JPS62124697A - Superconductive memory device - Google Patents

Superconductive memory device

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JPS62124697A
JPS62124697A JP60262514A JP26251485A JPS62124697A JP S62124697 A JPS62124697 A JP S62124697A JP 60262514 A JP60262514 A JP 60262514A JP 26251485 A JP26251485 A JP 26251485A JP S62124697 A JPS62124697 A JP S62124697A
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JP
Japan
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information
abrikosov
magnetic flux
writing
superconductor layer
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JP60262514A
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Japanese (ja)
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Masashi Mukoda
昌志 向田
Kazunori Miyahara
一紀 宮原
Koji Takaragawa
宝川 幸司
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • H10N60/12Josephson-effect devices

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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

PURPOSE:To simplify writing operation, and to facilitate high integration and to heighten writing speed by holding a specified Abrikosov vortex selectively to a superconductor layer and supplying specified current to a control line. CONSTITUTION:Depending on the direction of current given to a superconductor layer 2 that constitutes an information writing and storing means 1, upward or downward Abrikosov vortex alpha corresponding to '0' or '1' of memory information is held selectively in the superconductor layer 2 of the information writing means 1. When control current Ics is given to a control line 34, and at the same time, bias current Is is supplied to a Josephson junction element, the Josephson junction element 22 becomes either pressure state or zero voltage state corresponding to the direction of the Abrikosov vortex alpha. Thereby, the writing operation is made simple and the margin of writing operation can be widened. As the Abrikosov vortex is shifted to an information reading means side at high speed, writing speed is enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、情報をアブリコソフ磁束量子の形で超伝導体
内に記憶する超伝導記憶装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a superconducting memory device that stores information in the form of Abrikosov flux quanta in a superconductor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

アブリコソフ磁束量子を記憶情報として用いた装置は、
特公昭6−34194号公報やアプライドフィシツクス
レクー誌(静plied Physfcs Lette
rs、Vol、39 No、12 Desember 
1981.pp、992〜993)に既に開示されてい
る。
A device that uses Abrikosov magnetic flux quanta as storage information is
Special Publication No. 6-34194 and Applied Physics Letter
rs, Vol, 39 No, 12 December
1981. pp. 992-993).

第9図はアブリコソフ磁束量子記憶装置の従来例のひと
つを示す概略斜視図である。アブリコソフ磁束量子を保
持するための膜厚の薄い超伝導体膜51と、超伝導体膜
51の一部を下部電極とし超伝導体膜52を上部電極と
する磁束量子検出用ジョセフソン接合53と、超伝導体
膜51の端5近くに設けられた磁束量子書込線54と、
超伝導体膜51の端55を除く周辺を囲む超伝導体膜5
1よりも膜厚の厚い超伝導体膜51′とで構成されてい
る。なお、Bは超伝導体膜51内に保持されているアプ
リコツプ磁束量子を概念的に表しているものである。
FIG. 9 is a schematic perspective view showing one of the conventional examples of the Abrikosov magnetic flux quantum memory device. A thin superconductor film 51 for holding Abrikosov magnetic flux quanta, and a Josephson junction 53 for detecting magnetic flux quantum in which a part of the superconductor film 51 is used as a lower electrode and the superconductor film 52 is used as an upper electrode. , a magnetic flux quantum writing line 54 provided near the end 5 of the superconductor film 51;
The superconductor film 5 surrounding the periphery of the superconductor film 51 except for the edge 55
The superconductor film 51' is thicker than the superconductor film 51'. Note that B conceptually represents the apricot tip magnetic flux quantum held within the superconductor film 51.

このアブリコソフ磁束量子記憶装置は、超伝導体膜51
内に保持されているアブリコソフ磁束量子の有無を記憶
状態のrlJ  rOJに対応させている。すなわち、
超伝導体膜51内にアブリコソフ磁束量子が保持される
と、その磁束量子がジョセフソン接合53に影響を与え
てジョセフソン接合53における闇値電流rjを低下さ
せることを利用しており、闇値電流■jの変化を記憶状
態のrlJ  rOJに対応させているのである。
This Abrikosov magnetic flux quantum memory device consists of a superconductor film 51
The presence or absence of Abrikosov magnetic flux quanta held within is made to correspond to the memory state rlJ rOJ. That is,
When Abrikosov magnetic flux quanta are retained in the superconductor film 51, the magnetic flux quanta affects the Josephson junction 53 and lowers the dark value current rj in the Josephson junction 53. The change in current ■j is made to correspond to the memory state rlJ rOJ.

情報の読み出しは、適当な値のバイアス電流Ibをジョ
セフソン接合53に与えることにより行う。
Information is read by applying a bias current Ib of an appropriate value to the Josephson junction 53.

すなわち、アブリコソフ磁束量子が超伝導体膜51内に
保持された場合の闇値電流Tjと保持されていない場合
のそれとの間の値を持つバイアス電流1bをジョセフソ
ン接合53に与えると、アブリコソフ磁束量子が保持さ
れていればジョセフソン接合53に電圧が発生(有電圧
状G)L、保持されていなければ電圧は零(零電圧状態
)となるのである。
That is, when a bias current 1b having a value between the dark value current Tj when the Abrikosov magnetic flux quantum is held in the superconductor film 51 and that when it is not held is applied to the Josephson junction 53, the Abrikosov magnetic flux If the quantum is held, a voltage is generated at the Josephson junction 53 (voltage state G), and if it is not held, the voltage is zero (zero voltage state).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

ところが、この従来のアブリコソフ磁束量子記憶装置は
、書き込めに非常に大きな問題点をもっていた。
However, this conventional Abrikosov magnetic flux quantum memory device had a very serious problem in writing.

