JPH0221149B2 - - Google Patents

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JPH0221149B2
JPH0221149B2 JP55143359A JP14335980A JPH0221149B2 JP H0221149 B2 JPH0221149 B2 JP H0221149B2 JP 55143359 A JP55143359 A JP 55143359A JP 14335980 A JP14335980 A JP 14335980A JP H0221149 B2 JPH0221149 B2 JP H0221149B2
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JP
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layer
inductance
superconductor
insulator
niobium
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JP55143359A
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JPS5768005A (en
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Hiroyuki Abe
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はジヨセフソン集積回路の要素として
用いられるインダクタンスに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates to inductances used as components of Josephson integrated circuits.

ジヨセフソン接合素子の一形態であるインタフ
エロミタ(Interferometer)は論理素子及び記憶
素子として用いられる。インタフエロミタは2個
又はそれより多数のジヨセフソン接合とこれらを
連結するインダクタンスよりなる。このインダク
タンスに制御電流を流し込むか、又は近傍に配置
した制御電流の励起する磁界をこのインダクタン
スに結合させる事により、接合を流れる電流を制
御する事で、論理素子及び記憶素子が動作する。
この場合素子が動作するためには、励起される磁
束Φは磁束量子Φ0のオーダでなければならない。
磁束は電流とインダクタンスLの積として表わ
されるので、次の関係式が成立する必要がある。
Interferometers, a type of Josephson junction device, are used as logic and storage devices. An interferomitter consists of two or more Josephson junctions and an inductance connecting them. Logic elements and memory elements operate by controlling the current flowing through the junction by flowing a control current into this inductance or by coupling a magnetic field excited by a control current placed nearby to this inductance.
In order for the device to work in this case, the excited magnetic flux Φ must be of the order of the flux quantum Φ 0 .
Since magnetic flux is expressed as the product of current and inductance L, the following relational expression must hold.

L・I〜Φ〜Φ0=2.07×10-15Weber ジヨセフソン集積回路における典型的な電流値
は200μAであるので、Lの値は約10PHでなけれ
ばならない。
Since the typical current value in a Weber Josephson integrated circuit is 200 μA , the value of L must be approximately 10 PH.

L〜Φ0/I〜10-11Heri=10PH ジヨセフソン集積回路においては通常インダク
タンスは接地面を構成する超電導体層上に、厚さ
tなる絶縁体層を配し、この上に巾W、長さlの
超電導体の配置して構成される。このときLは
t,W,lの関数として次のように近似できる。
L~Φ 0 /I~10 -11 Heri=10PH In Josephson integrated circuits, the inductance is normally determined by placing an insulator layer with a thickness of t on the superconductor layer that constitutes the ground plane, and on top of this an insulator layer with a width of W and a length of It is composed of a superconductor arrangement of 1.5 cm. At this time, L can be approximated as a function of t, W, and l as follows.

L=μ0t/wl μ0=1.26×10-6H/m 数値例として t=0.2μm、w=2.5μm、l=100μm を代入するとL=10pHとなる。この場合、イン
ダクタンスの占有する面積はwl=250(μm)2とな
る。回路の高密度化をはかるためには、インダク
タンスの占有面積を減少させる必要がある。
L=μ 0 t/wl μ 0 =1.26×10 −6 H/m As a numerical example, when t=0.2 μm, w=2.5 μm, and l=100 μm are substituted, L=10 pH. In this case, the area occupied by the inductance is wl = 250 (μm) 2 . In order to increase the density of the circuit, it is necessary to reduce the area occupied by the inductance.

