(57)【要約】  非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されたコンポーネントを含む電気的デバイス、機械的デバイス、コンピュータデバイス、および/または、他のデバイスが記載されている。ELR材料は、変更されたELR材料、層状ELR材料、新しいELR材料を含むが、これらに限定されない。
2017533572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変更された非常に低い抵抗（ＥＬＲ）の材料で少なくとも一部が形成されているコンポーネントを有することを特徴とするコンピューティング装置。
【請求項２】
変更された非常に低い抵抗（ＥＬＲ）の材料で少なくとも一部が形成されているコンポーネントを有することを特徴とする電気装置。
【請求項３】
変更された非常に低い抵抗（ＥＬＲ）の材料で少なくとも一部が形成されているコンポーネントを有することを特徴とする機械装置。
【請求項４】
非常に低い抵抗（ＥＬＲ）の材料で少なくとも一部が形成されているコンポーネントを有するコンピューティング装置であって、前記ＥＬＲ材料は１５０Ｋよりも高い温度においてＥＬＲ状態で働くことを特徴とするコンピューティング装置。
【請求項５】
非常に低い抵抗（ＥＬＲ）の材料で少なくとも一部が形成されているコンポーネントを有する電気装置であって、前記ＥＬＲ材料は１５０Ｋよりも高い温度においてＥＬＲ状態で働くことを特徴とする電気装置。
【請求項６】
非常に低い抵抗（ＥＬＲ）の材料で少なくとも一部が形成されているコンポーネントを有する機械装置であって、前記ＥＬＲ材料は１５０Ｋよりも高い温度においてＥＬＲ状態で働くことを特徴とする機械装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
本出願は、"非常に低い抵抗のナノワイヤ"と題する米国仮特許出願第61/469,283号、第61/469,567号、第61/469,571号、第61/469,573号、第61/469,576号、"非常に低い抵抗材料で形成されたインダクタ"と題する米国仮特許出願第61/469,293号、第61/469,580号、第61/469,584号、第61/469,585号、第61/469,586号、第61/469,589号、第61/469,590号、第61/469,592号、"非常に低い抵抗材料で形成されたコンデンサ"と題する米国仮特許出願第61/469,313号、第61/469,591号、第61/469,595号、第61/469,600号、第61/469,602号、第61/469,605号、第61/469,609号、第61/469,613号、第61/469,618号、第61/469,652号、"非常に低い抵抗材料で形成されたトランジスタ"と題する米国仮特許出願第61/469,313号、第61/469,622号、第61/469,627号、第61/469,630号、第61/469,632号、第61/469,635号、第61/469,640号、第61/469,645号、"非常に低い抵抗材料で形成され回転機"と題する米国仮特許出願第61/469,318号、第61/469,599号、第61/469,604号、第61/469,608号、第61/469,612号、第61/469,617号、第61/469,619号、第61/469,624号、第61/469,628号、"非常に低い抵抗材料で形成されたベアリングアセンブリ"と題する米国仮特許出願第61/469,324号、第61/469,637号、第61/469,641号、第61/469,644号、"非常に低い抵抗材料で形成された変圧器"と題する米国仮特許出願第61/469,331号、第61/469,650号、"非常に低い抵抗材料で形成された動力伝達部品"と題する米国仮特許出願第61/469,335号、第61/469,656号、第61/469,658号、第61/469,659号、第61/469,662号、"非常に低い抵抗材料で形成されたフォルト電流リミッタ"と題する米国仮特許出願、第61/469,342号、第61/469,667号、第61/469,684号、第61/469,769号、"非常に低い抵抗材料を使用するMRI部品および装置"と;題する米国仮特許出願第61/469,358号、第61/469,603号、第61/469,606号、第61/469,610号、第61/469,615号、第61/469,621号、第61/469,625号、第61/469,633号、第61/469,639号、第61/469,642号、第61/469,653号、第61/469,657号、第61/469,665号、第61/469,668号、"非常に低い抵抗のジョセフソン接合"と題する米国仮特許出願第61/469,361号、第61/469,623号、第61/469,634号、第61/469,643号、第61/469,648号、"非常に低い抵抗の量子干渉デバイス"と題する米国仮特許出願第61/469,363号、第61/469,655号、第61/469,660号、第61/469,666号、第61/469,671号、第61/469,675号、第61/469,678号、第61/469,685号、第61/469,691号、"非常に低い抵抗材料で形成されたアンテナ"と題する米国仮特許出願第61/469,367号、第61/469,697号、第61/469,700号、第61/469,703号、第61/469,704号、第61/469,710号、"非常に低い抵抗材料で形成されたフィルタ"と題する米国仮特許出願第61/469,371号、第61/469,717号、第61/469,721号、第61/469,727号、第61/469,731号、第61/469,735号、第61/469,740号、第61/469,756号、"非常に低い抵抗材料で形成されたセンサー"と題する米国仮特許出願第61/469,398号、第61/469,654号、第61/469,673号、第61/469,683号、第61/469,687号、第61/469,692号、第61/469,711号、第61/469,716号、第61/469,723号、第61/469,638号、第61/469,646号、第61/469,728号、第61/469,737号、第61/469,743号、第61/469,745号、第61/469,751号、第61/469,754号、第61/469,761号、第61/469,766号、第61/469,770号、第61/469,772号、第61/469,774、第61/469,775号、"非常に低い抵抗材料で形成されたアクチュエータ"と題する米国仮特許出願第61/469,401号、第61/469,672号、第61/469,674号、第61/469,676号、第61/469,681号、"非常に低い抵抗材料で形成されたアクチュエータ"と題する米国仮特許出願第61/469,401号、第61/469,672号、第61/469,674号、第61/469,676号、第61/469,681号、"パッ��ージシステム（SIP）に応用するための非常に低い抵抗のインターコネクト（ELRI）"と題する米国仮特許出願第61/469,392号,第61/469,707号、第61/469,709号、第61/469,712号、"半導体ICの回路にMEMSを接続する非常に低い抵抗インターコネクト（ELRI）"と題する米国仮特許出願第61/469,424号、第61/469,714号、第61/469,718号、第61/469,720号、第61/469,724号、第61/469,726号、第61/469,730号、"半導体集積回路のRF回路のための非常に低い抵抗のインターコネクト（ELRI）"と題する米国仮特許出願第61/469,732号、第61/469,736号、第61/469,739号、"非常に低い抵抗材料で形成された集積回路デバイス"と題する米国仮特許出願第61/469,554号、第61/469,742号、第61/469,744号、第61/469,747号、第61/469,749号,第61/469,750号、"非常に低い抵抗材料で形成されたエネルギー貯蔵装置"と題する米国特許出願第61/469,560号、第61/469,753号、第61/469,755号、第61/469,757号,第61/469,758号、第61/469,759号、第61/469,760、第61/469,762号、第61/469,763号及び"非常に低い抵抗の組成物およびその生成方法"と題する米国特許出願第13/076,18号に対する優先権を主張する。上記に記載の各出願は、2011年3月30日に出願され、各出願のそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる2012年1月6日に出願された"非常に低い抵抗を示す組成物などの層状組成物"と題する米国仮特許出願第61/583,855号に対して優先権を主張する。
【０００３】
従来の超伝導エレメントを使用して動作する、電気的デバイス、機械的デバイス、コンピュータデバイス、および/または他のデバイスは、超伝導状態における超伝導エレメントを維持するために高価な冷却システムに依存するなどの様々な欠点に苦しんでいる。例えば、従来の超電導コンデンサは、電流を最小抵抗またはゼロ抵抗で輸送する能力を有する、さまざまな成分の高温超伝導（HTS）材料を利用している。しかしながら、HTS材料は、非常に低い動作温度（例えば、120K未満の温度）を必要とし、通常は、液体窒素ベースの冷却システムなどの高価なシステムを使用して、そのような動作温度までコンポーネントを冷却することにより実現される。このような冷却システムは、実施コストを増大させ、広範な商用使用および民生用使用、および/または、これらの材料を用いるコンデンサへの適用を妨げる。現在のHTSベースのデバイスでは、これらの問題および他の問題が存在する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】第１の視点から見た例示のELR材料の結晶構造を示す図である。
【０００５】
【図２】第2の視点から見た例示のELR材料の結晶構造を示す図である。
【０００６】
【図３】第2の視点から見た例示のELR材料の結晶構造を示す図である。
【０００７】
【図４】例示のELR材料の単一ユニットセルを示す図である。
【０００８】
【図５】第2の視点から見た例示のELR材料の結晶構造を示す図である。
【０００９】
【図６】第2の視点から見た例示のELR材料の結晶構造を示す図である。
【００１０】
【図７】第2の視点から見た例示のELR材料の結晶構造を示す図である。
【００１１】
【図８】第2の視点から見た例示のELR材料の結晶構造を示す図である。
【００１２】
【図９】第2の視点から見た例示のELR材料の結晶構造を示す図である。
【００１３】
【図１０】第2視点から見た本発明の様々な実施例に係るELR材料の変更された結晶構造を示す図である。
【００１４】
【図１１】第1の視点から見た本発明の様々な実施例に係るELR材料の変更された結晶構造を示す図である。
【００１５】
【図１２】第3の視点から見た例示のELR材料の結晶構造を示す図である。
【００１６】
【図１３】本発明の様々な実施例を記述するために有用な基準フレームを示す図である。
【００１７】
【図１４Ａ】、
【図１４Ｂ】、
【図１４Ｃ】、
【図１４Ｄ】、
【図１４Ｅ】、
【図１４Ｆ】、
【図１４Ｇ】変更されたELR材料の様々な動作特性を示す試験結果を示す図である。
【００１８】
【図１５】変更する材料としてクロムをELR材料としてYBCOを使用する、変更されたELR材料の試験結果を示す図である。
【００１９】
【図１６】変更する材料としてバナジウムとELR材料としてYBCOを使用する、変更されたELR材料の試験結果を示す図である。
【００２０】
【図１７】変更する材料としてビスマスとELR材料としてYBCOを使用する、変更されたELR材料の試験結果を示す図である。
【００２１】
【図１８】変更する材料として銅とELR材料としてYBCOを使用する、変更されたELR材料料の試験結果を示す図である。
【００２２】
【図１９】変更する材料としてコバルトとELR材料としてYBCOを使用する、変更されたELR材料の試験結果を示す図である。
【００２３】
【図２０】変更する材料としてチタンとELR材料としてYBCOを使用する、変更されたELR材料の試験結果を示す図である。
【００２４】
【図２１Ａ】、
【図２１Ｂ】変更材料としてクロムとELR材料としてYBCOを使用する、変更されたELR材料の試験結果を示す図である。
【００２５】
【図２２】本発明の様々な実施例に係る電荷を伝播するために有用なELR材料と変更されたELR材料の構成を示す図である。
【００２６】
【図２３】本発明の様々な実施例に係る例示の表面が変更されたELR材料の結晶構造の複数の層を示す図である。
【００２７】
【図２４】本発明の様々な実施例に係るELR材料のc-膜を示す図である。
【００２８】
【図２５】本発明の様々な実施例に係るELR材料の適切な表面を有するc-膜を示す図である。
【００２９】
【図２６】本発明の様々な実施例に係るELR材料の適切な表面を有するc-膜を示す図である。
【００３０】
【図２７】本発明の様々な実施例に係るELR材料の適切な表面上に積層された変更する材料を示す図である。
【００３１】
【図２８】本発明の様々な実施例に係るELR材料の適切な表面上に積層された変更材料を示す図である。
【００３２】
【図２９】本発明の様々な実施例に係るELR材料の適切な表面を含む、エッチングされた表面を有するc-膜を示す図である。
【００３３】
【図３０】本発明の様々な実施例に係るELR材料の適切な表面を有するc-膜のエッチングされた表面上に積層された変更材料を示す図である。
【００３４】
【図３１】オプション基板を含み、本発明の様々な実施例に係るELR材料の適切な表面を有するa-b膜を示す図である。
【００３５】
【図３２】本発明の様々な実施例に係るa-b膜のELR材料の適切な表面上に積層された変更する材料を示す図である。
【００３６】
【図３３】本発明の様々な実施例に係るELR材料、変更する材料、バッファ層または絶縁層、および/または基板の層の様々な例示の配置を示す図である。
【００３７】
【図３４】本発明の様々な実施例に係る変更されたELR材料を形成するためのプロセスを示す図である。
【００３８】
【図３５】本発明の様々な実施例に基づいて実行することができる付加的な処理の一例を示す図である。
【００３９】
【図３６】本発明の様々な実施例に係る変更されたELR材料を形成するためのプロセスを示す図である。
【００４０】
【図１−Ｚ】本発明の様々な実施例に係る非常に低い抵抗材料と１つの変更する成分とを含む組成物のブロック図である。
【００４１】
【図２−Ｚ】本発明の様々な実施例に係る非常に低い抵抗材料と２つまたはそれ以上の変更する成分とを含む組成物のブロック図である。
【００４２】
【図３−Ｚ】本発明の様々な実施例に係る異なる非常に低い抵抗材料の層を含む組成物のブロック図である。
【００４３】
【図４−Ｚ】本発明の様々な実施例に係る同じ非常に低い抵抗材料で異なる形態の層を含む組成物のブロック図である。
【００４４】
【図５−Ｚ】本発明の様々な実施例に係る非常に低い抵抗材料の複数の層を含む組成物のブロック図である。
【００４５】
【図６−Ｚ】本発明の様々な実施例に係る非常に低い抵抗材料の複数の層を含む例示の組成物のブロック図である。
【００４６】
【図７Ａ−Ｚ】、
【図７Ｂ−Ｚ】、
【図７Ｃ−Ｚ】、
【図７Ｄ−Ｚ】、
【図７Ｅ−Ｚ】、
【図７Ｆ−Ｚ】、
【図７Ｇ−Ｚ】、
【図７Ｈ−Ｚ】、
【図７Ｉ−Ｚ】、図6-Zに示す例示の組成物の種々の動作特性を示す試験結果を含む図である。
【００４７】
【図３７−Ａ】、
【図３８−Ａ】、
【図３９−Ａ】、
【図４０Ａ−Ａ】、
【図４０Ｂ−Ａ】、
【図４１−Ａ】、
【図４２−Ａ】、
【図４３−Ａ】、
【図４４−Ａ】、
【図４５Ａ−Ａ】、
【図４５Ｂ−Ａ】ELR材料を使用してナノワイヤを形成する図である。
【００４８】
【図４６Ａ−Ａ】、
【図４６Ｂ−Ａ】、
【図４６Ｃ−Ａ】、
【図４６Ｄ−Ａ】、
【図４６Ｅ−Ａ】、
【図４６Ｆ−Ａ】、
【図４６Ｇ−Ａ】、
【図４６Ｈ−Ａ】、
【図４６Ｉ−Ａ】、
【図４６Ｊ−Ａ】ELR材料を使用してジョセフソン接合（JJS）を形成する図である。
【００４９】
【図４７−Ａ】、
【図４８Ａ−Ａ】、
【図４８Ｂ−Ａ】、
【図４８Ｃ−Ａ】、
【図４９Ａ−Ａ】、
【図４９Ｂ−Ａ】、
【図４９Ｃ−Ａ】、
【図５０−Ａ】、
【図５１−Ａ】、
【図５２Ａ−Ａ】、
【図５２Ｂ−Ａ】、
【図５２Ｃ−Ａ】、
【図５３−Ａ】図47-A〜図53-Aは、ELR材料を使用してスクイドを形成する図である。
【００５０】
【図５４−Ａ】、
【図５５Ａ−Ａ】、
【図５５Ｂ−Ａ】、
【図５５Ｃ−Ａ】、
【図５６−Ａ】、
【図５７−Ａ】、
【図５８−Ａ】、
【図５９−Ａ】ELR材料を使用して医療機器を形成する図である。
【００５１】
【図３７Ａ−Ｂ】、
【図３７Ｂ−Ｂ】、
【図３７Ｃ−Ｂ】、
【図３７Ｄ−Ｂ】、
【図３８Ａ−Ｂ】、
【図３８Ｂ−Ｂ】、
【図３９−Ｂ】、
【図４０−Ｂ】、
【図４１−Ｂ】、
【図４２−Ｂ】、
【図４３−Ｂ】ELR材料を使用してコンデンサを形成する図である。
【００５２】
【図３７−Ｃ】、
【図３８−Ｃ】、
【図３９Ａ−Ｃ】、
【図３９Ｂ−Ｃ】、
【図３９Ｃ−Ｃ】、
【図４０−Ｃ】、
【図４１−Ｃ】、
【図４２−Ｃ】、
【図４３−Ｃ】ELR材料を使用してインダクタを形成を示す図である。
【００５３】
【図３７−Ｄ】、
【図３８−Ｄ】、
【図３９−Ｄ】、
【図４０−Ｄ】、
【図４１−Ｄ】、
【図４２−Ｄ】、
【図４３−Ｄ】、
【図４４−Ｄ】ELR材料を使用してトランジスタを形成する図である。
【００５４】
【図３７−Ｅ】、
【図３８−Ｅ】、
【図３９−Ｅ】、
【図４０−Ｅ】、
【図４１−Ｅ】、
【図４２−Ｅ】、
【図４３−Ｅ】、
【図４４−Ｅ】、
【図４５−Ｅ】ELR材料を使用して集積回路デバイスを形成する図である。
【００５５】
【図３７−Ｆ】、
【図３８−Ｆ】、
【図３９−Ｆ】、
【図４０−Ｆ】、
【図４１−Ｆ】、
【図４２−Ｆ】、
【図４３−Ｆ】、
【図４４−Ｆ】、
【図４５−Ｆ】ELR材料を使用して集積回路とMEMSデバイスを形成する図である。
【００５６】
【図３７−Ｇ】、
【図３８−Ｇ】、
【図３９−Ｇ】、
【図４０−Ｇ】、
【図４１−Ｇ】ELR材料を使用して集積回路のRFデバイスを形成する図である。
【００５７】
【図３７−Ｈ】、
【図３８−Ｈ】、
【図３９−Ｈ】、
【図４０Ａ−Ｈ】、
【図４０Ｂ−Ｈ】、
【図４０Ｃ−Ｈ】、
【図４１−Ｈ】、
【図４２−Ｈ】、
【図４３−Ｈ】ELR材料を使用して集積回路のルーティングコンポーネントとデバイスを形成する図である。
【００５８】
【図３７−Ｉ】、
【図３８−Ｉ】、
【図３９−Ｉ】、
【図４０−Ｉ】、
【図４１Ａ−Ｉ】、
【図４１Ｂ−Ｉ】ELR材料を使用して集積回路のSIPデバイスを形成する図である。
【００５９】
【図３７Ａ−Ｊ】、
【図３７Ｂ−Ｊ】、
【図３８Ａ−Ｊ】、
【図３８Ｂ−Ｊ】、
【図３８Ｃ−Ｊ】、
【図３８Ｄ−Ｊ】、
【図３８Ｅ−Ｊ】、
【図３８Ｆ−Ｊ】、
【図３８Ｇ−Ｊ】、
【図３９−Ｊ】、
【図４０−Ｊ】、
【図４１−Ｊ】、
【図４２−Ｊ】ELR材料を使用して回転機器を形成する図である。
【００６０】
【図３７Ａ−Ｋ】、
【図３７Ｂ−Ｋ】、
【図３８−Ｋ】、
【図３９Ａ−Ｋ】、
【図３９Ｂ−Ｋ】、
【図４０Ａ−Ｋ】、
【図４０Ｂ−Ｋ】、
【図４０Ｃ−Ｋ】、
【図４１−Ｋ】ELR材料を使用してベアリングを形成する図である。
【００６１】
【図３７−Ｌ】、
【図３８Ａ−Ｌ】、
【図３８Ｂ−Ｌ】、
【図３９Ａ−Ｌ】、
【図３９Ｂ−Ｌ】、
【図４０−Ｌ】、
【図４１−Ｌ】、
【図４２Ａ−Ｌ】、
【図４２Ｂ−Ｌ】、
【図４２Ｃ−Ｌ】、
【図４３−Ｌ】、
【図４４−Ｌ】、
【図４５−Ｌ】、
【図４６Ａ−Ｌ】、
【図４６Ｂ−Ｌ】、
【図４７−Ｌ】、
【図４８−Ｌ】、
【図４９−Ｌ】、
【図５０−Ｌ】、
【図５１−Ｌ】、
【図５２Ａ−Ｌ】、
【図５２Ｂ−Ｌ】、
【図５３−Ｌ】、
【図５４−Ｌ】、
【図５５−Ｌ】、
【図５６−Ｌ】、
【図５７−Ｌ】、
【図５８−Ｌ】、
【図５９−Ｌ】、
【図６０−Ｌ】、
【図６１−Ｌ】、
【図６２−Ｌ】、
【図６３−Ｌ】、
【図６４−Ｌ】、
【図６５Ａ−Ｌ】、
【図６５Ｂ−Ｌ】、
【図６６−Ｌ】、
【図６７−Ｌ】、
【図６８−Ｌ】、
【図６９−Ｌ】、
【図７０−Ｌ】、
【図７１Ａ−Ｌ】、
【図７１Ｂ−Ｌ】、
【図７２−Ｌ】、
【図７３−Ｌ】、
【図７４Ａ−Ｌ】、
【図７４Ｂ−Ｌ】、
【図７５−Ｌ】、
【図７６−Ｌ】、
【図７７−Ｌ】、
【図７８−Ｌ】、
【図７９−Ｌ】、
【図８０−Ｌ】、
【図８１Ａ−Ｌ】、
【図８１Ｂ−Ｌ】、
【図８２−Ｌ】、
【図８３Ａ−Ｌ】、
【図８３Ｂ−Ｌ】、
【図８３Ｃ−Ｌ】、
【図８４−Ｌ】、
【図８５−Ｌ】、
【図８６Ａ−Ｌ】、
【図８６Ｂ−Ｌ】、
【図８７−Ｌ】、
【図８８−Ｌ】ELR材料を使用してセンサを形成する図である。
【００６２】
【図３７−Ｍ】、
【図３８Ａ−Ｍ】、
【図３８Ｂ−Ｍ】、
【図３８Ｃ−Ｍ】、
【図３８Ｄ−Ｍ】、
【図３９−Ｍ】、
【図４１−Ｍ】、
【図４２Ａ−Ｍ】、
【図４２Ｂ−Ｍ】、
【図４２Ｃ−Ｍ】、
【図４３−Ｍ】、
【図４４−Ｍ】、
【図４５−Ｍ】、
【図４６−Ｍ】、
【図４７−Ｍ】、
【図４８−Ｍ】、
【図４９−Ｍ】、
【図５０−Ｍ】ELR材料を使用してアクチュエータを形成する図である。
【００６３】
【図３７Ａ−Ｎ】、
【図３７Ｂ−Ｎ】、
【図３８Ａ−Ｎ】、
【図３８Ｂ−Ｎ】、
【図３８Ｃ−Ｎ】、
【図３８Ｄ−Ｎ】、
【図３８Ｅ−Ｎ】、
【図３９−Ｎ】、
【図４０Ａ−Ｎ】、
【図４０Ｂ−Ｎ】、
【図４１Ａ−Ｎ】、
【図４１Ｂ−Ｎ】、
【図４２Ａ−Ｎ】、
【図４２Ｂ−Ｎ】、
【図４３Ａ−Ｎ】、
【図４３Ｂ−Ｎ】、
【図４３Ｃ−Ｎ】、
【図４４Ａ−Ｎ】、
【図４４Ｂ−Ｎ】、
【図４４Ｃ−Ｎ】、
【図４５Ａ−Ｎ】、
【図４５Ｂ−Ｎ】、
【図４６−Ｎ】、
【図４７−Ｎ】、
【図４８−Ｎ】、
【図４９−Ｎ】、
【図５０−Ｎ】ELR材料を使用してフィルタを形成する図である。
【００６４】
【図３７−Ｏ】、
【図３８−Ｏ】、
【図３９−Ｏ】、
【図４０−Ｏ】、
【図４１−Ｏ】、
【図４２−Ｏ】、
【図４３−Ｏ】、
【図４４−Ｏ】、
【図４５−Ｏ】、
【図４６−Ｏ】、
【図４７Ａ−Ｏ】、
【図４７Ｂ−Ｏ】、
【図４８−Ｏ】、
【図４９−Ｏ】、
【図５０−Ｏ】、
【図５１−Ｏ】、
【図５２−Ｏ】、
【図５３Ａ−Ｏ】、
【図５３Ｂ−Ｏ】、
【図５４−Ｏ】、
【図５５−Ｏ】、
【図５６−Ｏ】ELR材料を使用してアンテナを形成する図である。
【００６５】
【図３７−Ｐ】、
【図３８−Ｐ】、
【図３９−Ｐ】、
【図４０−Ｐ】、
【図４１Ａ−Ｐ】、
【図４１Ｂ−Ｐ】、
【図４２−Ｐ】、
【図４３−Ｐ】ELR材料を使用してエネルギー貯蔵装置を形成する図である。
【００６６】
【図３７−Ｑ】、
【図３８−Ｑ】、
【図３９−Ｑ】、
【図４０Ａ−Ｑ】、
【図４０Ｂ−Ｑ】、
【図４１−Ｑ】、
【図４２−Ｑ】、
【図４３−Ｑ】、
【図４４−Ｑ】、
【図４５−Ｑ】、
【図４６−Ｑ】、
【図４７−Ｑ】、
【図４８−Ｑ】、
【図４９Ａ−Ｑ】、
【図４９Ｂ−Ｑ】、
【図４９Ｃ−Ｑ】、
【図５０−Ｑ】ELR材料を使用して限流器を形成する図である。
【００６７】
【図３７−Ｒ】、
【図３８−Ｒ】、
【図３９−Ｒ】、
【図４０−Ｒ】、
【図４１Ａ−Ｒ】、
【図４１Ｂ−Ｒ】、
【図４２Ａ−Ｒ】、
【図４２Ｂ−Ｒ】、
【図４３−Ｒ】、
【図４４−Ｒ】、
【図４５−Ｒ】、
【図４６−Ｒ】、
【図４７−Ｒ】、
【図４８−Ｒ】、
【図４９−Ｒ】、
【図５０−Ｒ】ELR材料を使用して変圧器を形成する図である。
【００６８】
【図３７Ａ−Ｓ】、
【図３７Ｂ−Ｓ】、
【図３８−Ｓ】、
【図３９−Ｓ】、
【図４０Ａ−Ｓ】、
【図４０Ｂ−Ｓ】ELR材料を使用して輸送ラインを形成する図である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
変更された、開口された、積層された、および/または、それ以外の、新しい非常に低い抵抗（ELR）材料で形成された1つまたは複数のコンポーネントを含む、電気的デバイス、機械的デバイス、コンピュータデバイス、および/または他のデバイス、コンポーネント、システム、および/または、装置が記載される。ELR材料は、通常は現在の高温超伝導体（HTS）に関連付けられる温度よりも高い温度での電流に対する非常に低い抵抗を提供し、とりわけ、高温度におけるデバイスの動作特性を向上させる。
【００７０】
いくつかの例では、ELR材料は、材料の種類、ELR材料の応用、ELR材料を用いるコンポーネントの大きさ、ELR材料を用いるデバイスまたは装置の動作要件に基づいて製造される。このように、デバイスの設計及び製造の間に、ELR材料のベース層として用いられる材料、および/または、ELR材料の1種又はそれ以上の変更する層として用いられる材料は、様々な考慮事項、所望の動作特性、および/または所望の製造特性に基づいて選択することができる。
【００７１】
本明細書には、ELRコンポーネントを用いてもよい様々なデバイス、応用、および/またはシステムが記載される。これらのデバイス、応用、および/またはシステムは、本出願の１〜１８章でより詳細に説明されるであろう。
【００７２】
本技術は、様々な実施例および/または実施例に関連して記載されるであろう。以下の説明は、本システムの実施例の完全な理解のために、及び本システムの実施例の可能な記載のために、特定の詳細な説明を提供する。しかしながら、当業者であれば、本システムはこれらの詳細な説明がなくても実施することができることを理解するであろう。他の例では、周知の構造および機能は、不必要に本システムの実施例の記載を不明瞭にすることを避けるために、詳細には記載されていない。
【００７３】
以下に示す説明で使用する用語は、それが本システムの特定の実施例における詳細な説明で使用されているにもかかわらず、その最も広い合理的な方法で解釈されることを意図している。特定の用語は、以下で強調されるかもしれない。しかしながら、限定された方法で解釈されることを意図する用語は、本詳細な説明の項で明白かつ特別に定義される。
【００７４】
本発明の様々な特徴、利点、および実施例は、以下の詳細な説明、図面、および特許請求の範囲に記載されており、以下の詳細な説明、図面、および特許請求の範囲の検討から明らかになるであろう。詳細な説明および図面は例示であり、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲を限定することなく、さらなる説明を提供することを意図することを理解すべきである。
【００７５】
本説明のために、非常に低い抵抗（"ELR"）材料は、HTS材料、完全に導電する材料（例えば、完全導体）、および非常に低い抵抗を有する他の導電性材料を含む超伝導材料を含み得るが、これだけに限定されるものではない。本明細書に記載されるように、これらのELR材料は、変更されたELR材料、開口されたELR材料および/または新しいELR材料、ELR膜及び/又は他のELR成分材料（例えば、ナノワイヤ、ワイヤ、テープなど）を形成するために使用することができるものとして記載される。これらのELR材料は、電子に対して非常に低い抵抗を示す、及び/又は、150K以上の温度などの高温で、環境圧力または標準圧力で、極めて高い電子のコンダクタンスを示す。本章では、とりわけ、本ELR材料の構造と動作特性を説明する。
【００７６】
一般的に言えば、本発明の様々な実施例は、改善された動作特性、または本明細書に記載された改善された動作特性の一部または全部を有するELR材料（例えば、変更されたELR材料、新しいELR材など）を組み込むことに関する。本発明の様々な実施例は、ELR膜、ELRテープ、ELRナノワイヤ、ELRワイヤ、ELR材料の他の構成の形態で、そのようなELR材料を含むことができる。
【００７７】
本説明のために、ELR材料の動作特性、および/または、本発明の様々な実施例は、ELR状態におけるELR材料の抵抗（例えば、超伝導体、超電導状態に関する）、ELR状態に対するELR材料の転移温度、ELR状態におけるELR材料の電荷を伝播する容量、ELRの材料の1つまたはそれ以上の磁気特性、ELR材料の一つまたはそれ以上の機械的性質、および/または、ELR材の材料、他の動作特性を含むことができるが、これらに限定されるものではない。さらに、本説明のために、改良された動作特性は、高温でのELR状態（例えば、超電導状態を含む）における動作、その同じ温度（またはより高い温度）で増加した電荷伝播容量での動作を含むことができる。
【００７８】
この説明のために、"非常に低い抵抗"は、超伝導材料タイプIIの超伝導状態での磁束流抵抗の大きさと同じような抵抗であり、一般に、０Ω−cmから293Kでの実質的に純粋な銅の抵抗率の50分の1（1/50）の範囲の抵抗率で表現することができる。例えば、本明細書で使用されるような、実質的に純粋な銅は99.999％の銅である。本発明の様々な実施例では、ELR材料の部分は０Ω・cmから3.36x10-8Ω−cmの範囲の抵抗率を有する。
【００７９】
一般的に理解されるように、転移温度は、ELR材料が非常に低い抵抗で"動作する"又は、非常に低い抵抗を示す（又は示し始める）温度、および/または、ELR材料と関連する他の現象を示す温度である。非常に低い温度で動作するとき、このELR材料は、ELR状態にあると呼ばれる。転移温度より高い温度で、ELR材料は、非常に低い抵抗を示さなくなり、ELR材料は、非ELR状態又は通常の状態にあると呼ばれる。換言すれば、転移温度は、ELR材料が非ELR状態とELR状態との間で変化する温度である。理解されるように、いくつかのELR材料に対して転移温度は、非ELR状態とELR状態との間でELR材料が変化する温度範囲とすることができる。また、理解されるように、ELR材料は、転移温度のヒステリシスを持ち、ELR材料が温かいときの転移温度とELR材料が冷たいときの転移温度とを有する。
【００８０】
図13は、本発明の様々な実施例を記述するために使用され得る基準フレーム1300を示す。基準フレーム1300は、a軸、b軸、c軸と称される軸の組を備えている。この説明のために、a軸への言及は、a軸及びa軸に平行な他の軸を含み、b軸への言及は、b軸、b軸に平行な他の軸を含み、c軸への言及は、c軸及びc軸に平行な他の軸を含む。基準フレーム1300中の平面の組を形成する様々な軸のペアをa面、b面、及びc面と呼ぶ。ここで、a面は、b軸とc軸によって形成され、a軸に垂直であり、b面は、a軸とc軸によって形成され、b軸に垂直であり、c面はa軸とb軸によって形成されc軸に垂直である。この説明のために、a面への参照は、a面およびa面に平行な平面を含み、b面への参照は、b面およびb面に平行な平面を含み、c面への参照は、c面およびc面に平行な平面を含む。さらに、本明細書に記載の結晶構造の様々な"面"または"表面"に関して、a面に平行な面を"b-c"面と呼び、b面に平行な面を、"a-c面"と呼び、c面に平行な面を"a-b面"と呼ぶ。
【００８１】
図1は、第１の視点、即ち、結晶構造100の"a-b面"に垂直でありかつc軸に平行な視点から見た例示のELR材料100を示す。図2は、第２の視点、すなわち、結晶構造100の"b-c"面に垂直でありかつa軸に平行な視点から見た結晶構造100を示す。この説明のために、図1および図2に示す例示のELR材料は、一般的に様々なELR材料の代表である。本発明のいくつかの実施例では、例示の材料は、混合原子価銅酸化物ペロブスカイトと呼ばれる超伝導材料のファミリーの代表であり得る。混合原子価銅酸化物ペロブスカイト材料は、LaBaCuOx、LSCO（例えば、La2-xSrxCuO4など）、YBCO（例えば、YBa2Cu3O7など）、BSCCO（例えば、Bi2Sr2Ca2Cu3O10など）、TBCCO（例えば、TI2Ba2Ca2Cu3O10またはTlmBa2Can-1CunO2n+m+2+δ）、HgBa2Ca2Cu3Ox、および他の混合原子価銅酸化物ペロブスカイト材料を含むが、これらに限定されるものではない。他の混合原子価銅酸化物ペロブスカイト材料は、理解されるようなカチオンの様々な置換を含むが、これらに限定されるものではない。また理解されるように、上記の混合原子価銅酸化物ペロブスカイト材料は、多くの異なる化学式が存在する材料の汎用クラスを指すことができる。本発明のいくつかの実施例では、例示のELR材料は、混合原子価銅酸化物ペロブスカイト材料のファミリー外のHTS材料（"非ペロブスカイト材料"）を含むことができる。このような非ペロブスカイト材料は、鉄ニクタイド、二ホウ化マグネシウム（MgB2）、および他の非ペロブスカイトを含むが、これらに限定されるものではない。本発明のいくつかの実施例では、例示のELR材料は、他の超伝導材料であってもよい。
【００８２】
多くのELR材料は、理解されるように、異なる原子、原子の組み合わせ、および/または、格子配置を有する結晶構造100の構造と類似の構造（必ずしも同一ではないが）を有する。図2に示すように、結晶構造100は、基準線110の上方に一つの単位セルを持ち、基準線110下方に一つの単位セルを持つ、例示のELR材料の2つの完全な単位セルを備えて記載されている。図4は、例示のELR材料の１つの単位セル400を示す。
【００８３】
一般的に理解されるように、例示のELR材料の単位セル400は、c面に平行な２つの"a-b面"、b面に平行な２つの"a-c面"、a面に平行な２つの"b-c面"（例えば、図13参照）を含む6つの"面"を含む。また、理解されるように、マクロ的な意味でELR材料の"表面"は、複数（例えば、数百、数千又はそれ以上）の単位セル400から構成されてもよい。この説明において特定の平面（例えば、a面、b面又はc面）に平行なELR材料の"表面"または"面"の参照は、その表面が主に特定の平面に実質的に平行な単位セル400の面に形成されている（すなわち、大部分）ことを示している。また、この説明においてa面、b面、又はc面（例えば、後述するようなab面）以外の面に平行なELR材料の"表面"または"面"への言及は、単位セル400の面のいくつかの混合物から形成される表面が、凝集するマクロな意味において、そのような他の平面に対して実質的に平行な表面を形成することを示している。
【００８４】
研究によると、いくつかのELR材料が抵抗現象の異方性（すなわち、方向性）を示すことを示している。換言すれば、所与の温度と電流密度での抵抗は、結晶構造100に対する方向に依存する。例えば、ELR状態において、いくつかのELR材料は、c軸方向に電流を運ぶような材料よりもa軸方向に、及び/又は、b軸方向に、非常に低い抵抗で、より多くの電流を運ぶことができる。理解されるように、様々なELR材料は、上記の説明したもの、または上記説明したものの組合せ以外の方向における抵抗現象を含む、様々な性能現象における異方性を示す。この説明のために、第１の方向への抵抗現象（及び同様の用語）を示す材料への言及は、そのような材料が第1の方向への抵抗現象をサポートすることを示している。そして、第２の方向への抵抗現象（及び同様の用語）を示さない材料への言及は、そのような材料が第２の方向への抵抗現象をサポートしないこと、または、他の方向よりも低い抵抗現象を示すことを示している。
【００８５】
図2を参照すると、公知のELR材料の従来の理解では、抵抗現象を担うものとして複数の開口原子250によって、結晶構造100内に形成された開口210を認めることができなかった。（例えば、開口が単一の単位セル400の描写において容易に明らかではない図4が参照される。）ある意味では、開口原子250は、開口210の周りの離散的な原子的"境界"または"境界"を形成すると考えることができる。本発明のいくつかの実施例では、本発明のいくつかの実施例及び図2に示すように、開口210は、結晶構造230の第1の部分220と第２の部分100の間に現れるが、本発明のいくつかの実施例では、開口210は種々の他の結晶構造の他の部分に現れるかもしれない。開口210は図2において、単純な"球体"としての原子の記載に基づいて示されており、そのような開口は、開口250を含む結晶構造100中の種々の原子に関連する電子密度（図示せず）とその形状に関連することが理解される。
【００８６】
本発明の種々の態様によれば、開口210は、結晶構造100を通る電荷の伝播を促進し、開口210が結晶構造100を通る電荷の伝播を促進するとき、ELR材料はELR状態で動作する。この説明のために、（それぞれの形態に沿って）"伝播する"および/または"伝播を促進する"とは、一般に、"伝導する"、および/または"伝導を促進する"、およびその各形態、および、"輸送"、および/または"輸送を促進する、"、およびその各形態、および、"ガイドする"、および/または"ガイドを促進する"、およびその各形態、および/または、"運ぶ"、"容易に運ぶ""、およびその各形態を指す。この説明のために、電荷は、正電荷又は負電荷、および/または、そのような電荷のペアまたは他の組み合わせを含むことができ、さらに、そのような電荷は、1つまたは複数の粒子の形態で、または、１つまたは複数の波または波束の形態で結晶構造100を通って伝播する。
【００８７】
本発明のいくつかの実施例では、結晶構造100を通る電荷の伝播は、導波路に類似する方法であってもよい。本発明のいくつかの実施例では、開口210は、結晶構造100を通過する電荷を伝播する導波路であってもよい。導波路とその操作は、一般的によく理解されている。特に、導波管の内部を取り囲む壁は、開口210の周りの開口原子250の境界または外辺部と対応することができる。導波路とその操作に関連する一態様は、その断面である。原子レベルで、開口210および/またはその断面は、ELR材料の温度変化で実質的に変更することができる。例えば、本発明のいくつかの実施例では、ELR材料の温度変化は、開口210の変化を引き起こすことができる。その変化は、次に、ELR材料をELR状態から非ELR状態へ遷移させるかもしれない。例えば、ELR材料の温度が上昇すると、開口210は、結晶構造100を通過する電荷の伝播を制限し又は妨げ、対応するELR材料は、ELR状態から非ELR状態へ遷移するかもしれない。同様に、例えば、ELR材料の温度が低下すると、開口210は、結晶構造100を通過する電荷の伝播を容易にし（制限又は妨害するのとは対照的に）、対応するELR材料は、非ELR状態からELR状態へ遷移するかもしれない。
【００８８】
図2の開口210のような開口は、図3及び図5-9および以下に記載するELR材料などのELR材料中に存在するが、それらに限定されるものではない。図示されたように、そのような開口は、いくつかのまたはすべてのELR材料の結晶構造に固有のものである。この記載の観点から理解されるように、様々な形態、形状、大きさ、および数を有する開口210は、結晶構造の正確な構成、原子の組成、ELR材料の結晶構造内の原子の配置に応じてELR材料中に存在する。
【００８９】
様々なELR材料の結晶構造100を通過する様々な軸の方向に延びている開口210の有無は、そのようなELR材料によって示される異方性と一致している。たとえば、図3、図11、および図12に示されるELR材料360は、a軸及びb軸方向に抵抗現象を示すが、c軸方向に抵抗現象を示さない傾向を有するYBCO-123である。YBCO-123によって示される抵抗現象の異方性と一致して、図3は、開口310が結晶構造300を通ってa軸方向に延びていることを示している。図12は、開口310および開口1210が結晶構造300を通ってb軸の方向に延びていることを示しており、図11は、c軸方向に結晶構造300を通って適切な開口が延びていないことを示している。
【００９０】
開口210および/またはその断面は、開口原子250および/または"非開口原子"（すなわち、開口原子250以外の結晶構造中の原子100）の様々な原子特性に依存しているかもしれない。そのような原子特性は、原子の大きさ、原子の重さ、電子数、電子構造、結合数、結合の種類、異なる結合、多重結合、結合長さ、結合強度、開口原子間の結合角、開口原子と非開口原子の結合角、および/または、同位体数を含むが、これらに限定されるものではない。開口原子250及び非開口原子は、結晶構造および/または結晶構造中の原子に関連する大きさ、形状、剛性、および振動モード（振幅、周波数、および方向に関して）によって開口210を最適化するために、対応する原子の特性に基づいて選択することができる。
【００９１】
本発明の様々な実施例によると、形状の変化および/または断面の大きさ、および/または開口原子205の形状や大きさの変化を含む開口210の物理的構造の変化は、抵抗現象に影響するかもしれない。例えば、結晶構造100の温度が上昇すると、開口210の断面は、結晶構造100中の原子のエネルギー状態、またはそれらの占有量における変化と同様に、結晶構造100内の種々の原子の振動により、変更されるかもしれない。結晶構造100の物理的なたわみ、引張りや圧縮もまた、結晶構造100と、開口210の断面内の種々の原子の位置に影響を及ぼすことがある。結晶構造100に曝された磁場は、また、結晶構造100と、開口210の断面内の種々の原子の位置に影響を及ぼすことがある。
【００９２】
フォノンは結晶構造100内の振動の様々なモードに対応する。結晶構造100中のフォノンは結晶構造100を通過して伝播する電荷と相互作用する。より具体的には、結晶構造100中のフォノンは、結晶構造100中の原子（例えば、開口原子250、非開口原子など）と結晶構造100を通過して伝播する電荷とを相互作用させる。高い温度は、高いフォノン振幅をもたらし、フォノンと結晶構造100中の原子と電荷の間の相互作用が増加する可能性がある。本発明の種々の実施例では、フォノン、結晶構造中の原子100、および結晶構造100内の電荷の間での相互作用を低減するまたは変更することができる。
【００９３】
図3は、第2の観点から見た例示のELR材料360の結晶構造300を示す。例示のELR材料360は、一般的に"YBCO"と呼ばれる超電導材料であり、特定の化学式において、約90Kの転移温度を有する。特に、図3に示す例示のELR材料360は、YBCO-123である。例示のELR材料360の結晶構造300は、様々なイットリウム原子（"Y"）、バリウム（"Ba"）、銅（"Cu"）と酸素（"O"）を含む。図3に示すように、開口310は、開口原子350、すなわち、イットリウム、銅、および酸素原子によって結晶構造300内に形成される。開口310中のイットリウム開口原子間の断面距離は、約0.389nmであり、開口310中の酸素開口原子間の断面距離は約0.285nmであり、開口310中の銅開口原子間の断面距離約0.339nmである。
【００９４】
図12は、第３の観点から見た例示のELR材料360の結晶構造300を示す。図3に関して上述したのと同様に、例示のELR材料360は、YBCO-123であり、開口310は開口原子350、すなわち、イットリウム、銅、および酸素原子によって結晶構造300内に形成されている。この配置では、開口310内のイットリウム開口原子間の断面距離は約0.382nmであり、開口310中の酸素開口原子間の断面距離は約0.288nmであり、開口310中の銅開口原子間の断面距離は、約0.339nmである。この配置では、例示のELR材料360の結晶構造300は、開口310に加えて開口1210を含む。開口1210は、結晶構造300のb軸方向に発生する。より具体的には、開口1210は、結晶構造300中の例示のELR材料360の各単位セル間で発生する。開口1210は、開口原子1250、すなわち、バリウム、銅及び酸素の原子によって結晶構造300内に形成される。開口1210中のバリウム開口原子1250間の断面距離は約0.430nmであり、開口1210中の酸素開口原子1250間の断面距離は約0.382nmであり、開口1210中の銅開口原子1250間の断面距離は約0.382nmである。本発明のいくつかの実施例では、開口1210は、開口310に対して本明細書に記載したのと同じに動作する。この説明のために、それぞれの開口原子350、1250の組成物に基づいて、YBCO中の開口310は、"イットリウム開口"と呼ばれ、YBCOの開口1210は"バリウム開口"と呼ばれることがある。
【００９５】
図5は、第２の視点から見た例示のELR材料560の結晶構造500を示す。例示のELR材料560は、一般に、"HgBa2Cu04"と呼ばれ、約94Kの転移温度を有するHTS材料である。例示のELR材料560の結晶構造500は、様々な水銀（"Hg"）、バリウム（"Ba"）、銅（"Cu"）、及び酸素（"O"）の原子を含む。図5に示すように、開口510は、バリウム、銅、および酸素の原子を含む開口原子によって結晶構造500内に形成される。
【００９６】
図6は、第２の視点から見た例示のELR材料660の結晶構造600を示す。例示のELR材料660は、一般に"TI2Ca2Ba2Cu3O10"と呼ばれ、約128Kの転移温度を有するHTS材料である。例示のELR材料660の結晶構造600は、様々なタリウム（"Tl"）、カルシウム（"Ca"）、バリウム（"Ba"）、銅（"Cu）、及び酸素（"O"）の原子を含む。図6に示すように、開口610は、カルシウム、バリウム、銅及び酸素の原子を含む開口原子によって結晶構造600内に形成される。また、図6に示すように、第２の開口620は、カルシウム、銅及び酸素の原子を含む第２開口原子によって結晶構造600内に形成されてもよい。第２の開口620は、開口610と同様な方法で動作することができる。
【００９７】
図7は、第2の視点から見た例示のELR材料760の結晶構造700を示す。例示のELR材料760は、一般に、"La2Cu04"と呼ばれ、約39Kの転移温度を有するHTS材料である。例示のELR材料760の結晶構造700は、様々なランタン（"La"）、銅（"Cu"）、及び酸素（"O"）の原子を含む。図7に示すように、開口710は、ランタンと酸素の原子を含む開口原子によって結晶構造700内に形成される。
【００９８】
図8は、第２の視点から見た例示のELR材料860の結晶構造800を示す。例示のELR材料860は、一般に、"As2Ba0.34Fe2K0.66"と呼ばれ、約38Kの転移温度を有するHTS材料である。例示のELR材860は、"鉄のニクタイド"と呼ばれるELR材料のファミリーの代表である。例示のELR材料860の結晶構造800は、様々なヒ素（"As"）、バリウム（"Ba"）、鉄（"Fe"）、およびカリウム（"K"）の原子を含む。図8に示すように、開口810は、カリウムとヒ素の原子を含む開口原子によって結晶構造800内に形成される。
【００９９】
図9は、第２の視点から見た例示のELR材料960の結晶構造900を示す。例示のELR材料960は、一般に、"MgB2"と呼ばれ、約39Kの転移温度を有するHTS材料である。例示のELR材料960の結晶構造900は、様々なマグネシウム（"Mg"）およびホウ素（"B"）の原子を含む。図9に示すように、開口910は、マグネシウムとホウ素の原子を含む開口原子によって結晶構造900内に形成される。
【０１００】
図3、図5-9、および図12に示される上記の例示のELR材料のそれぞれは、そのような材料内に様々な開口が存在することを示している。様々な他のELR材料は、同様の開口を有している。いったん抵抗現象が起きると、開口とそれに対応する結晶構造は、既存のELR材料から改善されたELR材料を導出するために、および/または、新しいELR材料を設計して製造するために、既存のELR材料の動作特性を改善するために、利用することができる。説明の便宜上、ELR材料360（およびそれに付随する特性および構造）は、一般的に、ELR材料560、ELR材料660、ELR材料760、および、図3を参照して説明されたELR材料ではない図示されるその他のELR材料を含む種々のELR材料を指すが、これらに限定されるものではない。
【０１０１】
本発明の様々な実施例によれば、種々の公知のELR材料の結晶構造は、公知のELR材料および/または変更されていないELR材料に対して、改善された動作特性で動作するように変更することができる。理解されるように、本発明のいくつかの実施例では、改善された動作特性は、例えば、結晶構造100の上に、材料の原子が第１の部分220と第２の部分230の間に一つまたは複数の結合を形成することによって、開口210を橋渡しするように材料を積層することによって実現することができる。結晶構造100の上に材料を積層する変更例は、種々の実験による試験結果と関連して以下でさらに詳細に記載される。
【０１０２】
図10は、第２視点から見たときの本発明の様々な実施例の変更されたELR材料1060の変更された結晶構造1010を示す図である。図11は、第1の視点から見たときの本発明の様々な実施例の変更されたELR材料1060の変更された結晶構造1010示す。ELR材料360（例えば、図3などに示される）は、変更されたELR材料1060を形成するために変更される。変更する材料1020は、図11に示すように、変更されたELR材料1060の変更された結晶構造1010を形成するように、ELR材料360の結晶構造300の原子（図3）と結合する。図示されるように、変更する材料1020は、第1の部分320と第2の部分330との間の隙間を橋渡し、それによって、とりわけ、特に、開口310の領域における変更された結晶構造1010の振動特性を変化させる。そうすることで、変更する材料1020は、高い温度で開口310を維持する。したがって、本発明のいくつかの実施例では、変更する材料1020は、結晶構造300中の適切な原子と適合して結合するように選択される。
【０１０３】
本発明のいくつかの実施例及び図10に示されているように、変更する材料1020は、b-平面（例えば、"a-c"面）に平行である結晶構造300の表面に結合する。変更する材料1020が"a-c"面と結合する実施例では、a軸の方向に延びる開口310とa平面に横たわる断面が維持される。そのような実施例では、電荷キャリアは、a軸の方向に開口310を通過して流れる。
【０１０４】
本発明のいくつかの実施例において、変更する材料1020は、a平面（例えば、"b-c"面）に平行である結晶構造300の表面と結合する。変更する材料1020が"b-c"面と結合するような実施例では、b軸の方向に延びる開口310とb平面に横たわる断面が維持される。そのような実施例では、電荷キャリアは、ｂ軸の方向に開口310を通過して流れる。
【０１０５】
本発明の種々の実施例では、変更する材料1020を有するELR材料360の特定の面に積層することを含む（すなわち、ELR材料360の特定の表面を変更する材料1020で変更すること）。この説明から理解されるように、ELR材料360の"表面を変更すること"への言及は、最終的に、ELR材料360の一つまたは複数の単位セル400の面（場合によっては一面以上）を変更することを含む。すなわち、変更する材料1020は、実際にELR材料360の単位セル400内の原子に結合する。
【０１０６】
たとえば、a平面に平行なELR材料360の表面を変更することは、単位セル400の"b-c"面を変更することを含む。同様に、b-平面に平行なELR材料360の表面を変更することは、単位セル400の"a-c"面を変更することを含む。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料1020は、c軸に平行な平面に対して実質的に平行であるELR材料360の表面に結合される。この説明のために、c軸に平行な平面は、一般にab平面と呼ばれ、理解されるように、a面およびb面を含む。理解されるように、ab面に平行なELR材料の表面360は、単位セル400の"a-c"面と"b-c""面の混合物から形成される。変更する材料1020がab面に平行な表面と結合するような実施例では、a軸の方向に延びる開口310とb軸方向に延びる開口310が維持される。
【０１０７】
本発明のいくつかの実施例において、変更する材料102は導電性材料であってもよい。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料102は、高い酸素親和性材料であるかもしれない。（すなわち、酸素と容易に結合する材料）（"酸素結合材料"）。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料1020は、酸素と容易に結合する導電性材料（"酸素結合導電材料"）であってもよい。このような酸素結合導電材料は、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタンを含むが、それだけには限定されない。このような酸素結合導電材料は、ロジウムまたはベリリウムもまた含むことができるが、それだけには限定されない。他の変更する材料は、ガリウム又はセレンを含むことができる。他の変更する材料は、銀を含んでもよい。さらに他の変更する材料を用いることもできる。
【０１０８】
本発明のいくつかの実施例では、変更する材料1020の酸化物は、ELR材料360を変更する材料1020で変更するときの様々な操作の間に形成するかもしれない。したがって、本発明のいくつかの実施例では、変更する材料1020は、変更する材料1020の実質的に純粋な形態および/または変更する材料1020の種々の酸化物をを含むことができる。換言すれば、本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、変更する材料1020および/または変更する材料1020の種々の酸化物を含む。一例として、本発明のいくつかの実施例では、変更する材料1020は、クロム及び/又は酸化クロムを（CrxOy）を含んでもよいが、それに限定されるものではない。
【０１０９】
本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、YBCOであり、変更する材料1020は、酸素結合導電材料であってもよい。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、YBCOであり、変更する材料1020は、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタン、ロジウム、またはベリリウムを含む群から選択されるが、これらに限定されない。本発明の実施例では、ELR材料360は、YBCOであり、変更する材料1020は、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタン、ロジウム、及びベリリウムからなる群から選択され得る。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、YBCOであり、変更する材料1020は他の変更する材料であってもよい。
【０１１０】
本発明のいくつかの実施例では、混合原子価銅酸化物ペロブスカイト材料および酸素結合導電材料の様々な他の組み合わせを用いることができる。例えば、本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、一般に"BSCCO"と呼ばれる混合原子価銅酸化物ペロブスカイト材料に対応する。BSCCOはビスマス（"Bi"）、ストロンチウム（"Sr"）、カルシウム（"Ca"）、銅（"Cu"）と酸素（"O"）の種々の原子を含む。BSCCOは、それ自体では、約100Kの転移温度を有する。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、BSCCOであり、変更する材料1020は、酸素結合導電性材料であってもよい。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、BSCCOであり、変更する材料1020は、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタン、ロジウム、またはベリリウムを含む群から選択することができるが、これらに限定されものではない。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、BSCCOであり、変更する材料1020は、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタン、ロジウム、及びベリリウムからなる群から選択され得る。本発明のいくつかの実例では、ELR材料360は、BSCCOであり、変更する材料1020は、他の変更する材料であってもよい。
【０１１１】
本発明のいくつかの実施例では、他のELR材料及び変更する材料の様々な組み合わせを用いることができる。例えば、本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、鉄プニクタイド材である。鉄ニクタイドは、それだけで、約25-60Kの範囲の転移温度を有する。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、鉄プニクタイドであり、変更する材料1020は、酸素結合導電性材料であってもよい。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、鉄プニクタイドであり、変更する材料1020は、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタン、ロジウム、またはベリリウムを含む群から選択することができるが、これらに限定されるものではない。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、鉄プニクタイドであり、変更する材料1020は、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタン、ロジウム、及びベリリウムからなる群から選択され得る。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、鉄プニクタイドであり、変更する材料1020は、他の変更する材料であってもよい。
【０１１２】
本発明のいくつかの実施例では、他のELR材料及び変更する材料の様々な組み合わせを用いることができる。例えば、本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、二ホウ化マグネシウム（"MgB2"）であってもよい。二ホウ化マグネシウムは、それ自体で約39Kの転移温度を有する。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、二ホウ化マグネシウムであり、変更する材料1020は、酸素結合導電材料であってもよい。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、二ホウ化マグネシウムであり、変更する材料1020は、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタン、ロジウム、またはベリリウムを含む群から選択することができるが、これらに限定されるものではない。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、二ホウ化マグネシウムであり、変更する材料1020は、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタン、ロジウム、及びベリリウムからなる群から選択され得る。本発明のいくとかの実施例では、ELR材料360は、二ホウ化マグネシウムであり、変更する材料1020は、他の変更する材料であってもよい。
【０１１３】
本発明のいくつかの実施例において、変更する材料1020は、理解されるように、別の組成物上に1つの組成物を積層するための様々な技術を用いてELR材料360の試料上に積層することができる。例えば、そのような積層技術は、パルスレーザ蒸着法、共蒸着、電子ビーム蒸着および活性化反応性蒸着などの蒸着法、マグネトロンスパッタリング、イオンビームスパッタリング法、イオンアシストスパッタリングなどのスパッタリング法、陰極アーク蒸着法、CVD法、有機金属CVD法、プラズマCVD法、分子線エピタキシー法、ゾル-ゲル法、液相エピタキシー法及び/又は他の積層技術が挙げられるが、これらに限定されるものではない。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料360は、1つの組成物を別の組成物上に積層するための様々な技術を用いて、変更する材料1020の試料の上に積層することができる。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料1020の単一原子層（すなわち、変更する材料1020の単一原子または分子と実質的に等しい厚さを有する、変更する材料1020の層）をELR材料360の試料の上に積層してもよい。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料の単一ユニット層（すなわち、変更する材料の単一ユニット（例えば、原子、分子、結晶、または他のユニット）に実質的に等しい厚さを有する変更する材料の層））をELR材料の試料の上に積層してもよい。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料の単一ユニット層をELR材料の上に積層してもよい。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料の2つまたはそれ以上の単一ユニット層をELR材料の上に積層してもよい。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料を、変更する材料の2つまたはそれ以上の単一ユニット層の上に積層してもよい。
【０１１４】
本発明のいくつかの実施例では、変更する材料1020を含む変更するELR材料360は、窒素のほぼ沸点の温度で、または、窒素の沸点以上の温度で変更するELR材料1060内に開口310を維持する。本発明のいくつかの実施例では、開口310は、二酸化炭素のほぼ沸点の温度でまたは、二酸化炭素の沸点以上の温度で維持される。本発明のいくつかの実施例では、開口310は、アンモニアのほぼ沸点の温度でまたは、アンモニアの沸点以上の温度で維持される。本発明のいくつかの実施例では、開口310は、フロンのほぼ沸点の温度でまたは、フロンの沸点以上の温度で維持される。本発明のいくつかの実施例では、開口310は、水のほぼ沸点の温度でまたは、水の沸点以上の温度で維持される。本発明のいくつかの実施例では、開口310は、水と不凍液の溶液の融点温度でまたは、水と不凍液の溶液の融点以上の温度で維持される。本発明のいくつかの実施例では、開口310は、ほぼ室温（例えば、21℃）、または、室温以上の温度で維持される。本発明のいくつかの実施例では、開口310は、150K、160K、170K、180K、190K、200K、210K、220K、230K、240K、250K、260K、270K、280K、290K、300K、310Kの温度の組から選択された温度またはそれ以上の温度で維持される。本発明のいくつかの実施例では、開口310は150Kから315Kの範囲内の温度で維持される。
【０１１５】
図14A-14Gは、上記記載されたようにして得られた試験結果1400を示す。試験試験結果1400は温度の関数（K）として変更したELR素材1060の抵抗のプロットを含んでいる。より具体的には、試験試験結果1400は、変更されたELR素材1060であり、変更する材料1020はクロムであり、ELR材料360はYBCOである。図14Aは、変更されたELR材料1060の抵抗が測定された温度の全範囲、すなわち、84K〜286Kである試験結果1400を含んでいる。より詳細に示すために、試験結果1400は、様々な温度範囲に分割されて図示されている。図14Bは、240K〜280Kまでの温度範囲内の試験結果1400を示し、図14Cは、21K〜250Kまでの温度範囲内の試験結果1400を示し、図14Dは、180K〜220Kまでの温度範囲内の試験結果1400を示し、図14Eは、150K〜190Kまでの温度範囲内の試験結果1400を示し、図14Fは、120K〜160Kまでの温度範囲内の試験結果1400を示し、図14Gは、84.5K〜124.5Kまでの温度範囲内の試験結果1400を示している。
【０１１６】
試験結果1400は、変更されたELR材料1060の様々な部分がELR材料360に比べて、より高い温度においてELR状態で動作することを示している。６つの試料の分析試験が行われた。各試料分析試験では、変更されたELR材料1060はゆっくりと約286Kから83Kまで冷却された。冷却しながら、DCオフセットおよび/または熱電対効果の影響を低減するために、電流源は、デルタモードの構成で＋60nAと−60nAの電流を流した。一定の時間間隔で、変更されたELR材1060の電圧を電圧計で測定した。各試料分析試験では、電圧測定の時系列は、512点の高速フーリエ変換（"FFT"）を用いてフィルタ処理された。フィルタリ処理されたデータのうちFFTの最も低い44の周波数はデータから除外され、残りのデータは時間領域に戻された。各試料分析試験でフィルタ処理されたデータは、その後、試験結果1400を生成するために統合された。より具体的には、６つの試料の分析試験のすべての抵抗の測定は、"ビニング"と呼ばれる方法で温度範囲（例えば、80K〜80.25K、80.25K〜80.50K、80.5K〜80.75K、等）の系列に整理された。次に、各温度範囲の平均抵抗測定を求めるために各温度範囲で測定された抵抗測定は、平均化された。これらの平均抵抗測定により試験結果1400が得られた。
【０１１７】
試験結果1400は、温度に対する抵抗のプロットである種々の離散ステップ1410を含んでおり、各離散ステップ1410は、比較的狭い温度範囲での抵抗の急激な変化を示している。各離散ステップ1410では、変更されたELR材料1060の離散部分は、各温度でそのような部分の電荷伝播容量に電荷を伝播し始める。非常に小さなスケールで、変更されているELR材360の表面は、完全に平滑ではないので、ELR材料360の表面に露出された開口310は、通常は、変更されたELR材1060試料の全幅または全長にわたって延びていない。したがって、本発明のいくつかの実施例では、変更する材料1020は、ELR材料360の表面全体を覆い、開口310の間で電荷を運ぶ導体として作用することができる。
【０１１８】
試験結果1400の詳細を説明する前に、ELR材料360と変更する材料1020の様々な特性を説明する。これらの材料の抵抗対温度（"R−T"）の個別のプロファイルは、一般によく知られている。これらの材料の個々のR−Tプロファイルは、試験結果1400に見られる離散ステップ1410と同様の特徴を含むとは考えられない。実際、ELR材料360の変更されていない試料と変更する材料1020は、同じであり、しばしば同一の試験方法と測定装置でそれぞれ試験された。各例では、ELR材料360の変更されていない試料のR−Tプロファイルと変更する材料のRTプロファイルは、単独では離散ステップ1410と同様の機能を含んでいなかった。従って、離散ステップ1410は、変更する材料1020と変更するELR材料360の結果であり、温度上昇時に開口310を維持し、それによって、変更する材料1060が、本発明の様々な実施例の高い温度において、ELR状態のままでいられることが可能となる。
【０１１９】
各離散ステップ1410では、変更されたELR材料1060内の開口310の様々な開口が、各開口310の電荷伝播容量に電荷の伝播を開始する。電圧計で測定した結果、各電荷伝播開口310は、変更されたELR材料1060の試料を通過する見かけの電圧が少しだけ低下する、短絡として現れる。見かけの電圧は、開口310の追加の開口が電荷の伝播を開始すると、変更されたELR材料1060の試料温度がELR材料360の転移温度（すなわち、変更していないELR材料がYBCOの場合の転移温度は、約90Kである）に達するまで低下し続ける。
【０１２０】
試験結果1400は、変更されたELR材料1060内の開口310が、約97K、100K、103K、113K、126K、140K、146K、179K、183.5K、200.5K、237.5K、および250Kで、電荷を伝播することを示している。理解されるように、変更されたELR材料1060内の開口310は、全温度範囲内の他の温度で電荷を伝播することができる。
【０１２１】
試験結果1400は、離散ステップ1410として識別されていない比較的狭い温度範囲での抵抗の比較的急激な変化を含んでいる。これらの他の変化のいくつかは、試験（例えば、FFT、フィルタリング、等）中に得られる測定値に使用されるデータ処理技術からのアーティファクトであるかもしれない。これらの他の変化のいくつかは、様々な温度で開口310に影響を与える変更された結晶構造1010中の共振周波数に起因する抵抗の変化であるかもしれない。これらの他の変化のいくつかは、追加の離散ステップ1410であるかもしれない。また、270〜274Kの温度範囲における抵抗の変化は、変更されたELR材1060中に存在する水と関連付けられる可能性があり、この水の一部は変更されたELR材料1060の試料調製中に導入された可能性がある。
【０１２２】
変更する材料1020はELR材料360の転移温度以上の温度でよく伝導するの対して、ELR材料360は通常は伝導しないという点で、試験結果1400は、離散ステップ1410に加えて、ELR材料360のR−Tプロファイルと異なっている。
【０１２３】
図15は、ELR材料360と変更する材料1020の試料に対する追加の試験結果1500を示している。より具体的には、試験結果1500では、変更する材料1020は、クロムであり、ELR材料360はYBCOである。試験結果1500では、ELR材料360の試料は、a-平面又はb-平面に平行な結晶構造300の面を露出させるために、上述した様々な技術を用いて調製された。試験結果1500は、変更されたELR材料1060にロックインアンプとK6221電流源を用いて24.0Hzで10nAの電流を流して得られた。試験結果1500は、温度の関数（K）として、変更されたELR材料1060の抵抗のプロットを含んでいる。図15は、変更されたELR材料1060の抵抗が温度の全範囲、すなわち80K〜275Kで測定された試験結果1500を含む。試験結果1500は、変更されたELR材料1060の様々な部分がELR材料360より高い温度でELR状態で動作することを示している。5つの試料の分析試験は、変更されたELR材料1060の試料でなされた。各試料分析試験では、変更されたELR材料1060の試料をゆっくりと80Kから275Kまで加熱した。加熱しながら、変更されたELR材料1060の試料の電圧が一定の時間間隔で測定され、抵抗は、電流源から算出された。各試料分析試験では、抵抗測定値の時系列は、1024ポイントのFFTを用いてフィルタ処理した。しかし、すべてのFFTから最も低い15の周波数がデータから除去され、フィルタ処理された抵抗測定値は、時間領域に戻された。各試料分析試験でフィルタ処理された抵抗測定値は、試験結果1500を生成するために上記説明したビニングプロセスを用いて統合された。次に、各温度範囲での抵抗測定値は、各温度範囲での平均抵抗測定値を得るために一緒に平均化された。これらの平均抵抗測定値は、試験結果1500を形成する。
【０１２４】
試験結果1500は、抵抗対温度プロットにおいて、種々の離散ステップ1510を含む。各離散ステップ1510は、図14A〜図14Gで説明した離散ステップ1410と類似する、比較的狭い温度範囲で抵抗が比較的急激に変化することを示しいる。各離散ステップ1510では、変更されたELR材料1060の離散部分は、各温度での離散部分の電荷伝播容量に電荷を伝播する。
【０１２５】
試験結果1500は、変更されたELR材料1060内の開口310が約120K、145K、175K、225K、および250Kで電荷を伝播することを示している。変更されたELR材料1060内の開口310は、理解されるように、全温度範囲内の他の温度で、電荷を伝播するかもしれない。
【０１２６】
図16-20は、ELR材料360および各種変更する材料1020の試料に対する追加の試験結果を示す。これらの追加の試験結果では、ELR材料360の試料は、結晶構造300の表面をa面またはb面、またはa面またはb面のいくつかの組み合わせに対して実質的に平行となるように露出させ、これらの露出面上に変更する材料が積層されるように、上述した様々な技術を用いて調製された。これらの変更された各試料は、ゆっくりと約300Kから80Kまで冷却された。以下に説明するように、加温しながら、電流源は、電流を変更された試料にデルタモード設定で印加した。一定時間毎に、変更された試料の電圧を測定した。各試料の分析試験では、電圧測定の時系列は、FFTを用いて周波数領域で最低の周波数を除去するフィルタ処理し、フィルタ処理された測定値は、時間領域に戻された。保持された周波数の数は、一般に、各データ・セットで異なる。各試験からフィルタ処理されたデータは、その後、ビニングされ、一緒に平均化されて図16-21に示す試験結果を生成した。
【０１２７】
図16は、温度の関数（K）として、変更されたELR材料1060の抵抗のプロットを含む試験結果1600を示す。試験結果1600では、変更する材料1020はバナジウムであり、ELR材料360はYBCOである。試験結果1600は、20nA電流源を使用し、1024ポイントのFFTを行い、12個の最低周波数が除去された全ての情報を用いる11回の試験で得られた。試験結果1600は、変更されたELR材料1060の様々な部分がELR材料360よりもより高い温度においてELR状態で動作することを示している。試験結果1600は、図14A-14Gで説明したのと同様に、抵抗−温度プロットにおいて種々の離散ステップ1610を含む。試験結果1600は、変更されたELR材料1060内の開口310が約267K、257K、243K、232K、および219Kで電荷を伝播することを示している。変更されたELR材料1060内の開口310は、他の温度で電荷を伝播するかもしれない。
【０１２８】
図17は、温度の関数（K）として、変更されたELR材料1060の抵抗のプロットを含む試験結果1700を示す。試験結果1700では、変更する材料1020は、ビスマスでありELR材料360はYBCOである。試験結果1700は、400nAの電流源を使用し、1024ポイントのFFTを行い、12個の最低周波数が除去された全ての情報を用いる5回の試験で得られた。試験結果1700は、変更されたELR材料1060の様々な部分がELR材料360よりも高い温度においてELR状態で動作することを示している。試験結果1700は、図14A-14Gで説明したのと同様に、抵抗−温度プロットにおいて種々の離散ステップ1710を含む。試験結果1700は、変更されたELR材料1060内の開口310が約262K、235K、200K、172K、および141Kで電荷を伝播することを示している。変更されたELR材料1060内の開口310は、他の温度で電荷を伝播するかもしれない。
【０１２９】
図18は、温度の関数（K）として、変更されたELR材料1060の抵抗のプロットを含む試験結果1800を示す。試験結果1800では、変更する材料1020は銅であり、ELR材料360はYBCOである。試験結果1800は、200nAの電流源を使用し、1024ポイントFFTを行い、12個の最低周波数が除去された全ての情報を用いる5回の試験で得られた。試験結果1800は、変更されたELR材料1060の様々な部分がELR材料360よりもより高い温度においてELR状態で動作することを示している。試験結果1800は、図14A-14Gで説明したのと同様に、抵抗−温度プロットにおいて種々の離散ステップ1810を含む。試験結果1800は、変更されたELR材料1060内の開口310が約268K、256K、247K、235K、および223Kで電荷を伝播することを示している。変更されたELR材料1060内の開口310は、他の温度で電荷を伝播するかもしれない。
【０１３０】
図19は、温度の関数（K）として、変更されたELR材料1060の抵抗のプロットを含む試験結果1900を示す。試験結果1900では、変更する材料1020はコバルトであり、ELR材料360はYBCOである。試験結果1900は、420nA電流源を使用し、1024ポイントのFFTを行い、12個の最低周波数が除去された全ての情報を用いる11回の試験で得られた。試験結果1900は、変更されたELR材料1060の様々な部分がELR材料360よりもより高い温度においてELR状態で動作することを示している。試験結果1900は、図14A-14Gで説明したのと同様に、抵抗−温度プロットにおいて種々の離散ステップ1910を含む。試験結果1900は、変更されたELR材料1060内の開口310が約265K、236K、205K、174K、および143Kで電荷を伝播することを示している。変更されたELR材料1060内の開口310は、他の温度で電荷を伝播するかもしれない。
【０１３１】
図20は、温度の関数（K）として、変更されたELR材料1060の抵抗のプロットを含む試験結果2000を示す。試験結果2000では、変更する材料1020はチタンであり、ELR材料360はYBCOである。試験結果2000は、100nA電流源を使用し、512ポイントのFFTを行い、11個の最低周波数が除去された全ての情報を用いる11回の試験で得られた。試験結果2000は、変更されたELR材料1060の様々な部分がELR材料360よりもより高い温度においてELR状態で動作することを示している。試験結果2000は、図14A-14Gで説明したのと同様に、抵抗−温度プロットにおいて種々の離散ステップ2010を含む。試験結果2000は、変更されたELR材料1060内の開口310が約266K、242K、および217Kで電荷を伝播することを示している。変更されたELR材料1060内の開口310は、他の温度で電荷を伝播するかもしれない。
【０１３２】
図21A〜21Bは、温度の関数（K）として、変更されたELR材料1060の抵抗のプロットを含む試験結果2100を示す。試験結果2100では、変更する材料1020はクロムであり、ELR材料360はYBCOである。図21Aは、変更されたELR材料1060の抵抗が測定された温度の全範囲、すなわち80K〜270Kにわたる試験結果2100を含む。さらに詳しく説明するために、試験結果2100は、図21Bに示すように、150K〜250Kの温度範囲で拡大された。試験結果2100は、図16〜20で説明したのと同様の方法で得られた。具体的には、試験結果2100は300nAの電流源を使用して25回の試験で得られた。これらの試験データは、64サイドポイントと4次多項式を用いて、Savitzy-Golayで平滑化された。試験結果2100は、変更されたELR材料1060の様々な部分がELR材料360（ここでは、BSSCO）よりも高い温度でELR状態として動作することを示している。試験結果2１00は、図14A-14Gで説明したのと同様に、抵抗−温度プロットにおいて種々の離散ステップ2110を含む。試験結果2100は、変更されたELR材料1060内の開口310が約184Kと214Kで電荷を伝播することを示している。変更されたELR材料1060内の開口310は、他の温度で電荷を伝播するかもしれない。
【０１３３】
他の実験では、変更する材料1020は、結晶構造300のc面に実質的に平行なELR材料360の表面上に積層された。これらの試験結果（図示しない）は、c面に平行なELR材料360の表面を変更する材料1020と積層することが、上記説明したような離散ステップ（例えば、離散的なステップ1410）を生成しないことを示している。これらの試験結果は、ELR材料360が、抵抗現象を示さない（またはしない傾向にある）方向に垂直であるELR材360の表面を変更することは、変更されていないELR材料の動作特性を改善しないことを示している。言い換えれば、ELR材料360のような表面を変更すると、開口310を維持しないかもしれない。本発明の種々の原理によれば、材料を変更することは、ELR材料が抵抗現象を示さない（または、しない傾向にある）方向に平行なELR材の表面で積層されるべきである。より具体的には、例えば、ELR材料360（図3に示す）に対して、変更する材料は、開口310を維持するために、結晶構造300の"a-c"面または"b-c"面でELR材料360に（c軸方向に抵抗現象を示さない傾向がある）結合されるべきである。
【０１３４】
図22は、ELR材料360の層および本発明の様々な実施例に基づく追加の電荷を伝播するために有用な変更する材料1020の層の交互層を含む構成2200を示している。このような層は、様々な堆積技術を用いて互いの上に堆積させることができる。様々な技術がELR材料360の層内の結晶構造300のアライメントを改善するために使用することができるかもしれない。結晶構造300の改良されたアライメントは、結晶構造300を通過する増加した長さの開口310をもたらし、この開口310は、次に、より高い温度で、および/または、増加した電荷伝播容量での動作を提供するかもしれない。構成2200は、変更する材料1020とELR材料360の隣接する層の間の各界面で変更されたELR材料1060内の開口310の数を増加する。開口310増加した数は、構成2200の電荷伝播容量を増大させることができる。
【０１３５】
本発明のいくつかの実施例では、任意の数の層を使用することができる。本発明のいくつかの実施例では、他のELR材料および/または他の変更する材料を使用することができる。本発明のいくつかの実施例では、他の材料の追加の層（例えば、絶縁体、導体、または他の材料）は、様々な影響（例えば、磁気の影響、材料の移動、又は他の影響）を緩和するために、一対のELR材料360層と変更する材料1020層との間に使用することができるし、あるいは、その一対の層内に形成される変更されたELR材料1060の特性を向上させるために使用することができる。本発明のいくつかの実施例では、全ての層は対になっていない。換言すれば、構成2200は、1つまたは複数の余分な（すなわち、不対の）ELR材料360の層を有していてもよいし、あるいは、変更する材料1020の一つ以上の余分の層を有していてもよい。
【０１３６】
図23は、本発明の様々な実施例による変更されたELR材料1060中の変更された結晶構造1010の追加の層2310（層2310A、層2310B、層2310Cおよび層2310Dとして示す）を示す。図示されるように、変更されたELR材料1060は、結晶構造300（図３）の原子と結合を形成する変更する材料1020から材料1060へ様々な距離の様々な開口310（開口310A、開口310B、開口310Cとして示す）を含む。開口310Aは、変更する材料1020に最も近く、次に、開口310Bが続き、次に、開口310C等が続く。本発明の様々な実施例によれば、変更する材料1020は、開口310Aが変更する材料1020に近いので、開口310Bまたは開口310Cのいずれよりも開口310Aをよりよく維持する必要がある。同様に、変更する材料1020は、開口310Bが変更する材料1020に近いので開口310Cよりも開口310Bをよりよく維持する必要がある。本発明のいくつかの実施例によると、変更する材料1020は、開口310Aが変更する材料1020に近いので、開口310Bまたは開口310Cの断面のいずれよりも開口310Aの断面をよりよく維持する必要がある。同様に、変更する材料1020は、開口310Bが変更する材料1020に近いので開口310Cの断面よりも開口310Cの断面をよりよく維持する必要がある。本発明のいくつかの実施例によると、変更する材料1020は、開口310Aが変更する材料1020に近いので、開口310Bまたは開口310Cの特定の温度での電荷伝播容量のいずれよりも、その特定の温度での開口310Aの電荷伝播容量に大きな影響を持つべきである。同様に、変更する材料1020は、開口310Bが変更する材料1020に近いので、開口310Cの特定の温度での電荷伝播容量よりも、開口310Cの特定の温度での電荷伝播容量断面に大きな影響を持つべきである。本発明のいくつかの実施例によると、変更する材料1020は、開口310Aが変更する材料1020に近いので、開口310Bまたは開口310Cを通過する電荷の伝播を促進するよりも、開口310Aを通過する電荷の伝播を促進すべきである。同様に、変更する材料1020は、開口310Bが変更する材料1020に近いので、開口310Cを通過する電荷の伝播を促進するよりも、開口310Cを通過する電荷の伝播を促進すべきである。
【０１３７】
