JPH10188754A - Superconducting relay - Google Patents

Superconducting relay

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JPH10188754A
JPH10188754A JP8349391A JP34939196A JPH10188754A JP H10188754 A JPH10188754 A JP H10188754A JP 8349391 A JP8349391 A JP 8349391A JP 34939196 A JP34939196 A JP 34939196A JP H10188754 A JPH10188754 A JP H10188754A
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JP
Japan
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superconducting
thin film
superconductor
lead
relay
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Withdrawn
Application number
JP8349391A
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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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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPH10188754A publication Critical patent/JPH10188754A/en
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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Thermally Actuated Switches (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superconducting relay which is not deteriorated by a magnetic field and whose resistance is zero when it is on and at infinite when it is off. SOLUTION: A pair of superconductor leads each having a thin superconductor film 2 are arranged so that at normal operating temperature their thin superconductor films 2 make electric contact with each other, with at least one of the superconductor leads comprising a bimetal lead 4 laminated with the thin superconductor film 2 and a layer 1 which is non-superconducting near the critical temperature of the thin superconductor film 2. Near the critical temperature of the thin superconductor film 2, the base layer 1 has a smaller coefficient of thermal expansion than the thin superconductor film 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は超伝導リレーに関す
るものであり、特に、スイッチングを超伝導/常伝導転
移に伴って発生するジュール熱によって行うバイメタル
リード構造の超伝導リレーに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting relay, and more particularly to a superconducting relay having a bimetal lead structure in which switching is performed by Joule heat generated by a superconducting / normal conducting transition.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の電力送電の大電流化に伴い、超伝
導送電の可能性はいまだに究明されており、また、抵抗
0で信号波形がなまらないことから、高速信号の伝送が
必要な通信伝送系やチップ間のインターコネクション等
に超伝導配線を用いる試みも検討されている。
2. Description of the Related Art Possibility of superconducting power transmission has been investigated with the recent increase in electric power transmission current, and since a signal waveform does not become dull with a resistance of 0, communication requiring high-speed signal transmission is required. Attempts to use superconducting wiring for transmission systems, interconnections between chips, and the like are also being studied.

【0003】これらの超伝導線を用いた応用において
は、超伝導電流をオンオフするスイッチが必要になり、
現在まで多くの超伝導スイッチが提案されており、例え
ば、超伝導線の脇に配置した抵抗体に発生する熱によっ
て、又は、超伝導線の脇に配置したコイルが発生する磁
場によって超伝導/常伝導転移させるスイッチ、或い
は、磁界によって互いに隣接する超伝導リードを接触さ
せてオン状態にするリードスイッチ等が提案されてい
る。
In applications using these superconducting wires, a switch for turning on and off a superconducting current is required.
Many superconducting switches have been proposed to date. For example, superconducting / superconducting switches are generated by heat generated in a resistor arranged beside the superconducting wire or by a magnetic field generated by a coil arranged beside the superconducting wire. A switch that causes a transition to normal conduction, a reed switch that brings adjacent superconducting leads into contact with each other by a magnetic field, and so on has been proposed.

【0004】図9参照 図9は、従来の超伝導リードスイッチの要部断面図であ
り、Fe−Ni合金からなる磁性体薄板71の表面にN
bからなる超伝導体薄膜72を被着して超伝導リード7
3を構成し、この一対の超伝導リード73の超伝導体薄
膜73を互いに対向するように近接配置して、その近接
配置部をHeと共にガラス管74に封入したものであ
る。
FIG. 9 is a sectional view of a main part of a conventional superconducting reed switch, in which a magnetic thin plate 71 made of an Fe--Ni alloy has N
The superconductive thin film 72 made of
The superconductor thin films 73 of the pair of superconducting leads 73 are arranged close to each other so as to face each other, and the close arrangement portion is sealed in a glass tube 74 together with He.

【0005】この場合、ガラス管74の周囲に巻き付け
たコイル(図示せず)に電流を流して発生させた磁界に
よって磁性体薄板71を互いに近接させ、それによって
超伝導体薄膜72を互いに接触させて通電させるもので
あり、コイルの電流を停止した場合には、磁性体薄板7
1の弾性によって元の状態に復帰して非接触の状態にな
るものである。
In this case, the magnetic thin plates 71 are brought close to each other by a magnetic field generated by applying a current to a coil (not shown) wound around the glass tube 74, thereby bringing the superconductor thin films 72 into contact with each other. When the coil current is stopped, the magnetic thin plate 7
The elastic member 1 returns to the original state and is brought into a non-contact state.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の超伝導
リードスイッチの場合には、超伝導リード73を構成す
るベース層として磁性体薄板71を使用しているので、
磁性体の磁場によって超伝導体薄膜72の超伝導性が劣
化するという問題がある。
However, in the case of the conventional superconducting reed switch, the magnetic thin plate 71 is used as the base layer constituting the superconducting lead 73.
There is a problem that the superconductivity of the superconductor thin film 72 is deteriorated by the magnetic field of the magnetic material.

【0007】また、この場合には、ノーマリオフ状態
で、超伝導電流を流す場合にコイルによって外部磁場を
印加するものであるので、この外部磁場によって超伝導
臨界電流が低下するという問題もある。
Further, in this case, when a superconducting current flows in a normally-off state, an external magnetic field is applied by a coil. Therefore, there is a problem that the superconducting critical current is reduced by the external magnetic field.

【0008】また、超伝導線の脇に配置した抵抗体に発
生する熱によって、又は、超伝導線の脇に配置したコイ
ルが発生する磁場によって超伝導/常伝導転移させるス
イッチの場合には、オフ状態での抵抗が数Ωと小さく、
リードスイッチの様なオフ状態で抵抗が無限大となる理
想的なスイッチが得られないという問題がある。
[0008] In the case of a switch in which a superconducting / normal conducting transition is caused by heat generated in a resistor arranged beside the superconducting wire or by a magnetic field generated by a coil arranged beside the superconducting wire, The resistance in the off state is as small as several Ω,
There is a problem that an ideal switch such as a reed switch having an infinite resistance in an off state cannot be obtained.

【0009】したがって、本発明は、磁場による劣化が
なく、オン状態で抵抗0、オフ状態で抵抗無限大の超伝
導スイッチを得ることを目的とする。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a superconducting switch which is not deteriorated by a magnetic field, has a resistance of 0 in an on state, and has an infinite resistance in an off state.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明の課題を
解決するための手段を説明する。 図1(a)乃至(c)参照 (1)本発明は、超伝導体薄膜2を有する一対の超伝導
体リードを、動作温度における通常の状態において互い
の超伝導体薄膜2が電気的に接触するように配置した超
伝導リレーにおいて、少なくとも一方の超伝導体リード
を、超伝導体薄膜2と、超伝導体薄膜2の臨界温度近傍
において非超伝導性のベース層1とを積層させたバイメ
タルリード4で構成すると共に、超伝導体薄膜2の臨界
温度近傍において、ベース層1の熱膨張率が超伝導体薄
膜2の熱膨張率よりも小さいことを特徴とする。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle configuration of the present invention. Referring to FIG. 1, means for solving the problems of the present invention will be described. 1 (a) to 1 (c) (1) In the present invention, a pair of superconductor leads having a superconductor thin film 2 are electrically connected to each other in a normal state at an operating temperature. In a superconducting relay arranged to be in contact with at least one superconductor lead, a superconductor thin film 2 and a non-superconducting base layer 1 near a critical temperature of the superconductor thin film 2 are laminated. In addition to the bimetal lead 4, the thermal expansion coefficient of the base layer 1 is smaller than the thermal expansion coefficient of the superconductor thin film 2 near the critical temperature of the superconductor thin film 2.

【0011】この様に、外部から印加する熱或いは磁場
によって、超伝導体薄膜2に流れる超伝導電流5の臨界
電流は、図1(c)に示すように、a→bと低下してゆ
き、最後にcで示す常伝導状態となるので、バイメタル
リード4を用いた場合、超伝導/常伝導転移に伴って超
伝導体薄膜2に生ずるジュール熱を利用してバイメタル
リード4の物理的接触を解除することができるので、オ
フ状態の電気抵抗を無限大にすることができる。
As described above, the critical current of the superconducting current 5 flowing through the superconductor thin film 2 due to heat or a magnetic field applied from the outside is reduced from a to b as shown in FIG. Finally, when the bimetal lead 4 is used, physical contact of the bimetal lead 4 is made using the Joule heat generated in the superconductor thin film 2 due to the superconductivity / normal conduction transition. Can be canceled, so that the electric resistance in the off state can be made infinite.

