JPH08236821A - Superconducting antifuse - Google Patents

Superconducting antifuse

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Publication number
JPH08236821A
JPH08236821A JP7038875A JP3887595A JPH08236821A JP H08236821 A JPH08236821 A JP H08236821A JP 7038875 A JP7038875 A JP 7038875A JP 3887595 A JP3887595 A JP 3887595A JP H08236821 A JPH08236821 A JP H08236821A
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JP
Japan
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superconducting
superconductor
antifuse
layers
voltage
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JP7038875A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Yoshida
晃 吉田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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Abstract

PURPOSE: To provide a superconducting antifuse which can change a superconducing wiring layer from the state of high resistance or insulation to the superconducting state, after the superconducting wiring layer is formed, regarding a superconducting antifuse wherein, when a voltage higher than or equal to the threshold voltage is applied, the state of high resistance or insulation changes to the superconducting state. CONSTITUTION: At least two superconductor layers 2, 3 are formed on a substrate 1, at an interval. When a voltage lower than or equal to the threshold voltage is applied across the superconductor layers 2, 3, the part between the superconductor layers 2 and 3 is in the state of high resistance. When a voltage higher than or equal to the threshold voltage is applied, the superconductor layers 2, 3 can come into contact with each other.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超伝導アンチヒューズ
に関し、より詳しくは、閾値以上の電圧を印加すると高
抵抗状態或いは絶縁状態から超伝導状態に変化する超伝
導アンチヒューズに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting antifuse, and more particularly to a superconducting antifuse that changes from a high resistance state or an insulating state to a superconducting state when a voltage above a threshold value is applied.

【0002】[0002]

【従来の技術】超伝導配線層はたとえばジョセフソン論
理素子の配線として、或いは、マルチチップモジュール
(MMC)のチップ間配線として用いることができ、Si
などの基板上に形成されたNb,Pbなどの金属超伝導材料
やNbTi,NbSnなどの合金系超伝導材料の超伝導体層をパ
ターニングして形成される。
2. Description of the Related Art Superconducting wiring layers can be used, for example, as wiring for Josephson logic elements or as inter-chip wiring for multi-chip modules (MMC).
It is formed by patterning a superconductor layer of a metal superconducting material such as Nb or Pb or an alloy superconducting material such as NbTi or NbSn formed on a substrate such as.

【0003】Nb膜の超伝導配線層は、液体Heなどで9K
以下に冷却することにより電気抵抗がゼロになり、極め
て高速で低損失の信号伝送線路を実現できる。このよう
な超伝導配線層をジョセフソン論理素子の配線や、マル
チチップモジュールのチップ間配線として用いると、論
理回路間の相互信号伝送線路を高速化でき消費電力を低
くすることができるので、コンピュータシステムの性能
を大幅に高めることができる。
The superconducting wiring layer of Nb film is made of liquid He, etc.
By cooling below, the electric resistance becomes zero, and a very high speed and low loss signal transmission line can be realized. When such a superconducting wiring layer is used as wiring for Josephson logic elements or wiring between chips of a multi-chip module, mutual signal transmission lines between logic circuits can be sped up and power consumption can be reduced. The system performance can be greatly improved.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいては、閾値以上の電圧の印加により高抵抗状態或い
は絶縁状態から超伝導状態に変化するいわゆる超伝導ア
ンチヒューズは実現されていなかった。そのため、超伝
導回路に用いられる超伝導配線は、超伝導体層をパター
ニングする時点で決定されていなければならず、一旦基
板に回路パターンを作成した後で配線を接続することは
できない。従って、少量多品種等の場合には製品によっ
て配線接続をいちいち変える必要があり、工程管理が複
雑になるという問題があった。
However, conventionally, a so-called superconducting antifuse that changes from a high resistance state or an insulating state to a superconducting state by applying a voltage above a threshold value has not been realized. Therefore, the superconducting wiring used in the superconducting circuit must be determined at the time of patterning the superconductor layer, and the wiring cannot be connected after the circuit pattern is once created on the substrate. Therefore, in the case of a small amount and a large number of products, it is necessary to change the wiring connection for each product, which causes a problem that the process management becomes complicated.

