JPH0281485A - 超電導記憶装置 - Google Patents

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。

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電導体
内に記憶する、大記憶容菫、不揮発性記憶装置に好適な
超電導記憶装置に関する。

〔従来の技術〕

アブリコソフ磁束量子を記憶情報として用いた装置とし
ては、例えば特公昭６−３４１９４号公報に開示されて
いる。第１４図はアブリコソフ磁束量子記憶装置の従来
例の斜視図である。アブリコソフ磁束量子を保持するた
めの膜厚の薄い超電導体膜４１と、この超電導体膜４１
の１部を下部電極として超電導体膜４２を上部電極とす
る磁束量子検出用ジョセフソン接合４３と、超電導体膜
４１の端４５近傍に設けられた磁束斌子書込線４４と、
超電導体膜４１の端部４５を除く周辺を囲む超電導体膜
４１よりも膜厚の厚い超電導体膜４１′とで構成されて
いる。図中のαは超電導体膜４１内に保持されているア
ブリコソフ磁束量子を概念的に表しているものである。

従来のこのような記憶装置では、超電導体膜４１内に保
持されているアブリコソフ磁束量子の有無をジョセフソ
ン接合４３で検出し、記憶状態のｒＯＪ　　ｒｌＪに対
応させている。すなわち、超電導体膜４１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４３における閾値電流工、を低下させることを
利用して、閾値電流ＩＪの変化を記憶情報のｒＯＪ　　
ｒｌＪに対応させている６ 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、アブリコソフ磁束量子（第１４図のα
で表わされている。）の移動・拡散についての配慮がさ
れておらず、第１４図の超電導体膜４１の端部４５に発
生したアブリコソフ磁束量子αは端部４５に停滞しがち
で、情報読み込み手段であるジョセフソン接合４３まで
移動しにくい。このために、情報読み取り手段４３まで
アブリコソフ磁束量子αが十分に移動できず、磁束量子
の有・無を正確に読み取れないという問題があった。ま
た、従来の情報読み取り手段の設置位置では、ジョセフ
ソン接合素子の面構造から７ブリコソフ磁束蔵子から出
る磁束を、有効に検出できない。これは、アブリコソフ
磁束量子の発生場所が、ジョセフソン接合素子から離れ
ているため磁束密度が弱るからである。

また、更に、従来の技術では多量のデータを記憶できず
、装置の大容蹴化が不可能であった。

本発明の目的は、アブリコソフ磁束量子を移動させるこ
となく、ジョセフソン接合素子でアブリコソフ磁束量子
の有・無を正確に検出することを可能にし、情報の読み
取り誤差をなくした記憶装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、小型で大容量の記憶を可能
とした記憶装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、情報書き込み手段を格子状の導電線膜とし
、情報記憶手段である超電導体層の上に超電導体層の厚
さよりも膜厚が厚くなるように格子状超電導体層を形成
し、その上に該情報書き込み手段を設置し、かつジョセ
フソン接合からなる情報読み出し手段を前記情報書き込
み手段の設置されている超電導体膜上 ｍ線の格子中央に対応する該超電導体膜上に設置するこ
とにより達成される。

また、上記目的は情報記憶手段である超電導体層に貫通
しないホールを形成し、該ホールの周囲に情報書き込み
手段である環状導電線を設置し、情報読み取り手段を前
記情報書き込み手段の設置されている面とは反対の前記
超電導体層面上に。