記憶状態「1」の書き込みは、書込線54に所定の方向
の電流を流して磁界を発生させ、超伝導体膜51に端5
5から所定の向き(たとえば、上向き)のアブリコソフ
磁束量子を内部発生させることにより達成する。一方、
記憶状態rOJの書き込みは、そのときの記憶状態に応
じて異なる手順を用いて行わなければならない。すなわ
ち、書込前の記憶状態が「1」であれば、書込線54に
逆向きの電流を流して下向きの磁束量子を超伝導体膜5
1に内部発生させ、上向きの磁束量子と対消滅させるこ
とによってアブリコソフ磁束量子数を零にする。また、
記憶状態が「0」であれば書込線54に何等電流を流さ
ないことによりそのままの状態を維持し、実質的にrO
J書き込みとする。
To write the memory state "1", a current is passed in a predetermined direction through the write line 54 to generate a magnetic field, and the end 5 is applied to the superconductor film 51.
5 by internally generating Abrikosov flux quanta in a predetermined direction (for example, upward). on the other hand,
Writing of the memory state rOJ must be performed using different procedures depending on the current memory state. That is, if the memory state before writing is "1", a current in the opposite direction is passed through the write line 54 to transfer downward magnetic flux quanta to the superconductor film 5.
1 and annihilates it with an upward magnetic flux quantum, thereby reducing the Abrikosov magnetic flux quantum number to zero. Also,
If the memory state is "0", the current state is maintained by not passing any current through the write line 54, and substantially rO
Write J.

このように、従来のアブリコソフ磁束量子記憶装置では
、書き込み前にそのつど必ず記憶状態を読み出す必要が
あり、書き込みのアクセス時間を無用に長くし、この記
憶セルを用いて計算機を構成するとマシンサイクル時間
が長くなるという問題点があった。
In this way, in conventional Abrikosov magnetic flux quantum memory devices, it is necessary to read the memory state each time before writing, which unnecessarily lengthens write access time, and when a computer is configured using this memory cell, the machine cycle time There was a problem that it became long.

また、記憶状態「1」から「0」書き込みを行う場合に
、磁束量子を正確に対消滅させることは非常に困難であ
る。対消滅が不十分であれば上向きのアブリコソフ磁束
量子が一部残留してしまい、対消滅を過剰に行えば下向
きのアブリコソフ磁束量子が保持されてしまう。したが
って、アブリコソフ磁束量子を過不足なく対消滅させる
必要性から書込動作マージンが非常に狭くなり、安定動
作が困難であった。また、書込動作を繰り返し行ううち
に、完全対消滅し損なった残留アブリコソフ磁束量子が
徐々に蓄積していき、誤動作を生じるに至るという問題
点があった。
Furthermore, when writing from a memory state of "1" to "0", it is very difficult to annihilate magnetic flux quanta accurately. If the pair annihilation is insufficient, some upward-oriented Abrikosov magnetic flux quanta will remain, and if the pair annihilation is performed excessively, the downward-oriented Abrikosov magnetic flux quanta will be retained. Therefore, since it is necessary to annihilate Abrikosov magnetic flux quanta in just the right amount, the write operation margin becomes extremely narrow, making stable operation difficult. Another problem is that as write operations are repeated, residual Abrikosov magnetic flux quanta that have failed to completely annihilate gradually accumulate, leading to malfunctions.

〔問題点を解決するだめの手段〕[Failure to solve the problem]

本発明の超伝導記憶装置は上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、情報に対応している電流が供給されること
によって磁場を発生しこの磁場によってアブリコソフ磁
束量子を内部発生しそのアブリコソフ磁束量子を前記磁
場を取り除いた状態でも自己保持する超伝導体層を有す
る情報書込記憶手段と、前記情報書込記憶手段の超伝導
体層に自己保持されているアブリコソフ磁束量子のつく
る磁場に感応する少なくともひとつ以上のジョセフソン
接合素子および前記ジョセフソン接合素子におけるアブ
リコソフ磁束量子による磁場と平行な成分を有する磁場
を発生する制m&’jlを有する情報読出手段とを具備
するものである。
The superconducting memory device of the present invention has been made in view of the above problems, and generates a magnetic field by supplying a current corresponding to information, internally generates Abrikosov magnetic flux quanta by this magnetic field, and absorbs the Abrikosov magnetic flux. Information writing and storage means having a superconductor layer that self-retains quanta even when the magnetic field is removed, and sensing the magnetic field created by Abrikosov magnetic flux quanta that are self-retained in the superconductor layer of the information writing and storage means. and information reading means having a magnetic field generating a magnetic field having a component parallel to the magnetic field due to Abrikosov magnetic flux quanta in the Josephson junction element.

