TW202247376A - 用於將低溫電子設備與非低溫電子設備互連的具有較低熱負載的基於高溫超導體的互連系統 - Google Patents
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Abstract
本發明描述包含電纜的基於高溫超導體(HTS)的互連系統，該電纜包括基於HTS的互連。基於HTS的互連中之每一者包括自第一端向中間部分延伸的第一部分及自中間部分向第二端延伸的第二部分。基於HTS的互連中之每一者包括：基板層，其形成於第一部分、中間部分及第二部分中；高溫超導體層，其形成於第一部分的至少一子部分、中間部分及第二部分中；及金屬層，其形成於第一部分及中間部分的至少一子部分中。基於HTS的互連系統包括熱負載管理系統，其經配置以將基於HTS的互連中之每一者的中間部分維持於60克耳文與92克耳文之間溫度範圍中的一預定溫度。
Description
本揭示案描述係關於用於將低溫電子設備與非低溫電子設備互連的具有較低熱負載的基於高溫超導體(high temperature superconductor; HTS)的互連系統。
用於諸如數位處理器的電子元件中的基於半導體的積體電路包括基於互補金屬氧化物半導體(complimentary metal-oxide semiconductor; CMOS)技術的數位電路。然而，CMOS技術在元件尺寸方面到達其極限。另外，基於CMOS技術的數位電路在高時鐘速度下的功耗越來越成為高效能數位電路及系統的限制因素。
舉例而言，資料中心中的伺服器越來越消耗大量功率。功率消耗的部分原因在於即使CMOS電路不活動時，能量消散亦造成功率損失。此是因為當此等電路不活動時且不消耗任何動態功率時，其仍消耗功率，因為其需要維持CMOS電晶體的狀態。另外，由於使用DC電壓為CMOS電路供電，因此即使當CMOS電路不活動時，亦有一定量的漏電。由此，即使當此等電路不處理資訊時，亦浪費一定量的功率，不僅由於需要維持CMOS電晶體的狀態，亦由於漏電。
基於CMOS技術的另一種使用處理器及相關部件的方法為使用基於超導邏輯的元件。基於超導邏輯的元件亦可用於處理量子資訊，如量子位元。不同於可在室溫下運行的CMOS元件，基於超導邏輯的元件正常運行需要更低的溫度。在許多應用中，基於超導邏輯的元件及CMOS元件需要相互互連。類似而言，基於超導邏輯的元件需要相互互連，或與可在更低溫度下運行的其他模組互連。
在一個實例中，本揭示案係關於包含電纜的基於高溫超導體(high temperature superconductor; HTS)的互連系統，該電纜包含用於將低溫電子設備與非低溫電子設備互連的複數個基於HTS的互連。複數個基於HTS的互連中之每一者可包括自第一端向中間部分延伸的第一部分及自中間部分向與第一端相對的第二端延伸的第二部分。複數個基於HTS的互連中之每一者可包括：基板層，其形成於第一部分、中間部分及第二部分中；高溫超導體層，其在第一部分的至少一子部分、中間部分及第二部分中形成於基板層上方；及金屬層，其在第一部分及中間部分的至少一子部分中形成於高溫超導體層上方。基於HTS的互連系統可進一步包括熱負載管理系統，其包含耦接至複數個基於HTS的互連中之每一者的中間部分的至少一個熱傳遞元件。熱負載管理系統可經配置以將複數個基於HTS的互連中之每一者的中間部分維持於60克耳文與92克耳文之間溫度範圍中的一預定溫度。
在另一實例中，本揭示案係關於基於高溫超導體(high temperature superconductor; HTS)的互連，用於將低溫電子設備與非低溫電子設備互連。基於HTS的互連可包括自第一端向中間部分延伸的第一部分及自中間部分向與第一端相對的第二端延伸的第二部分。基於HTS的互連可進一步包括：基板層，其形成於第一部分、中間部分及第二部分中；高溫超導體層，其在第一部分的至少一子部分、中間部分及第二部分中形成於基板層上方；及金屬層，其在第一部分及中間部分的至少一子部分中形成於高溫超導體層上方。
在又一實例中，本揭示案係關於包含電纜的基於高溫超導體(high temperature superconductor; HTS)的互連系統，該電纜包括用於將低溫電子設備與非低溫電子設備直接互連的複數個基於HTS的互連，使得在不轉換差動信號的形式的情況下可將差動信號傳輸至電纜的第一端或自該第一端傳輸至電纜的與第一端相對的第二端。複數個基於HTS的互連中之每一者可包括自第一端向中間部分延伸的第一部分及自中間部分向第二端延伸的第二部分。複數個基於HTS的互連中之每一者可包含：基板層，其形成於第一部分、中間部分及第二部分中；高溫超導體層，其在第一部分的至少一子部分、中間部分及第二部分中形成於基板層上方；及金屬層，其在第一部分及中間部分的至少一子部分中形成於高溫超導體層上方。基於HTS的互連系統可進一步包括熱負載管理系統，其包含耦接至複數個基於HTS的互連中之每一者的中間部分的至少一熱傳遞元件。熱負載管理系統可經配置以將複數個基於HTS的互連中之每一者的中間部分維持於60克耳文與92克耳文之間溫度範圍中的一預定溫度。