【0012】また、オン状態においては、磁場を印加し
ないので、磁場により超伝導臨界電流が低下するという
問題もなく、さらに、バイメタルリード4を構成するベ
ース層1として磁性体を用いる必要がないので、磁性体
の磁場により超伝導体薄膜2の超伝導性が劣化すること
もない。なお、接点部に薄い常伝導体からなる接点導体
3を設けておいても良く、接点導体3の厚さが薄けれ
ば、近接効果によって超伝導電流5が流れる。
In the ON state, no magnetic field is applied, so that there is no problem that the superconducting critical current is reduced by the magnetic field. Further, since it is not necessary to use a magnetic material as the base layer 1 constituting the bimetal lead 4. Also, the superconductivity of the superconductor thin film 2 does not deteriorate due to the magnetic field of the magnetic material. The contact portion may be provided with a contact conductor 3 made of a thin normal conductor. If the thickness of the contact conductor 3 is small, the superconducting current 5 flows due to the proximity effect.

【0013】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、互いの超伝導体薄膜2が電気的に接触する接点部近
傍に、熱発生用の抵抗体を配置したことを特徴とする。
(2) Further, the present invention is characterized in that, in the above (1), a resistor for generating heat is arranged near a contact portion where the superconductor thin films 2 are in electrical contact with each other. .

【0014】この様に、接点部近傍に熱発生用のNiC
r等の抵抗体を配置し、この抵抗体に通電することに伴
って発生した熱によって超伝導体薄膜2を流れる超伝導
臨界電流は低下し、超伝導臨界電流が超伝導体薄膜2を
流れる電流より低下した時点で、超伝導状態が破れて常
伝導状態に転移し、超伝導体薄膜2にジュール熱が発生
してバイメタルが作動し、物理的接触が解除されてオフ
状態となる。
As described above, NiC for heat generation is provided near the contact portion.
The superconducting critical current flowing through the superconductor thin film 2 is reduced by the heat generated when a resistor such as r is placed and the current is passed through the resistor, and the superconducting critical current flows through the superconductor thin film 2. At the time when the current is lower than the current, the superconducting state is broken and transited to the normal conducting state, Joule heat is generated in the superconducting thin film 2, the bimetal is activated, and the physical contact is released to be turned off.

【0015】(3)また、本発明は、上記(1)におい
て、互いの超伝導体薄膜2が電気的に接触する接点部近
傍に、磁場発生用のコイルを配置したことを特徴とす
る。
(3) The present invention is characterized in that, in the above (1), a coil for generating a magnetic field is arranged near a contact portion where the superconducting thin films 2 are in electrical contact with each other.

【0016】この様に、接点部近傍に超伝導配線層等の
コイルを配置し、このコイルに通電することに伴って発
生した磁場によって超伝導体薄膜2を流れる超伝導臨界
電流は低下し、超伝導臨界電流が超伝導体薄膜2を流れ
る電流より低下した時点で、超伝導状態が破れて常伝導
状態に転移し、超伝導体薄膜2にジュール熱が発生して
バイメタルが作動し、物理的接触が解除されてオフ状態
となる。
As described above, a coil such as a superconducting wiring layer is arranged near the contact portion, and a superconducting critical current flowing through the superconductor thin film 2 is reduced by a magnetic field generated by energizing the coil. When the superconducting critical current falls below the current flowing through the superconductor thin film 2, the superconducting state is broken and transitions to a normal conducting state, Joule heat is generated in the superconducting thin film 2, bimetal is activated, and The target contact is released and the device is turned off.

【0017】(4)また、本発明は、上記(1)乃至
(3)のいずれかにおいて、一対の超伝導体リードを、
同一支持基板上に形成したことを特徴とする。
(4) Further, according to the present invention, in any one of the above (1) to (3), the pair of superconductor leads
It is characterized by being formed on the same supporting substrate.

【0018】この様に、バイメタルリード4を利用した
超伝導リレーをオンチップ型で構成することによって、
超小型超伝導回路装置に用いる超小型超伝導リレーを構
成することができる。
As described above, by forming the superconducting relay using the bimetal lead 4 in an on-chip type,
A microminiature superconducting relay used in a microminiature superconducting circuit device can be configured.

【0019】(5)また、本発明は、上記(4)におい
て、同一支持基板上に超伝導体リードの一方を構成する
超伝導体薄膜2を設けると共に、梁状部を有するバイメ
タルリード4を超伝導体薄膜2が下面側になるようにス
ペーサ層を介して対向配置させ、動作温度における通常
の状態において少なくとも梁状部の先端において互いの
超伝導体薄膜22が電気的に接触していることを特徴と
する。
(5) According to the present invention, in the above (4), the superconductor thin film 2 constituting one of the superconductor leads is provided on the same supporting substrate, and the bimetal lead 4 having the beam-like portion is provided. The superconductor thin films 2 are arranged to face each other via the spacer layer so as to be on the lower surface side, and the superconductor thin films 22 are in electrical contact with each other at least at the tip of the beam-shaped portion in a normal state at an operating temperature. It is characterized by the following.

【0020】この様に、上部超伝導体リードとなるバイ
メタルリード4をスペーサ層を介して積層体として設け
ることにより、液体窒素温度等の動作温度においてバイ
メタルリード4を構成する超伝導体薄膜2がベース層1
より縮んで下側に湾曲して下部超伝導体リードを構成す
る超伝導体薄膜2に自然に接触するので、簡単な成膜工
程及びエッチング工程によって、ノーマリオンの超伝導
リレーを形成することができる。
As described above, by providing the bimetal lead 4 serving as the upper superconductor lead as a laminate with the spacer layer interposed therebetween, the superconductor thin film 2 constituting the bimetal lead 4 at an operating temperature such as liquid nitrogen temperature can be obtained. Base layer 1
Since it naturally contracts and curves downward and naturally contacts the superconductor thin film 2 constituting the lower superconductor lead, it is possible to form a normally-on superconducting relay by a simple film forming process and an etching process. it can.

【0021】(6)また、本発明は、上記(1)乃至
(5)のいずれかにおいて、超伝導体リードが、超伝導
体/絶縁体/超伝導体の三層構造のストリップライン構
造を有していることを特徴とする。
(6) Further, according to the present invention, in any one of the above (1) to (5), the superconductor lead may have a strip line structure having a three-layer structure of superconductor / insulator / superconductor. It is characterized by having.

【0022】この様に、超伝導体リードとして超伝導体
/絶縁体/超伝導体の三層構造のストリップライン構造
を採用することによって、高周波特性を良好にすること
ができ、また、両側に設ける超伝導体の厚さ或いは材質
を変えることによってバイメタルリード4とすることが
できる。
As described above, by adopting a superconductor / insulator / superconductor three-layer stripline structure as a superconductor lead, high-frequency characteristics can be improved and both sides can be improved. By changing the thickness or the material of the superconductor provided, the bimetal lead 4 can be obtained.

【0023】(7)また、本発明は、上記(1)乃至
(5)のいずれかにおいて、超伝導体リードが、コプレ
ーナ型のストリップライン構造を有していることを特徴
とする。
(7) The present invention is characterized in that in any one of the above (1) to (5), the superconductor lead has a coplanar strip line structure.

【0024】この様に、超伝導体リードとしてコプレー
ナ型のストリップライン構造を採用することによって、
高周波特性を良好にすることができると共に、ストリッ
プラインを構成するGND(グラウンド)導体同士の接
続をワイヤレスで容易にすることができる。
As described above, by adopting a coplanar type stripline structure as a superconductor lead,
The high-frequency characteristics can be improved, and the connection between the GND (ground) conductors constituting the strip line can be easily established wirelessly.