〔作用〕[Effect]

情報書込記憶手段を構成する超伝導体層に与える電流の
向きによってこの情報書込記憶手段の超伝導体層に記憶
情報の「0」または「1」に対応する上向きまたは下向
きのアブリコソフ磁束量子が選択的に保持される。そし
て、制御線に制御電流1csを与えると共にジョセフソ
ン接合素子にバイアス電流Isを与えると、アブリコソ
フ磁束量子の向きに対応してジョセフソン接合素子が有
電圧状態または零電圧状態のいずれかとなる。
Depending on the direction of the current applied to the superconductor layer constituting the information writing/storing means, an upward or downward Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to "0" or "1" of the stored information is generated in the superconducting layer of the information writing/storing means. is selectively retained. Then, when a control current 1 cs is applied to the control line and a bias current Is is applied to the Josephson junction element, the Josephson junction element becomes either a voltage state or a zero voltage state depending on the direction of the Abrikosov magnetic flux quantum.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例と共に本発明の詳細な説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail along with examples.

第1図は本発明の一実施例を示す平面配置図であり、第
2図はその■−■断面図である。情報書込記憶手段Jは
、所定の電流が供給されることによって磁場を発生し、
この磁場によってアブリコソフ磁束量子αを内部発生し
、そのアブリコソフ磁束量子を該磁場が除去された後も
自己保持する超伝導体層2を情報書込要素および情報記
憶用要素として有する。超伝導体層2は例えば方形また
は長方形に形成されており、相対する一対の辺をそれぞ
れ3aおよび3bとし、また、相対する他の一対の辺を
それぞれ3cおよび3dとするとき、辺3aおよび3b
の辺3c側からそれと一体にそれぞれ外方にストライプ
状の超伝導体層4aおよび4bを電流供給端子として延
長させている。なお、この超伝導体層2は、超伝導体層
4aおよび4bと共に第2種の超伝導体からなる。
FIG. 1 is a plan layout showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line 1--2. The information writing storage means J generates a magnetic field by being supplied with a predetermined current,
The superconductor layer 2, which internally generates Abrikosov magnetic flux quanta α by this magnetic field and self-retains the Abrikosov magnetic flux quanta even after the magnetic field is removed, is provided as an information writing element and an information storage element. The superconductor layer 2 is formed into a square or rectangle, for example, and when a pair of opposing sides are 3a and 3b, and another pair of opposing sides are 3c and 3d, sides 3a and 3b
Striped superconductor layers 4a and 4b are integrally extended outward from side 3c as current supply terminals. Note that this superconductor layer 2, together with superconductor layers 4a and 4b, is made of a second type of superconductor.

情報読出手段21は、情報書込記憶手段1の超伝導体層
2が自己保持しているアブリコソフ磁束量子に感応する
ジョセフソン接合素子22およびこのジョセフソン接合
素子22に所定の磁界を与える制御線34を情報読出用
要素として有する。
The information reading means 21 includes a Josephson junction element 22 that is sensitive to the Abrikosov magnetic flux quantum self-held by the superconductor layer 2 of the information writing and storage means 1, and a control line that applies a predetermined magnetic field to the Josephson junction element 22. 34 as an information reading element.

ジョセフソン接合素子22は、下部電極としての超伝導
体層32と上部電極としての超伝導体層26との間に1
〜ンネル障壁層25を介在させることによって構成され
ている。すなわち、情報書込記憶手段1の超伝導体層2
上に絶縁層31を介して超伝導体層32が下部電極とし
て形成され、超伝導体層32上に窓23が穿設された絶
縁層24が形成され、超伝導体層32の窓23に臨む領
域に例えば超伝導体層32の材料の酸化物でなるトンネ
ル障壁層25が形成され、さらに、絶縁層24上に窓2
3を覆うように超伝導体層26が上部電極として形成さ
れている。制御線34はストライプ状の超伝導体層から
なり、トンネル障壁層25の上方を横切るように、超伝
導体層26上に絶縁層33を介して形成されている。
The Josephson junction element 22 includes a superconductor layer 32 as a lower electrode and a superconductor layer 26 as an upper electrode.
- It is constructed by interposing a channel barrier layer 25. That is, the superconductor layer 2 of the information writing and storage means 1
A superconductor layer 32 is formed as a lower electrode with an insulating layer 31 interposed therebetween, and an insulating layer 24 with a window 23 formed therein is formed on the superconductor layer 32. A tunnel barrier layer 25 made of, for example, an oxide of the material of the superconductor layer 32 is formed in the facing region, and a window 2 is further formed on the insulating layer 24.
A superconductor layer 26 is formed as an upper electrode so as to cover 3. The control line 34 is made of a striped superconductor layer, and is formed on the superconductor layer 26 via the insulating layer 33 so as to cross above the tunnel barrier layer 25 .

つぎに、本実施例の動作を説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.