【0005】本発明は、係る従来の問題点に鑑みて創作
されたもので、超伝導配線層を形成した後でその超伝導
配線層を高抵抗状態或いは絶縁状態から超伝導状態に変
えることができる超伝導アンチヒューズを提供すること
を目的とする。
The present invention was created in view of the above conventional problems, and it is possible to change a superconducting wiring layer from a high resistance state or an insulating state to a superconducting state after forming the superconducting wiring layer. An object is to provide a superconducting antifuse that can be made.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題は、基板上に少
なくとも2つの超伝導体層が、該超伝導体層間に閾値電
圧以下の電圧を印加したとき前記超伝導体層間が高抵抗
状態にあり、前記閾値電圧以上の電圧を印加したとき前
記超伝導体層同士が互いに接触しうる間隔をおいて形成
されていることを特徴とする超伝導アンチヒューズによ
って達成され、第2に、前記超伝導体層間の隙間内に冷
媒が介在していることを特徴とする第1の発明に記載の
超伝導アンチヒューズによって達成され、第3に、前記
基板は段差を有し、前記超伝導体層は前記段差を挟んで
上及び下の段の前記基板上にそれぞれ形成されているこ
とを特徴とする第1又は第2の発明に記載の超伝導アン
チヒューズによって達成され、第4に、前記超伝導体層
間の隙間の一部に絶縁膜、半導体膜又は常伝導体膜が介
在していることを特徴とする第1乃至第3の発明のいず
れかに記載の超伝導アンチヒューズによって達成され
る。
The above problem is that at least two superconductor layers on a substrate are in a high resistance state when the voltage below the threshold voltage is applied between the superconductor layers. And a superconducting antifuse, wherein the superconducting layers are formed at intervals such that they can contact each other when a voltage higher than the threshold voltage is applied. A third aspect of the present invention is achieved by the superconducting antifuse according to the first aspect of the invention, characterized in that a coolant is present in the gap between the conductor layers, and thirdly, the substrate has steps. Is achieved by the superconducting antifuse according to the first or second aspect of the present invention, which is formed on the upper and lower steps of the substrate with the step interposed therebetween. In a part of the gap between conductor layers Enmaku, the semiconductor film or the normal conductor layer is achieved by the first to third superconducting antifuse according to any one of the features that it is interposed.

【0007】[0007]

【作用】本発明の超伝導アンチヒューズによれば、間隔
をおいて形成された超伝導体層間に閾値電圧以下の電圧
を印加したときに超伝導体層間が絶縁状態或いは高抵抗
状態にあり、それらの超伝導体層間に閾値電圧以上の電
圧を印加したとき超伝導体層同士が互いに接触しうる間
隔で超伝導体層が形成されている。
According to the superconducting antifuse of the present invention, when a voltage below the threshold voltage is applied between the superconductor layers formed at intervals, the superconductor layers are in an insulating state or a high resistance state, The superconductor layers are formed at intervals such that the superconductor layers can contact each other when a voltage of a threshold voltage or more is applied between the superconductor layers.

【0008】従って、この超伝導アンチヒューズを、冷
媒、例えば液体ヘリウムに浸漬して超伝導体層の臨界温
度以下に冷却して超伝導体層間に閾値電圧以下の電圧を
印加しても、超伝導体層間は絶縁状態或いは高抵抗状態
にある。このとき、超伝導アンチヒューズを液体ヘリウ
ムに曝してもよいし、超伝導アンチヒューズ全体をカバ
ーして液体ヘリウムに曝さないようにしてもよい。
Therefore, even if this superconducting antifuse is immersed in a coolant such as liquid helium to cool it to a temperature below the critical temperature of the superconductor layer and to apply a voltage below the threshold voltage between the superconductor layers, The conductor layers are in an insulating state or a high resistance state. At this time, the superconducting antifuse may be exposed to liquid helium, or the entire superconducting antifuse may be covered and not exposed to liquid helium.

【0009】一方、冷媒により冷却している状態で超伝
導体層間に閾値電圧以上の電圧を印加すると、隙間内の
雰囲気ガス或いはヘリウムは絶縁破壊を起こして超伝導
体層間に瞬間的に電流が流れる。この放電により超伝導
体層の対向部分が接触し、接触部が溶接される。また、
基板に形成された段差を挟んで上及び下の段の基板上に
それぞれ超伝導体層を形成しても、同じように機能させ
ることができる。
On the other hand, when a voltage higher than the threshold voltage is applied between the superconductor layers while being cooled by the refrigerant, the atmospheric gas or helium in the gap causes a dielectric breakdown, and a current is momentarily generated between the superconductor layers. Flowing. Due to this discharge, the opposing portions of the superconductor layer come into contact with each other and the contact portions are welded. Also,
Even if the superconductor layers are formed on the upper and lower substrates with the step formed on the substrate interposed therebetween, the same function can be achieved.

【0010】[0010]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。本発明の実施例を具体的に説明する前に、
本発明の原理を説明する。 (本発明の原理の説明)図1(a),(b)は、本発明
の超伝導アンチヒューズの原理を模式的に表した斜視図
であり、同図(a)が初期の高抵抗状態を示し、同図
(b)が超伝導状態を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Before specifically explaining the embodiment of the present invention,
The principle of the present invention will be described. (Explanation of the Principle of the Present Invention) FIGS. 1A and 1B are perspective views schematically showing the principle of the superconducting antifuse of the present invention. FIG. 1A shows the initial high resistance state. FIG. 3B shows the superconducting state.

【0011】図1(a)に示した超伝導アンチヒューズ
においては、第1と第2の超伝導体層25、26が隙間
を挟んで形成されている。しかも、隙間の一部に絶縁膜
27が挟まれている。この超伝導アンチヒューズを液体
ヘリウムなどに浸漬して超伝導体に超伝導が起こる臨界
温度以下に冷却する。絶縁膜27の厚さ、つまり第1と
第2の超伝導体層25,26間の間隔は、第1と第2の
超伝導体層25,26の間に閾値電圧以下の電圧を印加
したときに第1と第2の超伝導体層25,26間が高抵
抗状態になるように決められる。このとき、超伝導アン
チヒューズは液体ヘリウムに曝されるようになってい
る。従って、絶縁膜27が存在しているところを除いて
間隙内は液体ヘリウムで満たされる。
In the superconducting antifuse shown in FIG. 1A, the first and second superconductor layers 25 and 26 are formed with a gap therebetween. Moreover, the insulating film 27 is sandwiched in a part of the gap. This superconducting antifuse is immersed in liquid helium or the like and cooled to a temperature below the critical temperature at which superconductivity occurs in the superconductor. Regarding the thickness of the insulating film 27, that is, the distance between the first and second superconductor layers 25 and 26, a voltage not higher than a threshold voltage is applied between the first and second superconductor layers 25 and 26. It is sometimes determined that the high resistance state exists between the first and second superconductor layers 25 and 26. At this time, the superconducting antifuse is exposed to liquid helium. Therefore, the gap is filled with liquid helium except where the insulating film 27 is present.