前記ホールの位置と対向するように設置することによっ
ても達成することができる。

〔作用〕

格子状の導電線から成る情報書き込み手段は、通電によ
り情報記憶手段である超電導体層の格子で区画された任
意の場所に磁界を発生させて、アブリコソフ磁束量子を
発生することができる。該アブリコソフ磁束量子は、該
超電導体層の周囲の厚さが格子状に厚くなっているため
に、移動することができず、超電導体層の格子壁の中に
閉じ込められる。このため拡散によるアブリコソフ磁束
量子の消散はない、該アブリコソフ磁束量子の有無は、
前記超電導体層の情報書き込み手段と反対面の、前記格
子状導電線の格子中心に対応する点に取り付けたジョセ
フソン接合からなる読み出し手段で読み取る。このため
、アブリコソフ磁束量子を読み取り手段まで移動させる
必要がなく、また、アブリコソフ磁束量子から発生する
磁束を効果的に検出できるために、読み取りにおける誤
動作がなくなる６以上の作用により、多量の情報を多数
のアブリコソフ磁束量子の有無に対応させて超電導体層
の格子で区画された任意の場所に記憶することができる
とともに、誤動作することなく読み出しすることが可能
となる。アブリコソフ磁束量子は磁束の最小単位の大き
さになり得るもので、超電導体の基本構成単位であると
考えられているペロブスカイト構造の大きさと同程度の
大きさと考えて良い、このため、理論的には１つの記憶
素子を分子レベルの大きさまで小さくすることが可能と
なり、小型で大記憶容量の超電導体記憶装置を実現する
ことができる。また１本発明ではアブリコソフ磁束量子
を記憶手段に用いるために。

超電導装置からの発熱をなくすことが可能となる。

一方アブリコソフ磁束量子は、超電導状態が何らかの外
力により破壊されない限り超電導体層内に半永久的自己
保存されるために、消散してしまうことはない、このた
め記憶した情報が時間とともに揮発してしまうことはな
い。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図、第２図、第３図によ
り説明する。情報書き込み手段１は、格子状の導電線膜
で、少なくとも２本以上の平行導電線１１と該導電線に
直交する少なくとも２本以上の直交導電線１２で構成さ
れている。前記情報書き込み手段１は、情報記憶手段４
である超電導体層２の上に、該超電導体層よりも厚い、
格子状の超電導体層２０の上に設置されている。情報記
憶手段４は、磁場が印加されること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
を該磁場が除却された後も自己保存する超電導体層２を
情報記憶用素子として有する。

情報読み出し手段３は、本実施例においては、情報記憶
手段４の超電導体層２が自己保持してるアブリコソフ磁
束量子に感応するジョセフソン接合素子とする。ジョセ
フソン接合は、第２図に示すように、前記情報書き込み
手段１の平行溝ｔｎ線１１及び直交導電、ｌ１ｌｌ１２
により、超電導体層２の上に形成される格子状超電導ホ
ール５の反対面上の点５０に設置されている。該ジョセ
フソン接合素子は平行導電線１１と直交導電線１２によ
って作られるすべての格子状超電導ホール５の反対面上
の点５０に設置されている１本実施例では情報読み出し
手段３をジョセフソン接合素子として、第４図の概念図
に示すようにトンネル障壁層６２を１つ持つものを用い
ている。しかし、第５図に示すようにトンネル障壁を２
つ持ついわゆるスクイド（ＳＱＵＩＤ）形のものでも良
い。第４図。

第５図において６１は上部電極、６３は下部電極であり
、第５図のような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（実線矢印）６４が中央の空間
を横切るように構成することにより、閾値特性を変化さ
せることができる。

