JPH1140866A - Oxide superconducting logic circuit device - Google Patents

Oxide superconducting logic circuit device

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JPH1140866A
JPH1140866A JP9189383A JP18938397A JPH1140866A JP H1140866 A JPH1140866 A JP H1140866A JP 9189383 A JP9189383 A JP 9189383A JP 18938397 A JP18938397 A JP 18938397A JP H1140866 A JPH1140866 A JP H1140866A
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Japan
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logic circuit
layer
circuit device
oxide superconducting
oxide
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JP9189383A
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Japanese (ja)
Inventor
Haruhiro Hasegawa
晴弘 長谷川
Yoshinobu Taruya
良信 樽谷
Tokumi Fukazawa
徳海 深沢
一正 ▲高▼木
Kazumasa Takagi
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture an oxide superconducting logic circuit which meets the operating conditions of a quantum magnetic flux parametron element and where restrictions on a layer structure and a circuit structure as to the layout of a Josephson junction are taken into consideration by a method, wherein the oxide superconducting logic circuit has a layer structure where an oxide superconductor layer, an insulator layer, and a metal layer are provided on a substrate. SOLUTION: An oxide superconductor layer 10 is processed into an element pattern 91, a connection pattern 93, and a grounding pattern 92 through an electron lithography or the like, and an insulator layer 30 of SiO is formed through a resistance heating evaporation method. When the SiO insulator layer 30 is evaporated, the temperature of a substrate hardly exceeds 500 deg.C, so that oxygen does not desorbs from the oxide superconductor layer 10, and the oxide superconductor layer 10 is restrained from deteriorating in characteristics. Similarly, a metal layer 20 of Au is formed through a resistance heating evaporation method and processed through an electron beam lithography or the like. Through these processes, a quantum magnetic flux parametron element is formed. As a result of this an oxide superconducting logic circuit of layout structure which satisfies the operating conditions of a quantum magnetic flux parametron element is realized.

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、酸化物超電導体を
用いて作製された量子磁束パラメトロン素子からなる酸
化物超電導論理回路に係り、特に、量子磁束パラメトロ
ン素子の動作条件と回路の作製制約条件とを満足させた
構成の酸化物超電導論理回路装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxide superconducting logic circuit comprising a quantum flux parametron device manufactured using an oxide superconductor, and more particularly, to an operating condition of the quantum flux parametron device and a constraint on the circuit fabrication. And an oxide superconducting logic circuit device having a configuration satisfying the above conditions.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、量子磁束パラメトロン素子の設計
や素子動作に関しては、アイ・イー・イー・イー トラ
ンザクションズ オン アップライド スーパーコンダ
クティビィティー 第3巻 1993年 第3022頁
から第3028頁(IEEE Transactions on Applied Sup
erconductivity vol. 3 (1993) pp.3022-3028)に記載
されている。以下、これを第1の従来例として引用す
る。また、酸化物超電導体からなる論理回路の設計や動
作に関しては、アイ・イー・イー・イー トランザクシ
ョンズ オン アップライド スーパーコンダクティビ
ィティー 第5巻 1995年 第3401頁から第3
404頁(IEEE Transactions on Applied Superconduc
tivity vol. 5 (1995) pp.3401-3404)に記載されてい
る。以下、これを第2の従来例として引用する。
2. Description of the Related Art Conventionally, with regard to the design and operation of a quantum flux parametron device, see IEE Transactions on Update Superconductivity, Vol. 3, 1993, pp. 3022 to 3028 (IEEE Transactions on Applied Sup
erconductivity vol. 3 (1993) pp. 3022-3028). Hereinafter, this will be referred to as a first conventional example. Regarding the design and operation of a logic circuit composed of an oxide superconductor, see IEE Transactions on Update Superconductivity, Vol. 5, 1995, pp. 3401-3.
404 pages (IEEE Transactions on Applied Superconduc
tivity vol. 5 (1995) pp.3401-3404). Hereinafter, this will be referred to as a second conventional example.

【0003】酸化物超電導体からなる量子磁束パラメト
ロン素子を作製するためには、酸化物超電導論理回路を
作製する際に生じる固有の制約条件を考慮しながら、量
子磁束パラメトロン素子の動作条件を満足する必要があ
る。まず、量子磁束パラメトロン素子動作のためには、
第1の従来例に記載されているように、超電導閉ループ
のループインダクタンス、すなわち第1のインダクタン
スと第2のインダクタンスの和と第1および第2のジョ
セフソン接合の超電導臨界電流の積を概ね磁束量子程度
に設定する必要がある。
In order to manufacture a quantum flux parametron device made of an oxide superconductor, the operating conditions of the quantum flux parametron device must be satisfied in consideration of the inherent constraints that arise when fabricating an oxide superconducting logic circuit. There is a need. First, for the operation of the quantum flux parametron device,
As described in the first conventional example, the product of the loop inductance of the superconducting closed loop, that is, the product of the sum of the first inductance and the second inductance and the superconducting critical current of the first and second Josephson junctions is substantially a magnetic flux. Must be set to about quantum.

【0004】また、信号電流は熱雑音を打ち消す程度の
大きさが必要であり、このため数十Kの動作温度では、
超電導臨界電流は概ね数十μA以上が必要である。従っ
てループインダクタンスは、概ね数十pH以下の小さい
値に抑えなければならない。さらに、出力電流は負荷イ
ンダクタンスに反比例する。従って、十分大きな出力電
流を得るためには、量子磁束パラメトロン素子間の距離
をできるだけ短くして、負荷インダクタンスを小さくす
る必要がある。
Further, the signal current needs to be large enough to cancel the thermal noise. Therefore, at an operating temperature of several tens K,
The superconducting critical current generally requires several tens of μA or more. Therefore, the loop inductance must be suppressed to a small value of about several tens of pH or less. Further, the output current is inversely proportional to the load inductance. Therefore, in order to obtain a sufficiently large output current, it is necessary to reduce the distance between the quantum flux parametron elements as much as possible to reduce the load inductance.

【0005】一方、一般に酸化物超電導論理回路では酸
化物超電導体の積層構造を実現することは難しい。例え
ば、上下2層の酸化物超電導体層の超電導性を保つため
には、SrTiO3等の特定の絶縁体層や成膜条件が必要
であり、回路作製のプロセス条件を制限している。ま
た、酸化物超電導体の成膜時には微粒子の異物が形成さ
れやすい。これらの微粒子は、層間絶縁膜である絶縁体
層を破壊し、層間をショートさせ、回路動作の障害を引
き起こす原因となっている。従って、酸化物超電導論理
回路では、できる限り酸化物超電導体の積層構造を含ま
ない層構成が望ましい。
On the other hand, it is generally difficult to realize a stacked structure of oxide superconductors in an oxide superconductor logic circuit. For example, in order to maintain the superconductivity of the upper and lower two oxide superconductor layers, specific insulator layers such as SrTiO3 and film formation conditions are required, and the process conditions for circuit fabrication are limited. Further, at the time of forming the oxide superconductor, foreign matter of fine particles is easily formed. These fine particles destroy the insulator layer, which is an interlayer insulating film, cause a short circuit between layers, and cause a failure in circuit operation. Therefore, it is desirable for the oxide superconducting logic circuit to have a layer configuration that does not include the laminated structure of the oxide superconductor as much as possible.

