JPH08236821A - 超伝導アンチヒューズ - Google Patents
超伝導アンチヒューズInfo
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- JPH08236821A JPH08236821A JP7038875A JP3887595A JPH08236821A JP H08236821 A JPH08236821 A JP H08236821A JP 7038875 A JP7038875 A JP 7038875A JP 3887595 A JP3887595 A JP 3887595A JP H08236821 A JPH08236821 A JP H08236821A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】閾値以上の電圧を印加すると高抵抗状態或いは
絶縁状態から超伝導状態に変化する超伝導アンチヒュー
ズ関し、超伝導配線層を形成した後でその超伝導配線層
を高抵抗状態或いは絶縁状態から超伝導状態に変えるこ
とができる超伝導アンチヒューズを提供する。 【構成】基板１上に少なくとも２つの超伝導体層２，３
が、超伝導体層２，３間に閾値電圧以下の電圧を印加し
たとき超伝導体層２，３間が高抵抗状態にあり、閾値電
圧以上の電圧を印加したとき超伝導体層２，３同士が互
いに接触しうる間隔をおいて形成されている。
絶縁状態から超伝導状態に変化する超伝導アンチヒュー
ズ関し、超伝導配線層を形成した後でその超伝導配線層
を高抵抗状態或いは絶縁状態から超伝導状態に変えるこ
とができる超伝導アンチヒューズを提供する。 【構成】基板１上に少なくとも２つの超伝導体層２，３
が、超伝導体層２，３間に閾値電圧以下の電圧を印加し
たとき超伝導体層２，３間が高抵抗状態にあり、閾値電
圧以上の電圧を印加したとき超伝導体層２，３同士が互
いに接触しうる間隔をおいて形成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超伝導アンチヒューズ
に関し、より詳しくは、閾値以上の電圧を印加すると高
抵抗状態或いは絶縁状態から超伝導状態に変化する超伝
導アンチヒューズに関する。
に関し、より詳しくは、閾値以上の電圧を印加すると高
抵抗状態或いは絶縁状態から超伝導状態に変化する超伝
導アンチヒューズに関する。
【０００２】
【従来の技術】超伝導配線層はたとえばジョセフソン論
理素子の配線として、或いは、マルチチップモジュール
（ＭＭＣ）のチップ間配線として用いることができ、Si
などの基板上に形成されたNb，Pbなどの金属超伝導材料
やNbTi，NbSnなどの合金系超伝導材料の超伝導体層をパ
ターニングして形成される。
理素子の配線として、或いは、マルチチップモジュール
（ＭＭＣ）のチップ間配線として用いることができ、Si
などの基板上に形成されたNb，Pbなどの金属超伝導材料
やNbTi，NbSnなどの合金系超伝導材料の超伝導体層をパ
ターニングして形成される。
【０００３】Nb膜の超伝導配線層は、液体Heなどで９Ｋ
以下に冷却することにより電気抵抗がゼロになり、極め
て高速で低損失の信号伝送線路を実現できる。このよう
な超伝導配線層をジョセフソン論理素子の配線や、マル
チチップモジュールのチップ間配線として用いると、論
理回路間の相互信号伝送線路を高速化でき消費電力を低
くすることができるので、コンピュータシステムの性能
を大幅に高めることができる。
以下に冷却することにより電気抵抗がゼロになり、極め
て高速で低損失の信号伝送線路を実現できる。このよう
な超伝導配線層をジョセフソン論理素子の配線や、マル
チチップモジュールのチップ間配線として用いると、論
理回路間の相互信号伝送線路を高速化でき消費電力を低
くすることができるので、コンピュータシステムの性能
を大幅に高めることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいては、閾値以上の電圧の印加により高抵抗状態或い
は絶縁状態から超伝導状態に変化するいわゆる超伝導ア
ンチヒューズは実現されていなかった。そのため、超伝
導回路に用いられる超伝導配線は、超伝導体層をパター
ニングする時点で決定されていなければならず、一旦基
板に回路パターンを作成した後で配線を接続することは
できない。従って、少量多品種等の場合には製品によっ
て配線接続をいちいち変える必要があり、工程管理が複
雑になるという問題があった。
おいては、閾値以上の電圧の印加により高抵抗状態或い
は絶縁状態から超伝導状態に変化するいわゆる超伝導ア
ンチヒューズは実現されていなかった。そのため、超伝
導回路に用いられる超伝導配線は、超伝導体層をパター
ニングする時点で決定されていなければならず、一旦基
板に回路パターンを作成した後で配線を接続することは
できない。従って、少量多品種等の場合には製品によっ
て配線接続をいちいち変える必要があり、工程管理が複
雑になるという問題があった。
【０００５】本発明は、係る従来の問題点に鑑みて創作
されたもので、超伝導配線層を形成した後でその超伝導
配線層を高抵抗状態或いは絶縁状態から超伝導状態に変
えることができる超伝導アンチヒューズを提供すること
を目的とする。
されたもので、超伝導配線層を形成した後でその超伝導