上述した種々の試験結果は、とりわけ、開口310上の変更する材料1020の影響が互いに近接する関係で変化すること示している図14の試験結果1400は、本発明の種々の実施例を支持している。具体的には、試験結果1400中の各離散ステップ1410は、変更されたELR材料1060によって運ばれた電荷の変化に対応する。なぜなら、特定の層2310中の開口310（より適切には、図示のように隣接する層間で形成された開口310）は、そのような開口310の電荷伝播容量に電荷を伝播するからである。変更する材料1020により近い層2310中の開口310は、より高い温度の離散ステップに1410に対応するが、変更する材料1020からより遠い層2310中の開口310は、より低い温度の離散ステップ1410に対応する。離散ステップ1410は、変更する材料1020に所与の相対距離の開口310（すなわち、層2310Aと層2310B間の開口310A）が特定の温度で電荷を伝播し、すぐに最大電荷伝播容量に達する、という意味で"離散"である。別の離散ステップ1410は、変更する材料1020からより離れた距離の開口310（すなわち、層2310Bと層2310Cの間の開口310B）がより離れた距離の結果として、より低い温度で電荷を伝播し、開口310に対する変更する材料1020の影響を軽減するときに、達成される。各離散ステップ1410は、変更する材料1020からの距離に基づいて電荷を運び始める開口310の別の組に対応する。しかしながら変更する材料1020は、ある距離において、いくつかの開口310に高い温度で電荷を運ばせるような十分な影響を開口310に及ぼすことができないので、それ故に、そのような開口310は、ELR材料360の温度と一致する温度で電荷を伝播する。
【０１３８】
本発明のいくつかの実施例では、変更する材料1020と開口310の間の距離は、多くの開口310に対して変更する材料1020の影響が大きくなるように減らされる。実際には、多くの開口310は、より高い温度に関連付けられる離散ステップ1410で電荷を伝播すべきである。例えば、本発明の種々の実施例に係る図22の構成において、ELR材料360の層は、ELR材360中の開口310と変更する材料1020との間の距離を低減するために、少数の単位セルの厚さに作られるかもしれない。この距離を減らすには、所与の温度で変更する材料1020によって影響される開口310の数を増やすべきである。この距離を減らすと、構成2200の所与の全体厚さ中のELR材料360の交互層の数を増加させ、それによって構成2200の全体的な電荷伝播容量を電荷を増加させる。
【０１３９】
図24は、基板2420上に形成されたELR材料の膜2410を示すが、基板2420は、本発明の様々な実施例では必要でないかもしれない。本発明の様々な実施例では、膜2400は、例えば、長さが、10cm、1m、1kmまたはそれ以上を有するテープで形成することができる。このようなテープは、例えば、ELR導体またはELR線として有用であるかもしれない。理解されるように、本発明の様々な実施例は、ELR膜を参照して説明されるが、そのような実施例は、同様にELRテープにも適用される。
【０１４０】
この説明のために、図24に示すように、膜2400は、第１表面2430と主軸2440とを有している。主軸2440は、膜2400の長さに沿って延びる軸である（膜2400の幅や膜2400の厚さとは異なる）。主軸2440は、電荷が膜2400を通過して流れる主方向である。第１表面2430は、図24に示すように、膜2400の優勢な表面であり、膜2400の長さと幅によって結合された表面である。膜2400は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な長さ、幅、及び/又は厚さを有することが理解されるべきである。
【０１４１】
本発明のいくつかの実施例において、膜2400の製造中に、ELR材料2410の結晶構造は、結晶構造のc軸が膜2400の第1表面2430に対して実質的に垂直であり、それぞれの結晶構造のa軸とb軸のいずれかの軸は、主軸2440に実質的に平行となるように配向される。したがって、図24に示すように、c軸は、名前によって参照され、a軸、b軸は、具体的に、標識されていないが、本発明の様々な実施例を説明するために、それらの互換性を反映している。膜2400の製造工程において、ELR材料の結晶構造は、c面内の任意の所与のラインが主軸2440と実質的に平行であるように配向することができる。
【０１４２】
この説明のために、第1表面2430（図24に示される膜2400を含む）に対して実質的に垂直に配向されている、それぞれの結晶構造のc軸を有する膜2400は、"c-膜"（すなわちC膜2400）と呼ばれる。YBCOからなるELR材料2410を有するc-膜2400は、例えば、American SuperconductorsTM（例えば、344超伝導体タイプ348C）またはTheva Diinnschichttechnik社（例えば、HTS被覆導体）から市販されている。
【０１４３】
本発明のいくつかの実施例では、基板2420は、MgO、STO、LSGO、金属またはセラミック、不活性酸化物材料などの多結晶材料、立方晶酸化物材料、希土類酸化物材料、または他の基板材料を含む基板材料を含むことができるが、これらに限定されるものではないことが理解される。
【０１４４】
本発明の（及び、以下に詳細に説明する）様々な実施例によれば、変更する材料1020は、ELR材料2410の適切な表面上に積層される。ここで、ELR材料2410の適切な表面は、ELR材料2410の結晶構造のc軸に実質的に垂直でない任意の表面でありえる。すなわち、ELR材料2410の適当な表面は、第1表面2430に実質的に平行でない任意の表面でありえる。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料2410の適切な表面は、ELR材料2410の結晶構造のc軸に対して実質的に平行である任意の表面であり得る。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料2410適当な表面は、ELR材料2410の結晶構造のc軸に対して実質的に垂直でない任意の表面であり得る。c膜2400（その第1表面2430は、ELR材料2410の結晶構造のc軸に実質的に垂直である）の適切な表面を変更するために、ELR材料2410の適当な表面は、c膜2400の上または中に形成されていてもよい。本発明のいくつかの実施例では、第１表面2430は、変更する材料の層上のc膜2400内またはc膜2400上のELR材料2410の適切な表面を露出させるために処理することができる。本発明のいくつかの実施例では、第１表面2430は、変更する材料の層上のc膜2400内またはc膜2400上のELR材料2410の１つまたはそれ以上の開口210を露出するように、適切な表面を露出させるために処理することができる。本発明の様々な実施例において、変更する材料は、上記に記載の適切な面に加えて、第１表面2430上に積層されてもよいことが、理解される。
【０１４５】
ELR材料2410の適切な表面および/または開口210を露出させるためにc膜の第1表面2430の処理は、種々の湿式法または乾式法を含む様々なパターニング技術を含んでもよい。様々な種々の湿式法は、化学物質を使用し、c膜2400内の様々な他の表面を露出させることができる、リフトオフ、化学エッチング、またはその他のプロセスをを含むことができる。種々の乾式法は、c-膜2400内のELR材料2410の種々の適切な表面および/または開口210を露出させることができる、イオン又は電子ブリーム照射、レーザ直接描画、レーザブレーションまたはレーザ反応パターニング又は他のプロセスを含むことができる。
【０１４６】
図25に示すように、c-膜2400の第1表面2430は、c膜2400内の適切な表面を露出するように処理することができる。例えば、c-膜の2400は、結晶構造100のb平面に対して実質的に平行なc-膜2400内の面又は、結晶構造100のa面に対して実質的に平行なc-膜2400内の面を露出するように処理することができる。より一般的には、本発明のいくつかの実施例では、c-膜2400の第1表面2430は、a/b-c面（即ち、ab面に実質的に平行な面）に対応するc-膜2400内の適切な表面を露出させるために処理することができる。本発明のいくつかの実施例では、c-膜の第１表面2430は、第1表面2430と実質的に平行でないc-膜2400内の任意の面を露出するように処理することができる。本発明のいくつかの実施例では、c-膜の第１表面2430は、第1表面2430と実質的に平行でなく、主軸2440と実質的に平行であるc-膜2400内の任意の面を露出するように処理することができる。これらの面の組み合わせを含むこれらの面のいずれかは、c膜2400上又はc膜2400内のELR材料2410の適切な表面である。本発明の様々な実施例によれば、ELR材料2410の適切な表面は、開口210を維持するために、ELR材料2410中の開口210へのアクセスを提供する、あるいは、ELR材料2410中の開口210を"露出する"。
【０１４７】
本発明のいくつかの実施例では、図25に示すように、第１表面2430は、第1表面2430内の1つまたはそれ以上の溝2510を形成するように処理される。溝2510は、変更する材料を堆積する1つまたはそれ以上の適切な表面（すなわち、第1表面2430に実質的に平行なもの以外の面）を含む。溝2510は、実質的に矩形形状の断面を有するものとして図25に示されているが、他の形状の断面を用いることもできることは、理解されるであろう。本発明のいくつかの実施例では、溝2510の幅は10nmより大きくてもよい。本発明のいくつかの実施例では、図25に示すように、溝2510の深さは、c-膜2400のELR材料2410の全厚よりも小さいかもしれない。本発明のいくつかの実施例では、図26に示すように、溝2510の深さは、c-膜2400のELR材料2410の厚さと実質的に等しくてもよい。本発明のいくつかの実施例では、溝2510の深さは、c-膜2400のELR材料2410を通過して基板2420内に延びることができる（図示せず）。本発明のいくつかの実施例では、溝2510の深さは、ELR材料2410（図示せず）の1つまたはそれ以上のユニットの厚さであるかもしれない。溝2510は、レーザエッチング又は他の技術のような様々な技術を用いて、第1表面2430中に形成されるが、これらの技術に限定されるものではない。
【０１４８】
本発明のいくつかの実施例では、溝2510の長さは、c-膜2400の全長であるかもしれない。本発明のいくつかの実施例では、溝2510は、互いに実質的に平行であり、かつ主軸2440に対して実質的に平行である。本発明のいくつかの実施例では、溝2510は、本発明の様々な態様に従う種々の構成及び/又は、配置を取ることができる。例えば、溝2510は、任意の方法および/または方向に延びてもよく、溝2510は、その広がりに沿った様々な大きさ、および/または、形状を持つ断面が直線、曲線、および/または他の幾何学的形状を含むことができる。
【０１４９】
本発明の様々な実施例は、第1表面2430内に溝2510を形成するものとして説明されるが、ELR材料2410の適切な表面を含むバンプ、角度、または突起が同様の形状を得るために、基板2420上に形成されてもよいことが理解されるであろう。
【０１５０】
本発明の様々な実施例によれば、c-膜2400は、様々な変更されたc膜を形成するように変更されてもよい。例えば、図27を参照すると、変更する材料2720（すなわち、変更する材料1020、変更する材料1020）は、第1表面2430上に、および変更されていないc-膜（例えば、c-膜2400）内に形成された溝2510中に、積層されていてもよい。適切な表面2710は上記説明した適切な表面を含むかもしれない。適切な表面2710は、第1表面2430に対して垂直であるとして図27に示されているが、本記載から理解されるように、これは必要なものではない。
【０１５１】
本発明のいくつかの実施例では、図27に示すように、変更する材料2720は、第1表面2430上にかつ溝2510内に積層されるかもしれない。いくつかの実施例では、図28に示すように、変更する材料2720は、変更する材料2720が溝2510中に残るような様々な技術（例えば、様々な研磨技術）を用いて、変更されたc-膜2800を形成するように、第1表面2430から削除されるかもしれない。いくつかの実施例では変更されたc膜は、溝2510中のみの変更する材料2720を積層することによって達成することができる。換言すれば、いくつかの実施例では、変更する材料2720は、溝2510中のみに、および/または、適切な表面2710上に積層され、変更する材料2720を第1表面2430に積層することなく、または、変更する材料2720が第1表面2430に結合しないように、または、接着しないように積層される（例えば、種々のマスキング技術を使用して）。本発明のいくつかの実施例では、種々の選択的な堆積技術が、適切な表面2710上に直接変更する材料2720を積層するために用いることができる。
【０１５２】
溝2510中および/または第1表面2430上の変更する材料2720の厚みは、本発明の様々な実施例により異なるかもしれない。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料2720の単一ユニット層（すなわち、変更する材料2720と実質的に等しい厚さを有する層）は、溝2510中および/または第1表面2430上の適切な表面2710上に積層されてもよい。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料2720を二つまたはそれ以上のユニット層は、溝2510および/または第1表面2430上の適切な表面2710上に積層されてもよい。
【０１５３】
本発明の様々な実施例に係る変更されたc-膜2700、2800（すなわち、変更する材料2720で変更されたc-膜2400）は、変更されていないc-膜2400の動作特性に対して一つまたはそれ以上の改良された動作特性を得るために有用であり得る。
【０１５４】
図29に示すように、本発明の様々な実施例では、変更されていないc-膜2400の第1表面2430は、第1表面2430上の利用可能な適切な表面2710を露出させるまたはその面積を増加させるために、化学的エッチングで変更することができる。本発明の様々な実施例では、第1表面2430内の適切な表面2710の増加した面積を特徴付ける一つの方法は、c-膜2400の第1表面2430の平方根（RMS）の表面粗さに基づくかもしれない。本発明のいくつかの実施例では、化学的エッチングの結果として、c-膜2400の第1表面2430は、約約1nm〜50nmの範囲にある表面粗さを有するエッチングされた表面2910を含むことができる。RMS表面粗さは、原子間力顕微鏡（AFM）、トンネル顕微鏡（STM）、またはSEMを用いて決定することができるし、R範囲の統計的平均値に基づいてもよい、ここで、R範囲は、理解されるように、粒径の半径（r）の範囲である。化学的エッチングの後のc-膜2900のエッチングされた表面2910は、ELR材料2410の適切な表面2710である。
【０１５５】
図30に示すように、化学的エッチングの後で、変更する材料2720は変更されたc-膜3000を形成するためのc-2900膜のエッチングされた表面2910上に積層することができる。変更する材料2720は、表面2910の全体を実質的に覆うことができ、変更する材料2720の厚さは、本発明の様々な実施例に応じて変化し得る。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料2720の単一ユニット層は、エッチングされた表面2910上に積層されてもよい。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料2720の二つ以またはそれ以上のユニット層がエッチングされた表面2910上に積層されてもよい。
【０１５６】
本発明のいくつかの実施例では、c-2400膜の結晶構造以外のELR材料の結晶構造の配向を有する膜を用いることができる。例えば、図31を参照すると、本発明の様々な実施例によれば、c膜2400と同様に、第１表面2430に垂直に配向されたc軸配向の代わりに、膜3100は、主軸2440に垂直に配向されたc軸と第１表面2430に垂直に配向されたELR材料3110のb軸を持つかもしれない。同様に、膜3100は、主軸2440および第1表面2430に垂直に配向されたELR材料3110のa軸に垂直に配向しているc軸を有するかもしれない。本発明のいくつかの実施例では、膜3100は、主軸2440および主軸2440に沿って配向されたc面に平行な線に垂直に配向されたc軸を有するかもしれない。図31に示すように、本発明のこれらの実施態様では、膜3100は、主軸2440に垂直にかつ第1表面3130に平行に配向された結晶構造のc軸を有するELR材料3110を含むかもしれない。膜3100は、本明細書中で一般的にa-b膜3100と呼ばれる。図31は、特定の方向における結晶構造の他の二つの軸を示しているが、そのような配向は理解されるように必ずしも必要ではない。図示のように、ab膜3100は、オプションの基板2420（c-膜2400を持つような）を含むことができる。
【０１５７】
本発明のいくつかの実施例では、a-b膜3100は、図31に示すように配向されたELR材料3110の結晶構造のc軸および第1表面3130にに垂直なa軸を有するa-膜である。そのようなa膜は、Selvamanickam、V.らの"有機金属化学気相成長法とイオンビームアシスト蒸着を用いる高電流Y-Ba-Cu-0で被覆された導体" Proceedings of the 2000 Applied Superconductivity Conference, Virginia Beach, Virginia, September 17-22, 2000,に記載されたものを含む様々な技術によって形成することができる。その論文は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの実施例では、a-膜は、LGSO、LaSrAIO4、NdCaAIO4、Nd2CuO4、またはCaNdAIO4の材料で形成された基板2420上に成長させることができる。他の基板材料も使用することができることは理解できる。
【０１５８】
本発明のいくつかの実施例では、a-b膜3100は、図31に示すように配向されたELR材料3110の結晶構造のc軸および第1表面3130に垂直なb軸を有す、b-膜である。
【０１５９】
本発明の様々な実施例によると、a-b膜3100の第1表面3130は、適切な表面2710である。ELR材料3110の適切な表面を形成するab膜3100を用いるいくつかの実施例では、a-b膜3100を形成することを含むことができる。したがって、a-b膜3100を含む本発明の実施例では、変更する材料2720は、図32に示すように、変更されたa-b膜3200を生成するために、a-b膜3100の第1表面3130上に積層されていてもよい。本発明の実施例では、変更する材料2720は、a-b膜3100の第1表面3130の一部または全部を覆うことができる。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料2720の厚さは、上述のように変化し得る。より詳細には、本発明のいくつかの実施例では、変更する材料2720の単一ユニット層は、a-b膜3100の第1表面3130上に積層することができるかもしれない。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料2720の２つまたはそれ以上のユニット層がa-b膜3100の第1表面3130上に積層されてもよい。本発明のいくつかの実施例では、例えば、変更する材料2720をその上に積層するELR材料3110の適切な表面2710の全体の面積を増加させるために、a-b膜3100は、溝を作られるまたはc-膜2400について上述したように変更されるかもしれない。
【０１６０】
理解されるように、本発明の実施例は、a-b膜3100を利用するよりも、a-b膜3100の結晶構造と同じように配向された結晶構造を有するELR材料2410の層を利用してもよい。
【０１６１】
本発明のいくつかの実施例では（それ以外図示せず）、バッファまたは絶縁材料は、続いて、上記膜の変更する材料2720の上に積層してもよい。これらの実施例では、バッファまたは絶縁材料と基板は、変更するELR材料2410、3110と変更する材料2720と"サンドイッチ"構造を形成し、バッファまたは絶縁材料は、理解されるように、変更する材料2720の上に積層してもよい。
【０１６２】
上述した材料のいずれも、他の材料の上に積層することができる。例えば、ELR材料は、変更する材料の上に積層することができる。同様に、変更する材料は、ELR材料の上に積層してもよい。さらに、積層することは、理解されるように、一つの材料と他の材料を結合する、および、一つの材料に他の材料を堆積することを含むことができる。積層することは、パルスレーザ蒸着法、共蒸着、電子ビーム蒸着および活性化反応性蒸着を含む蒸発法、マグネトロンスパッタリング、イオンビームスパッタリング法、イオンアシストスパッタリング、を含むスパッタリング法、陰極アーク蒸着、CVD、有機金属CVD、プラズマCVD法、分子線エピタキシー、ゾル-ゲル法、液相エピタキシー及び/又は他の積層技術などの一般的に知られている積層技術を使用してもよいが、これらに限定されるものでもない。
【０１６３】
ELR材料2410、3110の、変更する材料2720、緩衝液層または絶縁層、および/または、基板1120からなる複数の層は、本発明の様々な実施例で構成されてもよい。図33は、本発明の様々な実施例に係るこれらの層の様々の例示的な構成を示す図である。いくつかの実施例では、所与の層はまた、緩衝層、絶縁層又は基板としても機能する変更する材料2720を含むことができる。この説明から理解されるように、他の構成または他の構成の組合せを使用することができる。さらに、本発明のいくつかの実施例では、ELR材料の様々な層は、所定の配置で互いに異なる向きを有することができる。例えば、構成中のELR材料の一つの層は、主軸2440に沿って配向された結晶構造のa軸を有していてもよいし、配置中のELR材料の別の層は、主軸2440に沿って配向された結晶構造のb軸を有していてもよい。他の配向は、本発明の様々な実施例の所与の構成内で使用することができる。
【０１６４】
図34は、本発明の様々な実施例の変更されたELR材料を作成するためのプロセスを示す。操作3410において、適切な表面2710は、ELR材料の上または内に形成される。ELR材料がc膜2400のELR材料2410として存在する本発明のいくつかの実施例では、適切な表面2710は、c膜2400の第1表面2430上の、または、第1表面内の適切な表面2710を露出させることによって形成される。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料2410の適切な表面は、湿式または乾式処理技術のいずれかを用いて、またはこれらの組み合わせを使用して、第１表面2430を変更することによって露出される。本発明のいくつかの実施例では、第１表面2430は、上述の化学エッチングによって変更することができる。
【０１６５】
ELR材料がa-b膜3100（基板2420の有無にかかわらず）のELR材料3110として存在する本発明のいくつかの実施例では、適切な表面2710は、表面上に（上記の正しい向きで）ELR材料3110を積層することによって形成されるが、表面は基板2420含んでも含まなくてもよい。
【０１６６】
本発明のいくつかの実施例では、適切な表面2710は、ab面に平行なELR材料の表面を含む。本発明のいくつかの実施例では、適切な表面2710は、b面に平行なELR材料の面を含む。本発明のいくつかの実施例では、適切な表面2710は、a面に平行なELR材の面を含む。本発明のいくつかの実施例では、適切な表面2710は、異なるab平面に平行な1つまたはそれ以上のELR材料の面を含む。本発明のいくつかの実施例では、適切な表面2710は、ELR材料のc軸に対して実質的に垂直でない1つまたはそれ以上の面を含む。
【０１６７】
本発明のいくつかの実施例では、種々の操作を行うことができる。例えば、本発明のいくつかの実施例では、適切な表面2710またはELR材料をアニーリングすることができる。本発明のいくつかの実施例では、アニーリングは、炉アニーリング又は急速熱処理（RTP）アニーリングプロセスであってもよい。本発明のいくつかの実施例では、そのようなアニーリングは、所定の期間、温度範囲、およびその他のパラメータを用いる一つまたはそれ以上のアニーリング処理で行ってもよい。さらに、理解されるように、アニーリングは、化学気相堆積（CVD）チャンバ内で実行されてもよいし、適切な表面2710を増やすことができる所定の時間、温度および圧力の任意の組み合わせに適切な表面を2710を曝すことを含むことができる。このようなアニーリングは、ガス雰囲気中で、プラズマ増強物の有無にかかわらず行われてもよい。
【０１６８】
操作3420において、変更する材料2720は、一つまたはそれ以上の適切な表面2710に積層されてもよい。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料2720は、上述したものを含む種々の積層技術を用いて適切な表面2710上に積層されてもよい。
【０１６９】
図35は、本発明の様々な実施例の操作3420中に実行され得る追加の処理の一例を示す図である。操作3510において、適切な表面2710を研磨することができる。上述したように、本発明のいくつかの実施例では、一つまたはそれ以上の研磨剤を使用することができる。
【０１７０】
操作3520において、適切な表面2710以外の様々な面は、公知のマスキング技術を用いてマスキングすることができる。本発明のいくつかの実施例では、適切な表面を2710以外の一部またはすべての面がマスクかもしれない。本発明のいくつかの実施例では、適切な表面2710以外の1つまたはそれ以上の表面をマスクすることができる。
【０１７１】
操作3530において、変更する材料2720は、上述した公知の積層技術を用いて適切な面2710に積層されてもよい（または、図35に示すように堆積されてもよい）。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料2720は、MBEを使用して、適切な表面2710上に堆積されてもよい。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料2720は、PLDを使用して、適切な表面2710上に堆積されてもよい。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料2720は、CVDを使用して、適切な表面2710上に堆積されてもよい。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料2720は、MBEを使用して、適切な表面2710上に堆積されてもよい。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料（例えば、コバルト）の少なくとも1.7nmが試験されているが、変更する材料2720の約40nmは、適切な表面2710上に堆積されてもよい。本発明のいくつかの実施例では、より少ない変更する材料を、例えば、数オングストロームのオーダーで、使用することができる。本発明のいくつかの実施例では、変更する材料2720は、5×10-6torrまたはそれ以下の圧力を有する真空チャンバ内の適切な表面2710上に堆積されてもよい。半導体ウエハを処理するために使用されるチャンバを含む様々なチャンバを用いることができる。本発明のいくつかの実施例では、本明細書に記載のCVDプロセスは、CVD反応器中で実施されてもよい。そのような、CVD反応器は、Genus, Inc.（サニーベール、カリフォルニア州）から7000の商品名で、アプライドマテリアルズ社（カリフォルニア州サンタクララ）から5000の商品名で、またはNovelus社（サンノゼ、カリフォルニア州）からプリズムの商品名で入手可能である。しかし、MBE、PLDまたはCVDで実施するのに適した任意の反応チャンバーを使用することができる。
【０１７２】
図36に、本発明の様々な実施例の変更されたELR材料を形成するためのプロセスを示す。具体的には、図36は、a-b膜の形成および/または変更するためのプロセスを示す。任意の操作3610では、緩衝層は、基板2420上に堆積される。本発明のいくつかの実施例では、緩衝層は、PBCOまたは他の適切な緩衝物質を含む。本発明のいくつかの実施例では、基板2420はLSGOまたは他の適切な基板材料を含む。操作3620では、ELR材料3110は、図31で上述したような適切な配向を有する基板2420上に積層される。理解されるように、任意の操作3610に応じて、ELR材料3110は、基板2420またはバッファ層上に積層される。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料3110の層は、２つまたはそれ以上のユニット層の厚さである。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料3110の層は、いくつかのユニット層の厚さである。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料3110の層は、複数のユニット層の厚さである。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料3110の層は多数のユニット層の厚さである。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料3110は、IBADプロセスを用いて基板2420上に積層される。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料3110は、ELR材料3110中の結晶構造の配向を向上させるために、磁場に曝されるながら、基板2420上に積層される。
【０１７３】
任意のオペレーション3630において、ELR材料の適切な表面2710（ab膜3100に対して第1表面3130に相当）は、上述の様々な技術を用いて研磨される。本発明のいくつかの実施例では、研磨は、ELR材料3110の適切な表面2710上に不純物を導入することなく達成される。本発明のいくつかの実施例では、研磨は、清浄室を汚すことなく達成される。操作3640において、変更する材料2720は、適切な表面2710上に積層される。任意の操作3650では、銀などの被覆材が変更材料2720の全体に積層されるが、被覆材は銀に限定されるものではない。
【０１７４】
本発明のいくつかの実施例では、バルクで使用されるか、膜（例えば、c-膜2400中のELR材料2410、a-b膜3100中のELR材料3110、または他の膜やテープ）中に組み込まれるか、又は、他の方法（例えば、ワイヤ、ホイル、ナノワイヤ等）で使用される、変更されたELR材料106は、本明細書に記載のように、様々な製品、システムおよび/またはデバイスに組み込むことができる。
【０１７５】
本発明の様々な実施例は、理解されるように、"変更された"ELR材料の観点から以下に記載されるが、様々な実施例は、本発明の範囲から逸脱することなく、改良された動作特性を持つ新しいELR材料を含むことができる。さらに、様々な実施例は理解されるように、本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の改良された動作特性の一部または全部を示す任意の材料を含むことができる。すなわち、様々な実施例は、本明細書に記載されている改良された動作特性の一部または全部を示す、変更されたELR材料、開口されたELR材料、汎用のものでないELR材料、および/または、他の材料を含んでもよい。様々な実施例では、変更されたELR材料及び/又は開口されたELR材料のような本明細書に記載のELR材料は、膜/テープ、ワイヤ、ナノワイヤなどの多くの異なる電流を運ぶコンポーネントの一部であるか、またはその中に形成され、本発明のデバイス、システム、および他の実施例で使用される。以下に例示の電流を運ぶコンポーネントを示すが、当業者は、他のものにも使用できることを理解するであろう。
【０１７６】
数十ナノメートル以下のオーダーの幅と直径と、一般に、決められていない長さとを有するナノワイヤナノ構造体は、非常に低い抵抗で電流をある点から別の点に運ぶことができるセグメント、輪郭、コイル、および/または他の構造を形成するために使用される。ナノ構造体は、個別の構造、基板上または基板中に集積化されたもの、支持構造体上にまたは支持構造体に設置されたもの、およびその他のナノワイヤ構造体を含む様々なナノワイヤ構造体中に形成することができる。
【０１７７】
金属テープのような可撓性膜/テープ上または可撓性膜/テープ中のELR材料を構成する箔は、金属テープ、任意の金属のコーティング物、および/または、金属酸化物バッファを有するELR材料などであるが、それに限定されるものではない。テクスチャは、圧延アシスト、二軸テクスチャ基板（RABiTS）プロセスなどを用いてテープ中に導入することができる。あるいは、その代わりに、テクスチャされたセラミック緩衝層がテクスチャされていない合金基板上にイオンビームアシスト蒸着（IBAD）プロセスを使用するなどのイオンビームを用いて、堆積されてもよい。ELRテープを製造するために、化学蒸着CVD法、物理蒸着（PVD）法、分子線エピタキシー（MBE）、アトミックレイヤーバイレイヤー分子線エピタキシー（ALL-MBE）、および他の溶液堆積技術などの他の技法を利用してもよい。
【０１７８】
複数のワイヤと１つまたはそれ以上のELRコンポーネントは、マクロスケールのワイヤを他の電流を運ぶコンポーネントと形成するために、サンドイッチ構造にされてもよい。
【０１７９】
このように、いくつかの実施例では、本明細書に記載されたELR材料を様々な電流を流すコンポーネント中に形成、および/または、コンポーネントと統合することは、ELR材料を、電流のような電気的エネルギーを利用、生成、形質変換、および/または、輸送するデバイスおよびシステム中に組み込むことを容易にする。これらのデバイスおよびシステムは、従来の装置及びシステムと比較してより効率的に動作させること、従来の装置及びシステムと比較してより低コストで動作させること、および、従来の装置及びシステムと比較してより無駄が少なくく動作させることによって、改善された動作特性および、改良された他の動作特性により利益を得ることができる。
【０１８０】
非常に低い抵抗を示す積層された組成物
本章の記載は、図１-Z〜図７-Zを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、図１-Z〜図７-Zに記載された構成要素を参照する。
【０１８１】
この説明のために、本発明の様々な実施例に係る組成物は、ペロブスカイト材料（例えば、YBCO等などのELR材料と変更する材料または変更する成分（互換的に参照される）を含む。例えば、ELR材料は、一般に、外部からELR材料に適用される変更する成分の1つまたはそれ以上の層、ELR材料内にひずみを容易に与える1つ又はそれ以上の変更する成分、異なるELR材料の1つまたはそれ以上の層、別の層のELR材料内に歪みの適用を容易にする一つまたはそれ以上の層、異なる結晶配向を有するELR材料の1つまたはそれ以上の層、他の層のELR材料内にひずみの適用を容易にする1つまたはそれ以上の変更する成分、上述のような1種又はそれ以上の変更する成分、および/または他の変更する成分を含むが、これらに限定されるものではない。
【０１８２】
いくつかの実施例では、組成物は、ELR材料の電荷面および/または電荷貯蔵部の近接部内のELR材料上に付けられる、または形成される1つまたはそれ以上の変更する成分を含んでいてもよい。例えば、組成物は、YBCO層の適切な表面に付けられるまたは形成される、YBCO層と変更する材料の層を含んでもよい。いくつかの実施例では、この表面は、YBCOのc軸に対して実質的に平行である。いくつかの実施例では、この表面は、YBCOのa軸に対して実質的に垂直である。いくつかの実施例では、この表面は、YBCOのb軸に対して実質的に垂直である。いくつかの実施例では、他の適切な表面が使用されてもよい。
【０１８３】
いくつかの実施例では、ELR材料に変更する成分を適用することは、ELR材料の結晶構造内の1つまたはそれ以上の酸素原子をELR材料内に移動させ、ELR材料の結晶構造を引っ張る酸素濃度勾配を形成するかもしれない。いくつかの実施例では、クロムなどの変更する成分は、ELR材内の酸素原子の"ゲッター"として作用し、それによって、酸素原子を変更する成分に向かって移動させ、次に、ELR材料の結晶構造内または、その一部の領域を引っ張るかもしれない。
【０１８４】
いくつかの実施例では、組成物は異なるELR材料の複数の層を含んでもよい。そのような異なるELR材料は、異なる原子を含む、および/または、異なる希土類金属原子（例えば、YBCOとDyBCO、YBCOとNBCO、DyBCOとNBCO、等）、および/または、互いに異なる結晶構造内の酸素含有量（例えば、YBCO中のOsとO7との間の化学量論／フラクション7）を含む、および/または、異なる結晶配向（例えば、a軸YBCOとb軸YBCO等）を含むが、これらに限定されるものではない。このような組成物は、ELR材料の異なる層が組成物内のまたは組成物の一部の領域を歪ませるように積層することができる。
【０１８５】
本発明のいくつかの実施例では、組成物の種々の領域または部分にある歪みは、ELR材料の動作特性（例えば、動作温度、電流容量など）を向上させるように、ELR材の結晶構造中の開口に影響を与える。
【０１８６】
結晶構造を有する材料の変更は、その材料が期待される温度よりも高い温度で材料に電流を流すように、非常に低い抵抗のような低い抵抗を示すさせることができる。いくつかの実施例では、変更は、上述したように、適切な表面上に変更する材料の層を付けるまたは形成する工程を含むことができる。変更する材料が付けられた、または形成された層は、歪みを発生させるか、あるいは材料の結晶構造を作る原子、および/または、結合の一部またはすべてに力をかけることができる。この力または歪みは、材料が低い抵抗又は非常に低い抵抗なのような異なる抵抗特性を示すように、この材料を変更するかもしれない。すなわち、材料内で力や歪みが発生すると、材料は、材料内の特定の場所、および/または、特定の領域で、酸素拡散勾配を発生させる、および/または、維持させる、および/または、材料の結晶構造を、ねじれさせる、歪ませる、開かせる、閉じさせる、硬くする、または、1つの場所から別の場所に電子の輸送を容易にする材料内の開口の幾何学的配置を維持するまたは変更するなど、配向および／または幾何学的配置を維持するか変更するかもしれない。
【０１８７】
本発明の様々な実施例は、ELR材料に力または張力の適用を容易にすることができる。いくつかの実施例では、力は、外部、および/または、非侵襲的にELR材料の様々な部分に適用されてもよい。いくつかの実施例では、力は、内部応力、ひずみ、またはELR材料の様々な部分にかかる他の力をもたらすことができる。たとえば、その部分は、酸素原子を含むELR材料の一部、原子の銅-酸素面を含むELR材料の部分、電荷リザーバを含むELR材料の部分、ELR材料の結晶構造内の開口を含むELR材料の部分、材料のa面に対応する（すなわち、実質的に平行な）ELR材料の部分、材料のb面に対応する（すなわち、実質的に平行な）ELR材料の部分、材料のc軸と実質的に平行な平面に対応するELR材料の部分、材料の表面に近いまたは近接して配置されているELR材料の部分またはELR材料の他の部分、を含むELR材料の部分であってもよい。
【０１８８】
本明細書に記載された様々な情報を用いて、本発明の様々な実施例は、以下に詳細に記載される様々な組成物として理解されてもよい。
【０１８９】
本発明の様々な実施例は、ある場所から別の場所へ電流を流すように設定および/または適合された、ELR材料と変更する材料を有する組成物などの様々な組成物を含むことができる。すなわち、このような組成物は、ある場所から別の場所に電子を伝導する。
【０１９０】
いくつかの実施例では、種々の組成物は、ELR材料の適切な表面上に付けられた、または形成された、1つまたはそれ以上の変更する材料を含む。図1-Zは、ELR材料110（本明細書では変更されていないELR材料110と呼ぶ）とELR材料110の表面に付けられた変更する材料120を有する、変更されたELR材料の組成物100（本明細書では変更されたELR材料100と呼ぶ）を示している。
【０１９１】
いくつかの実施例では、ELR材料110は、上述のように、一般に、混合原子価銅酸化物ペロブスカイトと呼ばれる超伝導材料のファミリーの代表であるかもしれない。混合原子価銅酸化物ペロブスカイト材料は、材料のカチオンの様々な置換を含んでいてもよいが、これらに限定されるものではない。上記命名された混合原子価銅酸化物ペロブスカイト材料は、希土類金属（Re）、バリウム（Ba）、銅（Cu）及び酸素（O）、又は"REBCO"を含むペロブスカイト材料のクラスのような、多くの異なる化学式が存在する材料の一般的なクラスを指すことができる。例示のREBCO材料は、YBCO、NBCO、HoBCO、GdBCO、DyBCO、適切な1-2-3化学量論を有する他のものを含むことができる。
【０１９２】
いくつかの実施例では、ELR材料110は、混合原子価銅酸化物ペロブスカイト材料（"非ペロブスカイト材料"）のファミリーから外れるHTS材料を含むことができる。このような非ペロブスカイト材料は、鉄ニクタイド、二ホウ化マグネシウム（MgB2）およびその他の非ペロブスカイトを含むが、これらに限定されるわけではない。いくつかの実施例では、ELR材料110は、他の超電導材料または非超電導材料であってもよい。
【０１９３】
いくつかの実施例では、変更する材料120は、例えば、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタン、ロジウム、またはベリリウムなどの金属、または金属などの金属酸化物であってもよい。いくつかの実施例では、変更する材料120は、ELR材料110内に歪みを与えることができる、高い酸素親和性のある材料、"ゲッター"材料、ELR材料110の格子定数と異なる1つまたはそれ以上の格子定数を有する材料（別のELR材料を含む）であるかもしれない。例えば、いくつかの実施例では、変更する材料120は、ELR材料110内に歪みを引き起こすために、容易に酸素と結合する、酸素を引きつける、または、酸素を捕まえる材料、または、酸素含有量および/またはELR材料内の酸素分布を変更する強い酸素親和性を有するかもしれない。いくつかの実施例では、変更する材料120は、ELR材110内に歪みを引き起こすために、ELR材料110の格子定数と一致しない1つまたはそれ以上の格子定数を有するかもしれない。
【０１９４】
たとえば、ELR材料110の表面にクロムの変更する材料120を堆積させる１つの効果は、ELR材110の表面近傍に酸素勾配を形成することかもしれない。いくつかの実施例では、変更する層120は、ELR材料のa軸またはb軸に実質的に垂直な、ELR材の表面上に配置されており、変更する層120は、ELR材料内に酸素濃度勾配の生成をもたらすかもしれない。いくつかの実施例では、変更する層120は、ELR材料内の酸素濃度勾配の生成をもたらすことができるELR材料のc軸に対して実質的に平行なELR材の表面上に配置される。
【０１９５】
いくつかの実施例では、ELR材料110は、部分的に開口を形成する1つまたはそれ以上の原子を含む電荷面を有している。例えば、YBCOは、様々なイットリウム（"Y"）、バリウム（"Ba"）、銅（"Cu"）と酸素（"O"）原子から形成されている。YBCO内の開口は、開口原子、すなわちイットリウム、銅、酸素の原子によって形成され、YBCO内の電荷面は、種々の銅原子（"Cu"）と酸素（"O"）原子によって形成される。
【０１９６】
図2-Zは、基板230、二つまたはそれ以上の変更する成分210,215及び変更する成分210,215の間に配置されたELR材料220を含む組成物200を示す。特に、変更する成分210,215は、ELR材料220の上面及び下面に結合している、あるいは形成されている。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料220の上面及び下面は、ELR材料220の適切な表面（例えば、ELR材料220のa軸に実質的に垂直表面）である。したがって、組成物220は、変更する材料210によってELR材料220の上面に近接して歪み、かつ基板230上に配置された変更する材料215によってELR材料220の下面に近接して歪むかもしれない。
【０１９７】
ELR材料の1つまたはそれ以上の表面に変更する材料を適用することにより、本発明の様々な実施例は、歪みの適用と、ELR材料の様々な位置でのELR材料の歪みを制御することができる。例えば、帯電面を有する1つまたはそれ以上の位置、ELRの材料の1つまたはそれ以上の単位セル、1つまたはそれ以上のELR材料の開口、および/または他の場所において、ELR材料の歪みを制御することができる。
【０１９８】
本発明のいくつかの実施例では、ELR材料の超格子の層のうちの1つまたはそれ以上の特性を強化するように作用するELR材料の超格子の層を備えてもよい。
【０１９９】
図3-Zは、本発明の様々な実施例に係る異なるELR材料の層を含む組成物300のブロック図である。より具体的には、組成物300は、"ELR-X"として参照されるELR材料の第１層310と、"ELR-Y"として参照されるELR材料の第2層320を含む。図3-Zに示されるように、第１層310は、基板330の上に形成されるか、または、付けられ、第２層320は、第１層310の上に形成されるか、または、付けられる。理解されるように、本発明のいくつかの実施例では、基板330は任意である。組成物300は第１層310と第2層320を持つものとして例示されているが、組成物300は、第１層310と第2層320が交互に形成されているような、第１層310と第２層320のペアを任意の数だけ含んでいてもよい。いくつかの実施例では、ELR-Xは、第１ELR材料であり、ELR-Yは、第１ELR材料とは異なる第２ELR材料である。例えば、本発明のいくつかの実施例では、ELR-XはYBCOであり、ELR-YはNBCOであるかもしれない。理解されるように、他のELR材料を用いることができる。
【０２００】
図4-Zは、本発明の様々な実施例の、同じELR材料の異なる形態の層を含む組成物400のブロック図である。具体的には、この組成物400は、"ELR-X形態1"として参照されるELR材料の第1の形態の第１層410と"ELR-X形態２"として参照されるELR材料の第２の形態の第２層420を含む。いくつかの実施例では、同じ基本的なELR材料は、異なる結晶配向、異なる酸素化学量論量/分率（例えば、YBCO中のO6、O7等）、異なる変形物、および他の異なる形態などの異なる形態を有するが、これらに限定されるものではない。理解されるように、同じELR材料の他の形態を使用することができる。図示のように、第１層410は、基板430上に形成または付けられ、第２層420は、第１層410上に形成または付けられる。理解されるように、本発明のいくつかの実施例において、基板430は任意である。組成物400は第１層410と第２層420とを有するものとしてのみ例示されているが、組成物400は、第１層410と第２層420が交互に形成されている第１層410と第2の層420のペアを任意の数だけ含むことができる。
【０２０１】
説明したように、組成物400は、同じELR材料の（例えば、REBCO）の異なる形態または変異体の複数の層を含み、これらの同じELR材料の異なる形態はELR材料の1つまたはそれ以上に歪みを引き起こすかもしれない。例えば、層間の酸素含有量を変える（例えば、YBCO中のOsとO7との間の酸素化学量論/分率を変化させる）と、層内のELR材料の結晶構造の結合を歪ませる、層間の格子不整合を引き起こすかもしれない。また、例えば、層間のELR材料の結晶配向を変える（例えば、ELR材料の一つの層はa軸配向を有し、別の層は、b軸配向性を有する）と、層間の格子不整合を引き起こし、それにより同じような歪みを引き起こすかもしれない。
【０２０２】
図5-Zは、異なるELR材料の複数の層を含む組成物500を示している。図示のように、組成物500は、"ELR-X"として参照されるELR材料の第１層510と、"ELR-Y"として参照されるELR材料の第2層520と、"ELR-Z"として参照されるELR材料の第3層530を含む。図示のように、第１層530は、基板540上に形成されるか、または付着され、第2層510は、第１層530上に形成されるか、または付着され、第３層520は、第２層510上に形成されるか、または付着される。理解されるように、本発明のいくつかの実施例において、基板530は任意である。本発明のいくつかの実施例では、組成物500の層に含まれる複数のELR材料は、異なるELR材料である（上述の図3-Zを参照）、または同じELR材料の異なる形態（上述の図4-Z参照）である。
【０２０３】
図3-Z〜図5-Zには示されていないが、非ELR材料の様々な他の層は、図5-Zに示される1つまたはそれ以上の層の間に散在された層を含む組成物300、400、500（または本明細書に記載される他の組成物）中に含まれていてもよい。
【０２０４】
別のELR材料またはELR材料の異なる形態の層で形成されている組成物300、400、500を生成すると、本発明の様々な実施例を、種々のREBCO材料の間の格子不整合（例えば、YBCOとNBCO）、または、類似の格子定数（例えば、BSCCOなど）を有する他の材料に利用して、ELR材料の層の種々の層に応力をかける/歪ませることを可能にする。いくつかの実施例では、追加された歪みは、ELR材料の結晶構造中の開口の周りのフォノン周波数、および/または、分布及び/又は、振幅を変更し、ELR材料の抵抗の低下を可能にし、より高い温度においてELR状態で動作するなどの改良された動作特性およびその他の利点を可能にするが、これらに限定されるものではない。
【０２０５】
本発明のいくつかの実施例では、組成物300、400、500の超格子の層は、層中のELR材料の適切な表面（例えば、ELR材料のa軸に実質的に垂直な表面、ELR材料のb軸実質的に垂直な表面、ELR材料のc軸に実質的に平行な表面など）がELR材料の間の境界面であるように形成されている。換言すれば、例えば、図5-Zの層510、520の間の界面を形成する表面は、ELR-YとELR-Xの両方のa軸に対して実質的に垂直である表面、ELR-YとELR-Xの両方のb軸に垂直である表面、またはELR-XとELR-Yの両方のc軸に対して実質的に平行である表面である。
【０２０６】
もちろん、本発明の様々な実施例の組成物中に、同じ、及び/又は、異なるELR材料の多くの層があってもよい。いくつかの実施例では、組成物500は、REBCO材料の第１厚さを有する層を堆積し、次に、REBCO材料の第２厚さを有する層を堆積することにより形成され、次に、REBCO材料の第３厚さを有する層を堆積してもよい。ここで、第2層のREBCO材料は、第１材料及び第３層材料の格子定数と異なる、1つまたはそれ以上の格子定数を有する。さらに、第１、第２および第３厚さは、互いに全く異なる、互いに同じ、またはいくつかが同じでいくつかが異なってもよい。組成物の種々の温度、抵抗、及び/又は、電流搬送容量などの組成物の動作特性を改善するために、異なる数のREBCO層、および/または、異なるREBCO層の厚さが堆積されるが、これらに限定されるわけではない。
【０２０７】
本発明のいくつかの実施例では、組成物は、以下（下から上）のように積層してもよい。
ELR1：ELR2：ELR1：ELR2：ELR1：ELR2：ELR1：ELR2：など。
【０２０８】
本発明のいくつかの実施例では、組成物は、以下（下から上）のように積層してもよい。
ELR1：ELR2：ELR3：ELR4：ELR3：ELR2：ELR1：ELR2：ELR3：など。
【０２０９】
本発明のいくつかの実施例では、組成物は、以下（下から上）のように積層してもよい。
ELR1：ELR2：ELR3：ELR4：ELR3：ELR4：ELR3：ELR4：ELR3：など。
【０２１０】
本発明のいくつかの実施例では、組成物500は、以下（下から上）のように積層してもよい。
ELR1：ELR2：ELR3：ELR2：ELR3：ELR2：ELR3：ELR2：ELR3：など。
【０２１１】
したがって、これらの層は、以下の様々な理由により選択することができる。例えば、格子定数の不整合を改善するために、1つまたはそれ以上の層内で制御された歪みを生成するために、組成物の通電容量を増大させるために、組成物の生成工程を改善するために、別の層の上に層を生成するのを改善するために、選択することができる。また、層当たりの単位セルの数などの層の厚さは、電流搬送容量などを増加させるために、層上の歪みを調整するように選択されてもよい。
【０２１２】
本発明のいくつかの実施例では、組成物の所望の特性を得るために、又は、組成物を生成するために、層の数、1つまたはそれ以上の層内のELR材料の種類、1つまたはそれ以上の層内の他の非ELR材料の種類、1つ又はそれ以上の層の厚さ、1つまたはそれ以上の層の配向、1つまたはそれ以上の層の順序、および/または、組成物の他のパラメータは、変更され、定義され、および/または、選択されることができる。
【０２１３】
図6-Zは、本発明のいくつかの実施例の様々なELR材料の複数の層を含む超格子で形成された例示的な組成物600を示している。図6-Zに示すように、組成物600は、基板のa軸に対して実質的に垂直な上面を有する、LaSrGa04（LSGO）基板610を備える。他の基材として、例えば、チタン酸ストロンチウム（STO）または酸化マグネシウム（MgO）などを使用することができるが、これらに限定されるものではない。YBCOの層620が基板610上に形成され、続いてYBCOの層632とNBCOの層634が交互に形成される。一例として、組成物600は、200nmの厚さで形成されたYBCOの層620と、YBCO層620上に形成されているNBCO及びYBCOの層634、632の交互のペアの層を１０層とを含むことができる。ここで、各層の厚さ10nm、（すなわち、10nmのYBCOと10nmのNBCOの交互層）である。図示しないが、組成物600は、他の層を含むことができる。例えば、緩衝材料の層、追加のまたはいくつかのペアの交互層、他のELR材料の追加の層、追加のまたは他の基板層、他の又は異なる厚さの層のような層などを含むことができる。
【０２１４】
本発明のいくつかの実施例では、バリア材料は、上述の様々な組成物を実質的に包むために使用することができる。バリア材料は、ELR材料の結晶構造中の酸素が組成物から拡散をするのを実質的に防止するために使用することができる。いくつかの実施例では、金は、実質的に組成物を包むために組成物の全表面上に堆積させることができる。二酸化ケイ素又は酸化インジウムスズ（ITO）などの他のバリア材料を使用することができる。いくつかの実施例では、5〜10nmの金が、組成物の全表面上に堆積されるが、これに限られたものではなく、他の厚さも使用することができる。
【０２１５】
図7A-Z - 7I-ZはLSGO基板と、その上に、LSGO基板上のa軸配向（例えば、YBCOのa軸）で形成された約200nmのYBCOと、その上に、約10nmのNBCOの層と約10nmのYBCOの層が交互に積層された10組の層であり、10組の層のそれぞれは、前の層の上にa軸配向で形成されている層と、その上に、試料を包むバリア材料として約8.5nmの金が形成されている組成物の試料の試験結果を示す図である。
【０２１６】
図7A-Z〜図7I-Zの試験結果は、下記に記載のように、種々の実験条件下での試料の温度関数（ケルビン）としての抵抗プロットの関連部分を含む。具体的には、プロットは180K-270Kの温度範囲での試料の抵抗の測定値である。詳細に試験結果を説明する前に、検査装置とセットアップの簡単な説明をする。
【０２１７】
試料は両面テープを用いてPCB基板上に取り付けられた。直径0.004"の錫メッキ銅線が、インジウムはんだを用いて、試料の金表面の上面に取り付けられた。これらのワイヤの両端部は、PCB基板上のパッドに取り付けた。このアセンブリは、クライオスタットに入れた。ケースレー6221電源が試料に直流電流を提供した。一方、ケースレー2182a電圧計が"デルタモード"の抵抗測定（例えば、R =（（V+） - （V-））/ 2））をするために、試料を横切る電圧降下を測定した。熱抵抗デバイス（"RTD"）は、温度を測定するために使用された。
【０２１８】
いくつかの試験では、試料は最初にYBCOの転移温度より低い温度まで冷却され、そして加温された。他の試験では（時間やクーラントを節約するために、また、不必要に熱的ストレスを試料かけないように）、試料は、160K以下に冷却され、そして加温された。いずれの場合でも、試料が暖められると、試料の両端の電圧測定は、試料の温度を測定と共に得られた。電圧測定から、デルタモードの抵抗が決定され、次いで、抵抗対温度またはR（T）曲線（またはRTプロファイルと呼ぶ）としてプロットされた。図7A-Z〜図7I-Zは、試験結果を示す。
【０２１９】
図7A-Z〜図7H-Zは、試験が実行された順序での試料の8つの試験の個々のR（T）曲線である（すなわち、図7A-Zは最初の試験のR（T）曲線であり、図7B-Zは、2番目の試のR（T）曲線である）。図7A-Z〜7D-Zと図7H-Zは、試料が200nAの直流によって駆動された試験でのR（T）曲線である。図7E-Z〜7G-Zは、試料が100nAの直流によって駆動された試験でのR（T）曲線である。デルタモードの抵抗形態電圧測定、他の平滑化判定以外に、平均化またはその他のデータ処理が使用された。
【０２２０】
図7I-Zは、異なる試験ベッドおよび図7A-Z〜図7H-Zと異なる条件下での試料のる単一試験結果のR（T）曲線である。特に、この試験では、SR830ロックインアンプ（LIA）が採用され、試料は1秒の時定数を用いて、24Hzで200nAの交流電流によるものであった。
【０２２１】
図に示すように、試験のすべては、210K-240Kのほぼ範囲内で、それぞれ、R（T）曲線中に1つまたはそれ以上の変化が含まれている。これらのR（T）曲線の傾きにおける変化は、試料の一部が低減された抵抗すなわちELR状態に入るのと一致すると考えられている。理解されるように、同様の変化はYBCO又はNBCOのR（T）曲線のいずれにも観察されない。
【０２２２】
本発明のいくつかの実施例は、図6-Zに対して上記説明した厚さよりも小さい厚さを有する交互の層を含むことができる。本発明のいくつかの実施例では、超格子内の層の少なくとも１つは、1つ、2つ、3つ、またはそれ以上の単位セルの厚さであってもよい。本発明のいくつかの実施例では、超格子内の交互層のペアの層の各層は、1つ、2つ、3つ、またはそれ以上の単位セルの厚さであってもよい。本発明のいくつかの実施例では、交互層のペア（または他のグループ分け）の層の一方の層の厚さは、ペアの層のうちの他方の層の厚さと異なっている。本発明のいくつかの実施例では、超格子の交互層のペアの層の一方の層の厚さは、超格子の交互層の他方の層の厚さとは異なる。理解されるように、本明細書で記載されたような様々な動作特性を達成するために、他の厚さを使用してもよい。
【０２２３】
本発明のいくつかの実施例は、例えば、互いに異なる大きさを持つ複数のRe原子を有する層などの単一層内に複数のRe原子を含んでもよい。たとえば、REBCO層は格子構造を有してもよい、ここで、5Reごとの4つはY原子であり、毎5番目の原子はDy原子である。その結晶構造内に2つまたはそれ以上の希土類原子を含むような層は、オーダリング効果、局所化された格子不整合、追加の振動定数などにより、組成物内に追加の歪力を導入することができる。
【０２２４】
本発明のいくつかの実施例は、酸化状態に基づいて選択されるRe原子を含んでもよい。例えば、Y及びNdは１つの酸化状態（3＋）を持つが、サマリウム（Sm）、ユーロピウム（Eu）、エルビウム（Er）、ツリウム（Tm）、及びイッテルビウム（Yb）は2つの酸化状態３＋と２＋をもつことができる。セシウム（Ce）及びテルビウム（Tb）は、2つの酸化状態３＋と４＋をもつことができる。理解されるように、他の酸化状態を有するRe原子を選択することもできる。このような実施例では、組成物のELR層中にいろいろな酸化状態を有するRe原子は、結晶構造または結晶構造の開口内の酸素サイトおよび/またはキャリア欠陥を固定するのに役立つ、および/または、層中の多少の局所酸素量を安定化させることができる。例えば、超格子内のELR材料の層は、Re原子として、層内の酸素/キャリア欠陥を制御するために使用されるわずかのCe3＋原子とわずかのCe4＋原子と共に、主にY原子を含んでもよい。
【０２２５】
本発明のいくつかの実施例では、非常に低い酸素親和性を有する材料（例えば、金）の層は、酸素が超格子の層からまたは超格子の層の中に拡散する速度を減少させるために、超格子の最外層に形成される。本発明のいくつかの実施例では、非常に低い酸素親和性を有する材料（例えば、金）の層は、酸素が超格子の層からまたは超格子の層の中に拡散する速度を減少させるために、超格子の全ての最外層に形成される。
【０２２６】
本発明のいくつかの実施例では、ELR材料の層の超格子を生成する際に使用される様々な製造プロセスは、材料中に所望の歪みを導入することができる。例えば、基板上にELR材料の層を堆積する場合に、基板の温度、および/または、堆積時の酸素分圧を変化させることは、その材料が"通常の"温度で堆積されることを可能にし、歪みは、材料が堆積温度以下に冷却されるときに導入されるであろう。
【０２２７】
したがって、本発明のいくつかの実施例は、超格子を含むことができる。ここで、実際には、超格子内の各層は、隣接する層を変更するように作用する。言い換えれば、層は、ELR物質それ自体とELR材料の別の層に対する変更する層の両方であり、超格子内の層は一緒となって変更されたELR材料を形成する。本発明のいくつかの実施例によると、ELR材料の異なる層の組成物、変化する種類、酸素含有量、レニウム原子タイプ、配向などは、組成物の1つまたはそれ以上の層に十分な歪みを提供し、層は、層内または間で運ばれる電流に対して、低い、または非常に低い抵抗値を示すことができる。
【０２２８】
本発明のいくつかの実施例によると、本章の組成物100、200、300、400、500、および/または600は、バルクで使用されても、膜又はテープに組み込まれても、又は他の方法（例えば、ワイヤ、ホイル、ナノワイヤなど）で使用されても、本明細書に記載のような種々の装置および関連装置に組み込むことができる。例えば、本組成物は、コンデンサ、インダクタ、トランジスタ、導体及び導電性素子、集積回路、アンテナ、フィルタ、センサ、磁石、医療機器、電源ケーブル、エネルギー蓄積装置、変圧器、電気器具、モバイルデバイス、コンピュータ装置、情報記憶装置、使用時に電子および/または情報を輸送する他の装置及びシステムに利用および/または組み込むことができる。
【０２２９】
従って、いくつかの実施例では、本明細書に記載の変更されたELR材料を形成する、および/または、様々の電流を運ぶコンポーネントに統合することは、変更されたELR材料の実施例を、電流などの電気エネルギーを利用、生成、変換、および/または、移送するデバイスおよびシステムに組み込むことを可能および/または容易にする。これらのデバイス及びシステムは、従来の装置及びシステムと比較して、より効率的に動作することによって、従来の装置及びシステムと比較して、より低コストで動作することによって、従来の装置及びシステムと比較して無駄なく動作することによって、得られる改善された動作特性から利益を得ることができる。
【０２３０】
いくつかの実施例では、本組成物は、結晶構造を有するELR材料の第１層を含み、第１層上に形成された材料の第２層を含む。ここで、第２層は、ELRの結晶構造の少なくとも一部にひずみをかける。いくつかの実施例では、材料の第2層は、ELR材料の結晶構造の少なくとも一部分内に制御された歪みをかける。いくつかの実施例では、材料の第２層は、電荷面を含むELR材料の結晶構造の局部に歪みをかける。いくつかの実施例では、材料の第2層は、結晶構造の開口を含むELR材料の結晶構造のある位置に歪みをかける。
【０２３１】
いくつかの実施例では、電流を伝導する組成物は、酸化銅の電荷面を有するELR材料の第１層と、第１層上に形成された材料の第２層を含む。第２層は、酸化銅の電荷面を含むELR材料の第1層の少なくとも一部に歪みを誘導する。いくつかの実施例では、材料の第2層はELR材料の第１層の少なくとも外部に歪みを誘導する。いくつかの実施例では、材料の第２層は、少なくともELR材料の第１層の内部に歪みを誘導する。いくつかの実施例では、材料の第2層はELR材料の第１層内に酸素原子の拡散を誘導する。いくつかの実施例では、材料の第2層はELR材料の第１層内に酸素原子の拡散勾配を誘導する。
【０２３２】
いくつかの実施例では、組成物は、結晶構造を有する導電性材料と、導電性材料上に形成された材料を含む。この材料は、導電性材料の結晶構造の部分内にかかる力を発生させる。いくつかの実施例では、導電性材料は、希土類酸化銅材料であり、導電性材料の結晶構造の部分に適用される力を発生するこの材料は、高い酸素親和性を有する金属である。
【０２３３】
いくつかの実施例では、組成物は、結晶構造を有する第１ELR材料と、第１ELR材料上に形成された第２ELR材料を含む。第２ELR材料は第１ELR材料の結晶構造の一部に力を生じさせる。
【０２３４】
いくつかの実施例では、組成物は、第１ELR材料と、第１ELR材料上に形成された結晶構造を有する第２ELR材料とを含む。第１ELR材料は、第２ELR材料の結晶構造の一部に力をかける。
【０２３５】
いくつかの実施例では、組成物は、結晶構造を有する第１ELR材料と、第１ELR材料上に形成された、結晶構造を有する第２ELR材料を含む。第２ELR材料は、第１ELR材料の結晶構造の一部に力をかけ、第１ELR材料は、第２ELR材料の結晶構造の一部に力をかける。
【０２３６】
いくつかの実施例では、組成物は、第１形態を有するELR材料の第１層と、第１ELR材料上に形成された、第２形態を有するELR材料の第２層と、第２層上に形成された、ELR材料の第１形態を有する第３ELR材料とを含む。
【０２３７】
いくつかの実施例では、組成物は、YBCOの第１層と、YBCOの上面に形成された複数の層とを含む。複数の層は、NBCOとYBCOの交互層のペアを含む。いくつかの実施例では、YBCOの第１層の厚さは約200ナノメートルであり、複数の層内の各層の厚さは約10ナノメートルである。いくつかの実施例では、複数の層は、NBCOとYBCOの交互層の10ペアを含む。いくつかの実施例では、複数の層は、NBCOとYBCOの交互層のうちの少なくとも２つのペアを含む。
【０２３８】
いくつかの実施例では、電流伝播するための組成物は、NBCOとYBCOの交互層の少なくとも一つのペアを含む複数の層を備える。いくつかの実施例では、層の組は、NBCOとYBCOの交互層の少なくとも10ペアを含む。いくつかの実施例では、基板のa軸に対して実質的に垂直な表面を有する基板と、基板の表面に適用され、YBCOのa軸に対して実質的に垂直な表面を有するYBCOの層とを含む。層のグループは、YBCOの表面に適用される。
【０２３９】
いくつかの実施例では、組成物は、YBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するYBCOの基層と、YBCOの基層の表面に形成されたNBCOの第1層であって、NBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するNBCOの第1の層と、NBCOの第1層の表面に形成されたYBCOの第1層であって、YBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するYBCOの第1の層と、YBCOの第1層の表面に形成されたNBCOの第２層であって、NBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するNBCOの第２の層と、NBCOの第２層の表面に形成されたYBCOの第２層であって、YBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するYBCOの第２の層と、YBCOの第２層の表面に形成されたNBCOの第３層であって、NBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するNBCOの第３の層と、NBCOの第３層の表面に形成されたYBCOの第３層であって、YBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するYBCOの第３の層と、YBCOの第３層の表面に形成されたNBCOの第４層であって、NBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するNBCOの第４の層と、NBCOの第４層の表面に形成されたYBCOの第４層であって、YBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するYBCOの第４の層と、YBCOの第４層の表面に形成されたNBCOの第５層であって、NBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するNBCOの第５の層と、NBCOの第５層の表面に形成されたYBCOの第５層であって、YBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するYBCOの第５の層と、YBCOの第５層の表面に形成されたNBCOの第６層であって、NBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するNBCOの第６の層と、NBCOの第６層の表面に形成されたYBCOの第６層であって、YBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するYBCOの第６の層と、YBCOの第６層の表面に形成されたNBCOの第７層であって、NBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するNBCOの第７の層と、NBCOの第７層の表面に形成されたYBCOの第７層であって、YBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するYBCOの第７の層と、YBCOの第７層の表面に形成されたNBCOの第８層であって、NBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するNBCOの第８の層と、NBCOの第８層の表面に形成されたYBCOの第８層であって、YBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するYBCOの第８の層と、YBCOの第８層の表面に形成されたNBCOの第９層であって、NBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するNBCOの第９の層と、NBCOの第９層の表面に形成されたYBCOの第９層であって、YBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するYBCOの第９の層と、YBCOの第９層の表面に形成されたNBCOの第１０層であって、NBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するNBCOの第１０の層と、NBCOの第１０層の表面に形成されたYBCOの第１０層であって、YBCOのc軸に対して実質的に平行な表面を有するYBCOの第１０の層と、を含む。いくつかの実施例では、組成物は、さらに、YBCOの第１０層の表面に形成された金の層を含む。いくつかの実施例では、組成物はさらに、組成物を実質的に包む金の層を備える。
【０２４０】
ELR材料で形成されたデバイスおよび/またはELR材料を組み込むデバイス
種々のデバイス、アプリケーション、コンポーネント、装置、および/またはシステムは、本明細書に記載されたELR材料を用いることができる。これらのデバイス、アプリケーション、コンポーネント、装置、および/またはシステムは、以下でより詳細に記載される。
【０２４１】
第1章 ELR材料で形成されナノワイヤ
本章の説明は、図1-36と図37-A〜図45B-Aを参照する。したがって、本章に含まれるすべての参照番号は、それらの図に見られる構成要素を参照する。
【０２４２】
本発明の様々な実施例においては、ELR材料は、以下にさらに詳細に記載される種々のナノワイヤ及びナノワイヤのコンポーネントを形成するために使用され得る。従って、本発明のいくつかの実施例では、これらのELR材料は、様々なナノワイヤ成分に形成され、電流は、主にELR材料のb軸に沿って伝導するかもしれない。これらの実施例では、図39-Aに示すように、ELR材料は、b軸を基準長さ、c軸を基準幅、a軸を基準深さ（または厚さ）を持って形成されてもよいが、ELR材料に他の参照フレーム、配向、及び、構成を使用してもよいことは、本説明から明らかになるであろう。図39-Aに示された基準フレームは、以下の説明に使用される。
【０２４３】
本発明のいくつかの実施例では、種々のELR材料は、ナノワイヤを形成するために使用することができる。従来の用語では、ナノワイヤは、幅又は直径が数十ナノメートル以下のオーダーであり、一般的に歪んだ長さを有するナノ構造である。本発明のいくつかの実施例では、各種変更されたELR材料1060は、50ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。本発明のいくつかの実施例では、各種変更されたELR材料1060は、40ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。本発明のいくつかの実施例では、各種変更されたELR材料1060は、30ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。本発明のいくつかの実施例では、各種変更されたELR材料1060は、20ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。本発明のいくつかの実施例では、各種変更されたELR材料1060は、10ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。本発明のいくつかの実施例では、各種変更されたELR材料1060は、5ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。本発明のいくつかの実施例では、上記のように設計された様々な新ELR材料は、40ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。本発明のいくつかの実施例では、上記のように設計された様々な新ELR材料は、30ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。本発明のいくつかの実施例では、上記のように設計された様々な新ELR材料は、20ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。本発明のいくつかの実施例では、上記のように設計された様々な新ELR材料は、10ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。本発明のいくつかの実施例では、上記のように設計された様々な新ELR材料は、5ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。本発明のいくつかの実施例では、上記のように設計された様々な新ELR材料は、5ナノメートル未満の幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。
【０２４４】
本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤは、積層されたナノワイヤを形成するために、その間に配置された緩衝層および/または基板層を持って、互いの上に積層してもよい。各層に配置された各ナノワイヤは、上記説明されたような新しいELR材料又は変更されたELR材料1060から形成することができ、上記説明された幅および/または深さを有すことができる。
【０２４５】
本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤは、第1端部から第２端部に電荷を運ぶために使用することができる。これらの端部のそれぞれは、別のナノワイヤ、ワイヤ、トレース、鉛、配線、電子機器、電子回路、半導体素子、トランジスタ、メモライザ、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、MEMデバイス、パッド、電圧源、電流源、アース、または他の電気部品を含む電気部品に接続されているかもしれないが、これらに限定されるものではない。本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤは、ナノワイヤのELR材料を介して、1つまたはそれ以上の電気的コンポーネントに接続または直接結合することができる。本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤは、別の種類のELR材料（すなわち、変更された、変更されていないELR材料、同じファミリーまたはクラスのELR材料）を介して、これらの電気的コンポーネントに間接的に結合することができる。本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤは、導電性金属を含む導電性材料を介して、これらの電気部品に間接的に結合されてもよいが、これらに限定されるわけではない。
【０２４６】
図37-Aは、本発明の様々な実施例のELR材料3700中に形成される開口3710のc面に平行であり、開口3710の中心を通過する例示のELR材料3700の断面を示す。以下の説明では、本発明の実施例に係るELR材料3700は、従来のELR材料（例えば変更されていない超電導材料および/またはHTS材料（すなわち、変更されていないYBCO等））、種々の変更されたELR材料1060及び新規のELR材料、上述の様々な実施例である。図37-Aは、a軸開口3710A、b軸開口3710B、およびab軸開口3710Cを含むELR材料3700を通る様々な開口3710を示す。a軸開口3710Aはa軸に実質的に平行であるELR材料3700を通る開口3710であり、b軸開口3710Bは、b軸に実質的に平行であるELR材料3700を通る開口3710であり、ab軸開口3710Cは、例えば角度3720などの角度でa軸（又はb軸）からオフセットされているc面の軸に実質的に平行であるELR材3700を通る開口3710である。理解されるように、ELR材料3700を通るすべての開口3710は図37-Aに示されていないが、多くは説明の明確化さと容易さのために図示されていない。
【０２４７】
理解されるようには、開口3710は、ELR材料3700の結晶構造に依存する。例えば、図に示さ37-Aに示されるように、ELR材料3700（この例ではYBCO）のab軸開口3710Cは、a軸から+/-45°の角度で存在する。さらなる例として、図38-Aは、例示のELR材料3700中のab軸開口3710Cに対してELR材料3700中のb軸開口3710Bを示す。理解されるように、他のab軸開口3710Cは、他の角度（例えば、+/-30度、+/-60度など）の追加のab軸開口3710Cを含む、他のELR材料中に存在することができる。同様に、a軸開口3710A及びb軸開口3710Bは、図37-Aでは、ELR材料3700中で互いに直交するようにに示されているが、そのような開口3700の他の配向が他のELR材料の結晶構造に依存して存在することが理解できる。
【０２４８】
HTS材料を含む従来の超伝導材料は、通常は、このような超伝導材料と関連する様々な現象を示す。理解されるように、非常に低い抵抗に加えて、これらの超伝導材料は、超伝導材料の内部の電磁場の見かけの欠如または追放として現れる、マイスナー効果を示す。マイスナー効果は、超伝導材料の内部に形成された、渦またはループ電流の結果であると考えられている。これらの渦は、超伝導材料の内部に、全体として、互いを相殺し、それによって内部の電磁場の見かけの欠如または追放を生成する、磁場を生成すると考えられている。これらの渦を制御（または除去）することは、超伝導物質によって示されるマイスナー効果を制御する（または除去する）かもしれない。換言すれば、これらの渦を制御（または除去）することは、超伝導材料の内部中の磁場の正味の消去を防止することができる。
【０２４９】
渦は、電流がELR材料3700内でそれ自身に"ループバック"する（閉回路を作る）とき、ELR材料3700内に形成されると考えられる。このことは、電流経路3730（図37-Aに電流経路3730A、電流経路3730B、電流経路3730C、電流経路3730D、および電流経路3730Eとして示される）を参照して説明される。図示のように、電流がELR材料3700を通過して流れるとき、電流は、開口3710Aを通る電流経路3730A沿って進むことができる。電流は、ELR材料3700中の様々な開口3710Aの間の交差点、すなわち、交差点3740Aに到達するまで、開口3710Aを通って進むことができる。
【０２５０】
交差点3740では、一般的に、電流は、１つの開口3710中の電流の"直線"経路から異なる開口3710を通る別の経路に逸れることができると考えられている。例えば、交点3740Aに到達すると、電流は、電流経路3730Aに沿って、開口3710Aを通過し続けてもよいか、または、電流経路3730Bに沿って開口3710Bを通る等のやり方で電流経路3730Aから外れてもよい。図示のように、電流は、電流経路3730Bにの電流経路3730Aの元のパスから45度だけずれている。
【０２５１】
電流が電流経路3730Aから電流経路3730Bに逸れた後で、電流は、電流経路3730Bに沿って開口3710Cを通って交差点3740Bまで進む。繰り返すが、電流は、電流経路3710に沿って開口3710Cを通って流れ続けるか、または、電流経路3730Cに沿って開口3730B通る等のやり方で電流経路3730Bから外れてもよい。図示のように、電流は、元の経路から90度（２つの45度の偏向）の合計だけずれている。このプロセスは、電流がこのような交差点3740Cと交差3740Dなどの他の交差点に到達するように、継続してもよい。交差点3740Cで、電流は、開口3710Cを通る電流経路3730Dから開口3710Bを通る電流経路3730Cに外れ、交差点3740Dで、電流は、開口371OAを通る電流経路3730Eから開口3710Cを通る電流経路3730Dに外れるかもしれない。図示のように、電流経路3730Eで、電流は、元のパスから180度（4つの45度の偏向の合計）だけずれる。図示されていないが、理解されるように、このプロセスは、電流が電流経路3730Aに沿って閉回路を作るまで継続することができる。
【０２５２】
図37-Aは、ELR材料3700中に形成する電流ループのために必要なELR材料3700のしきい値の深さ（図39-Aに示す、深さはa軸を基準とする）があるかもしれないことを示す。より具体的には、図37-Aに示すように、５つの隣接する開口3710Bを含むのに十分なELR材料3700の深さは、ELR材料3700中に形成するための電流ループに対して必要であるかもしれない。言い換えれば、開口3710Bのこの数よりもが少ないと、ELR材料3700のこのしきい値深さ内でそれ自身の閉回路を作るために十分な数の偏向（または回転）とその後の電流パスを提供しないかもしれない。ELR材料3700の深さがこのしきい値の深さよりも小さい場合には、LR材料3700中にループ電流が発生せず、マイスナー効果が起こるのを防ぐかもしれない。同様に、図37-Aは、ELR材料3700中に形成する電流ループに必要なELR材料3700のしきい値長さ（図39-Aに示すように、長さはb軸を基準とする）があるかもしれないことを示す。より具体的には、図37-Aから推定されるように、5つの隣接する開口3710Bを十分に含むために必要なELR材料3700の長さは、ELR材料3700中に電流ループを形成するのに必要であるかもしれない。ELR材料3700の長さがこのしきい値長さよりも短い場合には、ループ電流は、ELR材料3700中に形成されず、それにより、マイスナー効果の発生をを防止するかもしれない。これらの閾値の深さおよび/または長さは、図37-Aに示されたもの以外の結晶構造、より多いまたはより少ない開口、異なる配向の開口、異なるずれ角度の開口、を有する他のELR材料に対して異なる場合がある。
【０２５３】