【0012】このとき、第1と第2の超伝導体層25,
26間の電圧が液体ヘリウムの絶縁破壊の閾値電圧を越
えると、第1と第2の超伝導体層25,26は間隙に満
たされた液体ヘリウムを介して放電し、瞬間的に電流が
流れる。この放電により、図1(b)に示すように、第
1と第2の超伝導体層25,26の対向部分が溶融して
接触し、その接触部分が溶接される。これにより第1と
第2の超伝導体層25,26間で導通がなされる。
At this time, the first and second superconductor layers 25,
When the voltage between the electrodes 26 exceeds the threshold voltage for the dielectric breakdown of liquid helium, the first and second superconductor layers 25 and 26 are discharged through the liquid helium filled in the gap, and a current flows momentarily. . Due to this discharge, as shown in FIG. 1B, the facing portions of the first and second superconductor layers 25 and 26 are melted and brought into contact with each other, and the contact portions are welded. Thereby, conduction is established between the first and second superconductor layers 25 and 26.

【0013】したがって、上記の構成を、電圧の印加に
より絶縁状態から接続状態に変化する超伝導アンチヒュ
ーズとして機能させることができる。次に、図2
(a),(b)を参照しながら、別の構成の超伝導アン
チヒューズについて説明する。図2(a),(b)は、
本発明に係る超伝導アンチヒューズの初期状態とその接
続状態を模式的に表した断面図であり、同図(a)は高
抵抗状態を示し、同図(b)は超伝導状態を示す。
Therefore, the above structure can be made to function as a superconducting antifuse that changes from an insulating state to a connected state by applying a voltage. Next, FIG.
A superconducting antifuse having another structure will be described with reference to (a) and (b). 2 (a) and 2 (b)
It is sectional drawing which represented the initial state of the superconducting antifuse which concerns on this invention, and its connection state typically, the figure (a) shows a high resistance state, and the figure (b) shows a superconducting state.

【0014】図2(a),(b)において、超伝導アン
チヒューズが配線の一部に形成されており、第1の超伝
導体層2は電圧を印加する端子5に接続され、第2の超
伝導体層3は接地端子6に接続されている。また、この
超伝導アンチヒューズは液体ヘリウムに浸漬され、4.
2Kに冷却されている。図2(a)において、第1と第
2の超伝導体層2,3は超伝導体になっているが、第1
の超伝導体層2と第2の超伝導体層3の間は高抵抗状態
にある。この第1と第2の超伝導体層2,3間の抵抗値
は、基板1の抵抗率、両超伝導体層間2,3の間隔や超
伝導体層2,3と基板1とのコンタクト抵抗によって決
まり、数100Ωから数GΩまで制御することができ
る。第1と第2の超伝導体層2,3間が、理想的な絶縁
状態のときは、第1と第2の超伝導体層2,3間に超伝
導電流は流れない。このときの超伝導電流と電圧の関係
は、図3のグラフの実線Cのようになる。このグラフで
は、横軸が線形目盛りで表した電圧を示し、縦軸が線形
目盛りで表した電流を示す。
2 (a) and 2 (b), a superconducting antifuse is formed on a part of the wiring, the first superconductor layer 2 is connected to a terminal 5 for applying a voltage, and The superconductor layer 3 is connected to the ground terminal 6. Also, this superconducting antifuse is dipped in liquid helium, and
It is cooled to 2K. In FIG. 2A, the first and second superconductor layers 2 and 3 are superconductors.
A high resistance state exists between the superconductor layer 2 and the second superconductor layer 3. The resistance value between the first and second superconductor layers 2 and 3 is the resistivity of the substrate 1, the distance between the two superconductor layers 2 and 3, and the contact between the superconductor layers 2 and 3 and the substrate 1. It depends on the resistance and can be controlled from several 100Ω to several GΩ. When the first and second superconductor layers 2 and 3 are in an ideal insulating state, no superconducting current flows between the first and second superconductor layers 2 and 3. The relationship between the superconducting current and the voltage at this time is as shown by the solid line C in the graph of FIG. In this graph, the horizontal axis represents the voltage represented by the linear scale, and the vertical axis represents the current represented by the linear scale.