情報の「1」に対応する電流を情報書込記憶手段lの書
込電流端子4aから4bに向けて流すと、これに応じて
情報「1」に対応する磁場、すなわち第2図において紙
面の上から見て右回りの磁場がアンペアの法則にしたが
って情報書込記憶手段1の超伝導体層2の周囲に発生す
る。このとき発生した磁場は情報書込記憶手段1の超伝
導体層2自身にも印加される。このため、情報書込記憶
手段1の超伝導体層2の辺30部に情報「1」に対応す
るアブリコソフ磁束量子αが第1の向き(上向き「↑」
)に内部発生する。そして、磁場の印加を続けると、ア
ブリコソフ磁束量子が辺30部において次々と発生し、
先に内部発生したアブリコソフ磁束量子を互いに働く斥
力により情報読出手段21側に押し込んでゆく。
When a current corresponding to the information "1" is caused to flow from the write current terminals 4a to 4b of the information writing/storage means l, the magnetic field corresponding to the information "1", that is, the area on the paper in FIG. A clockwise magnetic field when viewed from above is generated around the superconductor layer 2 of the information writing/storage means 1 according to Ampere's law. The magnetic field generated at this time is also applied to the superconductor layer 2 of the information writing/storage means 1 itself. For this reason, the Abrikosov magnetic flux quantum α corresponding to the information "1" is placed on the side 30 of the superconductor layer 2 of the information writing/storage means 1 in the first direction (upward "↑").
) occurs internally. Then, when the magnetic field continues to be applied, Abrikosov magnetic flux quanta are generated one after another at the 30th side,
The internally generated Abrikosov magnetic flux quanta are pushed toward the information reading means 21 by the repulsive force acting on each other.

また、このとき、情報書込記憶手段1の超伝導体層2を
IA力方向流れる上記書込電流は、辺30部において内
部発生したアブリコソフ磁束量子に対してローレンツ相
互作用による力を与え、このアブリコソフ磁束量子を情
報読出手段21側に速やかに移動させるので、書込時間
が非常に短い。
Also, at this time, the write current flowing through the superconductor layer 2 of the information writing/storage means 1 in the IA force direction applies a force due to Lorentz interaction to the Abrikosov magnetic flux quantum internally generated at the side 30, and this Since the Abrikosov magnetic flux quanta are quickly moved to the information reading means 21 side, the writing time is very short.

情報読出手段21側に移動してきたアブリコソフ磁束量
子はジョセフソン接合素子22の下部電極である比較的
厚い超伝導体層32の存在によりそれ以上の移動が妨げ
られる。このようにして、情報書込記憶手段1にアブリ
コソフ磁束量子が侵入していき、ある程度以上のアブリ
コソフ磁束量子が侵入してしまうと、こんどはアブリコ
ソフ磁束量子の互いの斥力により侵入が困難となり飽和
状態となる。すなわち、アブリコソフ磁束量子は辺3a
、3b、3cおよびジョセフソン接合素子22の下部電
極32の情報書込記憶手段l側の辺3d’で囲まれた領
域内において飽和状態となる。
The Abrikosov magnetic flux quantum that has moved toward the information reading means 21 is prevented from moving any further due to the presence of the relatively thick superconductor layer 32 that is the lower electrode of the Josephson junction element 22. In this way, Abrikosov magnetic flux quanta invade the information writing/storage means 1, and once more Abrikosov magnetic flux quanta have invaded, the repulsion between the Abrikosov magnetic flux quanta makes it difficult for the Abrikosov magnetic flux quanta to penetrate, resulting in a state of saturation. becomes. That is, the Abrikosov magnetic flux quantum is on the side 3a
, 3b, 3c, and the region surrounded by the side 3d' of the lower electrode 32 of the Josephson junction element 22 on the side 3d' of the information writing/storage means l side becomes saturated.

そして、このアブリコソフ磁束量子ば、書込電流が除か
れたときには、超伝導体層2のビン止め力(アブリコソ
フ磁束量子を捕獲する力)により自己保持される。
When the write current is removed, this Abrikosov magnetic flux quantum is self-retained by the binding force of the superconductor layer 2 (the force that captures the Abrikosov magnetic flux quantum).

つぎに、情報の「0」に対応する電流を、情報書込記憶
手段1の書込電流端子4bから4aに向けてIB力方向
流すと、超伝導体層2では上述の情報rlJに対応する
磁場とは逆向きの磁場、すなわち、第2図において紙面
の上から見て左回りの磁場が発生する。この磁場によっ
て情報書込記憶手段1の超伝導体層2自身には、情報「
0」に対応するアブリコソフ磁束量子が情報「1」に対
応するアブリコソフ磁束量子とは逆の第2の向き(下向
き「↓」)に内部発生する。この内部発生した情報rO
Jに対応するアブリコソフ磁束量子は前述した上向きの
アブリコソフ磁束量子と同様に侵入していき、すでに自
己保持されている情報「1」に対応する上向きのアブリ
コソフ磁束量子と結合して対消滅する。そしてさらに、
情報「0」に対応するアブリコソフ磁束量子が侵入する
ことによって最終的には情報「0」に対応するアブリコ
ソフ磁束量子のみが情報書込記憶手段1の超伝導体層2
に残留し保持される。これが情報「0」の保持状態であ
る。この情報「0」の書き込みにおいても、情報書込記
憶手段1の超伝導体層2をIB力方向流れる上記書込電
流は、辺30部において内部発生したアブリコソフ磁束
量子に対してローレンツ相互作用による力を与え、この
アブリコソフ磁束量子を情報読出手段21側に速やかに
移動させる。
Next, when a current corresponding to the information "0" is caused to flow in the IB force direction from the write current terminal 4b to 4a of the information writing/storage means 1, in the superconductor layer 2, a current corresponding to the above-mentioned information rlJ is caused to flow. A magnetic field in the opposite direction to the magnetic field, that is, a counterclockwise magnetic field when viewed from the top of the page in FIG. 2, is generated. Due to this magnetic field, the information "
The Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the information "0" is internally generated in a second direction (downward "↓") opposite to the Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the information "1". This internally generated information rO
The Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to J invades in the same way as the above-mentioned upward Abrikosov magnetic flux quantum, combines with the upward Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the already self-held information "1", and annihilates the pair. And furthermore,
As the Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the information "0" enters, only the Abrikosov magnetic flux quantum corresponding to the information "0" finally enters the superconductor layer 2 of the information writing/storage means 1.
remains and is retained. This is the state in which information "0" is held. Even in writing this information "0", the write current flowing in the superconductor layer 2 of the information writing storage means 1 in the IB force direction is due to Lorentz interaction with Abrikosov magnetic flux quanta generated internally at the side 30. A force is applied to quickly move this Abrikosov magnetic flux quantum toward the information reading means 21 side.