提供本發明內容以用簡化形式引入一系列概念，下文在實施方式中將對其進一步描述。本發明內容無意決定所主張標的的關鍵特徵或重要特徵，亦無意限制所主張標的的範疇。
本揭示案描述的實例係關於用於將低溫電子設備與非低溫電子設備互連的具有較低熱負載的基於高溫超導體(high temperature superconductor; HTS)的互連系統。此等基於HTS的互連系統可包括基於可撓基板的互連。舉例而言，可使用此等基於HTS的互連系統將可在約10克耳文(~10 K)或以下的熱環境中運行的基於超導邏輯的系統中的模組與可在約70克耳文(~70 K)或以上的熱環境中運行的基於CMOS或其他類型的元件相耦接。另外，此等系統亦可包括在更低溫度（例如約20毫克耳文(~20 mK)）下運行的量子計算元件。量子計算元件可處理量子資訊，例如量子位元。
本揭示案亦涉及使用熱負載管理系統將熱自基於HTS的互連傳遞出去。在一個實例中，熱負載管理系統可包括一熱夾，其允許與冷板耦接（耦接至冷凍系統）以將基於HTS的互連的一區域的溫度維持於基於HTS的互連的臨界溫度（例如60克耳文與92克耳文之間）或以下。經由熱夾傳遞熱可確保低溫環境與在溫度高於基於HTS的互連的臨界溫度的環境中運行的元件熱絕緣。另外，基於HTS的互連可包括用於與非低溫環境介接的部分的金屬層。金屬層（例如金、銀或銅）可針對與非低溫環境連接的部分使基於HTS的互連的電損失降至最低。另外，與習知的銅同軸電纜或不鏽鋼同軸電纜相比，形成為微帶、帶線或共面傳輸線的基於HTS的互連可允許以最少的損失在長距離內傳輸高速電信號。另外，此等基於HTS的互連的實體橫剖面可為小的，從而可在單一可撓電纜中傳輸大量信號。
超導邏輯元件可包括超導邏輯電路。不同於CMOS電晶體，超導邏輯電路可使用基於約瑟夫接面的元件或其他此類元件。例示性約瑟夫接面可包括經由阻礙電流的區域耦接的兩個超導體。阻礙電流的區域可在於超導體本身的實體縮小、金屬區域或薄絕緣障壁。舉例而言，可將超導體-絕緣體-超導體(Superconductor-lnsuiator-Superconductor; SIS)類型的約瑟夫接面可作為超導電路的一部分實施。舉例而言，超導體為能在不存在電場時攜載直流電流(direct electrical current; DC)的材料。此類材料具有零DC電阻，且在高速經典及量子計算電路運行的頻率（10 GHz數量級）下電阻極低。在某些實例中，可使用微波信號控制基於超導邏輯的元件，包括（例如）超導量子位元（量子位元）的狀態。超導量子位元（量子位元）的閘的許多實施方式可能需要高頻微波信號。
當將此類基於超導邏輯的系統連接至基於其他類型邏輯的系統（如基於CMOS元件的系統）時，需要經由高速通信鏈路將此等系統互連。在一個實例中，此類通信鏈路需以10-100吉位元/秒(Gbit/s)運行。在一個實例中，在低溫環境中運行的系統需要真空來正常運行。在一個實例中，真空可有關於在10
-3Torr至10
-10Torr的範圍中的壓力。可使用本文描述的基於HTS的互連及其他部件提供此類高速通信鏈路。
本揭示案描述的實例進一步有關於用於將在兩個不同溫度環境（例如稱為「冷」及「暖」）中運行的模組互連的基於HTS的互連。對於給定的DC電阻，主要藉由維德曼-夫蘭茲定律設定漏熱，維德曼-夫蘭茲定律決定導電率與導熱率之間的比例。然而，藉由高頻電損失決定高頻信號的信號衰減，在習知電纜中高頻電損失通常遠大於DC電損失。為達到最佳的漏熱，僅受維德曼-夫蘭茲定律的限制，吾人可需要DC電損失與RF損失可比較的電纜。此需要電纜中的導體相對於所需頻率的集膚深度（在GHz頻率下通常為次微米尺寸）薄。
有利而言，與習知的銅同軸電纜及不鏽鋼同軸電纜相比，基於HTS的互連可支援長距離內的高信號密度及高速電信號，且損失降至最小，另外，此等互連可允許以低轉導或無轉導進行高速連續互連，且由於來自77 K區域的熱傳遞，低溫環境的熱負載最低。此外，基於HTS的互連可不需要使用主動電子設備來實現此等優點。
第1圖圖示根據一個實例的用於低溫環境之具有較低熱負載之基於高溫超導體(high temperature superconductor; HTS)的互連系統100的圖。在此實例中，基於HTS的互連系統100可包括基於HTS的互連110及熱負載管理系統120。可使用基於HTS的互連110將朝冷端定位（例如第1圖中標為COLD END的一端）的部件與朝暖端定位（例如第1圖中標為WARM END的一端）的部件互連。在此實例中，基於HTS的互連系統100可經配置以將可在約10克耳文(~10 K)或以下的熱環境中運行的基於超導邏輯的系統中的部件與可在約70克耳文(~70 K)或以上的熱環境中運行的基於CMOS或其他類型的元件互連。