配線層を高抵抗状態或いは絶縁状態から超伝導状態に変
えることができる超伝導アンチヒューズを提供すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題は、基板上に少
なくとも２つの超伝導体層が、該超伝導体層間に閾値電
圧以下の電圧を印加したとき前記超伝導体層間が高抵抗
状態にあり、前記閾値電圧以上の電圧を印加したとき前
記超伝導体層同士が互いに接触しうる間隔をおいて形成
されていることを特徴とする超伝導アンチヒューズによ
って達成され、第２に、前記超伝導体層間の隙間内に冷
媒が介在していることを特徴とする第１の発明に記載の
超伝導アンチヒューズによって達成され、第３に、前記
基板は段差を有し、前記超伝導体層は前記段差を挟んで
上及び下の段の前記基板上にそれぞれ形成されているこ
とを特徴とする第１又は第２の発明に記載の超伝導アン
チヒューズによって達成され、第４に、前記超伝導体層
間の隙間の一部に絶縁膜、半導体膜又は常伝導体膜が介
在していることを特徴とする第１乃至第３の発明のいず
れかに記載の超伝導アンチヒューズによって達成され
る。
なくとも２つの超伝導体層が、該超伝導体層間に閾値電
圧以下の電圧を印加したとき前記超伝導体層間が高抵抗
状態にあり、前記閾値電圧以上の電圧を印加したとき前
記超伝導体層同士が互いに接触しうる間隔をおいて形成
されていることを特徴とする超伝導アンチヒューズによ
って達成され、第２に、前記超伝導体層間の隙間内に冷
媒が介在していることを特徴とする第１の発明に記載の
超伝導アンチヒューズによって達成され、第３に、前記
基板は段差を有し、前記超伝導体層は前記段差を挟んで
上及び下の段の前記基板上にそれぞれ形成されているこ
とを特徴とする第１又は第２の発明に記載の超伝導アン
チヒューズによって達成され、第４に、前記超伝導体層
間の隙間の一部に絶縁膜、半導体膜又は常伝導体膜が介
在していることを特徴とする第１乃至第３の発明のいず
れかに記載の超伝導アンチヒューズによって達成され
る。
【０００７】
【作用】本発明の超伝導アンチヒューズによれば、間隔
をおいて形成された超伝導体層間に閾値電圧以下の電圧
を印加したときに超伝導体層間が絶縁状態或いは高抵抗
状態にあり、それらの超伝導体層間に閾値電圧以上の電
圧を印加したとき超伝導体層同士が互いに接触しうる間
隔で超伝導体層が形成されている。
をおいて形成された超伝導体層間に閾値電圧以下の電圧
を印加したときに超伝導体層間が絶縁状態或いは高抵抗
状態にあり、それらの超伝導体層間に閾値電圧以上の電
圧を印加したとき超伝導体層同士が互いに接触しうる間
隔で超伝導体層が形成されている。
【０００８】従って、この超伝導アンチヒューズを、冷
媒、例えば液体ヘリウムに浸漬して超伝導体層の臨界温
度以下に冷却して超伝導体層間に閾値電圧以下の電圧を
印加しても、超伝導体層間は絶縁状態或いは高抵抗状態
にある。このとき、超伝導アンチヒューズを液体ヘリウ
ムに曝してもよいし、超伝導アンチヒューズ全体をカバ
ーして液体ヘリウムに曝さないようにしてもよい。
媒、例えば液体ヘリウムに浸漬して超伝導体層の臨界温
度以下に冷却して超伝導体層間に閾値電圧以下の電圧を
印加しても、超伝導体層間は絶縁状態或いは高抵抗状態
にある。このとき、超伝導アンチヒューズを液体ヘリウ
ムに曝してもよいし、超伝導アンチヒューズ全体をカバ
ーして液体ヘリウムに曝さないようにしてもよい。
【０００９】一方、冷媒により冷却している状態で超伝
導体層間に閾値電圧以上の電圧を印加すると、隙間内の
雰囲気ガス或いはヘリウムは絶縁破壊を起こして超伝導
体層間に瞬間的に電流が流れる。この放電により超伝導
体層の対向部分が接触し、接触部が溶接される。また、
基板に形成された段差を挟んで上及び下の段の基板上に
それぞれ超伝導体層を形成しても、同じように機能させ
ることができる。
導体層間に閾値電圧以上の電圧を印加すると、隙間内の
雰囲気ガス或いはヘリウムは絶縁破壊を起こして超伝導
体層間に瞬間的に電流が流れる。この放電により超伝導
体層の対向部分が接触し、接触部が溶接される。また、
基板に形成された段差を挟んで上及び下の段の基板上に
それぞれ超伝導体層を形成しても、同じように機能させ
ることができる。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。本発明の実施例を具体的に説明する前に、
本発明の原理を説明する。 （本発明の原理の説明）図１（ａ），（ｂ）は、本発明
の超伝導アンチヒューズの原理を模式的に表した斜視図
であり、同図（ａ）が初期の高抵抗状態を示し、同図
（ｂ）が超伝導状態を示す。
て説明する。本発明の実施例を具体的に説明する前に、
本発明の原理を説明する。 （本発明の原理の説明）図１（ａ），（ｂ）は、本発明
の超伝導アンチヒューズの原理を模式的に表した斜視図
であり、同図（ａ）が初期の高抵抗状態を示し、同図
（ｂ）が超伝導状態を示す。
【００１１】図１（ａ）に示した超伝導アンチヒューズ
においては、第１と第２の超伝導体層２５、２６が隙間
を挟んで形成されている。しかも、隙間の一部に絶縁膜
２７が挟まれている。この超伝導アンチヒューズを液体
ヘリウムなどに浸漬して超伝導体に超伝導が起こる臨界
温度以下に冷却する。絶縁膜２７の厚さ、つまり第１と