さらに、これらのしきい値の深さ、および/または、長さは、電流が各交差点3740で1回のターンでずれるかもしれないことを前提とする。換言すれば、電流は、交差点3740で+/-45度（90度以上とは異なる）単位でのみ偏向することが実施例で推定される。理解されるように、より大きい単位の偏向が発生した場合、または、交差点3740以外の場所で偏向が発生した場合、マイスナー効果（または他の超伝導現象）が起らないELR材料3700のしきい深さ、および/または、しきい値長さは、小さくなるかもしれない。同様に、偏向がある交差点3740（およびすべてではない交差点3740）でのみ発生する場合、マイスナー効果（または他の超伝導現象）が起らないELR材料3700のしきい深さ、および/または、しきい値長さは、小さくなるかもしれない。それにもかかわらず、本発明の様々な実施例によれば、ELR材3700は、ループ電流を形成するために必要なしきい値深さおよび/またはしきい値長さを有する。
【０２５４】
本発明の様々な実施例によれば、ELR材料を用い、ナノワイヤの1つまたはそれ以上の寸法パラメータを制御することにより、非常に低い抵抗を示すが、他の超伝導現象（例えば、マイスナー効果）を示さないナノワイヤを形成することができる。例えば、本発明の様々な実施例によれば、ナノワイヤの深さは、ELR材料中にループ電流を形成するのに必要なELR材料のしきい値深さよりも小さくなるように選択される。本発明の様々な実施例によれば、ナノワイヤの長さは、ELR材料中にループ電流を形成するのに必要なELR材料の閾値長さよりも小さくなるように選択される。本発明の様々な実施例によれば、ナノワイヤの深さおよび長さは、ELR材料中にループ電流を形成するのに必要なELR材料のそれらのしきい値未満であってもよい。従って、これらのナノワイヤは、他の超伝導現象を示すことなく、その深さ、および/または長さに沿って完全な導体として現れるかもしれない。別の言い方をすれば、本発明の様々な実施例によれば、ナノワイヤは、ナノワイヤが完全導体として動作する範囲内の、および、ナノワイヤが超伝導体として動作する範囲を超える、しきい値深さまたはしきい値長さ（および、いくつかの実施例において、いくつかのELR材料で、もしかすると、閾値幅）を有する。ELR材料3700のしきい値深さおよび/またはしきい値長さの点について上述したが、いくつかの例では、ループ電流を、実際に形成するためにELR材料3700の閾値面積を必要とするかもしれないことは、図37-Aから分かる。
【０２５５】
この説明のために、理解されるように、これらのしきい値は、所定の寸法に沿った隣接する開口3710、単位結晶の数、又は他のELR材料3700結晶構造に関連付けられる数で表現することができる。また、理解されるように、これらのしきい値は、測定単位（ナノメートル、オングストローム、等）で表現されてもよい。
【０２５６】
本発明の様々な実施例によれば、完全な導体として動作するナノワイヤは、上述したように、その深さが、しきい値深さを超えないように設けられたELR材料3700の任意の長さで形成することができる。同様に、本発明の様々な実施例によれば、完全な導体として動作するナノワイヤは、上述したように、その長さが、閾値長さを超えないように設けられたELR材料3700の任意の深さで形成することができる。より具体的には、本発明のいくつかの実施例によれば、完璧な導体として動作し、マイスナー効果を示さないナノワイヤは、上述したように、その深さがしきい値深さを超えないように設けられたELR材料3700Aの任意の長さで形成することができる。同様に、本発明のいくつかの実施例によれば、完璧な導体として動作し、マイスナー効果を示さないナノワイヤは、上述したように、その長さが閾値長さを超えないように設けられたELR材料3700の任意の深さで形成することができる。
【０２５７】
理解されるように、図39A-AにおけるELR材料の配向を変更すると、マイスナー効果が発生するために必要な適切な閾値の大きさが変更される。例えば、理解されるように、ELR材料がa軸及びc軸が入れ替わられるように配向される場合（すなわち、深さはc軸を基準とし、幅はa軸を基準とした）、幅及び/または長さは、マイスナー効果を回避するために制御する寸法パラメータとなる。
【０２５８】
上述したように、ナノワイヤは、従来のELRの材料（例えば、変更されていないYBCO等）、変更されたELR材料（例えば、ELR材1060、クロムで変更されたYBCO等）、新しいELR材料、または他のELR材料を含むことができるELR材料3700から形成され得る。さらに、本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤは、理解されるように、基板または緩衝材上にELR材料3700を堆積することによって形成することができる。本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤは、理解されるであろうように、回路基板などの基板上にELR材3700を固定することにより形成することができる。
【０２５９】
変更されたELR材料（例えば、変更されたELR材1060）を利用する本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤは、変更されたELR材料1060の一部分のみがある温度で維持された開口310を有し、かつ変更されたELR材1060のこの部分は、ループ電流を形成することができるしきい値深さ超えない深さを有するように形成され、ある温度以上で動作するかもしれない。例えば、図23を参照すると、変更されたELR材料1060は、開口3100Aおよび310Bが維持されるある温度で動作させることができる。この例では、開口310Aおよび310Bは、変更されたELR材料1060中にループ電流を形成するがマイスナー効果が発生しないように、変更されたELR材料1060の十分な深さでないかもしれない。
【０２６０】
本発明の様々な実施例によれば、ナノワイヤは、ナノワイヤコネクタ、ナノワイヤ輪郭、ナノワイヤコイル、およびナノワイヤ変換器を含む様々な電気部品を形成するために用いることができるが、これらに限定されるものではない。図40-Aは、本発明の様々な実施例によるナノワイヤコネクタ4000の例を示す。より具体的には、図40A-Aは、上記説明したように図39-Aのナノワイヤと同様な方法で配向されたELR材料を含むナノワイヤから形成されたナノワイヤコネクタ4000A示す。ここで、このナノワイヤの深さは、電流ELR材料中にループ電流を形成するのに必要なしきい値深さよりも小さい。図40B-Aは、a軸及びc軸が図39-Aのa軸及びc軸と交換される方法で配向されたELR材料を含むナノワイヤから形成されたナノワイヤコネクタ4000Bを含む。ここで、ナノワイヤの幅は、ELR材料中にループ電流を形成するのに必要なしきい値の幅より小さい。理解されるように、他のナノワイヤコネクタ4000は異なる配向のELRの材料を含むナノワイヤから形成することができる。本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤコネクタ4000は完全導体であるが、超電導体のすべての特性を示さないナノワイヤを含む。本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤコネクタ4000は、マイスナー効果を示さない完全導体であるナノワイヤを含む。本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤコネクタ4000は、ナノワイヤが完全導体として動作するが、マイスナー効果を示さないように制御された寸法パラメータを持つ、従来のHTS材料から形成されるナノワイヤを含む。本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤコネクタ4000は、ナノワイヤが完全導体として動作するが、マイスナー効果を示さないように制御された寸法パラメータを持つ、変更されたELR材1060から形成されるナノワイヤを含む。本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤコネクタ4000は、ナノワイヤが完全導体として動作するが、マイスナー効果を示さないように制御された寸法パラメータを持つ新しいELR材料から形成されるナノワイヤを含む。理解されるように、ナノワイヤのコネクタ4000は、一つの電気部品を他の電気部品（図示せず）に接続するために使用することができる。
【０２６１】
図41-Aは、本発明のいくつかの実施例のナノワイヤまたはナノワイヤのセグメントから形成することができる様々な単一ナノワイヤ輪郭4100を示している。本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤ輪郭4100Aは、3つのナノワイヤセグメント4110、すなわち、ナノワイヤセグメント4110A、ナノワイヤセグメント4110B、およびナノワイヤセグメント4110Cを含む。本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤ輪郭4100Bは、4つのセグメント、すなわちナノ4110、ナノワイヤセグメント4110A、ナノワイヤセグメント4110B、ナノワイヤセグメント4110C、およびナノワイヤセグメント4110Dを含む。本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤ輪郭4100Cは、5つのセグメント4110、すなわちナノワイヤセグメント4110A、ナノワイヤセグメント4110B、ナノワイヤセグメント4110C、ナノワイヤセグメント4110D、およびナノワイヤセグメント4110Eを含む。ナノワイヤ輪郭4100Cは、一対の輪郭の端子の位置によってナノ輪郭4100Bとは異なる。理解されるように、これらのまたは他のナノワイヤ輪郭4100において、輪郭端末の他の位置を使用すしてもよい。本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤ輪郭4100Dは、Nナノワイヤセグメント4110、すなわちナノワイヤセグメント4110A、ナノワイヤセグメント4110B、ナノワイヤセグメント4110C、およびナノワイヤセグメント4110Nを含む。本発明のいくつかの実施例では、ナノワイヤ輪郭4100の各ナノワイヤセグメント4110は、ナノワイヤのELR材料を介して互いに直接結合されてもよい。本発明のいくつかの実施例では、個々のナノワイヤのセグメント4110は、導電性材料を含む導電性金属を介して、互いに間接的に結合されてもよいが、これらに限定されるわけではない。ナノワイヤ輪郭4100（図示せず）へのリード線は、ナノワイヤから形成されてもされなくてもよい。理解されるように、ナノワイヤ輪郭4100は、様々な用途に使用することができ、このような用途に応じた様々な形状および大きさで形成してもよい。例えば、理解されるように、ナノワイヤ4100は、検出する電界および/または発生する電界を含む様々な用途を有する、いわゆる"電流ループ"を形成するために使用することができる。
【０２６２】
図42-Aは、本発明のいくつかの実施例の1つまたはそれ以上の個別のナノワイヤ輪郭4100から形成てもよい、例示のナノワイヤコイル4200を示している。個別のナノワイヤ輪郭4100は、基板や緩衝材によって互いに分離され、例えばカプラ4210によって互いに結合されてもよい。図示のように、ナノワイヤコイル4200は、ナノワイヤ輪郭4100V、ナノワイヤ輪郭4100W、ナノワイヤ輪郭4100X、ナノワイヤ輪郭4100Y、およびナノワイヤ輪郭4100Zから形成される。5つのナノワイヤ輪郭4100を含むような図42-Aに示されているが、理解されるように、ナノワイヤコイル4200は、任意の数のナノワイヤ輪郭4100を含むことができる。また、図42-Aに示さているように、ナノワイヤコイル4200は、各ナノワイヤ輪郭4100を通って同じ一般的方向（例えば、時計回りまたは反時計回り）に電流を伝導するように構成されてもよい。理解されるように、ナノワイヤコイル4200は、様々な用途に使用することができ、このような用途に応じて様々な形状および大きさで形成することができる。
【０２６３】
図43-Aは、本発明の様々な実施例に係る、一対以上のナノワイヤ輪郭4100から形成することができる差動ナノワイヤコイル4300を示している。図43-Aに示すように、ナノワイヤコイル4300は、ナノワイヤ輪郭の2ペアから形成さる。第1ペアは、ナノ輪郭4100Pとナノワイヤ輪郭4100Qを含み、第2ペアは、ナノワイヤ輪郭4100Rとナノワイヤ輪郭4100Sを含む。図43-Aには、二組のナノワイヤの輪郭4100を含むものとして示されているが、任意の数のペアは、本発明の様々な実施例に使用することができる。さらに、本発明のいくつかの実施例では、理解されるように、ナノワイヤコイル4300は一対またはそれ以上のナノワイヤ輪郭4100に加えて、単一のナノワイヤの輪郭4100を含むことができる。ナノワイヤ輪郭4100の各ペア中のナノワイヤ輪郭4100は、互いに異なる方向に電流を伝導するように（例えば、カプラ4210によって）結合されている。たとえば、図43-Aに示すように、ナノワイヤ輪郭4100Pは、ナノ輪郭4100Qとは異なる方向に電流を流す（すなわち、1つは時計回りに電流を流すが、他方は反時計回りに電流を流す）。同じことは、ナノワイヤ輪郭4100Rとナノ輪郭4100Sにも当てはまる。理解されるように、ナノワイヤコイル4300は、様々な用途に使用することができ、例えば、このような用途に応じて様々な形状および大きさで形成することができる。
【０２６４】
図44-Aは、本発明の様々な実施例に係る1つまたはそれ以上の同心のナノワイヤ輪郭4100から形成することができるナノワイヤコイル4400を示している。図44-Aに示すように、ナノワイヤコイル4400は、ナノワイヤ輪郭4100J、ナノ輪郭4100K、ナノ輪郭4100-L、ナノワイヤ輪郭4100-M、およびナノ輪郭Nを含む5つのナノワイヤ輪郭4100から形成される。図44-Aには、5つのナノワイヤ輪郭4100を含むように記載されているが、本発明のいくつかの実施例において任意の数のナノワイヤ輪郭4100が使用されてもよい。図44-Aに示すように、ナノワイヤ輪郭4100は、互いに同心であり、連続したナノワイヤ輪郭4100の大きさが減少する。例えば、ナノ輪郭4100Kは、ナノ輪郭4100J内に収まるが、ナノ輪郭4100Jよりも小さい。同様に、ナノワイヤ輪郭4100Mは、ナノ輪郭4100L内に収まるが、ナノ輪郭4100Lよりも小さい。同様に、ナノワイヤ輪郭4100Nは、ナノ輪郭4100M内に収まるが、ナノ輪郭4100Mよりも小さい。図44-Aに示すように、ナノワイヤ輪郭4100は、例えば、"スパイラル"ナノワイヤコイル4400を形成するために互いに結合されている。理解されるように、ナノワイヤコイル4400は、様々な用途に使用でき、様々な形状および大きさで形成することができる。ナノワイヤコイル4200とナノワイヤコイル4300は、本質的に三次元（すなわち、各ナノワイヤ輪郭4100は、互いに"積層"されている）と考えることができるが、ナノワイヤコイル4400は本質的に二次元である（すなわち、ナノワイヤ輪郭4100の積層ではない）と考えることができる。
【０２６５】
図45A-Aと図45B-Aは、エネルギーをエネルギーの一形態から別の形態のエネルギーに変換するために使用することができる本発明の様々な実施例に係る種々のナノワイヤ変換器4500を示す。例えば、ダイポールとして構成される少なくとも2つのナノワイヤセグメント4110を含むナノワイヤ変換器4500Aは、電磁放射をその端子間に現れる交流電圧（例えば、Vrms）に変換するために使用することができる。このモードでは、ナノワイヤ変換器4500Aは、受信機（すなわち、電磁放射を受信するまたは電磁放射に応答する）と考えることができる。逆に、ナノワイヤ変換器4500Aは、端子間に現れる交流電圧を電磁放射に変換するために使用することができる。このモードでは、ナノワイヤ変換器4500Aは、送信機（すなわち、電磁放射を送信するまたは電磁放射を伝播する）と考えることができる。
【０２６６】
別の例として、ナノワイヤ輪郭4100（ナノワイヤコイル4100と考えることもできる）を含むナノワイヤ変換器4500Bは、導体4510によって運ばれる変化する電流を検出するために使用することができる。より具体的には、導体4510によって運ばれる電流は、電磁場を発生させ、次に、物理学の周知の原理に従ってナノワイヤ変換器4500Bの端子を通って電流を生成させる。逆に、ナノワイヤ変換器4500Bの端子に印加される電流変化は、導体4510中の電流を誘導するために使用することができる。ナノワイヤ変換器4500Bの端子を通る変化する電流は、電磁場を誘導し、次に、導体4510中に電流を誘導する。
【０２６７】
さらに別の例として、ナノワイヤコイル4200を含むナノワイヤ変換器4500Cは、導体4510によって運ばれる変化する電流を検出するために使用することができる。より具体的には、導体4510によって運ばれる電流は、電磁場を発生させ、次に、物理学の周知の原理に従ってナノワイヤ変換器4500Cの端子を通って電流を生成させる。逆に、ナノワイヤ変換器4500Cの端子に印加される電流変化は、導体4510中の電流を誘導するために使用することができる。再び、ナノワイヤ変換器4500Cの端子を通る変化する電流は、ナノワイヤ変換器4500Cのループ内で電磁場を誘導し、次に、導体4510中に電流を誘導する。
【０２６８】
さらなる例として、ナノワイヤコイル4400を含むナノワイヤ変換器4500Dは、導体4510によって運ばれるに変化すると電流を検出するために使用することができる。より具体的には、導体4510によって運ばれる電流は、電磁場を発生させ、次に、物理学の周知の原理に従ってナノワイヤ変換器4500Dの端子を通って電流を生成させる。逆に、ナノワイヤ変換器4500Dの端子に印加される電流変化は、導体4510中の電流を誘導するために使用することができる。再び、ナノワイヤ変換器4500Dの端子を通る変化する電流は、ナノワイヤ変換器4500Cのループ内で電磁場を誘導し、次に、導体4510中に電流を誘導する。
【０２６９】
理解されるように、導体4510は、図45を参照して上述した本発明の実施例中において、必要ではない。実際、導体4510からまたはそれ以外からの、ナノワイヤ変換器4500の"ループ"内に存在する変化する電磁場は、ナノワイヤ変換器4500の端子を通る電流を生成する。同様に、ナノワイヤ変換器4500の端子を通る変化する電流、ナノワイヤ変換器4500のループ内に電磁場を生成する。また、理解されるように、上記で言及された"変化する電磁場"は、ナノワイヤ変換器4500のループ内の電磁場が変化するか、ナノワイヤ変換器4500の位置が電磁場に対して変化するか、および/または、導体4510によって運ばれる電流中の変化かの結果として起こるかもしれない。
【０２７０】
いくつかの実施例では、変更されたELR材料を含むナノワイヤは、以下のように説明することができる。
【０２７１】
変更されたELR材料を含むナノワイヤ。
【０２７２】
変更されたELR材料の複数の層を含むナノワイヤであって、前記ELR材料の複数の層の各層は、バッファまたは基板材料によって前記複数の層の別の層から分離されていることを特徴とするナノワイヤ。
【０２７３】
変更されたELR材料を含む第１ナノワイヤと、非ELR材料を含む第２ナノワイヤとを含む電気システムであって、前記第１ナノワイヤが前記第2ナノワイヤに結合されていることを特徴とする電気システム。
【０２７４】
長さ、幅、深さを含む三次元パラメータを有するELR材料を含むELRナノワイヤであって、前記三次元パラメータのうちの少なくとも一つは、前記ELRナノワイヤが非常に低い抵抗で動作するが、少なくとも1つのの超伝導現象を示さないような閾値より低いものであることを特徴とするELRナノワイヤ。
【０２７５】
長さ、幅、深さを含む三次元パラメータを有するELR材料と、ELR材料の適切な表面上に配置された変更する材料と、を含むELRナノワイヤであって、前記三次元パラメータのうちの少なくとも一つは、前記ELRナノワイヤが非常に低い抵抗で動作するが、少なくとも1つのの超伝導現象を示さないような閾値よりも低いものであることを特徴とするELRナノワイヤ。
【０２７６】
少なくとも一つのELRナノワイヤセグメントを含むELRナノワイヤ輪郭であって、各ELRナノワイヤセグメントが、長さ、幅、深さを含む三次元パラメータを有するELR材料を含み、前記三次元パラメータのうちの少なくとも一つは、前記ELRナノワイヤセグメントが非常に低い抵抗で動作するが、少なくとも1つのの超伝導現象を示さないような閾値より低いものであることを特徴とするELRナノワイヤ輪郭。
【０２７７】
複数のELRナノワイヤセグメントを含むELRナノワイヤ輪郭であって、前記複数のELRナノワイヤセグメントのそれぞれが、長さ、幅、深さを含む三次元パラメータと、ELR材料の適切な表面上に配置された変更する材料と、を含むELRナノワイヤセグメントを含み、前記三次元パラメータのうちの少なくとも一つは、前記ELRナノワイヤセグメントが非常に低い抵抗で動作するが、少なくとも1つのの超伝導現象を示さないような閾値よりも低いものであることを特徴とするELRナノワイヤ輪郭。
【０２７８】
少なくとも一つのELRナノワイヤ輪郭を含むELRコイルであって、少なくとも一つのELRナノワイヤ輪郭のそれぞれが、複数のELRナノワイヤセグメントを含み、前記複数のELRナノワイヤセグメントのそれぞれは、実質的に多角形を形成するために前記複数のELRナノワイヤセグメントのうちの少なくとも他のものに結合され、前記複数のELRナノワイヤセグメントのうちの少なくとも一つは、長さ、幅、深さを含む三次元パラメータを有するELR材料を含み、前記三次元パラメータのうちの少なくとも一つは、ELRナノワイヤセグメントが非常に低い抵抗で動作するが、少なくとも1つのの超伝導現象を示さないような閾値より低いものであることを特徴とするELRコイル。
【０２７９】
複数のELRナノワイヤ輪郭を含むELRコイルであって、前記複数のELRナノワイヤ輪郭のそれぞれが、複数のELRナノワイヤセグメントを含み、前記複数のELRナノワイヤセグメントのそれぞれは、実質的に多角形を形成するために前記複数のELRナノワイヤセグメントのうちの少なくとも他のものに結合され、前記複数のELRナノワイヤセグメントのそれぞれは、長さ、幅、深さを含む三次元パラメータを有するELR材料と、前記ELR材料の適切な表面上に配置された変更する材料と、前記ELR材料の適切な表面上に配置された変更する材料と、を含み、三次元パラメータのうちの少なくとも一つは、前記ELRナノワイヤセグメントが非常に低い抵抗で動作するが、少なくとも1つのの超伝導現象を示さないような閾値よりも低いものであることを特徴とするELRコイル。
【０２８０】
少なくとも1つのナノワイヤのセグメントを有するナノワイヤ変換器であって、電磁場を検出するか、または電磁場を誘起することを特徴とするナノワイヤ変換器。
【０２８１】
電磁場内に配置された少なくとも1つのナノワイヤセグメントを有するナノワイヤ変換器であって、電磁場を検出するか、または電磁場を交流電圧に変換することを特徴とするナノワイヤ変換器。
【０２８２】
交流電圧源に電気的に結合された少なくとも1つのナノワイヤセグメントを有するナノワイヤ変換器であって、交流電圧源に応答して電磁場を誘導することを特徴とするナノワイヤ変換器。
【０２８３】
第2章 ELR材料で形成されたジョセフソン接合
本章の説明は、図1〜図36と図37-A〜図46-Jを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、これらの図で使用される構成要素を参照する。
【０２８４】
図46A-A〜図46H-Aは、本発明の1つまたはそれ以上の実施例に係る様々なジョセフソン接合4600を示す（図46A-Aではジョセフソン接合4600Aとして、図46B-Aではジョセフソン接合4600Bとして、図46C-Aではジョセフソン接合4600Cとして、図46D-Aではジョセフソン接合4600Dとして、図46E-Aではジョセフソン接合4600Eとして、図46F-Aでジョセフソン接合4600Fとして、図46G-Aではジョセフソン接合4600Gとして、図46H-Aではジョセフソン接合4600Hとして記載される）。図46A-Aは、バリア4610によって分離された二つのELR導体4620を含むジョセフソン接合4600Aを示す。本発明のいくつかの実施例では、各ELR導体4620は、本発明の様々な実施例係る、改善された動作特性で動作するELR材料を含む。例えば、本発明のいくつかの実施例では、各ELR導体4620は、改善された動作特性を持つ変更されたELR材料1060を含み、本発明のいくつかの実施例では、各ELR導体4620は、改善された動作特性を持つ新しいELR材料を含む。本発明のいくつかの実施例では、各ELR導体4620は、本発明の様々な実施例に係るナノワイヤセグメント4110を備える。
【０２８５】
本発明のいくつかの実施例では、バリア4610は、ELR導体4620の間に配置され、ELR導体4620に電気的に結合されている絶縁材料を含む。これらの実施例では、バリア4610は、非常に薄く、通常は30オングストローム以下であることが理解される。本発明のいくつかの実施例では、バリア4610は、ELR導体4620との間に配置された導電性金属などの導電性材料を含む。本発明のいくつかの実施例では、バリア4610は、ELR導体4620との間に配置された強磁性金属などの導電性材料を含む。これらの実施例では、バリア4610は、絶縁材料よりも厚くてよく、通常は、数ミクロンの厚さを有することが理解される。本発明のいくつかの実施例では、バリア4610は、ELR導体4620との間に配置された、導電性金属などの半導電性材料を含む。本発明のいくつかの実施例では、バリア4610は、ELR導体4620の材料と異なるELR材料などの、他の材料（すなわち、異なる化学組成、異なる結晶構造、異なる結晶構造の配向、異なる位相、異なる粒界、異なる臨界電流、異なる臨界温度を有するなどの意味で異なる）を含むが、これらに限定されるものではない。本発明のいくつかの実施例では、バリア4610は、ELR導体4620の材料と同じELR材料を含むが、1つまたはそれ以上の機械的な態様が異なっている（すなわち、ELR導体4620の厚さと異なるELR材料の厚さ、ELR導体4620の幅と異なるELR導体4620の幅、または他の機械的な相違）。いくつかの実施例では、バリア4610は、ELR導体4620との間に形成された、部分的なまたは完全な空隙を含む。これらの実施例では、バリア4610は、空気または他の気体で満たされた空隙を含むことができる。ELR導体4620が変更されたELR材料1020を含む本発明のいくつかの実施例では、バリア4610は、変更されていないELR材料360を含んでもよい。
【０２８６】
従来のジョセフソン接合の一般的な種類は、超伝導体-絶縁体-超伝導体（"SIS"）、超伝導体-通常導体-超伝導体（"SNS"）、超伝導体-鉄強磁性金属超伝導体（"SFS"）、超伝導体-絶縁体-通常導体-絶縁体-超伝導体（"SINIS"）、超伝導体-絶縁体-通常導体-超伝導体（"SINS"）,超電導体-コンストリクション-超伝導体（"SCS"）などを含む。図46I-Aは、トンネル接合（SIS）、点接触、Daydemブリッジ（SCS）、サンドイッチ接合、種々の厚さのブリッジ、およびイオン注入ブリッジ（左から右、上から下）を含むジョセフソン接合のさまざまな例を示すが、これらに限定されるものではない。図46J-Aは、ステップエッジSNS接合、ステップエッジ粒界接合、ランプエッジ接合部、両結晶粒界接合（左から右、上から下）を含むジョセフソン接合の他の例を示すが、これらに限定されるものではない。本発明の様々な実施例によれば、上記の種類のジョセフソン接合のいずれかは、従来のジョセフソン接合の超伝導材料の代わりに、上述のような改良されたELR材料を用いて構成することができる。
【０２８７】
一般的に言えば、ジョセフソン接合4600は、いわゆるジョセフソン効果を示す。ここでは、ELR状態でELR導体4620を通って流れる電流もまた、非常に低い抵抗状態でELR導体4620の間の接合部を横切って流れることができる。ジョセフソン接合は、例えば、バリア4610を備えてもよい。バリア4610に流れる電流は、ジョセフソン電流と呼ばれる。臨界電流に達するまで、ジョセフソン電流は、非常に低い抵抗でバリア4610を通って流れることができる。しかし、バリア4610の臨界電流を超えると、電圧がバリア4610を横切って現れ、次に、この電圧は、さらに臨界電流を低減し、それによって、バリア4610を横切る大きな電圧を生成する。ジョセフソン効果は、理解されるように、様々な回路におけるジョセフソン接合4600で利用されてもよい。
【０２８８】
図46A-Aは、"ワイヤ構成"のジョセフソン接合4600の様々な実施例を示しており、理解されるように、バルク材料の導体、ワイヤ、ナノワイヤ、トレース、および、他の構成を含むが、これに限定されるわけではない。
【０２８９】
図46B-Aは、"箔構成"または"プレート構造"のジョセフソン接合4600Bを示しており、理解されるように、本発明の様々な実施例に係るバルク材料の板、箔、または他の積層構成を含むが、これに限定されるわけではない。ジョセフソン接合4600Bは、例えば、ELR導体4620のいずれか１つに入射する光子を検出するために、使用することができる。ジョセフソン接合4600Bの他の用途が存在することは理解される。
【０２９０】
図46C-Aおよび図46D-Aは、いわゆる"ワイヤ構成"のジョセフソン接合4600を示す。図46C-Aは、本発明の様々な実施例に係る改善された動作特性を示す変更されたELR材料を含むELR導体4620を含むジョセフソン接合4600Cを示す。図46C-Aに示すように、本発明のいくつかの実施例では、ジョセフソン接合4600Cの各ELR導体4620は、ELR材料3110上に積層された変更する材料2720を含む変更されたELR材料を含む。本発明のいくつかの実施例では、変更されたELR材は、基板2420上に積層されてもよい（すなわち、ELR材料は、基板2420上に積層される）。ELR導体4620は、理解されるように、変更されたELR材料の他の形態を含んでもよい。図示のように、バリア4610は、ELR導体4620の間に配置され電気的にELR導体4620と結合されている。
【０２９１】
図46D-Aは、本発明のいくつかの実施例に係る動作特性が向上されている、変更されたELR材料を含むELR導体4620を含むジョセフソン接合4600Dを示す図である。図46D-Aに示すように、本発明のいくつかの実施例では、ジョセフソン接合4600Dの各ELR導体4620は、ELR材料3110上に積層された変更する材料2720を含む変更されたELR材料を含む。本発明のいくつかの実施例では、変更されたELR材料は、基板2420上に積層されてもよい（すなわち、ELR材料は基板2420上に積層される）。理解されるように、ELR導体4620は変更されたELR材料の他の形態を含んでもよい。図示のように、バリア4610は、ELR導体4620の間に配置され、電気的にELR導体4620に結合されている。より具体的には、バリア4610はELR材料3110の層の間に配置され、変更する材料2720の連続層の下に配置されている。理解されるように、ジョセフソン接合4600Dは、例えば、製造の観点から、ジョセフソン接合4600Cによりも好ましいかもしれない。図46C-Aおよび図46D-Aに示すような本発明のいくつかの実施例では、バリア4610は、変更する材料を含むことができるが、これらに限定されるものではない。
【０２９２】
図46E-Aは、本発明の様々な実施例に係る動作特性が向上されている、変更されたELR材料を含むELR導体4620を含むジョセフソン接合4600Eを示す図である。図46E-Aに示すように、本発明のいくつかの実施例では、ジョセフソン接合4600Eの各ELR導体4620は、ELR材料3110上に積層された変更する材料2720を含む変更されたELR材料を含む。図46E-Aに示すように、バリア4610は、ELR材料3110の連続層の上に変更する材料2720の層中に割れ目（例えば、ギャップ）によって形成される。理解されるようにように、変更する材料2720中のそのようなギャップは、エッチング、ミリング、シャドーマスク、または他の処理技術を含む様々な処理技術によって形成することができる。従って、ジョセフソン接合4600Eは、変更されたELR材料を含む２つのELR導体4620から形成される（例えば、ELR材料3110の層上に変更する材料2720の層）。この変更されたELR材料は、変更する材料2720を備えていないELR材料3110の層（すなわち、変更されていないELR材料3110の層）を含むバリア4610によって分離されている。理解されるように、ジョセフソン接合4600Eは、例えば、製造の観点から、他のジョセフソン接合よりも、好ましいかもしれない。
【０２９３】
図46F-Aは、本発明の様々な実施例に係る動作特性が向上されている、変更されたELR材料を含むELR導体4620を含むジョセフソン接合4600Fを示す図である。図46F-Aに示すように、本発明のいくつかの実施例では、ジョセフソン接合4600Fの各ELR導体4620は、ELR材料3110上に積層された、変更する材料2720を含む変更されたELR材料を含む。ジョセフソン接合4600Eと同様に、ジョセフソン接合4600Fのバリア4610は、ELR材3110の連続層の上の変更する材料2720の層中のギャップによって形成される。結果として、ジョセフソン接合4600Fもまた変更されていないELR材料3110を含むバリア4610によって分離されている、変更されたELR材料を含む２つのELR導体4620から形成される。本発明のいくつかの実施例では、絶縁または緩衝材の層4630が変更する材料2720の上に積層されてもよいし、図46F-Aに示されるように、絶縁または緩衝材の層4630は、変更する材料2720の層内のギャップを埋め、それにより、さらなるバリア4610の態様を提供するかもしれない。
【０２９４】
図46G-Aは、本発明のいくつかの実施例に係る動作特性が向上されている、変更されたELR材料を含むELR導体4620を含むジョセフソン接合4600Gを示す図である。図46G-Aに示すように、本発明のいくつかの実施例では、ジョセフソン接合4600Gの各ELR導体4620は、ELR材料3110上に積層された変更する材料2720を含む変更されたELR材料を含む。ジョセフソン接合4600Eおよび4600Fと同様に、ジョセフソン接合のバリア46010は、ELR材料3110の層の上に変更する材料2720の層中のギャップによって形成される。また、ジョセフソン接合4600Gのバリア4610は、また、ELR材料3110の層中に部分的なギャップ（すなわち、機械的な深さや厚さの収縮）が含まれている。変更する材料2720の層中にギャップを生成するために使用される処理技術は、意図的にまたは意図せずに、ELR材料3110の層の下に部分的な隙間を作成することができる。結果として、ジョセフソン接合4600Gは、変更されたELR材料を含む２つのELR導体4620から形成される。この変更されたELR材料は、さらになる機械的収縮を有する変更されていないELR材料3110を含むバリア4610によって分離されている。本発明のいくつかの実施例では、絶縁材料または緩衝材料4630の層は、変更する材料2720の上に積層されてもよいし、図46G-Aに示すように、絶縁または緩衝材の層4630は、変更する材料2720の層中のギャップとELR材料3110の層中の部分的なギャップを満たし、それによって、バリア4610に対するさらなる態様を提供するかもしれない。
【０２９５】
図46H-Aは、本発明の様々な実施例に係る動作特性が向上されている、変更されたELR材料を含むELR導体4620を含むジョセフソン接合4600Hを示す図である。図46H-Aに示すように、本発明のいくつかの実施例では、ジョセフソン接合4600Hの各ELR導体4620は、ELR材料3110上に積層された変更する材料2720を含む変更されたELR材料を含む。上記のように、ジョセフソン接合4600Hのバリア4610は、変更する材料2720の層とELR材料3110の層の両方のギャップによって形成される。結果として、ジョセフソン接合4600Hは、ギャップによって分離されている、変更されたELR材料を含む２つのELR導体4620から形成される。本発明のいくつかの実施例では、絶縁または緩衝材の層4630Aは、変更する材料2720の上に積層されてもよいし、図46HAに示されるように、絶縁または緩衝材の層4630は、変更する材料2720の層とELR材料3110の層の両方のギャップを埋めることができる。
【０２９６】
本発明のいくつかの実施例では、複数のジョセフソン接合4600は、理解されるように、直列に結合されたジョセフソン接合4600の1次元配列に編成されてもよい。本発明のいくつかの実施例では、複数のジョセフソン接合4600は、理解されるように、互いに並列に結合された、直列に結合された複数のジョセフソン接合4600の1次元配列を含む、ジョセフソン接合の2次元アレイ状に編成することができる。
【０２９７】
いくつかの実施例では、変更されたELR材料を含むジョセフソン接合は、以下のように記載されたものであり得る。
【０２９８】
ジョセフソン接合であって、改良された動作特性を持つELR材料を含む第１ELR導体と、前記ELR材料を含む第２ELR導体と、前記第１ELR導体と前記第２ELR導体との間に配置されたバリア材料とを含むことを特徴とするジョセフソン接合。
【０２９９】
ジョセフソン接合であって、150Kよりも高い臨界温度を有するELR材料を含む第１ELR導体と、前記ELR材料を含む第２ELR導体と、前記第１ELR導体と第２ELR導体との間に配置されたバリア材料とを含むことを特徴とするジョセフソン接合。
【０３００】
複数のジョセフソン接合を含む回路であって、前記複数のジョセフ接合のそれぞれが、150Kよりも高い臨界温度を有するELR材料を含む第１ELR導体と、前記ELR材料を含む第２ELRの導体と、第１ELR導体と第２ELR導体との間に配置されたバリア材料とを含むことを特徴とする回路。
【０３０１】
変更されたELR材料を含む第１ELR導体と、前記変更されたELR材料を含む第２ELR導体と、前記第１ELR導体と前記第２ELR導体との間に配置されたバリア材料とを含むジョセフソン接合であって、変更されたELR材料が、前記ELR材料の第１層と、前記第１層のELR材に結合された、前記変更する材料の第２層を有し、前記変更されたELR材料が、ELR材料だけの動作特性に対して改善された動作特性を有することを特徴とするジョセフソン接合。
【０３０２】
変更されたELR材料を含む第１ELR導体と、変更されたELR材料を含む第２ELRの導体と、第１ELR導体と第２ELR導体との間に配置されたバリア材料とを含むジョセフソン接合であって、前記変更されたELR材料が、ELR材料の第１層と、前記ELR材料の前記第１層に結合された変更する材料の第２層を有し、前記変更されたELR材料が、150Kよりも高い臨界温度を有することを特徴とするジョセフソン接合。
【０３０３】
複数のジョセフ接合を含む回路であって、複数のジョセフ接合のそれぞれが、変更されたELR材料を含む第１ELR導体と、前記変更されたELR材料を含む第２ELRの導体と、前記第１ELR導体と前記第２ELR導体との間に配置されたバリア材料とを含み、前記変更されたELR材が、ELR材料の第１層と、前記第１層のELR材料に結合された変更する材料の第２と層を有し、前記変更されたELR材料が、150Kよりも高い臨界温度を有することを特徴とする回路。
【０３０４】
ELR材料の第１層と、前記ELR材料の第１層上に結合された変更する材料の第２層とを含むジョセフソン接合であって、前記第２層は、第1部分と、第2部分と、前記第1部分及び前記第2部分の間でかつ前記ELR材料の前記第１層の上に形成されたギャップとを有し、前記ELR材料の第１層に結合された変更する材料の前記第2層の前記第1部分が、変更されたELR材料の第1部分を形成し、前記変更する材料の前記第2層の前記ギャップがELR材料の変更されていない部分を提供し、前記ELR材料の変更されていない部分が前記ジョセフソン接合のバリアを形成し、前記変更されたELR材料は、ELR材料単独の動作特性よりも改善された動作特性を有することを特徴とするジョセフソン接合。
【０３０５】
ELR材料の第１層と、前記ELR材料の第１層上に結合された変更する材料の第２層とを含むジョセフソン接合であって、前記第２層は、第1部分と、第2部分と、前記第1部分及び前記第2部分の間でかつ前記ELR材料の前記第１層の上に形成されたギャップとを有し、前記ELR材料の第１層に結合された前記変更する材料の第2層の前記第1部分が、変更されたELR材料の第1部分を形成し、前記変更する材料の前記第2層の前記ギャップがELR材料の変更されていない部分を提供し、前記ELR材料の変更されていない部分が前記ジョセフソン接合のバリアを形成し、前記変更されたELR材料は、150Kよりも高い温度でELR状態で動作することを特徴とするジョセフソン接合。
【０３０６】
ELR材料の第１層と、ELR材料の第１層の上に結合された変更する材料の第2層とを含む回路であって、前記第２層は、変更する材料の複数の部分のうちの隣接する部分のペアの間に形成されたギャップを有する変更する材料の複数の部分を有し、前記変更する材料の複数の部分のそれぞれは、変更されたELR材料の部分を形成するために前記ELR材料の第1層に結合され、前記変更する材料の複数の部分のうちの隣接する部分の各ペアの間に形成された前記ギャップは、ELR材料の変更されていない部分を提供し、前記ELR材料の変更されていない部分がジョセフソン接合のバリアを形成し、前記変更されたELR材料は、150Kよりも高い温度でELR状態で動作することを特徴とする回路。
【０３０７】
ジョセフソン接合であって150Kよりも高い臨界温度を有するELR材料を含む第１ELRワイヤと、前記ELR材料を含む第２ELRワイヤと、前記第１ELRワイヤと、前記第２ELRワイヤとの間に配置されたバリア材料とを含むことを特徴とするジョセフソン接合。
【０３０８】
ジョセフソン接合であって150Kよりも高い臨界温度を有するELR材料を含む第１ELR箔と、前記ELR材料を含む第２ELR箔と、前記第１ELR箔と、前記第２ELR箔との間に配置されたバリア材料とを含むことを特徴とするジョセフソン接合。
【０３０９】
第3章 ELR材料で形成されたQUIDS（ELR量子干渉素子）
本章の説明は、図1-36と図37-A〜図53-Aを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、図に示される構成要素を参照する。
【０３１０】
図47-Aは、本発明のいくつかの実施例に係る単一ELRジョセフソン接合4600を含むELRループ4710を含むELR QUID4700（すなわち、ELR量子干渉素子）を示す。より具体的には、ELRループ4710は、ELRジョセフソン接合4600を形成するために、ループの脚内に配置された単一バリア4610を含むループ中に形成されたELR導体4620を含む。ELR QUID4700は、一般に超伝導量子干渉素子又は"SQUID"を含む他の量子干渉デバイスと同様な方法で動作する。SQUIDの動作と使用方法は、よく知られている。理解されるように、ELR QUID4700は、時々"単一接合QUID、"単接合QUID"、または"RFQUIDと呼ばれることがある。"ELRQUID4700は、本発明のいくつかの実施例に係る改善された動作特性で動作するELR材料から形成される。本発明の様々な実施例によれば、ELR QUID4700Aは、本発明のいくつかの実施例の変更されたELR材料1060を含む。ELR QUID4700Aは、本発明のいくつかの実施例の改善された動作特性を有する、開口されたELR材料を含む。ELR QUID4700Aは、本発明のいくつかの実施例の新しいELR材料を含む。
【０３１１】
一般的に言えば、理解されるように、ELR QUID4700は、ELRループ4710（すなわち、ELRループ4710によって形成された内部領域を通って、または、該内部領域に垂直に）流れる磁場を検出するために使用することができる。より具体的には、ELR QUID4700は、ELRループ4710中に電流を誘導するRF発生器に結合することができる。このようなRF発生器は、時々、ACバイアス回路5000と呼ばれ、図50-Aに示されている。ACバイアス回路5000は、RF電界を生成し、次に、ELR QUID4700のELRループ4710中に電流を誘導するために、インダクタ5010を流れる電流AC 5020を利用する。本発明のいくつかの実施例では、ELRループ4710中の電流（インダクタ5010を流れる電流5020を介して制御することができる）は、ELR QUID4700でジョセフソン接合4600のバリア4610の臨界電流にまたは少し下に保たれている。理解されるように、ELRループ4710の内部領域を通って流れる磁場は、バリア4610の臨界電流を超え、それにより、検出および/または測定することができるバリア4610の両端の電圧を生成するように、ELRループ4710に電流を引き起こす。
【０３１２】
図48A-Aは、一般的にデュアルフィードのELR QUID4800を示し、より具体的には、デュアルフィードのELR QUID4800Aを示す。ELR QUID4800Aは、本発明のいくつかの実施例に係る単一ELRジョセフソン接合4600と２つのフィード4810（時には、ELR QUID4800Aを流れる電流の入力フィード4810Aと出力フィード4810と称する）を有するELRループ4710を示す。２つのフィード4810は、ELRループ4710の各脚を流れる電流が等しくなるように、対称的にELRループ4710中に配置されている。このように、ELRループ4710は、時々、左右対称のELRループと呼ばれる。
【０３１３】
QUID4800AのELRループ4710は、ELRジョセフソン接合4600を形成するために、ループの脚内に配置された単一バリア4610を持つループ中に形成されたELR導体4620を含む。ELR QUIDs 4800は、本発明の様々な実施例に係る改善された動作特性で動作するELR材料から形成することができる。例えば、本発明のいくつかの実施例では、ELR QUID4800は、本発明のいくつかの実施例に係る変更されたELR材料1060を含み、本発明のいくつかの実施例では、ELR QUID4800は、本発明のいくつかの実施例に係る改善された動作特性を有する開口を備えたELR材料を含み、本発明のいくつかの実施例では、ELR QUID4800は、本発明のいくつかの実施例に係る新しいELR材料を含む。
【０３１４】
図48B-Aは、本発明のいくつかの実施に係るデュアルフィードELR QUID4800Bを示す。ELR QUID4800Bは、フィード4810がELRループ4710の脚4830（バリア4610を含む）に近くに配置され、ELRループ4710の脚4820から遠くに配置されるように、ELRループ4710の中心軸からオフセットされているので、ELRQUID4800Aとは異なる。このように、フィード4810は、ELRループ4710中に非対称に配置される。図示しないが、本発明の様々な実施例では、フィード4810は、フィード4810が脚4830から離れて、脚4820に近づくように配置されているように、ELRループ4710の中心軸からずれていてもよい。同様に、本発明のいくつかの実施例では（図示せず）、1つのフィードが脚4820の近くに配置され、他のフィードは脚4830から遠くに配置されてもよい。理解されるように、ELRループ4710中のフィード4810の位置は、脚4820、脚4830に流れる電流のそれぞれの流れを変え、ELR QUID4800Bの全体的な動作および/または感度を変えるかもしれない。このように、ELR QUID4800BのELRループ4710は、しばしば非対称ELRループと呼ばれる。
【０３１５】
図48C-Aは、本発明の様々な実施例に係るデュアルフィードELR QUID4800Cを示す。ELR QUID4800Cは、脚4840がELRループ4710の脚4850（バリア4610を含む）よりも広いので、ELR QUID4800Aとは異なる。このように、脚4840、4850は、別の非対称を示し、ELRのループ4710で利用することができる。図示しないが、本発明の様々な実施例では、脚4850は、脚4840よりも広くてもよい。理解されるように、ELRループ4710中の脚4840、4850の幅は、脚4840、4850に流れる電流のそれぞれの流れを変え、ELR QUID4800Cの全体的な動作、および/または、感度を変えるかもしれない。このように、ELR QUID4800CのELRループ4710は、しばしば非対称ELRループと呼ばれる。
【０３１６】
一般に言えば、、ELR QUID4800は、ELR QUID4800Aの磁束状態が変化するとき、単一パルスを生成するために使用され得る、急速単一量子磁束（"RSQF"）ロジックとして使用することができる。言い換えれば、ELR QUID4800は、ELRループ4710によって形成された内部領域を通るフィールドが変化するとき、単一パルスを生成する。理解されるようにように、ELR QUID4800によって生成されたパルスは、通常は、比較的短いパルス幅を有する。
【０３１７】
図49A-Aは、一般的に、デュアルフィードの2つのジョセフソン接合ELR QUID4900を、より具体的には、デュアルフィードの2つのジョセフソン接合ELR QUID4900Aを示す。ELR QUID4900Aは、本発明の様々な実施例に係る、2つのELRジョセフソン接合4600を持つELRループ4710と、2つのフィード4810を含む。図示のように、ELR QUID4900は、対称ループ4710を含む。ELR QUID4900AのELRループ4710は、2つのバリア4610を持つループ中に形成されたELR導体4620を含み、それぞれは、ELRジョセフソン接合4600を形成するために、ループの脚内に配置されている。ELR QUIDs 4900は、本発明の様々な実施例に係る、改良された動作特性で動作するELR材料から形成されてもよい。例えば、本発明のいくつかの実施例では、ELR QUID4900は、変更されたELR 材料1060を含み、本発明のいくつかの実施例では、ELR QUID4900は、改良された動作特性を有する開口されたELR材料を含み、本発明のいくつかの実施例では、ELR QUID4900Aは、本発明の様々な実施例に係る新しいELR材料を含む。
【０３１８】
図49B-Aは、本発明の様々な実施例に係るデュアルフィードの2つのジョセフソン接合ELR QUID4900Bを示す。ELR QUID4900Bは、図48B-Aを参照して上述したように、フィード4810がELRループ4710の中心軸からオフセットされている非対称ELRループ4710を備えている。図示しないが、本発明の様々な実施例では、フィード4810は、フィード4810が脚4830から遠く、脚4820の近くに配置されるように、ELRループ4710の中心軸からずれていてもよい。同様に、本発明のいくつかの実施例では（図示せず）、1つのフィードは、脚4820の近くに配置され、他のフィードが脚4830の近くに配置することができる。理解されるようにように、ELRループ4710中のフィード4810の位置は、各脚部4820、4830を通る電流の流れを変え、全体の動作を変更し、および/または、ELR QUID4900Bの感度を変更するかもしれない。
【０３１９】
図49C-Aは、本発明のいくつかの実施例に係るデュアルフィードの2つのジョセフソン接合ELR QUID4900Cを示す。ELR QUID4900Cは、図48C-Aに関して上述したように、脚4840、4850が互いに異なる大きさである非対称ELRループ4710を含む。図示しないが、本発明の様々な実施例では、脚部4850は、脚部4840よりも広くてもよい。理解されるように、ELRループ4710の脚4840、4850の幅は、脚4840、4850に流れる電流の各流れを変更する、全体的な動作を変更する、および/またはQUID4900Cの感度を変更してもよい。
【０３２０】
理解されるように、図49A-A〜図49C-AのELR QUIDs 4900A は、２つのジョセフソン接合4600を持つものとして示されているが、ELR QUIDs 4900Aは3つまたはそれ以上のジョセフソン接合4600含むことができる。一般的に言えば、このようなELR QUIDs 4900は、ELRセグメント5320（図53を参照して以下に詳細に説明する）と相互接続されたジョセフソン接合4600の並列アレイとして考えることができる。
【０３２１】
理解されるようにように、一般に、ELR QUID4900は、ELRループ4710によって形成された内部領域を通って流れる磁場を検出することができる。より具体的には、ELR QUID4900は、図51-Aに示すように、DCバイアス回路5100Aで使用することができる。DCバイアス回路5100は、直流電流5120をELR QUID4900のELRループ4710の各脚を通るバイアス電流を提供するために利用する。この構成では、ELR QUID4900は、時にはDC  QUID4900と呼ばれる。本発明の種々の実施例では、ELRループ4710の脚を通るバイアス電流は、ELR QUID4900中のジョセフソン接合4600のバリア4610Aの臨界電流に保持される、または、臨界電流以下に保持される。ELRループ4710によって形成された内部領域を通って流れる磁場は、ELRループ4710に電流を引き起こし、バリア4610Aの臨界電流を超えさせ、それにより、検出、および/または、測定されることができる、バリア4610の電圧を生成する。理解されるように、ELR QUIDs 4900は、一般的に、例えば、ELR QUIDs 4700よりもより磁場に敏感である。
【０３２２】
本発明の様々な実施例に係るQUID4900の構成は、図53-Aを参照して以下に説明される。理解されるように、以下の説明は、ELR QUIDs 4700、4800の様々な実施例に適用されてもよい。図53-Aに示すように、ELR QUID4900は、複数のELRセグメント5320から構成されてもよい。各ELRセグメント5320は、ナノワイヤセグメント4110の構造と類似の構造を備えてもよい。本発明のいくつかの実施例では、ELRセグメント5320は、大きな寸法を持ち、多くの場合、ナノワイヤセグメント4110の寸法に比べて、実質的に大きいかもしれない。本発明のいくつかの実施例では、ELRセグメント5320は、ナノワイヤセグメント4110を備える。本発明のいくつかの実施例では、ELRセグメント5320は、上述したようなELR材料を含む。
【０３２３】
本発明のいくつかの実施例では、ELR QUID4900は、上述したようなELR材料から形成されたフィード4810を含むことができる。本発明のいくつかの実施例では、ELR QUID4900は、ELR材料とは異なる材料から形成されたフィード4810を含むことができる。本発明のいくつかの実施例では、ELR QUID4900は、導電性材料から形成されたフィード4810を含むことができる。本発明のいくつかの実施例では、ELR QUID4900は、導電性金属から形成されたフィード4810を含むことができる。本発明のいくつかの実施例では、ELR QUID4900は、一つの材料から形成された１つのフィード4810と別の材料から形成された別のフィード4810Aを含むことができる。
【０３２４】
本発明のいくつかの実施例では、理解されるように、各種インターフェース5310（インターフェース5310A、インターフェース5310B、インターフェース5310C、インターフェイスと図示）は、ELRループ4710を形成するために、ELRセグメント5320の間に用いることができる（理解されるように、ELRループ4710中のすべてのインターフェイス5310は、便宜上図示されていない）。本発明の様々な実施例によれば、インターフェース5310は、一つのELRセグメント5320の結晶構造の配向と別のELRセグメント5320の結晶構造の配向との間で遷移を示す。
【０３２５】
ELR QUIDs 4700、4800、4900（以下ELR QUIDsとして交互に参照）は、多くの回路、および/またはアプリケーション中で見いだされる。例えば、ELR QUIDs 4700とELR QUIDs 4900の両方は、（図52-Aに図示され後述される）非常に高感度磁力を形成するために使用することができる。理解されるように、かけられた（図示せず）バイアス、増幅およびをフィードバック回路の精巧度に応じて、磁力計は、地球の磁場の十億分の一のオーダー（10-10）で検出することができるように形成してもよい。 
【０３２６】
図52A-A〜図52C-Aは、発明の様々な実施例に係る様々な勾配計（グラジオメータ）5200を示す。一般的に、勾配計5200は、磁場の変化や勾配を測定することのできる機器である。理解されるように、図52A-Aは、ループ回路5210Aのループを通る磁場を測定するためにELR QUID4700、4900を使用する勾配計5200A（磁力計5200Aとも呼ばれる）を示す。理解されるように、ELR QUID4700、4900は、磁気的にシールドされてもよい。
【０３２７】
理解されるように、図52B-Aは、ループ回路5210Bのループを通る磁場の一次導関数を測定するためにELR QUID 4700を使用する勾配計5200Bを示す。より具体的には、ループ回路5210Bの二つのループは、互いに平行で大きさが等しくなるように構成され、各ループ中に起こされる電流が均一な磁場の存在下で互いにキャンセルするように、反対に構成されている。このような構成により、ループ回路5210Bのループは、変化するフィールドで存在するようにループ間の差を取り込む。
【０３２８】
図52C-Aは、理解されるように、ループ回路5210Cのループを磁場の二次導関数を測定するためにELR QUID 4700を使用する勾配計の5200Cを示している。より具体的には、ループ回路5210Cの4つのループは、互いに平行に、大きさが等しくなるように構成され、かつ、各ループに誘起される電流が均一に変化する磁場の存在下で互いに相殺されるように示されている。このような構成により、ループ回路5210Bのループは、ループを通してフィールドの変化率を取り込む。
【０３２９】
図53-Aに本発明のいくつかの実施例に係る例示のELR QUID 5300を示す。図示のように、ELRQUID5300は、例示の交差点5310（図53に示す電位交差点5310A、電位交差点5310B、電位交差点5310C）で一緒に結合されている複数のELRセグメント5320から構成され得る。 たとえば、2つのELRセグメント5320は、電位交差点5310A、5310B、5310Cの一つを介して交差点5310を形成することができる。本発明のいくつかの実施例では、電位交差点531 0Aと電位交差点5310Cは、２つのELRセグメント5320の間に垂直な交差点を形成し、電位交差点5310Bは、2つのELRセグメント5320の間で45％の交差点を形成するが、理解されるように、他の電位交差点は可能である。1つまたはそれ以上のバリア4610（2つが図53-Aに示されている）は、ジョセフソン接合4600を形成するために、2つのELRセグメント5320の間に配置されている。また示されるように、複数のELRセグメント5320は、複数のELRセグメント5320の2つの間に配置された少なくとも1つのバリア4610を有するループ4710を形成する。
【０３３０】
本発明のいくつかの実施例では、二つまたはそれ以上のELR QUIDsは、並列に互いに結合されてもよい。本発明のいくつかの実施例では、二つまたはそれ以上のELR QUIDsは、直列に結合されてもよい。本発明のいくつかの実施例では、二つまたはそれ以上のELR QUIDsが直列に結合され、かつ、他のELR QUIDのうちの少なくとも一つとと並列に接続されてもよい。本発明のいくつかの実施例では、ELR QUIDsのNM行列は、NM行列内の様々なフィールドを検出、計測および/または、位置づけることができるセンサーマトリクスとして表面（平面など）に形成されていてもよい。本発明のいくつかの実施例では、ELR QUIDsのNM行列の格子は、NM行列の容積内の様々なフィールドを検出、計測、および/または、位置づけることができるセンサ格子として形成されてもよい。理解されるように、ELRQUIDsの様々な他の構成が形成されてもよい。
【０３３１】
この感度のために、ELR QUIDsは、材料のサセプタンスを測定するために、金属中の欠陥を非破壊で評価するために、地球物理学的測量のために、磁気顕微鏡観察のために、生物測定のために、使用することができる。本発明のいくつかの実施例に係るELR QUIDsによって利用される改善されたELR材料の特性は、測定される試料が低温より高くに維持しなければならない医療分野、精神診断分野、他のアプリケーション分野におけるELR QUIDsの広範な使用を可能にする。
【０３３２】
いくつかの実施例では、変更されたELR材料を含むQUIDは、以下のように説明することができる。
【０３３３】
改良された動作特性を有するELR材料と、ジョセフソン接合とを有するELRループを含むことを特徴とするELRQUID。
【０３３４】
150Kよりも高い臨界温度を有するELR材料と、バリア材料とを含むELRループを含むELR QUIDであって、前記ELR材料と前記バリア材料が前記ELRループ内に少なくとも1つのジョセフソン接合することを特徴とするELR QUID。
【０３３５】
ELRループを形成するように配置され、150Kよりも高い臨界温度を有するELR材料から形成された複数のELRセグメントと、前記複数のELRセグメントのうちの２つ間に配置され、前記ELRループ中にジョセフソン接合を形成するためのバリアと、を有することを特徴とするELR QUID。
【０３３６】
ELRループを含むELR QUIDであって、前記ELRループは、変更されたELR材料とジョセフソン接合を含み、前記変更されたELR材料は、ELR材料の第1層と、前記第1層の前記ELR材料に結合されている、変更する材料の第2層とを有し、前記変更されたELR材料は、前記ELR材料単独の動作特性よりも改善された動作特性を有することを特徴とするELR QUID。
【０３３７】
ELR QUIDであって、150Kよりも高い臨界温度を有する変更されたELR材料とバリア材料とを含むELRループを含み、前記ELR材料と前記バリア材料は、前記ELRループ内に少なくとも1つのジョセフソン接合を形成し、前記変更されたELR材料は、ELR材料の第１層と、前記第1層のELR材料に結合された変更する材料の第２層とを含むことを特徴とするELR QUID。
【０３３８】
ELR QUIDであって、前記ELR QUIDは、ELRループを形成するように配置された複数のELRセグメントを有し、前記ELRセグメントは、変更されたELR材料から形成され、前記変更されたELR材料は、ELR材料の第1層と、前記第1層の前記ELR材料に結合された、変更する材料の第２層とを含み、前記変更されたELR材料は、前記ELR材料単独の動作特性よりも改善された動作特性を有する、ことを特徴とするELR QUID。
【０３３９】
非対称ELRQUIDであって、ELR材料とジョセフソン接合とを含むELRループ含み、前記ELR材料が改善された動作特性を有し、前記ELRループは、第1脚と第2脚とを有し、前記第1脚は前記第2脚よりも多くの電流を運ぶことを特徴とする非対称ELRQUID。
【０３４０】
変更されたELR材料と、ジョセフソン接合と、ELR QUIDに結合されたインダクタと、を含む回路であって、前記インダクタを通って流れる交流電流は、前記ELR QUIDのELRループ中に電流を誘導する、ことを特徴とする回路。
【０３４１】
回路であって、前記回路は、変更されたELR材料と、ジョセフソン接合と、を含むELRループとを備えるELR QUIDを含み、前記ELR QUIDは、前記ELRループに電流を誘導する少なくとも1つのフィードと、前記フィードを通って前記ELR QUIDに前記電流を供給する電源と、検出される電流を検出し、前記ELR QUID中に誘導された電流を誘導する入力コイルとを、含むことを特徴とする回路。
【０３４２】
マグネトメータであって、前記マグネトメータは、変更されたELR材料、ジョセフソン接合とを含むELRループと、インダクタと、前記インダクタに結合された検出ループとを備えるELR QUIDを含み、前記検出ループを通って流れるフィールドは、前記インダクタに電流を供給し、前記インダクタを通る前記電流は、前記ELR QUIDの前記ELRループ中に第2電流を誘導することを特徴とする回路。
【０３４３】
ELR QUIDを含む勾配計であって、前記ELR QUIDは、変更されたELR材料及びジョセフソン接合を有するELRループと、インダクタ及び前記インダクタに結合された第１ループと、前記第1ループ及び前記インダクタに接続された第2ループとを有する検出回路と、を備えており、前記第１ループは、実質的に前記第２ループと同じ大きさであり、前記第１ループは、前記第２ループと平行であり、前記第１ループは、前記第２ループの同心軸に沿って配置され、前記第１ループは、前記第2ループ方向と反対の方向に前記同心軸の周りに巻かれており、前記第１ループと前記第2ループは、前記インダクタに電流を供給し、前記電流は、前記第１ループを通って流れるフィールドと、前記第２ループを通って流れるフィールドとの間の差に相当し、前記インダクタを通る電流は、前記ELR QUIDの前記ELRループ中に第２電流を誘導することを特徴とする勾配計。
【０３４４】
ELR QUIDを含む勾配計であって、前記ELR QUIDは、変更されたELR材料およびジョセフソン接合を有するELRループを備えるELR QUIDと、インダクタ、前記インダクタに結合された第１ループ、前記第1ループに結合された第２ループ、前記第２ループに結合された第３ループ、前記第３ループおよび前記インダクタに結合された第４ループ、を含む検出回路と、を含み、前記第1ループ、前記第２ループ、前記第３ループ及び前記第４ループは、実質的に同じ大きさであり、前記第1ループ、前記第２ループ、前記第３ループ及び前記第４ループは、実質的に互いに平行であり、前記第1ループ、前記第２ループ、前記第３ループ及び前記第４ループは、同心軸を共有し、前記第1ループは、前記第２ループの方向と反対方向に、前記同心軸の周りに巻かれており、前記第３ループは、前記第４ループの方向と反対方向に、前記同心軸の周りに巻かれており、前記第1ループ、前記第２ループ、前記第３ループ及び前記第４ループは、前記インダクタに電流を供給し、前記電流は、第1差分と第2差分との間の差分に対応し、前記第1差分は、前記第1ループを通って流れるフィールドと、前記第２ループを通って流れるフィールドとの間の差に相当し、前記第２差分は、前記第３ループを通って流れるフィールドと、前記第４ループを通って流れるフィールドとの間の差に相当し、前記インダクタを通る電流は、前記ELR QUIDの前記ELRループ中に第２電流を誘導することを特徴とする勾配計。
【０３４５】
互いに直列に結合された複数のELR QUIDsを含む回路であって、前記複数のELR QUIDsのそれぞれは、変更されたELR材料とジョセフソン接合とを含むELRループを含むことを特徴とする回路。
【０３４６】
互いに並列に結合された複数のELR QUIDsを含む回路であって、前記複数のELR QUIDsのそれぞれは、変更されたELR材料とジョセフソン接合とを含むELRループを含むことを特徴とする回路。
【０３４７】
互いに並列に結合されたELR QUIDを複数個だけ直列に並べたELR QUIDsアレイを含む回路であって、前記ELR QUIDsアレイのそれぞれは、互いに直列に結合された複数のELR QUIDsを含み、前記複数のELR QUIDsは、変更されたELR材料とジョセフソン接合とを含むELRループを含むことを特徴とする回路。
【０３４８】
互いに直列に結合されたELR QUIDを複数個だけ並列に並べたELR QUIDsアレイを含む回路であって、前記ELR QUIDsアレイのそれぞれは、互いに並列に結合された複数のELR QUIDsを含み、前記複数のELR QUIDsは、変更されたELR材料とジョセフソン接合とを含むELRループを含むことを特徴とする回路。
【０３４９】
N行M列のELR QUIDsからなるELR QUIDマトリックスを含む回路であって、各ELR QUID、変更されたELR材料と、ジョセフソン接合とを含むELRループを含むことを特徴とする回路
【０３５０】
ある容積内に配置されたELR QUID格子を含む回路であって、前記ELR QUIDは、各マトリックス中に間隔をあけて配置された、ELR QUIDsの N行M列からなるLマトリックスからなり、前記ELR QUIDのそれぞれは、変更されたELR 材料とジョセフソン接合とを含み、前記変更されたELR材料は、ELR材料の第1層と、前記第１層の前記ELR材料に接続された、変更する材料の第2層とを含み、前記変更されたELR材料は、前記ELR材料単独の動作特性よりも改善された動作特性を有することを特徴とする回路。
【０３５１】
第4章 ELR材料で形成された医療機器
本章の説明は、図1〜図36と図37-A〜図59-Aを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、これらの図に記載の構成要素を参照する。
【０３５２】
ELR QUIDsは、その感度のために、材料のサセプタンスを測定するために、金属中の欠陥非破壊で評価するために、地球物理学的測量のために、磁気顕微鏡観察のために、生物測定のために、使用することができる。本発明のいくつかの実施例に係るELR QUIDsによって利用される、改善されたELR材料の特性は、測定される試料が低温より高くに維持しなければならない医療分野、精神診断分野、他のアプリケーション分野におけるELR QUIDsの広範な使用を可能にする。
【０３５３】
図54-Aは、本発明の様々な実施例に係る例示のMRIシステム5410を示す。本発明のいくつかの実施例では、MRIシステム5410は、入力デバイス5413、コントロールパネル5414、表示画面5416を制限なしに含むことができるオペレータコンソール5412から制御することができる。本発明のいくつかの実施例では、入力デバイス5413は、マウス、ジョイスティック、キーボード、トラックボール、タッチ活性化スクリーン、光ワンド、音声制御、または類似のまたは同等の入力デバイスを制限無しに含むことができるし、インタラクティブな幾何学的処方のために使用することができる。
【０３５４】
本発明のいくつかの実施例では、オペレータコンソール5412は、リンク5418を介してオペレータが表示画面5416上の画像の生成および表示を制御することを可能にする、別のコンピュータ・システム5420との通信する。本発明のいくつかの実施例では、コンピュータシステム5420は、バックプレーン5420Aを介して互いに通信する多くのモジュールを含んでいる。これらのモジュールは、限定なしに、画像データアレイを記憶するためのフレームバッファとして当技術分野で知られている、画像プロセッサ・モジュール5422、CPUモジュール5424、メモリモジュール5426を含むことができる。本発明のいくつかの実施例では、コンピュータシステム5420は、ディスク記憶装置5428と画像データやプログラムを記憶するためのテープドライブ5430に連結されている。
【０３５５】
本発明のいくつかの実施例では、コンピュータシステム5420は、高速シリアルリンク5434を通して別のシステム制御5432と通信する。本発明のいくつかの実施例では、システム制御5432は、バックプレーン5432aによって互いに接続されている一組のモジュールを含む。これらのモジュールは、シリアルリンク5440を介してオペレータ・コンソール5412に接続し、システムコントロール5432はオペレータから実行すべきスキャンシーケンスを指示するコマンドを受け取ることができる、CPUモジュール5436Aとパルス発生器モジュール5438Aを限定なしに含むことができる。本発明のいくつかの実施例では、パルス発生器モジュール5438は、所望の走査シーケンスを実行するために、システムコンポーネントを操作し、生成されるRFパルスのタイミング、強度及び形状を示すデータと、データ取得ウィンドウのタイミング及び長さを生成する。パルス発生器モジュール5438は、スキャン中に生成される勾配パルスのタイミング及び形状を指示する傾斜増幅器5442のセットに接続されている。本発明のいくつかの実施例では、パルス発生器モジュール5438もまた、患者に取り付けられた電極からのECG信号等、患者に接続されたいくつかの異なるセンサからの信号を受信し、生理的取得コントローラ5444から患者データを受信することができる。本発明のいくつかの実施例では、パルス発生器モジュール5438は、患者及び磁石システムの状態に関連する各種センサから信号を受信するスキャンルームインタフェース回路5446に接続されている。本発明のいくつかの実施例では、患者位置決めシステム5448は、スキャンルームインタフェース回路5446を介して、スキャンのために患者を所望の位置に移動させるコマンドを受信することができる。本発明のいくつかの実施例では、患者位置決めシステム5448は、データを収集の間に、患者が連続的又は段階的に移されるように、患者の位置を制御してもよい。
【０３５６】
本発明のいくつかの実施例では、パルス発生器モジュール5438によって生成された勾配波形は、GX、GY、及びGzアンプを有する勾配増幅器5442に印加される。各傾斜増幅器5442は、空間的に取得された信号を符号化するために使用される磁場傾斜を生成するために、一般的に指定された傾斜コイルアセンブリ5450内の物理的に対応する傾斜コイルを励起させる。本発明のいくつかの実施例では、傾斜コイルアセンブリ5450は、偏光磁石5454及び全身RFコイル5456を備える磁石アセンブリ5452の一部を形成するかもしれない。本発明の実施例では、コントロールシステム5432中の送受信モジュール5458は、送信/受信スイッチ5462によって全身RFコイル5456に結合されているRFアンプ5460により増幅されたパルスを生成する。患者内の励起された原子核によって放出された得られる信号は、同一の全身RFコイル5456によって検出され、送信/受信スイッチ5462を介してプリアンプ5464に結合されてもよい。増幅されたMR信号は、復調され、フィルタ処理され、送受信器モジュール5458の受信部でディジタル化される。送信/受信スイッチ5462は、送信モード時に、RF増幅器5460を全身RFコイル5456に電気的に接続するためにおよび受信モード時に、プリアンプ5464を全身RFコイル5456に0を電気的に接続するために、パルス発生器モジュール5438からの信号によって制御される。本発明のいくつかの実施例では、送信/受信スイッチ5462はまた、送信モードまたは受信モードのいずれかで使用できるようにするために、RFコイル（例えば、表面コイル）を分離することを可能にしてもよい。
【０３５７】
全身RFコイル5456によって撮像されたMR信号は、送受信器モジュール5458によってディジタル化され、システム制御部5432中のメモリモジュール5466に転送される。スキャンは、未処理のk空間データのアレイがメモリモジュール5466に取得されたときに完了する。この未処理のk空間データは、再構成すべき画像ごとに別々のk空間データアレイ中に再配置され、再配置された各々は、アレイプロセッサ5468に入力されて、データのフーリエ変換を行い、画像データのアレイに入れる。この画像データは、シリアルリンク5434を介してコンピュータシステム5420へ搬送され、ディスクストレージ5428Aなどのメモリ中に記憶される。オペレータコンソール5412から受け取ったコマンドに応答して、この画像データは、テープドライブ5430などの長期記憶装置にアーカイブしてもよいし、さらに、画像プロセッサ54によって処理されて、オペレータ・コンソール5412に搬送され、ディスプレイ5416を介して提示されてもよい。
【０３５８】
本発明の様々な実施例は、MRIシステム5410、または磁気共鳴画像を得るための類似のまたは同等のシステムと共に使用するのに適した方法およびシステムを含む。
【０３５９】
図55A-Aは、本発明の様々な実施例に係る変更されたELR材料、開口されたELR材料、および/または新しいELR材料を含む種々のELR材料を使う例示的なMRI磁石5500A、5500Bを示している。磁石5500A、5500Bは、磁場B0を発生する。MRI処理の間に、磁場B0は、被験者の体内組織内に分散している被験者（例えば、人体など）の特定の原子が整列させる。いくつかの実施例では、被験者は、被験者が磁石5500を通って配置されるように（例えば、"閉じた"MRIアプリケーション）、磁場B0に対して実質的に平行な経路に沿って配置することができる。いくつかの実施例では、被験者は、被験者が磁石5500の間に配置されるように（例えば、"開いた"MRIアプリケーション）、磁場B0に対して実質的に垂直な経路に沿って配置されることができる。
【０３６０】
図55A-A、図55B-Aおよび図55C-Aには、一対のMRI磁石5500が示されているが、理解されるように、任意の数の磁石を使用することができる。また、図の5500には、トロイダル形状としてのMRI磁石5500が記載されているが、理解されるように、他の構成を使用してもよい。
【０３６１】
図55B-Aは、本発明の様々な実施例に係るMRI磁石5500A、5500Bの断面とそれらが発生する磁場B0を示している。
【０３６２】
図55C-Aは、本発明の様々な実施例に係る磁石5500Aの一部分の断面を示す。本発明のいくつかの実施例では、磁石5500Aは、ハウジング5520、ELR材料5510、電源（図55C-Aに図示せず）に連結されたスイッチ5530を含むことができるが、これに限定されるものではない。
【０３６３】
本発明のいくつかの実施例では、ELR材料の巻線5510は、ハウジング5520の周りに作られる。本発明のいくつかの実施例では、ハウジング5520は、ELR材料5510の巻線を含む空洞を含んでもよい。本発明のいくつかの実施例では、ハウジング5520は、ELR材料5510の巻線を含むハウスかあるいは他のものである。
【０３６４】
本発明のいくつかの実施例では、スイッチ5530は、ELR材料5510に電流を供給する電源に連結され、それによって、磁場B0を生成することができる。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料5510は、テープまたはワイヤとして構成することができる。いくつかの実施例では、ELR材料は、ナノワイヤのセグメント4110のような複数のナノワイヤセグメントとして構成することができる。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料5510は、ナノワイヤコイル4200、4300、および/または4400のようなナノワイヤコイルとして構成されてもよいが、これらに限定されるものではない。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料5510は、本発明の様々な実施例に係る変更されたELR材1060、開口されたELR材料、および/または他の新しいELR材料を含むことができる。
【０３６５】
本発明のいくつかの実施例では、磁石5500は、極低温より高い温度で動作するように改良された動作特性で動作する。本発明のいくつかの実施例では、磁石5500は、150Kよりも高い温度で動作するように改良された動作特性が動作する。いくつかの実施例では、磁石5500は、磁場B0を生成してもよい。極低温に冷却せずに、少なくとも1.0T、1.5T、3.0T、4.5T、または6.0Tより大きいの磁束密度を有する。
【０３６６】
図56-Aは、本発明の様々な実施例によれば、MRI磁石アセンブリ5000の断面図を示す。MRI磁石アセンブリ5000は、図50-Aに、トロイダルボア型磁石アセンブリとして示されているが、理解されるように、螺旋、楕円形、または他の形状のような他の構成も、使用することができる。例えば、ELR材料と磁石を用いてオープンまたはポータブルMRI構成が使用されてもよい。
【０３６７】
本発明の様々な実施例によれば、MRI磁石アセンブリ5600は、ELR材5610、ハウジング5620、絶縁膜5630、空洞5640、コールドヘッド5650、および開口5660Aを含むことができるが、これらに限定されるわけではない。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料5610Aは、本発明の様々な実施例に係る変更されたELR材料1060、開口されたELR材料、および/または、新たなELR材料を含むかもしれない。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料5610は、テープまたはワイヤとして構成することができる。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料5610は、複数のナノワイヤセグメント4110などのナノワイヤとして構成することができる。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料5610は、ナノワイヤコイル4200、4300、および/または4400のようなナノワイヤコイルとして構成することができる。
【０３６８】
本発明のいくつかの実施例では、ELR材料5610は、ハウジング5620のキャビティ（空洞）5640内に配置される。本発明のいくつかの実施例では、キャビティ5640は、磁石5610が冷却液中に浸漬されるように、冷却剤で充填されている。本発明のいくつかの実施例では、冷却剤は、極低温冷却剤または非極低温冷却剤を含んでもよい。これらの実施例では、コールドヘッド5650は、理解されるように、冷却剤を維持するための構造を含む。本発明のいくつかの実施例では、キャビティ5640は、ガス（例えば、周囲空気又は他のガス）又は液体（例えば、水、二酸化炭素、アンモニア、フロン（TM）、水-グリコール混合物、水−ベタイン混合物、又は他の液体）又は他の冷却剤のような冷却剤によって充填されてもよい。
【０３６９】
本発明のいくつかの実施例では（図56-Aに示さない）、磁石5610は、固体材料内または上に配置することができる。
【０３７０】
本発明の様々な実施例によれば、ELR材料5610は、極低温よりも高い温度で動作するような、改良された動作特性で動作する。本発明のいくつかの実施例では、ELR材料5610は、150K以上の温度動作するような、改良された動作特性で動作する。したがって、MRI磁石アセンブリ5100は、極低温冷却剤なしに、極低温冷却剤（例えば、液体ヘリウム、液体窒素、または他の極低温冷却剤）を使用して動作する従来の超伝導磁石の磁場と実質的に同等またはそれよりも優れている磁場B0を生成する可能性がある。本発明のいくつかの実施例では、MRI磁石アセンブリ5100は、液体ヘリウムまたは液体窒素などの極低温冷却剤を使用して動作する従来の超電導磁石と実質的に匹敵する磁場B0を発生する。
【０３７１】
図57-Aは、本発明の様々な実施例に係る例示のMRI回路5700を示すブロック図である。本発明のいくつかの実施例によると、MRI回路5700は、変換器4500、フィルタ5702、アナログ-デジタル変換器（ADC）5704、デジタルアップ変換器（DUC）5706、フィルタ5708、プロセッサ/検出器5710、フィルタ5712、デジタル・ダウン・変換器（DDC）5714、デジタルイコライザ5716、デジタル-アナログ変換器（DAC）5718、高出力増幅器（HPA）5720を含んでもよいが、これらに限定さるわけではない。
【０３７２】
本発明のいくつかの実施例では、理解されるようにように、フィルタ5702、5708、ADC 5704及びデジタルアップ変換器5706は、レシーバ回路として構成することができる。同様に、本発明のいくつかの実施例では、フィルタ5712、デジタルダウン変換器5714、デジタルイコライザ5716、DAC 5718、HPA 5720は、送信回路として構成することができる。本発明のいくつかの実施例では、理解されるように、前述の受信回路と送信回路は、送受信器回路として構成することができる。
【０３７３】
本発明のいくつかの実施例では、1つまたは複数のコンポーネント、または、受信回路、送信回路、又は送受信器回路の1つまたはそれ以上のコンポーネントの1つまたはそれ以上のエレメント（例えば、相互接続など）は、変更されたELR材料1060、開口されたELR材料、および/または新しいELR材料などの改良されたELR材料を含む（すなわち、改良されたELR材料から構成される）ことができる。本発明のいくつかの実施例では、改良されたELR材料は、ELRナノワイヤとして構成することができ、複数のナノワイヤセグメント4110を含むことができる。本発明のいくつかの実施例では、ADC 5704は、1つまたはそれ以上のELR QUIDs（例えば、ELR QUID4700、ELR QUID4800、ELR QUID4900）を使用するELR QUID検出器等の低ノイズで高感度なデジタイザフロントエンドを含むことができる。いくつかの実施例では、MRIでQUID検出器を使用すると、RF検出の分解能が増加する。いくつかの実施例では、高Q ELRフィルタを使用すると、挿入損失と帯域幅が減少し、SNRが向上する。いくつかの実施例では、ELR QUID検出器は、低ノイズ増幅器を必要としないほど十分な感度を備える。