従来、インダクタンスの占有面積を減少させる
ためには、以下に述べる二つの手段のいずれかを
用いて、絶縁体層の厚さを等価的に増加させてい
た。第1の手段は第1図に示すように、基板15
上に設けられた超電導体からなる平坦な接地面1
1上に一様に第1の絶縁体層12を形成し、次い
で第2の絶縁体層13を局部的に形成し、この上
に超電導体層14を配するというものである。ま
た第2の手段は、第2図に示すように、基板24
上に設けられた超電導体からなる平坦に形成した
接地面21の一部をエツチングによつて除去し、
基板24の表面を露出させた上で、絶縁体層22
を一様となるように形成し、基板の露出した部分
を覆う絶縁体層上に超電導体層23を配するとい
うものである。
Conventionally, in order to reduce the area occupied by the inductance, the thickness of the insulator layer has been equivalently increased using one of the following two methods. The first means is as shown in FIG.
A flat ground plane 1 made of superconductor provided above
A first insulating layer 12 is uniformly formed on the first insulating layer 1, then a second insulating layer 13 is locally formed, and a superconducting layer 14 is disposed on top of this. Further, the second means includes a substrate 24 as shown in FIG.
A part of the flat ground plane 21 made of superconductor provided above is removed by etching,
After exposing the surface of the substrate 24, the insulating layer 22 is
is formed uniformly, and a superconductor layer 23 is disposed on an insulating layer covering the exposed portion of the substrate.

しかし第1の手段によれば、第2の絶縁体層1
3が形成された凸部の周囲において段差があらわ
れ超電導体層14を配するときに断線が発生する
という欠点があつた。また第2の手段によれば、
インダクタンスを流れる電流によつて励起される
磁界が第2の超電導体層の最近傍のみに集中する
事がなく他のインダクタンスとの結合を防ぐため
には、インダクタンスの間隔を充分広くとらなけ
ればならないという欠点があつた。
However, according to the first means, the second insulating layer 1
There was a drawback that a step appeared around the convex portion where the superconductor layer 14 was formed, and a wire breakage occurred when the superconductor layer 14 was disposed. Also, according to the second means,
In order to prevent the magnetic field excited by the current flowing through the inductance from concentrating only in the vicinity of the second superconductor layer and from coupling with other inductances, the spacing between the inductances must be sufficiently wide. There were flaws.

この発明の目的は上記のような欠点を解決せし
めたジヨセフソン集積回路用インダクタンスを提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an inductance for Josephson integrated circuits that overcomes the above-mentioned drawbacks.

この発明によれば基板上に形成され、集積回路
の接地面を構成する第1の超電導体層とこの第1
の超電導体層に形成される凹部を充填する絶縁体
層と、この絶縁体層上に配置される第2の超電導
体層によつてなることを特徴とするジヨセフソン
集積回路用インダクタンスが得られる。
According to the present invention, a first superconductor layer is formed on a substrate and constitutes a ground plane of an integrated circuit;
An inductance for a Josephson integrated circuit is obtained, which is characterized by comprising an insulating layer filling a recess formed in a superconducting layer, and a second superconducting layer disposed on the insulating layer.

前記発明によれば占有面積の少ないインダクタ
ンスを実現することができ、ジヨセフソン集積回
路の高密度化において顕著な効果を発揮する。
According to the invention, it is possible to realize an inductance that occupies a small area, and it exhibits a remarkable effect in increasing the density of Josephson integrated circuits.

以下、この発明について、図面を用いて詳細に
説明する。
Hereinafter, this invention will be explained in detail using the drawings.

第3図はこの発明の一実施例を示す図面であ
る。同図において基板31上に形成された接地面
を構成する第1の超電導体層32には深さt1なる
凹部が形成されており、この凹部には厚さt2とな
るように絶縁体層33が充填されている。33上
に配された第2の超電導体層34がインダクタン
スを形成する。インダクタンス以外の回路素子は
接地面を構成する第1の超電導体層32上に厚さ
t3なる絶縁体層35を形成した上に配置される。
第2超電導体層の一部と第3の超電導体層36に
挾まれた酸化膜バリア37によつて構成されるジ
ヨセフソン接合は回路素子の一例である。超電導
体層34が断線する事なく絶縁体層33,35上
に形成されるためにはt1〜t2−t3となるように凹
部の深さを選べばよい。
FIG. 3 is a drawing showing an embodiment of the present invention. In the figure, a recess with a depth t 1 is formed in a first superconductor layer 32 forming a ground plane formed on a substrate 31, and an insulator is placed in this recess with a thickness t 2 . Layer 33 is filled. A second superconductor layer 34 disposed on 33 forms an inductance. Circuit elements other than the inductance are mounted on the first superconductor layer 32 constituting the ground plane.
It is placed on top of the insulator layer 35 formed thereon.
A Josephson junction formed by an oxide film barrier 37 sandwiched between a portion of the second superconductor layer and the third superconductor layer 36 is an example of a circuit element. In order to form the superconductor layer 34 on the insulator layers 33 and 35 without disconnection, the depth of the recess should be selected to be t1 to t2 - t3 .