第２の超伝導体層２５，２６間の間隔は、第１と第２の
超伝導体層２５，２６の間に閾値電圧以下の電圧を印加
したときに第１と第２の超伝導体層２５，２６間が高抵
抗状態になるように決められる。このとき、超伝導アン
チヒューズは液体ヘリウムに曝されるようになってい
る。従って、絶縁膜２７が存在しているところを除いて
間隙内は液体ヘリウムで満たされる。
においては、第１と第２の超伝導体層２５、２６が隙間
を挟んで形成されている。しかも、隙間の一部に絶縁膜
２７が挟まれている。この超伝導アンチヒューズを液体
ヘリウムなどに浸漬して超伝導体に超伝導が起こる臨界
温度以下に冷却する。絶縁膜２７の厚さ、つまり第１と
第２の超伝導体層２５，２６間の間隔は、第１と第２の
超伝導体層２５，２６の間に閾値電圧以下の電圧を印加
したときに第１と第２の超伝導体層２５，２６間が高抵
抗状態になるように決められる。このとき、超伝導アン
チヒューズは液体ヘリウムに曝されるようになってい
る。従って、絶縁膜２７が存在しているところを除いて
間隙内は液体ヘリウムで満たされる。
【００１２】このとき、第１と第２の超伝導体層２５，
２６間の電圧が液体ヘリウムの絶縁破壊の閾値電圧を越
えると、第１と第２の超伝導体層２５，２６は間隙に満
たされた液体ヘリウムを介して放電し、瞬間的に電流が
流れる。この放電により、図１（ｂ）に示すように、第
１と第２の超伝導体層２５，２６の対向部分が溶融して
接触し、その接触部分が溶接される。これにより第１と
第２の超伝導体層２５，２６間で導通がなされる。
２６間の電圧が液体ヘリウムの絶縁破壊の閾値電圧を越
えると、第１と第２の超伝導体層２５，２６は間隙に満
たされた液体ヘリウムを介して放電し、瞬間的に電流が
流れる。この放電により、図１（ｂ）に示すように、第
１と第２の超伝導体層２５，２６の対向部分が溶融して
接触し、その接触部分が溶接される。これにより第１と
第２の超伝導体層２５，２６間で導通がなされる。
【００１３】したがって、上記の構成を、電圧の印加に
より絶縁状態から接続状態に変化する超伝導アンチヒュ
ーズとして機能させることができる。次に、図２
（ａ），（ｂ）を参照しながら、別の構成の超伝導アン
チヒューズについて説明する。図２（ａ），（ｂ）は、
本発明に係る超伝導アンチヒューズの初期状態とその接
続状態を模式的に表した断面図であり、同図（ａ）は高
抵抗状態を示し、同図（ｂ）は超伝導状態を示す。
より絶縁状態から接続状態に変化する超伝導アンチヒュ
ーズとして機能させることができる。次に、図２
（ａ），（ｂ）を参照しながら、別の構成の超伝導アン
チヒューズについて説明する。図２（ａ），（ｂ）は、
本発明に係る超伝導アンチヒューズの初期状態とその接
続状態を模式的に表した断面図であり、同図（ａ）は高
抵抗状態を示し、同図（ｂ）は超伝導状態を示す。
【００１４】図２（ａ），（ｂ）において、超伝導アン
チヒューズが配線の一部に形成されており、第１の超伝
導体層２は電圧を印加する端子５に接続され、第２の超
伝導体層３は接地端子６に接続されている。また、この
超伝導アンチヒューズは液体ヘリウムに浸漬され、４．
２Ｋに冷却されている。図２（ａ）において、第１と第
２の超伝導体層２，３は超伝導体になっているが、第１
の超伝導体層２と第２の超伝導体層３の間は高抵抗状態
にある。この第１と第２の超伝導体層２，３間の抵抗値
は、基板１の抵抗率、両超伝導体層間２，３の間隔や超
伝導体層２，３と基板１とのコンタクト抵抗によって決
まり、数１００Ωから数ＧΩまで制御することができ
る。第１と第２の超伝導体層２，３間が、理想的な絶縁
状態のときは、第１と第２の超伝導体層２，３間に超伝
導電流は流れない。このときの超伝導電流と電圧の関係
は、図３のグラフの実線Ｃのようになる。このグラフで
は、横軸が線形目盛りで表した電圧を示し、縦軸が線形
目盛りで表した電流を示す。
チヒューズが配線の一部に形成されており、第１の超伝
導体層２は電圧を印加する端子５に接続され、第２の超
伝導体層３は接地端子６に接続されている。また、この
超伝導アンチヒューズは液体ヘリウムに浸漬され、４．
２Ｋに冷却されている。図２（ａ）において、第１と第
２の超伝導体層２，３は超伝導体になっているが、第１
の超伝導体層２と第２の超伝導体層３の間は高抵抗状態
にある。この第１と第２の超伝導体層２，３間の抵抗値
は、基板１の抵抗率、両超伝導体層間２，３の間隔や超
伝導体層２，３と基板１とのコンタクト抵抗によって決
まり、数１００Ωから数ＧΩまで制御することができ
る。第１と第２の超伝導体層２，３間が、理想的な絶縁
状態のときは、第１と第２の超伝導体層２，３間に超伝
導電流は流れない。このときの超伝導電流と電圧の関係
は、図３のグラフの実線Ｃのようになる。このグラフで
は、横軸が線形目盛りで表した電圧を示し、縦軸が線形
目盛りで表した電流を示す。
【００１５】図２（ｂ）において、第１の超伝導体層２
と第２の超伝導体層３の間に絶縁破壊の閾値電圧以上の
電圧を印加すると、第１と第２の超伝導体層２，３間で
放電し、瞬間的に電流が流れる。これにより、第１と第
２の超伝導体層２，３の対向部分が溶融して接触し、溶
接される。この放電電圧は、超伝導体層２，３間の間隔
や、超伝導体層２，３間の間隙内を満たしている媒体に
よって決まる。その値は数Ｖ〜数十Ｖ位であり、たとえ