【０３７４】
本発明のいくつかの実施例では、プロセッサ5710は、変換器4500によって誘起された電圧を受信するように構成されてもよい。プロセッサ5710は、ELR状態で動作する受信回路および/または送信回路の様々なコンポーネント（コンポーネントは、改良されたELR材料で形成されてもよい）に基づいて情報を処理するように構成されてもよい。このことは、信号処理速度を向上させ、それにより、スキャン時間を短縮させることができる。本発明のいくつかの実施例では、プロセッサ5710は、RFパルスを生成するために、変換器4500に供給される電圧を制御するように構成されてもよい。
【０３７５】
図58-Aは、本発明の様々な実施例に係るMRI装置5800の断面図を示している。本発明のいくつかの実施例によると、MRI装置5800は、ハウジング5802、磁石5810、傾斜磁場コイル5820、RFコイル5830、磁石ボア5860、回路5870、RFコイル制御部5875、傾斜コイルコントローラ5880、およびコンピュータデバイス5890を含むが、これらに限定されるものではない。本発明のいくつかの実施例では、回路5870は、図57-Aに示される1つまたはそれ以上のコンポーネント、および/又は、1つまたはそれ以上の回路5700のエレメントを含むことができる。本発明のいくつかの実施例では、コンピュータデバイス5890は、RFコイル制御部5875、傾斜コイル制御部5880Aおよび回路5870に結合することができる。コンピュータデバイス5890は、RFコイル制御部5875と傾斜コイル制御部5880を介して、傾斜磁場コイル5820および/またはRFコイル5830によって放出された電磁場を制御することができる。本発明のいくつかの実施例では、コンピュータデバイス5890は、コントロール回路5870を制御する。
【０３７６】
本発明のいくつかの実施例では、MRI装置5800の様々なコンポーネントは、本明細書に記載の改良されたELR材料を使用することができる。例えば、磁石5810、傾斜磁場コイル5820、RFコイル5830、および/または回路5870は、本明細書に開示された、改良されたELR材料を用いることができる。
【０３７７】
本明細書に開示される改良されたELR材料などを使用するさまざまなコンポーネントを含むことにより、MRI装置5800は、改良されたELR材料を使用していない従来のMRIスキャナよりも優れた性能を達成することができる。例えば、MRI装置5800は、改善されたSNR、高い解像度、単純化された信頼性の高い冷却、小型化、被験者のための大きな開口（磁石ボア5860）、及び、より高いエネルギー効率を達成することができる。
【０３７８】
本発明のいくつかの実施例では、磁石5810は、本発明の様々な実施例に係るこのような変更されたELR材料1060、開口を備えたELR材料、および/または、新たなELR材料として、改良されたELR材料を含んでいてもよい。本発明のいくつかの実施例では、磁石5810は、図55C-Aに示される磁石5500Aを含むことができる。
【０３７９】
本明細書に記載の様々な改良されたELR材料を使用することによって、磁石5810は、従来のMRI磁石よりも改善された動作特性を示す。前述のように、このような改善された動作特性は、高温で0.5T〜3.0T以上の磁気強度を供給する動作を含む。高温度で動作することにより、磁石5810は、小さな冷却システムを必要とし、あるいは、まったく冷却システムを必要としないので、それによって、MRI装置5800のコンパクトな設計と少ない運用コストが容易に得られる。例えば、冷却システムに必要な空間少なくすると、被験者が配置されるより大きな開口を可能にする。このやり方では、多くの開口システム、従って、担架上の多くの患者を走査することができる。例えば、被験者を横たえる担架または他の構造は、被験者を走査するために、車輪が付いていてもよいし、MRI装置5800の内部に配置されてもよいし、あるいは、MRI装置自身に車輪が付いていて担架の近くに配置されてもよい。磁石5810を使用すると、大きな開口が容易に得られるので、MRI装置5800は、従来のMRIスキャナの硬いテーブルに限定される必要はない。
【０３８０】
本発明のいくつかの実施例では、傾斜磁場コイル5820は、本発明の様々な実施例に係る変更されたELR材料1060、開口されたELR材料、および/または、新たなELR材料などの改良されたELR材料を含んでいるかもしれない。本明細書に開示さている様々な改良されたELR材料を使用することにより、傾斜磁場コイル5820は、従来の傾斜コイルに対して改善された動作特性を示す。本発明のいくつかの実施例では、RFコイル5830は、本発明のいくつかの実施例に係る変更されたELR材料1060、開口されたELR材料、および/または、新たなELR材料などの改良されたELR材料を含んでいてもよい。本明細書に開示された様々な改良されたELR材料を使用することによって、RFコイル5830は、従来のRFコイルに対して改善された動作特性を示す。例えば、改良されたELR材料、傾斜磁場コイル5820、および/または、RFコイル5830を使用すると従来のコイルに対して、抵抗損失を低減または排除し、選択性と解像度を高めることができる。
【０３８１】
本発明のいくつかの実施例では、RFコイル5830は、変換器4500などの本明細書に開示された様々な変換器を含むことができる。
【０３８２】
本発明のいくつかの実施例では、回路5870は、1つまたはそれ以上のELR QUIDs（例えば、QUIDELR 4700、QUID4800、ELRQUID4900）を使用するELR QUID検出器を含むことができる。いくつかの実施例では、MRIにELR QUID検出器を使用すると、RF検出部の分解能と解像度が増加する。いくつかの実施例では、高Q ELRフィルタを使用すると、挿入損失と帯域幅が減少し、SNRが向上する。
【０３８３】
いくつかの実施例では、改良されたELR材料の使用（例えば、上記説明したもの）から得られる、高められた送信及び検出機能は、低いフィールド（例えば、0.5T未満）でMRIの使用を容易にするが、従来の低磁場MRIよりも高い解像度を達成する。これらの実施例では、低磁場MRIは、持ち運びやすさ、大きくて制限の少ない測定場、化学シフトの削減、劇的に低いシステムコストを可能にする。化学シフトは、解剖学的構造の固有の磁気遮蔽に起因する共振周波数の変化を指す。分子構造と電子軌道の特性は、主磁場を遮蔽し、磁気共鳴スペクトルの明確なピークを生じるフィールドを生成する。プロトンスペクトルの場合には、ピークは、水と脂肪であり、乳房撮影、の場合にはシリコン材料である。脂肪中のプロトンの約3.5ppm（parts per million）と、シリコン中のプロトンの5.0ppmの低い周波数が発生し、水中のプロトンの共鳴周波数と比べられる。共振周波数は、磁場強度に比例して直線的に増加するので、脂肪と水の共鳴の差の絶対値もまた増加し、化学シフトのアーチファクトの影響を受けやすい高い電界強度の磁石を作る。従って、高解像度を維持するが低電界のMRIを使用すると、化学シフトの影響を低減または除去することができる。
【０３８４】
本発明のいくつかの実施例では、低磁場MRIは、傾斜コイル5820、および/または、RFコイル5830の密接に結合された構成要件を緩和し、それにより、被験者がスキャンされている筐体を開放する。これらの実施例では、MRI装置5800は、担架や被験者を運ぶ他の構造を囲むように、車輪が付いている／配置されているような持ち運び可能なものであってもよい。理解されるように、担架、または他の構造は、MRI不活性材料から作られてもよい。
【０３８５】
図59-Aは、本発明の様々な実施例に係る携帯型MRI装置システム5900を示している。本発明のいくつかの実施例では、携帯型MRI装置システム5900は、携帯型MRI装置5910、センサ5920、QUID検出部5930、磁石5950、傾斜磁場コイル5960、RFコイル5970を含むことができるが、それらに限定されるものではない。本発明のいくつかの実施例では、ELR QUID検出器5930（例えば、QUIDELR 4700、4800、4900）は、改良されたELR材料を用いるので、それによって上記記載されたような改良された動作特性を有する。いくつかの実施例では、コンピュータデバイス5940は、磁石5950からの磁場を制御する。いくつかの実施例では、コンピュータデバイス5940は、傾斜磁場コイル5960からの傾斜場を制御する。いくつかの実施例では、コンピュータデバイス5940は、RFコイル5970からの励起パルスを制御する。
【０３８６】
本発明のいくつかの実施例では、コンピュータデバイス5940は、磁石5950とELR QUID検出器5930を結合することができる。本発明のいくつかの実施例では、コンピュータデバイス5940は、磁石5950が低磁場MRIスキャン用の磁場を発生させるのを可能にする。本発明のいくつかの実施例では、磁石5950は、ELR QUID検出部5930の感度によって促進される約0.5テスラ未満の低強度の磁場を生成する低強度の磁石を含むことができる。本発明のいくつかの実施例では、傾斜磁場コイル5960は、傾斜磁場を生成し、被験者の特定の原子の位置を可能にすることができる。本発明のいくつかの実施例では、RFコイル5970は、被験者の原子共鳴信号を引き起こす励起パルスを生成することができる。
【０３８７】
本発明の様々な実施例によれば、センサ5920は、磁石5950によって生成される低強度の磁場により引き起こされる共鳴信号を検出する、磁力計、傾斜計、磁束変圧器、又は他の検出コンポーネント含むことができるが、これらに限定されるものではない。ELR QUID検出部5930は、理解されるように、検出された信号を受信し、処理することができる。
【０３８８】
SQUID検出器を使用する従来の装置と同様に、携帯用のMRI装置5910は、ELR QUID検出器5930を冷却するために極低温の冷却剤/クーラーを使用する必要はない。従って、このような高画質、低コスト、メンテナンスが容易な携帯用のMRI装置5910は、極低温くーらーを必要とせず、簡単に移動可能なものであるかもしれない。
【０３８９】
図59-Aに示されたように、例えば、携帯型MRI装置5910は、担架、検査台、壁/床/天井などの構造物5902に隣接して配置されてもよいが、これらに限定されわけではない。本発明のいくつかの実施例では、携帯型MRI装置5910は、堅固な構造5902に接続されている。他の実施例では、携帯型MRI装置5910は、構造体5902の周囲に移動させることができる。例えば、構造体5902は、MRI装置5910の内部に着脱可能であってもよいし、および/または、MRI装置5910は、構造5902の周りに着脱可能に配置してもよい。これらの実施例では、磁石5950自体が携帯可能であり、携帯型MRI装置5910のハウジングに堅く結合されているか（図59-Aに示されていない）、または、構造5902または他の構造に堅く結合することができる。
【０３９０】
本発明のいくつかの実施例では、構造体5902は、対向する表面5901、5903を含んでもよい。表面5901および/または表面5903は、場所または他の仕様に基づいて、実質的に平坦な、湾曲した、または他の形状であってもよい。本発明のいくつかの実施例では、患者等の被験者は、表面5901上またはその近で走査することができる。例えば、患者は、表面5901に隣接して立つ、表面5901の上または下に横たわる、または、腕、頭などの体の一部を表面5901の上または下、または、近くに置くことができる。本発明のいくつかの実施例では、携帯型MRI装置5910は、表面5903（すなわち、スキャンされた被験者と反対の構造5902側）に隣接して配置することができる。このようなやり方で、被験者は、装置または携帯用MRI装置5910の反対の被験者の側に隣接する携帯型MRI装置5910を走査させることなく、構造5902の近くに立つ、または、構造5902の下に横たわることができるような、開いたMRI処理を達成することができる、。これらの実施例では、手術や検査などの医療処置は、携帯型MRI装置5910によって生成された画像によって支援されることができる。
【０３９１】
本発明のいくつかの実施例によれば、磁石5950、傾斜磁場コイル5960、および/または、RFコイル5970は、改善されたELR材料を使用し、それにより、本明細書に記載されるような改善された動作特性を有する。これらの実施例では、改良されたELR材料を使用すると、磁石5950、傾斜磁場コイル5960、および/またはRFコイル5970の様々な構成を容易にする。従来のMRIスキャナに必要な、従来の磁石、傾斜磁場コイル、RFコイルの間の固い結合は、磁石5950、傾斜磁場コイル5960および/またはRFコイル5970を使用すると、緩和される。これらの弛んだ構成は、本明細書に開示された、改善されたELR材料を使用しない、従来の磁石、傾斜磁場コイル、およびRFコイルを使用する従来のスキャナよりも大きな口径の開口になるかもしれない。大きい口径の径の開口は、携帯型MRI装置5910（例えば、構造体5902の周囲で取り外し可能である又はその逆）のよりよい携行性とより被験者を収容しやすくする。
【０３９２】
本発明のいくつかの実施例では、携帯型MRI装置5910は、理解されるように、能動的および/または受動的な電磁遮蔽（図示せず）を含むことができる。本発明のいくつかの実施例では、携帯型MRI装置5910は、"クリーンルーム"あるいは遮蔽された部屋で使用することができる。本発明（図示せず）のいくつかの実施例では、構造体5902は、1つまたは複数の遮蔽要素を含むことができる。
【０３９３】
携帯型MRI装置5910は被験者と反対の構造体5902の１つの側面に配置されるとして示されているが、携帯型MRI装置5910は、携帯型MRI装置5910の可搬性のために、被験者に対して様々な位置に配置することができる。さらに、センサ5920の任意の組み合わせ、ELR QUID検出器5930、コンピュータデバイス5940、磁石5950、傾斜磁場コイル5960、およびRFコイル5970は、単一のハウジング（例えば、図54-Aに示される）内に収容されてもよいし、複数のハウジング内に収容されてもよい。例えば、磁石5950は、携行可能であってもよく、携帯型MRI装置5910に含まれてもよく、または、構造体5902に結合されてもよい。
【０３９４】
理解されるように、デバイス5940は、磁石5950を制御し、ELR QUID検出部5930による処理に基づいてMRI画像を生成する、1つまたはそれ以上のプロセッサを構成する命令を記憶するメモリを含むことができる（図59-Aには示されていない）。
【０３９５】
いくつかの実施例では、変更されたELR材を含む医療装置は、以下のように説明することができる。
【０３９６】
磁気共鳴画像（MRI）磁石であって、改良された動作特性を有するELR材料を含み、前記ELR材料はMRI処理中に磁場を発生する電流を伝播し、前記磁場は、被験者の体内中の原子が整列するのを可能にすることを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）磁石。
【０３９７】
磁気共鳴画像（MRI）磁石・アセンブリであって、ハウジングと、改良された動作特性を有するELR材料を含むMRI磁石であって、前記ハウジングに結合された前記MRI磁石と、を有し、前記ELR材料は、MRI処理中に磁場を発生し、前記磁場は、被験者の体内中の原子が整列するのを可能にすることを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）磁石・アセンブリ。
【０３９８】
磁気共鳴画像（MRI）磁石であって、改善された動作特性を有するELR材料を含むワイヤを有し、前記ワイヤは、MRI処理中に磁場を発生し、前記磁場は、被験者の体内中の原子が整列するのを可能にすることを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）磁石。
【０３９９】
磁気共鳴画像（MRI）磁石・アセンブリであって、ハウジングと、改良された動作特性を含みかつ前記ハウジングに結合されたMRI磁石とを有し、前記ELR材料は、MRI処理中に磁場を発生し、前記磁場は、被験者の体内中の原子が整列するのを可能にすることを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）磁石・アセンブリ。
【０４００】
磁気共鳴画像（MRI）磁石であって、MRI処理中に磁場を発生するために、電流を伝導するように構成されたELRナノワイヤを有し、前記ELRナノワイヤは、長さ、幅、および深さを含む三次元パラメータを有するELR材質を含み、前記三次元パラメータのうちの少なくとも一つは、前記ELRナノワイヤが、少なくとも一つの超伝導現象を示さないが、非常に低い抵抗で動作するような閾値よりも小さいことを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）磁石。
【０４０１】
磁気共鳴画像（MRI）磁石アセンブリであって、ハウジングと、前記ハウジングに結合されたMRI磁石とを有し、前記MRI磁石は、MRI処理中に磁場を発生するために、電流を伝導するように構成されたELRナノワイヤを有し、前記ELRナノワイヤは、長さ、幅、および深さを含む三次元パラメータを有するELR材質を含み、前記三次元パラメータのうちの少なくとも一つは、前記ELRナノワイヤが、少なくとも一つの超伝導現象を示さないが、非常に低い抵抗で動作するような閾値よりも小さいことを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）磁石アセンブリ。
【０４０２】
磁気共鳴画像（MRI）磁石であって、改良された動作特性を有するELR材料を含むナノワイヤを有し、前記ナノワイヤは、MRI処置中に磁場を発生する電流を伝播し、前記磁場は、被験者の体内中の原子を整列させることを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）磁石。
【０４０３】
磁気共鳴画像（MRI）磁石・アセンブリであって、ハウジングと、前記ハウジングに結合されたMRI磁石とを有し、前記MRI磁石は、改良された動作特性を有するELR材料を含むナノワイヤを有し、前記ナノワイヤは、MRI処理中に、磁場を発生し、前記磁場は、被験者の体内中の原子を整列させることを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）磁石・アセンブリ。
【０４０４】
磁気共鳴画像（MRI）磁石であって、MRI処理中に磁場を発生させる電流を伝導するように構成されたELRナノワイヤ輪郭を有し、前記磁場は、被験者の体内中の原子を整列させ、前記ELRナノワイヤ輪郭は、少なくとも一つのELRナノワイヤセグメントを有し、各ELRナノワイヤセグメントは、改良された動作特性を有するELR材料を含むことを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）磁石。
【０４０５】
磁気共鳴画像（MRI）磁石・アセンブリであって、ハウジングと、前記ハウジングに結合されたMRI磁石とを有し、前記MRI磁石は、MRI処理中に磁場を発生させる電流を伝導するように構成されたELRナノワイヤ輪郭を有し、前記磁場は、被験者の体内中の原子を整列させ、前記ELRナノワイヤ輪郭は、少なくとも一つのELRナノワイヤセグメントを有し、各ELRナノワイヤセグメントは、改良された動作特性を有するELR材料を含むことを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）磁石・アセンブリ。
【０４０６】
磁気共鳴画像（MRI）磁石であって、MRI処理中に磁場を発生させる電流を伝導するように構成されたELRナノワイヤコイルを有し、前記磁場は、被験者の体内中の原子を整列させ、前記ELRナノワイヤコイルは、少なくとも一つのELRナノワイヤ輪郭を有し、前記少なくとも一つのELRナノワイヤ輪郭のそれぞれは、複数のELRナノワイヤセグメントを有し、前記複数のELRナノワイヤセグメントのそれぞれは、実質的に多角形を形成するために、前記複数のELRナノワイヤセグメントのうちの少なくとも１つである他のELRナノワイヤセグメントに結合されており、少なくとも１つの前記ELRナノワイヤセグメントは、改良された動作特性を有するELR材料を含むことを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）磁石。
【０４０７】
磁気共鳴画像（MRI）磁石・アセンブリであって、ハウジングと、前記ハウジングに結合されたMRI磁石とを有し、前記MRI磁石は、MRI処置中に磁場を発生させるために電流を伝導するように構成されているELRナノワイヤコイルを有し、前記ELRナノワイヤコイルは、少なくとも一つのELRナノワイヤ輪郭を有し、前記少なくとも一つのELRナノワイヤ輪郭は、複数のELRナノワイヤセグメントを有し、前記複数のELRナノワイヤセグメントのそれぞれは、実質的に多角形を形成するために、前記複数のELRナノワイヤセグメントのうちの少なくとも１つである他のELRナノワイヤセグメントに結合されており、少なくとも１つの前記ELRナノワイヤセグメントは、改良された動作特性を有するELR材料を含むことを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）磁石・アセンブリ。
【０４０８】
磁気共鳴画像（MRI）ナノワイヤ変換器であって、改良されたELR材料からなる少なくとも1つのナノワイヤのセグメントを有し、前記MRIナノワイヤ変換器は、電流がMRI処理中に少なくとも1つのナノワイヤに適用されると、被験者の体内中の原子を整列させる磁場を誘導するか、または、前記MRI処理中に整列された原子が不整列となると、前記被験者の前記体内中の原子によって放出された共振信号を検出することを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）ナノワイヤ変換器。
【０４０９】
磁気共鳴画像法（MRI）のナノワイヤ変換器であって、改良されたELR材料からなる少なくとも1つのナノワイヤセグメントを有し、MRI処理中に共鳴信号にさらされると、前記MRIナノワイヤ変換器は少なくとも１つのナノワイヤセグメントを介して前記共鳴信号を検出し、前記検出された共振信号をイメージングのために測定して使用することができる交流電流に変換することを特徴とする磁気共鳴画像法（MRI）のナノワイヤ変換器。
【０４１０】
磁気共鳴画像（MRI）のナノワイヤ変換器であって、改良されたELR材料からなる少なくとも1つのナノワイヤセグメントを有し、前記MRIナノワイヤ変換器は、電気的に交流源に結合されており、前記MRIナノワイヤ変換器は、MRI処理中に前記交流源に応答して電磁場を誘導し、前記誘導された電磁場は、被験者の体内中の原子を整列させ、その後、前記原子が不整列になると、共鳴信号を放出し、前記共鳴信号は、イメージングのために検出して使用されることができることを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）ナノワイヤ変換器。
【０４１１】
磁気共鳴画像（MRI）ナノワイヤ変換器であって、改善された動作特性を有するELR材料を含み、前記MRIナノワイヤ変換器は、電流がMRI処理中に前記MRIナノワイヤ変換器に適用されると、磁場を誘導し、前記電磁場は、被験者の体内中の原子を整列させるか、または、前記整列された前記原子が前記MRI処理中に不整列になると、前記被験者の体内中の原子によって放出された共鳴信号を検出することを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）ナノワイヤ変換器。
【０４１２】
磁気共鳴画像（MRI）ナノワイヤ変換器であって、改良された動作特性を有するELR材料を有し、前記MRIナノワイヤ変換器は、MRI処置中に共鳴信号にさらされると、前記共鳴信号を検出し、前記検出された共振信号をイメージングのために測定して使用することができることを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）ナノワイヤ変換器。
【０４１３】
磁気共鳴画像（MRI）ナノワイヤ変換器であって、改良された動作特性を有するELR材料を有し、前記MRIナノワイヤ変換器は、交流源に電気的に結合されており、前記MRIナノワイヤ変換器は、MRI処置中に前記交流源に応答して電磁場を誘導し、前記誘導された電磁場は、被験者の体内の原子を整列させ、その後、前記整列された前記原子が不整列になると、共振信号を放出し、前記共振信号をイメージングのために測定して、使用することができることを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）ナノワイヤ変換器。
【０４１４】
磁気共鳴画像（MRI）トランスミッタ回路であって、MRIシステムのデジタル出力に基づいてアナログ信号を発生するデジタルアナログ変換器（DAC）と、前記DACに電気的に結合された変換器とを有し、前記変換器は、改良されたELR材料を有し、前記DAC変換器は、前記アナログ信号が前記改良されたELR材料に適用されると磁場を誘導し、前記電磁場は、被験者の体内の原子を整列させることを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）トランスミッタ回路。
【０４１５】
変換器を含む磁気共鳴画像（MRI）受信回路であって、前記変換器は、改良されたELR材料を有し、前記変換器は、MRI処置中に整列された原子が不整列になると、被験者の体内の前記原子によって放出される共鳴信号を検出し、前記変換器は、前記変換器に電気的に結合されたアナログ・デジタル変換器（ADC）を有し、前記ADCは、前記共鳴信号をデジタル化し、前記デジタル化された共鳴信号はMRI画像を生成するために使用されることを特徴とする変換器を含む磁気共鳴画像（MRI）受信回路。
【０４１６】
変換器を含む磁気共鳴画像（MRI）送受信器回路であって、前記変換器は、改良されたELR材料と、前記記変換器に電気的に結合されたアナログ・デジタル変換器（ADC）と、MRIシステムのデジタル出力に基づいてアナログ信号を発生するデジタル・アナログ変換器（DAC）と、を有し、MRI処置中に、前記DAC変換器は、整列された原子が不整列になると、被験者の体内の前記原子によって放出される共鳴信号を検出し、または、アナログ信号が前記改良されたELR材料に適用されると磁場を発生し、前記電磁場は被験者の体内の原子を整列させ、前記アナログ・デジタル変換器（ADC）は、前記共鳴信号をデジタル化し、前記デジタル化された共鳴信号はMRI画像を生成するために使用されることを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）送受信器回路。
【０４１７】
磁気共鳴画像（MRI）スキャナであって、改良されたELR材料を含むMRI磁石と、電流がMRIRF変換器に適用されると磁場を誘導し、前記電磁場は、被験者の体内中の原子を整列させ、MRI処理中に、整列された原子が不整列になると前記原子によって放出される共鳴信号を検出するように構成された前記MRIRF変換器と、前記MRIRF変換器からの前記検出された共鳴信号を検出してMRI画像を発生するMRI検出器と、を含むことを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）スキャナ。
【０４１８】
改良されたELR材料を含むELR QUIDを含むMRI検出器であって、前記ELR QUIDは、MRI処理中に、整列された原子が不整列になると、被験者の体内中で整列されている原子によって放出される共鳴信号を検出することを特徴とするMRI検出器。
【０４１９】
少なくとも一つの改良された動作特性を有するELR材料を含むELR QUIDを含むMRI検出器であって、前記ELR QUIDは、MRI処理中に、整列された原子が不整列になると、被験者の体内中で整列されている原子によって放出される共鳴信号を検出することを特徴とするMRI検出器。
【０４２０】
変更されたELR材料を含むELR QUIDを含むMRI検出器であって、前記変更されたELR材料は、変更する材料に結合されたELR材料を含み、前記変更されたELR材料は、ELR材料単独での動作特性よりも改善された動作特性を有することを特徴とするMRI検出器。
【０４２１】
MRI磁石を備える携帯型MRIスキャナであって、前記MRI磁石は、改良されたELR材料を含み、前記改良されたELR材料は、前記MRI磁石がMRI処置中に極低温冷却を必要としないような150K以上の温度においてELR状態で動作し、前記MRI磁石のボアは、前記携帯型MRIスキャナがMRI処置中に被験者がスキャンされている構造の周りで取り外し可能になるように、拡大されており、前記MRI磁石は、電流がMRI処理中にMRI RF変換器に適用されると、磁場を誘導するMRI RF変換器をさらに含み、前記電磁場は、被験者の体内中の原子を整列させ、前記整列された前記原子がMRI処置中に不整列になると、前記原子によって放出された共鳴信号を検出し、前記MRI磁石は、前記MRI RF変換器によって検出された共鳴信号を検出してMRI画像を発生することを特徴とする携帯型MRIスキャナ。
【０４２２】
携帯型MRIスキャナであって、前記携帯型MRIスキャナは、改良されたELR材料を含むMRI磁石を有し、前記改良されたELR材料は、前記MRI磁石がMRI処置中に極低温冷却を必要としないような150K以上の温度においてELR状態で動作し、前記MRI磁石のボアは、MRI処置中に被験者がスキャンされている構造が前記携帯型MRIスキャナから取り外し可能となるように、拡大されており、前記携帯型MRIスキャナは、電流がMRI処理中にMRI RF変換器に適用されると、磁場を誘導するように構成されているMRI RF変換器をさらに含み、前記電磁場は、被験者の体内中の原子を整列させ、前記整列された前記原子が前記MRI処置中に不整列になると、前記原子によって放出された共鳴信号を検出し、前記携帯型MRIスキャナは、前記MRI RF変換器からの検出された共鳴信号を検出してMRI画像を発生する MRI検出器を更に含むことを特徴とする帯型MRIスキャナ。
【０４２３】
携帯型MRIスキャナであって、前記携帯型MRIスキャナは、低強度の磁場を発生する低強度の磁石と、電流がMRI処置中にMRI RF変換器に適用されると磁場を誘導するように構成された前記MRI RF変換器と、を含み、前記電磁場は、被験者の体内中の原子を整列させ、前記整列された前記原子が前記MRI処置中に不整列になると、前記原子によって放出された共鳴信号を検出し、前記携帯型MRIスキャナは、前記共鳴信号を検出するELR QUID検出器を更に有することを特徴とする携帯型MRIスキャナ。
【０４２４】
携帯型MRIスキャナであって、前記携帯型MRIスキャナは、MRI磁石と、改良されたELR材料を含むMRI傾斜磁場コイルと、を含み、前記MRI傾斜磁場コイルは、MRI処置中に傾斜磁場を生成するために電流を伝導し、前記傾斜磁場は、被験者の体内の原子を、前記原子の前記体内中の位置に基づいて異なる速度で回転させ、前記改良されたELR材料は、MRI磁石のボアが拡大するのを可能にする、前記MRI傾斜磁場コイルの特定の構成を可能にし、前記携帯型MRIスキャナは、MRI処置中に、共鳴信号を検出してMRI画像を発生するMRI検出器を更に有することを特徴とする携帯型MRIスキャナ。
【０４２５】
携帯型MRIスキャナであって、前記携帯型MRIスキャナは、MRI磁石と、改良されたELR材料を含むMRI RFコイルと、を含み、前記MRI RFコイルは、MRI処置中に、電流がMRI RFコイルに適用されるときに磁場を誘導し、前記電磁場は、被験者の体内中の原子を整列させるか、または、前記整列された前記原子が前記MRI処置中に不整列になると、前記原子によって放出された共鳴信号を検出し、前記改良されたELR材料は、前記MRI磁石のボアが拡大するのを可能にする前記MRI RFコイルの特定の構成を可能にし、前記携帯型MRIスキャナは、MRI処置中に、共鳴信号を検出してMRI画像を発生するMRI検出器を更に有することを特徴とする携帯型MRIスキャナ。
【０４２６】
磁気共鳴画像（MRI）傾斜磁場コイルは、改良されたELR材料を含み、前記MRI傾斜磁場コイルは、MRI処置中に傾斜磁場を発生させるために電流を伝導し、前記傾斜磁場は、被験者の体の内の原子が前記原子の体内の位置に基づいて異なる速度で回転させることを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）傾斜磁場コイル。
【０４２７】
磁気共鳴画像（MRI）傾斜磁場コイルであって、改良されたELR材料を含むナノワイヤを含み、前記ナノワイヤは、MRI処置中に傾斜磁場を発生させるために電流を伝導し、前記傾斜磁場は、被験者の体内の原子が前記原子の体内の位置に基づいて異なる速度で回転させることを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）傾斜磁場コイル。
【０４２８】
磁気共鳴画像（MRI）装置であって、前記磁気共鳴画像（MRI）装置は、MRI磁石と、MRI RFコイルを含み、前記MRI RFコイルは、電流がMRI処置中にMRI RFコイルに印加されたときに、被験者の体内中の原子を整列させる磁場を誘導するか、または、前記原子が前記MRI処置中に不整列になると、前記原子によって放出される共鳴信号を検出し、前記磁気共鳴画像（MRI）装置は、さらに、改良されたELR材料を含み、MRI処置中に傾斜磁場を発生させるために電流を伝導する傾斜磁場コイルを含み、前記傾斜磁場は、被験者の体内中の原子が前記原子の位置に基づいて異なる速度で回転させ、前記磁気共鳴画像（MRI）装置は、さらに、前記MRI RFコイルから検出された共振信号を検出してMRI画像を生成するMRI検出器を有することを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）装置。
【０４２９】
改良されたELR材料を有する磁気共鳴画像（MRI）無線周波数（RF）コイルであって、MRI処置中に前記RFコイルは、電流がMRI処置中に少なくとも1つのナノワイヤのセグメントに印加されたときに、被験者の体内中の原子を整列させる磁場を誘導するか、または、前記整列された原子が前記MRI処置中に不整列になると、前記被験者の体内中の前記原子によって放出される共鳴信号を検出することを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）無線周波数（RF）コイル。
【０４３０】
改良されたELR材料を含む磁気共鳴画像（MRI）無線周波数（RF）コイルであって、MRI処置中に共鳴信号にさらされると、前記RFコイルは、前記共鳴信号を検出し、前記検出された共振信号を画像形成のために測定して使用することができる交流に変換することを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）無線周波数（RF）コイル。
【０４３１】
改良されたELR材料を含む磁気共鳴画像（MRI）無線周波数（RF）コイルであって、前記RFコイルは、電気的に交流源に結合され、前記RFコイルは、MRI処置中に前記交流源に応答して電磁場を誘導し、前記誘導された電磁場は、被験者の体内中の原子を整列させ、その後、前記原子が不整列になると共鳴信号を放出し、前記共鳴信号は、画像形成のために検出して使用することができることを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）無線周波数（RF）コイル。
【０４３２】
磁気共鳴画像（MRI）装置であって、前記磁気共鳴画像（MRI）装置は、MRI磁石と、改良されたELR材料を含むMRI RFコイルを有し、MRI処置中に前記MRI RFコイルは、電流がMRI処置中に少なくとも1つのナノワイヤのセグメントに印加されたときに、被験者の体内中の原子を整列させる磁場を誘導するか、または、前記整列された原子が前記MRI処置中に不整列になると、前記被験者の体内中の前記原子によって放出される共鳴信号を検出し、前記磁気共鳴画像（MRI）装置は、MRI処置中に傾斜磁場を発生させるために電流を伝導する傾斜磁場コイルを含み、前記傾斜磁場は、被験者の体内中の原子を前記原子の位置に基づいて異なる速度で回転させ、前記磁気共鳴画像（MRI）装置は、さらに、前記MRI RFコイルから検出された共振信号を検出してMRI画像を生成するMRI検出器を有することを特徴とする磁気共鳴画像（MRI）装置。
【０４３３】
第5章 ELR材料で形成されたコンデンサ
本章の説明は、図1-36と図37A-B〜図43-Bを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、これらの図で見いだされる構成要素を参照する。
【０４３４】
変更された、開口された、および/または、他の新しい、非常に低い抵抗（ELR）の材料で形成されたコンポーネントを含むコンデンサが記載されている。いくつかの例では、コンデンサは、ELR材料で形成された1つまたはそれ以上のプレートを含む。いくつかの例では、コンデンサは、ELR材料で形成された２つのプレートまたは要素と、２つのプレートまたは要素の間に配置された誘電体を含む。いくつかの例では、コンデンサは、薄膜ELR材料を用いて形成されている。ELR材料は、現在の高温超伝導（HTS）に関連付けられた温度よりも高い温度において電流に対して非常に低い抵抗を提供し、高い温度でコンデンサの動作特性を向上させる。
【０４３５】
いくつかの例では、ELR材料は、材料の種類、ELR材料、ELR材料の用途、ELR材料を用いるコンポーネントの大きさ、ELR材料を用いるデバイスまたはマシンの動作要件に基づいて製造される。このように、コンデンサの設計および製造中に、ELR材料の基層として使用される材料、および/またはELR材料の変更する層として使用される材料は、様々な考慮事項、所望され得る動作、および/または、製造の特性に基づいて選択されるかもしれない。
【０４３６】
様々なデバイス、アプリケーション、および/またはシステムは、本明細書に記載のELRコンデンサを採用してもよい。いくつかの例では、調整されたおよびその他の共振回路は、ELRコンデンサを採用する。いくつかの例では、ストレージデバイスはELRコンデンサを採用する。いくつかの例において、結合エレメントは、ELRコンデンサを採用する。いくつかの例では、パルス電力システムは、ELRコンデンサを採用する。いくつかの例では、タイミングエレメントは、ELRコンデンサを採用する。いくつかの例では、フィルタ処理エレメントはELRコンデンサを採用する。
【０４３７】
本明細書で説明したように、変更された、開口された、および/または、他の新しいELR材料は、コンデンサ及び関連するデバイスおよびシステムによって利用されてもよい。図37A-Bは、ELR材料を用いたコンデンサ3700を示す概略図である。コンデンサは第1プレート3710、または第1導電エレメント、第２プレート3712、または第２導電エレメント、第2プレート3712から第1プレート3710を分離するスペースまたはギャップ3715を含む。
【０４３８】
第１プレート3710と第2プレート3712を横切る電圧差または電位差を印加すると、2つのプレートの間の空間3715内に静電場を進展させる。静電界は、エネルギーを蓄積し、プレート間に力を生成する。ファラドで測定されたコンデンサの"容量"は、印加される電位差に対する各プレート上の電荷の比であり、C = Q / Vである。静電容量は、プレート間の距離に依存し、プレート間の距離が減少するにつれて増加する。
【０４３９】
コンデンサ3700は、誘電体層を含んでいないが、多くのコンデンサは、容量を増加させるために誘電体層を用いる。図37B-Bは、変更されたELR膜を用いるコンデンサ3720を示す模式図である。コンデンサ3720は、第１プレート3730、第２プレート3732と、第１プレート3730と第2プレート3732との間に位置する誘電体又は非導電性の層3735を含む。いくつかの例では、誘電体層3735は、コンデンサによって蓄積された電荷量を増加させるために、高誘電率及び/又は高耐圧を有する材料で形成されている。
【０４４０】
いくつかの例では、誘電体層3735は絶縁体である。誘電体層3735として使用する例示の誘電体材料は、紙、プラスチック、ガラス、マイカ、セラミック、電解物、酸化物、および/または、他のクラス1またはクラス2の誘電体を含む。次のリストは、本明細書に記載の変更された、開口された、および/または他の新しいELR材料を用いることができる種々のキャパシタ/誘電体の種類を表すが、他のものはもちろん使用可能である。
【０４４１】
誘電体層を持たない"空隙"コンデンサ。これらは一般的に低誘電損失を有する。空隙コンデンサは、とりわけ、共振HFアンテナ用の可変コンデンサとして使用することができる。
【０４４２】
誘電率値および誘電損失を変化させるセラミック誘電体層を有する"セラミック"コンデンサ。例としては、COG、NP0、X7R、X8R、Z5U、および2E6コンデンサを含む。セラミック・コンデンサは、とりわけ、フィルター、タイミングエレメント、および水晶発振器によって採用されてもよい。
【０４４３】
ガラス誘電体層を有する"ガラス"コンデンサ。これらは、一般的に非常に安定し信頼性がある。
【０４４４】
誘電体層を有する"紙"コンデンサ。紙コンデンサは、無線装置、電源、モータ、および他の実施例で使用することができる。
【０４４５】
ポリカーボネート誘電体層を有する"ポリカーボネート"コンデンサ。これらは一般的に低い温度係数を有し、劣化しにくい。ポリカーボネートコンデンサは、とりわけ、フィルタで使用することができる。
【０４４６】
ポリエステル膜の誘電体層を有する"ポリエステル"コンデンサ。ポリエステルンデンサは、とりわけ、信号コンデンサや信号インテグレータで採用することができる。
【０４４７】
ポリスチレン誘電体層を有する"ポリスチレン"コンデンサ。ポリスチレンコンデンサは、とりわけ、信号コンデンサとして用いることができる。
【０４４８】
ポリプロピレン誘電体層を有する"ポリプロピレン"コンデンサは、一般的に低い誘電損失と高耐圧を示す。ポリプロピレンコンデンサは、とりわけ、信号コンデンサとして用いることができる。
【０４４９】
プラスチック製誘電体層を有する"プラスチック"-コンデンサは、とりわけ、PTFEまたはテフロン（登録商標）"誘電体を含む。
【０４５０】
銀色雲母のような雲母誘電体層を有する"雲母"コンデンサ。"雲母"コンデンサは、とりわけ、HF及びVHF RF回路で使用することができる。
【０４５１】
誘電体溶液に囲まれた酸化物誘電体層を有する"電解質"コンデンサ。これらは、一般的に他のタイプに比べて単位体積当たりより大きな容量を有する。電解コンデンサは、ウルトラキャパシタおよび/またはスーパーキャパシタであってもよく、電源フィルタ、結合コンデンサ、エネルギー蓄積装置として、電気回路中で用いることができる。
【０４５２】
"可変"コンデンサ。"可変"コンデンサは、プレート間の距離または重なるプレートの表面積の量を変化させる機械的構造、および/または、印加された逆バイアス電圧の関数として容量を変化する可変容量（バリキャップ）ダイオードを有するコンデンサである。これらは、とりわけ、マイクのようなセンサで採用されてもよい。
【０４５３】
導電板との間に真空を持つ"真空"コンデンサ。"真空"コンデンサは、誘電損失、セルフヒールがなく、可変であり、および/または調整可能であり、高電力RF送信機で用いてもよく、本明細書に記載されていない他の誘電体/コンデンサ中で使用してもよい。
【０４５４】
誘電体層によって分離された2つのプレートにより形成されるコンデンサに加えて、コンデンサを形成するための他の方法がある。例えば、多層プリント回路ボードまたは基板の異なる層における金属の導電性領域は、非常に安定したコンデンサとして作用することができる。さらに、コンデンサは、基板上の様々なパターンの金属化したところに形成することができる。図37C-Bは、ELR材料を用いる基板ベースのコンデンサ3740を示す概略図である。
【０４５５】
コンデンサ3740は、基板3745上に形成されており、様々な第１導電部分3755を有する第１導電エレメント3750と、様々な第２導電部3765を有する第2導電エレメント3760とを含む。図に示すように、コンデンサ3740は、第1導電部3755のいずれか１つと、第2導電部3765のいずれか１つとの間に生じる多くの電場内に電荷を貯蔵することができる。
【０４５６】
図37D-Bは、ELR材を用いるMEMS型コンデンサ3770を示す概略図である。MEMS型コンデンサ3770は、基板（図示せず）上に形成されるか、または、取り付けられており、複数の第1導電部3782を有する第１導電エレメント3780と、前記複数の第１導電部3782から間隔をおいて配置されている複数の第２導電部3792を有する第2導電エレメント3790とを含む。図に示すように、第２導電エレメント3790は、第１導電エレメント3780に向かう方向に、および/または、離れる方向に並進移動し、その移動により各導電部の間の領域が増加および/または減少するときに、エレメント間の静電容量を増加および/または減少することができる。また、第２導電エレメント3790は、第１導電エレメント3780に対して回転し、その回転により各導電部間の領域が増加および/または減少するときに、エレメント間の静電容量を増加および/または減少することができる。
【０４５７】
いくつかの例では、本明細書材料に記載のELR材料は、ELR材料中の開口を介して電荷を運ぶおよび/または伝播する。したがって、これらの例では、導電エレメントとしてELR材料を用いると、ELR材料内の開口に概ね対応する、個別の行またはセクション中で、導電性エレメントまたはプレート内の電荷を収集する可能性がある。
【０４５８】
図38A-Bは、図37B-Bの線BAで得られるたコンデンサの断面図である。コンデンサ3800は、開口されたELR材料3814aを有する第1導電エレメント3810aと、前記開口されたELR材3814aに結合された変更する層3812bと、開口されたELR材料3814bを有する第2導電エレメント3810bと、前記開口されたELR材3814bに結合された変更する層3812bと、を含む。第１導電エレメント3810Aは、誘電体層3820により第2導電エレメント3810bから分離されている。
【０４５９】
第１導電エレメント3810Aと第2導電エレメント3810bとの間の電位差の印加後、電荷3830が誘電体層3820に向かって移動するので、電場がエレメント間および誘電体層3820間で生成される。しかしながら、電荷は、開口内に収容されているので、電荷は、ELR材料3814a内の開口の壁3835によって互いに一般に分離されている電荷3830のグループの中に集まる。
【０４６０】
図38B-Bは、図37B-BのB-B線で得られるコンデンサの断面図である。グループ電荷は、材料の開口の壁3844で分離されている、変更する層3840または開口の壁の表面の上または近くに電荷3842のストリップを形成することができる。したがって、ELR材料内の電荷は、コンデンサ内の電場に応答して、コンデンサの導電エレメント内に電荷のストリップおよび/またはグループを形成する。
【０４６１】
いくつかの例では、コンデンサの導電エレメントを形成するELR材料は、従来のHTS材料の転移温度（例えば、〜80から135K）と室温（例えば、〜275Kから313K）の間の温度での電流の流れに対して非常に低い抵抗を示すことができる。これらの例では、コンデンサを用いるELRベースのコンデンサ、および/または、ELRベースのデバイスは、コンデンサで使用される変更されたELR材料の種類に対して臨界温度までコンデンサを冷却するために使用される冷凍機又はクライオスタットのような冷却システム（図示せず）を含むことができる。例えば、冷却システムは、液体フロンの温度と同様の温度に、氷の温度と同様の温度に、本明細書に記載他の温度に、コンデンサを冷却することが可能なシステムであってもよい。すなわち、冷却システムは、ELRベースのコンデンサ、および/またはELRベースのデバイスで使用されるELR材料の種類や構造に基づいて選択することができる。
【０４６２】
本明細書に記載のように、いくつかの例では、コンデンサの導電エレメント（例えば、プレート）は、変更されたELR材料で形成されているので、運ばれた電流に対して非常に低い抵抗値を示す。導電エレメントはナノワイヤ、テープ又はホイル、および/またはワイヤで形成することができる。
【０４６３】
ELR配線を形成する際に、複数のELRテープ又は箔は、大容量の線を形成するために、一緒に挟持されてもよい。例えば、コイルは、支持構造体と、支持構造によって支持された1つまたはそれ以上のELRテープ又は箔を含むことができる。
【０４６４】
ELRワイヤに加えて、コンデンサは、ELRナノワイヤから形成することができる。従来の用語では、ナノワイヤは、ナノメートルのオーダーまたはそれ以下の幅または直径と、規定されていない長さを有するナノ構造体である。いくつかのケースでは、ELR材料は、50ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、40ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、30ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、20ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、10ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、5ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、5ナノメートル未満の幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。
【０４６５】
ナノワイヤに加えて、ELRテープ又は箔は、本明細書に記載のコンデンサおよびデバイスによって利用することができる。テープおよび/またはELR材料の箔を作製および製造するための様々な技術が存在する。いくつかの例において、この技術は、バッファの金属酸化物で被覆された可撓性金属テープ上にYBCOまたは他のELR材料を堆積させ、被覆された導体を形成する工程を含む。処理中に、テクスチャは圧延アシスト二軸テクスチャを基板（RABiTS）プロセスを使用して、金属テープ自体中に導入することができるか、又はその代わりに、テクスチャされたセラミック緩衝層が、イオンビームアシスト蒸着（IBAD）プロセスを使用するような、テクスチャされていない合金基板上にイオンビームを用いて堆積することができる。酸化物層の添加は、テープからELR材料への金属の拡散を防止する。他の技法は、ELR材料を製造するために、化学蒸着CVD法、物理蒸着（PVD）法、原子層ごとの分子線エピタキシー（ALL-MBE）、および他の溶液堆積技術を利用することができる。
【０４６６】
したがって、変更されたELR膜は、テープ、箔、ロッド、ストリップ、ナノワイヤ、薄膜、他の形状または構造中に、及び/又は、プレートなどの導電エレメント内に電荷を貯蔵することができる他の形状中に形成されてもよい。すなわち、いくつかのコンデンサに対して、いくつかの適切な幾何学的形状が本明細書に記載されて示されているが、多数の他の形状も可能である。これらの他の形状は、材料の厚さ、異なる層の使用、他の３次元構造の違いに加えて、各長さおよび/または幅に対して異なるパターン、構成、レイアウトを含む。
【０４６７】
いくつかの例では、ELR材料として使用される材料の種類は、ELR材料を利用するアプリケーションの種類によって決定することができる。たとえば、あるアプリケーションでは、BSCCO ELR層を有するELR材料を利用することができるが、あるアプリケーションでは、YBCO層を利用することができる。すなわち、本明細書に記載のELR材料は、特定の構造中に（例えば、テープまたはナノワイヤ）形成されてもよいし、特定のELR材料から形成されてもよい。
【０４６８】
本明細書に記載ELRベースのコンデンサを形成するために様々な製造プロセスを採用することができる。いくつかの例では、ELRナノワイヤ導電エレメントは、位置決めされた基板上に堆積される。いくつかの例では、ELRテープは、基材、非導電エレメント、および/または導電エレメントの上に、配置または固定される。当業者は、本明細書に記載のコンデンサを製造及び/又は形成するとき、他の製造プロセスを利用してもよいことを理解することができる。
【０４６９】
本明細書で説明するように、多くのデバイス及びシステムは、高温または周囲温度で、非常に低い抵抗を示す、変更された、開口された、および/または、他の新しいELRコンデンサなどのコンデンサを組み込むことができる。次の章では、いくつかの例示的なデバイス、システム、および/またはアプリケーションを記述する。当業者は、他の装置、システム、および/またはアプリケーションは、また、変更されたELRコンデンサを利用することができることを理解するであろう。
【０４７０】
いくつかの例では、同調又は共振回路は、本明細書に記載のELRコンデンサを用いることができる。一般的に、同調回路は、特定の周波数帯域の情報を選択するためのコンデンサとインダクタの両方を含む。例えば、無線受信機は、基地局の無線周波数を無線受信機に同調するために可変コンデンサに依存している。
【０４７１】
図39-Bは、ELRコンデンサ、インダクタ3910およびインダクタ3920などの別のコンポーネントを有する同調又は共振回路3900を示す概略図である。信号処理アプリケーションに用いられる回路などのアナログ回路は、本明細書に記載のコンデンサを利用することができる。これらの回路は、他のコンポーネント（例えば、LC回路、RLC回路など）と共にコンデンサを含むことができる。いくつかの実施例では、回路3900は、信号周波数を強調したり、フィルタリングする同調又は共振回路であってもよい。いくつかの実施例では、回路3900は、大規模な発電用途における残留羽音を除去することができる。いくつかの実施例では、回路3900は、ラジオ受信や放送で使用される同調回路であってもよい。当業者は、回路3900は、本明細書に記載されていない他の多くの応用において実施することができることを理解するであろう。
【０４７２】
いくつかの例では、エネルギー貯蔵コンポーネントは、本明細書に記載のELRベースコンデンサを用いることができる。例えば、コンデンサは、電池と同様の特性を示す充電回路から切り離されたときに、電気エネルギーを貯蔵し、しばしば、電池が取り替えられている間に電源を維持するために電子機器に使用される。
【０４７３】
図40-Bは、ELRコンデンサを有する貯蔵エレメント4000を示す概略図である。貯蔵エレメント4000は、スーパーコンデンサの代表であり、第1電極4010、第２電極4020、及び分離層を含む。分離層4030は、電荷4040を含む第１電解液4045と電荷4050を含む第２電解液4055を分離する。そのようなスーパーコンデンサは、本明細書に記載のELRベース材料を用い、電気自動車やグリッドへの応用など様々な用途のためのエネルギーを貯蔵することができる。
【０４７４】
いくつかの例では、カップリングコンポーネントは、本明細書に記載のELRベースのコンデンサを使用することができる。例えば、ELRベースコンデンサは、回路内で容量結合を容易にし、それによって、コンデンサは、AC信号を通過させDC信号をブロックの通過することができる。別の例として、ELRベースコンデンサは、回路エレメントの間でノイズや過渡信号を抑制するデカップリングコンデンサとして機能することができる。
【０４７５】
図41-Bは、ELRコンデンサ4130と抵抗4140を有するカップリングエレメント4100を示す概略図である。カップリングエレメント4100は、入力信号4110を受信し、部分的に入力信号の時定数に対するコンデンサを充電する時間に基づいて入力信号を調整し、調整された信号4120を出力する。このようなカップリング回路は、本明細書に記載のELRベースのコンデンサを使用して、無線システムにオーディオ信号を渡すことができる。
【０４７６】
いくつかの例では、パルス電力システムは、本明細書に記載のELRベースのコンデンサを使用することができる。たとえば、大規模に特別に構成された低インダクタンスの高電圧コンデンサのグループは、電磁形成、マルクス発生器、パルスレーザ、パルス形成ネットワーク、レーダ、フュージョン、粒子加速器、レールガン、コイルガンおよびその他の応用などのパルス電力用途のために大きな電流パルスを供給するのに使用することができる。
【０４７７】
図42-Bは、ELRコンデンサを有するパルス電力システム4200を示す概略図である。パルス電力システム4200は、複数のコンデンサ4220で形成されたコンデンサバンク4100を含む。コンデンサバンク4100は、放電されるとき、様々な出力4230のアプリケーションへ電力パルスを供給する。たとえば、パルス電力システム4200は、マルクスバンクであってもよい。マルクスバンクでは、ELRベースコンデンサなどのコンデンサが適度な電圧で並列に充電され、負荷に高電圧を提供するスパークギャップをトリガすることによって、直列に、放電される。いくつかの例では、タイミングエレメント、本明細書に記載のELRベースコンデンサを使用することができる。
【０４７８】
図43-Bは、スピーカ4320へELRベースコンデンサ4330を介してパルス列を提供する非安定マルチバイブレータ4310として構成されているエレメントなどのタイミングエレメント4310を示す概略図である。タイミングエレメント4300は555タイマー、ELRベースコンデンサ4330、スピーカ4320を含む。コンデンサ4330は、DC信号をブロックしながら、安定したAC信号をスピーカー供給できる。
【０４７９】
もちろん、他のシステムおよびデバイスは、本明細書に記載のELRベースコンデンサを使用することができる。例えば、電力調整システム、力率補正システム、ノイズフィルタ、スナバ、モータスタータ、信号プロセッサ、センサ、測定機器、などのタッチ入力デバイス、ヒューマンインターフェースエレメント、ニューラルネットワークなどである。
【０４８０】
いくつかの実施例では、変更されたELR材料を含むコンデンサは、次のように説明することができる。
【０４８１】
変更されたELR材料から形成された第１プレートと、変更されたELR材料から形成された第２プレートと、を含むコンデンサであって、前記変更されたELR材料は、前記ELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層と、を含むことを特徴とするコンデンサ。
【０４８２】
変更されたELR材料の第一プレートを形成する工程と、前記変更されたELR材料の第2プレートを形成する工程と、前記第１プレートを前記第2プレートから一定の距離におく工程と、を有することを特徴とするコンデンサを形成する方法。
【０４８３】
第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記第１の変更されたELRエレメントから一定の距離をあけて配置された第２の変更されたELRエレメントと、を有することを特徴とするコンデンサ。
【０４８４】
変更されたELR材料から形成された第１のプレートと、変更されたELR材料から形成された第２のプレートと、前記第1プレートと前記第2プレートとの間に配置される誘電体とを含むコンデンサであって、前記変更されたELR材料は、ELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する変更する層と、を含むことを特徴とするコンデンサ。
【０４８５】
コンデンサを形成する方法であって、変更されたELR材料の第１プレートを形成する工程と、前記変更されたELR材料の第2プレートを形成する工程と、前記第１プレートを前記第２プレートから一定の距離に配置する工程と、前記第1プレートと前記第2プレートとの間に誘電体を配置する工程と、を有することを特徴とする方法。。
【０４８６】
第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントから一定の距離だけ間隔を空けて配置された第２の変更されたELRエレメントと、前記第1の変更されたELRエレメントと前記第２の変更されたELRエレメントの間に配置された誘電体材料と、を含むことを特徴とするコンデンサ。
【０４８７】
基板と、前記基板上に堆積され、かつ変更されたELR材料で形成された第１の導電エレメントと、前記第１の導電エレメント近接する前記基板上に堆積され、かつ変更されたELR材料で形成された第２の導電エレメントと、を含むコンデンサであって、前記変更されたELR材料は、ELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する変更する層とを含むことを特徴とするコンデンサ。
【０４８８】
コンデンサを形成する方法であって、基板上に変更されたELR材料から形成された第1導電エレメントを堆積させる工程と、前記基板上の前記第１の導電エレメントに近接する、変更されたELR材料から形成された第2導電エレメントを堆積させる工程と、を有することを特徴とする方法。
【０４８９】
基板上に堆積された第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記第１の変更されたELRエレメントに近接する前記基板上に堆積され、かつ前記第１の変更されたELRエレメントから一定の距離だけ間隔を空けて配置されている第２の変更されたELRエレメントと、を有することを特徴とするコンデンサ。
【０４９０】
変更されたELR材料から形成される第1導電エレメントと、変更されたELR材料から形成され、前記第1導電エレメントに対して相対的に移動するように構成された第２の導電性エレメントとを含むコンデンサであって、前記変更されたELR材料は、ELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する変更する層を含むことを特徴とするコンデンサ。
【０４９１】
第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、第2の変更されたELRエレメントと、位置決めするコンポーネントとを含むコンデンサであって、前記位置決めするコンポーネントは、前記第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントに対して前記第2の変更されたELRエレメントを移動するように構成されていることを特徴とするコンデンサ。
【０４９２】
ELR材料の第１層と、前記ELR材料のフォノン特性を変更する、変更する材料の第２層とを含むことを特徴とするMEMSベースコンデンサに使用するための導電性エレメント。
【０４９３】
インダクタとコンデンサとを含む回路であって、前記コンデンサは、変更されたELR材料から形成された第1導電エレメントと、変更されたELR材料から形成された第2導電エレメントとを含むことを特徴とする回路。
【０４９４】
変更されたELR材料から形成された第1導電エレメントと、前記変更されたELR材料から形成された第2導電エレメントと、を有する信号処理装置に用いられるコンデンサであって、前記変更されたELR材料は、ELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層とを含むことを特徴とするコンデンサ。
【０４９５】
回路内にインダクタを有するエネルギーを交換するように構成されたコンデンサであって、基板上に形成された第1導電エレメントと、前記基板上に形成され、前記第1導電エレメントに隣接して配置された第２導電エレメントと、を含み、前記第１導電性エレメントと前記第２導電エレメントは、標準圧力で150K以上の温度で電荷に対して非常に低い抵抗を示すことを特徴とするコンデンサ。
【０４９６】
変更されたELR材料から形成された第1導電エレメントと、変更されたELR材料から形成された第2導電エレメントと、前記第１導電部材と前記第2導電エレメントの間に配置された分離層と、を含むことを特徴とするウルトラコンデンサ。
【０４９７】
開口されたELR材料から形成された第1導電エレメントと、前記開口されたELR材料から形成された第2導電エレメントと、前記第１導電エレメントと前記第2導電エレメントとの間に配置された分離層と、を含むことを特徴とするウルトラコンデンサ。
【０４９８】
抵抗とコンデンサとを含むカップリング回路であって、前記コンデンサは、変更されたELR材料から形成された第1導電エレメントと、変更されたELR材料から形成された第2導電エレメントと、を含み、前記変更されたELR材料は、ELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層の層とを含むことを特徴とするカップリング回路。
【０４９９】
抵抗と、コンデンサと、を含むカップリング回路であって、前記コンデンサは、開口されたELR材料から形成された第1導電エレメントと、前記開口されたELR材料から形成された第２導電性エレメントと、を含み、前記開口されたELR材料は、ELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層とを含むことを特徴とするカップリング回路。
【０５００】
コンデンサバンクを含むパルス電源システムであって、前記コンデンサバンク内のコンデンサの各々は、変更されたELR材料から形成された第1導電エレメントと、前記変更されたELR材料から形成された第2導電エレメントと、を含み、前記変更されたELR材料は、ELR材料の層と、ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する変更する層とを含むことを特徴とするパルス電源システム。
【０５０１】
コンデンサバンクを含むパルス電源システムであって、前記コンデンサバンク内のコンデンサの各々は、ELR材料から形成された第1導電エレメントと、前記ELR材料から形成された第2導電エレメントと、を含み、前記ELR材料は、開口されたELR材料と、前記開口されたELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層とを含むことを特徴とするパルス電源システム。
【０５０２】
コンデンサを含むセンサであって、前記コンデンサは、変更されたELR材料から形成された第1導電エレメントと、変更されたELR材料から形成された第2導電エレメントと、を含み、前記変更されたELR材料は、ELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層とを含むことを特徴とするセンサ。
【０５０３】
コンデンサを含むセンサであって、前記コンデンサは、ELR材料から形成された第1導電エレメントと、ELR材料から形成された第２導電エレメントと、を含み、前記ELR材料は、前記開口されたELR材料の層と、前記開口されたELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層を含むことを特徴とするセンサ。
【０５０４】
第6章 ELR材料から形成されたインダクタ
本章の説明は、図1-36と図37-C〜図43-Cを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【０５０５】
空芯インダクタや磁気コア型インダクタなどのインダクタは、変更されたELR材料、開口されたELR材料、および/または他の新しいELR材料など非常に低い抵抗（ELR）の材料から形成されたコンポーネントを含むことが記載されている。いくつかの例では、インダクタは、コアとELR材料から形成されたナノワイヤコイルを含む。いくつかの例では、インダクタは、コアと、ELRテープ又は箔などのELR材料で形成されたコイルと、を含む。いくつかの例では、薄膜ELR材料を用いて形成されているインダクタである。ELR材料は、従来の高温超伝導（HTS）に関連付けられる通常の温度よりも高い温度で電流に対して非常に低い抵抗を提供および/または示し、より高い温度でインダクタの動作特性を向上させる。
【０５０６】
いくつかの例では、ELR材料は、ELR材料の種類、ELR材料の応用、システムを用いるコンポーネントの大きさ、ELR材料を使用するデバイス、システムおよび/または装置の動作要件に基づいて製造される。このように、インダクタまたはインダクタベースのデバイス設計および製造中、ELRコンポーネントのベース層として用いられる材料、および/または、ELRコンポーネントの変更する層として用いられる材料は、様々な考慮事項、動作特性および/または製造特性に基づいて選択することができる。
【０５０７】
種々のデバイス、アプリケーション、および/またはシステムは、変更された、開口された、および/または新しいELRベースのインダクタを使用することができる。いくつかの例では、同調または共振回路および関連するアプリケーションでは、ELRインダクタを使用する。いくつかの例では、変圧器および関連するアプリケーションでは、ELRインダクタを使用する。いくつかの例では、エネルギー貯蔵装置及び関連するのアプリケーションでは、ELRインダクタを使用する。いくつかの例では、限流器のような電流制限デバイス及び関連するアプリケーションでは、ELRインダクタを使用する。
【０５０８】
図37-Cは、開口された、および/または新しいELR材料から形成された空芯インダクタ3700を示す概略図である。インダクタ3700は、コイル3710と空芯3720を含む。コイル3710は、電流を運ぶ（例えば、ページの右側に向かう方向）ときに、磁場3730は空芯3720（つまりコアが見いだされる領域）中に生成される。コイルは、ELR材料ベース層と、ELR材料ベース層上に形成された変更する層とを有するELR膜などのELR材料の少なくとも一部に形成される。様々な適切なELR膜は、本明細書で詳細に説明されている。
【０５０９】
電池または他の電源（図示せず）は、ELRコイル3710に電圧を印加し、電流がコイル3710内に流れるようにさせる。ELR材料から形成されているコイル3710は、例えば、室温又は周囲温度（例えば、〜21℃）のような従来のHTS材料で使用される温度より高い温度で電流の流れに対してほとんど又は全く抵抗がない。コイル中に流れる電流は、エネルギー、限界エネルギーなどを輸送するために使用されるコア領域3720内に磁場を発生する。
【０５１０】
インダクタ3700が非常に低い抵抗材料（すなわち、変更されたELR膜）から形成されたコイル3710を含むため、インダクタは、理想的なインダクタと同様に作用するかもしれない。ここでは、コイル3710は、コイル3710を通る電流にかかわらず、従来の導電性コイル（例えば、銅コイル）を有するインダクタ中で通常見つかる巻線または直列抵抗による損失は、ほとんど又は全くがない。つまり、インダクタ3700は非常に高品質（Q）因子（例えば、ほぼ無限大）を示す。高品質（Q）因子は、与えられた周波数での抵抗に対する誘導リアクタンスの比であり、Q=誘導リアクタンス/抵抗である。
【０５１１】
いくつかの例では、ELRコイルは、従来のHTS材料の転移温度（例えば約80〜135K）と室温（例えば294Kで）の間の温度で電流の流れに対して非常に低い抵抗を提供する。これらの例では、インダクタは、コイル3710によって利用されるELR材料の種類の臨界温度までコイル3710を冷却するために使用されるような冷凍機又はクライオスタットのような冷却システム（図示せず）を含むことができる。例えば、冷却システムは、液体フロン（TM）の温度と同様の温度、氷のの温度と同様の温度、又は本明細書に記載した他の温度と同様の温度までコイル3710を冷却することが可能なシステムであってもよい。すなわち、冷却システムは、コイル3710で使用されたELR材料の種類や構造に基づいて選択することができる。
【０５１２】
いくつかの例では、空芯3720は、追加の材料を含まないし、インダクタ3700は、スタンドアロンコイル（例えば、図に示すコイル）のような物理的なコアが無いコイルである。いくつかの例では、空芯3720は、プラスチックまたはセラミック材料のような非磁性材料（図示しない）で形成されている。コアの材質や形状は、様々な要因に基づいて選択することができる。例えば、空気の透磁率よりも高い透磁率を有するコア材料を選択すると、一般的に生成される磁場3730の密度を増加させ、したがって、インダクタ3700のインダクタンスを増加させる。別の例では、コア材料の選択は、高周波アプリケーション内のコア損失を低減する要望によって支配されてもよい。当業者であれば、コアが、所望の特性および/または動作特性を達成するために、多くの異なる材料中に及び多くの異なる形状から形成されることを理解するであろう。
【０５１３】
当技術分野で知られているように、コイル3710の構成は、インダクタンスなどの動作特性に影響を与えることができる。例えば、コイルの巻き数、コイルの断面積、コイルの長さなどは、インダクタのインダクタンスに影響を及ぼすことがある。構成では示されていないが、インダクタ3700は、動作特性（例えば、インダクタンス値）を達成するために、及び好ましくない影響（例えば、表皮の影響、近接の影響、寄生容量）を低減するために、様々な方法で構成されることができる。
【０５１４】
いくつかの例では、コイル3710は、互いに平行に位置する多数のターンを含むことができる。いくつかの例では、コイルは、互いに異なる角度で巻かれたターンを含むことができる。従って、コイル3710は、ハニカム、バスケット織りパターン、互いに様々な角度で十字に連続して曲がっている波巻、コイルが互いに間隔をあけて配置されている平らなスパイラルコイルで形成されているクモの巣パターンやパイ巻、様々なストランドがアーク抵抗を低減するために互いに絶縁されているリッツ線のような様々な異なる構成で形成することができる。これらの技術は、インダクタの自己共振周波数および品質係数（Q）を増加するために使用されてもよい。
【０５１５】
空芯インダクタに加えて、インダクタ3800のような磁気コアインダクタもまた、本明細書に記載の変更された、開口された、および/または新しいELR材料を利用することができる。図38-Cは、ELR材料を用いる磁気コアインダクタ3800を示す概略図である。インダクタ3800は、コイル3810と、強磁性又は強磁性材料からなるコアなどの磁気コア3820を含む。図37-Cのインダクタ3700と同様に、磁場3830は、電流がコイル3810によって運ばれるとき、コア3820中に生成される。コイルは、ELR材料ベース層と、ベース層上に形成された変更する層とを有する膜などのELR膜から少なくともその一部が形成されている。様々な適切なELR膜は、本明細書で詳細に説明されている。ELR膜で形成されたコイル3810は、室温又は周囲温度（例えば、〜21℃で）のような、従来のHTS材料で使用される温度よりも高い温度で、電流の流れに対して抵抗はほとんど又は全くない。コイル中の電流流れは、コア3820内に、エネルギーを貯蔵する、エネルギーを移送する、または、エネルギーを制限するために使用される磁場3820を生成する。
【０５１６】
強磁性体又は強磁性材料から形成される磁気コア3820は、生成された磁場3830内の磁性材料の透磁率が空気の透磁率より高いため、インダクタ3800のインダクタンスを増加させ、したがって、磁性材料の磁化による磁場3830の形成をよりサポートする。例えば、磁気コアは、1000倍以上の係数でインダクタンスを増加させることができる。
【０５１７】
インダクタ3800は、磁気コア3820内で様々な異なる材料を使用することができる。いくつかの例では、磁気コア3820は、鉄などの強磁性材料で形成される。いくつかの例では、磁性コア3820は、フェライトなどの強磁性材料で形成される。いくつかの例では、磁気コア3820は、珪素鋼板積層体、METGLAS、または他の材料のような積層磁性材料で形成される。当業者は、インダクタ3800のニーズや要件に応じて、他の材料を用いることができることを理解するであろう。
【０５１８】
また、磁気コア3820（したがって、インダクタ3800）は、異なる様々な形状に構成することができる。いくつかの例では、磁気コア3820は、ロッドまたはシリンダであってもよい。いくつかのケースでは、磁気コア3820は、ドーナツまたはトロイドであってもよい。いくつかのケースでは、磁気コア3820は、可動であり、可変インダクタンスを実現するためにインダクタ3800を可能にする。当業者は、インダクタ3800のニーズや要件に応じて、他の形状および構成を用いることができることを理解するであろう。例えば、磁気コア3820は、渦電流および/またはヒステリシス、および/またはインダクタンスの非線形性に起因するコア損失などの様々な欠点を制限するように構成することができる。
【０５１９】
したがって、いくつかの例では、変更されたELR膜のような変更されたELR材料および/またはコンポーネントを使用するインダクタ3700のコイル3710又はインダクタ3800のコイル3810は、コイル内で電流に対する抵抗を低下または除去することにより、インダクタのQ値を向上させる。
【０５２０】
本明細書に記載のように、いくつかの例では、インダクタのコイルは、変更されたELR材料、開口されたELR材料、新しいELR材料等のELRの材料から形成されているので、運ばれた電流に対して非常に低い抵抗値を示す。図39A-Cは、ELRワイヤを用いたインダクタ3900を示す概略図である。インダクタ3900は、変更されたELR膜などの本明細書に記載のELRコンポーネントからなるELRワイヤとして形成されたコイル3902を含む。
【０５２１】
ELRワイヤを形成する際に、複数のELRテープ又は箔は、大容量線を形成するために一緒に挟持されてもよい。例えばコイルは、支持構造体と、支持構造によって支持された1つまたはそれ以上のELRテープ又は箔を含むことができる。
【０５２２】
ELRワイヤに加えて、インダクタは、ELRナノワイヤから形成することができる。従来の用語では、ナノワイヤは、ナノメートルのオーダーまたはそれ以下の幅または直径と、規定されていない長さを有するナノ構造体である。いくつかのケースでは、ELR材料は、50ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、40ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、30ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、20ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、10ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、5ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、5ナノメートル未満の幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。
【０５２３】
ナノワイヤに加えて、ELRテープ又は箔は、本明細書に記載のインダクタおよびデバイスによって利用することができる。図39B-Cは、ELRテープ又は箔を用いたインダクタ3910を示す概略図である。インダクタ3910は、鉄芯と、ELRテープで形成されたコア3912などのコイル3914を含む。
【０５２４】
ELR材料のテープおよび/または箔を生成、製造するための様々な技術がある。いくつかの例では、この技術は、バッファの金属酸化物で被覆された可撓性金属テープ上にYBCOまたは他のELR材料を堆積させ、被覆された導体を形成する工程を含む。処理中に、テクスチャは、圧延アシスト、二軸テクスチャ基板（RABiTS）プロセスなどを用いて金属テープ中に導入することができる。あるいは、その代わりに、テクスチャされたセラミック緩衝層が、テクスチャされていない合金基板上にイオンビームアシスト蒸着（IBAD）プロセスを使用して、堆積されてもよい。酸化物層の追加は、テープからELR材料中への金属の拡散を防止する。ELRテープを製造するために、化学蒸着CVD法、物理蒸着（PVD）法、分子線エピタキシー（MBE）、アトミックレイヤーバイレイヤー分子線エピタキシー（ALL-MBE）、および他の溶液堆積技術などの他の技法を利用してもよい。
【０５２５】
いくつかの例では、薄膜インダクタは、本明細書に記載ELRコンポーネントを利用することができる。図39C-Cは、変更された、開口された、および/または新しいELRコンポーネントなどのELR薄膜コンポーネントを用いるインダクタ3920を示す概略図である。インダクタ3920は、プリント回路基板3924または他の適切な基板（例えば、LaSrGaO）上に形成されたELRコイル3922とオプションの磁気コア3926を含む。ボード3924又は基板中ににエッチングされている、変更されたELRの膜または基板上にまたは基板に配置されたナノワイヤであるコイル3922は、インダクタを使用するデバイスまたはシステムのニーズに応じて、様々な構成および/またはパターンで形成することができる。さらに、任意の磁気コア3926は、図示のように、基板3924中にエッチングされてもよいし、コイル3922の上方及び/又は下方に配置される平らなコア（図示せず）であってもよい。
【０５２６】
したがって、ELR材料は、ワイヤ、テープ、箔、ロッド、ストリップ、ナノワイヤ、薄膜、他のコイル/スパイラル形状、構造、および/または、磁場を生成するために、電流をある点から別の点に移動するまたは運ぶことができる幾何学的形状に形成されてもよい。すなわち、本明細書にインダクタのいくつかの適切な幾何学的形状は示されているが、多数の他の形状も可能である。これらの他の形状は、材料の厚さの違い、異なる層の使用、他の3次元構造の違いに加えて、異なるパターン、異なる構成または、異なる長さおよび/または幅に対するレイアウトを含む。
【０５２７】
いくつかの例では、ELR材に使用する材料の種類は、ELR材料を利用するアプリケーションの種類によって決定することができる。例えば、いくつかのアプリケーションでは、BSCCO ELR層を利用するが、他のアプリケーションでは、YBCO ELR層を利用することができる。すなわち、本明細書に記載ELR材料は、ELRの材料を利用する機械やコンポーネントの種類に基づいて、特定の材料（例えば、YBCOまたはBSCCO）から特定の構造（例えば、ワイヤ、テープ、箔、薄膜、および/またはナノワイヤ）に形成することができる。
【０５２８】
多様なプロセスが、インダクタ3900、3910、および/または3920のようなインダクタの製造に用いることができる。いくつかの例では、コアは、形成され、維持され、固定され、収容され及び/又は配置される。コアは、様々な形状や構成をとることができる。例示の構成は、円筒ロッド、単一の"I"形状、"C"又は"U"形状、"E"形状、一対の"E"形状、ポット形状、トロイド状、環、またはビード形状、平面形状、などを含む。コアは、様々な非磁性および磁性材料で形成することができる。例示の材料は、鉄または軟鉄、珪素鋼、さまざまな積層材料、シリコンの合金、カルボニル鉄、鉄粉、フェライト、セラミックス、ガラス、アモルファス金属、セラミックス、プラスチック、METGLAS、空気などを含む。
【０５２９】
また、ELRナノワイヤ出形成されたコイル、テープ、または薄膜は、所望の形状またはパターンに設定され、形成された又は維持されているコアに結合されている。いくつかの例では、全くコアが存在せず、変更されたELRナノワイヤは、所望の形状またはパターンに構成されている。いくつかの例では、変更されたELRナノワイヤコイルは、プリント回路基板上に直接エッチングされるか、形成されるか、集積回路内にエッチングされ、平面磁気コアは、エッチングされたコイルに対して位置決めされる。当業者は、本明細書に記載のインダクタを製造および/または形成するときに、他の製造プロセスが利用され得ることを理解するであろう。
【０５３０】
本明細書で説明したように、多くのデバイスとシステムは、150K〜313K、または313Kより高い温度のような高い温度または周囲温度で、非常に低い抵抗値を示す、変更された、開口された、および/または、新たらしい、ELRインダクタなどを利用、使用および/または組み込むことができる。すなわち、電流から発生した磁場に蓄えられたエネルギーを利用する装置又はシステムは、本明細書に記載のELRインダクタを実質的に組み込むことができる。たとえば、エネルギー、情報、および/または物体を輸送、変換および/または貯蔵するシステムは、本明細書に記載のELRインダクタを使用してもよい。次の章では、いくつかの例示的なデバイス、システム、および/またはアプリケーションを記述する。当業者は、他のデバイス、システム、および/またはアプリケーションもまた、本明細書に記載ELRインダクタを利用することができることを理解するであろう。