繼續參考第1圖，在一個實例中，基於HTS的互連110可包括沿其整個長度（第1圖中標為L）變化的材料的組合。在一個實例中，基於HTS的互連110的整個長度(L)可包括基板層112。在此實例中，基於HTS的互連110的整個長度(L)可進一步包括形成於基板層112上方的高溫超導體層114。另外，在此實例中，自暖端延伸至冷板（例如冷板132）的基於HTS的互連110的部分（第1圖中標為WL）及與冷板（例如冷板132）介接的基於HTS的互連110的部分（第1圖中標為IL）可包括金屬層116。金屬層116的部分不可延伸至由冷端延伸至冷板（例如冷板132）的基於HTS的互連110的部分（第1圖中標為CL）上。在一個實例中，可將標為IL的基於HTS的互連110的部分視為中間部分，此中間部分具有向兩個不同端延伸的兩個其他部分（例如標為CL的向冷端延伸的基於HTS的互連110的部分，及標為WL的向暖端延伸的基於HTS的互連110的部分）。
在一個實例中，可使用氧化釔穩定的氧化鋯(yttria-stablized zirconia; YSZ)形成基板層112。替代而言，基板層112可形成為聚醯亞胺膜，如凱通(Kapton)。在一個實例中，基板層112可為20微米厚。作為另一實例，基板層112的厚度可在20微米至100微米的範圍中。基板層112亦可包括多個層。舉例而言，可將YSZ塗覆於玻璃基板或另一類型的基板上以形成基板層112。
可使用某些氧化銅或稀土(Re)金屬化合物形成高溫超導體層114。舉例而言，可使用氧化釔鋇銅(yttria barium copper oxide; YBCO)、氧化鉍鍶鈣銅(bismuth strontium calcium copper oxide; BSCCO)或稀土金屬氧化物(rare-earth metal oxide; REBCO)形成高溫超導體層114。亦可使用在77 K或以上超導的其他合適的高溫超導體材料。在一個實例中，高溫超導體層114可有1微米的厚度。作為另一實例，高溫超導體層114的厚度可在1微米至5微米的範圍中。可使用金(Au)、銀(Ag)或銅(Cu)形成金屬層116。在一個實例中，金屬層116可有0.25微米的厚度。在另一實例中，金屬層116可有0.25微米至1微米的厚度，在一個實例中，可使用化學氣相沉積(chemical vapor deposition; CVD)形成高溫超導體層114。亦可使用其他類似的製程。
金屬層116可允許自基於HTS的互連110傳遞大量熱。此是由於儘管使用YSZ形成基板層112且因此其具有1.5瓦/公尺克耳文(W/mK)的導熱率，但金屬層116可具有430W/mK的導熱率（若使用銀形成）或330 W/mK的導熱率（若使用金形成）。在一個實例中，可使用物理氣相沉積(physical vapor deposition; PVD)或其他類似的製程形成金屬層116。
儘管第1圖圖示形成於基板層112的整個長度上方的高溫超導體層114（包括形成於具有金屬層116的HTS互連110的部分中），但高溫超導體層114可能不形成於具有金屬層116的HTS互連110的部分中。替代而言，高溫超導體114可能僅形成於具有金屬層116的HTS互連110的部分的一子部分中（不在任何部分中，至在約整個部分中）。舉例而言，高溫超導層114與金屬層116之間的重疊的延伸區需要足以確保將高溫超導層114冷卻至其為超導的溫度（例如77 K）或以下。儘管第1圖圖示形成於HTS互連110的整個部分（標為IL部分）上方的金屬層116，但金屬層116不需形成於整個此部分上方。相反，如上文所指出，金屬層116與高溫超導層114之間的重疊需要足以確保將高溫超導層114冷卻至其超導的溫度（例如77 K）或以下。
仍參考第1圖，在一個實例中，熱負載管理系統120可經配置以將基於HTS的互連的至少一部分維持於相對於冷端的溫度（例如10 K或更低）與相對於暖端的溫度（例如223K或更高）的中間溫度（例如77 K）。在一個實例中，熱負載管理系統120可包括熱夾，其包括冷板132與夾子134。可將冷板132與基於HTS的互連110的頂部（例如對應於冷板132的長度的基於HTS的互連110的部分，第1圖中標為IL）耦接，以自基於HTS的互連110移除熱。夾子134可經配置以將冷板132保持於適當的位置。可將冷板132耦接至冷凍系統（第1圖未示出）。可使用所需的熱傳遞程度決定冷板132的長度（對應於第1圖中標為IL的部分）。如上文所解釋，金屬層116可具有430 W/mK或330 W/mK的導熱率。作為一個實例的一部分，假設暖端處於233 K的溫度下，且需要將冷板維持於77 K，則可需要金屬層116傳遞足夠多的熱，以維持156K的溫度差。