ば、その媒体が液体ヘリウムで、超伝導体層２，３の横
幅が２μｍ、スリット４幅が０．１μｍのときは９Ｖ程
度である。
と第２の超伝導体層３の間に絶縁破壊の閾値電圧以上の
電圧を印加すると、第１と第２の超伝導体層２，３間で
放電し、瞬間的に電流が流れる。これにより、第１と第
２の超伝導体層２，３の対向部分が溶融して接触し、溶
接される。この放電電圧は、超伝導体層２，３間の間隔
や、超伝導体層２，３間の間隙内を満たしている媒体に
よって決まる。その値は数Ｖ〜数十Ｖ位であり、たとえ
ば、その媒体が液体ヘリウムで、超伝導体層２，３の横
幅が２μｍ、スリット４幅が０．１μｍのときは９Ｖ程
度である。
【００１６】第１と第２の超伝導体層２，３が接続する
と、両超伝導体層２，３間には超伝導電流が流れるよう
になる。この接続による超伝導電流の臨界電流値は１０
μＡから数十ｍＡで、超伝導配線には十分であり、図３
のグラフにおいて点線Ｄで示した特性となる。このよう
に、絶縁性基板１上にスリット４を挟んで２つの超伝導
体層２，３を配置することにより、通常は高抵抗状態
で、閾値電圧以上の電圧を印加したとき超伝導体層２，
３間が導通する超伝導アンチヒューズの機能を実現でき
る。 （超伝導素子の第１の実施例の説明）次に、図４
（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係る超伝導
素子を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
と、両超伝導体層２，３間には超伝導電流が流れるよう
になる。この接続による超伝導電流の臨界電流値は１０
μＡから数十ｍＡで、超伝導配線には十分であり、図３
のグラフにおいて点線Ｄで示した特性となる。このよう
に、絶縁性基板１上にスリット４を挟んで２つの超伝導
体層２，３を配置することにより、通常は高抵抗状態
で、閾値電圧以上の電圧を印加したとき超伝導体層２，
３間が導通する超伝導アンチヒューズの機能を実現でき
る。 （超伝導素子の第１の実施例の説明）次に、図４
（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係る超伝導
素子を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【００１７】図４（ａ），（ｂ）において、絶縁性基板
１の表面に、超伝導体材料からなる幅５μｍの帯状の第
１の超伝導体層２と第２の超伝導体層３をパターニング
することにより、幅約５０nmの間隙（スリット）４を挟
んで第１の超伝導体層２と第２の超伝導体層３が形成さ
れている。なお、絶縁性基板１の材料として、絶縁体材
料、ドープされていない高抵抗の半導体材料、或いは絶
縁体基板上に形成された導電型不純物がドープされてい
ない半導体材料を使用できる。ここではSrTiO3を用い
た。
１の表面に、超伝導体材料からなる幅５μｍの帯状の第
１の超伝導体層２と第２の超伝導体層３をパターニング
することにより、幅約５０nmの間隙（スリット）４を挟
んで第１の超伝導体層２と第２の超伝導体層３が形成さ
れている。なお、絶縁性基板１の材料として、絶縁体材
料、ドープされていない高抵抗の半導体材料、或いは絶
縁体基板上に形成された導電型不純物がドープされてい
ない半導体材料を使用できる。ここではSrTiO3を用い
た。
【００１８】この基板１上に、超伝導体材料として厚さ
１００nmのNb膜を堆積した後、パターニングし、帯状の
配線層を形成する。次に、Gaなどの収束イオンビーム
（ＦＩＢ）によりその配線層をエッチングし、スリット
４を形成する。また別な方法として、Nb膜を堆積した
後、レジスト膜を形成し、電子ビーム露光・現像により
スリットを有する帯状のレジストマスクを形成する。続
いて、そのレジストマスクに基づいてCF4ガスを用いた
反応性イオンエッチングによりNb膜をエッチングし、ス
リット４を有する帯状の超伝導配線層を形成することも
できる。スリット４幅は、基板１の材料などの条件によ
り、１００ｎｍ程度まで広くすることもできる。
１００nmのNb膜を堆積した後、パターニングし、帯状の
配線層を形成する。次に、Gaなどの収束イオンビーム
（ＦＩＢ）によりその配線層をエッチングし、スリット
４を形成する。また別な方法として、Nb膜を堆積した
後、レジスト膜を形成し、電子ビーム露光・現像により
スリットを有する帯状のレジストマスクを形成する。続
いて、そのレジストマスクに基づいてCF4ガスを用いた
反応性イオンエッチングによりNb膜をエッチングし、ス
リット４を有する帯状の超伝導配線層を形成することも
できる。スリット４幅は、基板１の材料などの条件によ
り、１００ｎｍ程度まで広くすることもできる。
【００１９】このように、絶縁性基板１上にスリット４
を挟んだ２つの超伝導体層２，３を配置することによ
り、通常は高抵抗状態で、閾値電圧以上の電圧を印加す
ることにより超伝導体層２，３間が導通し、超伝導アン
チヒューズの機能を実現できる。臨界温度以下に冷却す
ることにより接続された超伝導配線層には超伝導電流が
流れる。 （第２の実施例の説明）次に、図５（ａ）〜（ｃ）を参
照しながら本発明の第２の実施例に係る超伝導アンチヒ
ューズについて説明する。図５（ａ），（ｂ）は、積層
型の超伝導アンチヒューズの各製造工程を示す断面図で