具体的な構成例として、接地面を構成する超電
導体層32としてニオブ、絶縁体層33,35と
して酸化ニオブと酸化シリコンの二層構造の絶縁
体層、超電導体層34,36として鉛を主成分と
する合金層を選ぶことができる。
As a specific configuration example, the superconductor layer 32 constituting the ground plane is made of niobium, the insulator layers 33 and 35 are insulator layers with a two-layer structure of niobium oxide and silicon oxide, and the superconductor layers 34 and 36 are mainly made of lead. The alloy layer to be used as a component can be selected.

いまt3を0.2μm、w=2.5μmの場合、t2=0.8μm
とするには凹部の深さは0.6μmとすればよい。こ
の場合L=10PHを得るには、l=25μmとすれば
よい。
Now, if t 3 is 0.2 μm and w = 2.5 μm, t 2 = 0.8 μm
To achieve this, the depth of the recess should be 0.6 μm. In this case, to obtain L=10PH, it is sufficient to set l=25 μm.

次に上記の一実施例に示したジヨセフソン集積
回路の一製造方法について第4図を用いて説明す
る。
Next, a method of manufacturing the Josephson integrated circuit shown in the above embodiment will be explained with reference to FIG.

まず基板41上にニオブ層42を堆積し、つい
でニオブ層の表面を酸化し酸化ニオブ膜43を形
成する。この上にニオブ層42、酸化ニオブ層4
3のエツチングに関してマスクとなるマスク材層
44を形成し、凹部を形成する領域には、フオト
レジスト技術を用いて、開孔部を設ける。マスク
材としてはZnO又はフオトレジストを用いる。
(第4図a) ついでマスク材層44をマスクとして異方性エ
ツチング法、例えばイオンエツチング法により酸
化ニオブ層43、ニオブ層42を除去し、凹部を
形成する。(第4図b)この際マスク材層44も
エツチングされるので、所用の深さの凹部が形成
された時点でマスク材層が残存しているように、
最初の層厚を選ぶ必要がある。ついで露出したニ
オブ層の表面を酸化して酸化ニオブ層45を形成
し、ついで絶縁体層46を蒸着法又はスパツタ法
により堆積せしめる。(第4図c) マスク材層44を適当な方法で溶解させれば、
第4図dにみられるような、平坦な面があらわれ
る。さらに絶縁体層、例えばシリコンモイキサイ
ド層47、ついで第2の超電導体層48、例えば
鉛合金属を堆積せしめれば、インダクタンスが形
成される。以下通常の方法を用いてジヨセフソン
接合を形成せしめれば、ジヨセフソン集積回路が
得られる。
First, a niobium layer 42 is deposited on a substrate 41, and then the surface of the niobium layer is oxidized to form a niobium oxide film 43. On top of this, a niobium layer 42 and a niobium oxide layer 4
A mask material layer 44 serving as a mask for the etching step 3 is formed, and openings are provided in the regions where the recesses are to be formed using photoresist technology. ZnO or photoresist is used as the mask material.
(FIG. 4a) Next, using the mask material layer 44 as a mask, the niobium oxide layer 43 and the niobium layer 42 are removed by an anisotropic etching method, for example, an ion etching method to form a recessed portion. (FIG. 4b) At this time, the mask material layer 44 is also etched, so that the mask material layer remains when the recesses of the required depth are formed.
It is necessary to choose the initial layer thickness. The exposed surface of the niobium layer is then oxidized to form a niobium oxide layer 45, and then an insulator layer 46 is deposited by vapor deposition or sputtering. (Fig. 4c) If the mask material layer 44 is dissolved by an appropriate method,
A flat surface appears, as seen in Figure 4d. An inductance is formed by depositing a further insulator layer, for example a silicon mooxide layer 47, and then a second superconductor layer 48, for example a lead alloy metal. A Josephson integrated circuit is then obtained by forming a Josephson junction using a conventional method.