假設基於HTS的互連110包括用於差動信號傳遞的一千對線，則可得出對於用於將冷板的溫度維持於約77 K所需的冷凍量的估計。此實例假設向暖端延伸超過冷板（例如冷板132）的包括金屬層116的部分的長度具有20 mm的長度（第1圖中標為WL）。此實例進一步假設一千對線中之每一者具有0.5微米的厚度及60微米的寬度。在基於銀的金屬層116的此實例中，需要傳遞的熱的量約等於101 mW = (430 W/mK X 0.5 pm X 60 pm X 1000對)/(20 mm)。在基於金的金屬層116的此實例中，需要傳遞的熱的量約等於77 mW = (330 W/mK X 0.5 pm X 60 pm X 1000對)/(20 mm)。需要自基板層112及高溫超導體層114傳遞額外的熱。可藉由將經由冷板（例如冷板132）傳遞的熱的總量求和而得到總的冷凍量。
在此實例中，可使絕緣體122位於基於HTS的互連110的金屬層116的頂表面與冷板132的底表面之間。可使另一絕緣體124位於基板112的底表面與夾子134的頂表面之間。絕緣體122及124中之每一者可由一材料製成，該材料提供基於HTS的互連110與冷板132或夾子134之間的電絕緣，但仍為有效的熱導體。用於形成絕緣體122及124的例示性材料包括鐵氟龍、藍寶石、金剛石或維持電絕緣但提供有效熱傳遞的另一材料或材料組合。儘管第1圖圖示的基於HTS的互連系統100包括按某一方式佈置的某一數量的部件，但基於HTS的互連系統100可包括以不同方式佈置的額外的部件或更少的部件。舉例而言，代替冷板132，可使熱管耦接至絕緣體122，以自基於HTS的互連110移除熱。熱管可經配置以使用液氮或某一其他液化氣體自絕緣體122移除熱，並由此允許吾人將基於HTS的互連110的一部分（例如第1圖中標為IL的基於HTS的互連的部分）的溫度維持於所要的設定點（例如77 K）。
第2圖圖示根據一個實例的第1圖的基於HTS的互連110的俯視圖200。俯視圖200圖示基板層202的底部，其對應於第1圖的基板層112。高溫超導體層204、206、208及210中之每一者對應於第1圖的高溫超導體層114。金屬層222、224、226及228中之每一者對應於第1圖的金屬層116。部分212、214、216及218（用虛線圖示）為各別的金屬層下方的高溫超導體層204、206、208及210的部分。俯視圖200圖示散佈信號傳遞及接地互連線。在此實例中，高溫超導體層204及210及對應的金屬層212及218可經配置以攜載接地信號（例如Gd及Gd）。另外，在此實例中，高溫超導體層206及208及對應的金屬層214及216可經配置以攜載差動信號（例如層206及214可攜載S+，而層208及216可攜載S-）。可配置線的寬度，使得攜載接地信號的線的寬度與攜載差動信號的線的寬度不同。在一個實例中，包括信號線及接地線的另一對線的間距可為270微米。此實例假設攜載接地信號的線中之每一者具有30微米的寬度，攜載S+或S-信號的線中之每一者具有15微米的寬度，而線之間的間隔中之每一者為70微米。基於HTS的互連110亦可使用基於線的不同寬度及不同間隔的其他間距值。儘管第2圖圖示的基於HTS的互連110的俯視圖200包括層及線的某一佈置，但亦可使用其他佈置。
第3圖圖示根據一個實例的第1圖及第2圖的基於HTS的互連110的橫剖面視圖300。橫剖面視圖300對應於藉由第2圖中標為3-3的平面觀察沿基於HTS的互連的長度的橫剖面。橫剖面視圖300圖示基板層302的底部，其對應於第1圖的基板層112。高溫超導體層312、314、316及318中之每一者對應於第1圖的高溫超導體層114。金屬層322、324、326及328中之每一者對應於第1圖的金屬層116。儘管第3圖圖示的基於HTS的互連110的橫剖面視圖300包括層及線的某一佈置，但亦可使用其他佈置。
第4圖圖示用於低溫環境之具有較低熱負載之基於高溫超導體(high temperature superconductor; HTS)的互連系統400的一個例示性實施方式。在此例示性實施方式中，基於HTS的互連410圖示為沿兩個方向延伸：一個向暖端延伸，而另一個向冷端延伸（例如第1圖中基於HTS的互連110所示）。對應於冷板132的冷板432可為熱負載管理系統的部分，用以將基於HTS的互連410的至少一部分維持於77 K。可使絕緣體422位於具有金屬層的基於HTS的互連410的表面與冷板432的頂表面之間。可使另一絕緣體424位於具有基板層的基於HTS的互連410的表面與夾子434的底表面之間。可使用螺釘442及444及對應的螺帽將夾子434維持於與冷板432緊密接觸。絕緣體422及424中之每一者可由一材料製成，該材料提供基於HTS的互連410與冷板432或夾子434之間的電絕緣，但仍為有效的熱導體。關於第1圖描述用於形成絕緣體的例示性材料。如前文所解釋，可將冷板432耦接至冷凍系統，以將冷板的溫度維持於所要的設定點（例如77 K）。儘管第4圖圖示的基於HTS的互連系統400包括按某一方式佈置的某一數量的部件，但基於HTS的互連系統400可包括以不同方式佈置的額外的部件或更少的部件。舉例而言，代替冷板432，可使熱管耦接至絕緣體422，以自基於HTS的互連410移除熱。熱管可經配置以使用液氮或某一其他液化氣體自絕緣體422移除熱，由此允許吾人將溫度維持於所要的設定點（例如77 K）。
