(57)【要約】  ミリオーム抵抗器が、デバイスを端子間で完全に抵抗性にするのに十分な厚さの強磁性または反強磁性材料（２０６、２１０、４１６）を含むジョセフソン接合デバイスとして製造される。このデバイスは、ミリオーム程度の抵抗を有することができ、従来の抵抗性材料を使用して製造された同じ抵抗の抵抗器よりもはるかに小さいチップフットプリントを消費し得る。このデバイスは、相互量子論理（ＲＱＬ）回路の製造に使用されるプロセスを変更せずに製造できるため、ＲＱＬ回路に簡単に組み込んで、磁束トラップを軽減するか、または非常に小さな抵抗が必要なその他の機能を実行することができる。特に、このデバイスは、ＲＱＬ回路を通したＳＦＱパルスの伝送に影響を与えることなく、トラップされた磁束によって誘導された循環電流を燃焼させることができる。【選択図】図２および４
2022502841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗器であって、
超伝導金属で作られた第１の端子と、
超伝導金属で作られた第２の端子と、
前記第１の端子と前記第２の端子との間に電気的に接続されたジョセフソン接合デバイスであって、強磁性または反強磁性材料を含むジョセフソン接合デバイスと、を備え、
前記抵抗器が、約１ミリオーム〜約５０ミリオームの抵抗値を有する、抵抗器。
【請求項２】
大まかに正方形の製造面積を有し、前記面積が、約５マイクロメートル未満の直径を有する、請求項１に記載の抵抗器。
【請求項３】
約１ミリオーム〜約２０ミリオームの抵抗値を有する、請求項１に記載の抵抗器。
【請求項４】
約１ミリオーム〜約５ミリオームの抵抗値を有する、請求項１に記載の抵抗器。
【請求項５】
前記ジョセフソン接合デバイスは、スペーサー層によって分離された２つの強磁性層を含む合成反強磁性体（ＳＡＦ）バリアを備える、請求項１に記載の抵抗器。
【請求項６】
前記２つの強磁性層は、同じ材料で作られ、かつほぼ同じ厚さである、請求項５に記載の抵抗器。
【請求項７】
前記２つの強磁性層は、それぞれ少なくとも１０ナノメートルの厚さである、請求項６に記載の抵抗器。
【請求項８】
前記２つの強磁性層の磁化は、互いに対して逆平行整列状態にある、請求項５に記載の抵抗器。
【請求項９】
前記２つの強磁性層を分離する前記スペーサー層は、元素銅、元素ルテニウム、元素イリジウム、または元素ロジウムのうち１つで作られ、約０．５ナノメートル〜約１ナノメートルの厚さを有する、請求項５に記載の抵抗器。
【請求項１０】
前記強磁性層は、元素コバルト、元素鉄、コバルト−鉄合金、コバルト−鉄−ホウ素合金、ニッケル−鉄合金、ニッケル−鉄−ニオブ合金、ニッケル−鉄−クロム合金、またはニッケル−鉄−銅合金のうち１つで作られている、請求項５に記載の抵抗器。
【請求項１１】
第１の層成長促進外側スペーサー層および第２の層成長促進外側スペーサー層をさらに含み、各外側スペーサー層が、それぞれの前記強磁性層の１つと、それぞれの前記端子の１つとの間に配置されている、請求項５に記載の抵抗器。
【請求項１２】
前記ジョセフソン接合デバイスは、反強磁性バリア層を含む、請求項１に記載の抵抗器。
【請求項１３】
前記反強磁性バリア層は、フェロマンガン、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化ニッケル（ＩＩ）、酸化マンガン（ＩＩ）、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化クロム（ＩＩＩ）、またはイリジウムマンガンのうち１つで作られている、請求項１２に記載の抵抗器。
【請求項１４】
第１の層成長促進外側スペーサー層および第２の層成長促進外側スペーサー層をさらに含み、各外側スペーサー層が、前記反強磁性バリア層とそれぞれの前記端子の１つとの間に配置されている、請求項１２に記載の抵抗器。
【請求項１５】
前記反強磁性バリア層は、約１０ナノメートル〜約５０ナノメートルの厚さを有する、請求項１２に記載の抵抗器。
【請求項１６】
前記誘導ループと直列の請求項１に記載の抵抗器を備える相互量子論理（ＲＱＬ）回路であって、前記抵抗器は、前記誘導ループ内の磁束トラップを軽減するように構成されている、相互量子論理（ＲＱＬ）回路。
【請求項１７】
相互量子論理（ＲＱＬ）回路内の磁束トラップを軽減する方法であって、
前記ＲＱＬ回路の誘導ループ内に抵抗器を製造すること、を含み、
前記抵抗器は、約１ミリオーム〜約５０ミリオームの抵抗を有し、
前記抵抗器は、２５平方マイクロメートル未満のフットプリントを有し、