【0015】図2(b)において、第1の超伝導体層2
と第2の超伝導体層3の間に絶縁破壊の閾値電圧以上の
電圧を印加すると、第1と第2の超伝導体層2,3間で
放電し、瞬間的に電流が流れる。これにより、第1と第
2の超伝導体層2,3の対向部分が溶融して接触し、溶
接される。この放電電圧は、超伝導体層2,3間の間隔
や、超伝導体層2,3間の間隙内を満たしている媒体に
よって決まる。その値は数V〜数十V位であり、たとえ
ば、その媒体が液体ヘリウムで、超伝導体層2,3の横
幅が2μm、スリット4幅が0.1μmのときは9V程
度である。
In FIG. 2B, the first superconductor layer 2
When a voltage equal to or higher than the threshold voltage for dielectric breakdown is applied between the second superconductor layer 3 and the second superconductor layer 3, electric discharge occurs between the first and second superconductor layers 2 and 3, and a current instantaneously flows. As a result, the facing portions of the first and second superconductor layers 2 and 3 are melted and brought into contact with each other to be welded. This discharge voltage is determined by the space between the superconductor layers 2 and 3 and the medium filling the space between the superconductor layers 2 and 3. The value is about several V to several tens V, for example, about 9 V when the medium is liquid helium, the lateral width of the superconductor layers 2 and 3 is 2 μm, and the slit 4 width is 0.1 μm.

【0016】第1と第2の超伝導体層2,3が接続する
と、両超伝導体層2,3間には超伝導電流が流れるよう
になる。この接続による超伝導電流の臨界電流値は10
μAから数十mAで、超伝導配線には十分であり、図3
のグラフにおいて点線Dで示した特性となる。このよう
に、絶縁性基板1上にスリット4を挟んで2つの超伝導
体層2,3を配置することにより、通常は高抵抗状態
で、閾値電圧以上の電圧を印加したとき超伝導体層2,
3間が導通する超伝導アンチヒューズの機能を実現でき
る。 (超伝導素子の第1の実施例の説明)次に、図4
(a),(b)は、本発明の第1の実施例に係る超伝導
素子を示し、同図(a)は平面図、同図(b)は同図
(a)のI−I線断面図である。
When the first and second superconductor layers 2 and 3 are connected, a superconducting current flows between the superconductor layers 2 and 3. The critical current value of superconducting current by this connection is 10
μA to tens of mA is sufficient for superconducting wiring, and FIG.
The characteristics shown by the dotted line D in FIG. As described above, by disposing the two superconductor layers 2 and 3 on the insulating substrate 1 with the slit 4 interposed therebetween, the superconductor layer is normally in a high resistance state and a voltage higher than a threshold voltage is applied. Two
It is possible to realize the function of a superconducting antifuse in which the three are electrically connected. (Explanation of the first embodiment of the superconducting element) Next, referring to FIG.
(A), (b) shows the superconducting element which concerns on the 1st Example of this invention, The figure (a) is a top view, the figure (b) is the II line of the figure (a). FIG.

【0017】図4(a),(b)において、絶縁性基板
1の表面に、超伝導体材料からなる幅5μmの帯状の第
1の超伝導体層2と第2の超伝導体層3をパターニング
することにより、幅約50nmの間隙(スリット)4を挟
んで第1の超伝導体層2と第2の超伝導体層3が形成さ
れている。なお、絶縁性基板1の材料として、絶縁体材
料、ドープされていない高抵抗の半導体材料、或いは絶
縁体基板上に形成された導電型不純物がドープされてい
ない半導体材料を使用できる。ここではSrTiO3を用い
た。
4 (a) and 4 (b), on the surface of the insulating substrate 1, a band-shaped first superconductor layer 2 and a second superconductor layer 3 each made of a superconductor material and having a width of 5 μm. Is patterned to form a first superconductor layer 2 and a second superconductor layer 3 with a gap (slit) 4 having a width of about 50 nm interposed therebetween. As the material for the insulating substrate 1, an insulating material, a high-resistance undoped semiconductor material, or a semiconductor material formed on the insulating substrate and not doped with conductive impurities can be used. Here, SrTiO 3 was used.

【0018】この基板1上に、超伝導体材料として厚さ
100nmのNb膜を堆積した後、パターニングし、帯状の
配線層を形成する。次に、Gaなどの収束イオンビーム
(FIB)によりその配線層をエッチングし、スリット
4を形成する。また別な方法として、Nb膜を堆積した
後、レジスト膜を形成し、電子ビーム露光・現像により
スリットを有する帯状のレジストマスクを形成する。続
いて、そのレジストマスクに基づいてCF4ガスを用いた
反応性イオンエッチングによりNb膜をエッチングし、ス
リット4を有する帯状の超伝導配線層を形成することも
できる。スリット4幅は、基板1の材料などの条件によ
り、100nm程度まで広くすることもできる。
After depositing a 100 nm thick Nb film as a superconductor material on the substrate 1, patterning is performed to form a strip-shaped wiring layer. Next, the wiring layer is etched by a focused ion beam (FIB) such as Ga to form the slit 4. As another method, after depositing an Nb film, a resist film is formed and a band-shaped resist mask having slits is formed by electron beam exposure and development. Subsequently, the Nb film may be etched by reactive ion etching using CF 4 gas based on the resist mask to form a band-shaped superconducting wiring layer having the slit 4. The width of the slit 4 can be widened to about 100 nm depending on the conditions such as the material of the substrate 1.