【０５３１】
いくつかの例では、信号処理アプリケーションで使用される回路などのアナログ回路は、本明細書に記載のインダクタを利用することができる。図40-Cは、ELRベースンダクタ4010およびコンデンサ4020を有する同調又は共振回路4000を示す概略図である。このような回路は、他のコンポーネント（例えば、LC回路、RLC回路など）とともにインダクタを含むことができる。いくつかの実施例では、回路4000は、信号周波数を増幅および/または減衰する同調または共振回路であってもよい。いくつかの実施例では、回路4000は、大規模発電用途における残留羽音（例えば、60Hz信号と関連した高調波をフィルタ処理することにより）除去することができる。いくつかの実施例では、回路4000は、ラジオ受信や放送に使用される同調回路であってもよい。当業者は、回路4000は、本明細書に記載されていない他の多くのアプリケーションにおいて実施することができることを理解するであろう。
【０５３２】
本明細書に記載される変更されたELR材料などの非常に低い抵抗材料の利用は、種々の利点を回路4000に提供することができる。例えば、磁力計（例えば、SQUID）で利用されるELRインダクタを有する回路は、従来HTS超伝導エレメントを用いる磁力計の通常の高価な冷却システムに依存せずに、磁力計が非常に小さい磁場（例えば、1フラクソンのオーダーで）を測定するのを可能にすることができる。
【０５３３】
いくつかの例では、変圧器および他のエネルギー輸送装置およびシステムは、本明細書に記載のインダクタを利用することができる。図41-Cは、ELRインダクタを有する変圧器4100を示す模式図である。変圧器4100は、磁気コア4110、一次巻数4125を有する一次巻線4120、二次巻数4135を有する二次巻線4130を含む。一次巻線4120と二次巻線4130は、変更されたELRなどのELRナノワイヤの材料から形成されている。いくつかの例において、変圧器4100は、商用電力網の一部であってもよい。いくつかの例において、変圧器4100は、動作中に供給電圧を昇圧および/または降圧する機器やその他の電子機器の一部であってもよい。いくつかの例において、変圧器4100は、信号またはオーディオ変圧器であってもよい。当業者は、変圧器4100は、本明細書に記載されていない他の多くのアプリケーションおよびデバイスにおいて実施されてもよいことを理解するであろう。
【０５３４】
本明細書に記載の変更されたELR材料などの非常に低い抵抗材料の利用は、変圧器4100および/または様々なアプリケーションに種々の利点を提供することができる。例えば、コイル内で変更されたELR材料を利用する変圧器は、高価な冷却システムにより高コストなどの従来の超伝導材料に関連する問題を回避しつつ、変圧器内のエネルギー損失を最小化することによって、操作のコストに大きな影響を及ぼす可能性がある抵抗損失をより少なくする。
【０５３５】
いくつかの例では、超伝導磁気エネルギー貯蔵（SMES）システムなどのエネルギー貯蔵デバイスや他の磁気貯蔵システムでは、本明細書に記載のELRインダクタを利用することができる。図42-Cは、ELRインダクタを有するエネルギー貯蔵システム4200を示す概略図である。エネルギー貯蔵システム4200は、誘導コイル4215を有する貯蔵コンポーネント4210、またはコイルとインバータ整流器4225を有する電力調整システム4220を備える。貯蔵コンポーネント4210は、変更されたELR材料から形成されたインダクタ4215によって生成される磁場内でエネルギーを貯蔵する。電力調整システム4220は、貯蔵コンポーネント4210からエネルギーを受け取り、受けとったエネルギーを調整し（例えば、貯蔵された直流を交流電流に変換）、調整されたエネルギーを電源取付4230などの種々の電源に供給する。当業者は、エネルギー貯蔵システム4200が、本明細書に記載されていない他の多くのアプリケーションおよびデバイスで使用されてもよいことを理解するであろう。
【０５３６】
本明細書に記載の変更されたELR材料などの非常に低い抵抗材料の利用は、エネルギ貯蔵システム4200と様々な様々なアプリケーションに種々の特徴と利点を提供することができる。例えば、従来のSMESシステムは、他のエネルギー貯蔵システムと比較して、貯蔵されたエネルギーを失う量は最小であるが、従来のSMESシステム中で液体窒素程度の温度で高温超伝導体を維持することに関連するコストの問題および他の問題は、広い採用を禁じてきた。一方、本明細書に記載の変更されたELRインダクタは、液体フロンの温度と室温の間で、または、それ以上の温度などの非常に高温でELR特性を示すので、従来のSMESシステムに関連する問題（例えば、冷凍機のコスト）無しに、従来のSMESシステム（例えば、エネルギー損失）と同様の利点を提供する。
【０５３７】
いくつかの例では、電気伝送システムは、本明細書に記載のELR材料を利用することができる。図43-Cは、ELRインダクタを有する限流器（FCL）などの電流制限システム4300を示す概略図である。電流制限システムは、ELRインダクタ4315からなる電流リミッタ4310を含む。直列抵抗リミッタなどの電流リミッタ4310は、ライン4320と負荷4330との間に配置され、システム4300の障害時にエネルギーの大部分を吸収するし、抵抗4330への障害をシャントすることによってトリガーコイルとして作用する。当業者は、電気伝送システムは、特に図43-Cに記述されていない他の多くのアプリケーションおよびデバイスにおけるELRインダクタを実施することができることを理解するであろう。
【０５３８】
本明細書に記載の変更された、開口された、および/または新しいELR材料のような非常に低い抵抗材料の利用は、システム内で電流に対する非常に低い抵抗を示すため、電気伝送システムおよび各種アプリケーションへの種々の利点を提供することができる。例えば、ELRインダクタは、通常の動作状態中にシステムにインピーダンスを追加することなく、故障状態中にシステムの故障電流を制限するように機能することができる。
【０５３９】
いくつかの例において、本明細書に記載のシステム及び装置の一部または全部は、アプリケーションによって使用されるELR材料が周囲温度よりも低い温度で非常に低い抵抗値を示すようなアプリケーションで低コストの冷却システムを用いることが記載されている。本明細書で説明されるように、これらの例では、アプリケーションは、氷の温度と同じの温度、または他の温度、液体フレオンと同じの温度にELRインダクタを冷却するシステムのような冷却システム（図示せず）を含むことができる。冷却システムは、アプリケーションおよび/またはアプリケーションによって使用されるインダクタによって利用されるELR材料の種類や構造に基づいて選択することができる。
【０５４０】
本明細書に記載のシステム、デバイス、および/またはアプリケーションに加えて、当業者は、インダクタを含む他のシステム、デバイス、およびアプリケーションは、本明細書に記載の変更された、開口された、および/または新しいELRインダクタを利用することができることを理解するであろう。
【０５４１】
いくつかの実施例では、変更されたELR材料を含むインダクタは、以下のように説明することができる。
【０５４２】
空芯と、少なくとも部分的に前記空芯を取り囲込んでいるコイル形状に設定された、変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、を有するインダクタであって、前記変更されたELRエレメントは、ELR材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合されている変更する材料からなる第２層とを有する、変更されたELR膜で形成されていることを特徴とするインダクタ。
【０５４３】
基板と、前記基板内に埋め込まれたコイルと、前記基板の表面上に配置された第１磁性体コアと、前記基板の周囲温度よりも低い温度で前記基板中に埋め込まれた前記コイルを維持するように構成された冷却コンポーネントとを有する装置であって、前記コイルは、非常に低い抵抗（ELR）材料を有する第１部分と、前記ELR材料の抵抗を下げる前記第１部分に結合された第２部分とを含むことを特徴とする装置。
【０５４４】
磁気コアと、前記磁気コアの周りに少なくとも部分的に包まれた三次元コイルと、を含む装置であって、前記三次元コイルは、非常に低い抵抗（ELR）材料を有する第１部分と、前記ELR材料の抵抗を低下させる前記第１部分に結合された第2部分とを有することを特徴とする装置。
【０５４５】
負荷とラインの間に配置されるように構成されたインダクタであって、ELR材料から形成された第１層を有する変更されたELR材料と、前記ELR材料の抵抗を変更する材料で形成された第２層と、を有し、前記インダクタは、通常の負荷レベルで前記インダクタを通過する電流に抵抗しないが、故障レベルで前記インダクタを通過する電流に抵抗するように構成されていることを特徴とするインダクタ。
【０５４６】
変更されたELR膜で形成されたインダクタを含み、前記インダクタによって生成した磁場中にエネルギーを貯蔵するように構成された貯蔵コンポーネントと、前記貯蔵コンポーネントから受け取ったエネルギーを調整するように構成された電力調整コンポーネントと、前記調整されたエネルギーを受信者に供給するように構成された電源コンポーネントと、を有することを特徴とするエネルギー貯蔵システム。
【０５４７】
基板と、前記基板の表面上に形成された、変更された非常に低い抵抗（ELR）膜と、を有するインダクタであって、前記変更されたELR膜は、ELR材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第２層とを含むことを特徴とするインダクタ。
【０５４８】
一次部と二次部とを含むトランスであって、前記一次部は、第1磁性コアと、第１巻数を有し、少なくとも部分的に前記第１磁性コアを取り囲んでいる、コイル形状に構成された第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、を有し、前記二次部は、第２磁性コアと、第２巻数を有し、少なくとも部分的に前記磁性コアを取り囲んでいる、コイル形状に構成された第２の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、を有し、前記第１変更されたELRエレメント及び第２の変更されたELRエレメントは、ELR材料の第１層と、前記ELR材料の前記第１層に結合された変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR材料から形成されていることを特徴とするトランス。
【０５４９】
磁性コアと、前記磁性コアの周囲を少なくとも部分的に包んでいる三次元コイルと、を有する信号処理装置で使用するためのインダクタであって、前記三次元コイルは、非常に低い抵抗（ELR）材料を有する第１部分と、前記ELR材料の抵抗を低下させる前記第１部分に結合された第2部分を有することを特徴とするインダクタ。
【０５５０】
第7章 - ELR材料で形成されたトランジスタ
本章の記載は、図1-36と図37-D〜図44-Dを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、これらの図に見いだされる構成要素を参照する。
【０５５１】
変更された非常に低い抵抗（ELR）および/または開口されたELR材料で形成されたコンポーネントを含む論理デバイスなどのトランジスタおよび他の同様のデバイスが記載されている。本明細書で説明するように、変更されたおよび/または開口されたELR材料は、周囲圧力または標準圧力で、150Kを超える温度などの高温で、電荷（例えば、電子の流れ）に対して常に低い抵抗、および/または電荷の非常に高いコンダクタンスを示す。
【０５５２】
いくつかの例では、前記デバイスは、半導体エレメントとELRエレメントで形成された接合を含む。例えば、ELRエレメント−半導体接合を利用するるデバイスは、ジョセフソン接合、バイポーラ接合トランジスタ、電界効果トランジスタ（FET）、増幅器、スイッチ、論理ゲート、マイクロプロセッサエレメント、マイクロプロセッサなどを含む。
【０５５３】
いくつかの例では、ELR材料は、材料の種類、変更されたELR材料の用途、コンポーネントの大きさ、および/または、ELR材料を用いるデバイス、コンポーネントの動作要件、および/または、ELR材料を用いるデバイスに基づいて製造される。例えば、トランジスタの設計と製造の間、ELR材料ベースの電極の基層として使用される材料、および/または、ELR材料ベースの電極の変更する層として使用される材料は、様々な考慮事項と所望の動作および/または製造特性に基づいて選択することができる。
【０５５４】
したがって、いくつかの例では、ELR材料-半導体接合を使用するデバイスは、デバイス内の導電エレメントが電流の流れに対して抵抗しないので、従来の装置に対してより迅速かつ確実に行うことができる。さらに、装置は、製造に関連するコストを下げる、少ないエレメントで設計することができる。
【０５５５】
本明細書で説明したように、変更された、開口された、および/または他の新しいELR材料の一部または全部は、少なくとも1つの導電エレメントと少なくとも１つの半導体で形成された接合などの接合を使用するトランジスタ、関連するデバイスおよびシステムによって利用することができる。
【０５５６】
図37-Dは、非常に低い抵抗（ELR）エレメントと半導体の間の接合を示す概略図である。接合3700は、ELRベースエレメント3710と半導体3720を含む。半導体3720は、シリコン、ガリウム砒素（GaAs）などの周知の半導体材料から形成されてもよい。
【０５５７】
いくつかの例において、デバイス3705は、接合3700を使用してもよい。ELR材料-半導体接合3700は、ELRベース電子機器と半導体エレクトロニクスを組み合わてもよい。例えば、接合3700は、高速単一磁束ロジック（RSFL）回路を半導体回路に結合するように作用することができる。すなわち、接合3700は、ジョセフソン電界効果トランジスタ（JOFET）の一部又はジョセフソン効果に依存する他のトランジスタの一部であってもよく、それによって電流が2つの弱く結合されたELRエレメント間に流れる。
【０５５８】
図38-Dは、１つまたはそれ以上のELRエレメントを使用するジョセフソン接合3800を示す模式図である。ジョセフソン接合3800は、半導体3820によって、第2ELRエレメント3830に結合された第１ELRエレメント3810を含む。エレメントの相対的な大きさは、用途に応じて異なり得る。すなわち、いくつかのケースでは、半導体3820は、ELRエレメント3810および/またはELRエレメント3830に対して、より小さい厚さで、又は、他の幾何学的形状で形成されてもよい。また、ELRエレメント3810は、半導体3820および/またはELRエレメント3830の厚さ、および/または、他の幾何学的形状と異なる厚さまたは他の幾何学的形状で形成することができる。
【０５５９】
ジョセフソン接合3800は、第１ELRエレメント3810と第２ELRエレメント3830の間で"絶縁体"として半導体3830を使用しており、接合は、接合でのイベントの切り替えが単一のフラクソンの測定値に関連付けられているので、正確な測定を行う単一電子トランジスタとして機能することができる。
【０５６０】
例えば、ジョセフソン接合3800は、高速単一磁束量子（RSFQ）コンポーネント中で、検出部品、および/または他のアプリケーションとして超伝導トンネル接合（STJ）検出器中の量子ビットとして用いることができる。
【０５６１】
いくつかの例では、接合部3700、3800内のELR材料は、150Kと313Kの間の温度、またはそれ以上の温度などの従来のHTS材料の転移温度（例えば、80〜135K）と周囲温度（例えば、275K〜313K）の間の温度で、電流の流れに対して非常に低い抵抗を示すことができる。これらの例では、ELRエレメントおよび/またはELRエレメントを用いたELRベースデバイスは、デバイスによって使用される変更されたELR材料の種類の臨界温度までELRエレメントを冷却するために使用され冷凍機又はクライオスタットなどの冷却システム（図示せず）を利用するかもしれない。例えば、冷却システムは、フロンの沸点の温度と同じの温度まで、水の融点の温度と同じの温度まで、ELRエレメントまたは関連するデバイスを取り囲む周囲温度より低い温度まで、または、本明細書に記載他の温度までELRエレメントを冷却することできるシステムであってもよい。すなわち、冷却システムは、ELRエレメント中で使用されるELR材料の種類や構造またはELRベースのデバイスに基づいて選択することができる。
【０５６２】
本明細書で説明するように、いくつかの例では、ELRベース接合デバイス内のELRの材料で形成された導電性エレメントは、電荷に対して非常に低い抵抗を示す。これらの導電性エレメントは、ナノワイヤ、テープまたは箔、ワイヤなどで形成することができる。
【０５６３】
ELR材料のテープおよび/または箔を生成、製造するための様々な技術がある。いくつかの例では、この技術は、バッファの金属酸化物で被覆された可撓性金属テープ上にYBCOまたは他のELR材料を堆積させ、被覆された導体を形成する工程を含む。処理中に、テクスチャは圧延アシスト二軸テクスチャを基板（RABiTS）プロセスを使用して、金属テープ自体中に導入することができるか、又はその代わりに、テクスチャされたセラミック緩衝層が、イオンビームアシスト蒸着（IBAD）プロセスを使用するような、テクスチャされていない合金基板上にイオンビームを用いて堆積することができる。酸化物層の添加は、テープからELR材料への金属の拡散を防止する。他の技法は、ELR材料を製造するために、化学蒸着CVD法、物理蒸着（PVD）法、原子層ごとの分子線エピタキシー（ALL-MBE）、および他の溶液堆積技術を利用することができる。ワイヤを形成する工程で、複数の変更されたELR膜は、ワイヤを形成するために一緒に挟持されてもよい。
【０５６４】
ELRワイヤを形成する工程で、複数のELRテープ又は箔を一緒に挟持して大容量のワイヤを形成してもよい。例えば、電極は、1つまたは複数のELRテープ又は箔を含むことができる。
【０５６５】
ELRワイヤに加えて、電極と他の導電性エレメントは、ELRナノワイヤから形成することができる。従来の用語では、ナノワイヤは、ナノメートルのオーダーまたはそれ以下の幅または直径と、規定されていない長さを有するナノ構造体である。いくつかのケースでは、ELR材料は、50ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、40ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、30ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、20ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、10ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、5ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、5ナノメートル未満の幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。
【０５６６】
したがって、変更されたELR材料は、一つの点または位置から別の点又は位置に電流を移動または運ぶことができる、テープ、箔、ロッド、ストリップ、ナノワイヤ、薄膜、およびその他の形状や構造に形成されてもよい。
【０５６７】
いくつかの例では、ELR材に使用する材料の種類は、ELR材料を利用するアプリケーションの種類によって決定することができる。例えば、いくつかのアプリケーションでは、BSCCO ELR層を利用するが、他のアプリケーションでは、YBCO ELR層を利用することができる。すなわち、本明細書に記載ELR材料は、ELRの材料を利用する機械やコンポーネントの種類に基づいて、特定の材料（例えば、YBCOまたはBSCCO）から特定の構造（例えば、ワイヤ、テープ、箔、薄膜、および/またはナノワイヤ）に形成することができる。
【０５６８】
本明細書に記載のELRベース接合デバイスを形成する場合に、様々な製造プロセスを使用してもよい。例えば、ELR材料の第１層は、基板（例えば半導体基板）上に堆積させ、続いて、第1の層上に変更する材料の第２層を堆積してもよい。半導体エレメントは、ELR材料に近接して配置され、接合を形成してもよい。もちろん、当業者は、他のプロセスが利用できることに気づくであろう。
【０５６９】
本明細書で説明するように、多くのデバイス及びシステムは、高温または周囲温度で電流に対する非常に低い抵抗を示すコンポーネントを含むトランジスタのようなELRベース接合を使用／組み込むことができる。次章では、いくつかの例示的なデバイス、システム、および/またはアプリケーションを記載する。当業者は、他の装置、システム、および/またはアプリケーションもまた、ELRベース接合を利用することができることを理解するであろう。
【０５７０】
図39-Dは、半導体ナノワイヤと、1つまたはそれ以上のELRエレメントとを使用するトランジスタ3900を示す概略図である。トランジスタ3900は、半導体材料から形成されたナノワイヤ3910、第１ELRエレメント3920、及び第２ELRエレメント3925を含む。いくつかのケースでは、ELRエレメント3920、3925はまた、ナノワイヤまたは他の同様の大きさのエレメントである。
【０５７１】
動作では、第１ELRエレメント3920内の超伝導電流（すなわち、抵抗無しで流れる電流）は、にナノワイヤ3910を通って第２ELRエレメント3925まで移動する。ELR材料から形成されたゲート電極によるなどのナノワイヤへのゲート電圧の印加は、半導体ナノワイヤ3910を通過するような電流を制御するかもしれない。
【０５７２】
したがって、小規模の回路は、トランジスタ3900の配列のような複数のトランジスタ3900を利用することができる。例えば、超伝導量子干渉デバイス（SQUID）は、２つのそのようなトランジスタ3900で形成することができるし、他のアプリケーションと、量子ビットの間の切り替え結合エレメントとして用いることができる。
【０５７３】
図40A-Dおよび40B-Dは、1つまたは複数のELRエレメントを用いたバイポーラ接合トランジスタを示す模式図である。図40A-Dは、npnバイポーラ接合トランジスタ4000を示す。npnバイポーラ接合トランジスタ4000は、エミッタ電極4010、コレクタ電極4012、ゲート電極4014を含み、そのうちのいくつかまたはすべては、本明細書に記載の変更された、および/または、開口されたELR材料のようなELR材料で形成されている。第1のn型半導体4020、p型半導体4024、および第2のn型半導体4022で形成されたnpn型接合は、エミッタ電極4010とコレクタ電極4012との間にある。
【０５７４】
図40B-Dは、pnpバイポーラ接合トランジスタ4030を示す。pnp型バイポーラ接合トランジスタ4030は、エミッタ電極4040、コレクタ電極4042、ゲート電極4044を含み、そのうちのいくつかまたはすべては、本明細書に記載の変更されたおよび/または開口されたELR材料で形成されている。第1のn型半導体4050、p型半導体4054、および第2のn型半導体4052で形成されたnpn型接合4042は、エミッタ電極4040とコレクタ電極との間にある。
【０５７５】
いくつかの実施例では、npnバイポーラ接合トランジスタ4000および/またはpnp型バイポーラ接合トランジスタ4030は、ベース端子に印加されるバイアス電圧の大きさに対して接合を流れる電流の量を制御する電流制御スイッチのような電流制御デバイスとして作用する。電流制御デバイスは、三端子デバイスであるので、3つの異なる方法で入力信号に影響を与えるかもしれない：（1）電流の利得なしに電圧の利得を提供する、共通基本構成の場合、（2）電圧及び電流時での利得を提供する、共通エミッタ構成の場合、（3）電圧の利得なしに電流の利得を提供する、共通コレクタ構成の場合。例えば、npnバイポーラトランジスタ4000は、共通エミッタ構成で構成された増幅器として使用することができる。
【０５７６】
図41-Dは、1つまたは複数のELRのエレメントを使用する、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）のような電界効果トランジスタ（FET）を模式的に示す図である。ET 4100は、n型ソース4112およびn型ドレイン4114を有する基板4110を含む。FET 4100は、また、ソース電極4120と、ドレイン電極4122と、ゲート電極4124とを含み、そのうちのいくつかまたはすべては、本明細書に記載の変更された、および/または、開口されたELR材料のようなELR材料で形成される。FET 4100は、基板4110からゲート電極4124を絶縁する、一般に酸化物から形成された絶縁層4126Dを含む。
【０５７７】
動作の間、正電圧がゲート電極4124に印加され、チャネル領域4128内に電場を発生し、電子は、ソース4112からドレイン4114に向かってチャネル領域4128内を流れることを可能にする。すなわち、発生した電場は、電流がデバイス内を流れることを可能にする場の効果を確立し、オン状態にトランジスタをスイッチングする。
【０５７８】
MOSFETは、一般的に電気信号を増幅および/または切り替えるために使用される。MOSFETは、NMOS又はPMOSデバイスとして構成されてもよいし、相補型金属酸化膜半導体（CMOS）回路を形成するために一緒にグループ化されてもよい。CMOS回路のようなELRベースMOSFETを用いることができる例示のデバイスについて説明する。
【０５７９】
図42-Dは、1つまたは複数のELRベースのトランジスタエレメントを用いる増幅器を示す概略図4200である。増幅器4210は、バイポーラ接合トランジスタ、電界効果トランジスタのような少なくともELRコンポーネントの一部が形成された1つまたはそれ以上のトランジスタ4220を含む。動作中に、増幅器4210は、入力信号4230を受信し、その信号を増幅し、増幅された出力信号4240を生成する。モバイル機器、テレビ、ラジオ、信号処理、無線伝送、音声再生を提供する他のデバイスを含むさまざまな種類のデバイスは、増幅器4210を用いることができる。
【０５８０】
いくつかの例では、ELR材料を用いる増幅器は、低消費電力を示し、従来の相互接続又は金属化物を用いる増幅器よりも高速で行うことができる。ICのレイアウトは、共通の抵抗の影響が低減又は排除されるため、簡略化することができる。
【０５８１】
図43-Dは、1つまたは複数のELRベースのトランジスタエレメントを用いるスイッチを示す概略図4300である。スイッチ4310は、ELRベースバイポーラ接合トランジスタ、ELR系電界効果トランジスタなどの1つまたはそれ以上のELRベースのトランジスタ4315を含む。論理ゲート、メモリ、および/または情報記憶装置としての動作において、スイッチ4310は、コンピュータロジックで"1"に関連付けられる"オン"状態またはコンピュータロジックで"0"に関連付けられるオフ状態のいずれかであるので、入力電圧などの入力信号4320を受信し、出力信号4322を生成する。
【０５８２】
スイッチモード電源内の動作において、スイッチ4310は、電流タイプの入力信号4320を受信し、電流タイプを変更する出力信号を生成する。例えば、スイッチ4310は、グリッドから電流を受け取り、特定のデバイスで使用するために電流を調整する。
【０５８３】
一例として、スイッチングレギュレータでは、直流電圧（Vin）は、高い周波数でパルス幅変調されたPWM波形に変換される。PWM波形のマーク・スペース比は、一般に、伝達比（Vout/Vin）を設定します。次に、PWM波形は、インダクタとコンデンサによってフィルタ処理され、所望の出力電圧（Vout）が得られる。3つの種類のレギュレータがある。
ステップダウンレギュレータ（Vin＞Vout）は、降圧レギュレータとも呼ばれ、ステップアップレギュレータは、ブーストレギュレータと反転レギュレータと参照され、昇降圧レギュレータ（Vout＝Vin）とも呼ばれる。相互接続、インダクタ巻線、コンデンサ電極、および/または他のELRベースのすべてが、トランジスタの抵抗の除去から利益を得ることができる。結果は、高効率である。
【０５８４】
スイッチ4310は、アナログ-デジタル変換器、デジタル-アナログ変換器、マイクロプロセッサおよび他の論理ベースのエレメントのような他の用途に利用することができる。いくつかのケースでは、ELRエレメントの利用は、改善された効率、より速い変換時間をもたらすより速いクロック速度（ADC、DAC）および/または計算/命令時間μC、μΡ、論理回路、簡略化した集積回路の設計を容易にする。
【０５８５】
図44-Dは、1つまたは複数のELRベースのエレメントを使用するマイクロプロセッサ4400を示す概略図である。マイクロプロセッサ4400は、1つまたは複数のELRベーストランジスタ4415、アキュムレータ4417、プログラムカウンタ4420、アドレスレジスタ4425、制御シーケンサ4430、デコーダ4435、データレジスタ4440、ランダムアクセスメモリ4450、および/または入力/出力（I/O）コンポーネント4455を含む、論理コンポーネント4410を含む（RAM）。マイクロプロセッサ4400はまた、種々の情報経路4460を含む。そのいくつかまたはすべては、本明細書に記載の変更されたおよび/または開口されたELR材料から形成され得る。導電路4460は、制御バス経路4462、データバス経路4464、アドレスバス経路4466、およびあってもよい。
【０５８６】
本明細書に記載の所望のELR材料を有する、論理コンポーネント4410および/またはマイクロプロセッサ4400の経路情報の一部または全部4460を形成することは、マイクロプロセッサ4400がより迅速かつ効率的に実行できることを可能にする。
【０５８７】
いくつかの例では、ELR材料-半導体接合は、抵抗歪みを最小にするために長距離にわたる高い忠実度の信号を実現するELR相互接続を使用する回路における伝播遅延は、事実上無いので、複雑なコンポーネントおよび/またはアーキテクチャを必要とせずに非常に高速で実行するスイッチ、増幅器、論理デバイス、メモリデバイスなどのデバイスを可能にする。
【０５８８】
もちろん、当業者は、他のシステムおよびデバイスが本明細書に記載のELRベース接合トランジスタを使用してもよいことを理解するであろう。
【０５８９】
いくつかの実施例では、変更されたELR材料を含むトランジスタは、以下のように説明することができる。
【０５９０】
変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記変更されたELRエレメントに近接して配置された半導体と、を含む接合デバイスであって、前記変更されたELRエレメントは、ELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層を含むことを特徴とする接合デバイス。
【０５９１】
接合を形成する方法であって、基板上に変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントを形成する工程と、前記基板上の前記変更されたELRエレメントに近接して配置される半導体を形成する工程とを有することを特徴とする方法。
【０５９２】
基板上に形成された接合であって、半導体材料からなる第１エレメントと、150Kと313Kの範囲の温度で電荷の流れに対して非常に低い抵抗を示す、非常に低い抵抗（ELR）材料で形成された第２エレメントと、を含むことを特徴とする接合。
【０５９３】
第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、第２の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記第１の変更されたELRエレメントと前記第2の変更されたELRエレメントとの間に配置された半導体とを含むジョセフソン接合デバイスであって、前記第１の変更されたELRエレメント又は前記第２変更されたELRエレメントは、ELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層と、を含むことを特徴とするジョセフソン接合デバイス。
【０５９４】
基板上に第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントを形成する工程と、前記基板上に前記第1の変更されたELRエレメントに近接して半導体を形成する工程と、前記基板上の前記半導体に近接して第２の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントを形成する工程と、を含むことを特徴とするジョセフソン接合の形成方法。
【０５９５】
基板上に形成されたジョセフソン接合であって、非常に低い抵抗材料で形成された第１エレメントと、半導体材料から形成され、前記第1エレメントに近接して配置される第２エレメントと、非常に低い抵抗で形成された第3エレメントと、を有し、前記第１エレメントまたは前記第３エレメントは、150Kと313Kの間の温度で、電荷の流れに対して非常に低い抵抗を示す、非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されていることを特徴とするジョセフソン接合。
【０５９６】
変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成された第１ナノワイヤと、前記変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成された第２ナノワイヤと、第1接合を形成するために前記第１ナノワイヤに結合された第１の端部と、第2接合を形成するために前記第2ナノワイヤに結合された第2端部と、を有する半導体ナノワイヤと、を有するトランジスタであって、前記変更されたELR材料は、ELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層とを含むことを特徴とするトランジスタ。
【０５９７】
電流を制御するデバイスであって、半導体ナノワイヤと、電流を半導体ナノワイヤに放出する第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記半導体ナノワイヤから電流を収集する、第２の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記半導体ナノワイヤ内の電流を制御するために前記半導体ナノワイヤに電圧を印加する制御エレメントとを有することを特徴とするデバイス。
【０５９８】
半導体ナノワイヤの第1領域に近接して配置されている、第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）で形成された第1の接合と、前記半導体ナノワイヤの第2領域に近接して配置されている、第２の変更された非常に低い抵抗（ELR）ナノワイヤから形成された第2接合と、を含むことを特徴とするトランジスタ。
【０５９９】
バイポーラ接合トランジスタであって、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されたエミッタ電極と、前記変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成された集電電極と、前記変更された非常に低い抵抗材料で形成されたベース電極（ELR）材料と、第1接合を形成するために前記エミッタ電極に結合された第1端部と、第2接合を形成するために前記コレクタ電極に結合された第2端部と、を有する半導体エレメントと、を有し、前記変更されたELR材料は、ELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層を含むことを特徴とするバイポーラ接合トランジスタ。
【０６００】
電流を制御するデバイスであって、半導体エレメントと、前記半導体エレメントに電流を放出する、第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記半導体エレメントから電流を収集する、第２の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記半導体エレメント内の電流を制御するために、前記半導体エレメントに電圧を印加する制御エレメントと、を有することを特徴とするデバイス。
【０６０１】
半導体コンポーネントの第１領域に近接して配置されている、第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントで形成された第1接合と、前記半導体コンポーネントの第2領域に近接して配置されたている、第2の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントで形成された第2接合と、を有することを特徴とするバイポーラ接合トランジスタ。
【０６０２】
金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）であって、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されたソース電極と、前記変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されたドレイン電極と、前記変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されたゲート電極と、を有し、前記変更されたELR材料は、ELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層と、を含むことを特徴とする金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）。
【０６０３】
電流を制御するデバイスであって、半導体領域と、前記半導体エレメントへ電子源を提供する、第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記半導体エレメントから電子を受け取る、第２の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記半導体エレメント内の電子の流れを制御するために前記半導体エレメントに電圧を印加する制御エレメントと、を含むことを特徴とするデバイス。
【０６０４】
金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）によって利用されるように構成された電極であって、非常に低い抵抗（ELR）の材料の層と、前記非常に低い抵抗（ELR）の材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層と、を有することを特徴とする電極。
【０６０５】
金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）を含むスイッチであって、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されたソース電極と、前記変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されたドレイン電極と、前記変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されたゲート電極と、を有し、前記変更されたELR材料は、ELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層を含むことを特徴とするスイッチ。
【０６０６】
論理デバイスであって、半導体領域と、前記半導体エレメントへ電子源を提供する、第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記半導体エレメントから電子を受け取る、第２の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記半導体エレメント内の電子の流れを制御するために、前記半導体エレメントに電圧を印加する制御エレメントと、を含み、実際の電子の流量は、1に対応する第1論理状態を示し、電子の流れが無いのは、0に対応する第2論理状態を示すことを特徴とする論理デバイス。
【０６０７】
スイッチであって、半導体エレメントに1つまたはそれ以上の電子を放出するように構成されたエミッタと、前記半導体エレメントから1つまたは複数の電子を収集するように構成されたコレクタと、を有し、前記エミッタ又は前記コレクタは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料を含むことを特徴とするスイッチ。
【０６０８】
金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）を含む増幅器であって、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されたソース電極と、前記変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されたドレイン電極と、前記変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されたゲート電極と、を含み、前記変更されたELR材料は、ELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層とを含むことを特徴とする増幅器。
【０６０９】
増幅器であって、半導体エレメントに1つまたはそれ以上の電子を放出するように構成されたエミッタと、前記半導体エレメントから1つまたはそれ以上の電子を収集するように構成されたコレクタと、を含み、前記エミッタ又は前記コレクタは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料を含みことを特徴とする増幅器。
【０６１０】
信号を増幅する方法であって、エミッタで電流を受信する工程と、前記受信した電流に基づいて半導体エレメントに電子を放出する工程と、前記放出された電流に電圧を印加する工程と、前記受信した電流に対して電圧又は電流における利得を達成する工程と、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成されたコレクタ電極中に増幅された電流を集める工程と、を有することを特徴とする方法。
【０６１１】
金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）を含む増幅器であって、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されたソース電極と、前記変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されたドレイン電極と、前記前記変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されたゲート電極と、前記MOSFETの周囲温度よりも低い温度で、前記MOSFETの温度を維持するように構成された冷却システムと、を含み、前記変更されたELR材料は、ELRの層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層とを含むことを特徴とする増幅器。
【０６１２】
接合デバイスであって、変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記変更されたELRエレメントの近傍に位置する半導体と、前記変更されたELRエレメントが非常に低い抵抗で電荷を伝播する温度で前記変更されたELRエレメントを保持する冷却コンポーネントと、を有し、前記変更されたELRエレメントがELR材料の層と、前記ELR材料の層の1つまたはそれ以上の動作特性を変更する、変更する層とを含むことを特徴とする接合デバイス。
【０６１３】
電流を制御するデバイスであって、半導体領域と、前記半導体エレメントに電子源を提供する、第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記半導体エレメントから電子を受け取る、第２の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記半導体エレメント内の電子の流れを制御するために、前記半導体エレメントに電圧を印加する制御エレメントと、前記第１ELRエレメント、前記第２ELRエレメント、または前記第３ELRエレメントをデバイスの周囲温度より低い温度で維持する温度コンポーネントと、を有することを特徴とするデバイス。
【０６１４】
情報記憶装置であって、メモリ領域と、前記メモリ領域への電荷の供給源を提供する、第１の変更されたELRエレメントと、前記メモリ領域から電荷を受信する、第2の変更されたELRエレメントとを有することを特徴とする情報記憶装置。
【０６１５】
情報記憶装置であって、半導電体領域と、前記半導体領域に電子源を提供する、第１の変更された非常に低い抵抗（ELR）半導体エレメントと、前記半導体エレメントから電子を受け取る、第２の変更された非常に低い抵抗（ELR）エレメントと、前記半導体エレメント内の電子の流れを制御するために、前記半導体エレメントに電圧を印加する制御エレメントと、を有し、実際の電子の流量は1に対応する第1の論理状態を示し、電子の流れがないのは0に対応する第2の論理状態を示すことを特徴とする情報記憶装置。
【０６１６】
第8章 - ELR材料で形成された集積回路
パートA 集積回路デバイス
本章の説明は、図1-36と図37-E〜図45-Eを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【０６１７】
変更された非常に低い抵抗（ELR）の材料で形成されている集積回路コンポーネントについて説明する。変更されたELR材料は、例えば、膜、テープ、箔、又はナノワイヤであってもよい。ただし、説明を簡単にするために、本明細書の実施例では、変更されたELR材料が膜であることを仮定するが、他の例を使用することもできる。変更されたELR材料は、現在の高温超伝導体（HTS）に関連付けられる通常の温度よりも高い温度で電流に対して非常に低い抵抗値を提供し、これらの高温度で、集積回路の動作特性を向上させる。
【０６１８】
いくつかの例では、変更されたELR膜は、集積回路に使用される材料の種類、変更されたELR膜の用途、変更されたELR膜を使用するコンポーネントの大きさ、変更されたELR膜を使用するデバイスや装置の動作要件などに基づいて製造される。このように、集積回路の設計および製造時に、変更されたELR膜のベース層として用いられる材料および/または変更されたELR膜の変更する層として使用される材料は、様々な考慮事項、所望の動作特性および/または製造特性に基づいて選択することができる。
【０６１９】
図37-Eは、変更された、開口された、および/または他の新しいELR材料から少なくとも一部が形成された導電路3700Eの破断図を示す概略図である。このようなELR材料は、例えば、ELR材料のベース層3704と、ベース層3704上に形成される変更する層3706とを有する。本発明の様々な例が、"変更されたELR材料"および/または変更されたELR材料（例えば、変更されたELR膜等）の様々な構成を参照して説明されているが、本明細書に記載の改良されたELR材料のいずれもが、本発明の様々な態様に一致する、変更されたELR材料（例えば、変更されたELR材1060など）、開口されたELR材料、および/または他の新しいELR材料を含んで使用され得ることが理解されるであろう。本明細書で説明するように、これらの改良されたELR材料は、少なくとも1つの改善された動作特性を有しており、いくつかの例では、150Kよりも高い温度でELR状態で動作することを含んでいる。、
【０６２０】
種々の適切な変更されたELR膜は、本明細書で詳細に説明されている。このような導電経路は、集積回路で実施される場合、電源を分配し、回路部品との間で信号を伝播するために、例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（DSP）、システムオンチップ（SoC）、ディスクドライブコントローラ、メモリ、特定用途向け集積回路（ASIC）、特定用途向け標準製品（ASSP）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（FPGA）、又は他の半導体集積回路に使用することができる。
【０６２１】
図37-Eの例に示すように、導電路は、ELR材料ベース層3704とELR材料ベース層3704上に形成された変更する層3706を含む。導電路は、集積回路のシリコン基板上などの基板3702上に形成することができる。導電路は、他のIC層の上に形成することができる。変更されたELR膜で形成されている導電路3700は、室温又は周囲温度（〜21℃）のような従来のHTS材料で使用される温度よりも高い温度での導電経路の電流の流れに対してほとんど又は全く抵抗がない。
【０６２２】
基板3702の材料又は寸法は、様々な要因に基づいて選択することができる。例えば、高い誘電率を有する基板材料を選択すると、一般に、伝送線路で見られる容量を低減し、従って、信号を駆動するために必要な電力を減少させる。当業者であれば、所望の特性および/または所望の動作特性を達成するために、基板が多くの異なる材料と多くの異なる形状で形成されてもよいことを理解するであろう。
【０６２３】
いくつかの例では、変更されたELR導電路は、従来のHTS材料の転移温度（例えば、80〜135Kの範囲であり得る）と室温（約294K）の間の温度での電流の流れに対して非常に低い抵抗を示す。これらの例では、導電路は、導電路3700で使用される変更されたELR膜の種類の臨界温度まで導電路3700を、冷却するために使用されるような冷凍機又はクライオスタットのような冷却システム（図示せず）を含むことができる。例えば、冷却システムは、導電路を液体フロンの温度と同じの温度まで、凍った水の温度と同じの温度まで、又は本明細書に記載他の温度と同じの温度まで冷却することが可能なシステムであってもよい。すなわち、冷却システムは、導電路3700に利用される、変更されたELR膜の種類や構造に基づいて選択することができる。
【０６２４】
図38-Eは、変更されたELR膜から形成された導電路のモデル例を表す概略図である。モデルは、入力Iおよび出力Oを含む。Ri及びRoは、変更されたELR膜から形成された導電路の入出力端に接続する材料の各抵抗値である。Rv1、Rv2、Rv3とRv4は、内部導通経路から導電路の外皮までのビアおよび/または他の接続の抵抗値である。Rw1とRw2は、変更されたELR膜の内部の導電路の抵抗値である。Rs1〜Rs4およびCs1-Cs4は、導電路の外皮の伝送ラインモデルである。破線3802内に包含されるエレメントは、導電路上の各ビア（または他の接続など）に対する位置Pで直列に複製することができる。図38-Eの例示モデルは、ビア（Rv4で示される）と出力O行先の直列経路に接続する分岐B1を示す。いくつかの例では、モデルは、インダクタを含む複数のエレメントを含むことができる。
【０６２５】
変更されたELR膜から形成された導電路をの非常に低い抵抗値（モデルのRw1とRw2で示される）により、導電路の信号伝播は、ゼロに近い波面遅延時定数を有す。信号は、外部環境のコンデンサンスによって邪魔されない光導波路での伝播と同様な方法で、変更されたELR膜の結晶構造を通って伝播する。しかしながら、信号はまた通常の抵抗（モデルのRs1-Rs4で示す）と周辺環境の容量（モデルのCS1〜CS5で示す）を経験する変更されたELR膜の外皮上を伝播する。したがって、変更されたELR膜の結晶構造を伝播する信号は、宛先ノードに到達し、外皮が完全に変更された電圧に達成する前にノードの電圧を変化させることができる。
【０６２６】
本明細書で説明したように、多くの集積回路デバイスおよびシステムは、高温または周囲温度で非常に低い抵抗値を示す変更されたELR導電路を利用、および/または、組み込むことができる。一般に、電子の流れの経路を提供するデバイスまたはシステムは、本明細書に記載のような変更されたELR導電路を組み込むことができる。次の章では、いくつかの例示的なデバイス、システム、および/またはアプリケーションを記述する。当業者は、他の装置、システム、および/またはアプリケーションはまた、変更されたELR導電路を利用することができることを理解するであろう。
【０６２７】
いくつかの例では、集積回路の静電放電（ESD）保護ルーティングは、本明細書に記載のような変更されたELR導電路を利用することができる。図39-Eは、変更されたELR導電路で形成されたESD保護ルーティングを含む例示の集積回路の図である。図39-Eに示されているように、変更されたELR材料は、通常の信号経路3904（集積回路の入力/出力パッド3914に接続する）とESD保護回路3906との間の接続を確立する導電路3902を実現するために使用される。変更されたELR材料はまた、ESD保護回路3906と接地3910との間を接続する導電路3908と共に使用することができる。いくつかの例では、変更されたELR導電路は、指向することができる。すなわち、電流が変更されたELR材料の特定の面に沿って流れるので、図39-EのESD保護ネットワークは、ESDを地面へ導くために、ビア3912などのビアによって互いに結合された2つの実質的に直交層を利用することができる。他の例では、通常の信号経路3904はまた、変更されたELR材料から形成することができる。
【０６２８】
大きさが小さい特徴備えた最新の集積回路技術は、ESDに対してかなり脆弱であり、メーカーはESD保護する技術を開発しなければならなかった。ESDイベントを軽減するための従来技術中に２つの問題が存在する。第１の問題は、ESDイベントをすぐに検出することであり、第２の問題は、電荷が損傷しきい値に達する電圧を構築する前に、限られた時間内に電荷をルーティング回路を通って伝導させることである。最新の集積回路の小さいトランジスタは低い破壊電圧を有するので、従来の材料を用いて適切な保護評価を達成することは困難である。
【０６２９】
変更されたELR材料のESD保護回路を実施することは、ESD保護のための十分な保護評価を可能にする。まず、通常の信号経路とESD保護回路との間の導電路3902は、変更ELR材料を用いて実施されるため、ESD信号は、ゼロに近づく波面遅延時間を有する。このことは、ESD保護回路3906がほぼ瞬時にESDイベントを検出することを可能にする。変更されたELR材料のESD保護ネットワークは、電荷が回路構造に損傷を与えるレベルまで電圧を構築させる前に、ESDイベントに対する電流伝導を提供し、ESDを適切に設計された通路（例えば、導電路3908）に導くことに加えて、ESDイベントを検出して保護を誘発する非常に迅速な応答を提供する。ESD保護定格電圧は、ESD保護回路がESDイベントに対してどのように早く反応するかに直接比例する。例えば、従来の材料を用いたESD保護回路は、通常は、2,000V人体モデル（HBM）のレイティングを有するが、変更されたELR材料から形成された導電路を使用するESD保護回路は、応答が8倍以上にスピードアップされるので容易に16,000V HBMレイティングに達成する。
【０６３０】
変更されたELR導電路からのESD保護ネットワークは、例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、DSP、SoC、ディスクドライブコントローラ、メモリ、ASIC、ASSP、FPGA、ニューラルネットワーク、センサアレイ、MEMS、一般の他の半導体集積回路上で実施することができる。
【０６３１】
いくつかの例では、変更されたELR導電路の抵抗は、定義された位置での抵抗を生成するために変更することができる。抵抗器は、集積回路の回路のコンポーネントとして使用することができる。例えば、抵抗器は、フィルタやアンプ等のアナログ集積回路で使用することができる。デジタル回路のタイミングは、クロック・ネットワークに対する抵抗を加えることによって変更することができる。信号を運ぶ導電路内に余分な抵抗を挿入することによって、重要な領域における信号の整合性を改善することができる。
【０６３２】
図40-Eは、変更されたELR材料から形成される導電路上の例示のレーザプログラマブルエレメントを示す図である。図40-Eに示す変更されたELR導電路4002は、レーザで変更された部分4006を含む。集積回路チップは、通常は、チップの表面に保護層を有する。いくつかの例では、この保護層は、変更されたELR導電路をレーザに対して露出させる開口4004を生成するために除去される。レーザで変更される部分4006がレーザに曝されると、その部分の抵抗は、周囲の導電路に対して増加する。いくつかの例では、レーザからのエネルギーは、変更されたELR材料の結晶構造が導波路としてもはや作用しないように、レーザによって変更される部分の導電路の分子構造を再配列させる。他の例では、変更されたELR材料の変更する層は、レーザによって焼灼され、変更する層が容易にする低抵抗化は失われる。他の例では、変更されたELR材料の変更する層の両方が焼灼され、導電路の分子構造は、レーザによって変更される。
【０６３３】
レーザにより変更された部分の寸法は、抵抗を定義し、その部分は、変更されたELR導電路中に提供される。変更されたELR導電路のレーザで変更された部分は、回路が製造された後で、回路に抵抗を"挿入"することができ、チップ上のクロック周波数を変更する"微調整"オシレーターと同様にアナログ回路に対して特に有用である。いくつかの例では、変更されたELR導電路の連続した直線距離は、所望の抵抗を提供ために変更することができる。他の例では、変更されたELR導電路の複数の不連続部分は、全体的な直列抵抗を与えるようにレーザで変更することができる。
【０６３４】
たとえば、図41-Eは、例示の変更されたELR材料から形成される導電路上のマルチビットレーザプログラマブルエレメントを示す図である。図41-Eは、多くの個別のレーザで変更された部分で構成されている種々の抵抗を有する、変更されたELR導電路4102〜4108を示している。上記のように、いくつかの例では、保護層中の開口4410は、レーザに対して導電路を曝すように設けられている。導電路4102は、図40-Eを参照して上述したように単一エレメント抵抗4112を含む。導電路4104は、導電路4104に合計の抵抗を提供するために加えられる２つの個別のレーザで変更された部分4114、4116を含む。当業者には、様々な構成とレーザで変更される部分の寸法が、導電路に対して所望の抵抗を提供するために組み合わせられることは明らかであろう。理解されるように、イオンビーム及び電子ビームなど他のプログラミングメカニズムは、特定の用途での変更されるELR導電路をプログラムするために適切であり得る。
【０６３５】
いくつかの例では、変更されたELR導電路の抵抗は、一時的に磁場の存在によって変化させることができる。変更されたELR材料のELR状態は、絶対零度と同じような低温でも、臨界値を超える磁場の存在下では存在することができない。この臨界磁場は、変更されたELR材料の臨界温度と強く相関している。いくつかの例では、変更されたELR材料は、2つの臨界磁場値を示し、１つは、混合されたELRと通常状態の発生、１つは、ELRが停止する場所である。混合されたELR状態の特性は、磁場を変化させることによって様々な値の抵抗を実施するために使用することができる。
【０６３６】
図42-Eは、変更されたELR材料から形成される導電路の上に磁気的にプログラム可能なエレメントを有する例示の集積回路の破断図を示す概略図である。集積回路は、半導体基板4201、誘電材料4202、配線層4203、4205、4207、4210、4212、4214、4216、4218、ビア層4204、4206、4208、4211、4213、4215、4217、および磁気的にプログラマブルエレメント4220を画定するボイド4219を含む。いくつかの例では、少なくとも配線層4212は、変更されたELR材料から形成されている。
【０６３７】
図42-Eの例示の集積回路が、臨界磁場よりも強い磁場にさらされるとき、配線層4212の抵抗は増加する。配線層4212の上方の配線層4209は、シールド層4209中のボイド4219が磁気的にプログラマブルエレメント4220を画定するような磁場に対するシールドとして作用する。いくつかの例では、複数の空隙は、複数の磁気的にプログラム可能なエレメントを画定することができる。いくつかの例では、複数の磁気的にプログラム可能なエレメントの各々は、種々の異なる抵抗値を生成するために異なる強さの磁場に曝されることができる。
【０６３８】
集積回路中の磁気的にプログラム可能なエレメントは、多くの用途を持つ。例えば、そのエレメントは、動的に、追加、削除、および/または調節することができる抵抗としてアナログ集積回路で使用することができる。デジタル回路のタイミングは、磁気的にプログラム可能なエレメントを磁場に曝すことによって抵抗値の追加、削除、および/または調整することによって調整することができる。臨界領域における信号の整合性は、磁場に対して信号を伝送する導電路を曝すことによって余分な抵抗を挿入することによって改善することができる。磁気的にプログラム可能なエレメント又は磁気的にプログラム可能なマトリクスは、サーミスタが温度を測定するために使用されるのと同様に磁場を測定するために使用することができる。
【０６３９】
磁場は、磁気的にプログラム可能なエレメントの近くに取り付けられたデバイスによって供給することができる。例えば、装置は、永久磁石又は電磁石であってもよい。図43-Eは、例えば、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（MRAM）セルによって活性化される磁気的にプログラム可能なエレメントを示す図である。図43-Eの例では、変更されたELR材料の導電路4302は、MRAMセル4304の近傍に形成されている。図43-Eと図44-Eの以下の例の磁場4308のソースは、MRAMセルであると記載されているが、付録Aに記載のELRセンサ/アンテナのような磁場源は磁場を生成するために使用することができる。
【０６４０】
MRAMセルは、少なくとも２つの状態を有し、MRAMセルによって生成された磁場は、その状態に応じて変えることができる。MRAMセルは、MRAMセルによって生成される磁場がMRAMセルの少なくとも一方の状態のために導電路の臨界磁場を超えるように、導電路4302に十分に近接して配置されている。いくつかの例では、MRAMセルの近くに導電路の幅は例えば、低減された幅部4306に低減される。この幅の減少は、低減された幅部の抵抗値を変更するために必要な臨界磁場に影響を与えることができる。
【０６４１】
いくつかの例では、複数のMRAMセルは、抵抗を変化させる複数の抵抗器を設置する導電路に沿って分散又は局在化することができる。図44-Eは、変更されたELR導電路に沿って分散された複数のMRAMセルの例示的な図である。図44-Eに示すように、各導電路4402〜4408は、導電路のセグメントのために磁場を生成することができる複数のMRAMセルを有する。各MRAMセルは、選択的に活性化することができ、導電路の抵抗を変えることができる。例えば、MRAMセル4410は、変更されたELR伝導路4402のセグメント4412に対して臨界磁場を超える磁場を生成する第１状態にある。MRAMセル4411は、変更されたELR伝導路4402のセグメント4413に対して臨界磁場を超える磁場を生成しない第2の状態にある。
【０６４２】
変更されたELR導電路の複数のセグメントは、複数の抵抗値を生成する磁場に曝されることができる。例えば、MRAMセル4414、4416は、両方とも第１状態にし、変更されたELR導電路4404上のセグメント4418、4420にたいして臨界磁場を生成することができる。長さを変えるセグメントの数は、導電路上に生成されたほぼ無限に可能な抵抗を生成するために組み合わせることができる。この複数のMRAMセル又は他の磁場源の構成は、フィルタにおいてフィルタの抵抗を変更することができる適応フィルタを生成するために使用することができる。この構成は、マッチングのために伝送線路のインピーダンスを調整するために使用することができる。
【０６４３】
いくつかの例では、変更されたELR導電路のセグメントは、導電路に流れる電流が変更されたセグメントでの臨界電流を超えて上昇するように、セグメントの寸法を変更することにより、電流制限デバイスとして用いることができる。たとえば、図45-Eは、電流制限セグメント4504を有する変更されたELR導電路4502を示す図である。図45-Eの例では、変更されたELR材料の狭幅セグメントを含むが、当業者は、変更されたELR材料の他の寸法を変更することができることを理解するであろう。たとえば、変更されたELR材料のセグメントは、薄く作ることができるし、変更されたELR材料の多層を少ない層でつくることができる。
【０６４４】
いくつかの例では、複数のエレメントを変更されたELR導電路上に作成することができる。各エレメントに対して必要とされる幅と厚さを設計することによって、各場合において、臨界電流に到達することができる。各エレメントは、電流が臨界電流以下の場合、通常の使用の場合にごくわずかな抵抗で動作するが、いくつかのデザイン戦略を満たすために（例えば、障害または他の所望の条件を緩和する）、電流がセグメントの臨界電流を超えると、セグメントは、導電路の残りの部分よりも高い抵抗になる。上述したように、セグメントの抵抗は、セグメントの厚さ、幅、および/または長さによって画定することができる。
【０６４５】
いくつかの例では、トランジスタ又は微小電気機械システム（MEMS）スイッチは、導電路の特定のセグメント内で臨界電流に達したときに、トリガするために使用することができる。例えば、MEMSスイッチは、特定の条件に応じて電流制限セグメントを流れる電流の経路に設定し、それ以外は、代替パスを介して電流をルーティングすることができる。
【０６４６】
いくつかの例において、本明細書に記載のシステム及びデバイスの一部または全部は、アプリケーションで使用される変更されたELR材料が周囲温度よりも低い温度で非常に低い抵抗値を示すようなアプリケーションにおいて低コストの冷却システムを使用してもよい。本明細書で説明されたように、これらの実施例では、アプリケーションは、変更されたELR導電路を液体フロンの沸点の温度と同じの温度まで、水の融点の温度と同じの温度まで、または本明細書に記載の他の温度まで冷却するシステムのような冷却システム（図示せず）を含んでもよい。冷却システムは、アプリケーションで利用されるELR材料の種類や構造に基づいて選択することができる。
【０６４７】
本明細書に記載のシステム、デバイス、および/またはアプリケーションに加えて、当業者は、他の集積回路システム、デバイス、およびアプリケーションは、本明細書に記載のELRの導電路を利用することができる。
【０６４８】
パートB 集積回路とMEMSデバイス
本章の説明は、図1-36と図37-F〜図45-Fを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【０６４９】
本発明の様々な実施例は、一般に、変更された、開口された、および/または他の新しいELR材料が組み込まれた相互接続のような非常に低い抵抗の相互接続（ELRI）に関連する。いくつかの実施例では、ELRIは、非常に低抵抗（ELR）材料からなる第１層と、ELR材料の第１層に結合された、変更する材料からなる第2層と、を有する。ELRIは、各種の改良を生成するために様々なシステムと方法で使用することができる。様々な効率が生成されるいくつかの例は、半導体集積回路（IC）上のアナログ回路に微小電気機械システム（MEMS）を接続するためにELRIを使用するシステムおよび方法、ICまたはIC搭載基板上に複数のMEMSを接続するためにELRIを用いるシステムおよび方法、半導体ICや搭載基板上にMEMSと共に使用される受動コンポーネントのためにELRIを使用するシステムおよび方法、IC搭載基板上の他の回路またはシステム・イン・パッケージ（SIP）にMEMSを接続するためにELRIを使用するシステムと方法であるが、これらに限定されるものではない。
【０６５０】
いくつかの実施例では、半導体IC上のアナログ回路にMEMSを接続するELRIを使用するシステムおよび方法を提供する。様々な実施例では、アナログ回路の機能とMEMSエレメントとの間に伝播する信号のために導電路を提供するELRI材料を使用する。これらの導電路は、抵抗を無視でき、波面遅延時定数をゼロに近づけることができる。このように、電気的相互作用における信号および駆動電流の遅延を大幅に低減することができる。
【０６５１】
様々な実施例によれば、ELRI材料は、IC上に、IC搭載基板上に、またはICパッケージ内の他の場所に、複数のMEMSを接続するために使用することもできる。例えば、ELRI材料は、IC上のさまざまなMEMS回路の間で伝播する信号のための導電路を提供するために使用することができる。これらの種々のMEMSと結合する導電路は、異なるMEMSパラメータまたは属性と組み合わせるかまたは補正して、複数のおよび可変パラメータまたは属性を持ちながら電気的にMEMSとして作用するという意味でMEMSネットワークまたは仮想マルチMEMSを生成することができる。
【０６５２】
1つまたは複数の実施例では、ELRIは、半導体IC、あるいは、搭載基板上のMEMS上の受動コンポーネント中で用いることができる。例えば、いくつかの実施例では、ELRI材料は、受動部品および/または受動コンポーネントと他の回路との間の導電路を実現するために使用することができる。導電路は、信号を無視できる抵抗と波面遅延時定数ゼロに近づけて伝播することを可能にする。ELRI材料の使用は、それらの電気的相互作用で実質的に信号の遅延と駆動電流を減少させる。さらに、ELRI受動部品との接続は、MEMS構造の一部としてELRIを含むMEMSエレメントを含むことができる。
【０６５３】
さらに、本発明の様々な実施例は、MEMSをIC実装基板またはシステム・イン・パッケージ（SiP）上の他の回路に接続するためにELRIを使用するシステム及び方法を提供する。これらのいくつかの実施例において、ELRI材料は、MEMSエレメントと回路機能コンポーネント間で信号を伝播する導電路を実装して様々な有益な効果を得るために使用することができる。例えば、導電路が無視できる抵抗と波面遅延時定数をゼロに近づけて、それにより、実質的に信号の遅延とそれらの電気的相互作用で駆動電流を低減することができる。
【０６５４】
ELRIは、材料の種類、ELRIのアプリケーション、ELRIを用いるコンポーネントの大きさ、ELRIを用いるデバイスや機械の動作要件などに基づいて製造することができる。このように、設計および製造中に、ELRIのベース層として使用される材料、および/または、ELRIの変更する層として使用される材料は、様々な考慮事項、所望される動作特性および/または製造特性に基づいて選択される。本明細書では、レイアウト及び/又は変更されたELRの配置のための種々の適切な幾何学的形状および構成が示され説明されるが、多数の他の形状も可能である。これらの他の形状は、材料の厚さの違い、異なる層の使用、複数の隣接した変更する層を有するELR膜、単一の変更する層によって変更された複数のELR膜、他の3次元構造に加えて、長さ及び/又は幅に対する異なるパターン、構成、レイアウトを含む。したがって、適切にな変更されたELRは、所望のアプリケーションおよび/または特性に応じて使用することができる。
【０６５５】
図面において、種々の図示のエレメントまたはコンポーネントの大きさ、および横方向の大きさ、様々な層の厚さは、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、これらの様々なエレメントは、見やすくするために、適宜拡大または縮小されている。また、本発明の詳細な記載が不要な場合には、正確な幾何学的形状やコンポーネントの位置、コンポーネント間の正確な接続などのコンポーネントの詳細は、図では抽象化され、詳細は除外されている。このような詳細が本発明の理解に不要な場合には、図示される代表的な幾何学的形状、配線、及び示す構成は、一般的な設計及び動作原理の例示を意図したものである。
【０６５６】
図37-Fは、3730のような従来使用している相互接続を用いて、アナログ回路3720a〜3720dとMEMS 3710a〜3710dを接続する可能な回路設計を示す概略図である。多くの回路設計では、アナログ回路3720a-3720dは、インターフェースで様々なMEMSパラメータとつないでMEMSパラメータを測定する。しかしながら、測定は、信号の精度を制限する接続寄生抵抗によって劣化する。図37-Fに示すように、複数のアナログ回路3720a-3720dは、MEMSの機械的-電気エネルギー変換によって生成された信号を増幅する必要があり、また、抵抗性導電体3760を介して伝播する信号で発生した寄生抵抗損失を補償するため従来の技術でコンポーネント3740に信号を提供する。アナログ回路がMEMSに非常に近接して配置される場合、通常はより良い機能が設けられる。しかしながら、場合によっては、MEMS 3710A〜3710dは、他の設計および製造上の理由かアナログ回路3720a〜3720dに近隣して配置することができない。その結果、従来の導電路に起因する接続寄生抵抗からパフォーマンスの低下が発生し、追加の設計上の考慮が十分なパフォーマンスを得るために必要とされる。同様に、MEMSが他の回路および/または他のコンポーネントに接続されるとき、従来の導電性相互接続に使用される場合に同様の劣化が発生する可能性がある。
【０６５７】
本発明のいくつかの実施例では、ELRIを使用してMEMSをIC上のアナログ回路に接続する方法やシステムを提供する。例えば、ELRIは、アナログ回路機能及びMEMSエレメントとの間で伝播する信号のための導電路を実現するために使用することができる。これらの導電路は、抵抗を無視することができ、波面遅延時定数をゼロに近づけることができる。このように、電気的相互作用中の信号および駆動電流の遅延を実質的に低減することができる。また、性能および精度は、MEMS回路への接続するときの寄生抵抗を低減することによって、従来の導電路の使用よりも優れる傾向がある。従って、MEMSをコンポーネント（例えば、アナログ回路および/または他の回路）に接続するためにELRIを使用すると、構成エレメントが場所にほぼ独立してMEMS回路に接続されることを可能にする。
【０６５８】
図38-Fは、MEMSをIC上の1つまたはそれ以上のアナログ回路に接続するためにELRIsを使用する方法を示す概略図である。様々な実施例によれば、MEMS回路3810A〜3810dをアナログ回路ブロック3840のアナログ回路3820にそれぞれ接続するための3830のようなELRIは、MEMS構造とアナログ回路とともに半導体IC上に実質的に実装することができる。アナログ回路は、インタフェースでMEMSパラメータにつないでMEMSパラメータを測定することができる。しかしながら、伝統的な相互接続では、測定は、接続寄生で劣化し精度を制限する。、理解されるように、ELRI 3830を使用すると、アナログ回路3820がMEMS回路3810a〜3810dに位置に実質的に独立して、かつ、実質的に寄生抵抗無しで、接続することを可能にし、さらには、必要な回路設計の複雑さを低減することができる。各アナログ回路3820の出力は、別のELRI 3860を介して駆動線3850に結合することができる。
【０６５９】
本発明のいくつかの実施例では、1つまたはそれ以上の導電路、MEMS、および1つまたはそれ以上の導電路を通ってMEMSに接続された回路のセット（例えば、アナログ回路）を含むICが供給される。いくつかの実施例では、1つ又はそれ以上の導電路は、ELR材料（例えば、YBCO、BSCCO、またはその他）からなる第1の層と、第１層のELR材料に結合され、変更する材料（例えば、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタン、ロジウム、ベリリウム、ガリウム、セレン、銀など）からなる第2層と、を有するELRIで構成されている。いくつかの実施例では、複数のレベルのIC相互接続を有することができ、各レベルは、導電路を連続的にするために要求されるような隣接する相互接続レベルに電気的に結合するように形成されたビアを有する絶縁体と隣接するレベルから分離する。相互接続の層および複数のレベルは、1つまたは複数の導電路のうちの少なくとも一つを含むことができる。いくつかの実施例によれば、ELRIは、周囲温度で、または他の適切な所望の条件下で超電導体または完全導体であり得る。
【０６６０】
MEMSは、1つまたは複数のコンポーネントを含むことができる。例えば、高周波回路、可変伝送線、導波管共振器、ELR成分、受動部品、ELR受動部品、準光学部品、可変インダクタ、可変コンデンサおよび/または電気機械的フィルタを含むが、これらに限定されるものではない。他の例として、1つまたはそれ以上のコンポーネントは、環境パラメータを検出するためのセンサを含むことができる。使用することができるセンサの種類の例としては、圧力センサ、温度センサ、光センサ、振動センサ、加速度計、湿度センサ、電場センサ、および/または、音響センサを含むが、これらに限定されるわけではない。
【０６６１】
いくつかの実施例では、ICに接続された電源を含む電子デバイス（例えば、ワイヤレスデバイス、Wi-Fiデバイス、スペクトラム拡散デバイス、無線USBデバイス、Bluetooth（登録商標）デバイスなどを提供する。ICは、ELR材料からなる第１層と、ELR材料からなる第１層に結合した、変更する材料からなる第2層と、を含むELRIからなる1つまたはそれ以上の導電路を有することができる。また、回路（例えば、RF回路、アナログ回路、デジタル回路、等）のセットは、1つまたはそれ以上の導電路を介してMEMSデバイスに接続することができる。いくつかの実施例では、電子デバイス内のICはまた、RFアンテナ、RFアンプ、RFフィルタ、および/またはRFコントローラを含むことができる。いくつかの場合において、これらのコンポーネントは、ELR材料から作られたELRコンポーネントである。例えば、RFアンテナは、ELR材料からなる第１のELRアンテナ層と、ELR材料からなる第１のELRアンテナ層に結合された、変更する材料からなる第2のアンテナELR層を有することができる。
【０６６２】
図39-Fは、MEMS 3920をIC実装基板またはSIP 3940上の他の回路やコンポーネント3930に接続するためにELRI 3910の使用を示す。例えば、ELRI 3910は、MEMS 3920をマイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、DSP、システムオンチップ（SoC）、アンテナ、第2MEMS、ASIC、ASSP、FPGAおよび/または他の回路、コンポーネントまたはデバイス3930への接続するために使用することができる。これらの実施例に使用される技術は、MEMS 3920を他の回路や部品3930に接続するために使用することができる。さらに、これらの技術は、同一または様々な種類のMEMS 3920を含む実質的に半導体IC実装基板に実装することができる。例えば、SiPに対して、ELRI 3910は、基板上のMEMSデバイスをICやアンテナなどの他の受動コンポーネントに接続し、感知できる抵抗がないことは、これらのエレメントが、基板上での物理的な場所に関係なく各ノードで直接的に接続されているように実行することを可能にする。
【０６６３】
少なくとも1つの実施例では、MEMS、ネットワークまたはコンポーネント、およびIC実装基板を含むICが提供される。IC実装基板は、ELR材料からなる第１層と、ELR材料からなる第１層に結合されている、変更する材料からなる第2層と、を有するELRIからなる1つまたはそれ以上の導電路を備えることができる。コンポーネントのネットワークは、1つまたはそれ以上の導電路を介してMEMSに接続することができる。いくつかの実施例では、コンポーネントのネットワークは、プログラマブルなコンポーネント、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、DSP、システムオンチップ（SoC）、アンテナ、第2のMEMS、ASIC、ASSP、および/またはFPGAなどの1つまたはそれ以上のELRI受動コンポーネントを含む。１つの実施例では、ELRI受動コンポーネントのセットは、送信回路または受信回路の特定の周波数またはQを設定することがプログラム可能である。
【０６６４】
いくつかの実施例では、MEMSは、ELR材料からなる第１層と、ELR材料からなる第１層に結合された、変更する材料からなる第2層とからなる、1つまたはそれ以上の内部パスおよび/またはコンポーネントを含むことができる。1つまたはそれ以上のコンポーネントは、電気的コンポーネントおよび/または機械的コンポーネントであり得る。例えば、少なくとも一つの実施例では、1つまたはそれ以上のコンポーネントは、ELRI受動コンポーネントのセット、可変伝送線、導波管、共振器、準光学部品、可変インダクタ、可変コンデンサ、電気機械的フィルタ、センサ、スイッチ、アクチュエータ、構造、および/または他のコンポーネントを含むことができる。
【０６６５】
いくつかの実施例では、MEMSは、MEMSの外部からの入力信号を受信するための入力ポートおよび/またはMEMS外部で内部的に生成された信号を送信する出力ポートを含むことができる。入力ポートは、入力信号を受信し、応答を生成するように構成されたコンポーネントに接続することができる。いくつかのケースでは、入力ポートおよび/または出力ポートは、信号伝達を可能にする1つ又はそれ以上の導電路を介して、コンポーネントに接続することができる。いくつかの実施例では、1つまたはそれ以上の導電路は、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層と、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層に結合された変更する材料からなる第2層と、を含む。
【０６６６】
ICに接続された電源を有する電子機器のための様々な実施例を提供する。これらの実施例によれば、ICは、ELR材料からなる第1層と、ELR材料からなる第1層に結合された変更する材料からなる第2層と、を含むELRIからなる1つまたは複数の導電路を備える、IC実装基板を含むことができる。また、ICは、MEMSと、1つまたは複数の導電路を介してMEMSに接続されている他のコンポーネント（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、DSP、SoC、アンテナ、RF制御部、RF回路、RFアンプ、第2のMEMS、ASIC、ASSP、FPGA、ニューラルネットワーク、および/または他のコンポーネント）のネットワークを含むことができる。いくつかの実施例では、MEMSは、以下のコンポーネント（すなわち、可変伝送線、導波管共振器、準光学部品、可変インダクタ、可変コンデンサ、および/または電気機械フィルタ）の1つまたはそれ以上を含むことができる。
【０６６７】
多くの利点は、MEMS回路をICまたはSIP上のアナログ回路、および/または他の回路/コンポーネントは他に接続するためにELRIを使用すること起因している。例えば、1つまたはそれ以上の導電路は、ほぼゼロの寄生抵抗を有するので、このことは、MEMSがパッケージ上の位置に関係なく回路またはコンポーネントのセットに接続することを可能にする。また、ELRIは、MEMSと回路やコンポーネントが最適化された位置でIC上に集積され、かつ寄生抵抗による劣化を最小限に抑えることを可能にする。別の例として、ELRIは、MEMSおよびアナログ回路が幾分独立して設計されることを可能にする。この独立した設計は、迅速な開発を容易にすることができる。さらに、このことは、MEMSIPおよびアナログ回路IPのより自由な使用を可能にする。ELRIは、MEMSとアナログ回路設計の間でより独立性を可能にするので、より多くの量と多様性がIC上に集積することができる。従って、MEMS ICは、新製品で増殖し、その増殖が改善された製品設計と製造のための学習曲線を提供するであろう。
【０６６８】