第5圖圖示根據另一實例的用於低溫環境之具有較低熱負載之基於高溫超導體(high temperature superconductor; HTS)的互連系統500。基於HTS的互連系統500可包括電纜510，其中包括基於HTS的互連（例如類似於第1圖的基於HTS的互連110的互連）可經由焊接或用於接合電纜的其他技術（例如覆晶接合技術）將電纜510的一端向冷端（例如約4 K）連接至低溫電子設備502。在此實例中，所示的銲接接頭512將電纜510連接至低溫電子設備502。可將低溫電子設備安置於能維持低溫環境的外殼中。在一個實例中，在低溫環境中運行的低溫電子設備502不僅需要10K或以下溫度的環境，亦需要真空以正常地運行。在一個實例中，真空可有關於10
-3Torr至10
-10Torr範圍中的壓力。低溫電子設備502可包括在20 mK運行的量子位元及在10K或以下運行的其他超導部件（例如多晶片模組或印刷電路板電路）。低溫電子設備502可包括對應於量子電腦、通信設備或醫療設備（例如核磁共振造影(magnetic resonance imaging; MRI)機器）的電子設備。可經由焊接或用於接合電纜的其他技術（例如覆晶接合技術）將電纜510的另一端向暖端（例如約233 K）連接至非低溫電子設備504。在此實例中，所示的銲接接頭514將電纜510連接至非低溫電子設備504。有利而言，使用包括基於HTS的互連的電纜510可消除對將電信號轉換為光信號或具有與由基於HTS的互連攜載的差動信號不同頻率的其他信號的需要。以此方式，可在無主動電子設備且低溫電子設備的熱負載最小的情況下在低溫電子設備502與非低溫電子設備504之間實現高速連續互連。
繼續參考第5圖，基於HTS的互連系統500可進一步包括熱負載管理系統。在此實例中，熱負載管理系統可包括熱夾520、實體連接器530及77 K的冷凍單元550。可將夾子520連接至第5圖所示的電纜510的中間點。熱夾520可為前文所描述的熱夾中之任一者。可經由實體連接器530將熱夾520的另一端連接至冷凍單元550（經由如前文所描述的冷板或熱管）。77 K的冷凍單元550可經配置以將對應於由熱夾520夾持的部分的電纜510的溫度維持於約77 K的溫度。可將使熱夾位置及冷板互連的實體連接器530作為銅線、編織物或箔來實施，或作為液氦熱管實施。儘管第5圖圖示的基於HTS的互連系統500包括按某一方式佈置的某一數量的部件，但基於HTS的互連系統500可包括以不同方式佈置的額外的部件或更少的部件。舉例而言，儘管第5圖描述的77 K的冷凍單元550經配置以將對應於由熱夾520夾持的部分的電纜510的溫度維持於約77克耳文的溫度，但77 K的冷凍單元550可經配置以將溫度維持於60克耳文至92克耳文之間的任何溫度。在一個實例中，77 K的冷凍單元550可經配置以將溫度維持於與基於HTS的互連的臨界溫度相同或基本上相同。
總而言之，在一個實例中，本揭示案係關於包含電纜的基於高溫超導體(high temperature superconductor; HTS)的互連系統，該電纜包含用於將低溫電子設備與非低溫電子設備互連的複數個基於HTS的互連。複數個基於HTS的互連中之每一者可包括自第一端向中間部分延伸的第一部分及自中間部分向與第一端相對的第二端延伸的第二部分。複數個基於HTS的互連中之每一者可包括：基板層，其形成於第一部分、中間部分及第二部分中；高溫超導體層，其在第一部分的至少一子部分、中間部分及第二部分中形成於基板層上方；及金屬層，其在第一部分及中間部分的至少一子部分中形成於高溫超導體層上方。基於HTS的互連系統可進一步包括熱負載管理系統，其中包含耦接至複數個基於HTS的互連中之每一者的中間部分的至少一個熱傳遞元件。熱負載管理系統可經配置以將複數個基於HTS的互連中之每一者的中間部分維持於60克耳文與92克耳文之間溫度範圍中的一預定溫度。
基板層可包含氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)或聚醯亞胺中之至少一者。高溫超導體層包含氧化釔鋇銅(YBCO)、氧化鉍鍶鈣銅(BSCCO)或稀土金屬氧化物(REBCO)中之至少一者。金屬層可包含金(Au)、銀(Ag)或銅(Cu)中之至少一者。
低溫電子設備可經配置以在包括10克耳文或以下的溫度及具有10