【0025】(8)また、本発明は、上記(1)乃至
(7)のいずれかにおいて、超伝導体リードを構成する
超伝導体薄膜2が、酸化物超伝導体薄膜であることを特
徴とする。
(8) The present invention is characterized in that in any one of the above (1) to (7), the superconductor thin film 2 constituting the superconductor lead is an oxide superconductor thin film. And

【0026】この様に、超伝導体リードを構成する超伝
導体薄膜2として、酸化物超伝導体薄膜を用いることに
よって、液体窒素温度等の高温での超伝導リレー動作を
可能にすることができる。
As described above, by using an oxide superconductor thin film as the superconductor thin film 2 constituting the superconductor lead, it is possible to operate a superconducting relay at a high temperature such as liquid nitrogen temperature. it can.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】ここで、図2を参照して本発明の
第1の実施の形態であるガラス容器封入型超伝導リレー
を説明する。 図2(a)参照 まず、ベース層となる長さ2cm、幅1mm、厚さ20
μmのイットリウム添加により結晶構造を安定化させた
ジルコニアの焼結体薄板、即ち、YSZ薄板(イットリ
ウム安定化ジルコニア薄板)11と、長さ2cm、幅1
mm、厚さ約2μmの高温超伝導体であるYBa2 Cu
3 7-x (YBCO)焼結体薄板12とを加圧した状態
で、酸素含有雰囲気中で加熱処理することによって貼り
合わせたのち、YBCO焼結体薄板12の先端部に厚さ
20nmのAu薄膜13を長さ5mmだけマスク蒸着し
てバイメタルリード14を構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Here, referring to FIG. 2, a glass-contained superconducting relay according to a first embodiment of the present invention will be described. Referring to FIG. 2A, first, a length of 2 cm, a width of 1 mm, and a thickness of 20 as a base layer are set.
A sintered zirconia sheet having a crystal structure stabilized by adding yttrium of μm, that is, a YSZ sheet (yttrium-stabilized zirconia sheet) 11, a length of 2 cm and a width of 1
mm, a high temperature superconductor of about 2 μm YBa 2 Cu
After bonding the 3 O 7-x (YBCO) sintered body thin plate 12 to the tip of the YBCO sintered body thin plate 12 by heating in an oxygen-containing atmosphere in a pressurized state, The bimetal lead 14 is formed by vapor-depositing the Au thin film 13 by a mask with a length of 5 mm.

【0028】次いで、一対のバイメタルリード14のA
u薄膜13が互いに対向するように離間して保持した状
態で、1%以上の酸素を含むガス、例えば、20%の酸
素を含むHeガスと共に、少なくとも、Au薄膜13を
設けた先端部をガラス容器15内に封入したのち、ガラ
ス容器15の周囲を超伝導ワイヤ16で巻き付けて超伝
導リレーが完成する。
Next, A of the pair of bimetal leads 14
In a state where the u thin films 13 are held apart from each other so as to face each other, a gas containing 1% or more of oxygen, for example, a He gas containing 20% of oxygen, and at least the tip portion provided with the Au thin film 13 are made of glass. After being sealed in the container 15, the periphery of the glass container 15 is wound around with a superconducting wire 16 to complete the superconducting relay.

【0029】この場合にガラス容器15内にHeガスを
封入するのは、Heガスが外部から印加する熱を伝達す
るためであり、また、酸素はYBCO焼結体薄板12か
らO原子が遊離して超伝導性を劣化させないためであ
り、その含有率(分圧)は液体窒素温度(77K)にお
いて液化しないように設定する。
In this case, the He gas is sealed in the glass container 15 in order to transmit the heat applied from the outside by the He gas, and oxygen is released from O atoms from the YBCO sintered compact thin plate 12. The content (partial pressure) is set so as not to liquefy at the liquid nitrogen temperature (77 K).

【0030】また、この場合のバイメタルリード14の
先端部の離間距離は、動作温度、例えば、77Kにおい
て、線膨張係数の大きなYBCO焼結体薄板12(線膨
張係数:1.4×10-5℃)がYSZ焼結体薄板11
(線膨張係数:1.0×10-5℃)より縮んで湾曲し、
Au薄膜13同士が物理的に接触する距離とする。
In this case, the separation distance of the tip of the bimetal lead 14 is set at the operating temperature, for example, 77K, and the YBCO sintered compact 12 having a large linear expansion coefficient (linear expansion coefficient: 1.4 × 10 −5). ℃) YSZ sintered body thin plate 11
(Linear expansion coefficient: 1.0 × 10 -5 ° C)
The distance at which the Au thin films 13 are physically in contact with each other.

【0031】この超伝導リレーを77K等の動作温度ま
で冷却することによって、線膨張係数の差によってバイ
メタルリード14同士が接触してノーマリオン状態とな
り、超伝導電流を流すことができるようになる。
By cooling the superconducting relay to an operating temperature of 77 K or the like, the bimetal leads 14 come into contact with each other due to a difference in linear expansion coefficient, so that the superconducting relay can flow a superconducting current.

【0032】この状態で、超伝導ワイヤ16に電流を流
すことによって発生した磁場が超伝導リレーに印加さ
れ、磁場が強くなるにしたがってYBCO焼結体薄板1
2を流れる超伝導臨界電流が小さくなり、ある大きさの
磁場以上においては超伝導状態が破られ、常伝導状態に
転移してYBCO焼結体薄板12に常伝導電流が流れて
ジュール熱が発生し、この発生した熱によってバイメタ
ルリード14が互いに離間する方向に動き、物理的接触
が解除されて、オフ状態となる。
In this state, a magnetic field generated by applying a current to the superconducting wire 16 is applied to the superconducting relay, and as the magnetic field becomes stronger, the YBCO sintered compact 1
The superconducting critical current flowing through the YBCO 2 becomes small, and when the magnetic field exceeds a certain level, the superconducting state is broken. Then, the generated heat causes the bimetal leads 14 to move in a direction away from each other, releasing the physical contact and turning off.

【0033】したがって、この様な超伝導リレーにおい
ては、オン状態で抵抗0に、オフ状態では抵抗無限大に
することができるので、理想的なスイッチとすることが
できる。
Therefore, in such a superconducting relay, the resistance can be set to 0 in the on state and to infinity in the off state, so that an ideal switch can be obtained.

【0034】また、オン状態においては、磁場を印加し
ていないので、磁場によって超伝導臨界電流が低減し、
YBCO焼結体薄板12を流れる電流が制限を受けるこ
とがない。
In the on state, since no magnetic field is applied, the superconducting critical current is reduced by the magnetic field,
The current flowing through the YBCO sintered compact 12 is not restricted.

【0035】図2(b)参照 図2(b)は、図2(a)における超伝導リレーにおけ
る超伝導ワイヤ16をNiCrからなる金属ワイヤ17
に置き換えたものであり、その他の構成は図2(a)と
全く同じであるので製造工程の説明は省略し、オフ動作
を説明する。
FIG. 2B shows a superconducting wire 16 in the superconducting relay shown in FIG.
Since the other configuration is exactly the same as that of FIG. 2A, the description of the manufacturing process is omitted, and the off operation will be described.

【0036】このオン状態の超伝導リレーにおいて、金
属ワイヤ17に電流を流すことによって発生した熱がガ
ラス容器15内に封入したHeガスを介して超伝導リレ
ーに印加され、発生する熱が強くなるにしたがってYB
CO焼結体薄板12を流れる超伝導臨界電流が小さくな
り、ある大きさの熱以上、即ち、金属ワイヤ17に流れ
る電流以上においては超伝導状態が破られ、常伝導状態
に転移してYBCO焼結体薄板12に常伝導電流が流れ
てジュール熱が発生し、この発生した熱によってバイメ
タルリード14が互いに離間する方向に動き、物理的接
触が解除されて、オフ状態となる。
In this superconducting relay in the ON state, the heat generated by passing an electric current through the metal wire 17 is applied to the superconducting relay via the He gas sealed in the glass container 15, and the generated heat becomes stronger. According to YB
The superconducting critical current flowing through the CO sintered compact 12 is reduced, and when the heat exceeds a certain level of heat, that is, the current flowing through the metal wire 17, the superconducting state is broken, and the superconducting state changes to the normal conducting state, and the YBCO burning Normal conduction current flows through the united thin plate 12 to generate Joule heat, and the generated heat causes the bimetal leads 14 to move in a direction away from each other, releasing physical contact and turning off.

