JPH0352679B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、少なくとも一つの情報をアブリコソ
フ磁束量子（以下磁束量子と略称する）の形で超
伝導体内に記憶する超伝導記憶装置に関する。さ
らに特定すれば本発明は超伝導体内に保持される
磁束量子の向きを記憶状態の「１」および「０」
に対応させる随時読み出し形超伝導記憶装置に関
するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

アブリコソフ磁束量子記憶装置は、例えば、ア
プライドフイジツクスレター誌（Applied
physic Letters）Vol.39No.12December1981.
PP.992〜993あるいは、特願昭56−65493号（超
伝導記憶装置）に開示されている様に公知であ
る。

第４図はアブリコソフ磁束量子記憶装置の従来
例のひとつである。この例では、磁束量子を保持
するための膜厚のうすい超伝導体膜１と該超伝導
体膜１の一部を下部電極とし、超伝導体膜２を上
部電極とする磁束量子検出用ジヨセフソン接合
（以下検出接合と略称する）３と超伝導体膜１の
端５近くに設けられた磁束量子書き込み用制御線
４で構成されている。超伝導体膜１′は、超伝導
体膜１の端５をのぞく周辺を囲む超伝導体膜１よ
り膜厚の厚い超伝導体膜である。Ｂは磁束量子で
ある。

このアブリコソフ磁束量子記憶装置は、超伝導
体膜内に保持される磁束量子の有無を記憶状態の
「１」および「０」に対応させる。上記記憶装置
において「１」書き込みは、制御線４に電流を流
して磁界を発生し、超伝導体膜１に端５から磁束
量子を侵入させることで行なう。また「０」書き
込みは、制御線４に逆向きの電流を流し、超伝導
体膜１に「１」書き込みの場合とは逆向きの磁束
量子を侵入させ、順方向の磁束量子と対消滅さ
せ、保持されている磁束量子数をゼロにすること
で行なう。あるいは、超伝導体膜１に電流を流し
磁束量子を超伝導体膜１の外に排除して「０」書
き込みを行なう。超伝導体膜１′は、磁束量子が
侵入する部分を超伝導体膜１に限定するために設
けられている。また記憶状態の検出は検出接合３
の近傍に磁束量子が存在すると該検出接合３のジ
ヨセフソン電流値が低下することを利用し、該検
出接合３にバイアス電流を印加し、接合が有限電
圧に転移するか否かで行なう。

しかし上記アブリコソフ磁束量子記憶状態で、
磁束量子の対消滅による「０」書き込み法を用い
ると、記憶状態「０」のとき即ち超伝導体膜１に
磁束量子が保持されていないときに「０」書き込
みを行なうと対消滅が起らず逆向きの磁束量子が
保持される。この状態は本来の記憶状態ではなく
誤動作となる。これを避けるためには、書き込み
前の記憶状態を読み出してその「１」、「０」に応
じて異なる書き込み信号を印加するという複雑な
書き込み手順が必要となる。しかしこの方式は書
き込みアクセス時間を長くし、この記憶セルを用
いて構成した計算機のマシンサイクル時間を長く
するという重大な欠点を生じる。また磁束量子排
除による「０」書き込み法を用いると「０」書き
込み時の稼動信号線が１本のみであり、しかも双
方とも、超伝導体膜１に流す必要があるためワー
ド線とビツト線に分割することができないので、
記憶セル行列を組んだときに行列内の任意の１セ
ルを選択して「０」書き込みすることができな
い。以上述べた様に上記従来例においては、「０」
書き込みにおいて、二方式のどちらにもそれぞれ
重大な欠点を有する。