-3Torr至10
-10Torr的範圍中壓力的真空的低溫環境中運行。熱傳遞元件可包含熱夾。熱夾可經配置以將冷板或熱管夾至複數個基於HTS的互連中之每一者的中間部分，且其中冷板或熱管耦接至冷凍單元。
在另一實例中，本揭示案係關於基於高溫超導體(high temperature superconductor; HTS)的互連，用於將低溫電子設備與非低溫電子設備互連。基於HTS的互連可包括自第一端向中間部分延伸的第一部分及自中間部分向與第一端相對的第二端延伸的第二部分。基於HTS的互連可進一步包括：基板層，其形成於第一部分、中間部分及第二部分中；高溫超導體層，其在第一部分的至少一子部分、中間部分及第二部分中形成於基板層上方；及金屬層，其在第一部分及中間部分的至少一子部分中形成於高溫超導體層上方。
基板層可包含氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)或聚醯亞胺中之至少一者。高溫超導體層包含氧化釔鋇銅(YBCO)、氧化鉍鍶鈣銅(BSCCO)或稀土金屬氧化物(REBCO)中之至少一者。金屬層可包含金(Au)、銀(Ag)或銅(Cu)中之至少一者。
低溫電子設備可經配置以在包括10克耳文或以下的溫度及10
-3Torr至10
-10Torr的範圍中壓力的低溫環境中運行。
在另一實例中，本揭示案係關於包含電纜的基於高溫超導體(high temperature superconductor; HTS)的互連系統，該電纜包括用於將低溫電子設備與非低溫電子設備直接互連的複數個基於HTS的互連，使得在不轉換差動信號的形式的情況下可將差動信號傳輸至電纜的第一端或自該第一端傳輸至電纜的與第一端相對的第二端。複數個基於HTS的互連中之每一者可包括自第一端向中間部分延伸的第一部分及自中間部分向第二端延伸的第二部分。複數個基於HTS的互連中之每一者可包含：基板層，其形成於第一部分、中間部分及第二部分中；高溫超導體層，其在第一部分的至少一子部分、中間部分及第二部分中形成於基板層上方；及金屬層，其在第一部分及中間部分的至少一子部分中形成於高溫超導體層上方。基於HTS的互連系統可進一步包括熱負載管理系統，其中包含耦接至複數個基於HTS的互連中之每一者的中間部分的至少一熱傳遞元件。熱負載管理系統可經配置以將複數個基於HTS的互連中之每一者的中間部分維持於60克耳文與92克耳文之間溫度範圍中的一預定溫度。
基板層可包含氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)或聚醯亞胺中之至少一者。高溫超導體層包含氧化釔鋇銅(YBCO)、氧化鉍鍶鈣銅(BSCCO)或稀土金屬氧化物(REBCO)中之至少一者。金屬層可包含金(Au)、銀(Ag)或銅(Cu)中之至少一者。
熱傳遞元件可包含熱夾。熱夾可經配置以將冷板或熱管夾至複數個基於HTS的互連中之每一者的中間部分。可將冷板或熱管耦接至冷凍單元。
應理解本文描繪的方法、模組及部件僅為例示性的。替代而言或另外，可至少部分地藉由一或多個硬體邏輯部件執行本文描述的功能性。舉例而言，且不具限制性，可使用的硬體邏輯部件的例示性類型包括現場可程式閘陣列(Field-Programmable Gate Array; FPGA)、特定應用積體電路(Application-Specific Integrated Circuit; ASIC)、特殊應用標準產品(Application-Specific Standard Product; ASSP)、單晶片系統(System-on-a-Chip; SOC)、複雜可程式邏輯元件(Complex Programmable Logic Device; CPLD)等。在抽象但仍決定的意義上，實現同一功能性的任何佈置的部件實際上為「相關的」，從而實現所要的功能性。因此，可將經組合以實現特定功能性的本文中任兩個部件視為彼此「相關」，從而實現所要的功能性，而不考慮架構或媒體間的部件。同樣，亦可將相關的任兩個部件視為彼此「操作上連接」或「耦接」以實現所要的功能性。僅因為本文描述的一部件（可為裝置、結構、系統或功能性的任何其他實施方式）耦接至另一部件不意謂此等部件為分離的部件。舉例而言，描述為耦接至一部件A的另一部件B可能為部件A的子¬部件，或部件A可為部件B的子部件。
與本文描述的一些實例相關的功能性亦可包括非暫時性媒體中儲存的指令。本文使用的術語「非暫時性媒體」係指儲存使機器按特定方式運行的資料及/或指令的任何媒體。例示性非暫時性媒體包括非揮發性媒體及/或揮發性媒體。舉例而言，非揮發性媒體包括硬碟、固態驅動機、磁碟或磁帶、光碟或光帶、快閃記憶體、EPROM、NVRAM、PRAM或其他此類媒體或此類媒體的網路化版本。舉例而言，揮發性媒體包括動態記憶體，例如DRAM、JMRAM、SRAM、快取或其他此類媒體。非暫時性媒體不同於傳輸媒體，但可與其結合使用。傳輸媒體用於自機器傳輸資料及/或指令，或將資料及/或指令傳輸至媒體。例示性傳輸媒體包括同軸電纜、光纖電纜、銅線及無線媒體，如無線電波。