つぎに、情報の読み出L7について説明する。記憶状態
の検出は、制御電流Tcsを情報読出手段21の超伝導
体層34に流すと共に、所定のバイアス電流Isを情報
読出手段21のジョセフソン接合素子22に超伝導体層
26とトンネル障壁層25と超伝導体層32を通じて流
すことにより行う。第3図はジョセフソン接合素子22
の闇値特性を示す図であり、横軸は制御線34に流す制
御電流値、縦軸はジョセフソン接合素子22に流すバイ
アス電流値である。同図において、破線7はアブリコソ
フ磁束量子が情報書込記憶手段1に保持されていないと
きの閾値特性曲線、実線8は「0」状態に相当するアブ
リコソフ磁束量子が保持されているときの閾値特性曲線
、実線9は「1」状態に相当するアブリコソフ磁束量子
が保持されているときの閾値特性曲線である。このよう
に、記憶状態によって闇値特性が横軸に沿って遷移する
のは、情報書込記憶手段1の超伝導体層2に保持された
アブリコソフ磁束量子が作る磁界の影響によるものであ
る。
Next, information reading L7 will be explained. To detect the storage state, a control current Tcs is passed through the superconductor layer 34 of the information reading means 21, and a predetermined bias current Is is applied to the Josephson junction element 22 of the information reading means 21 between the superconductor layer 26 and the tunnel barrier layer. 25 and superconductor layer 32. Figure 3 shows a Josephson junction element 22.
2 is a diagram showing the dark value characteristics of , where the horizontal axis is the control current value flowing through the control line 34, and the vertical axis is the bias current value flowing through the Josephson junction element 22. In the figure, the broken line 7 is the threshold characteristic curve when Abrikosov magnetic flux quanta are not held in the information writing storage means 1, and the solid line 8 is the threshold characteristic curve when Abrikosov magnetic flux quanta corresponding to the "0" state is held. The curve, solid line 9, is a threshold characteristic curve when the Abrikosov flux quantum corresponding to the "1" state is maintained. The reason why the dark value characteristic changes along the horizontal axis depending on the storage state is due to the influence of the magnetic field created by Abrikosov magnetic flux quanta held in the superconductor layer 2 of the information writing/storage means 1.

いま、ジョセフソン接合素子22にバイアス電流Isを
流すと共に、制御線34に第1の方向に制御電流1cs
を流すことによって動作点をAの位置番こ移動させるこ
とができる。同図から、「0」状態であれば動作点Aが
闇値特性曲線8の内側にあるためジョセフソン接合素子
22は零電圧状態が維持され、「1」状態であれば動作
点Aは闇値特性曲線9の外側に出てしまうことから有電
圧状態に転移することが判る。この現象は、「0」状態
のときには下向きのアブリコソフ磁束量子が作る磁界と
制御電流1csが作る磁界とがトンネル障壁層25部に
おいて互いに打ち消しあい、「1」状態にあるときには
上向きのアブリコソフ磁束量子の磁界と制御電流Ics
の磁界とが相互に加わることにより生じる。このような
作用によって、所定のバイアス電流Isと制御電流Ic
sとを同時に流したときのジョセフソン接合素子22の
電圧状態により記憶状態が「1」であるかrOJである
かを読み出すことができる。
Now, a bias current Is is applied to the Josephson junction element 22, and a control current 1cs is applied to the control line 34 in the first direction.
By flowing , the operating point can be moved by the position of A. From the figure, if it is in the "0" state, the operating point A is inside the dark value characteristic curve 8, so the Josephson junction element 22 maintains a zero voltage state, and if it is in the "1" state, the operating point A is in the dark. It can be seen that the transition to the voltage-applied state occurs because the value goes outside the value characteristic curve 9. This phenomenon is caused by the fact that when in the "0" state, the magnetic field created by the downward-oriented Abrikosov flux quantum and the magnetic field created by the control current 1cs cancel each other out in the tunnel barrier layer 25, and when in the "1" state, the upward-oriented Abrikosov magnetic flux quantum Magnetic field and control current Ics
This is caused by the mutual application of magnetic fields. Due to this action, the predetermined bias current Is and control current Ic
It is possible to read out whether the memory state is "1" or rOJ by the voltage state of the Josephson junction element 22 when s and s are simultaneously applied.

第4図は本発明の他の実施例を示す平面配置図であり、
第5図はその■−v断面図である。第4図および第5図
において第1図および第2図と同−若しくは相当部分に
は同一の符号を付しである。
FIG. 4 is a plan layout diagram showing another embodiment of the present invention,
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line 1--v. In FIGS. 4 and 5, the same or corresponding parts as in FIGS. 1 and 2 are given the same reference numerals.