【0019】このように、絶縁性基板1上にスリット4
を挟んだ2つの超伝導体層2,3を配置することによ
り、通常は高抵抗状態で、閾値電圧以上の電圧を印加す
ることにより超伝導体層2,3間が導通し、超伝導アン
チヒューズの機能を実現できる。臨界温度以下に冷却す
ることにより接続された超伝導配線層には超伝導電流が
流れる。 (第2の実施例の説明)次に、図5(a)〜(c)を参
照しながら本発明の第2の実施例に係る超伝導アンチヒ
ューズについて説明する。図5(a),(b)は、積層
型の超伝導アンチヒューズの各製造工程を示す断面図で
あり、図5(c)が超伝導アンチヒューズとしてほぼ完
成した断面図である。
As described above, the slit 4 is formed on the insulating substrate 1.
By arranging the two superconductor layers 2 and 3 sandwiching between the superconductor layers 2 and 3, the superconductor layers 2 and 3 are electrically connected to each other by applying a voltage equal to or higher than a threshold voltage in a normally high resistance state. The fuse function can be realized. A superconducting current flows through the connected superconducting wiring layers by cooling below the critical temperature. (Description of Second Embodiment) Next, a superconducting antifuse according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b) are cross-sectional views showing respective manufacturing steps of the laminated superconducting antifuse, and FIG. 5 (c) is a cross-sectional view almost completed as the superconducting antifuse.

【0020】まず、図5(a)に示すように、サファイ
ヤなどの絶縁体基板8上に、超伝導材料のNb膜からなる
第1の超伝導体層9、SiO2膜からなる絶縁体層10、Nb
膜からなる第2の超伝導体層11を、それぞれ100n
m、200nm、100nmの厚さに堆積する。続いて、フ
ォトリソグラフィ技術により第2の超伝導体層11上に
幅5μmの帯状のレジストマスク12を形成する。
First, as shown in FIG. 5A, a first superconductor layer 9 made of an Nb film of a superconducting material and an insulator layer made of a SiO 2 film are formed on an insulator substrate 8 such as sapphire. 10, Nb
The second superconductor layer 11 made of a film is formed by 100 n
Deposit to a thickness of m, 200 nm, 100 nm. Subsequently, a band-shaped resist mask 12 having a width of 5 μm is formed on the second superconductor layer 11 by the photolithography technique.

【0021】次に、図5(b)に示すように、上記レジ
ストマスク12を用いて、絶縁体層10と第2の超伝導
体層11を連続してエッチングし、幅5μmの帯状のパ
ターン10,11を形成する。その後、レジストマスク
12を除去した後、帯状のパターン10,11を被覆す
る幅5μmの帯状のレジストマスク13を新たに形成す
る。
Next, as shown in FIG. 5B, the insulating layer 10 and the second superconductor layer 11 are continuously etched using the resist mask 12 to form a strip-shaped pattern having a width of 5 μm. 10 and 11 are formed. Then, after removing the resist mask 12, a band-shaped resist mask 13 having a width of 5 μm is newly formed to cover the band-shaped patterns 10 and 11.

【0022】その後、図5(c)に示すように、上記レ
ジストマスク13により、第1の超伝導体層9をエッチ
ングし、帯状のパターン9を形成する。こうして、絶縁
体層10を挟んで第1の超伝導体層9と第2の超伝導体
層11を積層した超伝導アンチヒューズが完成する。こ
のように作製された超伝導アンチヒューズを液体ヘリウ
ム中に浸漬して4.2Kの温度に冷却する。このとき、
第1と第2の超伝導体層9,11間に印加する電圧が閾
値電圧以下では、超伝導体層9,11間は高抵抗状態に
あり、超伝導電流は流れない。第1と第2の超伝導体層
9,11間に閾値電圧以上の電圧を印加すると、第1と
第2の超伝導体層9,11の間隙4に満たされた液体ヘ
リウムを介して放電し、瞬間的に電流が流れる。これに
より、第1と第2の超伝導体層9,11が溶融して接触
し、この接触部が溶接される。第1と第2の超伝導体層
9,11に超伝導電流が流れるようになる。 (第3の実施例の説明)図6は、本発明の超伝導アンチ
ヒューズに係る第3の実施例を示す断面図である。絶縁
性基板17には高さhの段差が形成され、各段の上面に
第1の電極18と第2の電極19が形成されて、液体He
中に浸漬されている。
After that, as shown in FIG. 5C, the first superconductor layer 9 is etched by the resist mask 13 to form a band-shaped pattern 9. Thus, the superconducting antifuse in which the first superconductor layer 9 and the second superconductor layer 11 are laminated with the insulator layer 10 sandwiched therebetween is completed. The superconducting antifuse thus produced is immersed in liquid helium and cooled to a temperature of 4.2K. At this time,
When the voltage applied between the first and second superconductor layers 9 and 11 is equal to or lower than the threshold voltage, the superconductor layers 9 and 11 are in a high resistance state, and no superconducting current flows. When a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied between the first and second superconductor layers 9 and 11, discharge occurs via liquid helium filled in the gap 4 between the first and second superconductor layers 9 and 11. Then, the current flows instantaneously. As a result, the first and second superconductor layers 9 and 11 are melted and brought into contact with each other, and the contact portions are welded. Superconducting current will flow through the first and second superconductor layers 9 and 11. (Explanation of Third Embodiment) FIG. 6 is a sectional view showing a third embodiment of the superconducting antifuse of the present invention. A step having a height h is formed on the insulating substrate 17, and a first electrode 18 and a second electrode 19 are formed on the upper surface of each step, so that the liquid He
It is immersed in.