次に、本実施例の動作を第６図、第７図及び第８図を用
いて説明する。

情報の１に対応するアブリコソフ磁束量子を第６図の格
子状超電導ホール５のＡに発生させ、情報の書き込み、
記憶、読み出し方法の手順を説明する。情報「１」に対
応した、電流Ｉｗ１．　ｌｌＩ２１１ＷＫ、　ＩＷ４を
情報書き込み手段１である格子状導電線のＴｚからＴ２
　、ＨａからＨ４、Ｔ４からＴａ　、ＨｚからＨｚへ流
すと、情報記憶手段４である超電導体層２の格子状超電
導ホールＡの周囲に、環状の電流を流したと同様の効果
があり、該Ａに磁場が発生し、その磁場が超電導体層２
に印加される。このため、超電導体層２の格子状超電導
ホールのＡに、情報「１」に対応するアブリコソフ磁束
量子αが下向きに内部発生する。電流を流し続けると、
該Ａにアブリコソフ磁束量子が多数発生し、蓄積される
。該アブリコソフ磁束量子は、該Ａの周囲の超電導体Ｍ
２′が情報記憶手段４の超′＃、導体層２よりも膜厚が
厚いため、周囲に移動・拡散することができず、該Ａの
中にアブリコソフ磁束量子が、超電導体層２のピン止め
力（アブリコソフ磁束量子を捕獲する力）により自己保
存される。第８図は、第４図に示すジョセフソン接合素
子の閾値の遷移量と書き込み電流との関係を示す書き込
み特性図であり、横軸に書き込み電流値、縦軸に遷移量
をとっている。同図から、閾値の遷移量は書き込み電流
に対して原点対称で、急峻な立ち上がり特性と飽和特性
を示す。急峻な立ち上がり特性は、ある値以下の書き込
み電流（第８図では４■マ）以下ではアブリコソフ磁束
量子が、情報記憶手段４の超電導体層の中に発生するこ
とができないが、その電流値４Ｉｗ　を越えると、多数
のアブリコソフ磁束量子が内部発生する現象に基づいて
生じる。飽和特性は、一定以上のアブリコソフ磁束量子
が発生してしまうと、書き込みｍＡをある値（第８図で
は４Ｉｗ）以上に増加しても、アブリコソフ磁束量子相
互の斥力のために、アブリコソフ磁束量子が発生しにく
くなるために生じる。

ここで１例えば情報ｒｌＪに対する書き込み可能な電流
の閾値を４Ｉｗ、また書き込み不可能な電流を３１ｗと
する。また、第６図の電流Ｉｗｘ。

１曹ｚ、　　Ｉｔｓ、　　Ｉｗ番の大きさを、すべて等
しくＩｗとする。これにより、電流Ｉｖｔ＋　　Ｉｗｚ
、　　Ｉｗａ。

ＩＷ４が同時に流れると書き込み電流は４Ｔｗ　となり
、書き込み可能な電流３Ｉｗよりも大きくなり、情報「
１」がアブリコソフ磁束量子αとなり、第６図に示す格
子状超電導ホールＡのみに書き込まれる。しかし、格子
状超電導ホールＢ、Ｄには３Ｉｗ以上の電流は流れず、
また、該Ｂのまわりに流れる電流Ｉｗ＋、　　Ｉｗａに
より発生する磁界は互いに逆方向に発生するために、Ｉ
ｗｔ、　Ｉｗａの書き込み効果は半減する。（Ｄについ
ても同様に逆方向の磁界が発生する。）このために、Ａ
以外の格子状超電導ホールＢ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆに、アブ
リコソフ磁束量子αが発生することはない。情報「０」
の書き込みも、書き込み電流１ｗ＋、　　ＩＷ２１１Ｗ
３．　　Ｉ１４の方向を逆にすることにより同様に行う
ことができる。本実施例では、書き込み’ｌεを格子状
導電線を利用して選択的に与えることによって、任意の
格子状超電導ホールにアブリコソフ磁束量子を発生する
ことが可能であり、２行３列つまり、６ｂｉｔの記憶装
置となっている。例えば、Ｄに情報「１」を記憶したい
場合には、Ｉｗｚ＋Ｉｗ４以外にＴ８からＴ４へ電流１
ｗ＋ｓを、１゛ＢからＴＩＩへＩｗｅの電流を通電すれ
ば良い。ただし、Ｉｗｅ、　　Ｉｗａの大きさはＩｗ　
と同じとする。これにより、該りのまわりには４ＩＷの
′６ｉ流が環状に流れ、アブリコソフ磁束量子αがＤの
中に発生し、保持される。このようにして１選択的な情
報の書き込みが可能となり、前述したように６ビツトの
記憶装置の働きをする。