【0037】なお、この場合には、熱と同時に磁場も発
生するので、超伝導リレーには熱と同時に磁場も印加さ
れることになるが、金属ワイヤ17の形状、及び、金属
ワイヤ17を構成する材料を適宜選定することによって
熱の影響が磁場の影響より大きくなるようにすれば良
い。
In this case, since a magnetic field is generated simultaneously with the heat, a magnetic field is applied to the superconducting relay simultaneously with the heat. However, the shape of the metal wire 17 and the structure of the metal wire 17 The influence of heat may be greater than the influence of a magnetic field by appropriately selecting a material to be used.

【0038】また、この図2(a)及び(b)に示す第
1の実施の形態の場合には、ベース層として絶縁体であ
るYSZ焼結体薄板11を用いているが、絶縁体である
必要はなく、動作温度において常伝導性を示すAuやP
t等の金属を用いても良いものであり、要するに、YB
CO焼結体薄板12より動作温度近傍における線膨張係
数、即ち、熱膨張率の小さな非超伝導体を用いれば良い
ものである。
Further, in the case of the first embodiment shown in FIGS. 2A and 2B, the YSZ sintered body thin plate 11 which is an insulator is used as the base layer. It is not necessary to use Au or P which shows normal conductivity at the operating temperature.
It is also possible to use a metal such as t.
It is only necessary to use a non-superconductor having a smaller linear expansion coefficient near the operating temperature than the CO sintered body thin plate 12, that is, a smaller coefficient of thermal expansion.

【0039】また、接点導体として常伝導体のAu薄膜
13を用いており、厚さが20nmと薄いので近接効果
によって超伝導電流が流れるものであるが、この接点導
体をPbやSn等の超伝導体を用いて構成しても良いも
のであり、この場合には、接点導体の臨界温度まで冷却
することによって、接点導体も超伝導体として作用す
る。
A normal conductor Au thin film 13 is used as a contact conductor, and since the thickness is as thin as 20 nm, a superconducting current flows due to the proximity effect. The contact conductor may be configured as a superconductor by cooling to a critical temperature of the contact conductor in this case.

【0040】また、超伝導体焼結体薄板としてはYBC
O焼結体薄板等の酸化物超伝導体以外に、Ta、Nb、
Pb、或いは、Sn等の金属超伝導体を用いて良いもの
であり、その場合のベース層としては、これらの金属超
伝導体より線膨張係数の小さなSiO2 薄板等を用いれ
ば良い。
As a thin superconductor sintered body, YBC
In addition to oxide superconductors such as O sintered thin plates, Ta, Nb,
A metal superconductor such as Pb or Sn may be used, and in that case, a SiO 2 thin plate having a smaller linear expansion coefficient than these metal superconductors may be used as the base layer.

【0041】さらに、バイメタルリード14を、YSZ
焼結体薄板11の両面にYBCO焼結体薄板12を貼り
合わせ、一方のYBCO焼結体薄板を信号線とし、他方
のYBCO焼結体薄板をGND線としてストリップライ
ン構造にしても良く、これによって、高周波特性が良好
となる。
Further, the bimetal lead 14 is connected to YSZ
A YBCO sintered body thin plate 12 may be bonded to both surfaces of the sintered body thin plate 11, and one of the YBCO sintered body thin plates may be used as a signal line and the other YBCO sintered body thin plate may be used as a GND line to form a strip line structure. Thereby, high frequency characteristics are improved.

【0042】また、焼結体薄板の貼り合わせ方法として
は、加圧状態における加熱処理に限られるものではな
く、エポキシ系等の接着剤或いはIn,Pb,ハンダ等
の低融点金属を用いて貼り合わせても良いものであり、
さらに、ガラス容器15内に封入する不活性ガスもHe
に限られるものではなく、Arガスを用いても良いもの
である。
The method for bonding the sintered thin plates is not limited to heat treatment in a pressurized state, but may be performed using an adhesive such as an epoxy type or a low melting point metal such as In, Pb, or solder. It is good to match,
Further, the inert gas sealed in the glass container 15 is also He gas.
However, the present invention is not limited to this, and Ar gas may be used.

【0043】次に、図3及び図4を参照して、本発明の
第2の実施の形態であるオンチップ型の超伝導リレーの
製造工程を説明する。 図3(a)参照 まず、厚さ100μm〜2mm、例えば、500μmの
SrTiO3 基板21上に、レーザアブレーション法を
用いて、厚さ0.1〜10.0μm、例えば、1.0μ
mのYBCO薄膜22、厚さ0.1〜10.0μm、例
えば、1.0μmのSrTiO3 薄膜23、厚さ0.1
〜10.0μm、例えば、1.0μmのYBCO薄膜2
4、及び、厚さ0.1〜10.0μm、例えば、1.0
μmのYSZ薄膜25を積層させる。
Next, with reference to FIGS. 3 and 4, a description will be given of a process of manufacturing an on-chip type superconducting relay according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3A, first, on a SrTiO 3 substrate 21 having a thickness of 100 μm to 2 mm, for example, 500 μm, using a laser ablation method, a thickness of 0.1 to 10.0 μm, for example, 1.0 μm.
m, YBCO thin film 22, thickness of 0.1 to 10.0 μm, for example, 1.0 μm SrTiO 3 thin film 23, thickness of 0.1
B10.0 μm, for example, 1.0 μm YBCO thin film 2
4, and a thickness of 0.1 to 10.0 μm, for example, 1.0
A YSZ thin film 25 of μm is laminated.

【0044】図3(b)参照 次いで、Arイオンを用いたイオンミーリング法によっ
て、レジストマスク(図示せず)をマスクとしてYSZ
薄膜25乃至YBCO薄膜22を幅1μm〜1mm、例
えば、20μmにパターニングしたのち、新たなレジス
トマスク(図示せず)をマスクとしてYSZ薄膜25及
びYBCO薄膜24を所定の長さにパターニングする。
Next, as shown in FIG. 3B, YSZ is performed by an ion milling method using Ar ions using a resist mask (not shown) as a mask.
After patterning the thin film 25 to the YBCO thin film 22 to a width of 1 μm to 1 mm, for example, 20 μm, the YSZ thin film 25 and the YBCO thin film 24 are patterned to a predetermined length using a new resist mask (not shown) as a mask.

【0045】図3(c)参照 次いで、レジストマスクを除去したのち、新たなレジス
トマスク(図示せず)によりエッチングを施さない積層
体を側面も覆うように被覆したのち、5%のフッ酸で処
理することによって露出しているSrTiO3 薄膜23
にサイドエッチングを施し、上側のYBCO薄膜24の
先端部に長さ10μm〜20mm、例えば、500μm
の張出部、即ち、梁状部を構成する。
Next, after removing the resist mask, the laminate which is not subjected to etching is covered with a new resist mask (not shown) so as to cover the side surfaces, and then, is subjected to 5% hydrofluoric acid. SrTiO 3 thin film 23 exposed by processing
Is subjected to side etching, and the tip of the upper YBCO thin film 24 has a length of 10 μm to 20 mm, for example, 500 μm.
, Ie, a beam-shaped portion.

【0046】この場合、5%のフッ酸のSrTiO3
対するエッチングレートはYBCO及びYSZの10倍
以上であるので、SrTiO3 薄膜23のみが選択エッ
チングされることになる。
In this case, since the etching rate of 5% hydrofluoric acid to SrTiO 3 is 10 times or more of YBCO and YSZ, only the SrTiO 3 thin film 23 is selectively etched.

【0047】図4(d)参照 次いで、イオンミーリング法を用いて、下部超伝導体で
あるYBCO薄膜22をパターニングすると同時に、Y
SZ薄膜25に引出電極を形成するための開口26を形
成する。
Referring to FIG. 4D, the YBCO thin film 22 as the lower superconductor is patterned by ion milling.
An opening 26 for forming an extraction electrode is formed in the SZ thin film 25.

【0048】図4(e)参照 次いで、マスクスパッタリング法を用いてYBCO薄膜
パターンを積層させて、引出電極27,28と同時に、
超伝導配線層29を形成することによって、オンチップ
型超伝導リレーが完成する。
Next, a YBCO thin film pattern is laminated using a mask sputtering method, and simultaneously with the extraction electrodes 27 and 28,
By forming the superconducting wiring layer 29, an on-chip superconducting relay is completed.