另外，熟習此項技術者將瞭解上文描述的操作的功能性僅為說明性的。可將多個操作的功能性結合為單一操作，及/或可將單一操作的功能性分散於額外的操作。此外，替代實施例可包括特定操作的多個情況，可在各個其他實施例中更改操作的次序。
儘管揭示案提供具體的實例，但可在不脫離以下請求項闡述的揭示案範疇的情況下作出各種修改及改變。因此，將說明書及圖式視為說明性而非限制性，所有此類修改應在本揭示案的範疇中。應將本文關於具體實例所描述的任何益處、優點或解決方案解釋為任何或所有請求項的關鍵、所需或重要的特徵或要素。
另外，將本文所使用的術語「一(a)」或「一(an)」定義為一或多於一。另外，不應將請求項中使用的諸如「至少一個」或「一或多個」的介紹性片語解釋為表示藉由不定冠詞「一(a)」或「一(an)」介紹的另一請求項要素將包含此介紹請求項要素的任何特定請求項限制於僅包含一此要素的發明，甚至當同一請求項包括介紹性片語「一或多個」或「至少一個」及諸如「一(a)」或「一(an)」的不定冠詞。對於定冠詞的使用亦如此。
除非另外指出，使用諸如「第一」及「第二」的術語任意區別此等術語描述的要素。由此，此等術語不一定要表示此類要素的時間性或其他優先。
3:平面
100:基於高溫超導體的互連系統
110:基於HTS的互連
112:基板層
114:高溫超導體層
116:金屬層
120:熱負載管理系統
122:絕緣體
124:絕緣體
132:冷板
134:夾子
200:俯視圖
202:基板層
204:高溫超導體層
206:高溫超導體層
208:高溫超導體層
210:高溫超導體層
212:部分
214:部分
216:部分
218:部分
222:金屬層
224:金屬層
226:金屬層
228:金屬層
300:橫剖面視圖
302:基板層
312:高溫超導體層
314:高溫超導體層
316:高溫超導體層
318:高溫超導體層
322:金屬層
324:金屬層
326:金屬層
328:金屬層
400:基於高溫超導體的互連系統
410:基於HTS的互連
422:絕緣體
424:絕緣體
432:冷板
434:夾子
442:螺釘
444:螺釘
500:基於高溫超導體的互連系統
502:低溫電子設備
504:非低溫電子設備
510:電纜
512:銲接接頭
514:銲接接頭
520:熱夾
530:實體連接器
550:冷凍單元
CL:向冷端延伸的基於HTS的互連110的部分
IL:基於HTS的互連110的部分
L:整個長度
WL:向暖端延伸的基於HTS的互連110的部分
藉由實例說明本揭示案，且不受附圖的限制，附圖中相同的元件符號表示相似的要素。出於簡明及清晰目的，說明圖中的要素，且不一定按比例繪製此等要素。
第1圖圖示根據一個實例的用於低溫環境之具有較低熱負載之基於高溫超導體(high temperature superconductor; HTS)的互連系統的圖；
第2圖圖示根據一個實例的第1圖之基於HTS的互連的俯視圖；
第3圖圖示根據一個實例的第1圖之基於HTS的互連的橫剖面視圖；
第4圖圖示用於低溫環境之具有較低熱負載之基於高溫超導體(high temperature superconductor; HTS)的互連系統的一個例示性實施方式的圖；及
第5圖圖示根據另一實例的用於低溫環境之具有較低熱負載的基於高溫超導體(high temperature superconductor; HTS)的互連系統的圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
100:基於高溫超導體的互連系統
110:基於HTS的互連
112:基板層
114:高溫超導體層
116:金屬層
120:熱負載管理系統
122:絕緣體
124:絕緣體
132:冷板
134:夾子
CL:向冷端延伸的基於HTS的互連110的部分
IL:基於HTS的互連110的部分
L:整個長度
WL:向暖端延伸的基於HTS的互連110的部分
Claims (20)
- 一種基於高溫超導體(HTS)的互連系統，其包含： 一電纜，包括用於將低溫電子設備與非低溫電子設備互連的複數個基於HTS的互連，其中該複數個基於HTS的互連中之每一者包括自一第一端向一中間部分延伸的一第一部分及自該中間部分向與該第一端相對的一第二端延伸的一第二部分，其中該複數個基於HTS的互連中之每一者包含： 一基板層，形成於該第一部分、該中間部分及該第二部分中， 一高溫超導體層，在該第一部分的至少一子部分、該中間部分及該第二部分中形成於該基板層上方， 一金屬層，在該第一部分及該中間部分的至少一子部分中形成於該高溫超導體層上方，及 一熱負載管理系統，其包含耦接至該複數個基於HTS的互連中之每一者的該中間部分的至少一個熱傳遞元件，其中該熱負載管理系統經配置以將該複數個基於HTS的互連中之每一者的該中間部分維持於60克耳文至92克耳文的一溫度的一範圍中的一預定溫度。