本実施例では情報書込記憶手段1が超伝導体層2におけ
る2つの領域2aおよび2bからなり、これらの領域は
情報読出手段21の制御線34を中心として左右対称に
配置されている(第4図の一点鎖線CLを基準として鏡
面対称となっている)。
In this embodiment, the information writing/storage means 1 consists of two regions 2a and 2b in the superconductor layer 2, and these regions are arranged symmetrically with the control line 34 of the information reading means 21 as the center. (It has mirror symmetry with respect to the dashed-dotted line CL in Figure 4).

すなわち、第1の実施例の構造において、超伝導体層2
の端面3dを反3C方向に延長することにより新たな情
報書込記領域2bを設けたものである。また、書込電流
端子4aおよび4bを情報書込記憶手段1の超伝導体層
2と同一の幅としている。なお、3 c lはジョセフ
ソン接合素子22の下部電極32の情報書込記憶領域2
b側の辺を示している。
That is, in the structure of the first embodiment, the superconductor layer 2
A new information writing area 2b is provided by extending the end surface 3d in the direction opposite to 3C. Further, the write current terminals 4a and 4b have the same width as the superconductor layer 2 of the information write/storage means 1. Note that 3cl is the information writing storage area 2 of the lower electrode 32 of the Josephson junction element 22.
The side on the b side is shown.

本実施例装置における情報「1」の書き込みは、書込電
流IAを書込電流端子4aから4bに向けて一様に通電
することにより行う。この書込電流IAにより第5図の
紙面の上からみて右回りの磁場が発生する。すなわち、
情報書込記憶領域2aでは上向きの磁場が印加されて上
向きのアブリコソフ磁束量子が内部発生して保持され、
情報書込記憶領域2bでは下向きの磁場が印加されて下
向きのアブリコソフ磁束量子が内部発生し保持される。
Writing of information "1" in the device of this embodiment is performed by uniformly passing a write current IA from write current terminals 4a to 4b. This write current IA generates a clockwise magnetic field when viewed from the top of the paper in FIG. That is,
In the information writing storage area 2a, an upward magnetic field is applied, and upward Abrikosov magnetic flux quanta are internally generated and retained.
In the information write storage area 2b, a downward magnetic field is applied, and downward Abrikosov magnetic flux quanta are internally generated and retained.

これら2つの情報書込記領域に互いに異なる向きに蓄積
されたアブリコソフ磁束量子による磁束はジョセフソン
接合素子22に対して相加的に鎖交する。また、情報「
0」の書き込みは、書込電流IBを書込電流端子4bか
ら4aに向けて一様に通電すればよい。この通電によっ
て、情報「1」の書き込みのときと逆向きの磁場が発生
し、情報書込記領域2aに下向きのアブリコソフ磁束量
子が、情報書込記憶領域2bに上向きのアブリコソフ磁
束量子がそれぞれ蓄積される。これらのアプリコツプ磁
束量子による磁束がジョセフソン接合素子22に対して
相加的に鎖交することは情報「1」の書き込みの場合と
同様である。ただし、この場合の磁束の向きは逆である
The magnetic fluxes generated by Abrikosov magnetic flux quanta accumulated in these two information writing areas in mutually different directions interlink with the Josephson junction element 22 in an additive manner. Also, information “
0" can be written by uniformly passing the write current IB from the write current terminals 4b to 4a. This energization generates a magnetic field in the opposite direction to that when writing information "1", and downward Abrikosov magnetic flux quanta are accumulated in the information writing area 2a, and upward Abrikosov magnetic flux quanta are accumulated in the information writing storage area 2b. be done. The fact that the magnetic flux caused by these apricot magnetic flux quanta additively interlinks with the Josephson junction element 22 is the same as in the case of writing information "1". However, the direction of the magnetic flux in this case is opposite.

このように、本実施例装置によると、情報書込記憶手段
1が2つの領域となって広がったために、記憶状態にお
けるアプリコツプ磁束量子による磁場がrlJ rOJ
いずれの場合も大きくなり、検出感度を一層向上させる
ことができる。なお、情報読出操作は第1の実施例と同
様であるのでその説明は省略する。
In this way, according to the device of this embodiment, since the information writing/storage means 1 is expanded into two regions, the magnetic field due to the apricot tip magnetic flux quantum in the storage state is rlJ rOJ
In either case, the size becomes larger and the detection sensitivity can be further improved. Note that the information reading operation is the same as in the first embodiment, so its explanation will be omitted.

第6図はさらに他の実施例を示す平面配置図であり、第
7図はその■−■断面図である。第6図および第7図に
おいて、第4図および第5図と同−若しくは相当部分に
は同一の符号を付しである。
FIG. 6 is a plan layout diagram showing still another embodiment, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line 1--2. In FIGS. 6 and 7, the same or equivalent parts as in FIGS. 4 and 5 are given the same reference numerals.