あり、図５（ｃ）が超伝導アンチヒューズとしてほぼ完
成した断面図である。
を挟んだ２つの超伝導体層２，３を配置することによ
り、通常は高抵抗状態で、閾値電圧以上の電圧を印加す
ることにより超伝導体層２，３間が導通し、超伝導アン
チヒューズの機能を実現できる。臨界温度以下に冷却す
ることにより接続された超伝導配線層には超伝導電流が
流れる。 （第２の実施例の説明）次に、図５（ａ）〜（ｃ）を参
照しながら本発明の第２の実施例に係る超伝導アンチヒ
ューズについて説明する。図５（ａ），（ｂ）は、積層
型の超伝導アンチヒューズの各製造工程を示す断面図で
あり、図５（ｃ）が超伝導アンチヒューズとしてほぼ完
成した断面図である。
【００２０】まず、図５（ａ）に示すように、サファイ
ヤなどの絶縁体基板８上に、超伝導材料のNb膜からなる
第１の超伝導体層９、SiO2膜からなる絶縁体層１０、Nb
膜からなる第２の超伝導体層１１を、それぞれ１００n
m、２００nm、１００nmの厚さに堆積する。続いて、フ
ォトリソグラフィ技術により第２の超伝導体層１１上に
幅５μｍの帯状のレジストマスク１２を形成する。
ヤなどの絶縁体基板８上に、超伝導材料のNb膜からなる
第１の超伝導体層９、SiO2膜からなる絶縁体層１０、Nb
膜からなる第２の超伝導体層１１を、それぞれ１００n
m、２００nm、１００nmの厚さに堆積する。続いて、フ
ォトリソグラフィ技術により第２の超伝導体層１１上に
幅５μｍの帯状のレジストマスク１２を形成する。
【００２１】次に、図５（ｂ）に示すように、上記レジ
ストマスク１２を用いて、絶縁体層１０と第２の超伝導
体層１１を連続してエッチングし、幅５μｍの帯状のパ
ターン１０，１１を形成する。その後、レジストマスク
１２を除去した後、帯状のパターン１０，１１を被覆す
る幅５μｍの帯状のレジストマスク１３を新たに形成す
る。
ストマスク１２を用いて、絶縁体層１０と第２の超伝導
体層１１を連続してエッチングし、幅５μｍの帯状のパ
ターン１０，１１を形成する。その後、レジストマスク
１２を除去した後、帯状のパターン１０，１１を被覆す
る幅５μｍの帯状のレジストマスク１３を新たに形成す
る。
【００２２】その後、図５（ｃ）に示すように、上記レ
ジストマスク１３により、第１の超伝導体層９をエッチ
ングし、帯状のパターン９を形成する。こうして、絶縁
体層１０を挟んで第１の超伝導体層９と第２の超伝導体
層１１を積層した超伝導アンチヒューズが完成する。こ
のように作製された超伝導アンチヒューズを液体ヘリウ
ム中に浸漬して４．２Ｋの温度に冷却する。このとき、
第１と第２の超伝導体層９，１１間に印加する電圧が閾
値電圧以下では、超伝導体層９，１１間は高抵抗状態に
あり、超伝導電流は流れない。第１と第２の超伝導体層
９，１１間に閾値電圧以上の電圧を印加すると、第１と
第２の超伝導体層９，１１の間隙４に満たされた液体ヘ
リウムを介して放電し、瞬間的に電流が流れる。これに
より、第１と第２の超伝導体層９，１１が溶融して接触
し、この接触部が溶接される。第１と第２の超伝導体層
９，１１に超伝導電流が流れるようになる。 （第３の実施例の説明）図６は、本発明の超伝導アンチ
ヒューズに係る第３の実施例を示す断面図である。絶縁
性基板１７には高さｈの段差が形成され、各段の上面に
第１の電極１８と第２の電極１９が形成されて、液体He
中に浸漬されている。
ジストマスク１３により、第１の超伝導体層９をエッチ
ングし、帯状のパターン９を形成する。こうして、絶縁
体層１０を挟んで第１の超伝導体層９と第２の超伝導体
層１１を積層した超伝導アンチヒューズが完成する。こ
のように作製された超伝導アンチヒューズを液体ヘリウ
ム中に浸漬して４．２Ｋの温度に冷却する。このとき、
第１と第２の超伝導体層９，１１間に印加する電圧が閾
値電圧以下では、超伝導体層９，１１間は高抵抗状態に
あり、超伝導電流は流れない。第１と第２の超伝導体層
９，１１間に閾値電圧以上の電圧を印加すると、第１と
第２の超伝導体層９，１１の間隙４に満たされた液体ヘ
リウムを介して放電し、瞬間的に電流が流れる。これに
より、第１と第２の超伝導体層９，１１が溶融して接触
し、この接触部が溶接される。第１と第２の超伝導体層
９，１１に超伝導電流が流れるようになる。 （第３の実施例の説明）図６は、本発明の超伝導アンチ
ヒューズに係る第３の実施例を示す断面図である。絶縁
性基板１７には高さｈの段差が形成され、各段の上面に
第１の電極１８と第２の電極１９が形成されて、液体He
中に浸漬されている。
【００２３】絶縁性基板１７は、ドープされていないSr
TiO3からなる。基板１７の段差は、レジストを塗布して
パターニングした後、Arイオンビームエッチングにより
深さ２００nm程度除去することにより形成される。第１
と第２の電極１８，１９は、NbがＥＢ蒸着法で１００ｎ
ｍの厚さに堆積される。蒸着による成膜は、膜の回り込
みが少ないため、絶縁性基板１７の段差の側面にNbの膜
が形成されて電極１８，１９が短絡することはない。
TiO3からなる。基板１７の段差は、レジストを塗布して
パターニングした後、Arイオンビームエッチングにより
深さ２００nm程度除去することにより形成される。第１
と第２の電極１８，１９は、NbがＥＢ蒸着法で１００ｎ
ｍの厚さに堆積される。蒸着による成膜は、膜の回り込