【0049】図4(f)参照 この超伝導リレーを液体窒素温度まで冷却した場合、線
膨張係数の差により、YBCO薄膜24がYSZ薄膜2
5より縮むので、梁状部が下側に湾曲して下部超伝導体
であるYBCO薄膜22と自然に接触してノーマリオン
状態となる。
When this superconducting relay is cooled down to the temperature of liquid nitrogen, the YBCO thin film 24 becomes thinner than the YSZ thin film 2 due to the difference in linear expansion coefficient.
5, the beam-like portion curves downward and naturally comes into contact with the YBCO thin film 22, which is the lower superconductor, to be in a normally-on state.

【0050】この超伝導リレーをオンにした状態で、超
伝導配線層29に電流を流すことによって磁場を発生さ
せ、この磁場によって超伝導リレーの超伝導状態を破っ
て常伝導状態とすることによって、YBCO薄膜22と
YBCO薄膜24に流れる電流を常伝導電流とし、発生
する熱によって上部超伝導リードを構成するYBCO薄
膜24とYSZ薄膜25とからなるバイメタル構造が元
の状態に復帰して物理的接触が解除されてオフ状態にな
る。
With the superconducting relay turned on, a magnetic field is generated by passing a current through the superconducting wiring layer 29, and the superconducting relay is broken by the magnetic field to a normal conducting state. The current flowing through the YBCO thin film 22 and the YBCO thin film 24 is regarded as a normal conduction current, and the generated heat causes the bimetal structure composed of the YBCO thin film 24 and the YSZ thin film 25 constituting the upper superconducting lead to return to the original state and physically The contact is released and turned off.

【0051】この場合にも、第1の実施の形態と同様
に、オン状態で抵抗0、オフ状態で抵抗無限大の理想的
な超伝導スイッチを得ることができるとともに、超小型
に形成できるためジョセフソン回路装置等の超伝導回路
装置のスイッチとして用いることができる。
In this case, as in the first embodiment, an ideal superconducting switch having a resistance of 0 in the on state and an infinite resistance in the off state can be obtained, and can be formed in a very small size. It can be used as a switch of a superconducting circuit device such as a Josephson circuit device.

【0052】次に、図5を参照して、本発明の第2の実
施の形態の変形例を説明するが、この変形例は第2の実
施の形態における超伝導配線層29を金属配線層30に
置き換えたものであり、その他の構成は第2の実施の形
態と全く同じであるので、その要部のみを説明する。
Next, with reference to FIG. 5, a modification of the second embodiment of the present invention will be described. In this modification, the superconducting wiring layer 29 in the second embodiment is replaced with a metal wiring layer. Since the other configuration is exactly the same as that of the second embodiment, only the main part will be described.

【0053】図5参照 上記第2の実施の形態の図4(d)の工程まで全く同様
に形成したのち、マスクスパッタリング法を用いてYB
CO薄膜パターンを積層させて、引出電極27,28を
形成し、次いで、マスク蒸着法を用いてNiCr薄膜パ
ターンからなる金属配線層30を形成することによっ
て、オンチップ型超伝導リレーが完成する。
Referring to FIG. 5, after the same steps as those in FIG. 4D of the second embodiment are performed, YB is formed by using a mask sputtering method.
The lead electrodes 27 and 28 are formed by laminating the CO thin film patterns, and then the metal wiring layer 30 composed of the NiCr thin film pattern is formed by using a mask evaporation method, thereby completing the on-chip type superconducting relay.

【0054】この超伝導リレーをオンにした状態で、金
属配線層30に電流を流すことによってジュール熱を発
生させ、この熱によって超伝導リレーの超伝導状態を破
って常伝導状態とすることによって、YBCO薄膜22
とYBCO薄膜24に流れる電流を常伝導電流とし、Y
BCO薄膜22及びYBCO薄膜24に発生する熱によ
って上部超伝導リードを構成するYBCO薄膜24とY
SZ薄膜25とからなるバイメタル構造が元の状態に復
帰して物理的接触が解除されてオフ状態になる。
With the superconducting relay turned on, Joule heat is generated by passing an electric current through the metal wiring layer 30, and this heat breaks the superconducting relay into a normal conducting state. , YBCO thin film 22
And the current flowing through the YBCO thin film 24 as a normal conduction current,
The YBCO thin film 24 and the YBCO thin film 24 which constitute the upper superconducting lead by heat generated in the BCO thin film 22 and the YBCO thin film 24
The bimetal structure composed of the SZ thin film 25 returns to the original state, the physical contact is released, and the state is turned off.

【0055】この場合にも、第2の実施の形態と同様の
効果があるが、この場合には、金属配線層30を流れる
電流によってジュール熱以外に磁場も発生するので、熱
の影響が磁場の影響より大きくなるように、金属配線層
を設ける位置及び形状を設定すれば良い。
In this case, the same effect as in the second embodiment is obtained, but in this case, a magnetic field other than Joule heat is generated by the current flowing through the metal wiring layer 30, so that the influence of the heat is reduced by the magnetic field. The position and shape of the metal wiring layer may be set so as to be larger than the influence of the above.

【0056】次に、図6を参照して、本発明の第3の実
施の形態であるマイクロストリップライン構造を用いた
オンチップ型の超伝導リレーの製造工程を説明する。 図6(a)参照 まず、厚さ100μm〜2mm、例えば、500μmの
SrTiO3 基板31上に、レーザアブレーション法を
用いて、厚さ0.1〜10.0μm、例えば、1.0μ
mのYBCO薄膜32、厚さ0.01〜10.0μm、
例えば、0.5μmのYSZ薄膜33、厚さ0.1〜1
0.0μm、例えば、1.0μmのYBCO薄膜34、
厚さ0.1〜20.0μm、例えば、2.0μmのSr
TiO3薄膜35、厚さ0.1〜10.0μm、例え
ば、1.0μmのYBCO薄膜36、厚さ0.01〜1
0.0μm、例えば、0.5μmのYSZ薄膜37、及
び、厚さ0.1〜10.0μm、例えば、1.0μmの
YBCO薄膜38を順次積層させる。
Next, with reference to FIG. 6, a description will be given of a process of manufacturing an on-chip type superconducting relay using a microstrip line structure according to a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6A, first, on a SrTiO 3 substrate 31 having a thickness of 100 μm to 2 mm, for example, 500 μm, using a laser ablation method, a thickness of 0.1 to 10.0 μm, for example, 1.0 μm.
m, YBCO thin film 32, thickness 0.01 to 10.0 μm,
For example, a YSZ thin film 33 of 0.5 μm, a thickness of 0.1 to 1
0.0 μm, for example, 1.0 μm YBCO thin film 34,
Sr having a thickness of 0.1 to 20.0 μm, for example, 2.0 μm
TiO 3 thin film 35, YBCO thin film 36 having a thickness of 0.1 to 10.0 μm, for example, 1.0 μm, thickness 0.01 to 1
A YSZ thin film 37 of 0.0 μm, for example, 0.5 μm, and a YBCO thin film 38 of 0.1 to 10.0 μm, for example, 1.0 μm in thickness are sequentially laminated.

【0057】図6(b)参照 次いで、Arイオンを用いたイオンミーリング法によっ
て、レジストマスク(図示せず)をマスクとしてYBC
O薄膜38乃至YBCO薄膜32を幅1μm〜1mm、
例えば、20μmにパターニングしたのち、新たなレジ
ストマスク(図示せず)をマスクとしてYBCO薄膜3
8及びSrTiO3 薄膜35を所定の長さにパターニン
グする。
Referring to FIG. 6B, YBC is performed by ion milling using Ar ions with a resist mask (not shown) as a mask.
The O thin film 38 to the YBCO thin film 32 have a width of 1 μm to 1 mm,
For example, after patterning to a thickness of 20 μm, the YBCO thin film 3 is formed using a new resist mask (not shown) as a mask.
8 and the SrTiO 3 thin film 35 are patterned to a predetermined length.

【0058】次いで、レジストマスクを除去したのち、
新たなレジストマスク(図示せず)によりエッチングを
施さない積層体を側面も覆うように被覆したのち、5%
のフッ酸で処理することによって露出しているSrTi
3 薄膜35にサイドエッチングを施し、上側のYBC
O薄膜38/YSZ薄膜37/YBCO薄膜36からな
るマイクロストリップラインの先端部に長さ10μm〜
20mm、例えば、1mmの梁状部を構成する。
Next, after removing the resist mask,
5% after covering the unetched laminate so as to cover the side surfaces with a new resist mask (not shown)
SrTi exposed by treating with hydrofluoric acid
O 3 thin film 35 is subjected to side etching and the upper YBC
The length of the microstrip line consisting of the O thin film 38 / YSZ thin film 37 / YBCO thin film 36 is
A beam-shaped portion of 20 mm, for example, 1 mm is formed.