- 如請求項1所述之基於HTS的互連系統，其中該基板層包含氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)或一聚醯亞胺中之至少一者。
- 如請求項1所述之基於HTS的互連系統，其中該高溫超導體層包含氧化釔鋇銅(YBCO)、氧化鉍鍶鈣銅(BSCCO)或稀土金屬氧化物(REBCO)中之至少一者。
- 如請求項1所述之基於HTS的互連系統，其中該金屬層包含金(Au)、銀(Ag)或銅(Cu)中之至少一者。
- 如請求項1所述之基於HTS的互連系統，其中該低溫電子設備可經配置以在包括10克耳文或以下的一溫度及具有10 -3Torr至10 -10Torr的一範圍中一壓力的一真空的一低溫環境中運行。
- 如請求項5所述之基於HTS的互連系統，其中該熱傳遞元件包含一熱夾。
- 如請求項6所述之基於HTS的互連系統，其中該熱夾經配置以將一冷板或一熱管夾至複數個基於HTS的互連中之每一者的中間部分，且其中該冷板或該熱管耦接至一冷凍單元。
- 一種用於將低溫電子設備與非低溫電子設備互連的基於高溫超導體(HTS)的互連，其包含： 自一第一端向一中間部分延伸的一第一部分及自該中間部分向與該第一端相對的一第二端延伸的一第二部分，其中該基於HTS的互連進一步包含： 一基板層，形成於該第一部分、該中間部分及該第二部分中， 一高溫超導體層，在該第一部分的至少一子部分、該中間部分及該第二部分中形成於該基板層上方，及 一金屬層，在該第一部分及該中間部分的至少一子部分中形成於該高溫超導體層上方。
- 如請求項8所述之基於HTS的互連，其中該基板層包含氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)或一聚醯亞胺中之至少一者。
- 如請求項8所述之基於HTS的互連，其中該高溫超導體層包含氧化釔鋇銅(YBCO)、氧化鉍鍶鈣銅(BSCCO)或稀土金屬氧化物(REBCO)中之至少一者。
- 如請求項8所述之基於HTS的互連，其中該金屬層包含金(Au)、銀(Ag)或銅(Cu)中之至少一者。
- 如請求項8所述之基於HTS的互連系統，其中該低溫電子設備可經配置以在包括10克耳文或以下的一溫度及具有10 -3Torr至10 -10Torr的一範圍中一壓力的一真空的一低溫環境中運行。
- 一種基於高溫超導體(HTS)的互連系統，其包含： 一電纜，包括用於將低溫電子設備與非低溫電子設備直接互連的複數個基於HTS的互連，使得可在不轉換差動信號的一形式的情況下將該等差動信號傳輸至該電纜的一第一端或自該第一端傳輸至該電纜的與該第一端相對的一第二端，其中該複數個基於HTS的互連中之每一者包括自該第一端向一中間部分延伸的一第一部分及自該中間部分向與該第二端延伸的一第二部分，其中該複數個基於HTS的互連中之每一者包含： 一基板層，形成於該第一部分、該中間部分及該第二部分中， 一高溫超導體層，在該第一部分的至少一子部分、該中間部分及該第二部分中形成於該基板層上方，及 一金屬層，在該第一部分及該中間部分的至少一子部分中形成於該高溫超導體層上方；及 一熱負載管理系統，其包含耦接至該複數個基於HTS的互連中之每一者的該中間部分的至少一熱傳遞元件，其中該熱負載管理系統經配置以將該複數個基於HTS的互連中之每一者的該中間部分維持於60克耳文至92克耳文的一溫度的一範圍中的一預定溫度。
- 如請求項13所述之基於HTS的互連系統，其中該基板層包含氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)或一聚醯亞胺中之至少一者。
- 如請求項13所述之基於HTS的互連系統，其中該高溫超導體層包含氧化釔鋇銅(YBCO)、氧化鉍鍶鈣銅(BSCCO)或稀土金屬氧化物(REBCO)中之至少一者。
- 如請求項13所述之基於HTS的互連系統，其中該金屬層包含金(Au)或銀(Ag)中之至少一者。
- 如請求項13所述之基於HTS的互連系統，其中該低溫電子設備可經配置以在包括10克耳文或以下的一溫度及具有10 -3Torr至10 -10Torr的一範圍中一壓力的一真空的一低溫環境中運行。
- 如請求項17所述之基於HTS的互連系統，其中該熱傳遞元件包含一熱夾。
- 如請求項18所述之基於HTS的互連系統，其中該熱夾經配置以將一冷板或一熱管夾至該複數個基於HTS的互連中之每一者的該中間部分。
- 如請求項19所述之基於HTS的互連系統，其中該冷板或該熱管耦接至一冷凍單元。
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