IC製品中でこのELRI技術を使用すると、相乗的に他のELRI技術を利用することが容易になる。例としては、複数のMEMS回路を接続するためのELRI、実装基板またはSIP上の他の回路にMEMSを接続するためのELRI、IC上の3D相互接続のためのELRI（パッケージ上の実装基板をICに接続する）、基板上の電源分配用ELRIなどのMEMS ELRI技術を含む。そのすべては、さらにELRI技術開発を向上させ、製品の性能を向上させることができる。
【０６６９】
MEMS回路を接続するための伝統的な技術で生成された金属相互接続の抵抗は、それらのパラメータまたは属性を制限、および/または低下させる可能性がある。図40-Fに示されるように、いくつかの伝統的な設計は、信号強度を増大させるために、各MEMS 4020a〜4020fの出力に増幅器4010a〜4010fを使用している。増幅器4010a〜4010fからの出力は、次に、インターフェース（例えば、アナログ・インターフェース4030）によってMEMS回路の出力に接続され、MEMS回路の出力が動作するようにする。しかしながら、本発明の様々な実施例に係るELRIを用いて、MEMSとインターフェイスは、相互接続の寄生効果を無効にするような方法で接続することができる。
【０６７０】
図41-Fは、インターフェイスデバイス4120に接続されている複数のMEMS 4110a-4110fを示す模式図である。様々な実施例によれば、ELRI材料は、複数のMEMS 4110a-4110fをIC、SiP、あるいは、IC実装基板4130上に一緒に接続するために使用することができる。例えば、ELRI材料は、IC上の種々のMEMS回路4110a-4110f間で信号を伝播する導電路4140を実装するために使用することができる。さまざまなMEMS 4110a-4110fを結ぶこれらの導電路は、異なるMEMSパラメータまたは属性と組み合わせるかまたは補正して、複数のおよび可変パラメータまたは属性を持ちながら電気的にMEMSとして作用するという意味で、MEMSネットワークまたは仮想マルチMEMSを生成することができる。本発明ELRIの様々な実施例によれば、MEMS回路を他のMEMSに接続するためELRIは、同一または様々なタイプのMEMSと半導体IC上に実質的に実装することができる。いくつかのケースでは、ELRIは、MEMSの出力を低下させない。
【０６７１】
仮想マルチMEMSの一例は、"トリミング"としてマージンを調整するために、MEMSスイッチを介して他のMEMSコンデンサに接続されたMEMSコンデンサである。"トリミング"コンポーネントは、プライマリーが遭遇する同じ環境力に征服されない場合がある。もう一つは、様々な環境パラメータを検出する複数のMEMSである。例としては、容器中の流体圧、大気圧、容器の温度、空気温度、周囲光、振動を含むが、これらに限定されるものではない。検出された環境パラメータは、次に、統合制御に接続することができる。
【０６７２】
いくつかの実施例では、1つまたはそれ以上のMEMSのネットワーク、回路のセット、および1つまたはそれ以上の導電路を含むICが供給される。1つまたはそれ以上の導電路は、ELR材料からなる第１層と、ELR材料からなる第１層に結合された変更する材料からなる第2層と、を有するELRIを含むことができる。いくつかの実施例では、ICは、それぞれの層が少なくとも1つの導電路を含む複数の層を有することができる。MEMSのネットワークは、1つまたはそれ以上の導電路を介して相互接続することができる。また、回路（例えば、デジタル回路および/またはアナログ回路）のセットは、1つまたはそれ以上の導電路を介してMEMSのネットワークに（直接または間接的に）結合することができる。いくつかの実施例では、1つまたはそれ以上の導電路は、第1のMEMSが従来技術の相互接続材料の導電特性によって前に課された設計要件に無関係で回路のセットに接続することができるように、ほぼゼロの寄生抵抗を持つことができる。
【０６７３】
少なくとも1つの実施例では、MEMSのネットワークは、出力ポートを有する第1MEMSと、1つまたはそれ以上の導電路を介して第1MEMSに接続された、入力ポートを有する第2MEMSと、を含むMEMSのネットワークを含む。いくつかのケースでは、追加のMEMS（例えば、第３MEMS、第４MEMSなど）は、単一IC上に実装することができる。図42-Fに示されるように、MEMSの多環境セットを利用することができる。例えば、MEMS 4210は、圧力を測定するように構成することができ、MEMS 4220は、温度を測定するように構成することができ、MEMS 4230は、光を測定するように構成することができ、MEMS 4240は、振動を測定するように構成することができる。幾つかの実施例では、MEMS 4250のようなMEMSの１つは、高周波回路、センサ（例えば、圧力センサ、温度センサ、光センサ、振動センサ、加速度計、湿度センサ、電界センサ、磁場センサ、音響センサ等）、アクチュエータ（例えば、スイッチ）、および/または機械的または電気的構成（例えば、可変伝送線、導波管、共振器、準光学コンポーネント、可変インダクタ、可変コンデンサ、電気機械的フィルタなど）を含む。
【０６７４】
いくつかの実施例では、電子装置（例えば、無線装置）を提供することができる。電子デバイスは、ICに接続された電源を含むことができる。ICは、ELR材料からなる第１層と、ELR材料からなる第１層に結合された変更する材料からなる第2層と、を有するELRIからなる1つまたはそれ以上の導電路を含むことができる。様々な実施例では、ICは、1つまたはそれ以上のMEMSと1つまたはそれ以上の導電路を介してMEMSのネットワークに結合された回路（例えば、アナログ回路）のセットとのネットワークを含む。ICおよび/またはMEMSは、ELR材料から作られる様々な追加のコンポーネントを含むことができる。例として、RF回路、RFアンテナ、可変伝送線、導波管共振器、準光学部品、可変インダクタ、可変コンデンサ、電気機械的フィルタ、センサ、アクチュエータ、および/または他の電気的又は機械的構造が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【０６７５】
図43-Fは、仮想マルチMEMSを作成するために、複数のMEMS回路4320を接続するためにELRI 4310を使用するICアセンブリ4300を示す。これらの相互接続によって生成されるMEMS 4320のネットワークを設計することができる。例えば、MEMS 4320のいくつかは、スイッチにすることができ、いくつかは、環境制約を変えるためにさらされるセンサーであり得る。ELRI 4310は寄生抵抗を無視して別のMEMSを接続すると、統合されたマルチMEMSは１つのMEMSとして作用しパラメータまたは属性を変えることができる。
【０６７６】
図43-Fに示すように、いくつかの実施例は、MEMS 4320がASIC 4330または他のコンポーネント上に実装されることを可能にする。図43-Fに示す実施例では、ASIC 4330は、通常のパッド4340と拡張パッド4350を持つ。また、ICアセンブリ4300および/またはASIC 4330は、ELRI 3D相互接続4360をコンポーネントのいくつかに相互接続するために使用することができる。
【０６７７】
IC上の仮想マルチMEMSデバイスを設計できると、環境を検出し、電子的に応答するために広い機会を開く大きな能力を提供する。IC上のアナログ回路にMEMS回路を接続するためのELRI、"3D"相互接続のためのELRI、および/または、搭載する基板上の電源分配用ELRIのような他のELRI技術を利用して本発明の様々な実施例に係るELRIをICプロダクトに使用することは、相乗的に有利であるが、これらに限定されるものではない。
【０６７８】
1つまたはそれ以上の実施例では、ELRIは、半導体IC、あるいは、実装する基板上のMEMS中の受動コンポーネントで用いることができる。例えば、いくつかの実施例では、ELRI材料は、受動コンポーネントおよび/または受動コンポーネントと他の回路／コンポーネントの間の導電路を実現するために使用することができる。導電路は、信号が無視できる抵抗と、ゼロに近い波面遅延時定数で伝播するを可能にする。結果として、ELRI材料の使用は、信号及び電気的相互作用における駆動電流の遅延を大幅に低減させる。さらに、これらのELRI受動コンポーネントと接続は、時にはMEMS構造の一部としてELRI含むMEMSエレメントを含むことができる。
【０６７９】
様々な実施例は、従来のシステムに対して利点を生み出し、ある場合には、MEMS製造プロセスを実用的なものにする、さもないと、使用可能な限度内でコンポーネントを製造することができない。例えば、非常に低い抵抗値は、受動コンポーネントを"仮想ノード"に統合することができる。受動コンポーネントが現技術の寄生抵抗を示さないからである。別の例として、ELRI受動部品は、特にMEMSとともに使用される場合、理想に近いコンポーネントを生成でき、そうでなければ、ICやMEMS基板（例えば、インダクタやトランスなど）上の他の従来の回路と統合するため利用できない。また、コンデンサとインダクタは、送信機と受信機の回路の特定の周波数及び/又はQをプログラムするために接続することができる。アナログまたはデジタルのMEMSエレメントを用いることができる。一実施例では、レジスタは、所望の回路属性を達成するために、必要とされるような様々な静電容量をプログラムするために、戦略的な値の種々のコンデンサを可能とするためのビットを記憶する。別の実施例では、プリセット値のコンデンサは、所望の回路属性を達成するために選択的に接続される。
【０６８０】
様々な実施例に基づき、ELRIルーティングは、MEMSスイッチをELRI材料で形成された受動コンポーネントに無視できる寄生抵抗で接続し、IC上またはMEMS基板上の他の従来の回路と統合するための理想に近いコンポーネントを生成することができる。MEMS ELRI受動部品は、MEMSが応答するように設計されている環境力の影響でキャパシタンスまたはインダクタンス（例えば、送信機および/または受信回路の特定の周波数をプログラムするように、および/またはQ）を調整することができる。いくつかのケースでは、ELRI受動エレメントのインダクタは、信号絶縁変圧器として機能するように形成することができる。
【０６８１】
図44-FはICコンポーネントの実装基板上にMEMS 4410（おそらくELRI受動部品を有する）、受動コンポーネントのセット4420、および1つまたは複数の導電路4430を有するIC 4400を示している。図示の実施例では、1つまたはそれ以上の導電路4430は、ELR材料の第１層と、ELR材料の第１層に結合した変更する材料からなる第2層と、からなるELRが挙げられる。受動部品4420のセットは、1つまたはそれ以上の導電路4430を介してMEMS 4410に接続することができる。1つまたはそれ以上の実施例では、ELRアンテナ4440とスパイラルインダクタELR 4450は、IC上に実施例することができる。
【０６８２】
いくつかの実施例では、ELRI受動コンポーネントの第2セットは、ICやMEMS上に実装することができる。ELRI受動コンポーネントのセットは、プログラム可能である。例えば、受動コンポーネントは、送信回路または受信回路の特定の周波数またはQを設定するようにプログラムすることができる。別の例として、レジスタは、ビットを格納し、MEMSを使用して種々のコンデンサを選択して特定の周波数を達成するために使用することができる。いくつかのケースでは、受動エレメントは、スイッチおよび/またはELRI材料で作られたセンサを含むことができる。
【０６８３】
いくつかの実施例では、冷却システムを使用して、1つまたはそれ以上のMEMSおよび/またはELRIコンポーネントを動的にプログラムする。例えば、抵抗ELRIコンポーネントは、MEMSをプログラムするために使用することができる。冷却システムは、温度を下げるので、ELRIエレメント中の抵抗は、減少し、効果的にELRIエレメントをオフにする。同様に、温度がELRIセグメントの臨界温度まで上昇すると、ELRIエレメント中の抵抗は、上昇し、それによって、MEMSまたはプログラム可能なコンポーネントの状態が変化する。
【０６８４】
少なくとも1つの実施例では、導電路は、複数の層を備えたELR材料を有することができる。各層は、特定の（おそらく異なる）の厚さを有することができる。変更する層は、最上層に取り付けられ、最上層をより剛性にすることができる。温度変化に応じて、異なる層の導電特性も変わる。例えば、最上層は、変更する層に直接結合されるので、最も低い抵抗を有し、他の層よりも高い温度で超伝導体または完全導体として機能する。温度が下がるにつれ、最上層に続く層の抵抗が少なくなり、変更する層への近さの順に超伝導体や完全導体のように動作する。理解されるように、温度の変化は、異なる層における導電特性を変更し、結果としてELRIのJcとHcを変更する。
【０６８５】
様々な実施例では、MEMSは、ELR材料からなる第1MEMS層と、ELR材料からなる第1MEMS層に結合した変更する材料からなる第2MEMS層と、からなる1つまたはそれ以上の内部路を含むことができる。MEMSは、圧力センサ、温度センサ、光センサ、振動センサ、加速度計、湿度センサ、電界センサ、及び/又は音センサを使用して、1つまたはそれ以上の環境パラメータを検出するように構成することができる。
【０６８６】
電源とICを有するデバイスに対する様々な実施例が提供される。ICは、ELR材料からなる第１層と、ELR材料からなる第１層に結合された変更する材料からなる第2層と、を有するELRIからなる1つまたは複数の導電路を有することができる。また、ICは、1つまたは複数の導電路を介して受動コンポーネントのセットに接続されたMEMSを有することができる。場合によっては、MEMSは、IC上のRFアンテナ4450に結合されたRF回路を含むことができる。また、MEMSは、1つまたはそれ以上の可変伝送線路、導波路、共振器、準光学部品、可変インダクタ、可変コンデンサ、及び電気機械フィルタおよび/または上述の他のコンポーネントを含んでもよい。
【０６８７】
受動コンポーネントのためのELRIは、理想に近いコンポーネントを生成するためにMEMSで使用することができ、そうでなければ集積化のために利用できない。ここでは、受動コンポーネントのネットワークが設計され、いくつかはスイッチであり、いくつかのMEMSは環境制約を変化させるために曝されるセンサである。ごくわずかな寄生で接続するELRIを用いると、統合された理想に近いコンポーネントは、複数の変化するパラメータまたは属性を持つMEMSの延長として機能するだろう。IC上の仮想の理想に近いマルチMEMSデバイスを設計することができることは、環境を検出し、電子的に対応するための広大な機会を開く大きさより能力の順序を提供する。
【０６８８】
IC製品にELRI技術を使用すると、他のELRI技術の活用を相乗的に有利にする。例としては、MEMS回路をIC上のアナログ回路に接続するためELRI、IC上の"3D"相互接続（ICを実装基板に接続する）、IC上の電源分配用ELRI、実装基板上の電源分配用ELRIを含むが、これらに限定されるものではない。これらおよび他のELRI技術は、さらにIC製品の性能を向上させることができる。
【０６８９】
図45-Fは、IC上に、導電路、ELRI MEMS、および/または、ELRIコンポーネントを製造するための例示の操作を示すフローチャート4500である。ELRIは、材料の種類、ELRIの用途、ELRIを用いるコンポーネントの大きさ、ELRIを使用するデバイスや機械の動作要件などに基づいて製造することができる。
【０６９０】
図45-Fに示す実施例では、第１の堆積操作4510では、IC、基板、またはSiP上に非常に低い抵抗（ELR）材料の第１層を堆積させる。様々な実施例によれば、第１層はYBCOまたはBSCCOを含むことができる。ELR相互接続を形成するために、ELR材料の第１層上に変更する材料からなる第2層を第２操作4520で堆積させる。第2層は、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタン、ロジウム、ベリリウム、ガリウム、セレン又は銀を含むことができる。ELRIの第1層またはベース層として用いられる材料、および/または、ELRIの変更する層として用いられる材料は、様々な考慮事項、所望の動作特性および/または製造特性に基づいて選択されてもよい。その例は、コスト、性能目標、利用可能な装置、利用可能な材料、および/または他の考慮事項および特性を含む。処理操作4530では、ELR相互接続を処理して、様々なコンポーネント、導電路、および/または相互接続を形成する。例えば、いくつかの実施例では、MEMS ELRI、ELRI受動コンポーネント、ELRI RFアンテナ、電力分配システム、および/または、信号をルーティングすることができる1つまたはそれ以上の導電路を有する信号バスを形成することができる。
【０６９１】
本明細書に記載されたシステム、デバイス、および/またはアプリケーションに加えて、当業者であれば、導電路を含む他のシステム、デバイス、およびアプリケーションが本明細書に記載のELRIを利用することができることを理解するであろう。
【０６９２】
パートC 集積回路のRFデバイス
本章の説明は、図1-36と図37-G〜図41-Gを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【０６９３】
本発明の様々な実施例は、一般に、非常に低い抵抗の相互接続（ELRI）に関係し、そのような相互接続は、変更された、開口された、および/または他のELR材料を含む。いくつかの実施例では、ELRIは、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層と、第１層のELR材料に結合された変更する材料からなる第2層と、を有することができる。ELRIは、各種の改良を生成するために様々なシステム及び方法で使用することができる。様々な効率が生成されるいくつかの例は、IC上の無線周波数（RF）回路にELRIを使用するシステム及び方法、半導体IC上にRFアンテナのためのELRIを使用するシステムおよび方法、モノリシックマイクロ波IC（MMIC）上のRF送信機および受信回路の受動エレメントでELRIを使用するためのシステムおよび方法、半導体IC上のRF回路機能に埋め込まれたELRIを使用するシステムおよび方法を含むが、これらに限定されるものではない。
【０６９４】
いくつかの実施例は、IC上のRF回路に対して導電路を実現するためにELRI材料を使用することができるIC上のRF回路を提供する。ELRI材料の使用は、より高いQ能力をもたらすことができる。このように、導電路でELRIを使用するICは、所望の用途に応じて、アクティブ回路を少なくすること、及び／又は各種回路の半導体面積を少なくすることができる。いくつかの実施例では、ELRIは、RF回路および/または他の技術（他のELRI技術を含む）の複数の個別のブロックを接続するために使用することができる。
【０６９５】
様々な実施例によれば、ELRI材料は、IC上のRFアンテナ形態のための導電路を実現するために使用することができる。得られるアンテナトポロジは、ELRI材料を使用していない従来の基板形態よりも面積を少なくすることができる。また、RFアンテナは、配線抵抗のペナルティを招くことなく隔離された場所に配置することができ、必ずしもオフチップのインタフェースを持たず、それにより、より高Q性能を得ることができる。このように、導電路にELRI材料を使用して得られるRFアンテナトポロジは、アクティブ回路の使用を少なくし、その結果、さまざまな回路に対して半導体領域の使用を少なくすることができる。
【０６９６】
1つまたは複数の実施例では、ELRIは、MMIC上のRF送信及び受信回路の受動エレメントに用いることができる。受動エレメントおよび/またはRF回路に接続する導電路を実現するELRI材料を使用することによって、信号はゼロに近い波面遅延時定数で伝播することができる。結果として、様々な機能エレメント間での信号の遅延が実質的に排除又は著しく低減することができる。いくつかの実施例では、ELRI材料は、非常に高いQの送信回路および受信回路を形成することができる。
【０６９７】
さらに、半導体IC上の埋め込まれたRF回路機能でELRIを使用するシステム及び方法のために本発明の様々な実施例を提供する。これらの実施例のいくつかにおいて、ELRI材料は、ゼロに近い波面遅延時間で伝播する信号の導電路を実現するために使用することができる。その結果、埋め込まれたRF回路機能と、その機能を包むサブシステムの間、または、埋め込まれた機能に接続されたサブシステムブロック間でのインタフェース信号の遅延を大幅に低減あるいは除去することができる。このことは、埋め込まれたRF回路機能に関して、実際の物理的な場所には関係なくごくわずかな寄生分散で、コンピューターモデルが示すように実行するので、それぞれの接続信号がそれぞれの埋め込まれたノードに触れているように見えるという意味で、仮想ブロックのような様々なブロックを作る。
【０６９８】
ELRIは、材料の種類、ELRIのアプリケーション、ELRIを採用するコンポーネントの大きさ、ELRIを採用するデバイスや機械の動作要件などに基づいて製造することができる。このように、設計および製造中に、ELRIのベース層として使用されるた材料および/またはELRIの変更する層として使用される材料は、様々な考慮事項、所望される動作特性および/または製造特性に基づいて選択することができる。
【０６９９】
変更されたELRのレイアウト、および/または配置のために、本明細書には種々の適切な形状と構成が示され、記載されているが、多くの他の形状が可能である。これらの他の形状は、材料の厚さ、異なる層、複数の隣接した変更する層を有するELR膜、単一の変更する層により変更された複数のELR膜、他の3次元構造の違いに加えて、長さ及び/又は幅に対しての異なるパターン、構成やレイアウトを含む。したがって、適切な変更されたELRは、所望のアプリケーションおよび/または特性に応じて使用することができる。
【０７００】
本発明の様々な実施例によれば、ELR RF回路および/またはアンテナは、IC上で実現することができる。RF回路及び/又はアンテナは、RF回路および/またはアンテナ内にあるアンテナおよび導電路にRF回路を接続する導電路を実現するために、変更された、開口されたおよび/または他の新しいELR材料のようなELRI材料を使用することができる。ELRI材料の使用は、従来の相互接続材料に比べて多くの利点を有することができることが当業者によって理解され得る。
【０７０１】
本発明の様々な例は、"変更されたELR材料"および/または変更されたELR材料の様々な構成（例えば、変更されたELR膜等）、を参照して説明されるが、本明細書に記載の改良されたELR材料は、本発明の種々の実施例に係る変更されたELR材料（例えば、変更されたELR材1060など）、開口されたELR材料、および/または他の新しいELR材料を使用することができることが理解される。本明細書で説明するように、これらの改良されたELR材料は、少なくとも1つの改善された動作特性を有し、いくつかの例では150Kよりも高い温度においてELR状態で動作する。
【０７０２】
例えば、ELRIを使用することにより、RFアンテナは、相互接続抵抗のペナルティを招くことなく、オフチップのインタフェースを用いる必要なく、それにより、高Q性能を得ることができ、隔離された場所に配置することができる。このように、導電路におけるELRI材料の使用に起因するRFアンテナ接続形態は、少ない能動回路とそれによる各種回路の半導体面積を減らすことができる。いくつかの実施例では、ELRIは、RF回路および/または他の技術（他のELRI技術など）の複数の個々のブロックを接続するために使用することができる。また、ELRIは非常に低い損失を生成するので、そうしないと、ICには使用できないRFアンテナアーキテクチャと回路を考案し実施することができ、かつ能動回路の増幅とフィルタ処理を実質的に減少させることができる。
【０７０３】
別の例として、ELRIの使用はまた、改良された導電性相互接続を有するIC上のRF回路により密接にRFアンテナを配置するIC設計を可能にすることができる。このことは、設計要件が簡素化され、例えば、特別な半導体プロセスとオフパッケージデザインを回避することができ、より高いQを生成し、低い寄生損失もたらす傾向がある。さらに、従来技術で実現不可能であった、高いQを備えた単一チップRF送信機のような新しいRF製品もまた開発することができ、ハンドヘルドの機器が多数の離れたチャネルに対処することを可能にする。
【０７０４】
図37-Gは、IC 3710上のRF回路用導電路を実現するELRI材料の使用を示す。従来の集積回路において、RF回路は、分離要件が特別なより高価な半導体プロセスを強いるため、コントローラ機能からチップ外に実装される。しかしながら、これらの方法は、多くの場合、コントローラ機能などのデジタル回路を実現するために効果的ではない。対照的に、ELRIがRF回路に直接的にRFアンテナ3720を接続すると、寄生損失が少ないので、RF回路は、特別な隔離又は他の特別高価な半導体プロセスの必要なしに、デジタル回路を持つ同一のチップのIC 3710上に実現することができる。
【０７０５】
本発明の様々な実施例によれば、ELRI材料がIC 3710上のRF回路用導電路3730および/または3760を実現するために使用されるとき、ELRI材料を使用しない従来の回路と比較すると、より高いQ能力が得られる。いくつかの実施例では、ELRIは、RF回路の各ブロック並びに他のELRI技術を含む他の技術を接続するために使用することができる。このように、導電路におけるELRI材料を使用して得られるRF回路は、様々な回路においてアクティブ回路を減らし、おそらく半導体領域を減らして使用することができる。いくつかの実施例では、RF回路は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（DSP）、チップ上のシステム（SoC）、ディスクドライブコントローラ、ASIC、ASSP、FPGAおよび/または、ブルートゥース（登録商標）、無線USB、Wi-Fi(無線LAN)または他のRF送受信器・インタフェースなどの様々なシステム内の他の半導体IC上で実現することができる。特定の態様によれば、電源とグランドプレーンとしてELRを使用すると、デジタル回路からアナログ回路へのノイズ・カップリングを減らすことができる。
【０７０６】
図37-Gに示すように、本発明のいくつかの実施例では、IC実装基板、RFアンテナ3720、及びRF回路を含むIC 3710を提供する。IC実装基板は、複数の層と、信号ルーティング用の1つまたはそれ以上の導電路3730を持つことができる。1つまたはそれ以上の導電路3730は、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１の層を有する、変更された非常に低い抵抗配線（ELRI）から作ることができる。また、1つまたはそれ以上の導電路3730は、第１層のELR材料に結合された、変更する材料からなる第2層を有することができる。もちろん、変更されたELRIは、適切な形成や形状を取ることができる。
【０７０７】
従来の集積回路では、RFアンテナは、寄生損失があるため、コントローラ機能からチップ外に実装される。対照的に、ELRIは、RF回路をRFアンテナ3720に直接接続するので、寄生損失が少ないという傾向があり、RFアンテナ3720は、RF回路および共通デバイスのデジタル回路とともに同一チップ上に実現することができる。
【０７０８】
本発明の様々な実施例により1つ又はそれ以上の利点を得ることができることを当業者は理解できる。例えば、説明したように、ELRIの使用は、（例えば、配線抵抗による）寄生損失のペナルティを削減または排除する導電性の機能を提供することができる。別の例として、ELRIは、非常に低い損失を生じるので、そうでなければ効果的でなく非現実的であるRF回路を考案し、実現することができる。従来技術で実現不可能であった、高いQを備えた単一チップRF送信機のような新しいRF製品もまた開発することができ、ハンドヘルドの機器が多数の離れたチャネルに対処することを可能にする。ある実施例は、小さく抵抗損失のため、より高い電力効率を提供する。いくつかの実施例は、アナログ信号とデジタル信号に対する増加した感度を実証する。システム機能デザインエレメントを配置することで柔軟性が増加する可能性がある。さらなる実施例は、信号忠実度の増加を実証する。さらにまた実施例は、割り当てられた帯域内のエレメントと増加した情報密度の間の調整を改善することができる。さらに他の実施例では、IC上、または、選択信号干渉遮蔽上で実現され得るソフトウェアロジックおよびハードウェアロジックの新しいタイプを有効にする。
【０７０９】
本発明のいくつかの実施例では、ICまたはIC実装基板上で実現することができるRFコンポーネントを有する集積回路IC 3710を含む。RFコンポーネントは、サブ回路を含むことができる。図38-Gに示すように、サブ回路は、RFアンプ3810、RFフィルタ3820、1つまたはそれ以上の導電路3840を介して相互接続されたRFコントローラ3830（およびその他のサブ回路）を含むことができる。ここで、導電路3840は、ELR材料からなる第1層と、ELR材料からなる第1層に結合された変更する材料からなる第2層とを有する変更されたELRIを含む。様々な実施例によれば、第１層はYBCOまたはBSCCOを含むことができる。第2層は、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタン、ロジウム、ベリリウム、ガリウム、セレンを含むことができる。相互接続は、相互接続の複数のレベル/複数の層から構成することができ、そのいくつかは、理想的には、変更されたELRI（または、そうでなければ従来金属）からなり、各々は、他の隣接するレベルから誘電体によって絶縁されており、それぞれが連続的に導電路に接続するように誘電体を通って導電性ビアが選択的に配置されている。
【０７１０】
いくつかの実施例では、RFコンポーネントとRFアンテナ3720は、同一チップ上に実装することができる。例えば、IC実装基板はまた、ELR材料からなるアンテナの第1層と、ELR材料からなるアンテナの第1層に結合した変更する材料からなるアンテナの第２の層と、からなるRFアンテナ3720を含むことができる。その結果、RFコンポーネントは、別のチップ上への実装により分離を必要としない。
【０７１１】
いくつかの実施例では、電源、デジタル回路のセット、および/またはELRI技術を利用するRF送受信器を含むワイヤレスデバイスを実現することができる。ワイヤレスデバイスは、RF送受信器またはRF回路を使用することができるデバイスやハンドヘルド送受信器であり得る。例としては、無線LAN装置、スペクトラム拡散装置、携帯電話、無線電話、ワイヤレスUSBデバイス、Bluetooth（登録商標）デバイス、ワイヤレスイヤホンセット、補聴器、医療用トランスポンダ、セキュアガレージドアオープナー、無線周波数識別（RFID）タグ、サーモスタットまたはセキュリティ意識の高い家庭、商業または産業用デバイスを調整することができるリモートセキュリティコントローラ、ハンドヘルドコンピュータインタフェース、自動車キートランスミッタ、RFインターフェースセキュリティデバイス、オーディオ/ビデオ送受信器等があげられるが、これらに限定されるものではない。インターフェースセキュリティデバイスは、財産のセキュリティ（安全なガレージドアオープナー、セキュリティアラームのセット/リセット/問い合わせ、サーモスタットプログラミング、一般の電気制御など）と自動車キー送信機を制御するためのユニバーサルリモートセキュリティコントローラを含む。また、無線装置は、検針や特別のRFIDタグとの在庫の照会、ハンドヘルド・コンピュータ・インタフェース（ブルートゥース（登録商標）プログラムアクチュエータとデータ送受信器）等のように、特殊な用途のためのハンドヘルド送受信器である得る。
【０７１２】
RF回路用ELRIを使用する無線機器は、様々な改良を含むことができる。例えば、スペクトラム拡散デバイスは、大きさ以上の個々のチャンネル（例えば、100以上の個々のチャネル）の命令を使用して構築することができる。加えて、携帯電話、無線電話、Bluetooth（登録商標）デバイス、タブレット、他のコンピュータ、および他のWi-Fiデバイスは、より大きな受信状態/距離を持つであろう。いくつかのケースでは、受信状態/距離は、従来技術で利用できる受信状態/距離よりも大きい大きさのオーダーとすることができる。
【０７１３】
いくつかの実施例では、RF送受信器は、電源およびデジタル回路のセットに結合することができる。いくつかのケースでは、RF送受信器は、デジタル回路として同じチップ上に配置することができる。RF送受信器は、RF回路に結合されたRFアンテナ3720を含むことができる。本発明の様々な実施例によれば、RF回路は、ELR材料からなる第1の層と、ELR材料からなる第1の層に結合した変更する材料からなる第２層とを有する変更されたELRIを含む、1つまたはそれ以上の導電路3730および/または導電路3760を介して相互接続された、1つまたはそれ以上のサブ回路を含む。少なくとも1つの実施例では、RFアンテナ3720は、ELR材料からなるRFアンテナの第１ELR層と、ELR材料からなるRFアンテナの第１ELR層に結合した変更する材料からなるRFアンテナの第２ELR層と、を含むことができる。
【０７１４】
現在の技術では、モノリシックマイクロ波集積回路（MMIC）は、より高い周波数が使用できる受動デバイス用チップをオフにする必要があるため、統合のMSI＆LSIレベルでのみである。そして、今まで、マイクロ波周波数が使用できるトランジスタに必要な半導体技術のコストは、VLSIを必要とする製品にまで助長されていない。本発明の一つまたはそれ以上の実施例では、ELRIは、MMIC上のRF送信機回路と受信機回路の受動エレメントで用いることができる。ELRIを使用することにより、同じチップ（例えば、MMICは、オフチップ受動デバイスまたはインターフェイスを含まない）上のすべての機能を統合し、それによりその機能を変換するMMICを生成することができる。いくつかの実施例では、MMICは、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、DSP、システムオンチップ（SoC）、ディスクドライブコントローラ、ASIC、ASSP、および/またはFPGAを含むことができる。
【０７１５】
RF回路を接続する受動エレメントおよび/または導電路を実現するためにELRI材料を用いることにより、信号は、ゼロに近い波面遅延時定数で伝播することができる。結果として、様々な機能エレメント間での信号の遅延を排除又は著しく低減することができる。いくつかの実施例では、受動エレメント3740で使用されるELRI材料は、非常に高いQでの送信回路および受信回路を形成する。高いRF送信回路および受信回路の受動エレメント用ELRIは、受動エレメントを提供し、相互接続の無視できる抵抗は、VLSI回路の機能を生成するマイクロ波周波数回路を可能にする。すべてのRF回路をMMIC、追加されたマイクロコントローラやDSP上で行うことができるので、同じプロセス中でその能力を変換することができる。
【０７１６】
ELRIを使用することによって生成することができる非常に高いQ増幅（VHQA）は、非常に高い周波数ではるかに狭いバンドと非常に低消費電力での送信を有効にすることができる。VHQAのこのレベルは、軍事利用で様々なバンドで最大100GHzまでとそれ以上で、消費者製品（2.4GHzの範囲）で個人的なコミュニケーションのためにwalkyのキートーキーで、周波数ホッピングで使用することができる。他の実施例では、セキュリティセンサの検出やRADARなどの新しい計測・セキュリティ・データ送信のためのシステム及び方法もまた使用することができる。また、非常に高い周波数送受信器を、新しい高周波数帯域での産業および医療データ伝送およびコントロールのために作製することができる。
【０７１７】
IC製品でELRI技術を使用すると、他のELRI技術を活用することを相乗的に有利にする。例は、MEMS回路3770をIC 3710上のアナログ回路に接続するためのELRI、IC 3710上の電源分配用ELRI、IC上の3D相互接続3730用のELRI（ICを実装基板3750に接続し、パッケージ3750上のELRI"3D"相互接続3730を通す）、実装基板上の電源分配のためのELRIなどのMEMS ELRI技術を含む。そのすべては、さらに、すべてのELRI技術の開発を向上させ、特に、RFIC製品の優れた性能を向上させる。
【０７１８】
本発明の様々な実施例は、モノリシック半導体（例えば、シリコン、GaAs、SiGe、GaN、SOS、SOIなど）、"3D"積層で作られた複数のモノリシック半導体、またはIC 3770上のMEMSおよび/またはIC実装基板やSiP上のMEMSを含む他の新規な製造方法から作製されたMMICを提供する。MMICは、ELRIsのセット、1つまたはそれ以上の受動エレメント（例えば、レーザプログラマブルELRI抵抗3910、ELRIコンデンサ3920と3740、RF発振器4090、RFアンプ3810、RFコントローラ3830および／またはRFアンテナ3720、他のRFブロック4030と支持ブロック）を有するRFフィルタ3820を含むことができる。いくつかの実施例によれば、ELRIsは、ELR材料からなる第1層と、ELR材料からなる第1層に結合した、変更する材料からなる第2層と、を含むことができる。いくつかの実施例では、RF増幅器は、ELRIsによってRFフィルタに接続することができる。同様に、RFアンテナ3720は、ELRIs 3840によってRF増幅器3810に接続することができ、RF制御部3830は、ELRIs 3840によってRFフィルタ3820に接続することができる。
【０７１９】
いくつかの実施例では、RFアンテナ3720は、1つまたはそれ以上のレベルの相互接続中に、1つまたはそれ以上の導電路を有する。RFアンテナ3720は、ELR材料（例えば、YBCOまたはBSCCO）からなる第1アンテナ層と、ELR材料からなる第1アンテナ層に結合した変更する材料（例えば、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタン、ロジウム、ベリリウム、ガリウム、セレン）からなる第2アンテナ層と、を有する変更されたアンテナELRIを含む。また、RFアンテナ3720は、別のチップへの実装を通して、RFコントローラ3830からの隔離を必要としない。
【０７２０】
MMICは、高周波スイッチング、マイクロ波混合、低雑音増幅、または電力増幅を提供するために、様々な実施例で構成することができる。MMICはまた、300MHzから300ギガヘルツ間の範囲のマイクロ波周波数で動作するように構成されている。少なくとも一つの実施例では、MMICは、400MHz以上のアナログの周波数で動作することができる。いくつかの実施例では、MMICは、上述のような無線装置の一部とすることができる。
【０７２１】
伝統技術は、アルミニウムまたは銅ベース金属から通常から形成されている相互接続を使用する。残念ながら、これらの相互接続は寄生抵抗を有する。寄生抵抗は、タイミングが臨界になり、多くの場合、いくつかの複数の機能を禁止する程度まで埋め込まれた機能の位置を制限する。また、寄生抵抗の増殖のため、埋め込みプログラムのローディングやパラメータ設定は、促進回路でのさらなる抵抗の追加によって障害をうけ、または制限され、したがって、埋め込まれたRF機能は、一般に提供することができない。対照的に、本発明の様々な実施例は、半導体IC 3710上に埋め込まれたRF回路機能中のELRIを使用するシステム及び方法を提供する。ELRIの使用は、伝統的な技術の使用で見いだされた限界を低減または排除し、IC 3710のRF回路の実現を高める。
【０７２２】
いくつかの実施例において、ELRI材料は、ゼロに近い波面遅延時定数で伝播する信号の導電路を実現するために使用することができる。結果として、埋め込まれたRF回路機能とその機能を包むサブシステムと間、または埋め込まれた機能に接続されたサブシステムブロック間のインターフェース信号の遅延は、大幅に低減又は実質的に排除することができる。このことは、埋め込まれたRF回路機能に関して実際の物理的な場所に関係なく、ごくわずかな寄生分散で、コンピューターモデルが示すようにそれが実行するので、各接続信号がそれぞれの埋め込まれたノードに触れているように見えるという意味で、仮想のブロックのような様々なブロックを作る。いくつかの実施例では、埋め込まれたRF回路機能は、埋め込まれたマイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、DSP、SoC、ASIC、専用IC、FPGA、同一または様々な種類の埋め込み機能を持つ半導体IC上で実現することができる。
【０７２３】
本発明の様々な実施例は、1つまたはそれ以上の利点を提供することができる。例えば、埋め込まれたRF機能のIC設計でELRIルーティングを使用することによって、本技術分野のバッファリング要件に起因する電力損失することなく、グローバル信号との間でかなりのスキューせずに、高速の回路を作製することができる。また、RF設計の経験が少ないデザイン会社は、SoCにRF回路を追加することができる。さらに、多くの現在のRF機能IC製品は、ELRI RF機能を埋め込み、かつより高いパフォーマンスと低電力使用（例えば、動作電圧0.25ボルト未満と、オペアンプの非常に低い静止電流）を達成するために再設計することができる。
【０７２４】
いくつかのケースでは、埋め込まれた機能は、設計のあらゆる態様でより便利なIC上の位置に配置することができる。その結果、組み込まれたRF機能の開発と設計は、包み込んでいるSoCの最も寄生態様に通常は依存している、異なってカスタマイズされたインターフェイスバッファ（伝統的な技術の）を必要とせずに、より少なく抑制することができる。さらに、埋め込まれた機能は、より独立して設計することができ、さまざまなソースからのソリューションは、より簡単に埋め込むことができるので、ELRIによって可能となった独立した配置は、SoC開発において、より良い"コンカレントエンジニアリング"を可能にする。いくつかの実施例では、埋め込まれたRF機能は、付随の埋め込まれたツールパッケージで、"配置と配線"セルになることができる（特に、RF設計経験の少ないデザイン会社のために）。
【０７２５】
いくつかの例では、埋め込まれたRF回路にELRIを使用するという決定は、他の応用可能なELRI技術を使用するという決定を支持するだろう。例は、電源分配用ELRI、クロックルーティング用ELRI、IC上のSoCルーティングと基板接続用ELRI、IC上の3D相互接続用ELRI、実装基板および/または他上のRFアンテナ用ELRIを含むが、これらに限定されるものではない。設計者は、RF製品の最適化を完了するための適切な組み合わせを選択するために、いろいろなコスト機能を利用することができる。
【０７２６】
いくつかの実施例では、IC基板を有するIC 3710、IC基板上に実装された回路4010のセット（例えば、アナログまたはデジタル回路）、および/または、1つまたはそれ以上のプログラム可能なブロック4020を提供する。IC基板は、基板の1つまたはそれ以上の層内に1つまたはそれ以上の導電路を有することができる。導電路は、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層と、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層に結合した、変更する材料からなる第2層とを有する、非常に低い抵抗相互接続（ELRI）で構成することができる。第１のプログラマブル・ブロックは、1つまたはそれ以上の導電路を介して回路のセットに接続することができる。第１のプログラマブル・ブロックは、基板上に実装された1つまたはそれ以上のコンポーネント、例えば、デジタル信号プロセッサ（DSP）4035、DSP 4035に結合されたRF送信部4040、および/またはIC基板に実装された埋め込まれたコア4050を含むことができるが、これらに限定されるものではない。
【０７２７】
いくつかの実施例によれば、埋め込まれたコア4050は、1つまたはそれ以上の機能4060を実行するようにプログラムすることができる。様々な実施例では、埋め込まれたコア4050は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、GPU、データフロープロセッサ、またはDSPとすることができる。
【０７２８】
ELRIから作られたコンポーネント（例えば、ELRI RF回路4070、ELRI RFアンテナ4070、ELRIルーティング4080、ELRI RFアンプ、ELRI RFフィルタ、ELRI RFコントローラ、など）を含むプログラマブルELRIブロックのセットは、IC基板上に実装することができる。所望の用途に応じて、ELRIブロックは、設計レベルでプログラム可能、またはフィールド・プログラマブル、または、システムが動作した後でソフトウェアでプログラム可能である。いくつかの実施例では、埋め込まれた機能4060を有するICは、例えば上述の無線装置の一部とすることができる。
【０７２９】
図41-Gは、RF回路、RFアンテナ、受動ELRIコンポーネントを備えたMMIC、及び/又はIC上のERLIを使用する埋め込まれたRF回路機能を製造するための例示の操作を示すフローチャート4100である。ELRIは、材料の種類、ELRIの用途、ELRIを使用するコンポーネントの大きさ、ELRIを使用するデバイスや機械の動作要件などに基づいて製造することができる。
【０７３０】
図41-Gに示す実施例では、第１の堆積操作4110では、IC上に非常に低い抵抗（ELR）材料の第1層を堆積する。様々な実施例によれば、第１層はYBCOまたはBSCCOを含むことができる。ELR相互接続を生成するために、ELR材料の第１層上に変更する材料からなる第2層が、第２の堆積操作4120の間に堆積される。第2層は、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタン、ロジウム、ベリリウム、ガリウム、セレン又は銀を含むことができる。ELRIの第1層またはベース層として用いられる材料、および/または、ELRIの変更する層として用いられる材料は、様々な考慮事項、所望の動作特性および/または製造特性に基づいて選択することができる。その例は、コスト、性能目標、利用可能な装置、利用可能な材料、および/または、他の考慮事項および特性を含む。処理操作4130では、RFアンテナ、配電システム、および/または基板上の信号をルーティングできる1つまたはそれ以上の導電路を有する信号バスを形成するために、ELR相互接続を処理する。
【０７３１】
本明細書に記載のシステム、デバイス、および/またはアプリケーションに加えて、当業者は、他のシステム、デバイス、および導電路を含むアプリケーションは、本明細書に記載のELRIsを利用することができることを理解するであろう。
【０７３２】
パートD 集積回路のルーティング
本章の説明は、図1-36と図37-H〜図43-Hを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【０７３３】
変更された、開口された、および/または他の新しい、非常に低い抵抗（ELR）の材料で形成されている、電力分配ネットワーク、クロック分配ネットワーク、および他の信号分配ネットワークなどの集積回路コンポーネントが記載される。ELR材料は、例えば、膜、テープ、箔、又はナノワイヤであってもよい。ELR材料は、従来の高温超伝導（HTS）に関連付けられる通常の温度よりも高い温度で電流に対して非常に低い抵抗を提供し、これらのより高い温度で集積回路の動作特性を向上させる。本発明の様々な実施例は、"変更されたELR材料"および/または変更されたELR材料（例えば、変更されたELR膜等）の様々な構成を参照して説明されているが、本明細書に記載の改良されたELR材料は、本発明の様々な態様に一致する、変更されたELR材料（例えば、変更されたELR材1060など）、開口されたELR材料、および/または他の新しいELR材料を含んで使用されていることが理解されるであろう。本明細書で説明するように、これらの改良されたELR材料は、少なくとも1つの改善された動作特性を有する。この動作特性は、いくつかの実施例では、150Kよりも高い温度でELR状態で動作することを含んでいる。
【０７３４】
図37-Hは、ELR材料ベース層3704と、ELR材料ベース層3704上に形成された変更する層3706と、を有する膜のような変更されたELR膜で少なくとも部分的に形成された導電路3700の破断図を示す概略図である。様々な適切な変更されたELR膜は、本明細書で詳細に説明される。理解されるように、変更されたELR膜は、１つ以上のELR材料層および／または、１つ以上の変更する層を有することができるし、又は他の適切な構成または幾何学的形状をとることができる。そのような導電路は、集積回路が実現された場合、相互接続の複数のレベルで、連続した導電路のそれぞれを接続するように設計された特定の接続ビアを除き、複数のレベルを使用して便利な密度と接続性を構成するために、それらの間で絶縁されている。導電路は、例えば、電源を分配し、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、システムLSI、ディスクドライブコントローラ、メモリ、ASIC、専用IC、FPGA、または、変更されたELR膜と互換性を持たせることができる他の半導体集積回路中の回路コンポーネントの間で信号を伝播するために使用されることができる。
【０７３５】
図37-Hの例に示すように、導電路は、ELR材料のベース層3704と、ベース層3704上に、任意の適切なプロセスを介して形成された、変更する層3706とを含む。導電路は、基板3702上に、例えば、集積回路の誘電体基板上に形成することができる。変更されたELR膜で形成された、導電路3700は、従来のHTS材料で使用される温度（室温または周囲温度（〜21℃））よりも高い温度のような適切な状況下で導電路中の電流の流れに対して、ほとんど又は全く抵抗がない。
【０７３６】
基板3702の材料又は寸法は、様々な要因に基づいて選択することができる。例えば、より高い誘電率を有する基板材料を選択すると、一般に、伝送線路によって見られるキャパシタンスを低減して、信号を駆動するために必要な電力を減少させる。当業者であれば、所望の特性および/または動作特性を達成するために、基板が異なる材料と異なる形状で形成されることを理解するであろう。
【０７３７】
いくつかの例では、変更されたELR導電路は、従来のHTS材料の転移温度（〜80〜135K）と室温（〜294K）の間の温度で、電流の流れに対して非常に低い抵抗を提供する。これらの例では、導電路は、導電路3700を導電路3700で使用される、変更されたELR膜の種類の臨界温度まで冷却するために使用される冷凍機又はクライオスタットのような冷却システム（図示せず）を含むことができる。例えば、冷却システムは、液体フロンの温度と同じの温度まで、凍った水の温度と同じの温度まで、又は本明細書に記載他の温度と同じの温度まで、導電路を冷却することが可能なシステムであってもよい。すなわち、冷却システムは、導電路3700に使用される、変更されたELR膜の種類や構造に基づいて選択することができる。
【０７３８】
図38-Hは、変更されたELR膜から形成された導電路の例示のモデルを示す図である。いくつかの例では、モデルは、入力"I"、出力"O"、および、変更されたELR膜から形成された導電路の入出力端に接続する材料の各抵抗値であるRi、Roを含む。Rv1、Rv2、Rv3、Rv4は、ビアの抵抗値および/または導通パスの外皮の他の接続の抵抗値である。Rw1とRw2は、変更されたELR膜の内部パスの抵抗値である。Rs1-Rs4とCSI-Cssは、導電路の外皮の伝送線路モデルである。破線3802で包含されたエレメントは、導電路上の各ビア（または他の接続）の位置Pで直列に複製することができる。図38-Hの例は、導電性ビア（Rv4で示す）と出力O先直列経路に接続する分岐のBiを示している。いくつかの例では、モデルは、インダクタを含む複数のエレメントを含むことができる。
【０７３９】
変更されたELR膜からなる導電路の抵抗が非常に低いために、導電路を伝播する信号は、ゼロに近い波面遅延時間定数を持ち、それによって、消費電力を低減するドライブ強度要件を最小限に抑える。信号が変更されたELR膜の結晶構造を通って伝播するので、外部環境のコンデンサンスによって邪魔されない光導波路の伝播と類似する方法で、信号は最小の遅延を達成する傾向にある。しかしながら、信号はまた、通常の抵抗と周囲の環境のキャパシタンスを示す、変更されたELR膜の外皮に伝播する。したがって、変更されたELR膜の結晶構造を伝播する信号は、宛先ノードに到達し、外皮が完全に変更された電圧を達成する前に、ノードの電圧を変化させることができる。
【０７４０】
ドライブ強度要件の減少は、駆動信号が変更されたELR材料から形成された導電路を伝導するトランジスタサイズを減少させる可能性もある。トランジスタサイズをより小くすると、集積回路レイアウトに必要なシリコン面積を低減することができ、集積回路のさらなる小型化と、より効率的に行うことができる回路を可能にする。変更されたELR材料から形成される導電路の別の利点は、信号の伝播中の還元遅延による回路設計におけるタイミング制約の負担又は重要性の低減である。
【０７４１】
本明細書で説明したように、多くの集積回路デバイスおよびシステムは、高温または周囲温度で非常に低い抵抗値を示す、変更されたELR導電路を、利用、使用および/または組み込むことができる。すなわち、電子の流れのための経路を実質的に提供するデバイス又はシステムは、本明細書に記載される変更されたELR導電路を組み込んでもよい。次の章で、いくつかの例示のデバイス、システム、および/またはアプリケーションを記述する。当業者は、配慮しなくても明らかなようには見えないいくつかの独特で新規な利点があるが、他のデバイス、システム、および/またはアプリケーションもまた、変更されたELR導電路を利用してもよいことを理解するであろう。
【０７４２】
いくつかの例では、集積回路の電源分配ネットワークは、本明細書に記載の変更されたELR導電路を利用することができる。図39-Hは、変更されたELR導電路で形成された例示の電力分配ネットワーク3900の図である。図39-Hに示すように、変更されたELR材料は、変更されたELR材料の低い抵抗により、分散電圧がゼロ近くまで減少する状態で、集積回路の周りに分布される、電圧源（V1-V4）とグランド（G）接続のための導電路3902などの導電路を実現するために使用される。いくつかの例では、変更されたELR導電路は、指向することができる、すなわち、電流が変更されたELR材料の特定面に沿って流れるので、図39-Hの電源分配ネットワーク3900は、集積回路を通ってパワーを送るために、ビア3904などのビアによって互いに結合された2つの実質的に直交層を利用することができる。
【０７４３】
従来の集積回路の電力分配ネットワークは、いくつかの電力ドメインに分割され、各電力ドメインは、集積回路のコンポーネントによって使用される特定の電圧を有する。従来の集積回路では、すなわち、金属製の導電路を用いる回路では、各電源ドメインは、通常は、導電路に使用される抵抗材料のため、独自の導電層を有している。これらの従来の導電路は、熱（I2R）により、及び抵抗によって起こされる伝播遅延を軽減するために使用される大きいまたは追加のトランジスタにより、電力損失をもたらすかなり大きな抵抗を有する。抵抗信号線を駆動するために必要な"ブルートフォース"は、配電導体のノイズを引き起こすので、デカップリングする必要がある。多くの場合、特にノイズの多い回路を分離するために、別々の電圧ドメインが設計されている。しかし、変更されたELR導電路を使用する集積回路中の変更されたELR材料の優れた導電性のため、すべての電圧とグランドドメインは、追加の層を必要とせずに、図39-Hに示すような二つの直交層中にルーティングすることができる。例えば、電圧V1、V2、V3、及びグランドネットワークは、図39-Hの2層配電ネットワーク3900を使用して、集積回路上ですべて分散させることができる。
【０７４４】
他の多くの利点は、変更されたELR材料で形成された導電路を使用することにより得られる。たとえば、変更されたELR材料を用いた電力分配ネットワークは、消費電力を低減するだけでなく、"IRドロップ"を無視できる量まで減少させて、次に、より低い動作電圧を可能にする。このより低い動作電圧は、トランジスタの寄生漏れを低減し、それにより、回路全体の効率を向上させる。また、mELR中の信号は非常に早く伝播するので、配電ネットワーク上のノイズパルスは、直ちにすべての分散型デカップリング・キャパシタンスに伝播する。変更されたELRIが信号をルーティングするために使用される場合、"ブルートフォース"ドライバは必要ないので、ノイズ妨害ははるかに少なくなる。
【０７４５】
変更されたELR導電路から形成される電源分配ネットワークは、例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、DSP、SoC、ディスクドライブコントローラ、メモリ、ASIC、ASSP、FPGA、変更されたELR膜または材料と互換性を持たせることができる他の半導体集積回路で実現することができる。
【０７４６】
いくつかの例では、集積回路のクロック分配ネットワークは、本明細書に記載のような変更されたELR導電路を利用することができる。図40A-Hは、変更されたELR導電路で形成されたクロック分配ネットワークを示す図である。図40A-Hは、クロック分配ネットワークの幹線路4004に結合されたクロックドライバ4002を含む。図40A-Hに示すように、変更されたELR導電路から形成されたクロック分配ネットワークは、クロックドライバ4002からクロック信号をゲート4006のような集積回路のクロックドコンポーネントに分配することができる。幹線路4004は、実質的に垂直な分岐流路、例えば、集積回路コンポーネントにクロック信号を分配する分岐路4008と連結されている。図40A-Hのクロック分配ネットワークはまた、さらにクロック信号を他の回路コンポーネントに分配することができる分岐路4010のような並列分岐流路を含む。分岐流路4010は、実質的に直交層に接続しているビア4012などのビアを介して幹線路4004と結合することができる。
【０７４７】
変更されたELR導電路を使用する利点の1つは、そのようなネットワークを伝播するクロック信号が、ゼロに近い波面遅延時定数接近を持ち、余分なバッファ回路または遅延回路を必要とせず、それによって同期回路間の伝播遅延及びクロック・スキューを最小限に抑えることである。
【０７４８】
図40B-Hは、変更されたELR導電路で形成されたクロック分配ネットワークを示す代替のレイアウトを示す図である。図40B-Hに示すように、クロック分配ネットワークは、枝4056などの垂直分岐に供給するためにクロックドライバ4052に結合されている1つの中央トランク4054を有している。枝4056は、次に、ゲート4058のようなクロックドコンポーネントにクロックバッファを供給する。１つの実施例では、変更されたELR導電路は、指向することができる、すなわち、電流が変更されたELR材料の特定の面に沿って流れるので、図40A-H及び40B-Hのクロック分配ネットワークは、集積回路を通ってクロック信号を送るために、ビア4012や4060などのビアによって互いに結合された2つの実質的に直交層を利用することができる。
【０７４９】
図40C-Hは、変更されたELR導電路で形成されたクロック分配ネットワークの代替のレイアウトを示す図である。図40C-Hに示すように、クロック分配ネットワークは、ブランチ4076などの垂直枝を供給するために、クロックドライバ4072と結合した、1つの中央のトランク4074を持っている。ブランチ4076は、次に、クロック分配ネットワークの等比数列H-構造を介してゲート4078などのクロッキングコンポーネントに供給する。１つの実施例では、変更されたELR導電路は、指向することができる、すなわち、電流が変更されたELR材料の特定の面に沿って流れるので、図40A-H、40B-H、及び40C-Hのクロック分配ネットワークは、集積回路を通ってクロック信号を送るために、ビア4012、4060、および4080などのビアによって互いに結合された2つの実質的に直交する層を利用することができる。
【０７５０】
クロック分配ネットワークの導電路のために変更されたELR材料を用いる利点としては、例えば、バッファリングおよび抵抗を減らすために導電路を広げることで追加されたキャパシタンスによる従来の抵抗回路ネットワークからの大幅な電力の低減と速度損失の低減を含む。また、クロックスキューと挿入遅延がかなり低減され、それにより、設計上の制約の負担又は重要性が低減する。同様に、多相クロックアーキテクチャを実現することができ、さらに大幅に低減したクロックスキューにより同期的に実行することができる。また、伝播するクロック信号を必要としない、高度な同期集積回路アーキテクチャが存在する。これらの回路は、その同時性を保証するために特別なソフトウェアを使用する。これらの回路は、クロックであるので、同様の利点を実現するために、その同期制御信号に変更されたELR導電路を利用することができる。
【０７５１】
変更されたELR導電路から形成されたクロック分配ネットワークは、例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、DSP、SoC、ディスクドライブコントローラ、メモリ、ASIC、専用IC、FPGA、および、変更されたELR膜又は材料と互換性を持たせて作ることができる他の半導体集積回路上に実現することができる。
【０７５２】
いくつかの例では、集積回路のアナログコンポーネントは、本明細書に記載のような変更されたELR導電路を使用して補償回路と結合することができる。図41-Hは、変更されたELR導電路によって補償回路に結合されたアナログコンポーネントを示すブロック図である。図41-Hに示す例示のブロック図は、補償回路4104、4106に結合されている増幅器4102などの増幅器などのアナログコンポーネントを含む。前述したように、１つの実施例では、変更されたELR導電路は、指向する、すなわち、電流が変更されたELR材料の特定の面に沿って流れることができる。従って、図41-Hの例では、アナログコンポーネントが集積回路を介して信号を送るために、ビア4108などのビアによって互いに接続された4110、4112などの2つの実質的に直交する層を使用して実現されることができる状態で、導電路は補償回路に結合するために使用される。
【０７５３】
アナログ回路は、補償回路から補償信号が提供される場合、通常は、より高度で便利である。しかしながら、アルミニウムや銅などの従来の導電路はかなりの抵抗を導入し、補償信号を劣化させ、システム全体のパフォーマンスを低下させる。アナログコンポーネントと補償回路の間の信号を伝播するために変更されたELR導電路を使用する１つの利点は、ゼロに近い時定数を持つので、補償処理における抵抗干渉が最小限に抑えられることである。
【０７５４】
さらに、アナログコンポーネントを含む従来の集積回路は、通常は、向きに敏感であり、すなわち、空間的にバランスされなければならない。回路がアンバランスの場合は、導電路の抵抗は、パフォーマンスと機能性を低下させる。変更されたELR材料で形成され、低減された抵抗を持つ導電路を実現すると、個別のアナログコンポーネントと集積回路の位置の問題の大部分が解消される。このことは、回路を設計する場合に、スペースの考慮などの他の考慮事項を計算に入れることを可能にする。
【０７５５】
いくつかの例では、メモリの導電路は、本明細書に記載の変更されたELR膜を用いて実現することができる。たとえば、図42-Hは、変更されたELR導電路で導電路を実現する例示のメモリのブロック図である。図42-Hの例では、メモリは、低しきい値、高速メモリ"リード"機能のために、変更されたELR導電路を使用する。各メモリセル4202は、ビット線4204と、4206、4210のようなアドレス線と、ビア4208などのビアを介して接続されている。ビット線4204、4206は、ビット線の低電圧検知を可能にするために、センスアンプ4212に結合されている。
【０７５６】
半導体メモリの速度と精度は、メモリセルの電圧検出に基づいている。いくつかの例では、ビット線のペアは、セルの特定行（row）のすべてのセルに接続されている。列（column）選択線、例えば、線4210が有効な場合、選択された列のメモリセル4202の相補的な出力は、各ビット線4204および4206に連絡する。メモリセルのトランジスタがビット線4204、4206を駆動するとき、センスアンプ4212は、どのビット線が高く、どのビット線が低いかをできるだけ早く区別して出力する。センスアンプが差を検出できるような線を充電するのにかかる時間は、抵抗配線で、設計されたセルの大きさ（セルが小さいほどより小さいドライブを作り出す）と行の長さ（メモリセル駆動するために、より長い行はより多くの抵抗容量負荷を引き起こす）によって、従来の技術では妥協することができる。しかしながら、変更されたELR膜から形成されたビット線は、メモリセルのトランジスタが貯蔵された電圧レベルに向かって直ちにセンスアンプの入力を駆動すること可能にし、それによって、はるかに速いサンプリングレートでこれらのビット線を検出して応答するために最小限の電力のみを必要とする。
【０７５７】
メモリセンシングアンプは、特定の半導体技術や特定のメモリの行の長さのために設計される。従来のメモリは、寄生抵抗のために、行の長さが限られ、それにより、より小さいブロックを有する。より高速な読み出し時間を達成するために、従来のメモリは、センスアンプがメモリセルを待たせずにより速く反応して、抵抗ビット線を異なる論理状態に駆動するように高い消費電流を使用する。したがって、従来は、より高速なメモリほどより大きな電力を使用する。信号が変更されたELR膜の構造体の内部を伝播するとき、信号が遭遇する抵抗とキャパシタンスの影響が軽減されるために、メモリは、低電力使用量で、センスアンプ中でより速く、より正確に読み込むことができる。さらに、変更されたELR膜から形成されたビット線は、はるかに大きなブロックを可能にし、かつ、はるかに少ない電力を使用し、より高いパフォーマンスを実現することができる。
【０７５８】
いくつかの例では、データ・フロー・プロセッサのデータバスと命令ラインは、本明細書に記載の変更されたELR導電路を使用して実現することができる。図43-Hは、変更されたELR材料から形成された導電路を持つデータフロープロセッサ4300の例示の機能セルのブロック図である。データフロープロセッサは、機能セル4302、データバス4306、及び命令ライン4304を含む。データバス4306と命令ライン4304は、本明細書に記載のようにな変更されたELR膜を用いて実現することができる。
【０７５９】
データフロー・アーキテクチャによって構築された、性能の限界を定義するためのプロセッサは、機能を実行するために指示ラインを伝播する指令信号の速度に依存し、次に、データ信号はデータバス上を伝播する。変更されたELR膜でバスと命令ラインを実現するにより、信号にゼロに近い波面遅延時定数を持たせ、それにより、電力を低減するドライブ強度要件を最小限に抑えることができる。さらに、伝播遅延を減らすことにより、指示信号は、実質的に瞬時にその機能を実行し、データ信号は、瞬的に指示された宛先に伝播するであろう。
【０７６０】
従来のデータフロープロセッサの動作周波数は、従来の導線の抵抗によって引き起こされるデータバスおよび命令ラインの伝播遅延によって制限される。変更されたELR材料を持つ導体を実現すると、桁違いに早い命令ラインとデータバスの性能を提供する。ここで、相互接続のアレイがアーキテクチャを実現する戦略である。例えば、DSPアプリケーションは、桁違いに速い周波数を処理することができ、RF受信機は、高いRF伝送帯域を復調でき、DSPは、従来の導体を使用するプロセッサが達成できる同じタイムスパンでより洗練されたアルゴリズム（すなわち、多い命令数で）を実現することができる。
【０７６１】
いくつかの例において、本明細書に記載のシステム及びデバイス一部または全部は、アプリケーションで使用される特定の変更されたELR材料は、周囲温度よりも低い温度で非常に低い抵抗値を示すようなアプリケーションで低コストの冷却システムを使用することができる。本明細書に記載のように、これらの実施例では、アプリケーションは、変更されたELR導電路を液体フロンの温度と同じの温度まで、凍った水の温度と同じ温度まで、又は本明細書に記載他の温度と同じ温度まで、冷却するシステムのような冷却システム（図示せず）を含むことができる。冷却システムは、アプリケーション、および/または、変更されたELR膜またはアプリケーションによって利用される材料の種類や構造に基づいて選択することができる。
【０７６２】
本明細書に記載のシステム、デバイス、および/またはアプリケーションに加えて、当業者は、他の集積回路、システム、デバイス、およびアプリケーションが、本明細書に記載の変更されたELR導電路を利用できることを理解することができる。また、"膜"、"材料"等の用語は、本明細書で使用される場合には、他の構造又は実施例でも使用可能であり、本発明の範囲内であることは明らかである。
【０７６３】
パートE - 集積回路SIPデバイス
本章の説明は、図1-36と図37-I〜図41B-Iを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【０７６４】
本発明の様々な実施例は、ELRIを組み込む、変更された、開口された、および/または他の新しいELR材料のような、一般に非常に低い抵抗配線（ELRI）に関するものである。いくつかの実施例では、ELRIは、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層と、第１層のELR材料に結合された変更する材料からなる第2層と、を有することができる。ELRIは、各種の改良を行うための様々なシステムおよび方法で使用することができる。様々な効率が作られる幾つかの例は、IC実装基板上の無線周波数アンテナのためのシステムおよび方法、半導体IC実装基板上の電源分布、システム・イン・パッケージ（SiP）基板、半導体実装基板上の信号ルーティング（例えば、制御、クロック、データ、その他の信号タイプ）を含むが、これらに限定されるものではない。
【０７６５】
例えば、ELRI材料は、IC実装基板上にRFアンテナ形態のための導電路を実現するために使用される場合、所要面積は、ELRI材を使用しない従来の基板の形態よりも小さくなる傾向にある。さらに、RFアンテナは、相互接続抵抗のペナルティを招くことなく、それにより、高Q性能を得ることができる隔離された場所に配置することができる。このように、導電路におけるELRI材料の使用に起因するRFアンテナ接続の形態は、少ない能動回路とそれによる各種回路の半導体面積を減らすことができる。
【０７６６】
いくつかの実施例では、ELRI材料は、電圧源（複数の電圧ドメインを含む）と基板の複数の部分にバスのようにルーティングされるようなグランド接続のための導電路を実現するために使用することができる。分散電圧変化がゼロに近づくので、これらのパスは仮想ノードを形成する。また、配電導体上のすべての高周波付帯ノイズスパイクは、瞬時に近くのすべての湿らせてあるデカップリングキャパシタンスまで移動する。
【０７６７】
電圧電源用の導電路を提供することに加えて、ELRI材料は、ルーティング制御、クロック、IC実装基板（又はSiPの基板）上のデータおよび他の信号のために使用することができる。ELRI材料は信号用の非常に低い抵抗導電路を提供する。いくつかの実施例では、導電路は、ICパッド、基板ピン、またはパッケージ内の他のコンポーネントに接続するために実質的に直交する方向の層（設計された導電ビアを除いて層間が絶縁された）のペアまたはペアにルーティングすることができます。
【０７６８】
ELRIは、材料の種類、ELRIの用途、ELRIを採用したコンポーネントのサイズ、ELRIを採用した装置や機械の動作要件などに基づいて製造することができる。このように、設計および製造中に、ELRIのベース層として使用される材料および/またはELRIの変更する層として使用される材料は、様々な考慮事項、所望される動作特性および/または製造特性に基づいて選択してもよい。
【０７６９】
図37-Iは、実装基板3750上にRFアンテナ3710ための導電路を実現するELRI材料の使用を示す図である。従来の集積回路では、RFアンテナは、寄生損失のため、コントローラ機能からチップ外に実装される。対照的に、IC 3730中のRF回路を直接RFアンテナ3710に接続するELRIは、寄生損失がより少なくなり、RFアンテナ3710は、RF回路およびIC 3730と同一チップの実装基板3750上に実装することができる。
【０７７０】
本発明の様々な実施例によれば、ELRI材料が実装基板3750上のRFアンテナ形態のための導電路を実現するために使用される場合、所要面積は、従来の基板の形態に比べて小さい。。さらに、RFアンテナ3710は、相互接続抵抗のペナルティを招くことなく、それにより、高Q性能を得ることができる隔離された場所に配置することができる。このように、導電路におけるELRI材料の使用に起因するRFアンテナ接続の形態は、少ない能動回路とそれによる各種回路の半導体面積を減らすことができる。
【０７７１】
本発明の様々な実施例が1つ又はそれ以上の利点を得ることができることは、当業者によって理解されるであろう。例えば、今説明したように、導電性の機能を提供するELRIの使用は、アンテナ形態が、配線抵抗のペナルティを負うことなく、従来の基板形態よりも一般的に少ない領域で、かつ孤立した場所に配置することをを可能にする。別の例として、ELRIは、非常に低い損失を有するので、RFアンテナアーキテクチャは、より効果的かつ実用的であることを考案し実施することができる。いくつかの実施例では、RFアンテナ設計は、かなり能動回路の増幅を低減し、フィルタ処理をすることができる。ELRIはまた、改善された導電性の相互接続を有するIC上のRF回路により密接に接続されたRFアンテナを、少ない寄生損失で、より高いQが得られる設計を可能にし、特別な半導体プロセスがなく、IC実装基板パッケージをオフにすることなく、設計要件を満たすようにできる。新しいRF製品はまた、ハンドヘルド機器が別々の多数のチャネルに対応することを可能にかつ、非常に高いQを有するシングルチップRF送受信器などの従来技術で実現不可能であったことを開発することができる。
【０７７２】
様々な実施例によれば、RFアンテナ3710は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、コンピュータメモリ、DSP、SoC、ディスクドライブコントローラ、ASIC、専用IC、FPGA、ニューラルネットワーク、MEMS、MEMSアレイ、マイクロエネルギー貯蔵デバイス、RF回路アンテナ3710を実装する他のIC実装基板で実現することができる。図37-Iで示されるように、本発明のいくつかの実施例では、IC実装基板3750、RFアンテナ3710、及びRF回路3730を含む集積回路（IC）を提供する。IC実装基板3750は、複数の層と、1つまたはそれ以上の導電路3720と、信号ルーティング3740を持つことができる。1つまたは複数の導電路3740は、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１の層を含む、変更された非常に低い抵抗相互配線（ELRI）を用いることができる。また、1つまたは複数の導電路3720と3740は、第１層のELR材料に結合した、変更する材料からなる第2層を含むことができる。
【０７７３】
無線周波数（RF）アンテナ3710は、IC実装基板3750上に実装することができる。RF回路3730はまた、IC実装基板3750上に実装され、ELRIを介してRF回路3730に接続することができる。いくつかのケースでは、RFアンテナ3710は、ELRI無しの同様の実装の要件と比較して、RF回路3730に近接することができる。いくつかの実施例では、RFアンテナは、ELR材料からなる第1層と、第1層のELR材料に結合された変更する材料からなる第2層を含むことができる。
【０７７４】
いくつかの実施例によれば、ワイヤレスデバイスは、ELRIの様々な構成を使用して、RF送受信機に結合された電源を含むことができる。様々な実施例によれば、RF送受信器は、実装基板、RFアンテナ、RF回路を含むことができる。実装基板は、1つまたは複数の導電路（3720および3740）を有することができる。いくつかのケースでは、1つ又はそれ以上の導電路は、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１の副層と、ELR材料からなる第１の副層に結合した変更する材料からなる第2の副層と、を有する非常に低い抵抗相互接続（ELRI）から構成することができる。RFアンテナは、RF回路とともに実装基板に実装することができる。RFアンテナはELRIを介してRF回路に接続することができる。いくつかの実施例では、RFアンテナは、ELR材料からなる第1層と、第1層のELR材料に結合する変更する材料からなる第2層とを含む。
【０７７５】
ワイヤレスデバイスは、デバイスやハンドヘルド送受信器であり得る。例は、スペクトラム・デバイス、携帯電話、無線電話、Bluetooth（登録商標）、Wi-Fi、Wi-Maxのデバイス、インターフェースセキュリティデバイス、イヤホン、補聴器、医療トランスポンダ等を含むが、これらに限定されるものではない。インターフェースセキュリティデバイスは、財産のセキュリティ（安全なガレージドアオープナー、セキュリティアラームのセット/リセット/問い合わせ、サーモスタットプログラミング、一般の電気制御など）と自動車キー送信機を制御するためのユニバーサルリモートセキュリティコントローラを含む。また、無線装置は、検針や特別のRFIDタグとの在庫の照会、ハンドヘルド・コンピュータ・インタフェース（ブルートゥース（登録商標）プログラムアクチュエータとデータ送受信器）等のように、特殊な用途のためのハンドヘルド送受信器であり得る。
【０７７６】
RFアンテナのためにELRIを使用する無線機器は、様々な改のを含む。例えば、スペクトラム拡散デバイスは、個々のチャンネル以上の大きさ（例えば、100以上の個々のチャネル）の命令を使用して構築することができる。携帯電話、無線電話、Bluetooth（登録商標）デバイス、および他のWi-Fiデバイスは、大きな受信状態/距離を有する。
【０７７７】
図38-IはELRI材料を用いた無線周波数アンテナを設計するための例示的な操作3800を示すフローチャートである。図38-Iに示される実施例によると、受信動作3810は、RF送受信器の設計要件を受信する。設計要件は、IC実装基板上に実装されたRFアンテナと、IC実装基板上に実装されたRF回路を含むことができる。また、様々な材料のコスト、利用可能な材料の種類、位置制限/さまざまなコンポーネントの要件、製造方法、コンポーネントサイズ、Q因子、電力要件、およびその他の設計要件を含むことができる。例えば、一実施例では、設計要件は、RFアンテナがRF回路に近接していることを含むことができる。
【０７７８】
生成動作3820では、RF回路にRFアンテナを接続するためにIC実装基板上に複数の導電路をルーティングすることによってデザインを生成する。導電路は、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層と、第１層のELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する非常に低い抵抗相互接続を含むことができる。生成操作3820では、非常に低い抵抗相互接続と様々な設計要件の影響を考慮する。
【０７７９】
検証動作3830では、設計要件が満たされていることを検証する。検証動作3830は、設計が満たされていないと判定した場合、追加の設計反復を生成動作3820へ分岐することにより行われる。検証動作3830では、設計要件が満たされていると決定すると、製造動作3840に分岐してその設計を製造に提出する。
【０７８０】
BGAやPGAなどのIC実装基板上には、電源分配のためのバスがある。導電路は、一般に、外部電源から各ICの電源パッドに抵抗を低減するために結合されている。従来の設計上の抵抗は、依然として重要であり、IC性能を制限する。また、IC基板上に、複数の電圧領域が、通常は、外部電源に接続している導電路中の様々なブロックの電圧供給ノードから抵抗を分離するために作製される。また、抵抗は、分散型電圧"IRドロップ"を引き起こし、同じ電圧を有する複数の電圧ドメインに分割する（他のブロックに影響を与える雑音を1つのブロックに維持するため）ことを含む回路設計の緩和救済を反復トリガする。さらに、抵抗が広がると、ノイズは減衰しないので、緩和するには、外部ソースに導電接続されるまで配線を分離することである。
【０７８１】
様々な実施例によれば、ELRIは、電力分配のために使用することができる。ELRIルーティングは、"仮想外部電源"ノードで基板上に複数の電圧ドメインおよび接地バスを作って無視できる"IRドロップ"を作ることに加えて、消費電力（基板配線の抵抗を電流が通過することで引き起こされる）を減少させる。ライン上の"IRドロップ"を排除すると、実装IC上の電力および接地ノードに接続することを可能にし、基板上の仮想ノードに結合することができる。いくつかのケースでは、パッドの数を減少させることができる。
【０７８２】
図39-Iは、基板上にELRIを用いた電源分布3900を示す例示のレイアウト図である。ELR配電がライン上の様々なポイントでゼロに近づいて電圧の違いで複数の電圧ドメインとグランド接続を提供し、各IC電源パッドは、各所定の電圧のための"仮想外部電源"に結合する。
【０７８３】
いくつかの実施例では、ELRI材料は、電圧源（複数の電圧ドメインを含む）と、レイアウト全体のバスのようにルーティングされるグランド接続のための導電路を実現するために使用することができる。分散電圧変化がゼロに近づくので、これらのパスは、仮想ノードを形成する。さらに、すべての高周波ノイズスパイクは、瞬時に減衰またはデカップリングされているすべてのデカップリングコンデンサンスに移動する。様々な実施例によれば、導電路は、単一IC用BGAまたはPGA基板、SiPまたはMCM基板、薄膜受動コンポーネント基板、基板上に1つまたはそれ以上のコンポーネントを含むシステムなどのIC実装基板またはSiP基板上に配置することができろ。
【０７８４】
本発明のいくつかの実施例は、基板と、電力バス3920と、パッド3930に結合された1つまたは複数の仮想ノードICを含むパッケージ3910を提供する。基板は、BGA基板、PGA基板、SiP基板、MCM基板、薄膜受動コンポーネント基板とすることができる。電力バス3920は、基板上に実装された電力分配用のごくわずかなIRドロップをもたらす低抵抗を有する1つまたは複数の導電路を含むことができる。1つまたは複数の導電路は、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層と、ELR材料の第1層に結合した変更する材料からなる第2層と、を含む。基板の周りをルーティングするグランド接続によって形成された1つまたはそれ以上の仮想ノードは、各グランド接続が第２のELR材料と、第2のELR材料に結合された第2の変更する材料とを含むことを特徴とする。
【０７８５】
いくつかの実施例では、1つ又は複数の導電路は、複数の電圧ドメインを形成するように配置することができる。ICパッケージ3910はまた、複数の電圧ドメインおよびグランド接続から生成された1つまたはそれ以上の仮想外部電源ノードを含むことができる。ICパッケージは、非常に低い抵抗の相互接続（ELRI）3950と、ELRI内の1つまたは複数のELRIを介して仮想外部電源ノードに接続された集積回路を含むことができる。集積回路は、いくつかの実施例では、約0.25ボルト以下の動作電圧の低電圧回路を有する。いくつかの実施例では、ICパッケージ3910は、複数の層を有し、3960で示す複数の層内に多層電力分布を有することができる。いくつかの実施例では、ICパッケージ3910はまた、ワイヤボンド3940と、ワイヤボンド内の1つまたはそれ以上のワイヤボンド3940を介して仮想外部電源ノードに接続された、1つまたはそれ以上の集積回路を含むことができる。
【０７８６】