【0006】また、酸化物超電導論理回路におけるジョ
セフソン接合としては、基板に段差を形成したステップ
エッジ型や、基板としてバイクリスタルを用いたバイク
リスタル型が用いられる。これらによるジョセフソン接
合は、上記第2の従来例の図1に記載されているよう
に、エッジや基板接合が存在する一直線上にのみ配置可
能であり、任意の位置に配置することはできない。従っ
て、酸化物超電導論理回路を作製する際には、これらジ
ョセフソン接合の配置に関する制約を考慮して回路を構
成する必要がある。
As a Josephson junction in an oxide superconducting logic circuit, a step edge type having a step formed on a substrate and a bicrystal type using a bicrystal as a substrate are used. As shown in FIG. 1 of the second conventional example, the Josephson junctions can be arranged only on a straight line where the edge or the substrate junction exists, and cannot be arranged at an arbitrary position. Therefore, when manufacturing an oxide superconducting logic circuit, it is necessary to configure the circuit in consideration of the restrictions on the arrangement of the Josephson junctions.

【0007】特に、第2の従来例は、RSFQ素子(R
SFQ:Rapid Single Flux Quantum)を用いて酸化物
超電導論理回路を作製した例であるが、このRSFQ素
子では、回路素子要素が直接結合型のみで接続され、磁
気結合型を含まない。そのため素子の構成が比較的簡単
である。これに対し、量子磁束パラメトロン素子は、回
路素子要素が、直接結合型と磁気結合型の両方で接続さ
れ、素子の構成が複雑である。そのため、複数の量子磁
束パラメトロン素子を用いて酸化物超電導論理回路を作
製した例はなく、最適なレイアウトの構成も示されてい
ない。
In particular, a second conventional example is an RSFQ element (R
This is an example in which an oxide superconducting logic circuit is manufactured by using SFQ (Rapid Single Flux Quantum). In this RSFQ element, circuit element elements are connected only by a direct coupling type and do not include a magnetic coupling type. Therefore, the configuration of the element is relatively simple. On the other hand, in the quantum flux parametron element, the circuit element elements are connected by both the direct coupling type and the magnetic coupling type, and the configuration of the element is complicated. Therefore, there is no example in which an oxide superconducting logic circuit is manufactured using a plurality of quantum flux parametron elements, and no optimum layout configuration is shown.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、従来の技術では、量子磁束パラメトロン素子の動
作条件を満足し、かつ、層構成やジョセフソン接合の配
置に関する制約が考慮された酸化物超電導論理回路装置
を作製することができない点である。本発明の目的は、
これら従来技術の課題を解決し、量子磁束パラメトロン
素子を用いた実用化が可能な酸化物超電導論理回路装置
を提供することである。
The problem to be solved is that, in the prior art, the oxidation that satisfies the operating conditions of the quantum flux parametron device and takes into account the restrictions on the layer structure and the arrangement of the Josephson junction is considered. The point is that a superconducting logic circuit device cannot be manufactured. The purpose of the present invention is
An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide an oxide superconducting logic circuit device using a quantum flux parametron element which can be put into practical use.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の酸化物超電導論理回路装置は、基板上に、
酸化物超電導体層と絶縁体層および金属層を設けた層構
成とし、1層の酸化物超電導体層を用いた量子磁束パラ
メトロン素子の作製を可能とした。このことにより、層
構成やジョセフソン接合の配置に関する制約が十分に考
慮された、かつ、量子磁束パラメトロン素子の動作条件
を満足するレイアウトの構成が可能となる。すなわち、
酸化物超電導体層により、量子磁束パラメトロン素子の
素子パターンと接地パターンとをジョセフソン接合部分
で分けて形成すると共に、各素子パターン間を接続する
接続パターンを連続した形状で形成することにより、複
数の量子磁束パラメトロン素子を、一層の酸化物超電導
体で作成することができる。特に、接続パターンが連続
している、すなわち、量子磁束パラメトロン素子は全て
接地パターンの領域面以外の連続した領域に形成されて
いるので、量子磁束パラメトロン素子間を接地パターン
の領域を介せずに接続でき、接続長を短くして、負荷イ
ンダクタンスを小さくすることができる。また、接地パ
ターンは、ジョセフソン接合部分で素子パターンと分け
られており、接地面と量子磁束パラメトロン素子とが近
接して形成される。
In order to achieve the above object, an oxide superconducting logic circuit device of the present invention comprises:
With a layered structure including an oxide superconductor layer, an insulator layer, and a metal layer, a quantum flux parametron device using one oxide superconductor layer can be manufactured. As a result, a layout configuration that sufficiently considers the layer configuration and the arrangement of the Josephson junctions and satisfies the operating conditions of the quantum flux parametron device becomes possible. That is,
With the oxide superconductor layer, the element pattern of the quantum flux parametron element and the ground pattern are formed separately at the Josephson junction, and the connection pattern connecting the element patterns is formed in a continuous shape, thereby forming a plurality of patterns. Of the quantum flux parametron device can be made of one layer of oxide superconductor. In particular, since the connection pattern is continuous, that is, all the quantum flux parametron elements are formed in a continuous area other than the ground pattern area surface, the quantum flux parametron elements are not interposed between the quantum flux parametron elements without passing through the ground pattern area. Connection can be made, the connection length can be shortened, and the load inductance can be reduced. The ground pattern is separated from the element pattern at the Josephson junction, and the ground plane and the quantum flux parametron element are formed close to each other.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面に
より詳細に説明する。図1は、本発明の酸化物超電導論
理回路装置の本発明に係る構成の第1の実施例を示すブ
ロック図であり、図2は、図1における酸化物超電導論
理回路装置内の量子磁束パラメトロン素子の等価回路を
示す回路図、図3は、図1における酸化物超電導論理回
路装置内の量子磁束パラメトロン素子のレイアウトを示
す説明図である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a configuration according to the present invention of an oxide superconducting logic circuit device of the present invention, and FIG. 2 is a quantum flux parametron in the oxide superconducting logic circuit device in FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the device, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing a layout of a quantum flux parametron device in the oxide superconducting logic circuit device in FIG.

【0011】図1に示す本例の酸化物超電導論理回路装
置は、ステップエッジ型ジョセフソン接合を用いて、1
4個の量子磁束パラメトロン素子と1個のdc−SQU
ID(:Direct Current Superconducting Quantum Int
erference Device、量子干渉計)を形成し、これによ
り、8:1マルチプレクサを作製したものである。本図
1において、90はSrTiO3からなる基板、91は量
子磁束パラメトロン素子の素子パターン、92は接地パ
ターン、93は接続パターン、101は接地パターン9
2からなる接地面の領域、102はそれ以外の領域であ
る。
The oxide superconducting logic circuit device of this embodiment shown in FIG.
4 quantum flux parametron devices and 1 dc-SQU
ID (: Direct Current Superconducting Quantum Int
erference device (quantum interferometer)), thereby producing an 8: 1 multiplexer. In FIG. 1, 90 is a substrate made of SrTiO 3, 91 is an element pattern of a quantum flux parametron element, 92 is a ground pattern, 93 is a connection pattern, 101 is a ground pattern 9
2 is a region of the ground plane, and 102 is the other region.

【0012】素子パターン91、接地パターン92、接
続パターン93のそれぞれの構成は、図2の等価回路で
示されるが、まず、このような量子磁束パラメトロン素
子の作製プロセスを、図3を用いて説明する。図3にお
いて、10は酸化物超電導体層、20は金属層、30は
絶縁層、40はジョセフソン接合位置、90は基板であ
る。
The respective structures of the element pattern 91, the ground pattern 92, and the connection pattern 93 are shown in the equivalent circuit of FIG. 2. First, a process for manufacturing such a quantum flux parametron element will be described with reference to FIG. I do. In FIG. 3, 10 is an oxide superconductor layer, 20 is a metal layer, 30 is an insulating layer, 40 is a Josephson junction position, and 90 is a substrate.