【0023】絶縁性基板17は、ドープされていないSr
TiO3からなる。基板17の段差は、レジストを塗布して
パターニングした後、Arイオンビームエッチングにより
深さ200nm程度除去することにより形成される。第1
と第2の電極18,19は、NbがEB蒸着法で100n
mの厚さに堆積される。蒸着による成膜は、膜の回り込
みが少ないため、絶縁性基板17の段差の側面にNbの膜
が形成されて電極18,19が短絡することはない。
The insulating substrate 17 is made of undoped Sr.
It consists of TiO3. The step of the substrate 17 is formed by applying a resist and patterning it, and then removing it to a depth of about 200 nm by Ar ion beam etching. First
And the second electrodes 18 and 19 are made of Nb of 100 n by the EB vapor deposition method.
deposited to a thickness of m. In the film formation by vapor deposition, since the film does not wrap around, the Nb film is not formed on the side surface of the step of the insulating substrate 17 and the electrodes 18 and 19 are not short-circuited.

【0024】このような構成の超伝導アンチヒューズに
おいて、第1の電極18と第2の電極19は絶縁性基板
17の段差hによって決まる間隔で配置され、両電極間
に印加される電圧が所定電圧以下のときは高抵抗状態で
ある。そして、所定電圧以上の電圧パルスを印加するこ
とによって、絶縁性基板17の段差部分において、He雰
囲気を介して第1と第2の電極18,19が放電して電
極18と19の近接部分が溶融して接続され、超伝導電
流が流れるようになる。 (第4の実施例に係る超伝導回路の説明)次に、図7
(a)〜(c)を参照しながら本発明の第4の実施例に
係る超伝導回路について説明する。図7(a)は、本発
明の超伝導回路の構成を模式的に示したものであり、同
図(b)はその部分拡大平面図、同図(c)は同図
(b)の線II-IIに沿った断面図である。
In the superconducting antifuse having such a structure, the first electrode 18 and the second electrode 19 are arranged at an interval determined by the step h of the insulating substrate 17, and the voltage applied between both electrodes is predetermined. When the voltage is lower than the voltage, it is in a high resistance state. Then, by applying a voltage pulse equal to or higher than a predetermined voltage, the first and second electrodes 18 and 19 are discharged through the He atmosphere in the step portion of the insulating substrate 17 and the adjacent portions of the electrodes 18 and 19 are removed. It is melted and connected, and superconducting current comes to flow. (Description of Superconducting Circuit According to Fourth Embodiment) Next, referring to FIG.
A superconducting circuit according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to (a) to (c). FIG. 7 (a) schematically shows the structure of the superconducting circuit of the present invention, FIG. 7 (b) is a partially enlarged plan view thereof, and FIG. 7 (c) is a line of FIG. 7 (b). FIG. 11 is a sectional view taken along line II-II.

【0025】図7(a)に示すように、縦方向の超伝導
配線31a〜31dと横方向の超伝導配線32a〜32
dが交差してマトリクス状の超伝導配線層が形成されて
いる。各交差点において、超伝導アンチヒューズ33a
〜33pが縦方向の超伝導配線層と横方向の超伝導配線
層間に介在している。この超伝導アンチヒューズ33a
〜33pは、閾値電圧以上の電圧が印加されると高抵抗
状態から超伝導状態に変化する。
As shown in FIG. 7A, vertical superconducting wirings 31a to 31d and horizontal superconducting wirings 32a to 32d.
A matrix-shaped superconducting wiring layer is formed by intersecting d. Superconducting antifuse 33a at each intersection
.About.33p are interposed between the vertical superconducting wiring layer and the lateral superconducting wiring layer. This superconducting antifuse 33a
When about 33p is applied with a voltage equal to or higher than the threshold voltage, the high resistance state changes to the superconducting state.

【0026】図7(a)の点線で囲んだ部分Aの拡大図
を図7(b)に示す。この図では、絶縁体基板34上に
縦方向の超伝導配線31dが形成され、その上に横方向
の超伝導配線32dが交差している。実際には、縦方向
の超伝導配線31dと横方向の超伝導配線32dとの間
には層間絶縁膜が介在しているが、図では省略してあ
る。横方向の超伝導体配線32dの一部として、点線の
円で囲んだ部分にスリットを有する超伝導アンチヒュー
ズ33pが形成され、コンタクト部35において縦方向
の超伝導体配線31dと接続されている。
An enlarged view of a portion A surrounded by a dotted line in FIG. 7A is shown in FIG. 7B. In this figure, a superconducting wiring 31d in the vertical direction is formed on an insulating substrate 34, and a superconducting wiring 32d in the lateral direction crosses over it. In practice, an interlayer insulating film is interposed between the vertical superconducting wire 31d and the horizontal superconducting wire 32d, but it is omitted in the figure. As a part of the lateral superconductor wiring 32d, a superconducting antifuse 33p having a slit is formed in a portion surrounded by a dotted circle, and is connected to the vertical superconductor wiring 31d at a contact portion 35. .