【0059】次いで、イオンミーリング法を用いて、Y
BCO薄膜34/YSZ薄膜33/YBCO薄膜32か
らなる下側のマイクロストリップラインをパターニング
したのち、引出電極39,40、及び、グランドプレー
ン、即ち、GND導体を構成するYBCO薄膜38とY
BCO薄膜32を接続するGND接続電極41を形成す
ると共に、コイルとなる超伝導配線層或いは発熱体とな
るNiCr等の金属配線層(共に図示せず)を形成する
ことによって、マイクロストリップラインを用いたオン
チップ型超伝導リレーが完成する。
Next, using ion milling, Y
After patterning the lower microstrip line composed of the BCO thin film 34 / YSZ thin film 33 / YBCO thin film 32, the extraction electrodes 39 and 40 and the ground plane, that is, the YBCO thin film 38 and the Y which constitute the GND conductor, and Y
By forming a GND connection electrode 41 for connecting the BCO thin film 32 and forming a superconducting wiring layer serving as a coil or a metal wiring layer made of NiCr or the like (not shown) serving as a heating element, a microstrip line can be used. Completed on-chip type superconducting relay.

【0060】図6(c)参照 この超伝導リレーを液体窒素温度まで冷却した場合、線
膨張係数の差により、YBCO薄膜36,38がYSZ
薄膜37より縮むが、上側のYBCO薄膜38の厚さが
下側のYBCO薄膜36の厚さよりも薄いので、梁状部
は下側に湾曲して下部マイクトストリップラインの信号
線を構成するYBCO薄膜34と自然に接触してノーマ
リオン状態となる。
When this superconducting relay is cooled down to the temperature of liquid nitrogen, the YBCO thin films 36 and 38 have a YSZ
Although it is smaller than the thin film 37, since the thickness of the upper YBCO thin film 38 is smaller than the thickness of the lower YBCO thin film 36, the beam portion bends downward to form the signal line of the lower microphone strip line. The thin film 34 naturally comes into contact with the thin film 34 to be in a normally-on state.

【0061】この超伝導リレーをオンにした状態で、超
伝導配線層或いは金属配線層(共に図示せず)に電流を
流すことによって、超伝導リレーの超伝導状態が破ら
れ、YBCO薄膜36とYBCO薄膜34に流れる電流
が常伝導電流となるので、それに伴って発生する熱によ
ってバイメタル構造の上部マイクロストリップラインが
元の状態に復帰して物理的接触が解除されてオフ状態に
なる。
With the superconducting relay turned on, a current is passed through a superconducting wiring layer or a metal wiring layer (both not shown), whereby the superconducting state of the superconducting relay is broken, and the YBCO thin film 36 and Since the current flowing through the YBCO thin film 34 becomes a normal conduction current, the heat generated thereby causes the upper microstrip line of the bimetal structure to return to its original state, release physical contact, and turn off.

【0062】この場合には、第2の実施の形態と同様
に、オン状態で抵抗0、オフ状態で抵抗無限大の理想的
な超伝導スイッチを得ることができるとともに、マイク
ロストリップライン構造を採用しているので、高周波特
性が良好になる。
In this case, as in the second embodiment, an ideal superconducting switch having a resistance of 0 in the on state and an infinite resistance in the off state can be obtained, and a microstrip line structure is employed. As a result, the high-frequency characteristics are improved.

【0063】なお、この第3の実施の形態においては、
バイメタル構造を形成するために、上部のマイクロスト
リップラインを構成するGND線の厚さを信号線より薄
くしているが、同じ厚さにしても良く、その場合には、
線膨張係数に差ができるように、成長条件を変える必要
がある。
In the third embodiment,
In order to form a bimetal structure, the thickness of the GND line forming the upper microstrip line is made thinner than the signal line, but may be the same thickness.
It is necessary to change the growth conditions so that the coefficient of linear expansion differs.

【0064】例えば、信号線となるYBCO薄膜36の
成膜条件を、ガス圧13.3Paで、50%酸素ガスを
含むアルゴンとすると共に、GND線となるYBCO薄
膜38の成膜条件をガス圧54Paで50%酸素ガスを
含むアルゴンとして、ガス圧を変えることによってYB
CO薄膜36の線膨張係数をYBCO薄膜38の線膨張
係数より大きくすることができる。
For example, the film forming conditions of the YBCO thin film 36 serving as a signal line are set to gas containing 13.3 Pa and argon containing 50% oxygen gas, and the film forming condition of the YBCO thin film 38 serving as a GND line is set to gas pressure. YB by changing the gas pressure as argon containing 50% oxygen gas at 54 Pa
The coefficient of linear expansion of the CO thin film 36 can be made larger than the coefficient of linear expansion of the YBCO thin film 38.

【0065】また、その他の変形例としては、上部のマ
イクロストリップラインを構成するGND線を、信号線
となるYBCO薄膜36より線膨張係数の小さな超伝導
材料で構成しても良い。
As another modification, the GND line forming the upper microstrip line may be formed of a superconducting material having a smaller linear expansion coefficient than the YBCO thin film 36 serving as the signal line.

【0066】次に、図7及び図8を参照して、本発明の
第4の実施の形態であるコプレーナ型のマイクロストリ
ップライン構造を用いたオンチップ型超伝導リレーの製
造工程を説明する。なお、図7(a)の左側の図は平面
図であり、右側の図は左側の図における一点鎖線A−
A’に沿った断面図であり、また、図7(b)乃至図8
(d)の左側の図も平面図であり、各右上図は左側の図
における一点鎖線A−A’に沿った断面図であり、各右
下図は左側の図における一点鎖線B−B’に沿った断面
図である。
Next, a manufacturing process of an on-chip type superconducting relay using a coplanar type microstrip line structure according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the figure on the left side of FIG. 7A is a plan view, and the figure on the right side is a dashed line A-
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line A ′, and FIGS.
The figure on the left side of (d) is also a plan view, each upper right figure is a cross-sectional view along the dashed line AA 'in the left figure, and each lower right figure is a dashed line BB' in the left figure. It is sectional drawing along.

【0067】図7(a)参照 まず、厚さ100μm〜2mm、例えば、500μmの
SrTiO3 基板51上に、レーザアブレーション法を
用いて、厚さ0.1〜10.0μm、例えば、1.0μ
mのYSZ薄膜52、厚さ0.1〜10.0μm、例え
ば、1.0μmのYBCO薄膜53、厚さ0.1〜2
0.0μm、例えば、2.0μmのSrTiO3 薄膜5
4、厚さ0.1〜10.0μm、例えば、1.0μmの
YBCO薄膜55、及び、厚さ0.1〜10.0μm、
例えば、1.0μmのYSZ薄膜56を順次積層させ
る。
Referring to FIG. 7A, first, on a SrTiO 3 substrate 51 having a thickness of 100 μm to 2 mm, for example, 500 μm, using a laser ablation method, a thickness of 0.1 to 10.0 μm, for example, 1.0 μm.
m, YSZ thin film 52, thickness of 0.1 to 10.0 μm, for example, 1.0 μm YBCO thin film 53, thickness of 0.1 to 2,
0.0 μm, for example, 2.0 μm SrTiO 3 thin film 5
4, a YBCO thin film 55 having a thickness of 0.1 to 10.0 μm, for example, 1.0 μm, and a thickness of 0.1 to 10.0 μm;
For example, a 1.0 μm YSZ thin film 56 is sequentially laminated.

【0068】次いで、レジスト膜57を塗布し、レジス
ト膜57に設けた複数のスリット58に囲まれた領域が
信号用超伝導配線となるようなパターンに形成する。
Next, a resist film 57 is applied to form a pattern such that a region surrounded by a plurality of slits 58 provided in the resist film 57 becomes a signal superconducting wiring.

【0069】図7(b)参照 次いで、Arイオンを用いたイオンミーリング法によっ
て、レジスト膜57をマスクとしてYSZ薄膜56乃至
YBCO薄膜53をエッチングして分離溝59を形成す
る。
Next, referring to FIG. 7B, the isolation grooves 59 are formed by etching the YSZ thin films 56 to 53 using the resist film 57 as a mask by ion milling using Ar ions.