【0013】基板90としてSrTiO3を用い、この基
板90上に電子線リソグラフィを用いて、Siからなる
マスクパターンを作製する。このマスクパターンは、ジ
ョセフソン接合位置40を境界として基板90の半平面
を覆うように形成する。そして、Ar+O2イオンエッチ
ングにより基板90をエッチングして、ジョセフソン接
合位置40に、高さh=240nmのステップを形成する。次
に、基板90上に、膜厚t=120nmのYBa2Cu3O7からな
る酸化物超電導体層10を、レーザアブレーション法に
より成膜する。これにより、ジョセフソン接合が、酸化
物超電導体層10とジョセフソン接合位置40の交線に
形成されることになる。
A mask pattern made of Si is formed on the substrate 90 by using electron beam lithography. This mask pattern is formed so as to cover the half plane of the substrate 90 with the Josephson junction position 40 as a boundary. Then, the substrate 90 is etched by Ar + O2 ion etching to form a step having a height h = 240 nm at the Josephson junction position 40. Next, an oxide superconductor layer 10 made of YBa2 Cu3 O7 having a thickness of t = 120 nm is formed on the substrate 90 by a laser ablation method. As a result, a Josephson junction is formed at the intersection of the oxide superconductor layer 10 and the Josephson junction position 40.

【0014】そして、電子線リソグラフィやArイオン
エッチングにより酸化物超電導体層10を加工し、図の
ような形状で素子パターン91と接続パターン93およ
び接地パターン92を形成した後、シャドーマスクを用
いて抵抗加熱蒸着法により膜厚t=600nmのSiOからなる
絶縁体層30を成膜する。このSiO蒸着時、基板の温
度は500℃以上に上昇することはない。従って、酸化
物超電導体層10は酸素が離脱せず、特性の劣化も起こ
らない。さらに、同様にして抵抗加熱蒸着法により膜厚
t=280nmのAuからなる金属層20を成膜し、電子線リソ
グラフィやArイオンエッチングにより加工する。この
ようにして、本図3に示す量子磁束パラメトロン素子を
作製する。
Then, the oxide superconductor layer 10 is processed by electron beam lithography or Ar ion etching to form an element pattern 91, a connection pattern 93 and a ground pattern 92 in a shape as shown in the figure, and then use a shadow mask. An insulating layer 30 made of SiO having a thickness of t = 600 nm is formed by a resistance heating evaporation method. During this SiO vapor deposition, the temperature of the substrate does not rise to 500 ° C. or higher. Therefore, oxygen does not escape from the oxide superconductor layer 10 and the characteristics do not deteriorate. Further, in the same manner, the film thickness is determined by resistance heating evaporation.
A metal layer 20 made of Au having a thickness of t = 280 nm is formed and processed by electron beam lithography or Ar ion etching. Thus, the quantum flux parametron device shown in FIG. 3 is manufactured.

【0015】尚、酸化物超電導体の成膜時には、微粒子
の異物が形成されやすい。これらの微粒子は、層間絶縁
膜である絶縁体層を破壊し、層間をショートさせ、回路
動作の障害を引き起こす原因となっている。しかし、本
実施例では、この微粒子の直径は高々100nm程度とあ
り、SiO絶縁体層30の膜厚(t=600nm)に比べて十分
小さく、この微粒子は、SiO絶縁体層30により十分
被覆できる。また、基板温度の低い蒸着法を用いるの
で、酸化物超電導体層10を劣化させることなく、十分
厚い膜厚のSiO絶縁体層30を成膜することができ
る。
When the oxide superconductor is formed, foreign matter of fine particles is easily formed. These fine particles destroy the insulator layer, which is an interlayer insulating film, cause a short circuit between layers, and cause a failure in circuit operation. However, in this embodiment, the diameter of the fine particles is at most about 100 nm, which is sufficiently smaller than the film thickness (t = 600 nm) of the SiO insulator layer 30, and the fine particles can be sufficiently covered by the SiO insulator layer 30. . In addition, since the evaporation method with a low substrate temperature is used, the SiO insulator layer 30 having a sufficiently large thickness can be formed without deteriorating the oxide superconductor layer 10.

【0016】一方、酸化物超電導体の積層構造を実現す
るために、金属層20として酸化物超電導体を用いる。
この時、上下2層の酸化物超電導体層の超電導性を保つ
ため、絶縁体層30には、SrTiO3等特定の材料を用
いる。尚、一般にSrTiO3を成膜するためには500
℃以上の高温の基板温度が必要であるが、この時、酸化
物超電導体層10は、酸素の離脱等により特性が劣化し
やすくなる。従って、回路作製プロセス条件、たとえ
ば、YBa2Cu3O7、SrTiO3成膜時の酸素分圧、入射
エネルギーは許容範囲が狭まり、SrTiO3の膜厚等の
作製プロセスパラメータは所望の値が得られにくくな
る。その結果、YBa2Cu3O7の超電導性やSrTiO3の
絶縁性も劣化しやすくなる。
On the other hand, an oxide superconductor is used as the metal layer 20 in order to realize a laminated structure of the oxide superconductor.
At this time, a specific material such as SrTiO3 is used for the insulator layer 30 in order to maintain the superconductivity of the upper and lower oxide superconductor layers. In general, it is necessary to use 500 to form SrTiO3.
A high substrate temperature of not less than ° C. is required. At this time, the characteristics of the oxide superconductor layer 10 are liable to be deteriorated due to release of oxygen and the like. Accordingly, circuit manufacturing process conditions, for example, oxygen partial pressure and incident energy during film formation of YBa2Cu3O7 and SrTiO3 become narrower, and it becomes difficult to obtain desired values of manufacturing process parameters such as the film thickness of SrTiO3. As a result, the superconducting property of YBa2Cu3O7 and the insulating property of SrTiO3 tend to deteriorate.

【0017】次に、このようにして作製した量子磁束パ
ラメトロン素子の構成を、図2を用いて説明する。本実
施例の量子磁束パラメトロン素子は、図2の等価回路に
示すように、図3の酸化物超電導体層10からそれぞれ
形成された信号入力線12、負荷インダクタ13、第
1,第2のジョセフソン接合111,112、第1,第
2のインダクタ113,114、接地面115と、図3
の金属層20からそれぞれ形成されたクロック入力線2
1、第3,第4のインダクタ22,23から構成されて
いる。
Next, the structure of the quantum flux parametron device thus manufactured will be described with reference to FIG. As shown in the equivalent circuit of FIG. 2, the quantum flux parametron device of the present embodiment has a signal input line 12, a load inductor 13, and first and second Josephs formed respectively from the oxide superconductor layer 10 of FIG. 3, the first and second inductors 113 and 114, the ground plane 115,
Input lines 2 formed from metal layers 20 of
The first and third inductors 22 and 23 are provided.