【0027】図7(c)は、図7(b)のII−II線断面
図であり、絶縁体基板34の上に積層された層間絶縁膜
36の上に、横方向の超伝導配線32dとスリットを有
する超伝導アンチヒューズ33pが形成されている。層
間絶縁膜36は、ドープされていない半導体などからな
る。このような構成の超伝導回路において、縦方向の超
伝導配線31a〜31dと横方向の超伝導配線32a〜
32dから1組の配線層を選んで、超伝導アンチヒュー
ズ33a〜33pに閾値電圧以上の電圧を印加すること
により、交差点に接続された超伝導アンチヒューズ33
a〜33pを導通させることができる。
FIG. 7C is a sectional view taken along line II-II of FIG. 7B, in which the superconducting wiring 32d in the lateral direction is formed on the interlayer insulating film 36 laminated on the insulating substrate 34. And a superconducting antifuse 33p having a slit is formed. The interlayer insulating film 36 is made of an undoped semiconductor or the like. In the superconducting circuit having such a configuration, the vertical superconducting wires 31a to 31d and the lateral superconducting wires 32a to
By selecting a set of wiring layers from 32d and applying a voltage equal to or higher than a threshold voltage to the superconducting antifuses 33a to 33p, the superconducting antifuses 33 connected to the intersections are connected.
It is possible to conduct a to 33p.

【0028】したがって、縦方向の配線層と横方向の配
線層を選択して超伝導アンチヒューズ33a〜33pの
うちの任意の超伝導アンチヒューズ33a〜33pを超
伝導状態にすることにより、縦方向の配線層と横方向の
配線層を接続して所望の超伝導回路を形成することがで
きる。これにより、途中で途切れた配線層パターンを作
製した後で、特定の配線層の配線層続を導通することが
可能になるので、ジョセフソンロジックゲートや低温動
作半導体ロジックゲートなどの配線層として利用するこ
とにより、FPGA(Field Programable Gate Arrey)
などのような適用性が広く低消費電力の高速論理回路が
構成できるようになる。
Therefore, by selecting the wiring layer in the vertical direction and the wiring layer in the horizontal direction and setting any of the superconducting antifuses 33a to 33p in the superconducting antifuses 33a to 33p to the superconducting state, The desired superconducting circuit can be formed by connecting the wiring layer of FIG. This makes it possible to conduct the wiring connection of a specific wiring layer after creating a wiring layer pattern that is interrupted on the way, so it can be used as a wiring layer for Josephson logic gates or low-temperature operation semiconductor logic gates. FPGA (Field Programmable Gate Arrey)
It becomes possible to construct a high-speed logic circuit having wide applicability and low power consumption.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上述べたように本発明の超伝導アンチ
ヒューズによれば、間隙を挟む超伝導体層間に閾値電圧
以下の電圧を印加したときに超伝導体層間が絶縁状態或
いは高抵抗状態にあり、それらの超伝導体層間に閾値電
圧以上の電圧を印加したとき超伝導体層同士が互いに接
触しうる間隔で超伝導体層が形成されている。
As described above, according to the superconducting antifuse of the present invention, when a voltage below the threshold voltage is applied between the superconductor layers sandwiching the gap, the superconductor layers are in an insulating state or a high resistance state. And the superconductor layers are formed at intervals such that the superconductor layers can contact each other when a voltage higher than the threshold voltage is applied between the superconductor layers.

【0030】従って、超伝導体層間に閾値電圧以上の電
圧を印加すると、間隙内の媒体は絶縁破壊を起こして放
電し、間隙を挟んだ超伝導体層同士が接触し、超伝導体
層間が導通する。また、基板に形成された段差を挟んで
上及び下の段の基板上にそれぞれ超伝導体層を形成して
も、同じように機能させることができる。
Therefore, when a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied between the superconductor layers, the medium in the gap causes a dielectric breakdown and discharges, the superconductor layers sandwiching the gap contact each other, and the superconductor layers are separated from each other. Conduct. Further, the same function can be achieved by forming superconductor layers on the upper and lower substrates with the step formed on the substrate interposed therebetween.

【0031】さらに、本発明の超伝導回路においては、
上記の超伝導アンチヒューズが形成された超伝導配線層
を有する。従って、導通させるべき超伝導配線層のみを
選択して導通させることができる。また、マトリックス
状に配置された超伝導配線層の交差点において、超伝導
配線層間に超伝導アンチヒューズを介在させている。従
って、接続すべき交差点を構成する縦方向と横方向の配
線層を選んで超伝導アンチヒューズの閾値電圧以上の電
圧を印加することにより超伝導アンチヒューズが導通
し、それらの超伝導配線層同士を接続することができ
る。
Furthermore, in the superconducting circuit of the present invention,
It has a superconducting wiring layer in which the above-mentioned superconducting antifuse is formed. Therefore, only the superconducting wiring layer to be made conductive can be selected and made conductive. Further, at the intersection of the superconducting wiring layers arranged in a matrix, the superconducting antifuse is interposed between the superconducting wiring layers. Therefore, the superconducting antifuse is made conductive by selecting the wiring layers in the vertical and horizontal directions that form the intersections to be connected and applying a voltage equal to or higher than the threshold voltage of the superconducting antifuse. Can be connected.

