JPS6055680A - ジヨセフソン集積回路 - Google Patents
ジヨセフソン集積回路Info
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- JPS6055680A JPS6055680A JP58163218A JP16321883A JPS6055680A JP S6055680 A JPS6055680 A JP S6055680A JP 58163218 A JP58163218 A JP 58163218A JP 16321883 A JP16321883 A JP 16321883A JP S6055680 A JPS6055680 A JP S6055680A
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- Japan
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- film
- integrated circuit
- josephson integrated
- layer
- josephson
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、極低温で使用するジョセフソン集積回路に係
シ、特に回路の冷却効率全改善した高集積化に好適なジ
ョセフソン集積回路の構造に関する。
シ、特に回路の冷却効率全改善した高集積化に好適なジ
ョセフソン集積回路の構造に関する。
従来のジョセフソン集積回路は、厚さ０．３〜０．５ｍ
の絶縁物基板上に作製され、回路全体は厚さ５００〜２
０００１ｍの絶縁物より成る保護膜におおわれていた。
の絶縁物基板上に作製され、回路全体は厚さ５００〜２
０００１ｍの絶縁物より成る保護膜におおわれていた。
ジョセフソン集積回路では、主にＡｕＩ”２ｈるいはＭ
Ｏ等で構成される薄膜抵抗体において発熱が生じ、その
大きさは１ｍＷＺｃｒｌの程度に達する。この発熱は局
所的とは言え、大きな値である。従来のジョセフソン集
積回路では、これらの熱は主に基板及び保護膜中全伝播
し、液体１（ｅなどの冷媒によって吸収されている。熱
の伝播は、例えば保護膜中では膜面に垂直方向が主であ
り、従って熱交換は主に発熱部分の直上に限られる。こ
のため、回路中に発熱の大小などの差による温度分布が
生じ、ジョセフソン接合素子の特性、あるいは抵抗体の
抵抗値が見かけ上ばらつき、また液体）１ｅが核沸騰を
起こして気泡が生じ冷却の効率が低下して、正常な回路
動作を害するという問題があった。
Ｏ等で構成される薄膜抵抗体において発熱が生じ、その
大きさは１ｍＷＺｃｒｌの程度に達する。この発熱は局
所的とは言え、大きな値である。従来のジョセフソン集
積回路では、これらの熱は主に基板及び保護膜中全伝播
し、液体１（ｅなどの冷媒によって吸収されている。熱
の伝播は、例えば保護膜中では膜面に垂直方向が主であ
り、従って熱交換は主に発熱部分の直上に限られる。こ
のため、回路中に発熱の大小などの差による温度分布が
生じ、ジョセフソン接合素子の特性、あるいは抵抗体の
抵抗値が見かけ上ばらつき、また液体）１ｅが核沸騰を
起こして気泡が生じ冷却の効率が低下して、正常な回路
動作を害するという問題があった。
本発明の目的は、ジョセフソン集積回路の冷却方法を改
善すること、具体的には回路の保護膜の構造及び材料を
改善することにより、安定な動作の得られる高集積度の
ジョセフソン集積回路を提供することにある。
善すること、具体的には回路の保護膜の構造及び材料を
改善することにより、安定な動作の得られる高集積度の
ジョセフソン集積回路を提供することにある。
上記目的を達成するだめの本発明の特徴は、従来技術の
欠点であった回路の保護膜を通しての熱伝播及び熱交換
効率の悪さを改善するために、従来は絶縁物のみによっ
て構成されていた保護膜の最上部又は中間部分に金属層
を設けたことにある。
欠点であった回路の保護膜を通しての熱伝播及び熱交換
効率の悪さを改善するために、従来は絶縁物のみによっ
て構成されていた保護膜の最上部又は中間部分に金属層
を設けたことにある。
以下、本発明を実施例に従って詳細に説明する。
第１図は本発明の実施例によるジョセフソン集積回路の
一部分である。厚さ０．４ ｍのＳｉ基板１を１１００
Ｃで熱酸化して表面に厚さ７００ ｎｍのＳｉＯ２層２
を形成した。次いでマグネトワンスバッタリング法によ
シ厚さ約３００ ｎｍのＮｂ膜より成るグランドプレー
ン３を形成した。Ａｒイオンエツチング法によってグラ
ンドプレーン３を加工し、次いで厚さ約３００ ｎｍの
絶縁膜を形成する。抵抗体４としてＭＯを約１５０１ｍ
Ｒ，Ｆスパッタリング法により堆積させたのち、Ａｒイ
オンエツチング法で加工した。ついで′厚さ約２００ｎ
ｍのＮｂ薄膜よ構成る下部電極５、厚さ約２５０ｎｍの
ＳｉＯ膜よ構成シジョセフソン接合の面積を決める開口
部を有する層間絶縁膜６、厚さ約４ｎｍのＮｂｚＯｓ