みが少ないため、絶縁性基板１７の段差の側面にNbの膜
が形成されて電極１８，１９が短絡することはない。
【００２４】このような構成の超伝導アンチヒューズに
おいて、第１の電極１８と第２の電極１９は絶縁性基板
１７の段差ｈによって決まる間隔で配置され、両電極間
に印加される電圧が所定電圧以下のときは高抵抗状態で
ある。そして、所定電圧以上の電圧パルスを印加するこ
とによって、絶縁性基板１７の段差部分において、He雰
囲気を介して第１と第２の電極１８，１９が放電して電
極１８と１９の近接部分が溶融して接続され、超伝導電
流が流れるようになる。 （第４の実施例に係る超伝導回路の説明）次に、図７
（ａ）〜（ｃ）を参照しながら本発明の第４の実施例に
係る超伝導回路について説明する。図７（ａ）は、本発
明の超伝導回路の構成を模式的に示したものであり、同
図（ｂ）はその部分拡大平面図、同図（ｃ）は同図
（ｂ）の線II-IIに沿った断面図である。
おいて、第１の電極１８と第２の電極１９は絶縁性基板
１７の段差ｈによって決まる間隔で配置され、両電極間
に印加される電圧が所定電圧以下のときは高抵抗状態で
ある。そして、所定電圧以上の電圧パルスを印加するこ
とによって、絶縁性基板１７の段差部分において、He雰
囲気を介して第１と第２の電極１８，１９が放電して電
極１８と１９の近接部分が溶融して接続され、超伝導電
流が流れるようになる。 （第４の実施例に係る超伝導回路の説明）次に、図７
（ａ）〜（ｃ）を参照しながら本発明の第４の実施例に
係る超伝導回路について説明する。図７（ａ）は、本発
明の超伝導回路の構成を模式的に示したものであり、同
図（ｂ）はその部分拡大平面図、同図（ｃ）は同図
（ｂ）の線II-IIに沿った断面図である。
【００２５】図７（ａ）に示すように、縦方向の超伝導
配線３１ａ〜３１ｄと横方向の超伝導配線３２ａ〜３２
ｄが交差してマトリクス状の超伝導配線層が形成されて
いる。各交差点において、超伝導アンチヒューズ３３ａ
〜３３ｐが縦方向の超伝導配線層と横方向の超伝導配線
層間に介在している。この超伝導アンチヒューズ３３ａ
〜３３ｐは、閾値電圧以上の電圧が印加されると高抵抗
状態から超伝導状態に変化する。
配線３１ａ〜３１ｄと横方向の超伝導配線３２ａ〜３２
ｄが交差してマトリクス状の超伝導配線層が形成されて
いる。各交差点において、超伝導アンチヒューズ３３ａ
〜３３ｐが縦方向の超伝導配線層と横方向の超伝導配線
層間に介在している。この超伝導アンチヒューズ３３ａ
〜３３ｐは、閾値電圧以上の電圧が印加されると高抵抗
状態から超伝導状態に変化する。
【００２６】図７（ａ）の点線で囲んだ部分Ａの拡大図
を図７（ｂ）に示す。この図では、絶縁体基板３４上に
縦方向の超伝導配線３１ｄが形成され、その上に横方向
の超伝導配線３２ｄが交差している。実際には、縦方向
の超伝導配線３１ｄと横方向の超伝導配線３２ｄとの間
には層間絶縁膜が介在しているが、図では省略してあ
る。横方向の超伝導体配線３２ｄの一部として、点線の
円で囲んだ部分にスリットを有する超伝導アンチヒュー
ズ３３ｐが形成され、コンタクト部３５において縦方向
の超伝導体配線３１ｄと接続されている。
を図７（ｂ）に示す。この図では、絶縁体基板３４上に
縦方向の超伝導配線３１ｄが形成され、その上に横方向
の超伝導配線３２ｄが交差している。実際には、縦方向
の超伝導配線３１ｄと横方向の超伝導配線３２ｄとの間
には層間絶縁膜が介在しているが、図では省略してあ
る。横方向の超伝導体配線３２ｄの一部として、点線の
円で囲んだ部分にスリットを有する超伝導アンチヒュー
ズ３３ｐが形成され、コンタクト部３５において縦方向
の超伝導体配線３１ｄと接続されている。
【００２７】図７（ｃ）は、図７（ｂ）のII−II線断面
図であり、絶縁体基板３４の上に積層された層間絶縁膜
３６の上に、横方向の超伝導配線３２ｄとスリットを有
する超伝導アンチヒューズ３３ｐが形成されている。層
間絶縁膜３６は、ドープされていない半導体などからな
る。このような構成の超伝導回路において、縦方向の超
伝導配線３１ａ〜３１ｄと横方向の超伝導配線３２ａ〜
３２ｄから１組の配線層を選んで、超伝導アンチヒュー
ズ３３ａ〜３３ｐに閾値電圧以上の電圧を印加すること
により、交差点に接続された超伝導アンチヒューズ３３
ａ〜３３ｐを導通させることができる。
図であり、絶縁体基板３４の上に積層された層間絶縁膜
３６の上に、横方向の超伝導配線３２ｄとスリットを有
する超伝導アンチヒューズ３３ｐが形成されている。層
間絶縁膜３６は、ドープされていない半導体などからな
る。このような構成の超伝導回路において、縦方向の超
伝導配線３１ａ〜３１ｄと横方向の超伝導配線３２ａ〜
３２ｄから１組の配線層を選んで、超伝導アンチヒュー
ズ３３ａ〜３３ｐに閾値電圧以上の電圧を印加すること
により、交差点に接続された超伝導アンチヒューズ３３
ａ〜３３ｐを導通させることができる。
【００２８】したがって、縦方向の配線層と横方向の配
線層を選択して超伝導アンチヒューズ３３ａ〜３３ｐの
うちの任意の超伝導アンチヒューズ３３ａ〜３３ｐを超
伝導状態にすることにより、縦方向の配線層と横方向の
配線層を接続して所望の超伝導回路を形成することがで
きる。これにより、途中で途切れた配線層パターンを作
製した後で、特定の配線層の配線層続を導通することが
可能になるので、ジョセフソンロジックゲートや低温動