【0032】以上により、超伝導配線層パターンを形成
した後で所望の回路配線接続を形成することが出来る。
したがって、超伝導アンチヒューズが形成された配線層
をジョセフソンロジックゲートや低温動作半導体ロジッ
クゲートなどの配線層として利用することにより、FP
GA(Field Programable Gate Arrey)などのような適
用性が広く低消費電力の高速論理回路が構成できるよう
になる。
As described above, after forming the superconducting wiring layer pattern, desired circuit wiring connection can be formed.
Therefore, by using the wiring layer in which the superconducting antifuse is formed as the wiring layer for the Josephson logic gate and the low temperature operation semiconductor logic gate,
It becomes possible to configure a high-speed logic circuit with wide applicability such as GA (Field Programmable Gate Arrey) and low power consumption.

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

【図1】本発明の超伝導アンチヒューズの原理を模式的
に示す斜視図であり、同図(a)は高抵抗状態を示し、
同図(b)は超伝導状態を示す。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the principle of a superconducting antifuse of the present invention, FIG. 1A showing a high resistance state,
The figure (b) shows a superconducting state.

【図2】本発明の別の構成の超伝導アンチヒューズの原
理を模式的に示す断面図であり、同図(a)は初期の高
抵抗状態を示し、同図(b)は超伝導状態を示す。
2A and 2B are cross-sectional views schematically showing the principle of a superconducting antifuse having another structure according to the present invention. FIG. 2A shows an initial high resistance state, and FIG. 2B shows a superconducting state. Indicates.

【図3】本発明の超伝導アンチヒューズの電圧と電流の
関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between voltage and current of the superconducting antifuse of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例に係る超伝導アンチヒュ
ーズについて示し、同図(a)は平面図、同図(b)は
同図(a)のI−I線断面図である。
4A and 4B show a superconducting antifuse according to a first embodiment of the present invention. FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a sectional view taken along line I-I of FIG. 4A. .

【図5】本発明の第2の実施例に係る超伝導アンチヒュ
ーズの構造およびその製造方法を示す断面図であり、同
図(a)〜(c)は各工程を示す。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a structure of a superconducting antifuse and a manufacturing method thereof according to a second embodiment of the present invention, and FIGS. 5A to 5C show respective steps.

【図6】本発明の第3の実施例に係る超伝導アンチヒュ
ーズの概略的な構造を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a schematic structure of a superconducting antifuse according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4の実施例に係る超伝導回路を示
し、同図(a)は回路図、同図(b)は同図(a)に示
した回路の部分拡大平面図、同図(c)は同図(b)の
I−I線断面図である。
FIG. 7 shows a superconducting circuit according to a fourth embodiment of the present invention, FIG. 7A is a circuit diagram, and FIG. 7B is a partially enlarged plan view of the circuit shown in FIG. 7A. FIG. 13C is a sectional view taken along line I-I of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、17 絶縁性基板 2、9、18 第1の超電導体層、 3、11、19 第2の超電導体層、 4 間隙(スリット)、 5、6 端子、 8、34 絶縁体基板、 10 絶縁体層、 12、13 レジストマスク、 36 層間絶縁膜、 31a〜31d 縦方向の超伝導配線、 32a〜32d 横方向の超伝導配線、 33a〜33p 超伝導アンチヒューズ、 35 コンタクト部。 1, 17 Insulating substrate 2, 9, 18 First superconducting layer, 3, 11, 19 Second superconducting layer, 4 Gap (slit), 5, 6 terminals, 8, 34 Insulator substrate, 10 Insulation Body layer, 12, 13 resist mask, 36 interlayer insulating film, 31a to 31d vertical superconducting wiring, 32a to 32d lateral superconducting wiring, 33a to 33p superconducting antifuse, 35 contact part.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に少なくとも2つの超伝導体層
が、該超伝導体層間に閾値電圧以下の電圧を印加したと
き前記超伝導体層間が高抵抗状態にあり、前記閾値電圧
以上の電圧を印加したとき前記超伝導体層同士が互いに
接触しうる間隔をおいて形成されていることを特徴とす
る超伝導アンチヒューズ。
1. At least two superconductor layers on a substrate, the superconductor layers being in a high resistance state when a voltage not higher than a threshold voltage is applied between the superconductor layers, and a voltage not lower than the threshold voltage. A superconducting antifuse, characterized in that the superconducting layers are formed at intervals such that they can contact each other when a voltage is applied.
【請求項2】 前記超伝導体層間の隙間に前記超伝導体
層を冷却する冷媒が介在していることを特徴とする請求
項1記載の超伝導アンチヒューズ。
2. The superconducting antifuse according to claim 1, wherein a coolant for cooling the superconductor layer is interposed in a gap between the superconductor layers.
【請求項3】 前記基板は段差を有し、前記超伝導体層
は前記段差を挟んで上及び下の段の前記基板上にそれぞ
れ形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項
2に記載の超伝導アンチヒューズ。
3. The substrate according to claim 1, wherein the substrate has a step, and the superconductor layer is formed on each of the upper and lower steps of the substrate with the step interposed therebetween. 2. The superconducting antifuse according to 2.
【請求項4】 前記超伝導体層間の隙間の一部に絶縁
膜、半導体膜又は常伝導体膜が介在していることを特徴
とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の超伝導
アンチヒューズ。
4. The superconductor according to claim 1, wherein an insulating film, a semiconductor film or a normal conductor film is interposed in a part of the gap between the superconductor layers. Conductive antifuse.
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