本実施例では第4図および第5図に示す第2の実施例に
おける情報書込記憶手段1の情報書込記憶領域2aおよ
び2bの幅をジョセフソン接合素子22のトンネル障壁
層25近傍において狭くし、さらに、ジョセフソン接合
素子22の下部電極である超伝導体層32の情報書込記
憶領域2aおよび2bに面した部分のトンネル障壁層2
5近傍を狭くしたものである。
In this embodiment, the widths of the information write storage areas 2a and 2b of the information write storage means 1 in the second embodiment shown in FIGS. 4 and 5 are narrowed in the vicinity of the tunnel barrier layer 25 of the Josephson junction element 22. Furthermore, the tunnel barrier layer 2 is formed in the portion of the superconductor layer 32, which is the lower electrode of the Josephson junction element 22, facing the information writing storage areas 2a and 2b.
This is a narrower version of the 5 neighborhood.

この装置における情報の書き込みおよび読み出しの基本
動作は第2の実施例と同じである。しがし、すでに述べ
たように書込動作におけるアブリコソフ磁束量子の侵入
は超伝導体層32により規制されることから、トンネル
障壁層25近傍で超伝導体層32がくびれでいる本実施
例では、このくびれ部によって囲まれた情報書込記憶領
域2aおよび2bにアブリコソフ磁束量子が集中して蓄
積される。したがって、小さい書込電流でアブリコソフ
磁束量子を飽和させることができ、低電力化、高速化が
可能となる。また、情報書込記憶手段1の情報書込記憶
領域2aおよび2bの幅をジヨセフソン接合素子22の
トンネル障壁層25近傍において狭くしているので、こ
の部分での電流密度が増加する。そのため情報書込記憶
領域2aおよび2bで発生する磁場が強くなり、低電流
でアブリコソフ磁束量子を内部発生させることができる
The basic operations of writing and reading information in this device are the same as in the second embodiment. However, as mentioned above, since the penetration of Abrikosov magnetic flux quanta during the write operation is regulated by the superconductor layer 32, in this embodiment where the superconductor layer 32 is constricted near the tunnel barrier layer 25, , Abrikosov magnetic flux quanta are concentrated and stored in the information writing storage areas 2a and 2b surrounded by this constriction. Therefore, the Abrikosov magnetic flux quantum can be saturated with a small write current, making it possible to reduce power consumption and increase speed. Furthermore, since the widths of the information write storage areas 2a and 2b of the information write storage means 1 are narrowed in the vicinity of the tunnel barrier layer 25 of the Josephson junction element 22, the current density increases in this portion. Therefore, the magnetic field generated in the information write storage areas 2a and 2b becomes stronger, and Abrikosov magnetic flux quanta can be internally generated with a low current.

なお、上記3つの実施例ではジョセフソン接合素子とし
て第8図(A)の概念図に示すように単一のトンネル障
壁層25を持つものを用いているが、同図(B)に示す
ようにトンネル障壁層を2つ持ついわゆるスクイド(S
QUID)形のものを用いてもよい。同図において26
.26’は上部電極、25.25’はトンネル障壁層、
32.32’は下部電極であり、スクイド形を用いる場
合にはアブリコソフ磁束量子による磁束(破線矢印)が
中央の空間を横切るように構成することにより、闇値特
性を変化させることができる。
In the above three embodiments, a Josephson junction element having a single tunnel barrier layer 25 as shown in the conceptual diagram of FIG. 8(A) is used, but as shown in FIG. 8(B), The so-called SQUID (S) has two tunnel barrier layers in the
QUID) type may also be used. In the same figure, 26
.. 26' is the upper electrode, 25.25' is the tunnel barrier layer,
32 and 32' are lower electrodes, and when a SQUID type is used, the dark value characteristics can be changed by configuring them so that the magnetic flux (broken line arrow) due to Abrikosov flux quanta crosses the central space.

また、第3の実施例において、ジョセフソン接合素子2
2の下部電極32にくぼみ部を設けることにより情報書
込記憶領域2aおよび2bを規制したが、該実施例の下
部電極32と同形状になるように超伝導体層2に部分的
に厚みをもたせれば、下部電極32をこのような特殊形
状にすることな(同様の効果を得ることができる。
Furthermore, in the third embodiment, the Josephson junction element 2
Although the information writing storage areas 2a and 2b were regulated by providing a depression in the lower electrode 32 of Example 2, the thickness of the superconductor layer 2 was partially increased so that it had the same shape as the lower electrode 32 of this example. If the lower electrode 32 has such a special shape, the same effect can be obtained.