【0018】第1のジョセフソン接合111、第1のイ
ンダクタ113、第2のインダクタ114、第2のジョ
セフソン接合112が順に接続されて、超電導閉ループ
11が形成され、第1のジョセフソン接合111と第2
のジョセフソン接合112の接続点が接地面115に接
続されている。第1,第2のジョセフソン接合111,
112と、第1,第2のインダクタ113,114とに
より図1および図2における素子パターンが形成され、
信号入力線12、負荷インダクタ13により図2におけ
る接続パターン93が形成され、そして、第3,第4の
インダクタ22,23により図2における接地パターン
92が形成される。
The first Josephson junction 111, the first inductor 113, the second inductor 114, and the second Josephson junction 112 are connected in this order to form a superconducting closed loop 11, and the first Josephson junction 111 And the second
The connection point of the Josephson junction 112 is connected to the ground plane 115. First and second Josephson junctions 111,
The element pattern in FIGS. 1 and 2 is formed by 112 and the first and second inductors 113 and 114,
The connection pattern 93 in FIG. 2 is formed by the signal input line 12 and the load inductor 13, and the ground pattern 92 in FIG. 2 is formed by the third and fourth inductors 22 and 23.

【0019】信号入力線12の端子の一方と負荷インダ
クタ13の端子の一方は、超電導閉ループ11の一部で
ある第1のインダクタ113と第2のインダクタ114
の接続点に接続されている。そして、クロック入力線2
1と第3のインダクタ22と第4のインダクタ23は順
に直列接続され、図3の絶縁体層30を介して、第1の
インダクタ113と第3のインダクタ22、および、第
2のインダクタ114と第4のインダクタ23がそれぞ
れ磁気結合されている。
One of the terminals of the signal input line 12 and one of the terminals of the load inductor 13 are connected to a first inductor 113 and a second inductor 114 which are part of the superconducting closed loop 11.
Connected to the connection point. And the clock input line 2
The first, third and fourth inductors 22 and 23 are connected in series in this order, and are connected to the first and second inductors 113 and 22 and the second inductor 114 via the insulator layer 30 in FIG. The fourth inductors 23 are each magnetically coupled.

【0020】このように、本例では、第3のインダクタ
22と第4のインダクタ23を、図3の酸化物超電導体
層10とは異なる層、すなわち図3の金属層20から形
成している。従って、直接結合型および磁気結合型の両
方で回路素子要素を接続しながら、超電導閉ループ11
を小さくすることができる。実際の具体的な例では、第
1、第2のジョセフソン接合111,112の幅を2μ
m、第1、第2のインダクタンス113,114の幅を
3μm、中央のホールを縦2μm×横6μmとすること
により、素子動作に適当な小さいループインダクタンス
L=8pHを実現することができた。
As described above, in the present embodiment, the third inductor 22 and the fourth inductor 23 are formed of a layer different from the oxide superconductor layer 10 of FIG. 3, that is, the metal layer 20 of FIG. . Therefore, the superconducting closed loop 11 is connected while connecting the circuit element elements in both the direct coupling type and the magnetic coupling type.
Can be reduced. In an actual specific example, the width of the first and second Josephson junctions 111 and 112 is set to 2 μm.
By setting m, the width of the first and second inductances 113 and 114 to 3 μm, and the center hole to 2 μm × 6 μm, a small loop inductance L = 8pH suitable for device operation could be realized.

【0021】このようして構成された量子磁束パラメト
ロン素子を複数個組み合わせて接続ることにより、図1
および図4に示す8:1マルチプレクサを作製すること
ができる。図4は、図1における酸化物超電導論理回路
装置の等価回路を示す回路図である。本等価回路で示す
複数の量子磁束パラメトロン素子からなる8:1マルチ
プレクサの作製プロセスは、Siからなるマスクのパタ
ーンを除いて、図2および図3で示した作製プロセスと
同様である。すなわち、Siからなるマスクパターン
は、基板の半平面を覆うのではなく、ジョセフソン接合
を形成する付近にのみ形成する。
By combining and connecting a plurality of quantum flux parametron devices configured as described above, FIG.
4 and the 8: 1 multiplexer shown in FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the oxide superconducting logic circuit device in FIG. The manufacturing process of the 8: 1 multiplexer including a plurality of quantum flux parametron elements shown in this equivalent circuit is the same as the manufacturing process shown in FIGS. 2 and 3 except for the pattern of the mask made of Si. In other words, the mask pattern made of Si is not formed so as to cover a half plane of the substrate, but is formed only in the vicinity where the Josephson junction is formed.

【0022】本例の8:1マルチプレクサは、基板(9
0)上に形成された酸化物超電導体層(10)と絶縁体
層(30)と金属層(20)とから構成された14個の
量子磁束パラメトロン素子と1個のdc−SQUIDか
らなり、量子磁束パラメトロン素子は、酸化物超電導体
層から形成された第1のジョセフソン接合(111)と
第2のジョセフソン接合(112)と第1のインダクタ
(113)と第2のインダクタ(114)と信号入力線
(12)と負荷インダクタ(13)と接地面(115)
と、金属層から形成されたクロック入力線(21)と第
3のインダクタ(22)と第4のインダクタ(23)か
らなる。
The 8: 1 multiplexer of the present example is connected to the substrate (9
0) It consists of 14 quantum flux parametron elements composed of an oxide superconductor layer (10), an insulator layer (30) and a metal layer (20) formed thereon and one dc-SQUID, The quantum flux parametron element includes a first Josephson junction (111), a second Josephson junction (112), a first inductor (113), and a second inductor (114) formed from an oxide superconductor layer. , Signal input line (12), load inductor (13) and ground plane (115)
And a clock input line (21) formed of a metal layer, a third inductor (22), and a fourth inductor (23).

【0023】第1のジョセフソン接合と第1のインダク
タと第2のインダクタと第2のジョセフソン接合が順に
接続されて超電導閉ループを形成している。また、クロ
ック入力線と第3のインダクタと第4のインダクタが順
に直列接続され、信号入力線の端子の一方と負荷インダ
クタの端子の一方が超電導閉ループの一部に接続されて
いる。また、第1のジョセフソン接合と第2のジョセフ
ソン接合の接続点が接地面に接続されている。
The first Josephson junction, the first inductor, the second inductor, and the second Josephson junction are connected in order to form a superconducting closed loop. Further, the clock input line, the third inductor, and the fourth inductor are connected in series in order, and one of the terminals of the signal input line and one of the terminals of the load inductor are connected to a part of the superconducting closed loop. Further, a connection point between the first Josephson junction and the second Josephson junction is connected to a ground plane.

【0024】さらに、第1のインダクタと第3のインダ
クタが磁気結合され、第2のインダクタと第4のインダ
クタが磁気結合される。各量子磁束パラメトロン素子を
形成する負荷インダクタの端子の他方は、隣接する他の
量子磁束パラメトロン素子の信号入力線の端子の他方に
接続されるか、負荷インダクタの端子の他方、もしく
は、接地面に接続される。このような構成とすることに
より、基板は接地面の領域とそれ以外の2つの領域に分
割して形成でき、量子磁束パラメトロン素子は全てそれ
以外の領域に含ませることができる。さらに、接地面を
各量子磁束パラメトロン素子に近接して形成することが
できる。
Further, the first inductor and the third inductor are magnetically coupled, and the second inductor and the fourth inductor are magnetically coupled. The other of the terminals of the load inductor forming each quantum flux parametron element is connected to the other of the signal input line terminals of the other adjacent quantum flux parametron element, or the other of the load inductor terminals or the ground plane. Connected. With such a configuration, the substrate can be formed by being divided into the ground plane region and the other two regions, and all the quantum flux parametron elements can be included in the other regions. Further, a ground plane can be formed close to each quantum flux parametron element.