作半導体ロジックゲートなどの配線層として利用するこ
とにより、ＦＰＧＡ（Field Programable Gate Arrey)
などのような適用性が広く低消費電力の高速論理回路が
構成できるようになる。
線層を選択して超伝導アンチヒューズ３３ａ〜３３ｐの
うちの任意の超伝導アンチヒューズ３３ａ〜３３ｐを超
伝導状態にすることにより、縦方向の配線層と横方向の
配線層を接続して所望の超伝導回路を形成することがで
きる。これにより、途中で途切れた配線層パターンを作
製した後で、特定の配線層の配線層続を導通することが
可能になるので、ジョセフソンロジックゲートや低温動
作半導体ロジックゲートなどの配線層として利用するこ
とにより、ＦＰＧＡ（Field Programable Gate Arrey)
などのような適用性が広く低消費電力の高速論理回路が
構成できるようになる。
【００２９】
【発明の効果】以上述べたように本発明の超伝導アンチ
ヒューズによれば、間隙を挟む超伝導体層間に閾値電圧
以下の電圧を印加したときに超伝導体層間が絶縁状態或
いは高抵抗状態にあり、それらの超伝導体層間に閾値電
圧以上の電圧を印加したとき超伝導体層同士が互いに接
触しうる間隔で超伝導体層が形成されている。
ヒューズによれば、間隙を挟む超伝導体層間に閾値電圧
以下の電圧を印加したときに超伝導体層間が絶縁状態或
いは高抵抗状態にあり、それらの超伝導体層間に閾値電
圧以上の電圧を印加したとき超伝導体層同士が互いに接
触しうる間隔で超伝導体層が形成されている。
【００３０】従って、超伝導体層間に閾値電圧以上の電
圧を印加すると、間隙内の媒体は絶縁破壊を起こして放
電し、間隙を挟んだ超伝導体層同士が接触し、超伝導体
層間が導通する。また、基板に形成された段差を挟んで
上及び下の段の基板上にそれぞれ超伝導体層を形成して
も、同じように機能させることができる。
圧を印加すると、間隙内の媒体は絶縁破壊を起こして放
電し、間隙を挟んだ超伝導体層同士が接触し、超伝導体
層間が導通する。また、基板に形成された段差を挟んで
上及び下の段の基板上にそれぞれ超伝導体層を形成して
も、同じように機能させることができる。
【００３１】さらに、本発明の超伝導回路においては、
上記の超伝導アンチヒューズが形成された超伝導配線層
を有する。従って、導通させるべき超伝導配線層のみを
選択して導通させることができる。また、マトリックス
状に配置された超伝導配線層の交差点において、超伝導
配線層間に超伝導アンチヒューズを介在させている。従
って、接続すべき交差点を構成する縦方向と横方向の配
線層を選んで超伝導アンチヒューズの閾値電圧以上の電
圧を印加することにより超伝導アンチヒューズが導通
し、それらの超伝導配線層同士を接続することができ
る。
上記の超伝導アンチヒューズが形成された超伝導配線層
を有する。従って、導通させるべき超伝導配線層のみを
選択して導通させることができる。また、マトリックス
状に配置された超伝導配線層の交差点において、超伝導
配線層間に超伝導アンチヒューズを介在させている。従
って、接続すべき交差点を構成する縦方向と横方向の配
線層を選んで超伝導アンチヒューズの閾値電圧以上の電
圧を印加することにより超伝導アンチヒューズが導通
し、それらの超伝導配線層同士を接続することができ
る。
【００３２】以上により、超伝導配線層パターンを形成
した後で所望の回路配線接続を形成することが出来る。
したがって、超伝導アンチヒューズが形成された配線層
をジョセフソンロジックゲートや低温動作半導体ロジッ
クゲートなどの配線層として利用することにより、ＦＰ
ＧＡ（Field Programable Gate Arrey)などのような適
用性が広く低消費電力の高速論理回路が構成できるよう
になる。
した後で所望の回路配線接続を形成することが出来る。
したがって、超伝導アンチヒューズが形成された配線層
をジョセフソンロジックゲートや低温動作半導体ロジッ
クゲートなどの配線層として利用することにより、ＦＰ
ＧＡ（Field Programable Gate Arrey)などのような適
用性が広く低消費電力の高速論理回路が構成できるよう
になる。
【図１】本発明の超伝導アンチヒューズの原理を模式的
に示す斜視図であり、同図（ａ）は高抵抗状態を示し、
同図（ｂ）は超伝導状態を示す。
に示す斜視図であり、同図（ａ）は高抵抗状態を示し、
同図（ｂ）は超伝導状態を示す。
【図２】本発明の別の構成の超伝導アンチヒューズの原
理を模式的に示す断面図であり、同図（ａ）は初期の高
抵抗状態を示し、同図（ｂ）は超伝導状態を示す。
理を模式的に示す断面図であり、同図（ａ）は初期の高
抵抗状態を示し、同図（ｂ）は超伝導状態を示す。
【図３】本発明の超伝導アンチヒューズの電圧と電流の
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施例に係る超伝導アンチヒュ
ーズについて示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は
同図（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
ーズについて示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は