より成るトンネル障壁層７、厚さ約５ＱＱｎｍのＰｂ−
Ｉｎ５％合金ヨシ成ル構成電極８、を形成した。ＳｔＯ
及びＰｂ−Ｉｎ５チ合金の薄膜はそれぞれ抵抗加熱法に
よって成膜し、リフトオフ法によシ加工した。次にこの
回路の全面に約５００ ｎｍの５ｉｏ９と約３００ｎｍ
のＡｔｌ０の２層膜よ構成る保護膜を設けた。以上によ
シ本発明のジョセフソン集積回路を実現することができ
た。このジョセフソン集積回路を液体１（ｅに浸して冷
却し、回路の動作を行ったところ、仮にＳｉＯ膜面内に
は熱の分布があってもＡ／、膜中を熱が伝播することか
ら、液体１（ｅとの界面においてはＨｅが核沸騰を引き
起こす０．５〜０．８ｍＷ／ｃＪよシも小さい熱の集中
におさえることができるため、ＬＳＩチップ上に）ｌｅ
の気泡が生じて、熱交換効率を低下させるようなことは
−切なかったばかりでなく、ＬＳＩチップ全体の温度分
布を小さくできるため、ジョセフソン接合素子および抵
抗体の特性ばらつきを抑えることができ、安定な動作を
実現することができた。また本実施例では２層の保護膜
を回路の全面に設けたが、特に発熱の大きい回路部分に
限定しても、冷却効率を十分に改善することができた。
一部分である。厚さ０．４ ｍのＳｉ基板１を１１００
Ｃで熱酸化して表面に厚さ７００ ｎｍのＳｉＯ２層２
を形成した。次いでマグネトワンスバッタリング法によ
シ厚さ約３００ ｎｍのＮｂ膜より成るグランドプレー
ン３を形成した。Ａｒイオンエツチング法によってグラ
ンドプレーン３を加工し、次いで厚さ約３００ ｎｍの
絶縁膜を形成する。抵抗体４としてＭＯを約１５０１ｍ
Ｒ，Ｆスパッタリング法により堆積させたのち、Ａｒイ
オンエツチング法で加工した。ついで′厚さ約２００ｎ
ｍのＮｂ薄膜よ構成る下部電極５、厚さ約２５０ｎｍの
ＳｉＯ膜よ構成シジョセフソン接合の面積を決める開口
部を有する層間絶縁膜６、厚さ約４ｎｍのＮｂｚＯｓ
より成るトンネル障壁層７、厚さ約５ＱＱｎｍのＰｂ−
Ｉｎ５％合金ヨシ成ル構成電極８、を形成した。ＳｔＯ
及びＰｂ−Ｉｎ５チ合金の薄膜はそれぞれ抵抗加熱法に
よって成膜し、リフトオフ法によシ加工した。次にこの
回路の全面に約５００ ｎｍの５ｉｏ９と約３００ｎｍ
のＡｔｌ０の２層膜よ構成る保護膜を設けた。以上によ
シ本発明のジョセフソン集積回路を実現することができ
た。このジョセフソン集積回路を液体１（ｅに浸して冷
却し、回路の動作を行ったところ、仮にＳｉＯ膜面内に
は熱の分布があってもＡ／、膜中を熱が伝播することか
ら、液体１（ｅとの界面においてはＨｅが核沸騰を引き
起こす０．５〜０．８ｍＷ／ｃＪよシも小さい熱の集中
におさえることができるため、ＬＳＩチップ上に）ｌｅ
の気泡が生じて、熱交換効率を低下させるようなことは
−切なかったばかりでなく、ＬＳＩチップ全体の温度分
布を小さくできるため、ジョセフソン接合素子および抵
抗体の特性ばらつきを抑えることができ、安定な動作を
実現することができた。また本実施例では２層の保護膜
を回路の全面に設けたが、特に発熱の大きい回路部分に
限定しても、冷却効率を十分に改善することができた。
さらに保護膜に用いる金属層にはここで述べたＡｔの他
にＣ’ ＨＡ ｇ ＊ Ｉ ” ＋Ｎｂ、Ｐｂ合金等を
用いても同様の効果があったが、特にＣｕを用いた場合
には、上層に厚さ約３ Ｑ ｎｍのＡＬＩを蒸着するこ
とによって、耐食性が向上し、保護膜としての機能を高
めることができた。同様の目的で金属層の上層にさらに
絶縁物膜を設け３層構造の保護膜を行っても同じ効果が
得られた。
にＣ’ ＨＡ ｇ ＊ Ｉ ” ＋Ｎｂ、Ｐｂ合金等を
用いても同様の効果があったが、特にＣｕを用いた場合
には、上層に厚さ約３ Ｑ ｎｍのＡＬＩを蒸着するこ
とによって、耐食性が向上し、保護膜としての機能を高
めることができた。同様の目的で金属層の上層にさらに
絶縁物膜を設け３層構造の保護膜を行っても同じ効果が
得られた。
また第２図に示したごとく、２層構造の保護膜の金属層
にＮｂ又はｐｂ金合金を用いた場合には、これらの超電
導薄膜が磁気じゃへい膜としての機能をも有するため、
第１図においては用いていたブラングプレーン３を省略
することができる。
にＮｂ又はｐｂ金合金を用いた場合には、これらの超電
導薄膜が磁気じゃへい膜としての機能をも有するため、
第１図においては用いていたブラングプレーン３を省略
することができる。
なお、本実施例では、保護膜の絶縁物材料としてＳｔＯ
を用いたが、８ｊＯ２，８ｊ、Ｇｅを用いても同様の効
果を得た。さらにＳｉＯの代わシにＡｔ ２０ ｓ を
用いれば、Ａｔ２０３ が極低温で大きな熱伝導率を有
するため、ＬＳＩの温度分布をさらに小さくすることが
できた。
を用いたが、８ｊＯ２，８ｊ、Ｇｅを用いても同様の効
果を得た。さらにＳｉＯの代わシにＡｔ ２０ ｓ を
用いれば、Ａｔ２０３ が極低温で大きな熱伝導率を有
するため、ＬＳＩの温度分布をさらに小さくすることが
できた。
以上述べた様に、本発明によれば従来技術の欠点を改善
して、安定に動作する高集積度のジョセフソン集積回路