【0025】本図4におけるIb,S0,S1,S2,Ig2
は、それぞれ、クロック入力線に印加される信号電流で
あり、これらの配線は図3の金属層20から形成する。
また、I0−I7は、信号入力線に印加する信号電流、I
g1およびVoutは、dc−SQUIDに印加する電源電
流、出力電圧であり、これらの配線は、共に、図3の酸
化物超電導体層10から形成する。さらに、I0−I7は
8ビットの入力信号、S0,S1,S2は3ビットの選択
信号である。入力信号はこれらの選択信号により選択さ
れ、dc−SQUIDを通して出力されることになる。
Ib, S0, S1, S2, Ig2 in FIG.
Are signal currents applied to the clock input lines, respectively, and these wirings are formed from the metal layer 20 in FIG.
I0-I7 is a signal current applied to the signal input line;
g1 and Vout are the power supply current and output voltage applied to the dc-SQUID, and these wirings are both formed from the oxide superconductor layer 10 of FIG. Further, I0-I7 is an 8-bit input signal, and S0, S1, and S2 are 3-bit selection signals. The input signal is selected by these selection signals, and is output through dc-SQUID.

【0026】量子磁束パラメトロン素子は、図3におけ
る酸化物超電導体層10のレイアウトが重要である。ま
た、一般に、論理回路を作製するためには複数の素子を
接続しなければならない。量子磁束パラメトロン素子で
論理回路を作製する場合、1つの素子の図2に示す負荷
インダクタ13の端子の一方は、他の素子の図2に示す
信号入力線12の端子の一方、または、他の素子の図2
に示す負荷インダクタ13の端子の一方、または図2に
示す接地面115に接続する。そして、十分大きな出力
電流を得るためには、負荷インダクタンスは小さくしな
ければならないが、これまでの従来例では、負荷インダ
クタンスを小さく保ちながら複数の量子磁束パラメトロ
ン素子を接続するための好適なレイアウトを示した例は
なかった。
In the quantum flux parametron device, the layout of the oxide superconductor layer 10 in FIG. 3 is important. In general, a plurality of elements must be connected to produce a logic circuit. When a logic circuit is manufactured using a quantum flux parametron element, one of the terminals of the load inductor 13 shown in FIG. 2 of one element is connected to one of the terminals of the signal input line 12 shown in FIG. Figure 2 of the device
2 or one of the terminals of the load inductor 13 or the ground plane 115 shown in FIG. Then, in order to obtain a sufficiently large output current, the load inductance must be reduced.However, in the conventional example up to now, a suitable layout for connecting a plurality of quantum flux parametron elements while keeping the load inductance small is adopted. No examples were shown.

【0027】本例では、図3の酸化物超電導体層10
を、図1に示すレイアウトとすることにより、このよう
な、負荷インダクタンスを小さく保ちながら複数の量子
磁束パラメトロン素子を接続することができる。すなわ
ち、図3で示すように、量子磁束パラメトロン素子の酸
化物超電導体層10は、ジョセフソン接合位置40を境
として、接地面の領域とそれ以外の領域に分けることが
でき、図1において、基板90上の図3の酸化物超電導
体層10を、接地面の領域101とそれ以外の領域10
2の2つに分割できる。そして、全ての量子磁束パラメ
トロン素子は、それ以外の領域102に含まれるように
レイアウトする。
In this embodiment, the oxide superconductor layer 10 shown in FIG.
The layout shown in FIG. 1 allows a plurality of quantum flux parametron elements to be connected while keeping such a low load inductance. That is, as shown in FIG. 3, the oxide superconductor layer 10 of the quantum flux parametron element can be divided into a ground plane region and other regions with the Josephson junction position 40 as a boundary. The oxide superconductor layer 10 of FIG. 3 on the substrate 90 is connected to the ground plane region 101 and the other region 10.
It can be divided into two. All the quantum flux parametron devices are laid out so as to be included in the other region 102.

【0028】さらに、この基板90に関しては、それ以
外の領域102は、接地面の領域101により分割され
ていない、いわゆる単連結となっている。従って、各量
子磁束パラメトロン素子は、全ての負荷インダクタと信
号入力線を、接地面の領域を介さずに接続できる。ま
た、量子磁束パラメトロン素子の配線は、接地面の領域
101に近接し、全ての素子が接地面の領域101に埋
めこまれるようにレイアウトされている。このことによ
り、量子磁束パラメトロン素子の負荷インダクタンスが
低減する。それと共に、接地面についても、線幅が増大
するのでインダクタンスが低減する。このようにして、
素子の動作条件を満足する回路素子要素の値が得られる
ので、量子磁束パラメトロン素子からなる酸化物超電導
論理回路を実現できる。
Further, with respect to the substrate 90, the other region 102 is a so-called single connection which is not divided by the ground surface region 101. Therefore, each quantum flux parametron element can connect all the load inductors and the signal input lines without passing through the region of the ground plane. The wiring of the quantum flux parametron element is laid out so as to be close to the area 101 on the ground plane, and all the elements are embedded in the area 101 on the ground plane. This reduces the load inductance of the quantum flux parametron device. At the same time, the line width of the ground plane also increases, so that the inductance decreases. In this way,
Since the values of the circuit element elements satisfying the operation conditions of the element can be obtained, an oxide superconducting logic circuit including a quantum flux parametron element can be realized.

【0029】このような配線のインダクタンスを見積も
るため、実際に、別の基板上に直接結合型dc−SQU
IDを作製し、注入電流/SQUID電圧を測定し、そ
の周期特性から配線のインダクタンスを求めた。その結
果、本実施例の層構成である1層のYBa2Cu3O7で
は、線幅w=0.5mm−3.0mmについて、正方形当た
りのインダクタンスは、温度60K以下の十分低温でL
=1.25pH/squareであった。従って、本図1のレ
イアウトでは、量子磁束パラメトロン素子の負荷インダ
クタンスは、高々30pHとなる。これは、素子動作を
実現するために十分に小さい値であリ、本図1のレイア
ウトにより、8:1マルチプレクサを実現できる。
In order to estimate the inductance of such a wiring, a direct coupling type dc-SQU is actually mounted on another substrate.
The ID was manufactured, the injection current / the SQUID voltage was measured, and the inductance of the wiring was obtained from the periodic characteristic. As a result, in the single-layer YBa2Cu3O7 having the layer configuration of the present embodiment, the inductance per square for a line width w = 0.5 mm-3.0 mm is L at a sufficiently low temperature of 60 K or less.
= 1.25 pH / square. Therefore, in the layout of FIG. 1, the load inductance of the quantum flux parametron device is at most 30 pH. This is a value small enough to realize element operation, and an 8: 1 multiplexer can be realized by the layout of FIG.

【0030】次に、他のレイアウトでの8:1マルチプ
レクサの構成例を説明する。図5は、本発明の酸化物超
電導論理回路装置の本発明に係る構成の第2の実施例を
示すブロック図である。本第2の例は、バイクリスタル
型ジョセフソン接合を用いて、14個の量子磁束パラメ
トロン素子と1個のdc−SQUIDを形成し、これに
より、第1の実施例の図4で示した同じ等価回路で表さ
れる8:1マルチプレクサを作製した例である。層構成
は、第1の実施例と同じAu/SiO/YBa2Cu3O7で
あリ、成膜、リソグラフィ、エッチング等の各作製プロ
セスも第1の実施例と同様である。
Next, an example of the configuration of an 8: 1 multiplexer in another layout will be described. FIG. 5 is a block diagram showing a second embodiment of the configuration according to the present invention of the oxide superconducting logic circuit device of the present invention. In the second example, 14 quantum flux parametron elements and one dc-SQUID are formed using a bicrystal-type Josephson junction, thereby forming the same dc-SQUID as shown in FIG. 4 of the first embodiment. This is an example in which an 8: 1 multiplexer represented by an equivalent circuit is manufactured. The layer configuration is Au / SiO / YBa2Cu3O7, which is the same as that of the first embodiment, and each manufacturing process such as film formation, lithography, and etching is the same as that of the first embodiment.