次に、選択的読み出し操作について説明する。

情報の読み出しは、適当なバイアス電流■５を情報読み
出し手段３であるジョセフソン接合素子に与えることに
より行う、つまりアブリコソフ磁束量子が超電導体Ｍ２
内に保持された場合の閾値電流ＩＪ　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Ｉｂ　をジ
ョセフソン接合素子に与えると、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素子に電圧が発生
（有電圧状態）し、保持されていなければ電圧は零（零
電圧状態）となる、このため、この電圧の変化に対応し
て、記憶されている情報のマ０マ、マ１マを判断すれば
良い。本実施例では、すべての格子状超電導ホールに対
応して、読み出し手段３であるジョセフソン接合素子が
取り付けられており、任意の場所における情報を読み取
ることが可能である。

本実施例のジョセフソン接合素子では、第７図に示すよ
うに、トンネル障壁層６２を上部電極２１と下部電極６
３で挾む構造となっているが、上部。

あるいは下部電極を超電導体層２で代用してトンネル障
壁層６２を挾む構造としても良い。

第９図及び第１０図に本発明の第２の実施例を示す。こ
の実施例は、第１の実施例の超電導記憶装置を、第１０
図に示す絶縁層７により隔離した後に、積層したことを
特徴としている。この実施例では、記憶装置を積層する
ことにより、単位設置面積当りの記憶容量を容易に大き
くすることが可能となる。製作は、絶縁層７を挿入する
ことにより容易に行うことが可能である。この絶縁層７
は、該絶縁層の上・下の記憶装置の導電線の接触による
ショート事故を防ぐとともに、両装置から発生する磁界
の相互干渉を防ぐ働きをしている。

第１１図、第１２図及び第１３図に本発明の第３の実施
例を示す。第１１図に示すように、情報記憶手段４であ
る超電導体層２にはホール８が設けられており、該ホー
ル８は該超電導体層２を貫通していない。情報書き込み
手段１として環状の導電線１３が前記ホール８の周囲に
設置されており、情報読み出し手段３は前記ホール８の
存在する面とは反対側の前記超電導体層面上に設置され
ている。情報読み出し手段３としては第１の実施例で述
べたジョセフソン接合素子を用いる。情報の書き込みは
前記情報書き込み手段１である環状導電＆１１３に通電
し、通電により発生する磁界を利用して行う。情報の書
き込み場所（位りの選択は１通電する環状導電線１３を
選択することにより容易に行うことができる。本実施例
では、第１１図に示すように２行３列の行列となってお
り、６ｂｉｔ　　（２Ｘ３）の情報を記憶することがで
きる。具体的には通電する環状溝＃ｉ線１３を選択する
ことにより、超電導体層２任意のホール８、つまり位置
に情報を記憶することが可能となる。情報の書き込み、
消却及び読み出しのメカニズムは第１の実施例と同様で
、情報のマ０マ、マ１マをアブリコソフ磁束量子の有・
無で記憶し、情報の読み出し手段３であるジョセフソン
接合素子６によりアブリコソフ磁束量子の有・無を判断
し、情報のマ０マ、マ１マとじて読み出す。本実施例で
は、超電導体層に設けられたホールの数に対応した記憶
容量を確保することができる。超電導体層にホールを形
成することは現状の技術で容易であり、また本実施例で
は情報の記憶時に第１の実施例のように所定の４本の直
交導電線に同時に電流を通す必要がないために、情報の
書き込み用制御回路を簡略化できる。以上の理由により
、本実施例では大容量超電導記憶装置を安価に製作する
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、情報を情報書き込み手段により、情報
記憶手段である超電導体層の任意の場所に、アブリコソ
フ磁束量子の有・無により記憶できる、とともに読み出
し手段であるジョセフソン接合素子によりアブリコソフ
磁束量子の有・無を正確に読み出すことが可能となる。