同図（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る超伝導アンチヒュ
ーズの構造およびその製造方法を示す断面図であり、同
図（ａ）〜（ｃ）は各工程を示す。
ーズの構造およびその製造方法を示す断面図であり、同
図（ａ）〜（ｃ）は各工程を示す。
【図６】本発明の第３の実施例に係る超伝導アンチヒュ
ーズの概略的な構造を示す断面図である。
ーズの概略的な構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係る超伝導回路を示
し、同図（ａ）は回路図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示
した回路の部分拡大平面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）の
Ｉ−Ｉ線断面図である。
し、同図（ａ）は回路図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示
した回路の部分拡大平面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）の
Ｉ−Ｉ線断面図である。
１、１７ 絶縁性基板 ２、９、１８ 第１の超電導体層、 ３、１１、１９ 第２の超電導体層、 ４ 間隙（スリット）、 ５、６ 端子、 ８、３４ 絶縁体基板、 １０ 絶縁体層、 １２、１３ レジストマスク、 ３６ 層間絶縁膜、 ３１ａ〜３１ｄ 縦方向の超伝導配線、 ３２ａ〜３２ｄ 横方向の超伝導配線、 ３３ａ〜３３ｐ 超伝導アンチヒューズ、 ３５ コンタクト部。
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上に少なくとも２つの超伝導体層
が、該超伝導体層間に閾値電圧以下の電圧を印加したと
き前記超伝導体層間が高抵抗状態にあり、前記閾値電圧
以上の電圧を印加したとき前記超伝導体層同士が互いに
接触しうる間隔をおいて形成されていることを特徴とす
る超伝導アンチヒューズ。 - 【請求項２】 前記超伝導体層間の隙間に前記超伝導体
層を冷却する冷媒が介在していることを特徴とする請求
項１記載の超伝導アンチヒューズ。 - 【請求項３】 前記基板は段差を有し、前記超伝導体層
は前記段差を挟んで上及び下の段の前記基板上にそれぞ
れ形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項
２に記載の超伝導アンチヒューズ。 - 【請求項４】 前記超伝導体層間の隙間の一部に絶縁
膜、半導体膜又は常伝導体膜が介在していることを特徴
とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の超伝導
アンチヒューズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7038875A JPH08236821A (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 超伝導アンチヒューズ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7038875A JPH08236821A (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 超伝導アンチヒューズ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236821A true JPH08236821A (ja) | 1996-09-13 |
Family
ID=12537399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7038875A Withdrawn JPH08236821A (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 超伝導アンチヒューズ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08236821A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12408563B1 (en) * | 2020-08-24 | 2025-09-02 | Synopsys, Inc. | Superconducting anti-fuse based field programmable gate array |
-
1995
- 1995-02-27 JP JP7038875A patent/JPH08236821A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12408563B1 (en) * | 2020-08-24 | 2025-09-02 | Synopsys, Inc. | Superconducting anti-fuse based field programmable gate array |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020507 |