【0070】図8(c)参照 次いで、レジスト膜57を除去したのち、0.1%のH
Cl溶液によりウェット・エッチングを施すことによ
り、YBCO膜52,55のみをサイドエッチングする
ことによって、一点鎖線B−B’に沿ったスリット58
の間に存在するYBCO膜52,55を除去してサイド
エッチング部60を形成する。
Referring to FIG. 8C, after removing the resist film 57, 0.1% H
By performing a wet etching with a Cl solution and side-etching only the YBCO films 52 and 55, a slit 58 along a dashed line BB 'is formed.
The YBCO films 52 and 55 existing between them are removed to form side etching portions 60.

【0071】このサイドエッチング部60により、左側
の平面図において太い一点鎖線の囲みで示すように、Y
BCO膜52,55は分離溝59を介して中央の信号用
超伝導配線層と環状のGND導体とを完全に分離するこ
とができる。
As shown by the thick dashed line in the plan view on the left side, Y
The BCO films 52 and 55 can completely separate the central signal superconducting wiring layer and the annular GND conductor through the separation groove 59.

【0072】図8(d)参照 次いで、新たなレジスト膜61によりエッチングを施さ
ない積層体を側面も覆うように被覆したのち、5%のフ
ッ酸で処理することによって露出しているSrTiO3
薄膜54にサイドエッチングを施して除去することによ
り、梁状部を構成する。
[0072] FIG. 8 (d) see Then, after coating the laminate is not subjected to etching by new resist film 61 as side also cover, SrTiO 3 which is exposed by treatment with 5% hydrofluoric acid
The beam-like portion is formed by removing the thin film 54 by performing side etching.

【0073】次いで、図示しないものの、第3の実施の
形態と同様に、コイルとなる超伝導配線層或いは発熱体
となるNiCr等の金属配線層を形成すると共に、引出
電極及びGND引出電極を形成することによって、コプ
レーナ型のマイクロストリップライン構造を用いたオン
チップ型超伝導リレーが完成する。
Next, although not shown, similarly to the third embodiment, a superconducting wiring layer serving as a coil or a metal wiring layer made of NiCr or the like serving as a heating element is formed, and an extraction electrode and a GND extraction electrode are formed. By doing so, an on-chip type superconducting relay using a coplanar type microstrip line structure is completed.

【0074】この場合も、超伝導リレーを液体窒素温度
まで冷却した場合、線膨張係数の差により、YBCO薄
膜55がYSZ薄膜56より縮むので、梁状部は下側に
湾曲して下部マイクトストリップラインの信号線を構成
するYBCO薄膜52と自然に接触してノーマリオン状
態となる。
Also in this case, when the superconducting relay is cooled to the temperature of liquid nitrogen, the YBCO thin film 55 shrinks from the YSZ thin film 56 due to the difference in linear expansion coefficient, so that the beam-like portion is bent downward and the lower microphone is bent. It naturally comes into contact with the YBCO thin film 52 constituting the signal line of the strip line to be in a normally-on state.

【0075】また、上下のGND導体同士も湾曲によっ
て自然に電気的に接続されるので、GND導体同士を結
ぶGND接続電極は不要になる。
Further, since the upper and lower GND conductors are naturally electrically connected to each other by bending, a GND connection electrode for connecting the GND conductors becomes unnecessary.

【0076】なお、YSZ薄膜56にはスリット58が
設けられているが、全体としては一体であるので、YB
CO薄膜55が分離溝59及びサイドエッチング部60
によって分離されていても、YSZ薄膜56によってこ
の分離したYBCO薄膜55を安定に支持することがで
きる。
Although the YSZ thin film 56 is provided with a slit 58, since the whole is integrated, the YB
The CO thin film 55 has a separation groove 59 and a side etching portion 60.
YSZ thin film 56 can stably support the separated YBCO thin film 55 even if it is separated.

【0077】この超伝導リレーをオンにした状態で、超
伝導配線層或いは金属配線層(共に図示せず)に電流を
流すことによって、超伝導リレーの超伝導状態が破ら
れ、YBCO薄膜55とYBCO薄膜52に流れる電流
が常伝導電流となるので、それに伴って発生する熱によ
ってバイメタル構造の上部マイクロストリップラインが
元の状態に復帰して物理的接触が解除されてオフ状態に
なる。
With the superconducting relay turned on, a current is passed through a superconducting wiring layer or a metal wiring layer (both not shown), so that the superconducting state of the superconducting relay is broken and the YBCO thin film 55 Since the current flowing through the YBCO thin film 52 becomes a normal conduction current, the heat generated thereby causes the upper microstrip line of the bimetal structure to return to the original state, release physical contact, and turn off.

【0078】この場合には、第3の実施の形態と同様
に、オン状態で抵抗0、オフ状態で抵抗無限大の理想的
な超伝導スイッチを得ることができ、また、コプレーナ
型のマイクロストリップライン構造を採用しているの
で、高周波特性が良好になると共に、GND電極同士を
結ぶGND接続電極は不要になるので配線構造が簡素化
される。
In this case, as in the third embodiment, an ideal superconducting switch having a resistance of 0 in the on state and an infinite resistance in the off state can be obtained. Since the line structure is employed, the high-frequency characteristics are improved, and the GND connection electrode for connecting the GND electrodes is not required, so that the wiring structure is simplified.

【0079】以上、各実施の形態を説明してきたが、本
発明においては、オン状態においては、磁場を印加しな
いので、磁場により超伝導臨界電流が低下するという問
題もなく、さらに、バイメタルリードを構成するベース
層として磁性体を用いる必要がないので、磁性体の磁場
により超伝導体薄膜の超伝導性が劣化することもない
が、ベース層として磁性体を用いることを妨げるもので
はない。
Although the embodiments have been described above, in the present invention, no magnetic field is applied in the ON state, so that there is no problem that the superconducting critical current is reduced by the magnetic field. Since it is not necessary to use a magnetic material as the base layer, the superconductivity of the superconductor thin film does not deteriorate due to the magnetic field of the magnetic material, but this does not prevent the use of the magnetic material as the base layer.

【0080】また、本発明の対象となる超伝導体薄板は
YBCO薄膜に限られるものではなく、YBCOと同様
に高温超伝導特性を示すBi2 Sr2 Ca1 Cu
2 y 、Tl2 Ba2 Ca2 Cu3 z 、LnBa2
3 7-x (但し、Lnはランタノイド)等の酸化物超
伝導体を用いても良いものであり、この様な酸化物超伝
導体を用いた場合には、ベース層及びスペーサ層として
も酸化物を用いることによって、同じ成長装置を用いて
連続的に成膜することができるので、製造工程が簡素化
される利点がある。
Further, the superconductor thin plate which is an object of the present invention is not limited to a YBCO thin film, but Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu which exhibits high-temperature superconducting characteristics like YBCO.
2 O y, Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O z, LnBa 2 C
An oxide superconductor such as u 3 O 7-x (where Ln is a lanthanoid) may be used. When such an oxide superconductor is used, the base layer and the spacer layer may be used. Also, by using an oxide, it is possible to continuously form a film using the same growth apparatus, so that there is an advantage that the manufacturing process is simplified.

【0081】また、超伝導体薄板は酸化物超伝導体薄膜
に限られるものではなく、Ta、Nb、Pb、或いは、
Sn等の金属超伝導体を用いて良いものであり、その場
合のベース層としては、これらの金属超伝導体より線膨
張係数の小さなSiO2 薄板等を用いれば良い。
The superconductor thin plate is not limited to the oxide superconductor thin film, but may be Ta, Nb, Pb or
A metal superconductor such as Sn may be used. In this case, a SiO 2 thin plate having a smaller linear expansion coefficient than these metal superconductors may be used as the base layer.