【0031】本例の基板90aはバイクリスタル基板で
あり、ジョセフソン接合位置40aがバイクリスタルの
接合面である。ジョセフソン接合は、酸化物超電導体層
とジョセフソン接合位置40aの交線に形成される。酸
化物超電導体層は、ジョセフソン接合位置40aを境と
して、接地面の領域101aとそれ以外の領域102a
の2つに分割されている。そして、全ての量子磁束パラ
メトロン素子は、それ以外の領域102aに含まれるよ
うにレイアウトされている。
The substrate 90a of this embodiment is a bicrystal substrate, and the Josephson junction position 40a is the junction surface of the bicrystal. The Josephson junction is formed at the intersection of the oxide superconductor layer and the Josephson junction position 40a. The oxide superconductor layer has a ground plane region 101a and a region 102a other than the region 101a with the Josephson junction position 40a as a boundary.
Is divided into two. All the quantum flux parametron elements are laid out so as to be included in the other region 102a.

【0032】このように、基板90上において、それ以
外の領域102aは、接地面の領域101aにより分割
されていないので、量子磁束パラメトロン素子の負荷イ
ンダクタと信号入力線は全て接地面の領域101aを介
することなく接続できる。これにより、負荷インダクタ
ンスを低減した量子磁束パラメトロン素子からなる酸化
物超電導論理回路を実現できる。
As described above, since the other region 102a on the substrate 90 is not divided by the ground plane region 101a, all the load inductors and signal input lines of the quantum flux parametron element are connected to the ground plane region 101a. You can connect without going through. Thus, an oxide superconducting logic circuit including a quantum flux parametron element with reduced load inductance can be realized.

【0033】さらに、第1の実施例のステップエッジ型
ジョセフソン接合では、基板に段差を形成しているの
で、Au配線がこの段差を乗り越えるために十分な膜厚t
=280nmを必要としたが、本第2の実施例では、ジョセフ
ソン接合としてバイクリスタル型を用いたので、このよ
うな段差がなくなり、回路作製プロセスの制約はより緩
くなリ、実際、膜厚t=200nmのAuを用いて回路を作製で
き、歩留まりも向上する。また、金属層であるAu配線
の段差による断線が減少し、回路作製の歩留まりがさら
に向上する。
Further, in the step-edge type Josephson junction of the first embodiment, since a step is formed in the substrate, the film thickness t is sufficient for the Au wiring to get over this step.
In the second embodiment, a bicrystal type was used as the Josephson junction, so such a step was eliminated, and the restriction on the circuit fabrication process was relaxed. A circuit can be manufactured using Au of t = 200 nm, and the yield is improved. Further, disconnection due to a step of the Au wiring as a metal layer is reduced, and the yield of circuit fabrication is further improved.

【0034】図6は、本発明の酸化物超電導論理回路装
置の本発明に係る構成の第3の実施例を示すブロック図
であり、図7は、その等価回路を示す回路図である。図
6で示す本第3の実施例は、バイクリスタル型ジョセフ
ソン接合を用いて、8個の量子磁束パラメトロン素子と
1個のdc−SQUIDを形成し、これより図7の等価
回路で表される8:1マルチプレクサを作製したもので
ある。層構成は、第1,第2の実施例と同じAu/SiO
/YBa2Cu3O7であリ、成膜、リソグラフィ、エッチ
ング等の各作製プロセスも第1,第2の実施例と同様で
ある。
FIG. 6 is a block diagram showing a third embodiment of the configuration according to the present invention of the oxide superconducting logic circuit device of the present invention, and FIG. 7 is a circuit diagram showing an equivalent circuit thereof. In the third embodiment shown in FIG. 6, eight quantum flux parametron elements and one dc-SQUID are formed using a bicrystal Josephson junction, and are represented by an equivalent circuit of FIG. 8: 1 multiplexer. The layer structure is the same as that of the first and second embodiments, Au / SiO.
/ YBa2Cu3O7, and the respective manufacturing processes such as film formation, lithography, and etching are the same as those in the first and second embodiments.

【0035】第1,第2の実施例では、選択信号のビッ
ト数はS0,S1,S2の3ビットと小さいが、量子磁束
パラメトロン素子は14個を要した。本第3の実施例で
は、選択信号は8ビットと大きいが、量子磁束パラメト
ロン素子は8個と少ない数で構成できる。図6および図
7中のIb0−Ib7は、金属層から形成されたクロック入
力線に印加される信号電流であり、これらが選択信号と
なる。
In the first and second embodiments, the number of bits of the selection signal is as small as 3 bits S0, S1, and S2, but 14 quantum flux parametron elements are required. In the third embodiment, the selection signal is as large as 8 bits, but the number of quantum flux parametron elements can be as small as eight. Ib0-Ib7 in FIGS. 6 and 7 are signal currents applied to a clock input line formed of a metal layer, and these become the selection signals.

【0036】図6において、基板90bはバイクリスタ
ル基板であり、ジョセフソン接合位置40bがバイクリ
スタルの接合面である。ジョセフソン接合は酸化物超電
導体層とジョセフソン接合位置40bの交線に形成され
る。酸化物超電導体層は、ジョセフソン接合位置40b
を境として、接地面の領域101bとそれ以外の領域1
02bの2つに分割されている。そして、全ての量子磁
束パラメトロン素子は、それ以外の領域102bに含ま
れるようにレイアウトされている。
In FIG. 6, a substrate 90b is a bicrystal substrate, and a Josephson junction position 40b is a junction surface of the bicrystal. The Josephson junction is formed at the intersection of the oxide superconductor layer and the Josephson junction position 40b. The oxide superconductor layer is located at the Josephson junction position 40b.
And the other area 1
02b. All the quantum flux parametron elements are laid out so as to be included in the other region 102b.

【0037】このように、基板90b上において、それ
以外の領域102bは、接地面の領域101bにより分
割されていないので、第1、第2の実施例と同様に、量
子磁束パラメトロン素子の負荷インダクタと信号入力線
は全て接地面の領域101bを介することなく接続でき
る。これにより、負荷インダクタンスを低減した量子磁
束パラメトロン素子からなる酸化物超電導論理回路を実
現できる。さらに、第2の実施例と同様に、ジョセフソ
ン接合としてバイクリスタル型を用いたので、このよう
な段差がなくなり、回路作製プロセスの制約はより緩く
なリ、かつ、段差による断線が減少し、回路作製の歩留
まりが向上する。
As described above, since the other region 102b on the substrate 90b is not divided by the ground plane region 101b, the load inductor of the quantum flux parametron element is similar to the first and second embodiments. And the signal input lines can be connected without passing through the ground plane region 101b. Thus, an oxide superconducting logic circuit including a quantum flux parametron element with reduced load inductance can be realized. Furthermore, as in the second embodiment, since the Josephson junction is of the bicrystal type, such a step is eliminated, the restriction on the circuit fabrication process is loosened, and the disconnection due to the step is reduced. The yield of circuit fabrication is improved.