前記抵抗器は、約１ミリ秒〜約１０マイクロ秒で、トラップされた磁束の結果としての前記誘導ループ内を循環する電流をゼロに低減する、方法。
【請求項１８】
チップ製造デバイスであって、
第１のガルバニック端子を形成する第１の超伝導金属層と、
第２のガルバニック端子を形成する第２の超伝導金属層と、
前記超伝導金属層間に、バリアと、を含み、前記バリアが、
スペーサー層によって分離された２つの強磁性材料層を含む合成反強磁性体（ＳＡＦ）であって、前記強磁性材料層が、互いに対して逆平行磁化を有するように配置された合成反強磁性体（ＳＡＦ）、または
反強磁性体層のうちの１つを含み、
前記デバイスは、約１ミリオーム〜約５０ミリオームの抵抗を有し、
前記デバイスは、２５平方マイクロメートル未満の製造フットプリントを有する、デバイス。
【請求項１９】
前記バリアは、ＳＡＦを備え、
前記強磁性層は、それぞれ少なくとも１０ナノメートルの厚さであり、かつ元素コバルト、元素鉄、コバルト−鉄合金、コバルト−鉄−ホウ素合金、ニッケル−鉄合金、ニッケル−鉄−ニオブ合金、ニッケル−鉄−クロム合金、またはニッケル−鉄−銅合金のうち１つで作られており、
前記２つの強磁性層を分離する前記スペーサー層は、元素銅、元素ルテニウム、元素イリジウム、または元素ロジウムのうち１つで作られている、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記バリアは反強磁性体層を含み、
前記反強磁性バリア層は、フェロマンガン、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化ニッケル（ＩＩ）、酸化マンガン（ＩＩ）、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化クロム（ＩＩＩ）、またはイリジウムマンガンのうち１つで作られている、請求項１８に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１８年１０月２５日に出願された米国特許出願第１６／１７１０４９号の優先権を主張し、その全体が本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、概して、超伝導回路デバイスに関し、特に相互量子論理（ＲＱＬ）回路用ミリオーム抵抗器に関する。
【背景技術】
【０００３】
低エネルギー消費の高性能コンピューティングを提供するために、超伝導電子機器が実装される場合がある。相互量子論理（ＲＱＬ）回路として分類されるものを含む多くの超伝導コンピューティング回路には、論理機能を実行するように配置された（受動的な）インダクターとジョセフソン接合（能動的な回路要素として）を有するループが含まれる。
【０００４】
反強磁性は、ネール温度未満では、通常は電子のスピンに関連する原子または分子の磁気モーメントが、反対方向を指す隣接するスピン（異なる副格子上）と規則的なパターンで整列する場合がある特定の材料の特性である。合成反強磁性体（ＳＡＦ）は、非磁性層によって分離された複数の薄い強磁性層で作られた人工反強磁性体である。強磁性層の双極子結合は、強磁性体の磁化の逆平行整列をもたらす場合がある。
【０００５】
反強磁性が役割を果たす巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）は、強磁性と非磁性の導電層が交互に配置された多層で観察される量子力学的磁気抵抗効果である。ＧＭＲ効果は、隣接する強磁性層の磁化が逆平行整列状態にあるときに、比較的高い電気抵抗として観察することができる。
【発明の概要】
【０００６】
一例は、超伝導金属で作られた第１の端子、超伝導金属で作られた第２の端子、および第１の端子と第２の端子との間に電気的に接続されたジョセフソン接合デバイスを有する抵抗器を含む。ジョセフソン接合デバイスは、強磁性または反強磁性材料を含む。抵抗器は、約１ミリオーム〜約５０ミリオームの抵抗値を有する。
【０００７】
別の例は、相互量子論理（ＲＱＬ）回路内の磁束トラップを軽減する方法を含む。抵抗器は、ＲＱＬ回路の誘導ループ内に製造される。抵抗器は、約１ミリオーム〜約５０ミリオームの抵抗を有する。抵抗器は、２５平方マイクロメートル未満のフットプリントを有する。抵抗器は、約１ミリ秒〜約１０マイクロ秒で、トラップされた磁束の結果としての誘導ループ内を循環する電流をゼロに低減する。
【０００８】