【0082】例えば、YBCOの線膨張係数が1.4×
10-5℃であるのに対して、Taは0.6×10-5℃、
Nbは0.9×10-5℃であり、絶縁体のSrTiO3
は1.0×10-5℃、MgOは1.2×10-5℃、Si
2 は0.01×10-5℃、YSZは1.0×10-5
であり、さらに、金属のAuは1.3×10-5℃、Pt
は0.9×10-5℃であるので、線膨張係数を考慮し
て、ベース層の線膨張係数が超伝導体薄膜或いは超伝導
体薄板の線膨張係数より小さくなる組合せを用いれば良
い。
For example, the coefficient of linear expansion of YBCO is 1.4 ×
, Whereas the a 10 -5 ° C., Ta is 0.6 × 10 -5 ℃,
Nb is 0.9 × 10 -5 ° C, and SrTiO 3 as an insulator is used.
Is 1.0 × 10 -5 ° C., MgO is 1.2 × 10 -5 ° C., Si
O 2 is 0.01 × 10 −5 ° C., YSZ is 1.0 × 10 −5 ° C.
And Au of the metal is 1.3 × 10 −5 ° C. and Pt is
Since is a 0.9 × 10 -5 ° C., in consideration of the linear expansion coefficient, the linear expansion coefficient of the base layer may be used becomes smaller combination than the linear expansion coefficient of the superconductor thin film or the superconductor thin.

【0083】[0083]

【発明の効果】本発明によれば、バイメタルリード構造
を用いてノーマリオンの超伝導リレーを構成しているの
で、磁場による劣化がなく、オン状態で抵抗0で、オフ
状態で抵抗無限大の理想的な超伝導スイッチを実現する
ことができ、超伝導送電或いは高速通信伝送の発達に寄
与するところが大きい。
According to the present invention, since a normally-on superconducting relay is formed by using a bimetal lead structure, there is no deterioration due to a magnetic field, the resistance is 0 in an on state, and the resistance is infinite in an off state. An ideal superconducting switch can be realized, and greatly contributes to the development of superconducting power transmission or high-speed communication transmission.

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

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process partway through a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施の形態の図3以降の製造工
程の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view of a manufacturing process after FIG. 3 of the second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施の形態の変形例の説明図で
ある。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a modified example of the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施の形態の製造工程の説明図
である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a manufacturing process partway through a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施の形態の図7以降の製造工
程の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the fourth embodiment of the present invention after FIG. 7;

【図9】従来の超伝導リードスイッチの説明図である。FIG. 9 is an explanatory view of a conventional superconducting reed switch.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ベース層 2 超伝導体薄膜 3 接点導体 4 バイメタルリード 5 超伝導電流 11 YSZ焼結体薄板 12 YBCO焼結体薄板 13 Au薄膜 14 バイメタルリード 15 ガラス容器 16 超伝導ワイヤ 17 金属ワイヤ 21 SrTiO3 基板 22 YBCO薄膜 23 SrTiO3 薄膜 24 YBCO薄膜 25 YSZ薄膜 26 開口 27 引出電極 28 引出電極 29 超伝導配線層 30 金属配線層 31 SrTiO3 基板 32 YBCO薄膜 33 YSZ薄膜 34 YBCO薄膜 35 SrTiO3 薄膜 36 YBCO薄膜 37 YSZ薄膜 38 YBCO薄膜 39 引出電極 40 引出電極 41 GND接続電極 51 SrTiO3 基板 52 YSZ薄膜 53 YBCO薄膜 54 SrTiO3 薄膜 55 YBCO薄膜 56 YSZ薄膜 57 レジスト膜 58 スリット 59 分離溝 60 サイドエッチング部 61 レジスト膜 71 磁性体薄板 72 超伝導体薄膜 73 超伝導リード 74 ガラス管DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base layer 2 Superconductor thin film 3 Contact conductor 4 Bimetal lead 5 Superconducting current 11 YSZ sintered thin plate 12 YBCO sintered thin plate 13 Au thin film 14 Bimetal lead 15 Glass container 16 Superconducting wire 17 Metal wire 21 SrTiO 3 substrate Reference Signs List 22 YBCO thin film 23 SrTiO 3 thin film 24 YBCO thin film 25 YSZ thin film 26 Opening 27 Lead electrode 28 Lead electrode 29 Superconducting wiring layer 30 Metal wiring layer 31 SrTiO 3 substrate 32 YBCO thin film 33 YSZ thin film 34 YBCO thin film 35 SrTiO 3 thin film 36 37 YSZ thin film 38 YBCO thin film 39 Lead electrode 40 Lead electrode 41 GND connection electrode 51 SrTiO 3 substrate 52 YSZ thin film 53 YBCO thin film 54 SrTiO 3 thin film 55 YBCO thin film 56 YSZ thin film 57 resist film 58 Slit 59 Separation groove 60 Side etching part 61 Resist film 71 Magnetic thin plate 72 Superconductor thin film 73 Superconductive lead 74 Glass tube

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超伝導体薄膜を有する一対の超伝導体リ
ードを、動作温度における通常の状態において前記互い
の超伝導体薄膜が電気的に接触するように配置した超伝
導リレーにおいて、少なくとも一方の前記超伝導体リー
ドを、超伝導体薄膜と、前記超伝導体薄膜の臨界温度近
傍において非超伝導性のベース層とを積層させたバイメ
タルリードで構成すると共に、前記超伝導体薄膜の臨界
温度近傍において、前記ベース層の熱膨張率が超伝導体
薄膜の熱膨張率よりも小さいことを特徴とする超伝導リ
レー。
1. A superconducting relay in which a pair of superconducting leads having a superconducting thin film are arranged such that said superconducting thin films are in electrical contact with each other in a normal state at an operating temperature. The superconductor lead is composed of a bimetal lead in which a superconductor thin film and a non-superconducting base layer are laminated near the critical temperature of the superconductor thin film, and the criticality of the superconductor thin film is A superconducting relay, wherein the thermal expansion coefficient of the base layer is smaller than the thermal expansion coefficient of the superconductor thin film near a temperature.
【請求項2】 上記互いの超伝導体薄膜が電気的に接触
する接点部近傍に、熱発生用の抵抗体を配置したことを
特徴とする請求項1記載の超伝導リレー。
2. The superconducting relay according to claim 1, wherein a resistor for generating heat is arranged near a contact portion where the superconducting thin films are in electrical contact with each other.
【請求項3】 上記互いの超伝導体薄膜が電気的に接触
する接点部近傍に、磁場発生用のコイルを配置したこと
を特徴とする請求項1記載の超伝導リレー。
3. The superconducting relay according to claim 1, wherein a coil for generating a magnetic field is arranged near a contact portion where the superconducting thin films are in electrical contact with each other.
【請求項4】 上記一対の超伝導体リードを、同一支持
基板上に形成したことを特徴とする請求項1乃至3のい
ずれか1項に記載の超伝導リレー。
4. The superconducting relay according to claim 1, wherein said pair of superconductor leads are formed on the same support substrate.
【請求項5】 上記同一支持基板上に上記超伝導体リー
ドの一方を構成する超伝導体薄膜を設けると共に、梁状
部を有する上記バイメタルリードを上記超伝導体薄膜が
下面側になるようにスペーサ層を介して対向配置させ、
動作温度における通常の状態において少なくとも前記梁
状部の先端において前記互いの超伝導体薄膜2が電気的
に接触していることを特徴とする請求項4記載の超伝導
リレー。
5. A superconductor thin film forming one of the superconductor leads is provided on the same support substrate, and the bimetal lead having a beam-like portion is placed so that the superconductor thin film is on the lower surface side. It is arranged oppositely via a spacer layer,
5. The superconducting relay according to claim 4, wherein said superconducting thin films 2 are in electrical contact with each other at least at a tip of said beam-shaped portion in a normal state at an operating temperature.
【請求項6】 上記超伝導体リードが、超伝導体/絶縁
体/超伝導体の三層構造のストリップライン構造を有し
ていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項
に記載の超伝導リレー。
6. The superconductor lead according to claim 1, wherein the superconductor lead has a three-layer stripline structure of superconductor / insulator / superconductor. The superconducting relay according to 1.
【請求項7】 上記超伝導体リードが、コプレーナ型の
ストリップライン構造を有していることを特徴とする請
求項1乃至5のいずれか1項に記載の超伝導リレー。
7. The superconducting relay according to claim 1, wherein the superconductor lead has a coplanar stripline structure.
【請求項8】 上記超伝導体リードを構成する上記超伝
導体薄膜が、酸化物超伝導体薄膜であることを特徴とす
る請求項1乃至7のいずれか1項に記載の超伝導リレ
ー。
8. The superconducting relay according to claim 1, wherein the superconductor thin film forming the superconductor lead is an oxide superconductor thin film.
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