以上説明したように、この発明によつて得られ
るジヨセフソン集積回路用インダクタンスは接地
面の凹部に充填された絶縁体層上に形成されるの
で、単位長さ当りのインダクタンスの大なる素子
を、断線の恐れなく形成できるという利点があり
その効果は大きい。尚上記の実施例の説明におい
て例示した、超電導体、絶縁体、マスク材の選択
はこの発明について何らの限定を加えるものでは
ない。またこの発明によるインダクタンスを一次
又は二次のコイルとして用いる変成器もジヨセフ
ソン集積回路において広範囲に利用できるもので
ある事はいうまでもない。
As explained above, the inductance for Josephson integrated circuits obtained by the present invention is formed on the insulator layer filled in the recess of the ground plane, so that it is possible to disconnect an element with a large inductance per unit length. It has the advantage that it can be formed without fear of damage, and its effects are great. Note that the selection of the superconductor, insulator, and mask material exemplified in the description of the above embodiments does not impose any limitations on the present invention. It goes without saying that the transformer using the inductance of the present invention as a primary or secondary coil can also be widely used in Josephson integrated circuits.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のジヨセフソン集積回路に用いら
れたインダクタンスの構造の第一の例を示す断面
図である。第2図は従来のジヨセフソン集積回路
に用いられたインダクタンスの構造の第二の例を
示す断面図である。 図において、11,21は接地面、12,1
3,22は絶縁体層、14,23は超電導体層、
15,24は基板を示す。 第3図はこの発明によるインダクタンスの一実
施例を示す図面である。第4図a,b,c,dは
この発明の一実施例の製造方法を説明するための
図で主要工程における回路の断面を示す。 図において、31,41は基板、32は接地面
を構成する第1の超電導体層、33,35,4
6,47は絶縁体層、34は第2の超電導体層、
36は第3の超電導体層、37は酸化膜バリア、
42はニオブ層、43,45は酸化ニオブ層、4
4はマスク材層、48は超電導体層を示す。
FIG. 1 is a sectional view showing a first example of an inductance structure used in a conventional Josephson integrated circuit. FIG. 2 is a sectional view showing a second example of an inductance structure used in a conventional Josephson integrated circuit. In the figure, 11 and 21 are ground planes, 12 and 1
3 and 22 are insulator layers, 14 and 23 are superconductor layers,
15 and 24 indicate substrates. FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of an inductance according to the present invention. FIGS. 4a, b, c, and d are diagrams for explaining a manufacturing method according to an embodiment of the present invention, and show cross sections of the circuit in main steps. In the figure, 31 and 41 are the substrates, 32 is the first superconductor layer constituting the ground plane, and 33, 35, 4
6 and 47 are insulator layers, 34 is a second superconductor layer,
36 is a third superconductor layer, 37 is an oxide film barrier,
42 is a niobium layer, 43 and 45 are niobium oxide layers, 4
4 represents a mask material layer, and 48 represents a superconductor layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 基板上に形成され、集積回路の接地面を構成
する第1の超電導体層と、この第1の超電導体層
に形成する凹部を充填する絶縁体層とこの絶縁体
層上に配置される第2の超電導体層によつてなる
ことを特徴とするジヨセフソン集積回路用インダ
クタンス。
1. A first superconductor layer formed on a substrate and constituting a ground plane of an integrated circuit, an insulator layer filling a recess formed in this first superconductor layer, and an insulator layer disposed on this insulator layer. An inductance for an integrated circuit comprising a second superconductor layer.
JP55143359A 1980-10-14 1980-10-14 Inductance for josephson integrated circuit Granted JPS5768005A (en)

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JPS6237910A (en) * 1985-08-13 1987-02-18 Agency Of Ind Science & Technol Superconducting inductor

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5031356A (en) * 1973-07-25 1975-03-27
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