を実現することができた。
して、安定に動作する高集積度のジョセフソン集積回路
を実現することができた。
本発明によれば、液体Ｈｅ等の冷媒に浸して使用するジ
ョセフソン集積回路において、発熱部分からの熱の伝播
効率を向上させることができ、従ってＬＳＩ全体の温度
分布を小さくシ、またＬＳＩ上で）ｌｅが核沸騰を起こ
さずに熱効換を行うことができる限度以上の熱の流れが
生じることも防止できるために、安定に動作する高集積
ジョセフソン集積回路を実現できる効果がある。
ョセフソン集積回路において、発熱部分からの熱の伝播
効率を向上させることができ、従ってＬＳＩ全体の温度
分布を小さくシ、またＬＳＩ上で）ｌｅが核沸騰を起こ
さずに熱効換を行うことができる限度以上の熱の流れが
生じることも防止できるために、安定に動作する高集積
ジョセフソン集積回路を実現できる効果がある。
第１図および第２図は、本発明の一実施例によるジョセ
フソン集積回路の一部を示す断面図である。 １・・・Ｓｉ基板、２・・・Ｓ’０２、ａ・・・グラン
ドプレー／、４・・・抵抗体、５・・・下部電極、６・
・・絶縁膜、７００．トンネル障壁層、８・・・上部電
極、９・・・ＳｉＯ。
フソン集積回路の一部を示す断面図である。 １・・・Ｓｉ基板、２・・・Ｓ’０２、ａ・・・グラン
ドプレー／、４・・・抵抗体、５・・・下部電極、６・
・・絶縁膜、７００．トンネル障壁層、８・・・上部電
極、９・・・ＳｉＯ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、回路の全部又は一部分に、絶縁物あるいは半導体と
金属とから成る２層以上の多層膜で構成された保護膜を
設けたことを特徴とするジョセフソン集積回路。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のジョセフソン集積回
路において、上記保護膜を構成する金属は、Ａ ｔ＋
Ｃ’ ＊ Ａ ｇ Ｔ Ａ ” ｔ Ｎ ｂ ｅ Ｐ
ｂ合金の群よシ選ばれた１つ以上の材料よ構成ることを
特徴とするジョセフソン集積回路。 ３、特許請求の範囲第１項に記載のジョセフソン集積回
路において、上記保護膜を構成する絶縁物は、Ｓ ｌｏ
＋ ８ ’０２ 、 Ａ１２０Ｂの群よシ選ばれた材料
より成ることを特徴とするジョセフソン集積回路。 ４、特許請求の範囲第１項に記載のジョセフソン集積回
路において、上記保護膜を構成する半導体は、Ｓｉ又は
Ｇｅを主成分とすることを特徴セフンン集積回路におい
て、保護膜を構成する金属に超電導材料であるＮｂ又は
ｐｂ金合金用い、これを接地して、磁気じゃへい膜の機
能を持たせたことを特徴とするジョセフソン集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58163218A JPS6055680A (ja) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | ジヨセフソン集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58163218A JPS6055680A (ja) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | ジヨセフソン集積回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6055680A true JPS6055680A (ja) | 1985-03-30 |
Family
ID=15769549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58163218A Pending JPS6055680A (ja) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | ジヨセフソン集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6055680A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009127365A (ja) * | 2007-11-27 | 2009-06-11 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 引戸 |
-
1983
- 1983-09-07 JP JP58163218A patent/JPS6055680A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009127365A (ja) * | 2007-11-27 | 2009-06-11 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 引戸 |
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