また、第2および第3の実施例では、情報書込記憶領域
2aおよび2bはジョセフソン接合素子22に対して等
距離の位置に同一面上に配しているが、両領域に蓄積さ
れたアブリコソフ磁束量子がつくる磁場がジョセフソン
接合素子22と相加的に鎖交する配置であれば等距離で
なくともよく、また、3次元的に設けてもよい。
In addition, in the second and third embodiments, the information write storage areas 2a and 2b are arranged on the same plane at positions equidistant from the Josephson junction element 22, but the information stored in both areas is As long as the magnetic field created by the Abrikosov flux quanta interlinks with the Josephson junction element 22 in an additive manner, they do not need to be equidistant, and may be provided three-dimensionally.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明の超伝導記憶装置によれば、
情報書込記憶手段を構成する超伝導体層に与える電流の
向きによって情報書込記憶手段の超伝導体層自身に記憶
情報の「1」または「0」に対応する上向きまたは下向
きのアブリコソフ磁束量子を選択的に保持させるもので
あり、上向きのアブリコソフ磁束量子を保持する場合で
あっても下向きのアブリコソフ磁束量子を保持する場合
であっても書込前の記憶状態のアブリコソフ磁束量子を
対消滅させたうえでさらに飽和状態となるまで書き込む
ので、アブリコソフ磁束量子の有無を情報要素とする従
来のアブリコソフ磁束量子記憶装置のように書込時に記
憶内容をそのつど確認したうえで磁束量子を過不足なく
正確に対消滅させることは不要である。したがって、書
込操作が簡単となるばかりでなく、書込動作マージンを
広くとることができる。そのうえ、残留するアブリコソ
フ磁束量子の蓄積による誤動作もない。
As explained above, according to the superconducting storage device of the present invention,
Depending on the direction of the current applied to the superconductor layer constituting the information writing storage means, an upward or downward Abrikosov magnetic flux quantum is generated in the superconductor layer itself of the information writing storage means, which corresponds to "1" or "0" of the stored information. It selectively retains Abrikosov magnetic flux quanta in the memory state before writing, whether it is retaining an upward Abrikosov magnetic flux quantum or a downward Abrikosov magnetic flux quantum. Then, the data is written until the saturation state is reached, so unlike the conventional Abrikosov flux quantum memory device, which uses the presence or absence of Abrikosov flux quanta as an information element, the stored contents are checked each time when writing, and the magnetic flux quanta are not excessive or insufficient. Exact annihilation is not necessary. Therefore, not only the write operation becomes easy, but also the write operation margin can be widened. Furthermore, there is no malfunction due to the accumulation of residual Abrikosov flux quanta.

さらに、情報書込専用の信号線が不要であるので、高集
積化が容易であり、また、書込電流がローレンツ力によ
りすでに内部発生したアブリコソフ磁束量子を高速で情
報読出手段側に移動させるので書込速度が極めて速い。
Furthermore, since there is no need for a signal line dedicated to information writing, it is easy to achieve high integration, and the writing current moves Abrikosov magnetic flux quanta already generated internally by the Lorentz force to the information reading means at high speed. Writing speed is extremely fast.

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

第1図は本発明の一実施例を示す平面配置図、第2図は
その■−■断面図、第3図はジョセフソン接合素子22
の闇値特性を示す図、第4図は本発明の他の実施例を示
す平面配置図、第5図はそのV−V断面図、第6図は本
発明のさらに他の実施例を示す平面配置図、第7図はそ
の■−■断面図、第8図はジョセフソン接合素子の概念
を示す斜視図、第9図は従来のアブリコソフ磁束量子記
憶装置を示す斜視図である。 1・・・情報書込記憶手段、2・・・超伝導体層、2a
。 2b・・・情報書込記憶領域、21・・・情報読出手段
、22・・・ジョセフソン接合素子、34・・・制御線
FIG. 1 is a plan layout showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along ■--■, and FIG. 3 is a Josephson junction element 22.
FIG. 4 is a plan layout diagram showing another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a V-V sectional view thereof, and FIG. 6 is a diagram showing still another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a planar layout view, FIG. 7 is a sectional view taken along line 1--2, FIG. 8 is a perspective view showing the concept of a Josephson junction element, and FIG. 9 is a perspective view showing a conventional Abrikosov magnetic flux quantum memory device. 1... Information writing storage means, 2... Superconductor layer, 2a
. 2b... Information writing storage area, 21... Information reading means, 22... Josephson junction element, 34... Control line.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)情報に対応している電流が供給されることによっ
て磁場を発生しこの磁場によってアブリコソフ磁束量子
を内部発生しそのアブリコソフ磁束量子を前記磁場を取
り除いた状態でも自己保持する超伝導体層を有する情報
書込記憶手段と、前記情報書込記憶手段の超伝導体層に
自己保持されているアブリコソフ磁束量子のつくる磁場
に感応する少なくともひとつ以上のジョセフソン接合素
子および前記ジョセフソン接合素子におけるアブリコソ
フ磁束量子による磁場と平行な成分を有する磁場を発生
する制御線を有する情報読出手段とを具備する超伝導記
憶装置
(1) A superconductor layer that generates a magnetic field when a current corresponding to information is supplied, generates Abrikosov magnetic flux quanta internally by this magnetic field, and self-retains the Abrikosov magnetic flux quanta even when the magnetic field is removed. at least one Josephson junction element that is sensitive to a magnetic field created by Abrikosov magnetic flux quanta self-held in the superconductor layer of the information writing and storing means, and Abrikosov in the Josephson junction element. A superconducting storage device comprising an information reading means having a control line that generates a magnetic field having a component parallel to a magnetic field caused by magnetic flux quanta.
(2)情報書込記憶手段の超伝導体層が情報読出手段の
ジョセフソン接合素子近傍において狭くなっている特許
請求の範囲第1項記載の超伝導記憶装置。
(2) The superconducting memory device according to claim 1, wherein the superconductor layer of the information writing/storing means is narrow in the vicinity of the Josephson junction element of the information reading means.
(3)情報読出手段のジョセフソン接合素子の少なくと
も一方の電極が情報書込記憶手段の超伝導体層に積層さ
れるように形成され、前記電極が部分的にくびれている
特許請求の範囲第1項記載の超伝導記憶装置。
(3) At least one electrode of the Josephson junction element of the information reading means is formed so as to be laminated on the superconductor layer of the information writing and storage means, and the electrode is partially constricted. The superconducting storage device according to item 1.
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