【0038】図8は、本発明の酸化物超電導論理回路装
置の本発明に係る構成の第4の実施例を示すブロック図
である。本例は、基板90c上において、接地面の領域
101cが、それ以外の領域102cにより分割された
構成となっている。このようなレイアウトにおいても、
第1〜第3の実施例と同様に、量子磁束パラメトロン素
子の負荷インダクタと信号入力線は全て接地面の領域1
01cを介することなく接続でき、負荷インダクタンス
を低減した量子磁束パラメトロン素子からなる酸化物超
電導論理回路を実現できる。尚、本例の酸化物超電導論
理回路装置では、各接地面の領域101c間は回路外で
接続する。
FIG. 8 is a block diagram showing a fourth embodiment of the configuration according to the present invention of the oxide superconducting logic circuit device of the present invention. This example has a configuration in which a ground plane area 101c is divided by another area 102c on a substrate 90c. Even in such a layout,
As in the first to third embodiments, the load inductors and signal input lines of the quantum flux parametron element are all connected to the ground plane region 1.
01c, and an oxide superconducting logic circuit comprising a quantum flux parametron element with reduced load inductance can be realized. In the oxide superconducting logic circuit device of this example, the connection between the regions 101c of the respective ground planes is made outside the circuit.

【0039】以上、図1〜図8を用いて説明したよう
に、本実施例の酸化物超電導論理回路装置は、基板上
に、酸化物超電導体層と絶縁体層および金属層を設けた
層構成からなり、さらに、酸化物超電導体層について、
接地面の領域とそれ以外の領域に分割し、全ての量子磁
束パラメトロン素子を、それ以外の領域に含むように形
成する。従って、量子磁束パラメトロン素子の負荷イン
ダクタと信号入力線は全て接地面の領域を介せずに接続
できるので、量子磁束パラメトロン素子の動作条件を満
足する最適なレイアウトを構成でき、量子磁束パラメト
ロン素子からなる酸化物超電導論理回路を実現できる。
As described above with reference to FIGS. 1 to 8, the oxide superconducting logic circuit device of this embodiment has a structure in which an oxide superconductor layer, an insulator layer, and a metal layer are provided on a substrate. The oxide superconductor layer,
It is divided into a ground plane region and other regions, and all the quantum flux parametron elements are formed so as to be included in the other regions. Therefore, since the load inductors and signal input lines of the quantum flux parametron element can all be connected without passing through the ground plane area, an optimal layout that satisfies the operating conditions of the quantum flux parametron element can be configured. Oxide superconducting logic circuit can be realized.

【0040】すなわち、本実施例の酸化物超電導論理回
路装置は、酸化物超電導体層と絶縁体層および金属層の
層構成であり、少なくとも1層の酸化物超電導体層を用
いて作製される。このように、1層構成の酸化物超電導
体層で量子磁束パラメトロン素子と接地面を形成する場
合、接地面の領域が量子磁束パラメトロン素子の含まれ
る領域を2つ以上に分け、基板が3つ以上の領域に分割
されると、異なる領域に含まれる量子磁束パラメトロン
素子間の負荷インダクタと信号入力線は接地面の領域を
介せずには接続できないことになるが、本例では、基板
を接地面の領域とそれ以外の2つの領域に分割し、全て
の量子磁束パラメトロン素子がそれ以外の領域に含まれ
るようにする。
That is, the oxide superconducting logic circuit device of this embodiment has a layer structure of an oxide superconductor layer, an insulator layer, and a metal layer, and is manufactured using at least one oxide superconductor layer. . As described above, when the ground plane and the quantum flux parametron element are formed by the oxide superconductor layer having a single-layer structure, the area of the ground plane is divided into two or more areas including the quantum flux parametron element, and three substrates are used. When divided into the above-mentioned regions, the load inductor and the signal input line between the quantum flux parametron elements included in the different regions cannot be connected without passing through the region of the ground plane. The region is divided into a ground plane region and two other regions so that all the quantum flux parametron elements are included in the other region.

【0041】このことにより、それ以外の領域は単連結
となるので、量子磁束パラメトロン素子の負荷インダク
タと信号入力線は全て接地面の領域を介せずに接続でき
ることになる。従って、層構成やジョセフソン接合の配
置に関する制約の下で動作条件を満足するに好適なレイ
アウトを構成でき、これにより、量子磁束パラメトロン
素子からなる酸化物超電導論理回路を実現できる。具体
的には、金属層と絶縁体層の材料を適宜に選択すること
により、酸化物超電導体層、金属層、絶縁体層の成膜条
件を最適化し、層間ショートを抑え回路動作の障害のな
い酸化物超電導論理回路を実現する。
As a result, since the other regions are simply connected, the load inductor of the quantum flux parametron element and the signal input lines can all be connected without passing through the region of the ground plane. Therefore, a layout suitable for satisfying the operating conditions can be configured under the restrictions on the layer configuration and the arrangement of the Josephson junctions, thereby realizing an oxide superconducting logic circuit including a quantum flux parametron device. Specifically, by appropriately selecting the materials of the metal layer and the insulator layer, the film formation conditions of the oxide superconductor layer, the metal layer, and the insulator layer are optimized, and interlayer short-circuits are suppressed to prevent circuit operation failure. To realize no oxide superconducting logic circuit.

【0042】尚、本発明は、図1〜図8を用いて説明し
た実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能である。例えば、本例の
層構成では、金属層は超電導体であるが、必ずしも超電
導体である必要はなく、絶縁体層と同様に、材料は自由
に選択できる。この場合、各層が形成する回路素子要素
は適当に選択しなければならない。
The present invention is not limited to the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 8, and can be variously modified without departing from the gist thereof. For example, in the layer configuration of the present example, the metal layer is a superconductor, but it is not necessarily required to be a superconductor, and the material can be freely selected similarly to the insulator layer. In this case, the circuit element elements formed by each layer must be appropriately selected.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明によれば、量子磁束パラメトロン
素子の動作条件を満足し、かつ、層構成やジョセフソン
接合の配置に関する回路構成の制約が考慮された酸化物
超電導論理回路を作製することができ、量子磁束パラメ
トロン素子を用いた酸化物超電導論理回路装置を実用化
することが可能である。
According to the present invention, there is provided an oxide superconducting logic circuit which satisfies the operating conditions of the quantum flux parametron element and takes into account the restrictions of the circuit configuration regarding the layer configuration and the arrangement of Josephson junctions. Thus, an oxide superconducting logic circuit device using a quantum flux parametron element can be put to practical use.

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

【図1】本発明の酸化物超電導論理回路装置の本発明に
係る構成の第1の実施例を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a configuration according to the present invention of an oxide superconducting logic circuit device of the present invention.

【図2】図1における酸化物超電導論理回路装置内の量
子磁束パラメトロン素子の等価回路を示す回路図であ
る。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a quantum flux parametron element in the oxide superconducting logic circuit device in FIG.

【図3】図1における酸化物超電導論理回路装置内の量
子磁束パラメトロン素子のレイアウトを示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a layout of a quantum flux parametron element in the oxide superconducting logic circuit device in FIG. 1;

【図4】図1における酸化物超電導論理回路装置の等価
回路を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the oxide superconducting logic circuit device in FIG.

【図5】本発明の酸化物超電導論理回路装置の本発明に
係る構成の第2の実施例を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a second embodiment of the configuration according to the present invention of the oxide superconducting logic circuit device of the present invention.

【図6】本発明の酸化物超電導論理回路装置の本発明に
係る構成の第3の実施例を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a third embodiment of the configuration according to the present invention of the oxide superconducting logic circuit device of the present invention.