本発明の様々な実施例は、電圧供給源を含む回路と、1つまたは複数の集積回路と電圧供給源から1つまたは複数の集積回路に電力を供給する電源電圧供給分布を有するICパッケージ3910とを含む。ICパッケージ3910は、基板と、電力バス3920と、1つまたはそれ以上の仮想ノードとを含むことができる。様々な実施例によれば、基板は、BGA基板、PGA基板、SiP基板、MCM基板、薄膜受動コンポーネント基板などである。電力バス3920は、基板上に実装された電力分配のための低い抵抗を有する1つまたは複数の導電路を持つことができ、かつ仮想外部電源ノードを有する複数の電圧ドメインを形成してもよい。導電路の低い抵抗は、ごくわずかなIRドロップをもたらす。いくつかの実施例では、ICパッケージ3910は、複数の層3960を含み、複数の層3960内の多層動力分配を可能にする。
【０７８７】
1つまたは複数の導電路は、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層と、ELR材料の第１層に結合する、変更する材料からなる第2層と、を含むことができる。1つまたはそれ以上の仮想ノードは、基板の周囲にルーティングされたグランド接続により形成することができる。各グランド接続部は、第２のELR材料と、第2のELR材料に結合された第2の変更する材料を含むことができる。
【０７８８】
いくつかの実施例では、回路は、ELRIを介して仮想外部電源ノードに1つまたはそれ以上の集積回路を結合するELRIを含む。他の場合では、回路は、ワイヤボンド3940を介して仮想外部電源ノードに1つまたはそれ以上の集積回路を連結するワイヤボンド3940を含むことができる。
【０７８９】
ICを使用する既存の製品の再設計のノイズと電力使用量をかなり削減するために、基板上に電力分配するためのELRIを使用する新しい包装方法および材料を提供することは、当業者によって理解される。ELRIの使用はまた、タイトで信頼できる制御下で電源マージンがICパッドに供給されるため集積回路のアナログ回路設計を改善する。また、ELRIの使用は従来技術では実現不可能だった新製品の創出を可能にするであろう。例えば、電圧マージンがICパッドに配信することができないため現在の技術では一緒に動作しないデジタル回路を持つICの上のアナログ回路は、本発明のパラダイム内で実現可能となる。もう一つの例は、低消費電力で実現可能になる新規な回路や回路アーキテクチャを備えている。他のケースでは、ICは、ICへの接続をもつ実装基板上にRFアンテナのためのELRIを利用することにより、周囲の環境から奪われた電力を使用することができる。他の例としては、非常に低い電圧降下パッケージを必要とする、非常に低い電圧回路（0.25Vの動作範囲以内で）を含む。また別の例としては、ハードウェアおよび/またはソフトウェアで実現されるセンサおよび/または論理エレメントによって制御可能なMEMSスイッチを有する再構成可能なICを含む。
【０７９０】
電圧供給のための導電路を提供することに加えて、ELRI材料は、IC実装基板（又はSiPの基板）上の信号をルーティングするために使用することができる。ELRIの使用は、ゼロに近い抵抗の信号経路を提供することにより、相互接続の品質（従来技術を超える）を向上させることができる。いくつかの実施例では、導電路が、ICパッド基板上のアイコン、またはパッケージ内の他のコンポーネントに接続するために、直交方向の層のペアにルーティングすることができる。多くの場合、信号のルーティングのためのELRI材料の使用は、従来技術の抵抗によって起こされるタイミングの問題のために要求される緩和設計の救済を繰り返し除去することにより設計時間を短縮するであろう。ELRI材料の使用はまた、基板上にICや他のコンポーネントのためのマージンを可能にし、そうでなければ従来技術を使用する設計要件を満たすことができかるもしれない。
【０７９１】
本発明の様々な実施例では、構成エレメント（例えば、基板ピン、低電圧用ICなど）と必要な導電路のセットを有する基板を備えたICパッケージが含まれる。様々な実施例によれば、基板は、BGA基板、PGA基板、基板のSiP、MCM基板、薄膜受動エレメント基板、またはその他とすることができる。ICパッケージは、1つまたは複数の導電路は、それぞれすべての連続的な導電路を接続するために設計された特定の接続ビアを有する絶縁体によって分離された直交方向の層の対又は対にルーティングできるようにする複数の層を有していてもよい。
【０７９２】
1つまたは複数の導電路は、コンポーネント間に相互接続を提供し、基板上の信号をルーティングするために相互接続する非常に低い抵抗を含むことができる（すなわち、ゼロに近い抵抗）。いくつかの実施態様によれば、非常に低い抵抗相互接続は、非常に低い抵抗（ELR）材料の第１層と、ELR材料の第１層に結合する、変更する材料からなる第2層とを含む。
【０７９３】
いくつかの実施例は、電圧源と、1つまたはそれ以上の集積回路（例えば、低減された電力出力ドライバを有する）と、ICパッケージを有する回路を含む。ICパッケージは、電圧源と1つまたはそれ以上の集積回路間の信号を転送する信号ルーティング経路によって相互接続されたコンポーネント（例えば、ICパッド、基板ピンなど）を持つことができる。ICパッケージは、基板と信号バスを含むことができる。信号バスは、基板上に信号ルーティングするための1つまたはそれ以上の導電路を有することができる。いくつかの実施例では、1つまたは複数の導電路は、非常に低い抵抗材料（ELR材料）からなる第１層と、ELR材料の第１層に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する非常に低い抵抗（例えば、ゼロに近い）相互接続を含む。いくつかの実施例では、基板は、ELR材料からなるRFアンテナの第１層と、RFアンテナからなる第１の層のELR材料に結合した、変更する材料からなるRFアンテナの第２のと、を含むRFアンテナを含むことができる。
【０７９４】
当業者によって理解されるように、信号をルーティングしライン間のノイズを低減するために基板上に複数の層を含む従来の相互接続は、分散電圧"IRドロップ"をもたらし、回路設計の緩和救済を反復トリガする。抵抗が広がると、ノイズは減衰しないので、緩和するには、外部ソースに導電接続されるまで配線を分離することである。ELRIルーティングの様々な実施例は、ICの信号出力ドライバの無駄な電力を低減し、無視できる程度まで信号の電圧"IRドロップ"を低減することに加えて、基板配線の抵抗を通って電流を流すことよって引き起こされる電力消費を低減する。
【０７９５】
様々な実施例は、IC実装基板上の信号をルーティングするためにELRIを利用する。ルーティング信号のためにELRIを使用すると、ICを使用する既存製品の再設計上のノイズや消費電力をかなり低減する新しいパッケージ方法および材料をもたらす。さらに、信号をルーティングするためにELRIを使用すると、タイトで信頼できる制御の下で信号マージンがICパッドに配信されるためIC上のアナログ回路設計を改善する。また、信号のルーティングにELRIを使用すると、従来技術では実現不可能だった新製品の創出を可能にするであろう。例としては、電圧マージンICパッドに配信できないため従来技術では一緒に動作しないデジタル回路を有するIC上のアナログ回路を含むが、これに限定されるものではない。新規な回路および回路アーキテクチャは、低電流、低消費電力、そしてタイトなマージンで実現可能になる。ICは、ICへの相互接続を持つ実装基板上にRFアンテナのためのELRIを利用することにより、周囲環境から奪われた電力を使用することができる。他の例としては、非常に低い電圧降下パッケージを必要とする、非常に低い電圧回路（0.25Vの動作範囲以内で）を含む。
【０７９６】
図40-Iは、RFアンテナ、電力分配システム、及び/又は、基板上のERLIを用いる信号バスを製造するための例示の操作を示すフローチャート4000である。ELRIは、材料の種類、ELRIの用途、ELRIを用いるコンポーネントのサイズ、ELRIを用いる装置や機械の動作要件などに基づいて製造することができる。
【０７９７】
図40-Iに示す実施例では、第１の堆積操作4110では、基板上に非常に低い抵抗（ELR）材料の第1層を堆積する。様々な実施例によれば、第１層は、YBCOまたはBSCCOなどの適切な材料を含むことができる。ELR相互接続を生成するために、ELR材料の第１層上に変更する材料からなる第2層が第２の堆積操作4020の間に堆積される。第2層は、クロム、銅、ビスマス、コバルト、バナジウム、チタン、ロジウム、ベリリウム、ガリウム、銀、セレンなどの適切な材料を含むことができる。ELRIの第1層またはベース層として用いられる材料、および/または、ELRIの変更する層として用いられる材料は、様々な考慮事項、所望の動作特性および/または製造特性に基づいて選択することができる。その例は、コスト、性能目標、利用可能な装置、利用可能な材料、および/または、他の考慮事項および特性を含む。処理操作4030では、RFアンテナ、配電システム、および/または基板上の信号をルーティングできる1つまたはそれ以上の導電路を有する信号バスを形成するために、ELR相互接続を処理する。
【０７９８】
いくつかの例では、変更されたELR材料から形成された導電路は、集積回路のパッケージングに使用することができる。たとえば、図41A-lは、変更されたELR材料から形成されたパッケージ内接続による集積回路パッケージを示すブロック図である。集積回路パッケージ4402は、チップ4404、4406と電気的にチップ4406、4404とカップリングしている変更するELR材料の導電路4408を含む。従来の導電性材料、例えば、銅、アルミニウムは、通常は、集積回路パッケージ中のチップ間接続に使用される。しかし、変更されたELR材料で形成された導電路を使用することによって、チップ間の通信がより速く、より効率的になる。
【０７９９】
集積回路のパッケージングに用いられる変更されたELR材料の別の例は、図41B-Iに示される。図41B-Iの集積回路パッケージ4452は、チップ4454、外側のコンポーネントにチップを接続するピン4456、およびチップ4454とピン445を電気的に結合するための変更されたELRナノワイヤ4458を含む。いくつかの例では、ピン4456はまた、変更されたELR材料から形成することができる。導電路用に変更ELR材料を使用することから実現される上記説明された利点は、パッケージされた集積回路がコンポーネントであるシステムに信号をより迅速かつ効率的に送信するために使用することができることである。
【０８００】
、本明細書に記載のシステム、装置、および/またはアプリケーションに加えて、当業者は、導電路を含む他のシステム、装置、材料の用途が本明細書に記載のELRIsを利用してもよいことを理解するであろう。
【０８０１】
図面において、種々の図示のエレメントまたはコンポーネントの大きさ、および横方向の大きさ、様々な層の厚さは、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、これらの様々なエレメントは、見やすくするために、適宜拡大または縮小されている。また、本発明の詳細な記載が不要な場合には、正確な幾何学的形状やコンポーネントの位置、コンポーネント間の正確な接続などのコンポーネントの詳細は、図では抽象化され、詳細は除外されている。このような詳細が本発明の理解に不要な場合には、図示される代表的な幾何学的形状、配線、及び示す構成は、一般的な設計及び動作原理の例示を意図する。
【０８０２】
ある実施例では、変更されたELR材料を含む集積回路、コンポーネント、および/またはデバイスは、以下のように説明することができる。
【０８０３】
集積回路であって、入力/出力パッドと、静電放電保護回路と、前記静電放電保護回路に前記入力/出力パッドを連結する導電路と、前記静電放電保護回路と結合している接地ネットワークと、を有し、前記導電路と前記接地ネットワークは、ELR材料からなる第１層と、前記ELR材料からなる第１層に結合した、変更する材料からなる第2層とを有する変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されていることを特徴とする集積回路。
【０８０４】
集積回路であって、誘電体基板と、集積回路の前記誘電体基板上に配置された導電路と、を有し、前記導電路は、ELR材料からなる第1層と、前記ELR材料からなる第1層に結合した変更する材料からなる第２層とを有する、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成され、前記導電路の少なくとも一部は、レーザで改質された部分であり、前記レーザで改質された部分が前記導電路の残りの部分よりも高い抵抗を有することを特徴とする集積回路。
【０８０５】
集積回路であって、誘電体基板と、集積回路の前記誘電体基板上に配置された導電路とを有し、前記導電路は、ELR材料からなる第1層と、前記ELR材料からなる第1層に結合した変更する材料からなる第２層とを有する、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成され、前記導電路の複数の部分は、少なくとも１つのレーザで改質された部分を含み、前記少なくとも１つのレーザで改質された部分は、前記導電路の残りの部分よりも高い抵抗を有することを特徴とする集積回路。
【０８０６】
集積回路であって、前記集積回路は、前記集積回路の誘電体層上に配置された導電路を有し、前記導電路は、ELR材料からなる第1層と、前記ELR材料からなる第1層に結合した変更する材料からなる第２層とを有する、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成され、前記集積回路は、さらに、前記導電路の一部に影響を及ぼす磁場を生成するための磁場源を有し、前記導電路の前記影響を受けた部分の前記変更されたELR材料は、変更を受けなかった部分よりも抵抗が高いことを特徴とする集積回路。
【０８０７】
集積回路であって、前記集積回路は、前記集積回路の誘電体層上に配置された導電路を有し、前記導電路は、ELR材料からなる第1層と、前記ELR材料からなる第1層に結合した変更する材料からなる第２層とを有する、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成され、前記集積回路は、さらに、前記導電路の一部に影響を及ぼす磁場を生成するための磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）セルを有し、前記導電路の前記影響を受けた部分の前記変更されたELR材料は、変更を受けなかった部分よりも抵抗が高いことを特徴とする集積回路。
【０８０８】
集積回路であって、誘電体基板と、集積回路の前記誘電体基板上の導電路とを有し、前記導電路は、ELR材料からなる第1層と、前記ELR材料からなる第1層に結合した変更する材料からなる第２層とを有する、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成され、臨界電流が前記導電路の残りの前記臨界電流よりも小さいような電流制限エレメントを定義するために、前記導電路の少なくとも一部が前記導電路の残りの部分と異なる寸法を有することを特徴とする集積回路。
【０８０９】
集積回路（IC）であって、前記集積回路（IC）は、複数の導電路を有し、前記複数の導電路のうちの少なくとも一つは、非常に低い抵抗材料（ELR）からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層とを有する、非常に低い抵抗相互接続からなり、前記集積回路（IC）は、さらに、微小電気機械システム（MEMS）と、1つまたはそれ以上の前記導電路を介して前記MEMSに接続された回路のセットを有することを特徴とする集積回路。
【０８１０】
集積回路（IC）であって、前記集積回路（IC）は、1つまたはそれ以上の導電路を有し、前記1つまたはそれ以上の導電路は、非常に低い抵抗材料（ELR）からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層とを有する、非常に低い抵抗相互接続からなり、前記集積回路（IC）は、さらに、1つまたはそれ以上の微小電気機械システム（MEMS）のネットワークと、前記1つまたはそれ以上の導電路を介して前記MEMSの前記ネットワークに接続された回路のセットを有することを特徴とする集積回路。
【０８１１】
集積回路（IC）であって、前記集積回路（IC）は、1つまたはそれ以上の導電路を有し、前記1つまたはそれ以上の導電路は、非常に低い抵抗材料（ELR）からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層とを有する、非常に低い抵抗相互接続からなり、前記集積回路（IC）は、さらに、微小電気機械システム（MEMS）と、前記1つまたはそれ以上の導電路を介して前記MEMSに接続された受動コンポーネントを有することを特徴とする集積回路。
【０８１２】
パッケージを含む集積回路（IC）であって、前記集積回路（IC）は、1つまたはそれ以上の導電路を有するIC実装基板を有し、前記1つまたはそれ以上の導電路は、非常に低い抵抗材料（ELR）からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層とを有する、非常に低い抵抗相互接続からなり、前記集積回路（IC）は、さらに、微小電気機械システム（MEMS）と、前記1つまたはそれ以上の導電路を介して前記MEMSに接続されたコンポーネントのネットワークを有することを特徴とする集積回路。
【０８１３】
微小電気機械システム（MEMS）であって、1つまたはそれ以上のコンポーネントを含み、各コンポーネントは、非常に低い抵抗材料（ELR）からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層とを有する、ことを特徴とする微小電気機械システム（MEMS）。
【０８１４】
微小電気機械システム（MEMS）であって、前記MEMSの外部からの入力信号を受信するための入力ポートと、前記入力信号を受信し、応答を発生するように構成されたコンポーネントと、前記入力信号が前記コンポーネントに転送されるように、前記入力ポートに前記コンポーネントを接続する1つまたはそれ以上の導電路と、を有し、前記1つまたはそれ以上の導電路は、非常に低い抵抗材料（ELR）からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層とを有する、ことを特徴とする小電気機械システム（MEMS）。
【０８１５】
微小電気機械システム（MEMS）であって、出力ポートと、信号を発生するように構成されたコンポーネントと、前記発生された前記信号が前記出力ポートに転送されるように、前記出力ポートに前記コンポーネントを接続する1つまたはそれ以上の導電路と、を有し、前記1つまたはそれ以上の導電路は、非常に低い抵抗材料（ELR）からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層とを有する、ことを特徴とする小電気機械システム（MEMS）。
【０８１６】
集積回路（IC）であって、IC実装基板と、前記IC実装基板上のRFコンポーネントと、を含み、前記無線周波数（RF）コンポーネントは、非常に低い抵抗材料（ELR）からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層とを有する、変更された非常に低い抵抗相互接続（ELRI）を含む1つまたは複数の導電路を介して相互接続されたサブ回路を含むことを特徴とする集積回路。
【０８１７】
集積回路（IC）であって、1つまたはそれ以上の導電路を有する無線周波数（RF）アンテナを有し、前記1つまたはそれ以上の導電路は、非常に低い抵抗材料（ELR）からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層とを有する、ことを特徴とする集積回路（IC）。
【０８１８】
1つのシリコンから作られたモノリシックマイクロ波集積回路（MMIC）であって、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第1層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する非常に低い抵抗の相互接続（ELRIs）と、1つまたはそれ以上の受動エレメントを含む無線周波数（RF）と、前記ELRIsによってRFフィルタに接続されたRFアンプと、前記ELRIsによって前記RFアンプに接続されたRFアンテナと、を有することを特徴とするモノリシックマイクロ波集積回路（MMIC）。
【０８１９】
無線デバイスであって、無線周波数（RF）電源に結合された、送受信器と受信回路を有するモノリシック・マイクロ波集積回路（MMIC）を含み、前記RF送受信機と受信回路は、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第1層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する非常に低い抵抗の相互接続（ELRIs）と、１つまたはそれ以上の受動エレメントを含む無線周波数（RF）フィルタと、前記ELRIsによって前記RFアンプに接続されたRFアンテナと、を含むことを特徴とするモノリシック・マイクロ波集積回路（MMIC）。
【０８２０】
集積回路（IC）であって、前記集積回路（IC）は、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第1層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する非常に低い抵抗の相互接続（ELRI）からなる1つまたはそれ以上の導電路を有するIC基板と、IC基板上に実装された回路のセットと、前記1つまたはそれ以上の導電路を介して前記回路のセットに接続された第１のプログラム可能なブロックと、を有し、前記第1のプログラム可能なブロックは、前記基板上に実装されたディジタル信号プロセッサ（DSP）と、前記DSPに結合された無線周波数（RF）送信機と、前記IC基板上に実装された埋め込まれたコアと、を有し、前記埋め込まれたコアは、1つまたはそれ以上の機能を実行するためにプログラム可能でありかつ前記DSPに結合され、前記集積回路（IC）は、さらに、前記ELRIから作られたコンポーネントを含むプログラマブルELRIブロックのセットを有することを特徴とする集積回路（IC）。
【０８２１】
集積回路であって、基板と、前記基板上に配置された複数の導電路と、を備え、前記複数の導通路のうちの少なくとも一つは、ELR材料と、前記ELR材料に結合された変更する材料とを有する、変更された非常に低い抵抗（ELR）で形成されていることを特徴とする集積回路。
【０８２２】
集積回路であって、第１コンポーネントと、第２コンポーネントと、前記第2コンポーネントに前記第１コンポーネントを電気的に結合させる特定の導電路を含む複数の導電路と、を有し、前記特定の導電路は、ELR材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合し、変更する材料からなる第2層と、を有するから非常に低い抵抗（ELR）膜で形成されていることを特徴とする集積回路。
【０８２３】
集積回路用の配電ネットワークであって、前記集積回路の少なくとも1つのコンポーネントに電源を電気的に結合するための導電路を有し、前記電源は、前記集積回路の外部または内部に配置され、前記導電路は、前記集積回路の基板上に配置され、前記導電路は、ELR材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する、変更された非常に低い抵抗（ELR）膜で形成されていることを特徴とする集積回路。
【０８２４】
集積回路のクロック分配ネットワーク。
【０８２５】
集積回路用の信号分配ネットワークであって、前記集積回路の基板上に配置された複数の導電路を有し、前記複数の導電路のうちの少なくとも１つは、ELR材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する、変更された非常に低い抵抗（ELR）膜で形成されていることを特徴とする集積回路用の信号分配ネットワーク。
【０８２６】
集積回路であって、アナログ回路と、導電路によって前記アナログ回路と電気的に結合された補償回路と、を有し、前記導電路は、ELR材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する、変更された非常に低い抵抗（ELR）膜で形成されていることを特徴とする集積回路。
【０８２７】
集積回路であって、複数のメモリセルと、前記複数のメモリセルのメモリセルに電気的に結合されたセンスアンプと、を有し、前記複数のメモリセルは、複数の導電路を介して前記センスアンプに結合され、前記複数の導通路のうちの少なくとも１つは、ELR材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する、変更された非常に低い抵抗（ELR）膜で形成されていることを特徴とする集積回路。
【０８２８】
データフロープロセッサであって、機能セルと、前記機能セルに電気的に結合したバスと、前記機能セルに電気的に結合した命令ラインと、を有し、前記バスと前記命令ラインは、ELR材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する、変更された非常に低い抵抗（ELR）膜で形成されていることを特徴とするデータフロープロセッサ。
【０８２９】
集積回路（IC）であって、前記集積回路（IC）は、1つまたは複数の導電路を持つIC実装基板を有し、前記1つまたは複数の導電路は、ELR材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する、変更された非常に低い相互接続（ELRI）で形成され、前記集積回路（IC）は、前記IC実装基板に実装された無線周波数（RF）アンテナと、前記IC実装基板上に実装されたRF回路と、をさらに有し、前記RFアンテナは、前記ELRIを介して前記RF回路に接続されていることを特徴とする集積回路（IC）。
【０８３０】
ICパッケージであって、前記ICパッケージは、基板と、前記基板上に実装された配電用の1つまたはそれ以上の導電路とを有し、前記1つまたは複数の導電路は、ELR材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を含み、前記ICパッケージは、前記基板の周りをルーティングするグランド接続によって形成された1つまたはそれ以上の仮想ノードを有し、前記グランド接続は、第2のELR材料からなる第１のグランド接続と、前記第1のグランド接続層の前記第２のELR材料に結合した第2の変更する材料からなる第2層と、を含むことを特徴とするICパッケージ。
【０８３１】
基板上で使用するための改善された信号ルーティング路であって、前記信号ルーティング路は、1つまたはそれ以上の導電路を含み、前記改善は、前記1つまたはそれ以上の導電路は、各々が非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有することを特徴とする信号ルーティング路。
【０８３２】
システム・イン・パッケージ（SIP）であって、複数のチップと、前記複数のチップのうちの第1チップを前記複数のチップのうちの第2チップに電気的に接続する導電路と、を有し、前記導電路は、ELR材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更された非常に小さい抵抗（ELR）から形成されていることを特徴とするシステム・イン・パッケージ（SIP）。
【０８３３】
第9章 - ELR材料で形成される回転機
本章の説明は、図1-36と図37A-J〜図42-Jを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【０８３４】
変更された、開口された、および/または他の新しい非常に低い抵抗（ELR）の材料で形成されるコンポーネントを含むモータ、発電機、エネルギー変換装置、および/またはフライホイールなどの回転機械が記載される。いくつかの例では、回転機械は、ELR材料から形成された巻線を含む回転子、ELR材料から形成された巻線を含む固定子、および/またはELR材料から形成された他のコンポーネントから形成された他のコンポーネントを含む。例えば、回転子の巻線は、YBCO層と変更する層を有する変更されたELR膜から構成されている。変更されたELR材料は、現在の高温超伝導（HTS）に関連付けられる温度よりも高い温度で電流に対して非常に低い抵抗値を提供し、これらのより高い温度で回転機械の動作特性を向上させる。
【０８３５】
いくつかの例では、ELR材料は、ELR材料の種類、ELR材料の用途、ELR材料を用いたコンポーネントのサイズ、ELR材料を用いたデバイスまたはマシンの動作要件の適用に基づいて製造される。このように、回転機械の設計および製造中に、ELR膜のベース層として使用される材料および/または変更されたELR膜の変更する層として用いられる材料は、様々な考慮事項、所望の動作特性、および/または製造特性に基づいて選択することができる。
【０８３６】
図37A-Jは、ELR材料を利用した回転機3700を示す概略図である。回転機械3700は、ステータ（固定子）3710、ロータ（回転子）3720、または電機子を含む。ステータ3710は、この例では、北"N"極と反対の南"S"極を有する永久磁石は、ロータ3720のELRベースの巻線3730を含むギャップ3712内に磁場を発生する。巻線3730は、ELR材料のベース層と、ベース層上に形成された変更する層と、を有する膜のような変更された、開口された、および/または、新しいELR材料で形成されている。他の様々な適切なELR材料が本明細書に詳細に記載されている。
【０８３７】
電池3726や他の電力源は、電圧（ACまたはDC）をリード線3728を介して、ELRベースの巻線3730に印加すると、ELRベースの巻線3730内に電流が流れる。ELRベースの巻線3730は、室温や周囲温度（例えば、〜21℃）などの従来のHTS材料で使用されている温度よりも高い温度において巻線3730内の電流の流れに対してほとんどあるいはまったく抵抗を示さない。ELRベースの巻線3730内の電流の流れは、ステータ3710の磁場内で磁場を生成し、ロータ3720上のトルクを発生し、ロータ3720はギャップ3712内で回転する（すなわち、巻線3730は、ページ内と外に回転する）か、または、そうでない場合、軸3724やロータ3720の他の支持構造の周り、および/または、支持構造を含まないロータではそれ自身の周りなど、ステータ3710に対して回転する。
【０８３８】
いくつかの例では、巻線3730、又は他のコンポーネントを形成するELR材料は、従来のHTS材料の転移温度（例えば、〜80〜135K）と室温（例えば、〜294K）の間の温度で、または巻線3730を取り囲む温度で、または関連する回転機より低い他の温度で、電流の流れに対して非常に低い抵抗を示すことができる。例えば、ELR材料は、150Kと313Kの間の温度でまたはそれ以上の温度で、電流の流れに対して非常に低い抵抗を示すことができる。
【０８３９】
図37B-Jは、冷却システムを有する回転機3750を示す概略図である。図37A-Jに示す回転機3700と同様に、回転機3750は、ステータ3710とELRベースの巻線3730を有するロータ3720を含み、様々な高温（例えば150K以上）で、電流の流れに対して非常に低い抵抗を示す。回転機械3750は、巻線3730を回転機械3750の巻線3730で利用される変更されたELR膜の種類の臨界温度まで冷却するために使用される冷凍機やクライオスタットなどの冷却システム3760を含む。例えば、冷却システム3760は、液体フレオンの温度と同じ温度まで、氷の温度と同じ温度まで、または本明細書に記載他の温度と同じ温度まで、巻線3730を冷却することができるシステムであってもよい。すなわち、冷却システムは、ロータ3720の巻線3730中で利用されるELR材料の種類及び構造に基づいて選択することができ、巻線3730の周囲温度よりも低い温度に巻線3730を冷却することができる。
【０８４０】
いくつかの例では、冷却システム3760は、監視コンポーネント（図示せず）を含むかまたは監視コンポーネントと通信することができる。監視コンポーネントは、ELR巻線、ロータ、ステータ、および/または回転機の温度、ELRコンポーネントの抵抗、および他のパラメータを監視することができる。監視中に、監視されたパラメータが特定のしきい値を満たすと、監視コンポーネントは、冷却システムを適用される温度又はクーラントに増加および/または減少させる。例えば、監視された温度がELR材料の臨界温度以上に上昇する（又は近づく）場合、監視コンポーネントは、冷却システムがELR材料の温度を下げるようにさせる。もちろん、当業者は、冷却システムの監視および/または動作調節に他の技術を用いることができることを理解するであろう。
【０８４１】
一般的な方法で、図37A-Jと37B-Jで示したが、回転機3700、3750は、DCモータ、ACモータ、発電機、オルタネータ、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する変換器、インバータ、または電気エネルギーを機械的エネルギーに変換、および／または、電気エネルギーの形態を別の電気エネルギーの形態（例えば、DCにAC）に変換する他のマシンとデバイスでありえる。さらに、ELR材料を使用することから利益を得ることができる様々な回転機械に関するさらなる詳細は、本明細書で記載される。
【０８４２】
図37A-Jと図37B-Jに示すようなスタンドアローン巻線3720に加えて、回転機3700のロータ3720は、回転機械の種類、回転機械の使用または用途、回転機の大きさ、回転機械の動作要件、ELR材料の種類を含む多くの要因に基づいて、様々な方法で構成することができる。図38A-J〜図38G-Jは、変更された、開口された、および/または他の新しいELR材料を利用する回転機械内で使用するための様々なロータの模式図であるが、当業者は、具体的に説明されていない他のロータもまた本明細書で説明するELR材料を利用し得ることを認識するであろう。
【０８４３】
図38A-Jは、ELR膜3802から形成された巻線と変更されたELR膜3802を支持する支持構造3804を有するロータ3800を示す概略図である。ELR膜3802は、ELR膜3802をテープ、箔又は他の類似のコンポーネントに形成することによって支持構造体3804上に形成されてもよい。支持構造体3804は、ELR膜を支持し、ELR膜3802を通って流れる電流によって生成される磁場強度を強めることができる鉄又は他の適切な材料（例えば、他の磁性材料、セラミックス、アモルファス金属など）から形成されてもよい。
【０８４４】
ELR材料のテープおよび/または箔を生成、製造するための様々な技術がある。いくつかの例では、この技術は、バッファの金属酸化物で被覆された可撓性金属テープ上にYBCOまたは他のELR材料を堆積させ、被覆された導体を形成する工程を含む。処理中に、テクスチャは、圧延アシスト、二軸テクスチャ基板（RABiTS）プロセスなどを用いて金属テープ中に導入することができる。あるいは、その代わりに、テクスチャされたセラミック緩衝層が、テクスチャされていない合金基板上にイオンビームアシスト蒸着（IBAD）プロセスを使用して、堆積されてもよい。酸化物層の追加は、テープからELR材料中への金属の拡散を防止する。ELRテープを製造するために、化学蒸着CVD法、物理蒸着（PVD）法、分子線エピタキシー（MBE）、アトミックレイヤーバイレイヤー分子線エピタキシー（ALL-MBE）、および他の溶液堆積技術などの他の技法を利用してもよい。
【０８４５】
図38B-Jは、ELRベースのワイヤ3812として形成された巻線、および支持層3814を有するロータ3810を示す概略図である。図では、ワイヤ3812は支持層3814内に形成されているが、いくつかのケースでは、ワイヤは、スタンドアロンでもよいし、スタンド支持層3814の周りに形成されてもよい。
【０８４６】
ELR配線を形成する際、複数のELRテープ又は箔は、大容量線を形成するために一緒に挟持されてもよい。例えば、巻線は、支持構造と、支持構造によって支持された1つまたはそれ以上のELRテープ又は箔を含むことができる。
【０８４７】
ELRワイヤに加えて本明細書に記載の巻線は、ELRナノワイヤから形成することができる。従来の用語では、ナノワイヤは、ナノメートルのオーダーまたはそれ以下の幅または直径と、規定されていない長さを有するナノ構造体である。いくつかのケースでは、ELR材料は、50ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、40ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、30ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、20ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、10ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、5ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、5ナノメートル未満の幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。
【０８４８】
図38C-Jは、変更されたELRテープまたはワイヤなどのELR材料から形成された巻線3822と、鉄芯などのコアまたはシャフト3824を有するロータ3820を示す概略図である。いくつかの場合において、巻線3822の巻き数は、ロータ3820への所望のトルクまたは他の要因に基づいて選択される。いくつかの場合において、巻線3822および/または3824コアに用いられる材料の種類は、ロータ3820への所望のトルク、または他の要因に基づいて選択される。
【０８４９】
図38D-Jは、ELRなどの変更されたELRテープまたはワイヤなどの材料、ならびに鉄芯として円形コア3834、3832で形成された巻線を有するロータ3830を示す概略図である。いくつかの場合において、巻線3822の巻き数は、ロータ3830上に所望のトルク、または他の要因に基づいて選択される。いくつかの場合において、巻線3832および/または3834コアに用いられる材料のタイプは、ロータ3830上に所望のトルク、または他の要因に基づいて選択される。
【０８５０】
図38E-Jは、変更されたELRテープ又はナノワイヤなどのELR材料から形成されたロッド3842と支持構造3844とを有するロータ3840を示す概略図である。ロータ3840は、公知のかご形ロータまたは他の類似のロータと同様とすることができる。
【０８５１】
図38F-Jは、ELR材料で形成されたリング3852と1つまたはそれ以上の支持環385を有するロータ3850を示す概略図である。いくつかのケースでは、ELRリング3852は、ロータ3850の回転軸の周りの一つの連続するリングであってもよい。いくつかのケースでは、ELRリング3852は、ロータ3850の回転軸の周りに2つ又はそれ以上の別個のリングであってもよい。
【０８５２】
図38G-Jは、変更されたELRテープ又はナノワイヤなどのELR材料から形成された複数のストリップまたはロッド3862と支持構造体3864を有するロータ3860を示す概略図である。いくつかの場合では、ELRストリップ又はロッド3862は、ロータ3860の長さに延びる支持構造体3864上に形成される。いくつかの場合では、支持構造体3864は、ストリップまたはロッド3862の端部を支持し、ロータ3860は、かご形ロータと構造が類似している。
【０８５３】
上述したように、当業者は本明細書に記載ELR材料で使用することを意図されたロータが図38A-J〜図38G-Jに示されるもの以外の形態をとることができることを理解するであろう。すなわち、ELR材料は、所望の形態を達成するために種々の方法で製造することができる。ELR材料は、ワイヤ、テープ、ロッド、ストリップ、ナノワイヤ、膜、ホイル、他の形状または構造、および/または磁場を生成するために、電流を１つの点から別の点に移動または運ぶことができる他の形状に形成されてもよい。巻線、ロータ、ステータ、および/または他のコンポーネントに対していくつかの適切な幾何学的形状は本明細書に示され記載されているが、多数の他の形状も可能である。他の形状は、材料の厚さ、異なる層の使用、他の3次元構造の違いに加えて、長さおよび/または幅に対して異なるパターン、異なる構成または異なるレイアウトを含む。
【０８５４】
いくつかの例において、巻線および/または他のコンポーネントまたはデバイスで使用されるELR材料の種類は、ELR材料を利用するアプリケーションの種類によって決定することができる。たとえば、いくつかのアプリケーションでは、BSCCO ELR層を有するELR材料を利用することができるが、他のアプリケーションではYBCO ELR層を使用するかもしれない。すなわち、本明細書に記載のELR材料は、ELR材料を使用する機械またはコンポーネントの種類に基づいて、特定の材料（例えば、YBCOまたはBSCCO）から形成され、特定の構造（例えば、テープまたはワイヤ）に形成することができる。
【０８５５】
ロータに加えて、回転機の他のコンポーネントは、本明細書に記載のELR材料を利用することができる。例えば、導電性巻線を有する固定子、コンポーネント間のリード（例えば、電池リードなど）、他のコンポーネントは、ELR材料を用いることができる。本明細書に記載のELR材料を利用することができる様々な回転機器およびコンポーネントについて、以下に説明する。
【０８５６】
図37A-Jおよび図37B-Jは、磁場を発生するために非常に低い抵抗で電流を流すことができる変更されたELR膜巻線を有するロータを備えた回転機械を示している。しかしながら、いくつかの例では、回転機は、ロータを収容するギャップ中に磁場を生成するために電流を流す変更されたELR膜巻線を有する固定子を含むことができる。図39-Jは、ELR巻線を有する固定子を備えた回転機械3900の概略図である。回転機3900は、支持構造体3912と、変更されたELRワイヤまたはテープのような、変更された、開口された、および/または他の新しいELRの材料から形成された巻線3914と、を有するステータを備える。ロータ3920は、ステータ3910のギャップ3915内に位置している。ロータ3920は、支持構造3924によって保持されたロッド3922のような1つまたはそれ以上のELRコンポーネントを含む。
【０８５７】
本明細書で説明するように、ELR巻線3914および/またはELRロッド3922は、種々の異なる材料を用いて様々な方法で形成することができる。例えば、巻線は変更されたELRテープまたはワイヤで形成することができる。
【０８５８】
したがって、本明細書に記載のELR材料は、回転機械の種々の異なるコンポーネントとして、または回転機械の種々の異なるコンポーネントの中で使用することができる。例えば、ロータの巻線としてまたはロータの巻線の中で、固定子としてまたは固定子の中で、ロッドまたはロータとして、または、ロッドまたはロータの中で、テープとしてまたはテープの中で、リングとしてまたはリングの中で、コンポーネントの間でリードまたは他の接続エレメントとして使用することができる。モータ、発電機、オルタネータ、エネルギー変換器（ACからDC、DCからDC、DCからAC）フライホイールを含む種々の回転機は、このような膜を利用することができる。いくつかの例について以下説明する。
【０８５９】
図40-Jは、ELR材料を用いるブラシ付きDCモータ4000の概略図である。ブラシ付きDCモータ4000は、永久磁石で形成された固定子4010、コア4022（例えば、鉄、セラミック、アモルファス金属、空気）で形成された回転子4020、ELRベース巻線4024、ステータ4010内の回転子4020の回転を容易にしする車軸4021または他の支持体サポート、電流源4030から巻線4024に電流を供給するブラシ4026、ローター4020の巻線4024を整流する整流子4028が含まれる。
【０８６０】
様々なタイプのブラシ付きDCモータまたはステッピングモータは、種々のコンポーネントとして変更されたELR膜を利用するまたは種々のコンポーネント内で変更されたELR膜を利用することができる。ブラシ付きDCモータは、永久磁石のブラシ付きDC（PMDC）モータ、シャント巻ブラシ付きDC（SHWDC）モータ、直巻ブラシ付きDC（SWDC）モータ、複巻（CWDC）モータを含む。
【０８６１】
図41-Jは、ELR材料を用いるブラシレスDCモータ4100の概略図である。ブラシレスDCモータ4100は、支持構造4114から形成されたステータ4110、変更されたELR膜巻線4112、ホール効果センサ4116、ホール効果整流子4118、およびステータ4110内で回転する永久磁石で形成されたロータ4120を含む。様々な種類のブラシレスDCモータまたは電子整流モータは、種々のコンポーネントとしてまたは種々のコンポーネント内でELR材料を利用することができる。
【０８６２】
図42-Jは、ACモータ4200用いるELR材料の概略図である。ACインダクションモータ4200は、ステータ4210の磁極4212の周りに巻かれたELR巻線4214を有する固定子4210と、導電体エレメントを4222（ELR材料であってもよい）とステータ4210内で回転するシャフト4224または他の支持構造体4214とを有するロータ4220とを含む。
【０８６３】
ACモータの様々な種類は、様々なコンポーネントとしてまたはコンポーネント内でELR材料を利用することができる。ACモータは、単相誘導電動機（例えば、分割相誘導モータ、コンデンサスタート誘導モータ、永久スプリットコンデンサ誘導電動機、コンデンサスタートコンデンサラン誘導電動機、陰影極AC誘導モータなど）と三相誘導電動機（リスケージモータ、巻線形電動機など）を含む。
【０８６４】
もちろん、当業者は、他の回転機械が本明細書に記載のELRの材料を用いることが分かるであろう。他の回転機械は、ユニバーサルモータ、印刷されたアーマチュアまたはパンケーキモータ、サーボモータ、静電モータ、トルクモータ、ステッピングモータ、ハブモータ、ファンモータ、発電機、交流発電機、空気芯モータ、フライホイール、磁気クラッチ、動力機械、および/または他の回転機械を含む。
【０８６５】
本明細書に記載された様々な回転機械は、変更された、開口された、および/または他の新しいELR材料を利用することによって、改善された又は強化された動作特性を示すことができる。例えば、回転機械は、巻線、リード線、容量エレメントなどの種々の導電エレメントの抵抗からより少ない抵抗損失を示すことができる。このことは、改良された動作特性を有する回転機械を用いる装置が、次に同様の改善と利益をもたらすことになる。変更されたELRの材料を利用する回転機の例は、ファン、タービン、ドリル、ポンプ、電気駆動電車、電気自動車の車輪、鉄道機関車の牽引、電気クラッチ、ベルトコンベア、ロボット、自動車、家電製品、エンジン、製造装置、ハードディスクドライブなどの情報記憶システム、運動器具、補綴装置、外骨格、玩具、ローラスケート/ブレード、芝生と庭園の機器、靴、家具などである。
【０８６６】
いくつかの実施例では、変更されたELR材料を含む回転機械は、以下のように記述することができる。
【０８６７】
回転機械であって、ステータアセンブリと、前記ステータアセンブリ内で回転するように配置されたロータアセンブリとを有し、前記ロータアセンブリは、支持構造体と、変更されたELR材料で形成された巻線とを含むことを特徴とする回転機械。
【０８６８】
回転機械中で使用するロータであって、支持構造体と、前記支持構造体に結合する変更されたELR材料から形成される巻線と、を含むことを特徴とするロータ。
【０８６９】
回転機械であって、ステータと、ロータとを含み、前記ロータは、標準圧力で150ケルビンを超える温度で電流に対して非常に低い抵抗を示す材料で形成されていることを特徴とする回転機械。
【０８７０】
回転機に使用するためのロータアセンブリであって、磁性材料から形成されたコア構造体と、電流を運ぶように構成されている変更されたELR膜と、を含み、前記変更されたELR膜は、ELR材料からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、からなることを特徴とするロータアセンブリ。
【０８７１】
回転機械で使用するためのステータアセンブリであって、支持構造体と、電流を運ぶように構成されている変更されたELR膜と、を含み、前記変更されたELR膜は、ELR材料からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からな成る第2層とからなることを特徴とするステータアセンブリ。
【０８７２】
回転機械内に磁場を生成するために電流を運ぶように構成された巻線であって、ELR材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層とを含むことを特徴とする巻線。
【０８７３】
回転機械あって、支持構造体を含むステータアセンブリと、変更されたELR材料から形成された巻線と、前記ステータアセンブリ内で回転するように配置されたロータとを含むことを特徴とする回転機械。
【０８７４】
回転機械で使用するためのステータであって、支持構造体と、前記巻線支持構造体に結合する変更されたELR材料から形成されている巻線と、を含むことを特徴とするステータ。、
【０８７５】
回転機械であって、ロータと、ステータとを含み、前記ステータは、標準圧力で150ケルビンを超える温度で電流に対して非常に低い抵抗を示す材料で形成されていることを特徴とする回転機械。
【０８７６】
回転機械であって、ステータアセンブリと、前記ステータアセンブリ内で回転するように配置されたロータアセンブリとを有し、前記ロータアセンブリは、支持構造体と、変更されたELR材料から形成された巻線と、135Kと273Kの間の温度で前記変更されたELR材料から形成された巻線を維持する冷却システムと、を有することを特徴とする回転機械。
【０８７７】
回転機械であって、支持構造体及び変更されたELR材料から形成された巻線を含むステータアセンブリと、前記ステータアセンブリ内で回転するように配置されたロータアセンブリと、前記変更されたELR材料の膜から形成された前記巻線を、前記巻線を取り囲む温度よりも低い温度で維持する冷却システムと、を有することを特徴とする回転機械。
【０８７８】
回転機械であって、ステータと、150Kと313Kの間の温度で電流に対して非常に低い抵抗を示す材料で形成されたロータと、材料の臨界温度またはそれより低い温度で電流に対して非常に低い抵抗を示す前記材料を維持する冷却コンポーネントと、を有することを特徴とする回転機械。
【０８７９】
DCモータであって、ロータアセンブリを収容するように構成された間隙を含むステータアセンブリと、前記ステータアセンブリの前記間隙内で回転するように構成されたロータアセンブリと、磁性材料で形成されたコア構造とを含み、電流を運ぶるように構成されている変更されたELR材料の巻線と、を有し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合された変更する材料からなる第2層と、から形成されていることを特徴とするDCモータ。
【０８８０】
AC誘導モータであって、磁性材料で形成され、ステータアセンブリの間隙内で回転するように構成されたロータアセンブリと、支持構造体を有し、前記ロータアセンブリを収容する隙間を提供するように構成されたステータアセンブリと、電流を運ぶように構成されている変更されたELR材料と、を有し前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合された変更する材料からなる第2層と、から形成されていることを特徴とするAC誘導モータ。
【０８８１】
ブラシ付きDCモータであって、永久磁石で形成されたステータと、鉄芯で形成されたロータと、周囲温度以下でほぼゼロ抵抗で電流を運ぶ変更されたELR巻線と、を有することを特徴とするブラシ付きDCモータ。
【０８８２】
DCモータであって、ロータアセンブリを収容するように構成された間隙を含むステータアセンブリと、前記ステータアセンブリの前記間隙内で回転するように構成されたロータアセンブリと、を有し、前記ロータアセンブリは、電流を運ぶように構成された変更されたELR材料の巻線を有し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合された変更する材料からなる第2層と、から形成されていることを特徴とするDCモータ。
【０８８３】
AC誘導モータであって、磁性材料で形成され、ステータアセンブリの間隙内で回転するように構成されたロータアセンブリと、支持構造体を有し、前記ロータアセンブリを収容する隙間を提供するように構成されたステータアセンブリと、電流を運ぶように構成されている変更されたELR材料と、を有し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合された変更する材料からなる第2層と、から形成されていることを特徴とするAC誘導モータ。
【０８８４】
ブラシ付きDCモータであって、永久磁石で形成された固定子と、非磁性体コアで形成されたロータと、変更されたELR巻線と、を含み、前記変更されたELR巻線は、周囲温度以下でほぼゼロの抵抗で電流を流すことを特徴とするブラシ付きDCモータ。
【０８８５】
DCモータを含む車両であって、前記DCモータは、ロータアセンブリを収容するように構成された間隙を含むステータアセンブリと、前記ステータアセンブリの前記空隙内で回転するように構成された前記ロータアセンブリと、を有し、前記ロータアセンブリは、磁性材料で形成されたコア構造と、電流を運ぶるように構成されている変更されたELR材料の巻線と、を有し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第1層と、前記第１層のELR材料に結合された変更する材料からなる第2層と、で形成されていることを特徴とする車両。
【０８８６】
インダクタモータを備える電気自動車であって、前記インダクタモータは、磁性材料から形成され、ステータアセンブリの間隙内で回転するように構成されたロータアセンブリと、前記ロータアセンブリを収容する隙間内で回転するように構成されたステータアセンブと、を有し、前記ステータアセンブリは、支持構造体と、電流を運ぶように構成された変更されたELR材料とを含み、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第1層と、前記第１層のELR材料に結合された変更する材料からなる第2層と、で形成されていることを特徴とする電気自動車。
【０８８７】
自動車であって、支持構造体と、各回転機械が少なくとも一つの変更されたELRコンポーネントを含む複数の回転機械と、前記複数の回転機械に結合され、かつ前記少なくとも1つの変更されたELRコンポーネントを取り囲む周囲温度よりも低い温度に前記少なくとも1つの変更されたELRコンポーネントの温度を維持するように構成ている冷却システムと、前記冷却システムに結合され、かつ、前記少なくとも1つの変更されたELRコンポーネントの状態を監視するように構成されている監視コンポーネントと、を有することを特徴とする自動車。
【０８８８】
DCモータを含む電気器具であって、前記DCモータは、ロータアセンブリを収容するように構成された間隙を含むステータアセンブリと、前記ステータアセンブリの前記間隙内で回転するように構成されたロータアセンブリと、を含み、前記ロータアセンブリは、磁性材料で形成されたコア構造と、電流を運ぶように構成されている変更されたELR材料の巻線と、を有し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第1層と、前記第１層のELR材料に結合された変更する材料からなる第2層と、で形成されていることを特徴とする電気器具。
【０８８９】
誘導モータを含む電気機器であって、前記誘導モータは、磁性材料から形成され、かつ、ステータアセンブリの間隙内で回転するように構成されたロータアセンブリと、前記ロータアセンブリを収容する間隙を提供するように構成されたステータアセンブリと、を有し、前記ステータアセンブリは、支持構造体と、電流を運ぶように構成された変更されたELR材料と、を含み、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第1層と、前記第１層のELR材料に結合された変更する材料からなる第2層と、で形成されていることを特徴とする電気器具。
【０８９０】
ELRベースのサブアセンブリを含むシステムであって、前記ELRベースのサブアセンブリは、少なくとも一部が変更されたELR材料から形成されたコンポーネントと、前記変更されたELRで材料をELR状態に維持するために使用される冷却剤を収容するか、または排出するように構成された冷却剤インタフェースと、を有することを特徴とするシステム。
【０８９１】
回転機械であって、前記回転機械は、電気的サブアセンブルを含み、前記電気的サブアセンブルは、変更されたまたは開口されたELR材料を含み、電気エネルギーを受け取るように構成され、前記回転機械は、回転サブアセンブリを有し、前記回転サブアセンブリは、前記受けとった前記電気エネルギーに基づいて回転エネルギーを提供するように構成されていることを特徴とする回転機械。
【０８９２】
第10章 ELR材料で形成されたベアリング
本章の説明は、図1-36と図37A-K〜図41-Kを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【０８９３】
変更された、開口された、および/または、他の新しい非常に低い抵抗（ELR）の材料で形成されたコンポーネントを含む回転機械で使用するための軸受などのベアリングアセンブリが記載される。いくつかの例では、軸受アセンブリは、ELR材料又はELR材料から形成された他のコンポーネントから形成された巻線および/またはコイルを有するベアリングを含む。例えば、軸受の巻線は、YBCO層及び変更する層を有する変更されたELR膜から構成されている。ELR材料は、高温超伝導（HTS）に関連付けられる通常の温度よりも高い温度で電流に対する非常に低い抵抗を提供し、これらのより高い温度で軸受アセンブリの動作特性を向上させる。
【０８９４】
本明細書に記載のように、浮上回転軸受を利用する軸受アセンブリ等の軸受アセンブリは、変更されたELRエレメント等の各種ELRエレメントを用いることができる。図37A-Kは、ELR材料を用いる軸受アセンブリを含む適切な保護回路3700のブロック図である。ベアリングアセンブリ3710のELRコイルや巻線内の電流を制御する、変更する、および/または、維持するエレメントを含む。保護回路3700は、スイッチ3730、電源3735、コントローラ3750、およびオプションの冷却システム3720を含む。電源3735は、軸受アセンブリ3710のELRコイル又は巻線内に電流を引き起こすように、スイッチ3730を介して軸受アセンブリ3710に電力を供給する。コントローラ3750は、ベアリングアセンブリ3710の電源3735のアプリケーションを制御する。
【０８９５】
いくつかの例では、軸受アセンブリ3710内のELRコイル又は巻線、または他のELRのコンポーネントは、従来のHTS材料の転移温度（例えば、〜80〜135K）と室温又は周囲温度（例えば、〜294K）の間の温度、またはコイルや巻線の周囲温度より低い他の温度で、電流の流れに対して非常に低い抵抗を提供することができる。したがって、回路は、軸受アセンブリ3710の様々なコンポーネントを軸受アセンブリ3710によって利用される、変更されたELR材料の種類の臨界温度まで冷却するために使用される冷凍機又はクライオスタットのような冷却システム3720を含むことができる。例えば、冷却システム3720は、軸受アセンブリ3710を液体フロンの沸点の温度と同じ温度まで、水の融点の温度と同じ温度まで、または本明細書に記載の他の温度と同じ温度まで冷却することが可能なシステムであってもよい。すなわち、冷却システム3720は、軸受アセンブリ3710中で利用される、変更されたELR材料の種類及び/又は構造、軸受アセンブリが置かれている環境によってなどに基づいて選択することができる。
【０８９６】
様々なシステム、デバイス、およびその他の装置は、軸受アセンブリ3700または他の軸受アセンブリおよび/または本明細書に記載のコンポーネントを使用してもよい。図37B-Kは、軸受アセンブリ3700のような軸受アセンブリ使用するシステム3760のブロック図である。システム3760は、ELRコンポーネントを有する電磁固定子とロータ回転子を含む軸受アセンブリ等の軸受アセンブリ3765を含むことができる。システム3760はまた、軸受アセンブリの動作を制御するために比例積分微分（PID）コントローラなどの信号調節コンポーネント3770から受信された信号を増幅する種々のELRベースのコンポーネントを含む電力増幅器3770を含むことができる。さらに、システム3760は、軸受アセンブリ3765に対する制御フィードバックループを提供するために、基準信号を3780とセンサ信号3785を受信することができる様々な他の回路エレメント3775を含むことができる。
【０８９７】
システム3760は、モータや他の回転機械、おもちゃ、ジャイロスコープ、エネルギー貯蔵装置、エネルギー変換装置、情報記憶装置、家電製品、自動車、回転軸受を利用することができるデバイスや装置などの様々なデバイスとして作用することができる、または、そのデバイスの一部に組み込むことができる。
【０８９８】
以下に浮上軸受アセンブリの様々な種類と構成について説明する。図38-Kは、回転機械で使用するための軸受アセンブリなどの浮上軸受アセンブリ3800の概略図である。ベアリングアセンブリ3800は、ELRベアリング3810、磁気回転子3820、ステータ3830を含む。動作中、軸受3810は、軸受3810とステータ3830との間の空間又は間隙3840内でロータを浮揚させる磁場を提供するおよび/または発生する。
【０８９９】
ELR軸受3810は、本明細書に記載の150Kと313Kの間の温度で、またはそれ以上の温度で、電流に対して非常に低い抵抗を示す、変更された、および/または開口されたELR材料のようなELR材料で一部または全部形成することができる。いくつかの例では、軸受3810は、軸受3810の上で浮上ロータ3820を維持するのを助けるために、中心に向かってわずかな曲率を有するディスクのようなELR材料の円盤（図示のように）で形成することができる。いくつかの例では、軸受3810は、非常に低い抵抗で電流を運び、磁場を生成することができるELRエレメントコイル又は巻線、または他の構成であってもよい。
【０９００】
ロータ3820は、ベアリング3810とステータ3830の間で浮上して回転可能な永久磁石がある。例えば、ロータ3820は、ディスク、ドーナツ、または他の円形形状の物体であってもよい。ロータ3820は、複数の永久磁石で形成してもよいし、または、電磁石で形成してもよい。ロータ3820の磁石は、軸受アセンブリ3800を利用するマシンのニーズを満たすために様々な磁極構成で磁化されてもよい。いくつかの例では、磁化は、等方性、異方性であってもよいし、複数の磁極のパターンを有していてもよい。例えば、ロータ3820は、ステータ3830に結合された第１の磁気エレメントと、軸受3810に結合された第２磁気エレメントと、第１の磁気エレメントを第２の磁気エレメントから磁気的に分離する緩衝磁石とを含むかもしれない。
【０９０１】
ステータ3830は、ロータ3820を駆動する磁場を生成するために、電源に接続された電機子巻線を含むことができる。ステータは、ホール効果検知コンポーネント、電気光学スイッチコンポーネント、無線周波数検出構成エレメントなどの位置決めおよび/または検出コンポーネントを含むことができる。ステータ3830は、ロータ3820の動作に関する情報を決定するためにこれらのコンポーネントを利用し、それにより、電機子巻線に発生した磁場を調節させる。
【０９０２】
本明細書で説明したように、軸受アセンブリ3800は、他のベアリング構成を利用することもできる。図39A-Kは、基板3910と、変更された、および/または、開口されたELR材料などのELR材料から形成されたコイルまたは巻線3920を含む軸受3900の概略図である。軸受3900は、ロータ3820などの磁気回転子を浮上させることができる磁場を作り出すコイル3820を通じて非常に低抵抗の電流を流す。
【０９０３】
図39B-Kは、磁場を生成するために電流を流すことができる、変更されたELRループ3950（またはループ）を形成するために一緒に配置される２つまたはそれ以上の基板3940を備える軸受3930の概略図である。例えば、ELR材料3952のストリップを含む4個の三角形の基板3942のそれぞれは、ELR材料3952のストリップが非常に低い抵抗で電流を循環させて、ロータ3820などののような磁気回転子を浮上することができる磁場を生成するループ3950を形成するように、互いに隣接して配置される。
【０９０４】
図38-Kに示す円盤状軸受アセンブリに加えて、他の軸受アセンブリは、本明細書に記載ELR材料を利用することができる。図40A-K〜図40C-Kは、様々な軸受アセンブリ構成の概略図である。
【０９０５】
図40A-Kで、ベアリングアセンブリ4000は、ベアリング4010のギャップ内に間隔を空けて配置されるコイル4025を有する回転シャフト4020を含む。いくつかのケースでは、本明細書に記載されるように、回転可能なシャフト4020のコイル4025は、ELR材料から形成されている。いくつかのケースでは、本明細書に記載されるように、軸受4010は、ELR材料で形成されるか、または、ELR材料から形成されたコイルまたはループを含む。シャフト4020のコイル4025の励起は、磁場を生成し、磁場は、シャフトをベアリング4010に対して浮上させる。いくつかのケースでは、軸受4010は、軸受4010に対するシャフト4020の位置決めを補助するために、様々な形状に形成されている。ステータおよび/または電機子（図示せず）による第2の磁場の印加は、シャフトを浮上させるが、シャフトを回転させる。
【０９０６】
図40B-Kで、ベアリングアセンブリ4030は、ベアリング4040の一部を囲むコイル4055を有する回転シャフト4050を含み、したがって、回転可能なシャフト4050はドーナツ形状であり得る。いくつかのケースでは、回転可能なシャフト4050のコイル4055は、本明細書に記載のように、ELR材料から形成されている。いくつかのケースでは、本明細書に記載のように、軸受4040はELR材料から形成されるか、または、ELR材料から形成されたコイルまたはループを含む。シャフト4050のコイル4055の励起は、磁場を生成し、磁場は、シャフトをベアリング4040に対して浮上させる。いくつかのケースでは、軸受4040は、軸受4040に対するシャフト4050の位置決めを補助するために、様々な形状に形成されている。例えば、軸受4040は、軸受4040で軸4050を中心にするのを助けることができるペデスタル4045を含む。ステータおよび/または電機子（図示せず）による第2磁場を印加は、シャフトを浮上させるが、シャフトを回転させる。
【０９０７】
図40C-Kにおいて、軸受アセンブリ4060は、回転可能なシャフト4080とELR材料から形成されたコイル4075を含む軸受4070を含む。ベアリング4070のコイル4075の励起は磁場を生成し、磁場は、シャフト4080をベアリング4070に対して浮上させる。場合によっては、軸受4070は、固定子として機能し、シャフト4080を回転させるが、軸受4070から離れた空間にシャフト4080を浮上させる、又は、配置する場を提供するためにコイル4075を利用することができる。いくつかのケースでは、ステータおよび/または電機子（図示せず）による第2磁場の印加は、シャフトを浮上するが、シャフトを回転させる。いくつかのケースでは、軸受4070は、軸受4070に対するシャフト4080の位置決めを補助するために、様々な形状に形成されている。
【０９０８】
もちろん、当業者は、他の構成が可能であることを理解するであろう。例えば、図40A-K〜図40C-Kに記載のシャフトは、軸受として動作し、軸受はシャフトとして動作する。また、ベアリングおよび/またはシャフトは、ベアリングに対してシャフトを浮上させるために利用されるELRエレメント、ベアリングに対してシャフトを回転させるために利用されるELRエレメント、シャフトの位置決めおよび/または回転を制御するために利用されるELRエレメントなど複数のELRエレメントを含んでもよい。
【０９０９】
例として、図41-Kは、5点シャフトベアリングアセンブリ4100を示す。ベアリングアセンブリ4100は、複数のラジアル軸受4110と回転軸4120を含む。いくつかのケースでは、ラジアルベアリング4110は、少なくともELRコンポーネントの一部として形成されている。いくつかのケースでは、シャフトはELRコンポーネント、磁性材料、又は他の材料から形成されている。いくつかのケースでは、シャフトの動きを監視し、制御機構にフィードバックを提供するセンサは、ELRコンポーネントから形成されている。ベアリングアセンブリは、シャフトの回転の制御、シャフトの平行移動の制御、三次元空間におけるシャフトの動きの制御および/またはシャフトの位置決め制御のような5軸制御を提供する。
【０９１０】
本明細書で説明するように、種々の軸受アセンブリのベアリング、ロータおよび/または固定子は、変更された、開口された、および/または他の新しいELR材料などのELR材料を用いるコイル、巻線、および/またはディスクを含むことができる。これらのコイル、巻線、および/または、ディスクは、ELR材料で形成されたテープ、膜、箔、および/または配線を使用することができる。
【０９１１】
ELRワイヤを形成する際に、複数のELRテープ又は箔は、大容量線を形成するために一緒に挟持されてもよい。例えば、コイルは、支持構造体と、支持構造によって支持された1つまたはそれ以上のELRテープ又は箔を含むことができる。
【０９１２】
ELRワイヤに加えて、ベアリング、ロータ及び/又はステータはELRナノワイヤから形成することができる。従来の用語では、ナノワイヤは、ナノメートルのオーダーまたはそれ以下の幅または直径と、規定されていない長さを有するナノ構造体である。いくつかのケースでは、ELR材料は、50ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、40ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、30ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、20ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、10ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、5ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、5ナノメートル未満の幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。
【０９１３】
ナノワイヤに加えて、ELRテープ又は箔は、本明細書に記載の軸受、ステータ、ロータとして利用することができる。ELR材料のテープおよび/または箔を生成し、製造するための様々な技術が存在する。いくつかの例では、この技術は、バッファの金属酸化物で被覆された可撓性金属テープ上にYBCOまたは他のELR材料を堆積させ、被覆された導体を形成する工程を含む。処理中に、テクスチャは、圧延アシスト、二軸テクスチャ基板（RABiTS）プロセスなどを用いて金属テープ中に導入することができる。あるいは、その代わりに、テクスチャされたセラミック緩衝層が、テクスチャされていない合金基板上にイオンビームアシスト蒸着（IBAD）プロセスを使用して、堆積されてもよい。酸化物層の追加は、テープからELR材料中への金属の拡散を防止する。ELRテープを製造するために、化学蒸着CVD法、物理蒸着（PVD）法、分子線エピタキシー（MBE）、アトミックレイヤーバイレイヤー分子線エピタキシー（ALL-MBE）、および他の溶液堆積技術などの他の技法を利用してもよい。
【０９１４】
いくつかの例において、巻線および/または他のコンポーネントまたはデバイスで使用されるELR材料の種類は、ELR材料を利用するアプリケーションの種類によって決定することができる。たとえば、いくつかのアプリケーションでは、BSCCO ELR層を有するELR材料を利用することができるが、他のアプリケーションではYBCO ELR層を使用するかもしれない。すなわち、本明細書に記載のELR材料は、ELR材料を使用する機械またはコンポーネントの種類に基づいて、特定の材料（例えば、YBCOまたはBSCCO）から形成され、特定の構造（例えば、テープまたはワイヤ）に形成されることができる。
【０９１５】
本明細書に記載のELR材料は、回転機によって利用される軸受アセンブリの様々な異なるコンポーネントとして、または該コンポーネント内で利用することができる。軸受アセンブリは、回転子の巻線としてまたは巻線内で、軸受の巻線としてまたは巻線内で、ステータの巻線としてまたは巻線内で、ロッドまたはロータとしてまたはロッドまたはロータ内で、リングとしてまたはリングの一部として、コンポーネント間のリード又は他の結合エレメントとし、またはリード又は他の結合エレメントの一部を含む。
【０９１６】
様々なタイプのブラシ付きDCモータまたはステッピングモータは、種々のコンポーネントとして変更されたELR膜を利用するまたは種々のコンポーネント内で変更されたELR膜を利用することができる。ブラシ付きDCモータは、永久磁石のブラシ付きDC（PMDC）モータ、シャント巻ブラシ付きDC（SHWDC）モータ、直巻ブラシ付きDC（SWDC）モータ、複巻（CWDC）モータを含む。
【０９１７】
ACモータの様々な種類は、単相誘導電動機（例えば、分割相誘導モータ、コンデンサスタート誘導モータ、永久スプリットコンデンサ誘導電動機、コンデンサスタートコンデンサラン誘導、陰影極AC誘導モータなど）と三相誘導電動機（リスケージモータ、巻線形電動機など）としてまたはその一部として変更されたELR膜を利用することができる。
【０９１８】
もちろん、当業者は、本明細書に記載の変更されたELR膜をユニバーサルモータ、印刷されたアーマチュア、パンケーキモータ、サーボモータ、静電モータ、トルクモータ、ステッピングモータ、発電機、オルタネータ等の他の回転機械に用いることができることを理解するであろう。
【０９１９】
本明細書に記載の様々な軸受アセンブリは、変更されたELR膜を利用することによって改善された又は強化された動作特性を示すことができる。例えば、軸受アセンブリは、巻線、リード線、容量エレメントなどの種々な導電エレメントの抵抗からより少ない抵抗損失を示すことができるし、または特定のエレメントが摩擦による摩耗を示さないので、長寿命であり得る。このことは、改良された動作特性を有する軸受アセンブリを用いた装置もまた、同様の改善の利益を得ることになる。変更されたELR膜を利用するベアリングアセンブリを使用できるデバイスの例は、ファン、タービン、ドリル、電気自動車の車輪、機関車、コンベヤーベルト、ロボット、自動車、家電製品、エンジン、製造装置、おもちゃ、ジャイロ、MEMSベースのモータとコンポーネント、回転機械を採用する他のデバイスを含む。
【０９２０】
いくつかの実施例では、変更されたELR材料を含む軸受アセンブリは、以下のように説明することができる。
【０９２１】
軸受アセンブリであって、少なくとも一部が変更されたELR材料から形成された軸受と、磁性材料で形成され、前記軸受に近接して配置されたロータとを有し、前記ロータは、磁場が前記軸受の前記変更されたELR材料内を流れる電流によって生成されるとき、前記軸受に対して浮上することを特徴とする軸受アセンブリ。
【０９２２】
軸受アセンブリの製造方法であって、変更されたELR材料の軸受を形成する工程と、前記軸受の変更されたELR材料を通過する電流によって発生する磁場に応答して、軸受に対して浮上することができるように、前記形成された軸受に近接してロータを配置する工程と、を有することを特徴とする製造方法。
【０９２３】
軸受アセンブリであって、150K以上の温度で運ばれた電荷に対して非常に低い抵抗を示すELR材料から形成された軸受を含むことを特徴とする軸受アセンブリ。
【０９２４】
軸受アセンブリ内で使用するための軸受であって、基板と、変更されたELR材料から少なくとも一部が形成されたコイルを有することを特徴とする軸受。
【０９２５】
軸受の製造方法であって、基板を配置する工程と、配置された基板上にループ状に変更されたELR材料を堆積する工程とを有することを特徴とする製造方法。
【０９２６】
浮上された軸受アセンブリで使用するための軸受であって、基板と、150K以上の温度で運ばれた電荷に対して非常に低い抵抗を示すELR材料から形成されたコイルを有することを特徴とする軸受。
【０９２７】
軸受アセンブリであって、変更されたELR材料から少なくとも一部が形成された軸受と、150Kと313Kとの間の軸受の温度を維持するように構成された冷却システムと、磁性材料で形成され、前記軸受けに近接して配置されるロータと、を含み、前記ロータは、磁場が前記軸受の変更されたELR材料内を流れる電流によって生成されたとき、前記軸受を上方に浮上させることを特徴とする軸受アセンブリ。
【０９２８】
軸受アセンブリの製造方法であって、変更されたELR材料からなる軸受を形成する工程と、前記形成された軸受を軸受の温度を150Kと313Kとの間に維持するように構成された冷却システムに結合する工程と、前記軸受の前記変更されたELR材料を通過する電流によって生成した磁場に応答して、前記軸受に対して浮上することができるように、ロータを前記形成された軸受に近接して配置する工程と、を含むことを特徴とする製造方法。
【０９２９】
軸受アセンブリであって、150Kと313Kの間の温度で運ばれた電荷に対して非常に低い抵抗を示すELR材料から形成された軸受と、150Kと313Kとの間の前記軸受のELR材料の温度を維持する冷却コンポーネントと、を有することを特徴とする軸受アセンブリ。
【０９３０】
ロータ機械であって、変更されたELR材料から少なくとも一部が形成された軸受と、磁性材料から形成され、前記軸受に隣接して配置された回転可能なシャフトとを有し、磁場が前記軸受の変更されたELR材料内を流れる電流によって生成されるとき、前記回転可能なシャフトは、前記軸受から一定の距離だけ間隔を空けて配置されていることを特徴とするロータ機械。
【０９３１】
モータであって、150Kと313Kの間の温度で運ばれた電荷に対して非常に低い抵抗を示すELR材料から形成された軸受アセンブリと、前記軸受アセンブリの前記ELR材料内に電流を生成するために前記軸受アセンブリに電力を供給するように構成された電力コンポーネントと、を有することを特徴とするモータ。
【０９３２】
回転機械であって、磁場を生成するように構成された軸受と、回転するように構成され、かつ磁場の強度に基づいて前記軸受に近接して配置されたロータと、を有し、前記軸受又は前記ロータは、周囲温度と標準圧力で電荷に対して非常に低い抵抗を示す材料を含むことを特徴とする回転機械。
【０９３３】
第11章 ELR材料で形成されたセンサ
本章の説明は、図1-36と図37-L〜図88-Lを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【０９３４】
変更された、開口された、および/または他の新しい、非常に低い抵抗（ELR）材料から形成されたコンポーネントを含むセンサが記載されている。いくつかの例では、センサは、ELR材料のナノワイヤを利用するコンポーネントを含む。いくつかの例では、センサは、ELR材料から形成されたテープ又はホイルを利用するコンポーネントを含む。いくつかの例では、センサは、薄膜ELR材料を用いて形成されたコンポーネントを含む。ELR材料は、現在の高温超伝導体（HTS）に関連付けられる通常の温度よりも高い温度で電流に対して非常に低い抵抗値を提供し、より高い温度でセンサの動作特性を向上させる。
【０９３５】
以下に、変更された、開口された、及び/又は、他の新しいELR材料をセンサに使用することについて詳細に説明する。一般的に、ELR材料を用いるセンサの様々な構成が可能であり、その構成は設計されているセンサの種類に依存する。従来のセンサの設計を規定する様々な原理は、本明細書に記載のELR材料を用いたセンサに適用することができる。従って、いくつかのセンサの幾何学的形状や構成は、本明細書に記載されているが、他の多くのものももちろん可能である。さらに、本明細書に記載の様々な実施例は、特定のセンサシステムがELR材料から形成されたセンサまたはセンサコンポーネントをどのように使用することができるかを強調するかもしれないが、これらの実施例は、例示であり、網羅的でないことが意図される。本開示の様々な実施例を供給された当業者は、ELR材料から形成されることができる同じまたは同様のセンサシステム内の他のコンポーネントを識別することができるであろう。
【０９３６】
図37-Lは、変更された、開口された、および/または他の新しいELR材料から形成されたコンポーネント、または少なくともコンポーネントの一部に組み込まれたセンサ3700を示すブロック図である。一般的に言えば、センサは、刺激（又は測定された）Sを受信して刺激の量、プロパティ、または状態を示す電気出力信号soutを応答する。刺激とその関連した数量、特性または状態の非網羅的例は、以下の表に示す。
【表１】
2017533572.tif 000003
【０９３７】
センサ3700は、1つまたはそれ以上の任意の変換器3705、ダイレクトセンサ3710、およびポスト処理モジュール3715を備える。各任意のトランスデューサは、第１の種類のエネルギーを第２の種類のエネルギーを持つ第２信号に変換する。例えば、第1の変換器3705aは、機械的刺激信号Siを光信号S2にに変換することができ、次に、光信号S2は、仲介信号SN+Iを生成するために熱信号S3に変換する第2の変換器3705bに供給される。ダイレクトセンサ3710は、また、入力信号を電気信号に変換する特別の変換器である。ダイレクトセンサ3710は、1つまたはそれ以上の変換器3705から中間信号SN+Iを受信し、電気信号seに変換する。いくつかのセンサでは、変換器3705は省略され、直接センサ3710は直接刺激信号seを受信する。生成された電気信号seは、刺激の量、プロパティ、または条件を示す1つまたはそれ以上の出力信号Soutを生成するために、後処理モジュール3715によってを変更（例えば、デジタル化、増幅等）することができる。後処理モジュール3715は、データプロセッサ、デジタル変換器、特定用途向け集積回路、増幅器、フィルタ、アナログ・デジタル信号プロセッサ、静電容量-電圧変換器、差動回路、ブリッジ回路等などの入力端子または出力端子、導電路、様々のアナログおよびデジタル後処理電子回路を含んでもよい。
【０９３８】
表Bは、変換器3705および/またはダイレクトセンサ3710によって行うことができる変換の種類の非網羅的例を示す。
【表２】
2017533572.tif 000004
【０９３９】
いくつかの例では、センサ3700は、刺激の量、プロパティ、または状態を示すものとして、ヒトまたは装置が解釈可能である非電気出力信号Soutを生成することができる。例えば、センサは、動きを示す光出力信号を生成することができる。このような例において、後処理モジュール3715は、非電気出力信号を生成するために直接センサ3710から中間電気信号seに対して後処理を実行することができる。いくつかの例では、ダイレクトセンサ3710および/または、後処理モジュール3715は例中で省略されてもよい（たとえば、後処理モジュール3715は、ヒトによって解釈可能な光信号を生成する場合）。
【０９４０】
センサ3700は、インタフェース電子回路を含む図37-Lに示されていない他のコンポーネントを含んでもよい。例えば、センサ3700がアクティブセンサの場合、センサは、励起回路または他の励起源（例えば、光学的励起源）を含んでもよい。別の例として、信号前処理、後処理回路は、変換器3705とダイレクトセンサ3710のいずれかで変換される前の信号又は後の信号に信号処理をすることができる。センサ3700に含むことができる他のコンポーネントとしては、プロセッサ、デジタル信号プロセッサおよび特定用途向け集積回路、増幅器、フィルタ、光-圧変換器、励磁回路（例えば、電流発生器、磁場源（例えば、誘導コイル又は巻線、トロイド、ソレノイド等を含む）、電圧リファレンス、ドライバ、および光学ドライバ）、アナログ-デジタル変換器、導波路、発振器、静電容量-電圧変換器、レシオメトリック回路、差動回路、ブリッジ回路、データ伝送コンポーネント、グランド・プレーン/ループ、アンテナ、バイパスコンデンサ、ノイズ発生源（例えば、機械的、磁気的、電気的、およびゼーベックノイズ）に対してシールドするコンポーネント、電池などの動力源があげられる。