さらに別の例は、約１ミリオーム〜約５０ミリオームの抵抗、および２５平方マイクロメートル未満の製造フットプリントを有するチップ製造デバイスを含む。デバイスは、第１のガルバニック端子を形成する第１の超伝導金属層、第２のガルバニック端子を形成する第２の超伝導金属層、および超伝導金属層の間にバリアを有する。バリアは、スペーサー層によって分離された２つの強磁性材料層からなり、該強磁性材料層が、互いに対して逆平行磁化を有するように配置された合成反強磁性体（ＳＡＦ）か、または反強磁性体層のいずれかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的ＲＱＬ回路用ミリオーム抵抗器のブロック図である。
【図２−５】図１のミリオーム抵抗器の例の層図である。
【図６】図１のようなミリオーム抵抗器を使用して磁束トラップを軽減する例示的ＲＱＬ回路の回路図である。
【図７】ミリオーム抵抗器を使用してＲＱＬ回路内の磁束トラップを軽減する方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
チップ製造された超伝導回路では、より低い動作電力の回路を提供するために受動的な抵抗の発生源を排除することが一般に望ましいが、特定の状況では、超伝導回路動作の望ましくない副次的作用を軽減するか、または特殊な回路動作を可能にするために、設計の問題として受動的な抵抗を含めることが望ましい場合がある。しかしながら、従来の抵抗性材料は、最小製造面積平方あたりの抵抗が数オーム程度、例えば、１０オームまたは２０オームである傾向がある。例えば１オーム以下の抵抗を提供するために、例えばミリオーム程度の抵抗を提供するために、非常に低い抵抗の抵抗器を製造することは、したがって、従来の抵抗性材料からは、実用的ではない大きな平面図のデバイス面積が必要となり、すなわちレイアウト面積の観点から費用が高くなる場合があり、かつ回路の性能に悪影響を及ぼし、また回路が意図したとおりに機能することを妨げる可能性のある回路内の寄生容量性または誘導性の副次的作用が現れる可能性もある。本明細書に記載の比較的低面積のミリオーム抵抗器は、超伝導回路、特にＲＱＬ回路で、例えば、不要な電流を吸収して、例えば、磁束トラップを排除するために使用することができる。
【００１１】
図１は、デバイスを端子１０６と、１０８との間で完全に抵抗性にするのに十分な厚さの強磁性または反強磁性材料１０４を含むジョセフソン接合デバイス１０２を備えるミリオーム抵抗器１００を示す。したがって、用語「ジョセフソン接合デバイス」と本明細書で使用されるそのようなデバイスは、従来のジョセフソン接合として振る舞わない、すなわち、それを超えると接合部が抵抗性になり、またそれを下回るとデバイスが超電流を流す特定の臨界電流を有する。しかしながら、その用語が本明細書で使用されるような「ジョセフソン接合デバイス」は、互換性のある製造プロセスを使用して、例えば、いくつかの異なる材料層として、ジョセフソン接合と類似の方法で製造可能である。端子１０６、１０８はそれぞれ、超伝導金属、例えば、ニオブ、窒化ニオブ、またはアルミニウムで作ることができる。
【００１２】
デバイス１０２の抵抗は、デバイス１０２の平面図面積を調節して、低ミリオームから数十ミリオームの値、例えば、約１ミリオーム〜約５０ミリオーム、例えば、約１ミリオーム〜約２０ミリオーム、例えば、約１ミリオーム〜約１０ミリオーム、例えば、約１ミリオーム〜約５ミリオームの抵抗値を提供することによって、製造時に調整することができる。したがって、用語「ミリオーム抵抗器」と本明細書で使用されるそのような抵抗器は、別段の指定がない限り、必ずしも１ミリオームの抵抗のみ、あるいは１〜１０ミリオームの抵抗にさえ限定されない。したがって、ミリオーム抵抗器１００は、ＲＱＬプロセスでは容易に達成できない低い抵抗値を提供することができる。デバイス１０２はまた、強磁性または反強磁性材料１０４に隣接する層成長促進外側スペーサー層（図１には示されていない）を含むことができる。
【００１３】
図２〜５は、それぞれが図１のミリオーム抵抗器１００に対応する場合があるデバイス２００、３００、４００、５００の例示的な層構成を示す。図２および３は、合成反強磁性体デバイスとして構築されたミリオーム抵抗器の例を示し、一方で、図４および５は、反強磁性体デバイスとして構築されたミリオーム抵抗器の例を示す。図３および５は、層成長促進外側スペーサー層３０４、３１２、５０４、５１２を含むミリオーム抵抗器を示し、一方、図２および４は、層成長促進外側スペーサー層を含まない類似のデバイスをそれぞれ示す。例１００、２００、３００、４００、５００のそれぞれは、強磁性または反強磁性材料を使用し、これらの材料は、適切な厚さと磁化で作られる場合、超伝導電流を効率的に抑制し、有効なミリオーム抵抗を作るために必要なデバイスのサイズを小さくすることができる。その結果、本明細書に示され、かつ記載される例を使用することにより、従来の抵抗性材料を使用する他の方法で必要とされる非常に大きなフットプリントの回路構造を、小さなフットプリントの抵抗器デバイスに置き換えることができる。
