is generated across the wiring metal (6). However, if the N flow density is, for example, 200 A/am", the superconducting state of the second switching element (4) is broken,
A voltage is generated between the wiring #1 (6) and a switching operation is performed. Further, when the current density is returned to about 140Δ/cm2, the second switching element (4) returns from the normal conductive state to the superconducting state, and the voltage between the wiring metal (6) becomes zero. During this time, there is no need to reduce the current to zero, resulting in non-latching operation. The characteristics are controlled by the second switching element (
4) By changing the Ca content % and changing the critical current density Je, the switching voltage ti1. The density value may be controlled, or the voltage generated may be controlled by varying the thickness of the second switching element (4).
以上説明したように、この発明の超電導スイッチは、超
電導体からなる第１のスイッチング素子に、これらの臨
界電流値よりも低い値の臨界電流値を有する超電導体か
らなる第２のスイッチング素子を介在させたことにより
、特性制御が容易で、非ラツチ動作であり、かつ高速化
とパンチスルーを激減することができるという効果があ
る。As explained above, the superconducting switch of the present invention includes a first switching element made of a superconductor and a second switching element made of a superconductor having a critical current value lower than these critical current values. As a result, characteristics can be easily controlled, non-latching operation can be achieved, speed can be increased, and punch-through can be drastically reduced.
第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図は酸
化物超電導体のＣａ濃度と臨界電流密度との関係を示す
関係図、第３図はトンネル形ノタセ味
７ソン素子の錯視図、第４図〜そのＩ−Ｖ特性図である
。
図において、（３）は第１のスイッチング素子、（４）
は第２靴のスイッチング素子、（６）は配線金属である
。
なお、各図中、
同一符号は同−又は相当部分を
示す。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a relationship diagram showing the relationship between the Ca concentration of an oxide superconductor and the critical current density, and FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the Ca concentration of an oxide superconductor and the critical current density. Illusion diagram, FIG. 4 - its IV characteristic diagram. In the figure, (3) is the first switching element, (4)
is the switching element of the second shoe, and (6) is the wiring metal. In each figure, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
臨界電流値よりも低い値の臨界電流値を有する超電導体
からなる第２のスイッチング素子を介在させ、前記第２
のスイッチング素子の前記臨界電流値よりも大きく、か
つ前記第１のスイッチング素子の前記臨界電流値よりも
低い電流を第１のスイッチング素子間に流すと第２のス
イッチング素子の超電導状態が破れることを特徴とする
超電導スイッチ。A second switching element made of a superconductor having a critical current value lower than these critical current values is interposed in the first switching element made of a superconductor, and the second switching element made of a superconductor has a critical current value lower than these critical current values.
When a current larger than the critical current value of the switching element and lower than the critical current value of the first switching element is passed between the first switching element, the superconducting state of the second switching element is broken. Features of superconducting switch.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1017555A JPH02199880A (en) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | Superconducting switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1017555A JPH02199880A (en) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | Superconducting switch |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02199880A true JPH02199880A (en) | 1990-08-08 |
Family
ID=11947160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1017555A Pending JPH02199880A (en) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | Superconducting switch |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02199880A (en) |
-
1989
- 1989-01-30 JP JP1017555A patent/JPH02199880A/en active Pending
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