〔発明の目的〕

本発明はこれらの欠点を除去するため、検出接
合に読み出し制御線を設け、検出接合のしきい値
特性のシフト方向が保持される磁束量子の向きに
対応することを利用して、保持される磁束量子の
磁界の向きを記憶状態の「１」および「０」に対
応させた記憶動作をさせる様にしたもので、以下
図面について詳細に説明する。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例であつて、磁束量子
が侵入でき、該磁束量子が保持され得る第１の超
伝導体例えば膜厚のうすい第二種の超伝導体膜１
で情報記憶領域が構成され、該超伝導体膜１の一
部を下部電極とし、超伝導体膜２の一部を上部電
極として、侵入した磁束量子Ｂに付随する磁界を
検出する検出接合３例えば記憶状態検出用ジヨセ
フソン接合あるいはジヨセフソン接合を複数用い
た検出用ジヨセフソンゲートが少なくともひとつ
以上構成され、超伝導体膜１の端５の近傍に少な
くとも１本以上の磁束量子書き込み用制御線４が
配置され、該検出接合３上に絶縁層を介して、該
検出接合３と磁気的に結合する少なくとも１本以
上の読み出し用制御線６が設けられた構造をして
いる。また超伝導体膜１に較べて膜厚の厚い超伝
導体膜１′が端５を除く超伝導体膜１の周囲を囲
んで設けられている。

本実施例において、記憶回路動作の「１」書き
込みは、磁束量子書き込み用制御線４に電流を流
し、超伝導体膜１内に磁束量子を侵入させること
で行なう。「０」書き込みは、磁束量子書き込み
用制御線４に「１」書き込みとは逆向きに電流を
流し、超伝導体膜１内に「１」書き込みのときと
は逆向きの磁束量子を侵入させて行なう。

読み出しは、検出接合３のジヨセフソン電流制
御特性が書き込まれた磁束量子の極性によつて読
み出し制御電流軸に沿つて異なる方向に遷移する
ことを利用して、保持されているアブリコソフ磁
束量子の磁界の向きを判別し、記憶状態の「１」、
「０」の検出して行なう。

第２図は検出接合のジヨセフソン電流制御特性
であり、横軸は読み出し用制御線６に流れる読み
出し制御電流値、縦軸は検出接合３のバイアス電
流値である。破線７は磁束量子が侵入していない
ときの制御特性曲線、実線８は「１」状態に相当
する磁束量子が侵入しているときの制御特性曲
線、実線９は、「０」状態の向きの磁束量子が侵
入しているときの制御特性曲線である。読み出し
制御電流と検出接合バイアス電流の電流一致選択
によりセル行列から選択されたセルにおいて、動
作点が制御特性上Ａ点に来る様にする。この場合
記憶状態が「１」のときは、動作点が制御特性曲
線８内にあるため検出接合３は電圧転移せず、記
憶状態が「０」のときは動作点が制御特性曲線９
外に出るため、検出接合３は電圧転移する。この
読み出し方式によれば、記憶セル行列内の任意の
セル記憶情報の「０」、「１」を検出接合の電圧転
移の有無で検知することができる。Ｄは遷移量で
ある。

また本実施例によれば書き込み特性は第３図に
示す様になる。即ち検出接合３の制御特性の遷移
量は書き込み制御電流に対して、原点対称の飽和
特性を示す。これは書き込み時に超伝導体膜１に
侵入する磁束量子は書き込み制御電流の増加に対
して、ある値を越えると多数の磁束量子が集団で
侵入し、ある程度以上の磁束量子が侵入してしま
うとこんどは磁束量子相互の反撥力のため、電流
を増加しても侵入し難くなるためである。この場
合、書き込み制御電流を飽和領域に設定、すなわ
ち、アブリコソフ磁束量子が保持されている状態
での記憶状態検出用ジヨセフソン接合ないしはジ
ヨセフソンゲートのジヨセフソン電流制御特性の
読み出し制御電流軸方向の遷移量が飽和領域に達
する書き込み制御電流値を越えた書き込み制御電
流で書き込み動作を行なわせると制御電流の変動
に強く、動作マージンの広い記憶セルが実現でき
る。またこの場合、「１」書き込みには正の書き
込み制御電流を、「０」書き込みには負の書き込
み制御電流を流せば良く従来例のように、書き込
み前のセルの記憶状態を一度読み出してそれに応
じて書き込み信号を選んで印加するという複雑な
操作は不要となり、書き込みアクセス時間を短か
くすることができる。また周辺回路も簡単にな
る。