【００１４】
図２〜５のそれぞれにおいて、その抵抗を決定する接合部の面積は、ｘ−ｙ平面の接合部のサイズに対応する。ここで、ｘ−ｙ平面に垂直なｚ軸は、超伝導ノードから超伝導ノードまで、例えば、図２の要素２０２と２１４の間の接合部を垂直に通る。製造面積は、例えば、ｘ寸法が、ｙ寸法と２０パーセント以下異なる、例えば、ｙ寸法と１０パーセント以下異なる、大まかに正方形であり得る。例として、デバイス１００、２００、３００、４００、または５００のいずれかの面積直径は、約５マイクロメートル未満、例えば、約０．５マイクロメートル〜約３マイクロメートル、例えば、約１マイクロメートル〜約２マイクロメートルであり得る。したがって、本開示は、面積が約２５平方マイクロメートル未満、例えば、面積が９平方マイクロメートル未満、例えば、面積が約０．２５平方マイクロメートルのフットプリントを有することができるミリオーム抵抗器を提供する。図２〜５は、ミリオーム抵抗器デバイスを平面図で正方形の形状として示しているが、これらのデバイスは、他の形状、例えば円形として製造することができる。
【００１５】
図２は、スペーサー層２０８によって分離された、強磁性材料２０６、２１０の層を挟む、両側に２つの超伝導層２０２、２１４を有する例示的なミリオーム抵抗器２００を示す。層２０６、２０８、２１０は、合成反強磁性体（ＳＡＦ）バリアを形成する。隣接する強磁性層２０６、２１０のそれぞれで２つの対向する矢印によって示されるように、これらの層のそれぞれの磁化は、比較的高い電気抵抗を提供するために逆平行整列状態にある。構造２００は、２つの強磁性層２０６、２１０間の反強磁性結合を利用する。両方の強磁性体２０６、２１０は、例えば、同じ材料であり、ほぼ同じ厚さ（例えば、互いに１０パーセント以内、例えば、互いの厚さ５パーセント以内）であり得、一方、スペーサー層２０８は、以下で説明するように、強力な反強磁性結合を提供する任意の材料であり得る。
【００１６】
ミリオーム抵抗器２００内の上部超伝導ガルバニックコンタクト２０２および下部超伝導ガルバニックコンタクト２１４はそれぞれ、例えば、超伝導金属、例えば、ニオブ、窒化ニオブ、またはアルミニウムで作ることができる。デバイス２００のこれらの層は、ミリオーム抵抗器２００が実装されている回路の他の部分、例えば、図６に示されるような構造にデバイスをガルバニックに接続する。
【００１７】
ミリオーム抵抗器２００内のスペーサー層２０８は、例えば、元素銅（Ｃｕ）、元素ルテニウム（Ｒｕ）、元素イリジウム（Ｉｒ）、または元素ロジウム（Ｒｈ）のうちいずれか１つで作ることができる。スペーサー層２０８は、例えば、約０．５ナノメートル〜約１．０ナノメートルの厚さを有することができる。
【００１８】
強磁性層２０６、２１０は、例えば、元素コバルト、元素鉄、コバルト−鉄合金（例えば、１：１  ＣｏＦｅ）、コバルト−鉄−ホウ素合金（ＣｏＦｅＢ）、ニッケル−鉄合金（ＮｉＦｅ）、ニッケル−鉄−ニオブ合金（ＮｉＦｅＮｂ）、ニッケル−鉄−クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）、またはニッケル−鉄−銅合金（ＮｉＦｅＣｕ）のうちいずれか１つで作ることができる。上記の各合金の場合、合金密度が磁性である限り、多くの異なる合金密度を使用することができる。強磁性層２０６、２１０およびスペーサー層２０８の材料の選択は、層の厚さの適切な選択を前提として交換可能である。したがって、例えば、ＳＡＦバリアは、コバルト強磁性層２０６、２１０およびルテニウムスペーサー層２０８で作ることができ、または層の厚さを適切に選択することにより、ニッケル−鉄合金強磁性層２０６、２１０および銅スペーサー層２０８でもまったく同じように機能するように作ることができる。
【００１９】
接合部２００内のすべての超電流を抑制するには、約１０ナノメートルの強磁性層の厚さで十分である。したがって、強磁性層はそれぞれ少なくとも１０ナノメートルの厚さとすることができる。接合部の正確な抵抗は、接合部の製造面積を調整することによって調節することができる。スペーサー層２０８は、反強磁性結合により磁場が近くのデジタル回路で故障を引き起こすのを確実に防ぐのに十分な厚さであるように製造される必要がある。