このため大容量の記憶装置が可能となり、またアブリコ
ソフ磁束量子を記憶手段として利用するために、装置か
らの発熱をなくすことが可能となるばかりではなく、従
来のＲＡＭのように電源を切断すると、情報が揮発して
しまうなどの問題がない。

また、この記憶装置は、１ｂｉｔの記憶素子の大きさを
原理的に超電導体層の最小構成単位であるペロジスカイ
１−構造と同程度の大きさにすることが可能であるため
に小型でかつ大容量の記憶装置が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の正面図、第２図は第１
図の■−■断面図、第３図は第１図のＩＩ＋−■断面図
、第４図及び第５図は、本発明における情報読み取り手
段の具体例の概念図、第６図から第８図は本発明の第１
の実施例の動作説明図で第６図は正面図、第７図は第６
図のＶｌ　−ＶＩ断面図、第８図は第１の実施例におけ
る情報記憶手段の閾値特性の変化量を示す図、第９図は
本発明の第２の実施例の正面図、第１０図は第９図のＸ
−Ｘ断面図、第１１図は本発明の第３の実施例の正面図
、第１２図は第１１図の店−店断面図、第１３図は第１
０図のＸＩ−Ｘ■断面図、第１４図は従来例を説明する
図である。 １・・・情報書き込み手段、２・・・超電導体層、３・
・・情報読み出し手段、４・・・情報記憶手段、５・・
・格子状超電導ホール、１１・・・平行導電線、１２・
・直交導電線、１７・・・絶縁層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁場の印加によつてアブリコソフ磁束量子が発生し
   、該磁場を取り除いた状態でも該アブリコソフ磁束量子
   を自己保持する超電導体層を有する情報記憶手段と、こ
   の情報記憶手段の一面側に配設された情報に対応して電
   流が通電することにより、前記情報記憶手段の超電導体
   層内に与える磁場を発生する情報書き込み手段と、前記
   情報記憶手段の他の面側に配設され、前記情報記憶手段
   に自己保持されているアブリコソフ磁束量子に感応する
   情報読み出し手段を備えた超電導記憶装置。 ２、超電導体層を有する情報記憶手段と、情報書き込み
   手段と、情報読み出し手段を備え、前記情報書き込み手
   段は、２本以上の平行導電線と、該平行導線と直交する
   ２本以上の直交導電線より成る格子状導電膜により構成
   し、前記情報記憶手段の超電導体層の上には、該超電導
   体層よりも膜厚が厚くなるように格子状超電導体層を形
   成し、その上に前記情報書き込み手段を設置し、該情報
   書き込み手段の設置されている面とは反対面上の、前記
   情報記憶手段の超電導体層の上に少なくとも１つ以上の
   情報読み取り手段を設置していることを特徴とする超電
   導記憶装置。 ３、超電導体層を有する情報記憶手段と、情報書き込み
   手段と、情報読み出し手段を備え、前記情報記憶手段の
   超電導体層に貫通しないホールを形成し、該ホールを取
   り囲むように環状の導電線を情報書き込み手段として設
   置し、情報読み取り手段を、前記超電導体層の前記情報
   書き込み手段が設置されている面とは反対側の面に設置
   していることを特徴とする超電導記憶装置。 ４、情報記憶作用を行う超電導体の一面に、任意の場所
   に磁界を発生することが可能な情報書き込み作用を行う
   導電体を配設し、前記超電導体の他の面に、情報読み出
   し作用を行うジヨセフソン接合素子を配設してなる記憶
   素子を特徴とする超電導記憶装置。 ５、情報記憶作用を行う超電導体の一面に、任意の場所
   に磁界を発生することが可能な情報書き込み作用を行う
   導電体を配設し、前記超電導体の他の面に情報読み出し
   作用を行うジョセフソン接合素子を配設してなる記憶素
   子と、この記憶素子を複数個、絶縁体を介して積層して
   構成したことを特徴とする超電導記憶装置。