また本発明によるメモリ動作は、検出接合３の
下部電極を超伝導体膜１と電気的に絶縁された超
伝導体膜で構成した構造のメモリセルにおいても
同様に動作することは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明によれば、セルの書き
込み前の記憶状態に無関係に「１」および「０」
の書き込みを行なうことができるため、書き込み
操作が単純となり、書き込みアクセス時間を短く
できる。また周辺回路も簡単にできるという利点
がある。また書き込み特性が飽和特性をもつてい
るので動作マージンの広い記憶セルが実現でき
る。

また本発明によれば読み出し信号に２つの独立
の信号電流を用いるので、これの一致選択によつ
て記憶セル行列の中から任意のセルを容易に選択
して読み出しすることができるというランダムア
クセスメモリに不可欠の機能を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図、
第２図は本発明による記憶装置の検出接合のしき
い値特性の一例を示す曲線図、第３図は第２図に
おけるジヨセフソン電流制御特性の一例を書き込
み制御電流について描いた図、第４図は従来の超
伝導記憶装置を示す構成説明図である。 １……磁束量子を保持する超伝導体膜、１′…
…磁束量子が侵入しない超伝導体膜、２……磁束
接合の上部電極を構成する超伝導体膜、３……検
出接合、４……書き込み用制御線、５……磁束量
子が侵入する超伝導体膜１の端、６……読み出し
用制御線、７……磁束量子が保持されていないと
きの検出接合のしきい値を示す制御特性曲線、８
……「１」状態の向きの磁束量子が保持されてい
る時のしきい値を示す制御特性曲線、９……
「０」状態の向きの磁束量子が保持されている時
のしきい値を示す制御特性曲線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アブリコソフ磁束量子が侵入でき、該磁束量
   子が磁束の向きを記憶状態の「１」、「０」に対応
   させて保持される超伝導体で構成された情報記憶
   領域と、 該情報記憶領域にアブリコソフ磁束量子を侵入
   させる手段と、 前記情報記憶領域上に少なくとも１つ以上設け
   られ、該情報記憶領域内に保持された磁束量子に
   付随する磁界を検出する記憶状態検出用ジヨセフ
   ソン接合あるいはジヨセフソン接合を複数用いた
   検出用ジヨセフソンゲートと、 該記憶状態検出用ジヨセフソン接合あるいはジ
   ヨセフソン接合を複数用いた検出用ジヨセフソン
   ゲート上に絶縁層を介して設けられ、該記憶状態
   検出用ジヨセフソン接合あるいはジヨセフソン接
   合を複数用いた検出用ジヨセフソンゲートと磁気
   的に結合する少なくとも１本以上の読み出し用制
   御線とを具備したことを特徴とする超伝導記憶装
   置。 ２ 記憶状態検出用ジヨセフソン接合あるいはジ
   ヨセフソン接合を複数用いた検出用ジヨセフソン
   ゲートが、記憶状態検出用ジヨセフソン接合ある
   いはジヨセフソン接合を複数用いた検出用ジヨセ
   フソンゲートのバイアス電流値を縦軸とし、読み
   出し用制御線に流れる読み出し制御電流値を横軸
   とするジヨセフソン電流制御特性の横軸方向の遷
   移により保持されているアブリコソフ磁束量子の
   磁界の向きを判別し、記憶状態の「１」、「０」を
   検出するものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の超伝導記憶装置。 ３ 情報記憶領域にアブリコソフ磁束量子を侵入
   させる手段が、アブリコソフ磁束量子が保持され
   ている状態での記憶状態検出用ジヨセフソン接合
   ないしはジヨセフソンゲートのジヨセフソン電流
   制御特性の読み出し制御電流軸方向の遷移量が飽
   和領域に達する書き込み制御電流値を越えた書き
   込み制御電流で書き込み動作を行なわせるもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の超伝導記憶装置。