【００２０】
図３は、図２のミリオーム抵抗器２００と類似のＳＡＦベースの例示的なミリオーム抵抗器３００を示し、その層は、図２に示される例示的なデバイス２００と類似の番号の層に対応し、さらに強磁性層の適切な成長を促進するために、例えば、約２ナノメートル〜約１０ナノメートルの厚さの外側スペーサー層３０４、３１２を含む。したがって、超伝導層３０２、３１２は、スペーサー層３０４、３０８、および３１２によって分離された、強磁性材料層３０６、３１０の両側にある。この場合も、両方の強磁性体３０６、３１０は、例えば、同じ材料および同じ厚さであり得るが、スペーサー層３０８は、強力な反強磁性結合を提供する任意の材料であり得る。他の点では、層の材料および厚さは、図２に関して上述したようにすることができる。
【００２１】
図４は、図２および３の例のようなＳＡＦバリアを使用せず、代わりに、超伝導ガルバニックコンタクト層４０２、４１４間の超電流を完全に抑制するのに適切な材料および十分な厚さの反強磁性バリア層４１６を使用する例示的なミリオーム抵抗器４００を提示する。デバイス４００における磁場の欠如は、反強磁性バリア層４１６に使用される材料の反強磁性の結果としてもたらされる。デバイス４００は、図４のような外側スペーサー層を用いずに、または図５のミリオーム抵抗器５００に示されるような、強磁性層の適切な成長を促進するために含めることができる外側スペーサー層５０４、５１２を用いてのいずれかで作ることができる。前の例２００、３００のように、ミリオーム抵抗器４００、５００の例は、それぞれの上部超伝導ガルバニックコンタクト４０２、５０２および下部超伝導ガルバニックコンタクト４１４、５１４を含む。前述のように、これらのコンタクト層はそれぞれ、例えば、超伝導金属、例えば、ニオブ、窒化ニオブ、またはアルミニウムで作ることができる。他の点では、図５のミリオーム抵抗器５００の反強磁性バリア層５１６は、図４のミリオーム抵抗器４００の反強磁性バリア層４１６に関して上述したように構造的および機能的に同じであり得る。
【００２２】
反強磁性バリア層４１６、５１６は、例えば、フェロマンガン（ＦｅＭｎ）、酸化第一鉄（ＦｅＯ）、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化ニッケル（ＩＩ）（ＮｉＯ）、酸化マンガン（ＩＩ）（ＭｎＯ）、酸化マンガン（ＩＶ）（ＭｎＯ２）、酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ２Ｏ３）、またはイリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）で作ることができる。反強磁性層４１６、５１６に使用できる反強磁性材料は多種多様であり、このリストは排他的ではない。反強磁性バリア層４１６、５１６は、例えば、約１０ナノメートル〜約５０ナノメートル、例えば、約５０ナノメートルの厚さを有することができる。より薄い厚さの反強磁性バリア層４１６、５１６は効果的であり得るが、より厚い層は有利に材料層の製造均一性を提供する（例えば、１オングストローム変動よりも５オングストローム変動で１パーセントの均一性を達成することがより実用的である）。
【００２３】
図１〜５のいずれかに示されるミリオーム抵抗器は、ＲＱＬ技術の製造で既に使用されているものと同様に接合層として製造できるため、このような抵抗器をＲＱＬ構築に組み込んで、製造プロセスを大幅に変更することなく重要な回路上の利点を提供できる。デバイス１００、２００、３００、４００はまた、用途に応じていくらか高い抵抗のコスト（または利益）で、２つの超伝導層の間のビアプラグとして実装することができる。
【００２４】
図１〜５のいずれかに示されるミリオーム抵抗器は、従来の抵抗層が一部の超伝導回路用途には大きすぎる３桁の規模の抵抗に制限されるという問題に対処する。設計に８分の１オームの範囲の抵抗を提供するために従来の抵抗性材料を組み込むには、非常に大規模な並列デバイスネットワークが必要であるが、図１〜５のいずれかに示すミリオーム抵抗器、または直列でいくつかのそのような抵抗を使用することにより、レイアウト面積効率の高い方式で、ミリオーム程度または数分の１オームの抵抗を実現できる。
【００２５】