【図7】図6における酸化物超電導論理回路装置の等価
回路を示す回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the oxide superconducting logic circuit device in FIG. 6;

【図8】本発明の酸化物超電導論理回路装置の本発明に
係る構成の第4の実施例を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a fourth embodiment of the configuration according to the present invention of the oxide superconducting logic circuit device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:酸化物超電導体層、11:超電導閉ループ、1
2:信号入力線、13:負荷インダクタ、20:金属
層、21:クロック入力線、22:第3のインダクタ、
23:第4のインダクタ、30:絶縁体層、40,40
a,40b:ジョセフソン接合位置、90,90a〜9
0c:基板、91:素子パターン、92:接地パター
ン、93:接続パターン、101,101a〜101
c:接地面の領域、102,102a〜102c:それ
以外の領域、111:第1のジョセフソン接合、11
2:第2のジョセフソン接合、113:第1のインダク
タ、114:第2のインダクタ、115:接地面。
10: oxide superconductor layer, 11: superconducting closed loop, 1
2: signal input line, 13: load inductor, 20: metal layer, 21: clock input line, 22: third inductor,
23: fourth inductor, 30: insulator layer, 40, 40
a, 40b: Josephson junction position, 90, 90a-9
0c: substrate, 91: element pattern, 92: ground pattern, 93: connection pattern, 101, 101a to 101
c: ground plane area, 102, 102a to 102c: other area, 111: first Josephson junction, 11
2: second Josephson junction, 113: first inductor, 114: second inductor, 115: ground plane.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼木 一正 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式会 社日立製作所基礎研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor ▲ Taka ▼ Kazumasa Ki 2520 Akanuma, Hatoyama-cho, Hiki-gun, Saitama Pref.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の量子磁束パラメトロン素子を接続
してなる酸化物超電導論理回路装置であって、上記量子
磁束パラメトロン素子の素子パターンと接地パターンと
をジョセフソン接合部分で分けて形成すると共に、各素
子パターン間を接続する接続パターンを連続した形状で
形成する酸化物超電導体層と、該酸化物超電導体層が成
膜され、該成膜された上記酸化物超電導体層に上記ジョ
セフソン接合を形成させる部分を連続した線上に有し、
複数の上記接地パターンを一つの共通接地パターンで形
成させる基板と、該基板上で上記素子パターンと上記接
続パターンおよび上記接地パターンを形成した上記酸化
物超電導体層を被う絶縁層と、該絶縁層上に成膜され、
上記酸化物超電導体層の上記素子パターンでの超電導閉
ループを形成するインダクタ部分に信号を磁気結合によ
り供給する金属層とからなることを特徴とする酸化物超
電導論理回路装置。
An oxide superconducting logic circuit device comprising a plurality of quantum flux parametron elements connected to each other, wherein an element pattern of the quantum flux parametron element and a ground pattern are formed separately at a Josephson junction, An oxide superconductor layer for forming a connection pattern for connecting the respective element patterns in a continuous shape; and the oxide superconductor layer formed on the oxide superconductor layer. The Josephson junction is formed on the formed oxide superconductor layer. Having a portion to form on a continuous line,
A substrate on which a plurality of the ground patterns are formed by one common ground pattern; an insulating layer covering the element superconductor layer, the connection pattern and the oxide superconductor layer on which the ground pattern is formed; Deposited on the layer,
An oxide superconducting logic circuit device, comprising: a metal layer that supplies a signal by magnetic coupling to an inductor portion forming a superconducting closed loop in the element pattern of the oxide superconducting layer.
【請求項2】 請求項1に記載の酸化物超電導論理回路
装置において、上記素子パターンは、上記超電導閉ルー
プを形成する第1,第2の上記インダクタと第1,第2
の上記ジョセフソン接合からなり、上記接続パターン
は、上記第1,第2のインダクタの中間点に接続される
入力線および負荷インダクタとからなり、該負荷インダ
クタを、隣接する上記量子磁束パラメトロン素子の上記
入力線もしくは上記負荷インダクタに接続し、上記接地
パターンは、上記第1,第2のインダクタに上記第1,
第2のジョセフソン接合を挾んで対向して上記超電導閉
ループを形成し、上記金属層は、上記第1,第2のイン
ダクタのそれぞれと磁気結合する第3,第4のインダク
タからなることを特徴とする酸化物超電導論理回路装
置。
2. The oxide superconducting logic circuit device according to claim 1, wherein said element pattern comprises first and second inductors and first and second inductors forming said superconducting closed loop.
Wherein the connection pattern comprises an input line connected to an intermediate point between the first and second inductors and a load inductor, and connects the load inductor to an adjacent quantum flux parametron element. The ground pattern is connected to the input line or the load inductor, and the first and second inductors are connected to the first and second inductors.
The superconducting closed loop is formed opposite to the second Josephson junction, and the metal layer includes third and fourth inductors magnetically coupled to the first and second inductors. Oxide superconducting logic circuit device.
【請求項3】 請求項1、もしくは、請求項2のいずれ
かに記載の酸化物超電導論理回路装置において、上記金
属層は、酸化物超電導体からなることを特徴とする酸化
物超電導論理回路装置。
3. The oxide superconducting logic circuit device according to claim 1, wherein said metal layer is made of an oxide superconductor. .
【請求項4】 請求項1から請求項3のいずれかに記載
の酸化物超電導論理回路装置装置において、上記基板
は、全ての上記ジョセフソン接合を形成させる部分を、
一つの連続した線上に有し、全ての上記接地パターンを
一つの共通接地パターンで形成させることを特徴とする
酸化物超電導論理回路装置。
4. The oxide superconducting logic circuit device according to claim 1, wherein the substrate has a portion for forming all the Josephson junctions.
An oxide superconducting logic circuit device having on one continuous line, wherein all the ground patterns are formed by one common ground pattern.
【請求項5】 請求項1から請求項4のいずれかに記載
の酸化物超電導論理回路装置において、上記基板は、上
記ジョセフソン接合を形成する部分として、連続した段
差を有することを特徴とする酸化物超電導論理回路装
置。
5. The oxide superconducting logic circuit device according to claim 1, wherein the substrate has a continuous step as a portion forming the Josephson junction. Oxide superconducting logic circuit device.
【請求項6】 請求項1から請求項4のいずれかに記載
の酸化物超電導論理回路装置において、上記基板は、上
記ジョセフソン接合を形成させる部分を連続した直線上
に有することを特徴とする酸化物超電導論理回路装置。
6. The oxide superconducting logic circuit device according to claim 1, wherein the substrate has a portion on which the Josephson junction is formed on a continuous straight line. Oxide superconducting logic circuit device.
【請求項7】 請求項5に記載の酸化物超電導論理回路
装置において、上記基板はバイクリスタル基板からな
り、該バイクリスタルの接合面で上記ジョセフソン接合
を形成することを特徴とする酸化物超電導論理回路装
置。
7. The oxide superconducting logic circuit device according to claim 5, wherein said substrate comprises a bicrystal substrate, and said Josephson junction is formed at a junction surface of said bicrystal. Logic circuit device.
JP9189383A 1997-07-15 1997-07-15 Oxide superconducting logic circuit device Pending JPH1140866A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007324180A (en) * 2006-05-30 2007-12-13 Fujitsu Ltd Superconducting element and manufacturing method thereof

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JP2007324180A (en) * 2006-05-30 2007-12-13 Fujitsu Ltd Superconducting element and manufacturing method thereof

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