図１〜５のいずれかに示されるようなミリオーム抵抗器は、例えば、「磁束トラップ」、すなわち、ＲＱＬ回路設計で見られるような、または回路に不要な磁束を誘発する可能性がある磁性材料の厚い層の結果として、例えばＤＣ磁束バイアスラインのルーティングによって不注意に誘発され得る持続的な超伝導電流ループを排除するのに十分な抵抗を提供するために、超伝導ループ内に設けることができる。磁束トラップは、例えば、超伝導回路の冷却中に、すなわち、そのような回路を、室温から、例えば極低温の低温空間内の動作温度内（例えば、約４ケルビン）になるときに起こり得る。クールダウン中の超伝導接地面の存在下でニオブまたは他の超伝導金属の超伝導状態への遷移は、システム内で、遮蔽されておらず、トラップされて、回路位置に留まらない磁束を発生させる可能性がある。磁束が敏感な誘導ループの真下に留まる場合、例えば、２つのジョセフソン接合を一緒に接続して何らかの論理を実行すると、そのような磁束がそのループに誘導されて、例えば、ＡＮＤゲートをＯＲゲートに、またはその逆に変更しても、それによってループの論理に意図せず影響を与える可能性があり、したがって、超伝導回路の機能が「破壊」される場合がある。
【００２６】
トラップされた静的磁束は、誘導ループに超電流を誘導する。この超電流は、ループと直列の抵抗がない場合、ループ内で無期限に持続する。この場合、超電流は、超電流ではなくなり、「燃焼」して（すなわち、電流から他の形態、例えば熱に完全に変換され）、抵抗の値に依存する時間内にゼロに減少する。高すぎる（例えば、オーム程度の）ループ直列抵抗は、データまたは制御信号を表す単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスの伝播を妨げる可能性があり、そのために１つの誘導ループで費やされる時間は、通常ピコ秒またはナノ秒程度である。
【００２７】
対照的に、高すぎない（例えば、ミリオーム程度の）ループ直列抵抗は、ミリ秒またはマイクロ秒の時間スケール（例えば、約１ミリ秒〜約１０マイクロ秒、例えば、約１０ミリ秒〜１マイクロ秒）にわたってのみ電流をバーンオフするので、そのようなＳＦＱパルスは、ミリオーム抵抗器によって焼き払われるのに十分な長さの１つのループに留まらないため、そのようなＳＦＱパルスの意図された伝播に影響を与えない。したがって、ループ直列抵抗は、それが存在する可能性のある誘導ループの論理機能を破壊するほど高くないことが望ましい。ミリオーム抵抗器は、回路の論理用途に影響を与えないほど十分に小さい抵抗値を有することができるが、十分に大きい時間スケールにわたって、磁束トラップから生じる可能性のある不要な超電流を燃焼させる。
【００２８】
図６は、例えば、ＲＱＬゲートの一部、ジョセフソン伝送ライン（ＪＴＬ）または超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）に対応する場合があるＲＱＬ回路部６００において、先に示したデバイス１００、２００、３００、４００、または５００のいずれかに対応する場合があるミリオーム抵抗器ＲｍΩの使用を示す。他の点では、ミリオーム抵抗器ＲｍΩは、第１のジョセフソン接合Ｊ１、ループインダクターＬＬＯＯＰ、および第２のジョセフソン接合Ｊ２を含む超伝導ループとなるものと直列である。トラップされた磁束によって生成された循環電流６０２は、ミリ秒またはマイクロ秒の時間スケールにわたって燃焼する（ゼロ電流に減少する）。入力ＩＮで入力されたＳＦＱパルスは、ミリオーム抵抗器ＲｍΩの影響を受けることなく、ピコ秒またはナノ秒程度の時間内に、ループに入り（入力インダクターＬＩＮを介して）、ループから出る（出力インダクターＬＯＵＴを介して）ように伝播され得る。
【００２９】
別の例示的な用途として、図１〜５のいずれかに示されるようなミリオーム抵抗器を設けて、ジョセフソン接合を完全に分流するほどの抵抗を提供することなく、トリガーされたジョセフソン接合からＤＣ負荷を排除することもできる。他の点では、図１〜５のいずれかに示されるようなミリオーム抵抗器は、製造技術の現在の状態によって現在許可されているオームレベル抵抗器で現在可能であるものよりもはるかに容易にサブオーム抵抗の実現を可能にするために提供することができる。一例として、大電流ドライバの設計には、「安全弁」回路、すなわち、大電流ドライバが「オン」状態でスタックするのを防ぐために、特定の障害状態で電流が流れる低抵抗経路を含めることができる。低抵抗経路の抵抗は、例えば、１０分の１オーム未満である必要がある場合がある。従来の抵抗性金属を使用した非常に幅の広い抵抗器は、そのような抵抗を提供する場合があるが、レイアウト面積の観点からは高価であり、最適ではない。別の方法として、本明細書に記載のタイプの数（例えば、１０）ミリオーム抵抗器を直列に設けて、回路内に所望の値のサブオーム抵抗器を提供することができる。
【００３０】
回路設計で使用されるサブオーム抵抗の別の例として、本明細書に記載のミリオーム抵抗器を使用して、変更可能な設計としてタイムスケールを利用する回路を構築することができる。したがって、例えば、２つの電流パルスが、互いに第１の時間内に時間閾値未満で回路に入力される場合に、すなわち、第２の電流パルスの受信の時間までに、第１の電流パルスが十分に燃焼されないような場合に、（例えば、論理決定ジョセフソン接合が、２つのパルスからの電流の相加効果によって十分にバイアスされるために、または論理決定ジョセフソン接合が、そのような電流の相加効果によってトリガーされるために）回路が、第１の論理機能を実行し、その一方で、２つの電流パルスが、互いに第２の時間内に時間閾値を超えて回路に入力される場合に、すなわち、第２の電流パルスの受信の時間までに、第１の電流パルスが十分に燃焼されるような場合に、（例えば、論理決定ジョセフソン接合が、第２のパルス単独からの電流によって十分にバイアスされないために、または論理決定ジョセフソン接合が、そのような電流の効果によってトリガーされないために）第２のが、第１の論理機能とは異なる第２の論理機能を実行するように、回路を配置することができる。
【００３１】
図１〜５のいずれかに示されるミリオーム抵抗器は、回路のフットプリントサイズを縮小し、回路密度を高め、それによって製造コストを削減することができる。上述のように、従来の抵抗器の設計では、オームレベルの抵抗器層で構成される非常に大きな並列抵抗器構造を使用して、ラッチアップしたＳＱＵＩＤを解放する方法として使用するサブオーム抵抗器を作成する。したがって、図１〜５のいずれかに示されるミリオーム抵抗器は、設計フットプリントを大幅に節約する。
【００３２】
図７は、相互量子論理（ＲＱＬ）回路内の磁束トラップを軽減する方法７００を示す。抵抗器が、ＲＱＬ回路の誘導ループ内に製造される７０２。抵抗器は、約１ミリオーム〜約５０ミリオームでの抵抗を有し、その抵抗器が製造されているチップ上のフットプリントは、２５平方マイクロメートル未満である。抵抗器は、約１ミリ秒〜約１０マイクロ秒で、トラップされた磁束の結果としての誘導ループ内を循環する電流をゼロに低減する７０４。抵抗器は、図１〜５に関して前述したとおりにすることができる。ＲＱＬ回路は、図６に関して上述したようにすることができる。
【００３３】
本明細書に記載のミリオーム抵抗器デバイスは、従来のプロセスを使用して作られた等価的な抵抗の抵抗器に勝る独自の製造面積の利点を提供する。次の表は、「本発明のデバイス」と呼ばれ、平面図で円形として製造された、本開示に記載のミリオーム抵抗器デバイスの例の縮小された集積回路フットプリント面積を、従来の１平方あたり１オーム、および１平方あたり１０オームの超伝導製造プロセスに必要なはるかに大きなフットプリント面積と比較したものである。１平方あたり１オームおよび１平方あたり１０オームの超伝導製造プロセスでの幅と面積値は、最小抵抗器の長さが約０．５マイクロメートルであると想定するが、ここで、「幅」と「長さ」はｘ−ｙ平面の寸法である。それぞれの異なる製造プロセスは、独自の製造のために厚さｚを定義する。以下の表において、本発明のデバイスのミリオーム抵抗器と比較された１平方あたり１オームおよび１平方あたり１０オームの抵抗器は、本質的に何らかの金属のワイヤであり、そのｚ寸法は固定である。
【表１】
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【００３４】
上記の表から分かるように、本明細書に記載の本発明のデバイスは、大まかに、１平方あたり１オームのプロセスに対して２５倍、また高抵抗の１平方あたり１０オームのプロセスでは、それよりさらに１０倍を超える面積の利点を提供する。本開示のミリオーム抵抗器は、これらのプロセスのいずれかと互換性があり、したがって、本発明のデバイスを使用することにより、これらの従来のプロセスのいずれかを使用して作られた超伝導集積回路上にはるかに小さいミリオーム抵抗器を製造することができる。
【００３５】
上で説明したのは、本発明の例である。もちろん、本発明を説明する目的で構成要素または方法論の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者であれば、本発明の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることが分かるであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲を含む、本出願の範囲内に入るこのような変更形態、修正形態、および変形形態のすべてを包含することが意図されている。さらに、本開示または特許請求の範囲で、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「第１の（ａ  ｆｉｒｓｔ）」、もしくは「別の（ａｎｏｔｈｅｒ）」要素、またはそれらの同等物を挙げている場合、このような要素を１つまたは１つより多く含むと解釈されるべきであり、２つ以上のこのような要素を要求することも除外することもない。本明細書で使用する場合、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という用語は、限定することなく含むことを意味し、また「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語も、限定することなく含むことを意味する。「に基づく（ｂａｓｅｄ  ｏｎ）」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年4月6日(2021.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗器であって、
超伝導金属で作られた第１の端子と、
超伝導金属で作られた第２の端子と、
前記第１の端子と前記第２の端子との間に電気的に接続されたジョセフソン接合デバイスであって、前記ジョセフソン接合デバイスは、強磁性材料または反強磁性材料を備える、ジョセフソン接合デバイスと、
を備える、抵抗器であり、
前記抵抗器は、１ミリオームと５０ミリオームとの間の抵抗値を有する、抵抗器。
【請求項２】
前記抵抗器は、大まかに正方形の製造面積を有し、前記面積は、５マイクロメートル未満の直径を有する、請求項１に記載の抵抗器。
【請求項３】
１ミリオームと２０ミリオームとの間の抵抗値を有する、請求項１に記載の抵抗器。
【請求項４】
前記ジョセフソン接合デバイスは、スペーサー層によって分離された２つの強磁性層を備える合成反強磁性体（ＳＡＦ）バリアを備える、請求項１に記載の抵抗器。
【請求項５】
前記２つの強磁性層は、同じ材料で作られており、かつほぼ同じ厚さのものである、請求項４に記載の抵抗器。
【請求項６】
前記２つの強磁性層は、それぞれ少なくとも１０ナノメートル厚である、請求項５に記載の抵抗器。
【請求項７】
前記２つの強磁性層の磁化は、互いに対して逆平行整列状態にある、請求項４に記載の抵抗器。
【請求項８】
前記２つの強磁性層を分離するスペーサー層は、元素銅、元素ルテニウム、元素イリジウム、および元素ロジウムのうち１つで作られており、かつ０．５ナノメートルと１ナノメートルとの間の厚さを有する、請求項４に記載の抵抗器。
【請求項９】
前記強磁性層は、元素コバルト、元素鉄、コバルト−鉄合金、コバルト−鉄−ホウ素合金、ニッケル−鉄合金、ニッケル−鉄−ニオブ合金、ニッケル−鉄−クロム合金、およびニッケル−鉄−銅合金のうち１つで作られている、請求項４に記載の抵抗器。
【請求項１０】
前記抵抗器は、第１の層成長促進外側スペーサー層および第２の層成長促進外側スペーサー層をさらに備え、各外側スペーサー層は、前記強磁性層のそれぞれ１つと、前記端子のそれぞれ１つとの間に配置されている、請求項４に記載の抵抗器。
【請求項１１】
前記ジョセフソン接合デバイスは、反強磁性バリア層を含む、請求項１に記載の抵抗器。
【請求項１２】
前記反強磁性バリア層は、フェロマンガン、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化ニッケル（ＩＩ）、酸化マンガン（ＩＩ）、酸化マンガン（ＩＶ）、酸化クロム（ＩＩＩ）、およびイリジウムマンガンのうち１つで作られている、請求項１１に記載の抵抗器。
【請求項１３】
前記抵抗器は、第１の層成長促進外側スペーサー層および第２の層成長促進外側スペーサー層をさらに備え、各外側スペーサー層は、前記反強磁性バリア層と前記端子のそれぞれ１つとの間に配置されている、請求項１１に記載の抵抗器。
【請求項１４】
前記反強磁性バリア層は、１０ナノメートルと５０ナノメートルとの間の厚さを有する、請求項１１に記載の抵抗器。
【請求項１５】
誘導ループと直列の請求項１に記載の抵抗器を備える相互量子論理（ＲＱＬ）回路であって、前記抵抗器は、前記誘導ループ内の磁束トラップを軽減するように構成されている、ＲＱＬ回路。
【国際調査報告】
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