【０９４１】
一般的に言えば、センサ3700は、変更された、開口された、および/または他の新しいELRの材料から全体が、または一部が形成されている種々のELRコンポーネントを含むことができる。ELRコンポーネントは、例えば、電流を伝達したり、電磁信号からの信号（例えば、電流、電圧を含む）を変換したり、信号を電磁信号に変換したり、または他の電磁信号を送信または変更するように構成することができる。例えば、1つまたはそれ以上のトランスデューサ3705、直接センサ3710、後処理モジュール3715、または他の前処理又は後処理エレクトロニクスは、ELR膜および/またはELR薄膜から形成されたELRナノワイヤ、ELRテープ、またはELR箔から形成されたELRコンポーネントをさらに含んでいてもよい。以下のリストは、ELR材料を採用することができるセンサー3700内のコンポーネントの非網羅的例を示す。
・導体（例えば、電極、コンタクト、ワイヤ、集積回路上の導電トレース/相互接続など）
・インダクタ  回路基板に印刷される、及び/又は、磁場発生源として用いらるソレノイド、トロイド、他の三次元形状として形成することができる誘導コイル又は巻線を含む
・容量エレメント（例えば、平行平板コンデンサ、円筒状コンデンサ、平面コンデンサなど）
・アンテナ。
【０９４２】
様々なセンサ及び/又はセンサの構成は、ELR材料から形成されるELRコンポーネントを使用することができる。ELRコンポーネントは、上記にリストされたように、電流を伝導するために、信号を送信するか、または信号を電磁信号に変換する、または、電磁信号をを送信するかまたは電磁信号を信号に変換する（電流と電圧を含む）ために、または、電磁信号を送信するか、または電磁信号を変更するために、使用する。本開示のELR材料、検出システム、および検出原理の様々な例を提供された当業者は、過度の実験を行うことなく、1つまたはそれ以上のELRコンポーネントを有する他のセンサを実現することができるであろう。
【０９４３】
本明細書に記載の実施例は、特定の検出システムが特定のELRコンポーネントをどのように使用することができるかを強調するかもしれないが、これらの実施例は例示であり、網羅的ではないことが意図されている。本開示の様々な実施例を供給された当業者は、ELRコンポーネントから形成され得る同じまたは類似するセンサシステム内に他のコンポーネントを識別することができるであろう。
【０９４４】
当業者は、ELR材料が本明細書に記載の個別の検出システム及び原理を２つ以上組合せた複雑な検出システムで使用できることは、たとえ、それらの組合せが明示的に記述されていなくても理解するであろう。
【０９４５】
さらに、本出願では、特定の測定または値の特徴付け（例えば、抵抗の測定、コンデンサンス、インダクタンス、電圧、電流、インピーダンス電磁場強度等）を行うために使用される回路、センサ、および他のコンポーネントの例を提供するが、このような実施例は、網羅的、例示的でないことが意図される。当業者にとってこのような測定または特徴付けを行うための様々な代替を容易に理解できる。また、各種センサは、"検出する"、"決定する"、または、特定の未知数（例えば、未知の抵抗）を"算出する"、として記載されているが、明示的な別段の記載が無い限り、このことは、センサが説明した量を直接計算しなければならないことを意味するものではない。代わりに、当業者は、この量がセンサによって間接的にまたは推定的に決定されることができることを理解するであろう。例えば、センサが、"エレメントAの抵抗を検出する"と記載されている場合、この記載は、時定数が未知の抵抗値によって影響を受ける可能性があるので、エレメントAを含むRLC回路の時定数を決定することを含んでもよい。
【０９４６】
また、容量性エレメントまたはプレートなどの様々なコンポーネントが、"金属"、"導電性"または、"導電体"であるとして本明細書に記載されているが、当業者は、いくつかの例では、容量エレメントまたはプレートは、本発明の範囲から逸脱することなく、半導体材料の代わりに形成することができることを理解するであろう。
【０９４７】
図面において、種々の図示のエレメントまたはコンポーネントの大きさ、および横方向の大きさ、様々な層の厚さは、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、これらの様々なエレメントは、見やすくするために、適宜拡大または縮小されている。また、本発明の詳細な記載が不要な場合には、正確な幾何学的形状やコンポーネントの位置、コンポーネント間の正確な接続などのコンポーネントの詳細は、図では抽象化され、詳細は除外されている。このような詳細が本発明の理解に不要な場合には、図示される代表的な幾何学的形状、配線、及び示す構成は、一般的な設計及び動作原理の例示を意図したものである。
【０９４８】
本明細書に記載のシステムおよびデバイスの一部または全部が、特定ELR材料が周囲温度よりも低い温度で非常に低い抵抗を示す用途で利用される場合、低コストの冷却システムを採用してもよい。本明細書で説明するように、用途は、ELRインダクタを液体フレオンの沸点の温度と同じ温度まで、水の融点の温度と同じ温度まで、または本明細書で説明した他の温度と同じ温度まで冷却するシステムのような冷却システム（図示せず）を含むことができる。冷却システムは、用途によって利用されるELR材料の種類や構造に基づいて選択することができる。
【０９４９】
検出システムでELR材料を使用すると数多くのメリット得られる。例えば、センサにおいてHTS材料の代わりにELR材料を使用すると、センサを動作させるために必要とされる冷却システムの複雑性を排除又は低減することができ、冷却システムのサイズ、重量、実装および運用コストを低減することができる。また、ELR材料は、HTS材料よりも高い（非極低温）温度でより強く、より微妙な温度および光子感度を示すことができ、高温での改善された、熱、光および他の伝達特性を提供する。さらに、ELR材料は、電磁入力信号に対して強い感受性を示す、および/または、低電流及び/又は低電圧を検出してもよい。また、ELR材料は、電磁信号（入力電流または電圧、中間電流または電圧、出力電流または電圧）を従来の導体よりさらに長い距離を小さい抵抗損失で運ぶことができ、このことは、低ノイズをもたらし、信号増幅の必要性を低下させ、および／または、低い電流レベルを許容し、検出コンポーネント間のより大きい分離を可能にする。一般的に、ELR材料で銅導体、従来のコンデンサやインダクタなどの従来の導電エレメントおよび回路エレメントを交換すると、抵抗損失を低減することができ、このことは、センサの動作効率を向上し、廃熱を減少させ、および/または、他の動作特性、例えば、安定性、精度、応答速度、動作寿命、資本又は運用コスト、サイズ、重量、形状サイズ、センサ密度、感度、選択性、ヒステリシス、直線性、彩度、再現性、解像度、出力インピーダンス、信頼性を向上させることができる。例えば、センサの様々なコンポーネント（フィルタ、発振器、共振器、インダクタ、コンデンサ、増幅器など）にELRの材料を使用すると、コンポーネントより理想的に（例えば、より高いQ値で、大きな利得で、低ノイズで）動作することを可能にすることができる。これらのコンポーネントによって達成されるより理想的な性能は、次に、センサの全体的なパフォーマンスを向上させることができる。
【０９５０】
様々なセンサシステムの詳細を説明する前に、センサシステム3700を使用するための用途について説明する。図38-Lは、センサシステム8700を用いる例示の装置又はシステム8700を示す図である。システム8700は、アンテナ、ハードワイヤデータインターフェース（例えば、高速シリアルバス、コンタクトピン）、ユーザ・インターフェース・コンポーネント（例えば、ディスプレイ、スピーカ、キーパッド、等）などの1つまたはそれ以上のポート、インターフェイス、および/またはI/Oコンポーネント8715を介して信号を受信又は送信する。システムは、論理及び制御回路8705、および/または、アナログまたはRF回路、メモリ8710、電源8720に加えて、センサシステム3700を含み、これらの全ては、ハウジング、パッケージ、またはユニットとして集められた他のものに含まれていてもよい。他の例では、例えば、分散センサシステムのような1つまたはそれ以上のシステム8700は、システム8700から離れた1つまたはそれ以上の論理及び制御コンポーネント8705によって全体的または部分的に制御することができる。
【０９５１】
システム8700は、多くの形態のいずれかを取ることができる。1つの例では、システムは、携帯電話、スマートフォン、ラップトップ、タブレットまたは他の携帯型電子機器である。この例では、電源8720は、電池であってもよく、センサシステム3700は、マイクロホン（例えば、スピーチや他の音を検出する）、加速度計（例えば、動き、加速度、またはデバイスの向きをの検出）、触覚入力センサ（例えば、タッチスクリーンセンサ及び入力ボタン）、光及び/又は画像センサ（例えば、写真や画像を得るため）を含み、そのいずれかおよびすべては、1つまたはそれ以上の半導体チップ上に形成することができる。論理回路および制御回路8705は、プロセッサを含むことができ、インタフェースおよびI/Oコンポーネント8715は、アンテナ、USBポート、キーボードまたはキーパッド、指示装置、表示装置、スピーカ、または他の公知のエレメントをを含むことができる。携帯型電子デバイスのこの例における他の多くの周知のコンポーネントは、もちろん可能であるが、それらは容易に当業者には理解されるため、図示していない。
I.  位置センサ、変位センサ、レベルセンサ
【０９５２】
いくつかの例では、センサ3700は、物理的な対象物またはセンサに近接した流体のレベルの位置又は変位を示す出力信号を提供するように構成することができる。"位置"を示すことは、特定の基準に対する対象物の角度座標または線形座標を示すことを意味するが、"変位"は基準位置からの対象物の動きを示すことを意味する。
【０９５３】
I.A. 抵抗ベースレベルセンサ
図38A-Lは、深さDのクライオスタット（または他の適切な容器）3825に格納された極低温（例えば、液体窒素、液体ヘリウムなど）または低温（例えば、液体フロン等）流体3830のレベルを示す出力信号を生成するように構成された例示のセンサ3800の概略図を示す。センサ3800は、クライオスタットの長軸と略平行なELR材料の長さを保持している支持構造3810上にまたは支持構造中に配置することができるELR材料3805の長さを有する。ELR材料は、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜とELR箔、または他の構成として形成することができる。ELR材料の長さの一部は、低温流体3830に直接または近接するように沈めてもよい。センサ3800は、ELR材料の長さに既知の電流または電圧の入力信号を提供するように構成された1つまたはそれ以上の電流又は電圧源3815を含むことができる。センサ3800は、低温流体3830の温度以上にELR材料の露出部分の温度を上げるために、ELR材料中に熱を放散させるように構成されているヒータ3840をさらに含んでもよい。センサ3800はまた、ELR材料の長さに沿って1つまたはそれ以上の既知の位置でELR材料の長さに結合する（例えば、スイッチまたはその他の結合装置によって）ことができる1つまたはそれ以上の電流、電圧、またはインピーダンスメーター3820を含むことができる。
【０９５４】
上述したように、ELR材料の抵抗率は、温度に大きく依存するかもしれない。したがって、ELR材料の長さの組成物は、組成物が低温流体3830中に浸漬されている（例えば、図38A-Lに示すレベルDより下に沈められる）とき、第１の低い抵抗（R1）を示し、組成物が低温流体3830中に浸漬されていない（いくつかの例では、ヒータ3840で暖められている）とき、第２の高い低い抵抗（R２）を示すように選択することができる。したがって、ELR材料の長さの合計抵抗値は、クライオスタット内の低温液体のレベルDに反比例の関係を有する。レベルと抵抗の間の反比例の関係は、理論的または実験的に決定することができる（例えば、較正手順によって）。また、ELR材料の長さに沿った任意の点での測定された抵抗率は、その点が、低温流体のレベルDの上であるかまたは下であるか否かを示す。
【０９５５】
従って、低温流体3830のレベルは、コンピュータ可読命令によって全部または一部を実現することができる以下の方法により決定することができる。入力電流信号または入力電圧信号は、ELR材料の長さに適用されてもよく、また、その露出部分の温度を上昇させるためにELR材料の長さに適用されてもよい。ELR材料の長さの部分の抵抗値は、例えば、直接的にインピーダンス計を用いて、または間接的に電圧計または電流計を用いて得られる電圧または電流を測定することにより決定することができる。測定された抵抗と、流体レベルと抵抗の間の決定された逆関係を用いて、低温流体のレベルDを決定することができる。いくつかの実施例では、入力信号に応答するおおよその抵抗率は、ELR材の長さに沿った1つまたはそれ以上の既知の点で測定され、測定された抵抗率は、ELR材料のどの部分が浸漬されているかを決定するために利用され、それにより、低温流体の今のレベルDを決定することができる。
【０９５６】
上述の検出原理および方法は、既知の温度を有する液体に近接して又は直接的に配置されたELR材料の他の構成と組み合わせて利用することができる。例えば、ELR材3805の単一長さは、図38A-Lに示されているが、クライオスタットの長軸に沿って配向されたELRの材料の複数の長さは、図38B-Lに示すように支持構造上にまたは支持構造中により長い蛇行または蛇行長さ3850を形成するために、追加のELR材料または導電材料によって連続的に結合されてもよい。
【０９５７】
I.B. 電位差位置センサ、レベルセンサ
図39A-Lは、ELR材料から形成され、対象物の変位（"D"）または位置を示す出力信号Voutを生成するように構成されたコンポーネントを有する電位差センサ3900の一例の概略図を示す。センサ3900は、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、又は上述したELR材料の他の形態の線形ポテンショメータまたは回転ポテンショメータなどの可変分圧器又はポテンショメータ3905を含む。例えば、ポテンショメータのワイパーおよび/または抵抗エレメントは、ELR材料から形成することができる。位置が測定されている対象物（図示せず）は、機械的にワイパー3910に結合されている。対象物の位置は、ポテンショメータ3905の両端に入力電圧源3915（Vin）を適用し、ワイパー3910において出力電圧（Vout）を測定することによって決定することができる。リニアポテンショメータの場合には、測定されたワイパー電圧は、対象物の変位にほぼ比例することが知られている。他の種類のポテンショメータでは、測定されたワイパー電圧は、入力電圧に対して別の既知の関係（例えば、対数あるいは指数関数的な関係）を有していてもよい。
【０９５８】
図39B-Lは、ELR材料から形成され、容器3980内の流体3975のレベルまたは深さDを示す出力信号を生成するように構成されたELRコンポーネントを有する例示の電位差センサ3950の概略図を示す。図39B-Lに示すエレメントは、図39A-Lで示したものと類似している。ELR材料から少なくとも部分的に形成されたポテンショメータ3905のワイパー3910にフロート3965を結合することによって、流体のレベルDは上記と同様の原理および方法を用いて検出することができる。
【０９５９】
図40-Lは、ELR材料から形成され、対象物の位置を示す出力信号（Vout）を生成するように構成されたELRコンポーネントを有する別の電位差センサ4000の一例を示す断面である。センサ4000は、接触ストリップとして機能する導電性表面4020と、抵抗体4010で被覆されたと第2の剛体面4015とを有する第１の可撓性またはチルトシート4005を備える。導電性表面4020および/または抵抗性材料4010は、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材料の他の形態から形成することができる。2枚のシートは、物理的にセパレータ4040によって分離されている。一方のシートは接地（または他の既知の電圧に保持）され、他のシートは、既知の入力インピーダンスRin及び電圧源4025 Vinとともに直列に配置されてもよい。指などの物体4030が可撓性シートをセンサの端からの距離dで押圧するとき、導電性表面4020は抵抗材料4010に接触し、2つのシート両端の出力電圧Voutは、公知の方法で、例えば、センサの端部から物体の距離dにほぼ比例して変化する。したがって、2つのシート両端の出力電圧（Vout）を測定することによって、物体4030の位置を決定することができる。このような電位差位置センサは、音声制御装置、消費者および商業電子機器の他の種類の制御を含む、多数の用途で使用することができる。他の多くの用途は、もちろん可能である。
【０９６０】
図38-L〜図40-Lは、いくつかの例示の電位差センサを示すが、図示したのは、網羅的であることを意図するものではなく、例示の目的のために提供される。他の電位差センサは、理解されるようにように、ELRコンポーネントを含むように設計することができる。例えば、抵抗変化を用いて、位置または別の刺激を測定する電位差センサは、ELR材料から形成された抵抗、導電または他のELRのコンポーネントを含んでもよい。例えば、ワイパーとポテンショメータへの参照は、そのようなセンサに対する例示だけであり、ELR材料を用いたセンサは、可変分圧器、可変インピーダンスエレメント、または所与の入力変位又は位置に基づいて公知の可変電気出力を提供する他の構造を採用してもよい。
【０９６１】
I.C. 静電容量変位センサ
いくつかの例では、センサ3700は、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材料の他の形態から少なくとも部分的に形成された容量プレートまたは容量構造を備える静電容量変位センサを含む。非網羅的な例としては、ELR材料から形成された1つまたはそれ以上の容量プレートまたは容量構造を有する静電容量変位センサは、（1）2つの容量プレートまたは容量構造（図42-L、図44-L、図45-Lに示す）から形成された単一コンデンサを使用するモノポーラセンサ、（2）３つ以上の容量プレートまたは容量構造）（図41-Lで示す）から形成された二つのコンデンサを使用する差圧センサ、（3）ブリッジ構成（図43-Lで示す）で配置された複数の容量プレートまたは容量構造を使用する静電容量センサブリッジ、であってもよい。
【０９６２】
図41-Lは、静電容量変位センサの一般的な動作原理を示す。図示のように、静電容量式変位センサ4100は、距離Δによって固定された容量プレートまたは構造4105aと4105bに対して変位する可動容量プレートまたは容量構造4110を使用する。変化したプレート形状の結果として、可動板4110と固定容量プレート4105a、4105bの間の変化が存在する容量C1とC2は、理論的および/または実験的に決定することができる既知量によって変わる。変化した容量は、入力ソース4150に応答して観察される出力電圧（Vout）を変える。このように、出力電圧（Vout）を監視することによって、可動容量プレートまたは構造4110に機械的に接続されている物体の変位（Δ）を決定することができる。
【０９６３】
図42-L、43-L、45-Lに示されるセンサは、同様の原理で動作する。たとえば、図42A-Lに示す2つのプレートのモノポールセンサ4200は、誘電体（例えば、空気）によって可動検知プレート4210から分離された、固定基準プレート4205を有し、二つのプレート間の距離dは、可動検出プレートの動きに依存する。二つのプレート間の静電容量C1は、距離dに応じて変化する。図42B-Lおよび42C-Lに示すように、2つのプレートのモノポールセンサは、MEMS技術を用いて実現することができる。例えば、可動検知プレート4210は、固いサスペンション4225を有する微細加工された基準板4205に対して移動することを可能にする柔軟なサスペンション4220によって支持されるように微細加工されてもよい。図43-Lに示す静電容量式センサ4300では、2つの可動プレート4310a、4310bは、ブリッジ構成に配置された4つの静止プレート4305a-dに対して移動することができる。図45-Lの断面図に示す静電容量式センサ4500では、円筒形コンデンサの中心導体4510は、可動容量エレメントであってもよい。固定された外側容量構造4505中に挿入される深さ（d）は、導体4510と外側構造体4505との間の静電容量に影響を与える。円筒形コンデンサについて説明したが、横方向に可動な容量プレートは、他の実施例で使用されてもよい。もちろん、示された様々な静電容量変位センサは、変位又は変化した容量を示す使用可能な電子信号を生成するために、追加のインタフェース電子回路（例えば、インバータ4155と、増幅器/同期検波4355）を利用することができる。
【０９６４】
図44-Lは、ELR材料から形成され、導電性物体の位置を示す出力信号を生成するように構成されたコンポーネントを有する例示の静電位置センサ4400を示す概略図を示す。図44-Lに示すように、その距離または変位が測定された物体4410もまた導電性である場合、容量センサ4400は、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材料の他方の形態から少なくとも部分的に形成され、導電物体4410に容量的に結合するように構成されている単一の容量プレートまたはエレメント4405を有する容量プローブであってもよい。容量プレートまたはエレメント4405は、ケーブル4355、および/または、容量プレートまたはエレメント4405と導電物体4410との間の静電容量を測定するように構成された他の電子機器の中心導体に結合されてもよい。結合容量は、容量プレートまたはエレメント4405と導電物体4410との間の距離に依存し得る。したがって、センサ4400は、プローブと物体との間の距離に対して公知の方法で関連している出力電圧を生成する。いくつかの実施例では、センサ4400は、非導電性の物体を検出するために使用することができる。
【０９６５】
図45-L〜図41-Lに示す例示の静電容量変位センサの構成は、網羅的であることを意図するものではなく、1つまたはそれ以上の容量プレートまたはエレメントの変位に応答して変更された電気出力を示す様々な構成の容量プレートまたは容量エレメントを用いてもよい。例えば、先に説明したような可動プレートまたはエレメントは、固定されてもよいし、その逆もまた同様である。別の例として、プレートとシリンダ以外の形状を有する他の容量エレメントを用いることができる。さらに別の例として、静電容量変位センサは、シールドエレメント及び/又はガードリングを含んでもよく、液体、エラストマー、または他の非剛体の/固くない誘電体などの1つまたはそれ以上の分離誘電体を含むことができる。いずれの構成においても、1つまたはそれ以上の容量性プレートまたはエレメント（又はセンサの他のエレメント）は、完全にまたは部分的にELR材料から形成することができる。
【０９６６】
ELR材料から形成されたコンポーネントを含む静電容量変位センサは、理解されるように、精密位置決め（例えば、半導体の処理および試験で）、ディスクドライブ、工作機械計測、組立ライン検査、正確な膜厚測定、力、圧力、温度が、変位を起こす複雑な計測システムなどの多くの用途に使用することができる。
【０９６７】
I.D. 可変インダクタンス変位センサを含むインダクタンスセンサ
いくつかの例において、センサ3700は、ELR材料（例えば、ELRコイル）から少なくとも部分的に形成された1つまたはそれ以上のコイル（または他の誘導コンポーネント）を含む可変インダクタンス変位センサを備える。図46A-Lは、ELR材料から形成され、物体の位置を示す出力信号を生成するように構成されたELRコンポーネントを有する線形可変差動変圧器センサ4600 ELRの一例を示す回路図である。図46B-Lは、対応する単純化された記載の回路を有するセンサ4600の断面図である。線形可変差動変圧器センサ4600は、一次コイル4605、一次コイルの両側に配置され対向相で接続された2つの二次コイル4610、4615、一次コイルと二次コイルとの間に挿入された強磁性コア4620（例えば、コイル間の円筒状開口中に同軸方向に挿入され、同軸ポール4630に沿って案内される）を含む。図示しないが、コイルは、コイルがコアに直接に接触することを防ぐ支持材料内に配置することができる。一次及び/又は二次コイルのうちの1つまたはそれ以上は、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材の他方の形態から形成することができる。一次コイル4605は、基準電圧信号（Vref）によって駆動され、2つの二次コイルの両端の差動出力電圧（Vout）が測定される。二つの第２コイルに対して等距離の中心位置からの強磁性コア4620の変位は、経路リラクタンスを変え、したがって、一次コイルと二次コイル間の結合を変化させる。従って、出力電圧（Vout）は、強磁性コアの変位を決定するために監視され、このようにして、強磁性コアに機械的に結合されている物体の変位を決定することができる。
【０９６８】
他の例では（図示せず）、センサ3700は、代わりに、回転強磁性コアとELR材料からなる一つまたは複数のコイルを含む回転可変差動変圧器を含むことができる。そのようなセンサは、角変位を測定するために、線形可変差動変圧器センサ4600と同様の原理で動作することができる。
【０９６９】
誘導センサのさらに他の例（図示せず）では、1つまたはそれ以上のコイルは、位置が測定される物体に機械的に結合される。そのような例では、物体の機械的な変位は、コイル間の結合レベルを変化させる1つまたはそれ以上のコイルが他のコイルに対して変位するという結果になる。したがって、物体の変位は、1つまたはそれ以上の二次コイルを通る出力電圧を測定することによって決定することができる。いくつかの例では、1つまたはそれ以上のコイルが供給され、物体またはコアは、コイルからの測定可能な出力を生成するように移動される。
【０９７０】
もちろん、理解されるようにように、これらの実施例が全てを網羅していることを意図するものではなく、可変インダクタンスまたは他のインダクタンスセンサの様々な構成もまた、コイル又は他のコンポーネント内でELR材料を利用することができる。
【０９７１】
理解されるように、ELR材料から形成されたELRコンポーネントを含む可変インダクタンス変位センサは、サーボ機構における位置フィードバック、ゲージヘッド、工作機械における自動測定を含む多くの用途に使用することができる。
【０９７２】
I.E. 渦電流位置センサ
図47-Lは、ELR材料から形成され、物体の位置を示す出力信号を生成するように構成されたコンポーネントを有する渦電流センサ4700の一例を示す断面図である。センサ4700は、フェライトコア4720で巻回された基準コイル4710と検出コイル4715の両方を含む。1つまたはそれ以上のコイルは、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材の他方の形態から形成することができる。図示していないが、センサ4700はまた、センサの前方に電磁場を向ける金属ガードまたは他のガードを含むことができる。渦電流センサ4700は、センサと導電性物体4705との間の距離dを測定するために使用することができる。センサ4700は、導電性物体中に渦電流を誘導し、検知コイルに対向する磁場が発生し、それにより、その磁気インピーダンスを変化させる。距離dに依存する、変更された磁気インピーダンスは、検出コイル及び基準コイルとの間のミスバランスを検出することにより測定することができる。いくつかの例では、基準コイルは省略されてもよいし、変化した磁気インピーダンスは、検出コイルの絶対磁気インピーダンスを測定することによって、又は一定の磁場を維持するために必要な電流の変化を決定することによって決定することができる。
【０９７３】
図47-Lは、渦電流センサの２コイル構成の一例を示したが、図示の例は、例示のためであり、種々の適切なコアの構成（強磁性体、フェリ磁性、及び空気又は誘電体コアのような非フェライトコアを含む）及び渦電流センサとして使用することができるコイル／巻数（ソレノイド、トロイド、および他の構成を含む）は、ELR材料から形成されたコイル又は巻線を含むことができる。また、様々な渦電流センサは、使用される操作や測定モードにもかかわらず、ELRコイルを使用することができる。例えば、一定の磁場を維持するために必要な電流を決定することによって、物体を検出する単一のコイル渦センサのデザインは、ELR材料から形成されたコイルを含むことができる。
【０９７４】
理解されるように、ELR材料を有する渦電流センサは、位置センサとして、非導電性コーティングの厚さを検出又は測定するために、材料厚さ、導電性、メッキ、亀裂、及び、表面の欠陥、およびその他の用途などの様々な用途に使用することができる。
【０９７５】
I.F. 横誘導位置センサ
図48-Lは、ELR材料から形成され、強磁性物体4805の位置を示す出力信号を生成するように構成されたコンポーネントを有する横方向誘導近接センサ4800の一例を示す概略図である。図49-Lは、ELR材料から形成され、物体の位置を示す出力信号を生成するように構成されたコンポーネントを有する横方向誘導近接センサ4800の一例の概略断面図を示す。センサ4800は、フェライトコアなどのコア4815の周囲に巻かれたコイル4810を含む。コイルはELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材の他方の形態から形成することができる。センサは、強磁性物体4805の近傍にくると、コイルのインダクタンスが距離dに依存する方法で変更される。変更されたインダクタンスは、インダクタンスメータ4820によって検出することができる。従って、強磁性物体4805とセンサ4800との間の距離dは、インダクタンスの変化を測定することによって決定することができる。図49-Lに示すように、非強磁性物体4930を強磁性体ディスク4935などの強磁性物体に結合することによって、センサ4800は、上記と同じ方法を用いて、非強磁性物体4930までの距離dを間接的に決定するために使用することができる。
【０９７６】
図48-Lおよび図49-Lは、横方向誘導近接センサの構成の2つの例を示すが、図示の実施例は、例示のみを目的としており、理解されるように、他の種々の適切な構成（強磁性体、フェリ磁性および空気又は誘電体コアのような非フェライトコア）および/またはコイル/巻線（ソレノイド、トロイド、およびその他の構成を含む）が可能である。様々な横方向誘導近接センサは、ELR材料から形成されたコイル又は巻線を含むことができる。また、様々な横方向誘導近接センサは、その正確な動作と測定のモードに関係なく、ELRコイルを利用することができる。
【０９７７】
I.G. ホール効果位置センサ
図50-Lは、ELR材料から形成され、磁場および/または物体の位置を示す出力信号を生成するように構成されたELRコンポーネントを有するホール効果センサ5000の動作原理を示す概略図である。示されるように、導電ストリップ5005の両端子間に印加される入力電流I（たとえば、DC電流）に応答して、磁場（B）は、導体の他の２つの端子を横切る横方向ホール電位差（VH）を生成する。出力信号VH（すなわち、その符号と振幅）は、磁場（B）の大きさおよび方向と印加電流（I）の両方に依存する。導電ストリップ5005は、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材料の他の形態から形成することができる。図示しないが、ホール効果センサ5000は、例えばアンプや閾値電子機器（例えば、シュミット・トリガとして）のようなインターフェース回路を有するセンサを統合することにより、アナログまたはバイレベル形態で実現することができる。
【０９７８】
ホール効果センサ5000（または単に"ホールセンサ"）の出力信号は、直接的に磁場を測定するために使用することができる。ホール効果センサ5000はまた、位置を検出するために、永久磁石又は他の磁場源（例えばソレノイドまたはトロイド）などの磁場源と組み合わせることができる。ホール効果センサのいくつかの例では、永久磁石または他の磁場源は、その位置が測定される物体に結合されている。このような例では、導電ストリップに到達する磁場は、導電ストリップに対する物体の位置に依存して変化するので、ホールセンサにより検出された磁場は、したがって、ホールセンサに対する物体の位置を示す。図51-Lは、ホール効果位置センサの一般的なクラスの一例を示す図である。図示のように、磁石5105または他の磁場発生源は、フロート対象物5110がポール5125の上部に配置された、固定されたホールセンサ5120に対してポール5125に沿って上下に移動するようにフロート対象物5110の上かその中に配置される。
【０９７９】
図52A-Lと図52B-Lによって示される別の例として、ホール効果センサは、プレート又はベーン5215のような移動可能な強磁性物体によって割り込み可能な磁場源5210（例えば、永久磁石など）を含むことができる。図52A-Lに示すように、ベーン5215がセンサと磁石との間の空隙5205を生成する第1位置にあるとき、磁場源からの磁束は、ギャップを横切っホールセンサ5000に到達する。図52B-Lに示すように、ベーン5215がギャップ5205を占める第2位置にあるとき、ベーンは、磁束がホールセンサ5000に到達しないように磁束をシャントする。このような例では、ホールセンサにより検出された磁場は、それゆえ、ベーンに結合された対象物の位置または変位を示すことができる。ベーンは、直線運動又は回転運動をすることができる。そのようなセンサは、自動車販売代理店で使用することができるが、他の多くの用途は、もちろん可能である。
【０９８０】
他の種々のセンサは、ホールセンサ5000の磁電伝達機構を利用する。例えば、センサはブリッジまたは他のネットワーク配置で構成され、直線または角張った三次元の位置または動きを測定するために永久磁石（又は他の磁場源）によって駆動される複数（例えば、4個）のホールセンサを使用することができる。別の例として、ホールセンサは、電流によって生成した磁場を検出することにより、導体を通って運ばれた電流を測定することができる。さらに別の例として、ホールセンサは、金属構造、強磁性構造またはフェリ構造、または磁場を乱す別の種類の物体に近接してセンサを配置することから得られる磁場に対する乱れを監視するために使用することができる。
【０９８１】
図50-L〜図52-Lは、ホール効果センサの様々な例を示すが、示された例は説明のみを目的としている。ホール効果センサの他の適切な様々な構成または形状、および/または、物体の位置または刺激の他の種類を特徴付けるために使用される他のコンポーネント（永久磁石、ソレノイド、トロイド、他の磁場源を含む）は、ELR材料を組み込むことができる。例えば、様々な構成は、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材料の他の形態から生成された導電ストリップ5005を備えるホール効果センサを利用することができる。別の例として、様々な構成は、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材料の他の形態から生成される磁場源（例えば、ソレノイド又はトロイド）を利用することができる。
【０９８２】
ホール効果センサは、回転速度センサ（アンチロックシステム、自動車の速度計、ディスクドライブ、電子点火システム、タコメータ、タイミング車輪、シャフト、ギアの歯）、電子コンパス、電動機制御、位置/動きの検出/スイッチ、自動車の点火および燃料噴射、流体流量センサ、磁気センサ、電流センサ、圧力センサなど多くの用途に使用することができるが、これらに限定されるものではない。ホール効果センサは、理解されるようにように、例えば、自動車、スマートフォン、プリンタ、キーボード、産業機械、および全地球測位システムなどのに含まれていることが理解される。
【０９８３】
I.H. 磁気抵抗位置センサ
様々な磁気抵抗センサは、導電エレメントの異方性磁気抵抗特性を利用する。近接検出器、位置検出器、回転検出器として含んでいる磁気抵抗センサは、ホールセンサと同じ構成および用途の多くで使用されてもよい。磁気抵抗センサは、変更された磁場に応答して変化する、磁気伝導エレメントの抵抗を監視することによって、磁場（例えば、永久磁石またはソレノイドまたはトロイドのような他の磁場源によって生成された場など）の変化を検出する。磁気抵抗センサの様々な構成は、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材の他の形態などのELRコンポーネントを用いることができる。例えば、磁気抵抗センサは、ELR薄膜、ELR箔またはELRの他の形態から形成された磁気抵抗の導電エレメントを用いることができる。別の例として、磁気抵抗センサは、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、および/またはELR箔から形成された磁場源（ソレノイド、トロイドまたは他の誘導巻線など）を用いることができる。
【０９８４】
I.I. 磁歪位置センサ
様々な磁歪センサは、磁気エネルギーを運動エネルギーに変換する、またはその逆に、運動エネルギーを磁気エネルギーに変換する磁歪材料から形成された構造を利用する。磁歪位置センサの一例は、超音波を使用して、導波路の長さに沿って移動可能である永久磁石（又は他の磁場源）の位置を検出する。このようなシステムは、1つまたはそれ以上の導波路、磁場源、圧電センサ、および/または磁気抵抗センサを用いることができる。磁気抵抗センサの様々な構成は、導波管、磁場源、磁気抵抗センサ、またはELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、および/またはELR箔から形成された他のELRコンポーネントを含んでもよい。磁歪位置センサの用途は、理解されるように、油圧シリンダ、射出成形機、フォージ、エレベータ、採掘、圧延、プレス、長期間にわたって高分解能を必要とする他のデバイスを含む。
【０９８５】
I.J. レーダ位置センサ
パルスレーダシステムと連続波レーダシステム（周波数変調連続波レーダ、パルスドプラ、移動するターゲットインジケータ、周波数アジャイル・システム、合成開口レーダ、逆合成開口レーダ、フェーズドアレイレーダーを含む）などの様々なレーダ位置センサは、パルスまたはアンテナからの高周波の無線信号の連続波を送信し、その位置、範囲、高度、方向、および/または速度を決定するために、対象体から反射された電磁信号を測定する。システムは、対象物体の位置および/または速度を決定するために、反射された信号および/または周波数のシフトの遅延を使用することができる。レーダ位置センサの様々な構成は、送信機、シンクロナイザ、電源、発振器、変調器、導波路、デュプレクサ/マルチプレクサ、アンテナ、フィルタ、レシーバ、プリ・ポスト処理装置、制御コンポーネント、および/または、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、および/またはELR箔から形成される他のELRコンポーネントを含んでもよい。
【０９８６】
I.K. 他の位置センサ、変位センサ、レベルセンサ
ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材料の他の形態から少なくとも部分的に形成されたELRコンポーネントを含む他のタイプのセンサは、位置（例えば、近接）、対象物の変位、および/または、流体のレベルの変位を示す出力信号を生成することができる。ELR材料から少なくとも一部が形成されているELRコンポーネントを含む他の位置センサ、変位センサ、およびレベルセンサの非網羅的例としては、以下が含まれる。（1）光源、光検出器（フォトダイオード、フォトトランジスタ、CCDアレイ、CMOS画像アレイ）、光誘導および変更コンポーネント（例えば、レンズ、ミラー、光ファイバケーブル、フィルタ）を含む光近接、変位および位置センサ、例えば、（a）光学ブリッジ・センサ、（b）偏光を利用する光近接検出器、（c）光ファイバセンサ、（d）ファブリ・ペロー・センサ、（e）グレーティングセンサ、（f）非線形光学センサ、（g）他の光学的位置センサ、変位センサ及びレベル・センサを含む。（2）超音波位置、変位、レベル・センサ、（3）厚さおよびアブレーションセンサ。例えば、（a）アブレーションセンサ（例えば、ブレークワイヤゲージ、放射線変換器センサ、光パイプセンサ、容量性又は共振アブレーションゲージ）、（b）薄膜厚さ計測センサ（例えば、電極を用いた静電容量センサ、光センサ）を含む。（4）レベルセンサ、例えば、（a）抵抗レベルセンサ、（b）光レベルセンサ、（c）磁気レベルセンサ、（d）静電容量レベルセンサ（例えば、同軸容量プレートを持つ）、（e）伝送線路レベルセンサ（例えば、気液界面からの反射率を検出するセンサ）、（5）ポインティングデバイス、例えば、光ポインティングデバイス、磁気ピックアップポインティングデバイス、慣性とジャイロスコープポインティングデバイスを含む、（6）サテライトナビゲーションシステム、例えば、全地球測位システム、全地球的航法衛星システム（GNSS）を含む。
【０９８７】
II. 占有センサ、動きセンサ
いくつかの例では、センサ3700は、監視領域（"占有"）内の人や動物の存在または物体の動きを示す出力信号を提供するように構成され得る。このようなセンサは、玩具、家電製品、セキュリティシステム、監視システム、エネルギー管理システムは、個人安全システム、器具、および他の多くの種類のシステムで使用することができる。
【０９８８】
II.A. 容量占有センサ、モーションセンサ
静電容量センサは、ヒトまたは動物の身体容量の影響を測定することによって、占有または動物/ヒトの動きを検出することができる。図53-Lは、容量占有センサまたは運動センサ5300の一例を示す図である。図示のように、センサ5300は、1つまたはそれ以上の容量プレート5305または他の容量構造（試験プレート5305a、基準プレート5305bを含む）、シールド（従動シールドなど）、入力ソース、および静電容量センサ5330または、ヒト5325または動物の存在によって引き起こされる種々の容量プレートまたは容量エレメント（例えば、既知の基準容量Cref5320からの変更）の間の静電容量の変化を検出するように構成された他のセンサを含むことができる。人間5325は、試験プレート5305aと基準板5305b（C1 5310a、C2 5310b）に対するカップリング容量を含む人間の周囲とカップリング容量を形成するので、静電容量の変化が発生する可能性がある。これらのコンポーネントの一部または全部は、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材料の他の形態から少なくとも部分的に形成することができる。
【０９８９】
II.B. 摩擦ディテクタ
様々な摩擦センサは、摩擦効果（または口語的に、"静電気"）によって生じる表面電荷を運ぶ移動するヒトまたは動物によって引き起こされる静的または準静的な電場（例えば、5415）中の乱れを検出することにより、ヒト動物または他の物体の動きを検出する。図54-Lは、単極摩擦動き検出器5400の一例を示す図である。図示のように、摩擦センサは、ヒト5420、動物または他の電荷キャリアの動きによって引き起こされる電極板/電極構造上の電荷の変化を検出するための、1つまたはそれ以上の電極板5405、または他の電極構造、インピーダンス変換器5410、または他の後処理電子回路を含んでもよい。これらのコンポーネントは、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材料の他の形態から少なくとも部分的に形成することができる。
【０９９０】
II.C. 光電モーションセンサ
種々の光電モーションセンサは、対象物とその周囲との間の光学的コントラストを生成する対象物から反射されたまたは発せられる可視光または赤外光を検出することにより、監視領域中のヒト動物または他の対象物の動きを検出する。検出された光は、光源（発光ダイオード、日光、月光、白熱灯、レーザなど）から、または移動する対象物ト自体（人体からの中遠赤外線放射など）から生じ得る。図55-Lは、光モーションセンサ5500の一般的な構造を示す概略図である。図示のように、センサは、1つまたはそれ以上の集束デバイス5505（例えば、ピンホールレンズ、ファセットレンズ、フレネルプラスチックレンズ、放物面鏡等を含むミラーを含むレンズ）と、1つまたはそれ以上の光検出エレメント5510（ボロメータ、サーモパイル、焦電エレメント、光電池、光導電セル、フォトレジスタ、PVDF膜、CCDセンサ、CMOSイメージセンサ）と、検出エレメントによって生成された信号を後処理するように構成された増幅器や比較器などの後処理電子機器5515とを含む。これらのコンポーネントの一部または全部は、ELR材料から少なくとも部分的に形成することができる。例えば、本明細書により詳細に記載のように、様々な光検出エレメントは、少なくともELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材の他の形態から部分的に形成することができる。対象物5525（人など）は、集束デバイス5505（矢印で示す）の視野内を横切って移動するので、対象物の画像5520は移動し、それにより光検出エレメント5510上に静的周囲の画像に起因する光子束と異なる光子束を生成する。受光エレメントは、変更されたまたは邪魔された電圧で応答する。外乱は、後処理電子回路によって検出される。光電子検出器は、セキュリティシステム、エネルギー管理、民生用電子機器、玩具などに使用することができる。
【０９９１】
II.D. 光学存在センサ
種々の光学存在センサは、対象物によって反射または吸収される光の量の変化を検出することにより、監視領域内の物体の存在を検出する。図56-Lは、光存在検知器5600の一例を示す概略図である。図示のように、光存在検出器は、光センサ5620（本明細書に記載のもの）の視野内に光ビームを生成するドライバ5625によって駆動される光源又は発光体5615（例えば、LED等）を含む。静的な背景は、背景出力信号を生成する、光センサに対するライトバックの特定の量を反映している。対象物5640が光センサ5620の視野内に現れると、静的な周囲とは異なる方法で光を反射又は吸収する。光センサおよび光-電圧変換器5630は、したがって、対象物の異なる光の反射/吸収に応答して、通常のバックグラウンド信号とは異なる検出可能な出力を生成する。図示のように、光存在検出器は、光ビーム5645を生成し、および/または、反射光を受光するために、レンズ5605と、光パイプ5610などの様々な集束とガイダンスエレメントを含むことができる。また、センサは、光源5615を駆動し、光センサ5620の出力信号を処理するように構成されたプロセッサ5635を含むことができる。これらのコンポーネントの一部または全部は、ELR材料から少なくとも部分的に形成することができる。例えば、本明細書でより詳細に説明したように、種々の光センサエレメントは、ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材の他の形態から少なくとも部分的に形成することができる。そのような検出器は、ロボット、ハンドドライヤー、シンク、トイレ、電灯スイッチ、他の消費者製品、商業製品、及び家庭用製品に使用することができる。
【０９９２】
II.E. 圧力動きセンサ
様々な圧力動きセンサは、ドア、窓、人々、または他の対象物の突然の動きから生じる空気圧の変化を監視することによって、閉じられた制御された空間内への侵入または他の動きを検出する。図57-Lは、空気圧傾斜センサ5700の一例を示す断面模式図である。図示するように、空気圧傾斜センサ5700は、2つの対向する壁と、金属又は金属化された可撓性膜または隔膜5710（金属化プラスチック膜又は金属箔）と、通気開口5715を含む硬質金属プレート又は金属化されたプレート5705と、から部分的に形成されたチャンバ5725を含むことができる。ELR材料から形成することができる2つの金属表面は、一緒ににカップリング容量を有する。したがって、空気圧の急激な変化によって生じる膜5710の（破線で示す中立位置からの）撓みは、本明細書に記載された静電容量変位検出システム及び方法を使用するセンサなどの静電容量センサ5720を用いて決定することができる。もちろん、上述したように、静電容量式変位センサに関して、運動センサの他のコンポーネントは、ELR材料から形成することができる。他の例では、空気圧傾斜センサ5700は、膜の偏向を決定するために本明細書に記載の他の変位センサなどの他の種類の変位センサを含むことができる。そのような例では、膜および/または固い板は、金属または金属化でない場合がある。
【０９９３】
II.F. 他の占有検出器と動き検出器
ナノワイヤ、ナノテープ、ナノ薄膜、ナノ箔、またはELR材の他の形態から少なくとも部分的に形成されたELRコンポーネントを含む他の種類のセンサは、占有又は動きを示す出力信号を生成することができる。他の様々な例の占有センサ、存在センサ、または動きセンサは、ELR材料から少なくとも部分的に形成されたコンポーネントを含んでいてもよい。ELR材料コンポーネントは、レーダシステム（本明細書に記載される）、他の空気圧/圧力傾斜センサ、音響センサ、邪魔された光ビームを検出する光電センサ、圧力マットまたは他の圧力敏感表面、保護領域に埋め込まれた応力または歪み検出器、磁気スイッチを含むスイッチ、振動検出器、赤外線動き検出器、超音波検出器、映像動き検出器、顔認識システム、レーザ検出器、アラームセンサ、リードスイッチ、スタッドファインダ、三角センサ、有線手袋、ドプラーレーダセンサを含む。
【０９９４】
III. 速度センサと加速度センサ
いくつかの例では、センサ3700は、対象物の速度または加速度を示す出力信号を提供するように構成された、単一角速度センサまたは多軸角速度センサ又は加速度計であってもよい。角速度センサは、対象物の直線速度、角速度、または動き速度を測定してもよい。加速度計は、試験質量又は特定力の単位重量を測定することによって、対象物の座標加速度または適切な加速度を測定することができる。加速度計は、向き、座標加速度（空間内の対象物の速度変化）、振動、衝撃、落下を決定するために使用することができる。複数の加速度計は、傾斜計などの加速度の差を検出することができる。
【０９９５】
速度センサや加速度計は、下記の数多くの用途に使用することができるが、これらに限定されるわけではない。例えば、自動車（加速度や速度の測定、エンジン/ドライブトレインの評価とブレーキシステム、電子安定制御システム、エアバッグ展開）、列車、火山学、商業機器または工業機器、振動の測定/監視、地震活動測定、傾斜測定、重力計、機械的な健康監視、航空機/アビオニクス装置、慣性航法もしくは誘導システム、医療機器、およびビデオゲーム・システム、スポーツ用品を含む消費者製品、携帯電話、ビデオカメラやカメラ（画像安定化及び/又は向き決定）、スマートフォン、オーディオプレーヤー、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント、および他の携帯電子機器に使用できる。
【０９９６】
いくつかの例では、位置/変位、速度、および/または、加速度センサは、これらの量の間の数学的関係により、交換可能に使用することができる。第1の例として、低周波数または低雑音用途において、本明細書の他の箇所に記載の変位センサ及び方法は、速度および加速度を検出するために使用することができる。追加の後処理、例えば、分化は、速度または加速度を示す信号の数学的導関数の1つまたはそれ以上を決定するために、変位センサの出力信号に対して実行されてもよい。第2の例として、中間周波数又は媒体ノイズの用途において、本明細書に記載の角速度センサおよび方法は、加速度を検出するために使用することができる。後処理、例えば、追加の分化は、加速度を示す信号の数学的導関数を決定するために、速度センサの出力信号に対して実行されてもよい。第３の例として、本明細書に記載の加速度および/または速度システムと方法は、速度および/または位置/変位を決定するために使用することができる。追加の後処理、例えば、数学的な統合は、対象物の速度および/または位置/変位を決定するために、加速度および/または、速度センサの出力信号に対して実行することができる。
【０９９７】
III.A. 電磁速度センサ
図58-Lは、電磁速度センサの動作原理を説明するための概略図である。図示のように、センサ5800は、移動可能な永久磁石5805の周りに直列逆方向に接続されている複数の誘導コイル5810、5815を含み、誘導コイルは部分的にまたは全体的にELR材料から形成されてもよい。ファラデーの法則では、コイル内の磁性体コアを移動すると、コアの速度に比例してコイル中に電圧が誘起される。したがって、2つのコイルの両端の出力電圧は、コアの速度を決定するために測定され、したがって、コアに結合された対象物の速度が測定される。図示のコイルの配置は例示に過ぎず、可動の回転磁気コアの周囲に巻き付けられた１つまたはそれ以上のコイルを角速度測定のために使用するなど他の形状を使用してもよい。示されたセンサは、振動の速度を検出するために使用することができる。
【０９９８】
III.B. 慣性質量を有する加速度計
図59-Lに示すように、様々な加速度計5900は、加速度計のハウジング5910に結合された対象物5905の加速度（a）を、既知の量を有し、スプリング5920、カンチレバー、蝶番または他の弾性エレメントによって加速度計のハウジングに結合されたかなり大きな可動の地震又は慣性プルーフマス5915の変位を測定することにより決定する。変位測定するために、加速度計5900は、例えば本明細書に記載される変位センサなどの1つまたはそれ以上の変位センサを使用することができる。そのような例（本明細書でさらに説明される例を含む）では、変位センサの慣性質量コンポーネント、および/または他のコンポーネントの全部または一部は、ELR材料から形成することができる。
【０９９９】
III.C. 静電容量加速度計
様々な静電容量加速度計は、静電容量変位センサに関して本明細書に記載したのと同様の原理およびシステムを用いる容量変位変換方法を用いて、プルーフマスの変位、したがって、対象物の加速度を決定する。図60-Lに示すように、このような例では、センサ6000は、（1）ばねまたは他の弾性エレメント6020（例えば、シリコンばねなど）によって支持されセンサのハウジング6025内で移動するように構成されている可動プルーフマス6005と、（2）プルーフマス6005自体を含むことができる二つ以上の容量プレート6015、6010、6005またはエレメント、可動プルーフマス（図示せず）、および/または、加速度計のハウジング6025に対して位置が固定されている静止容量プレートまたはエレメント6005、6010などの可動プレートまたは容量性エレメントと、を含むことができる。これらのコンポーネントまたはセンサ6000の他のコンポーネントのいずれか又は全ては、全体または一部がELR材料から形成することができる。加速時のプルーフマスの動きは、変化した容量エレメントの相対的な位置によって変化するさまざまな容量エレメント（例えばC1、C2）間に静電容量を発生させる。変化した容量は、適切な方法（本明細書に記載の差動技術及び他の方法を含む）で検出され、プルーフマスの変位を導出するために使用され、次に、加速度計のハウジング6025に結合された対象物6030の加速度を決定するために使用され得る。くつかの例では、容量加速度計は、MEMS技術または他の技術を用いて微細加工されてもよい。
【１０００】
III.D. ピエゾ抵抗加速度計
様々なピエゾ抵抗加速度計は、ピエゾ抵抗エレメントを用いて、プルーフマスの変位、従って、加速度計に結合された物体の加速度を決定する。そのような例では、センサは、（1）バネ、ヒンジ、または他の弾性エレメントによって支持され、加速度計のハウジング内に移動するように構成された可動プルーフマスと、（2）プルーフマスの変位により引き起こされるバネまたは弾性エレメント中の歪みを測定するピエゾ抵抗ひずみゲージエレメント（さらに本明細書でピエゾ抵抗ひずみゲージの詳細を説明する）とを含むことができる。これらのコンポーネントのいずれかまたは全ては、全体またはELR材料から部分的に形成することができる。いくつかの例では、ピエゾ抵抗加速度計は、MEMS技術または他の技術を使用して微細加工されてもよい。
【１００１】
図61-Lは、ピエゾ抵抗加速度計6100の一例の分解図を示す。図示のように、蓋体層6110内の凹部、ベース層6105は、プルーフマス6115が加速度に応じて移動可能な空洞を形成する。シリコンの内層に、プルーフマス6115は、弾性ヒンジ6125を介して支持リング6120に結合されている。ヒンジ6130上に統合された歪みゲージは、プルーフマスの変位、従って、ハウジングの加速度を示す出力信号を端子から提供する。
【１００２】
III.E. 圧電加速度計
様々な圧電加速度計は、圧電エレメントを用いることにより、プルーフマスの変位、したがって、加速度計に結合された物体の加速度を決定する。図62-Lに示すように、いくつかの例では、センサ6200は、（1）加速度計のハウジング6220に対して移動するように構成されており、バネ、ヒンジまたは他の弾性体6210を介してハウジングに結合された可動プルーフマス6205と、(2)ELR材料で形成されたエレメントなどの圧電エレメント6225、水晶、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、メタニオブ酸鉛、または他のセラミック圧電材料から形成され、電気信号とプルーフマス（せん断、圧縮、曲げ、または他の動きのタイプ）に応答するように構成されたエレメントとを含む。これらのコンポーネントのいずれかまたは全ては、ELR材料から全体がまたは部分的に形成することができる。図示のように、加速度計のハウジングが加速する場合、プルーフマスに対して相対的に移動し、圧電エレメント上に力（例えば、剪断力、圧縮力または曲げ力）を発揮し、加速度を示す電気出力信号を引き起こす。圧縮力が示されているが、他の構成では、圧電エレメントは、プルーフマスから他の種類の力を受けることができる。いくつかの例では、圧電加速度計は、MEMS技術または他の技術を用いて、例えば微細加工されてもよい。いくつかの例では、圧電エレメントは、可動プルーフマス上に、および/または、ばね、ヒンジ、又はプルーフ・マスを支持するマイクロマシンカンチレバー上に配置される圧電膜とすることができる。
【１００３】
III.F. 加熱プレート加速度計
種々の加熱されたプレート加速度計は、加熱されたプルーフマスの変位、従って、加速度に結合された物体の加速度をプルーフマスの移動によって引き起こされる温度変動を検出するための温度センサを用いて決定する。図63-Lは、加熱されたプレート加速度計6300（ルーフコンポーネントは省略）の一例を示す。プレート加速度計6300は、（1）加速度計のハウジングに対して相対的に移動するように構成され、片持ち梁6310またはヒンジにより支持されている可動プルーフマス6305と、（2）定義された温度にまでルーフマスを加熱するように構成された加熱エレメント6315（例えば、抵抗器など）と、（3）熱伝導性ガス6325によってプルーフマスから分離され、ガスを通るプルーフマスから熱を受け取るように構成された1つまたはそれ以上のヒートシンク6320と、（4）片持ち梁又はヒンジ上又は近くに配置され、プルーフマスから得られる片持ち梁（又は他のコンポーネント）中の中立位置から変位している温度変動を決定するように構成された、サーモパイルのような1つまたはそれ以上の温度センサ6330と、を含む。これらのコンポーネントまたは他のコンポーネントのいずれか又は全ては、ELR材料から全体がまたは一部を形成することができる。
【１００４】
さらに他の実施例では、抵抗器または他の加熱エレメントによって加熱されたガスは、地震質量として用いることができる。加速度計は、加速時にもたらされる（すなわち、対流力から）加熱されたガスの移動によって引き起こされる温度変動を検出するために、サーモパイル又は他の温度センサを使用することができる。そのような例では、加熱エレメント、温度センサ、および/または他のコンポーネントは、全部がまたは一部がELR材料から形成することができる。
【１００５】
III.G. 他の速度センサ、加速度センサ
ELRナノワイヤ、ELRテープ、ELR薄膜、ELR箔、またはELR材の他の形態から少なくとも一部が形成されたELRコンポーネントを含む他の種類のセンサは、速度や加速度を示す出力信号を生成することができる。ELR材料から少なくとも一部が形成されているコンポーネントを含む速度又は加速度センサ（傾斜計または傾斜検出器のようなジャイロスコープと重力検出器を含む）の非網羅的例は、次の種類の速度又は加速度センサを含むことができる。すなわち、衛星ナビゲーションシステム、例えば、全地球測位システム、全地球的航法衛星システム、ロータジャイロスコープ（例えば、磁気浮上ジャイロスコープなど）、重力計（（a）ELR材料から形成されたコイルまたは球を使用することができる磁気浮上球を使用する重力計、（b）ELR材料で少なくともとも一部が覆われているスプールと磁石とを備える重力計））、モノリシックシリコンジャイロスコープ、光学ジャイロスコープ、導電性重力計センサ（水銀スイッチ、電解傾斜センサ）、光検出器、圧電センサのアレイを用いる傾斜センサ、マイクロマシン容量（MEMS）センサ、せん断モードセンサ、表面バルクマイクロマシン容量センサ、バルクマイクロマシニング圧電抵抗センサ、静電容量式ばね質量ベースセンサ、電気機械サーボ（サーボ力バランス）センサ、ヌルバランスセンサ、歪ゲージセンサ、共鳴センサ、熱センサ（例えば、サブミクロンCMOSプロセス）、磁気誘導センサ、可変磁気抵抗センサ、光学センサ、表面弾性波（SAW）センサ、レーザセンサ、DC応答センサ、三軸センサ、モーダル同調衝撃ハンマーセンサ、ペンジュレート積分ジャイロセンサ、シートパッドセンサを含むことができる。ELR材料から少なくとも一部を形成することができるセンサの他の非網羅的な例としては、（1）自由落下センサ、（2）傾斜計、（3）レーザ距離計、（4）リニアエンコーダ、（5）液体の容量傾斜計、（6）オドメーター、（7）ロータリーエンコーダ、（8）セルシンセンサ、（9）緊急モーションセンサ、（10）タコメータ、（11）超音波厚さ計、および（12）SONARセンサが含まれる。
【１００６】
IV. 力センサ、歪みセンサ、触覚センサ
いくつかの例では、センサ3700は、ELR材料を含み、物体に加わる力、ひずみ、および/または感触を示す出力信号を提供するように構成されたセンサであってもよい。他の種類のセンサと同様に、ELR材料を含む力センサまたはひずみセンサは、（1）力や歪みを測定し、測定された値を電気出力信号を反映するように構成された定量的センサ、または、（2）閾値を超過する（または低い）力や歪みを検出するように構成された定性的なセンサであり得る。
【１００７】
IV.A. 圧電ケーブル
図64-Lは、力、ひずみ、および/または、タッチを示す出力信号を提供するために使用される圧電ケーブルの一例を示す図である。図示のように、同軸圧電センサ6400は、例えば、中心導体コア6415と同軸ケーブルの外部導体シース6410との間の誘電体の一部を形成する圧電ポリマーや圧電粉末等の圧電材料6405を含む。ケーブルは、圧縮または延伸力を受けると、導体によってピックアップされる応答電荷または電圧を生成する。このようなケーブルは、振動監視や自動車交通を含む様々な目的に使用することができる。これらのケーブルは、中心導体コアおよび/または外部導体シールドの全部または一部がELR材料から形成されるように適合することができる。
【１００８】
IV.B. 複雑な力センサ（ロードセルを含む）
複雑な力センサまたはフォースセルは、（1）第１振動子を使用して未知の力を中間信号に伝達し、（2）第２トランスデューサ（すなわち、ダイレクトセンサ）を使用して、中間信号を直ちに電気出力信号に変換する。図65A-Lは、印加された力6505を変位として伝達し、変位は、次に、上述の線形可変差動変圧センサ又は他の変位センサなどの変位センサ6515によって測定される、ばね6510または他の力−変位トランスデューサを有する複雑な力センサ6500の一例を示す図である。図65B-Lは、印加された力を加圧された流体に伝達するベローズ6555、ダイアフラム、又は他の力-圧力トランスデューサを有する複雑な力センサ6550の第2の例を示す図である。流体の生成した圧力は次に、本明細書に記載の圧力センサ6560によって測定される。図示しない第３の例では、未知の力は、機械コンポーネント（例えば、弾性部材）を介して、ブリッジ構成中に配置されている1つまたはそれ以上の歪みゲージ（本明細書に記載）を変形させる。歪みゲージは、変形を電気信号に変換する。
【１００９】
他の複雑な力センサ/フォースセルは、異なる動作原理（カンチレバー、曲げビーム、圧縮、引張、ユニバーサル、せん断、トルク、中空）、および/または、異なる構造（曲げビーム、平行ビーム、双眼ビーム、キャニスター、せん断ビーム、単一カラム、マルチカラム、パンケーキ、ロードボタン、シングルエンドせん断ビーム、ダブルエンドせん断ビーム、"S"タイプ、インラインロッドエンド、デジタル起電力、ダイアフラム/膜、トーションリング、曲げリング、プル−ビング、またはロードピン）を用いて動作するものを含む。本明細書に記載の複雑な力センサは、中間信号を電気出力信号に変換するダイレクトセンサ（本明細書に記載のもの）においてELR材を使用してもよい。
【１０１０】
IV.C. ひずみゲージ
様々なひずみゲージは、変形から生じる抵抗のピエゾ抵抗変化を生成する、および/または、測定することによって、対象物の歪み（変形）を測定する。図66-Lは、歪みを示す出力信号を生成するために使用することができるワイヤひずみゲージ6600の一例を示す図である。図示のように、歪みゲージは、弾性絶縁裏打ち6605と結合した抵抗エレメント6610（ワイヤまたは箔など）を含み、印加されたひずみを経験する対象物に接着または接続することができる。変化した抵抗は、ホイートストンブリッジまたは他の抵抗センサを用いて測定することができる。抵抗エレメント及び/又は抵抗センサは、ELR材料から形成することができる。様々な形状を使用することができるが、多くの場合、抵抗エレメントは、横方向のセグメントよりもはるかに長い複数の長手方向のセグメントを有する蛇行形式で形成されている。複数の歪みゲージを配置することができる（例えば、異なる軸でひずみを測定するために）複数の歪みゲージはまた、ブリッジ構成で配置することができる。いくつかの例では、歪みゲージはまた温度の変化に起因する抵抗の変化を補償するために温度補償コンポーネントを含むことができる。ELR材料は、半導体歪ゲージを含む歪みゲージの他の種類中に組み込むことができる。
【１０１１】
IV.D. スイッチ触覚センサ
様々な接触スイッチ触覚センサは、定義されたポイントで接触力を検出する。図67-Lは、スイッチ触覚センサ6700の一例を示す図である。図67-Lの断面図に示すように、センサ6700は、ホール6720を有するセパレータ6735によって固定された導体6710（箔、導電トレース、固いバッキング6740上に印刷されたまたは配置された導電インク等）から分離された、接地された可撓性または押下可能な導電表面6705（可撓性ホイル、マイラー膜、導電性インクで印刷されたポリプロピレン膜等）を含む。固定された導体はプルアップ抵抗6730に接続されている。対象物6740からの印加された力（f）がホールを通って下方に柔軟導体を撓ますと、柔軟導体は、固定導体6710bに接触し、ダウン出力電圧を駆動するためにプルアップ抵抗を接地する。複数の検出領域が設けられている場合、検出領域は、マルチプレクサ6725によって多重化することができる。もちろん、他の構成は、同様のオン/オフスイッチング効果を達成するために利用することができる。（例えば、固定された導体ではなく可撓性導体をプルアップ抵抗に接続することができる、2つの可撓性導電表面を固定導体の代わりに使用することができる）。このようなスイッチ構成では、プルアップ抵抗、可撓性導電表面、固定された導体、および/または、他のコンポーネントは、その全部または一部がELR材料から形成することができる。
【１０１２】
IV.E.  ピエゾ抵抗触覚センサ
種々のピエゾ抵抗圧力センサは、画定されたポイントで接触力から生じるピエゾ抵抗エレメントの抵抗値の変化を検出することによって、接触力を検出する。図68-Lは、ピエゾ抵抗型触覚センサ6800の一例の断面図を示す。図示のように、センサ6800は、導電性エラストマー又は感圧インクのような力感応抵抗6810により導電板6815又は他の導電表面から分離された、1つまたはそれ以上の導電プッシャ6805を含む。導電プッシャ6805aに印加された力（f）は、抵抗の接触面積の変化、および/または、抵抗の厚さの変化をもたらす。そのいずれもプッシャとプレートの間の抵抗変化をもたらし、接触力が発生したことを決定するために検出して処理することができる。図69-Lは、ピエゾ抵抗触覚センサ6900の別の例を示す。図示のように、センサは、2つ以上の電極6905、6910を含む。電極は、櫛形または他の形状に形成され、力感応抵抗である半導体ポリマー6915と接触させるプラスチック膜キャリアまたは他の膜キャリア（図示せず）上に配置される。ピエゾ抵抗触覚センサ、抵抗エレメント、導電体エレメントおよび/または他のコンポーネントでは、全部またはその一部がELR材料から形成することができる。
【１０１３】
IV.F. 容量触覚センサ
様々な静電容量圧力センサは、画定されたポイントで、（1）印加された機械的力によりセンサ内の容量エレメントの変化した幾何学的形状（エレメント間の変化した距離、エレメントの変更された表面領域）か、または、（2）対象物と容量エレメントの間の距離で変化する方法で、センサ内の容量エレメントに結合する導電物体（人間の指など）の存在によって引き起こされる静電容量の変化を検出することによって接触力を検出する。本明細書でさらに詳細に記載されるものを含む静電容量式触覚センサのすべての種類は、ELR材料から形成された電極、他の導体などの容量エレメントを含むコンポーネントを含むことができる。
【１０１４】
一般的に言えば、静電容量センサの第1のクラスは、加えられた力に応答して、静電容量変位センサを用いてセンサが測定する容量エレメントの変位を生成する力−変位トランスデューサ（バネ又はエラストマーを充填したチャンバのような別の弾性コンポーネントに結合したボタン等）を含むものであると理解することができる。使用される静電容量変位センサは、本明細書の図41-L〜図45-Lなどに記載された静電容量変位センサのいずれかであり得る。図70-Lは、静電容量触覚センサ7000の一例の断面図である。静電容量触覚センサ7000は、第２の導電電極7015または容量エレメントから弾性誘電体7010によって分離された、第１の可撓性またはチルト導電電極7005または容量性エレメントを含む。第２の電極は、パターニングされたものか、あるいは固いベース7020上に配置されたものであり得る。使用される誘電体は、高誘電率を持つかもしれない。対象物7025によって力（f）7030が印加されると、第1の可撓性電極7005が変形し、2つの電極間の静電容量を変化させる。センサ7000は、変化した静電容量を検出し、それを分析して力が印加されたことを決定することができる。変化したコンデンサンスは、可変コンデンサンスによって引き起こされる時間遅延の測定、または、発振器の一部としてセンサ7000を使用し、発振器の周波数応答の測定を含む、当技術分野で公知の任意の方法で測定することができる。
【１０１５】
図71A-Lは、静電容量触覚センサ7100の別の例を示す。静電容量触覚センサ7100は、ガラス又は透明ポリマーのタッチスクリーン面のようなタッチ面7110の下面に配置または結合された、一対の電極7105a、7105bを含む。電極7105bは接地されている。2つの電極は、櫛形構成、または他の適切な構成で配置することができる。一対の電極は、静電容量を測定するために、上述したような当該技術分野で既知の方法を使用する静電容量センサ7120によって監視されるベースラインのカップリング容量Caを有している。導電物体7115（例えば、指）が表面に近づくとき、導電物体7115は、容量的に第１の電極7105aおよび第２電極7105b（Cat、Cbtで示す）と結合し、静電容量センサ7120によって測定された全容量を変化させる。物体と2つの電極7105との間のカップリング容量は、電極から物体の距離と印加される力（導電物体が変形可能な場合）の関数であってもよい。2つの電極のみが示されているが、アレイ、グリッド（行と列の）、または他の複数の電極の構成を利用することができる。複数の電極が使用される場合、複数の電極の様々な組み合わせの間の種々の容量が触覚の接触位置を検出するために監視することができる。
【１０１６】
図71B-Lは、静電容量触覚センサ7150の別の例を示す。静電容量触覚センサ7150は、ガラス又は透明ポリマーのタッチスクリーン面のようなタッチ面の下側に結合された接地電極7105を備える。電極は、静電容量センサ7120によって監視されているベースラインカップリング容量（Ca）を有する。グランド（Cgnd）に対して独自のカップリング容量を有する導電性物体7115（例えば、指）が表面に近づくと、電極7105（Catで示される）とカップリング容量を形成し、静電容量センサ7120によって測定される総容量を変化させる。電極7105と導電物体7115との間のカップリング容量は、電極からの物体の距離と印加される力（導電性物体が変形可能な場合）の関数である。１つの電極が示されているが、アレイ、グリッド（行と列の）、又は他の複数の電極の構成を利用してもよいし、複数の電極と接地間の容量が触覚の接触位置を検出するために監視することもできる。
【１０１７】
IV.G. 他の力センサ、歪みセンサ、触覚センサ
ELR材料から少なくとも一部が形成されたコンポーネントを含むことができる力センサ、ひずみセンサ、触覚センサの非網羅的例は、（1）感圧マット、（2）既知の質量の重力に対して未知の力をバランスするセンサ、（3）未知の力が印加される既知の質量の加速度を決定するセンサ、（4）発生した電磁力に対して未知の力をバランスするセンサ、（5）未知の力を流体圧に変換し得られた流体圧力を測定するセンサ、（6）アクティブ超音波カップリングタッチなどの能動モードまたは受動モードで使用する圧電体膜で設計さセンサと、ゴム製皮膚または他のタッチ面に配置された受動受動圧電ストリップを有するセンサと、積層されたまたはばねビームに配置された圧電膜を使用することができる圧電膜スイッチと、圧電膜衝撃スイッチと、圧電膜振動センサと、を含む圧電触覚センサ、（7）シリコン材料から形成され、機械的ヒステリシスを有するMEMS閾値触覚センサを含むMEMSセンサ、（8）ユーザがその表面をタッチすることから生じる対象物内を伝播する音波の認識、または、タッチスクリーンパネル上を通過する超音波の吸収を測定するために表面音響波技術の使用を含む音響タッチセンサ、（9）タッチイベントから得られる光の強度の変化を検出するLEDと光検出器を使用するものを含む光学センサ、（10）加えられた力を検出するために、圧電振動子または共振器を使用するものを含む圧電力センサを含む。
【１０１８】
ELR材料から少なくとも一部を形成することができる、力センサ、密度センサ、レベルセンサの非網羅的な例は、（1）ハングメータ、（2）湿度計、（3）磁気レベルゲージ、（4）核密度計、（5）トルクセンサと、（6）粘度計を含む。
【１０１９】
本明細書に記載の力センサ、ひずみセンサ、触覚センサの用途の非網羅的な例は、ロボット工学、タッチスクリーンディスプレイ、キーボード、および他のデバイス、歯科用機器などの生物医学装置、呼吸モニター、人工器官、組立ラインのカウンタスイッチや自動化されたプロセスや軸回転などの産業機器、衝撃検知、、ユーティリティ測光、自動販売機、楽器を含む。
【１０２０】
V. 圧力センサ
いくつかの例では、センサ3700は、ELR材料を含み、圧力を示す出力信号を提供するように構成されたセンサであってもよい。
【１０２１】
V.A. 複雑な圧力センサ
ELR材料を含む圧力センサは、複雑な圧力センサを含むことができる。複雑な圧力センサでは、未知の圧力は、1つまたはそれ以上の変形可能なエレメント（例えば、ブルドン管、ダイヤフラム、カプセル剤、ベローズ、バレルチューブ、膜、薄板、又は圧力下で構造変化を受ける他のコンポーネント）に作用し、本明細書に記載の変位センサのような変位センサで測定される機械的変位を生成する。前述した図57-Lは、変位を測定するために静電容量センサを使用することができるそのような複雑な圧力センサを図示する。
【１０２２】
V.B. ピエゾ抵抗圧力センサ
ピエゾ抵抗エレメントを用いた様々な圧力センサは、圧力を測定する。このような圧力センサは、ELR材料から全部または一部が形成された、ピエゾ抵抗エレメント、抵抗エレメント、導電エレメンのようなELRコンポーネントを使用することができる。図72-Lは、アネロイド気圧計として用いることができる複雑な圧力センサ7200の一例の断面図を示す。図示のように、センサは、ベントホール7220と、機械的変位で圧力pに応答するダイアフラム7210を有する圧力チャンバ7205を備える。ダイアフラムは、ひずみゲージが後処理エレクトロニクス7225にダイアフラムの機械的変位を示す電気信号を提供するように、機械的にひずみゲージ7215（本明細書に記載されたように）に接続されている。いくつかの例では、ダイアフラムは、マイクロマシニング技術を用いてシリコンから形成することができる。
【１０２３】
図73-Lは、ELR材料から全体または一部を形成することができる圧力センサ7300の他の例の断面図を示す。図示のように、センサは、通気口7320と屈曲による圧力に応答するダイアフラム7305を有する圧力チャンバ7325を備える。薄いダイヤフラムは、微細加工によりあるいはシリコンを処理することにより作製することができる。膜およびサポートリム構造に埋め込まれている、1つまたはそれ以上のピエゾ抵抗エレメント7310、7315（例えば、ピエゾ抵抗歪みゲージ）は、選択的な拡散処理、注入、ドーピング、または不純物のシリコン領域への処理によって形成することができる。圧力が膜7305を撓ませるとき、たわみの歪みは、膜内でピエゾ抵抗エレメントの抵抗の変化を引き起こし、抵抗センサを用いて検出することができる。いくつかの例では、1つまたはそれ以上のピエゾ抵抗エレメントは、ホイートストンブリッジまたは他のブリッジ構成に接続することができる。
【１０２４】
もちろん、ピエゾ抵抗圧力センサの他の構成は、可能である．他の構成は、中間スケーリングプレッシャプレート（または他の保護構造）を使用するピエゾ抵抗圧力センサと、絶対圧力、差圧、ゲージ圧の測定を容易にするように構成されたパッケージングを有するセンサと、を含むが、これらに限定されるものではない。いくつかの例では、ピエゾ抵抗エレメントは、温度が補償（温度安定性抵抗または他の温度補償回路により）されてもよいし、又は、他の後処理が温度によるピエゾ抵抗エレメントの抵抗値の変化を補償するために実行されてもよい。
【１０２５】
V.C. 可変リラクタンス圧力センサ
種々の圧力センサは、磁気伝導ダイヤフラムの変位から得られる差動トランスのリラクタンスの変化を検出することにより、圧力を測定する。このような圧力センサは、ELR材料から全部または一部が形成されたコイル、他の導体、又は磁気伝導エレメントなどのELRコンポーネントを使用することができる。図74A-Lと図74B-Lは、可変リラクタンス圧力センサ7400の一部を示す断面図である。図示のように、センサ7400は、E型コア7410の周囲に巻き付けられたコイル7415から形成されるアセンブリと、空隙によってアセンブリから分離された磁気的に導電性のダイアフラム7405とを備える。図74A-Lは、D1の空隙を持つ中立位置のダイヤフラムを示す。図74B-Lに示すように、圧力が変化すると、ダイヤフラムはたわみ（圧力変化に依存する方向に）、D2まで空隙の大きさを変化させる。空隙の大きさは、コアコイルアセンブリのインダクタンスを変調する。したがって、アセンブリのインダクタンスの変化は、圧力を決定するために測定することができる。センサ7400は、通常は、ダイヤフラムの両側に配置され、インダクタンスの変化、したがって圧力が決定されるように、差動トランスとしてに配置される2つのコアコイルアセンブリを備える。
【１０２６】
V.D. 他の圧力センサ
ELR材料から少なくとも部分的に形成されているコンポーネントを含む圧力センサの非網羅的な例は、以下を含む。すなわち、（1）水銀圧力センサ、（2）本明細書に記載の静電容量変位センサや技術を用いて測定された変位（例えば、容量プレートまたは他の容量プレートとして機能するシリコンダイヤフラム）を生成するために、圧力−変位センサを使用するシリコンダイヤフラム静電容量圧力センサなどの複雑な圧力センサ（膜、ダイヤフラム（例えば、シリコンダイヤフラム）、ベローズなど）、（3）ダイヤフラム又は類似の圧力−変位エレメントの変位を測定するためにファブリーペロー干渉計を使用するセンサを含む光電子圧力センサ、（4）差圧センサとして流量計を使用する間接的な圧力センサ、（5）ピラニ真空計、電離真空計（ベアード・アルパート真空センサなど）、ガス抵抗計、膜真空センサ（MEMSシリコン実装）などの真空センサ、（6）バログラフ（barographs）、（7）気圧計、（8）ブーストゲージ、（9）熱フィラメントイオンゲージ、（10）マクラウドゲージ、（11）恒久的なダウンホールゲージ、（12）タイムプレッシャーゲージを含む。
【１０２７】
VI. 流量センサ
いくつかの例では、センサ3700は、ELR材料を含み、液体又はガスのような流体の体積流量又は質量流量（または流体の局所または平均速度などの関連量）を示す出力信号を提供するように構成されたセンサであってもよい。
【１０２８】
VI.A. 圧力傾斜流量センサ
種々の流量センサは、オリフィス、多孔プラグ、ベンチュリ管（テーパー形状パイプ）などの流れ抵抗の導入によって引き起こされるガス又は他の流体の圧力傾斜を検出するために、1つまたはそれ以上の圧力センサを使用して流量を測定する。通常は、このようなセンサは、非粘性非圧縮性流体の流れを測定するために使用することができる。図75-Lは、圧力傾斜流量センサ7500の一例の断面図である。図示のように、センサ7500は、第２室7550を有する静電容量圧力センサ7510を含む第１のチャンバ7505を備える。ガスが第１開口又は入口7540を通過して第１室7505内に入った後で、ガスは第1チャンバ内で第１圧力P1を有する。ガスは、次に、相対的に高い圧力を有する狭いチャネル7525を通過して、第２の異なる圧力P2を有する第2のチャンバ7550の中に入る。ガスはその後、開口または出口7530を介して第２チャンバから流出する。狭い開口抵抗によって生じる圧力差（P1とP2の間）は、静電容量プレートを7520を用いて、膜7555の撓みを測定することによって決定される。そのような例では、容量プレートおよび/または他のコンポーネントは、ELR材料で全部または一部を形成することができる。静電容量圧力センサは、図75-Lに示されているが、ELR材料を含むセンサを含む他の種類の圧力センサは、本明細書に記載の可変インダクタンスまたはピエゾ抵抗圧力センサの代わりに含めることができる。
【１０２９】
VI.B. 熱輸送流量センサ
様々な熱輸送流量センサ又はサーモ風速計は、流動媒体（例えば、流体）中の熱放散速度を検出することにより流量を測定する。流量は、流動媒体の温度、温度差、および/または加熱出力信号を分析することによって決定することができる。熱輸送流量センサの例とは、以下の（1）熱線風速計及びホット膜風速と、（2）2つの温度検出器（抵抗、半導体、又は光学温度検出器など）及びその間に配置された加熱エレメントを含む3つの部分サーモ風速計と、（3）媒体温度基準センサである第１の部分と、ヒータに結合された温度センサ及びヒータ（両方のセンサはサーミスタであってもよい）を含む第２の部分とを含む２部分サーモ風速計と、4）サーモパイルを温度センサ、カンチレバー設計および/または自己発熱抵抗体センサ設計として使用できるMEMSガス流量センサを含むマイクロ流量熱輸送センサとを含む。サーモ風速計の応用は、乱流の測定（風洞内）、フローパターン、およびブレードウエイク（ラジアルコンプレッサー）を含む。
【１０３０】
図76-Lは、一定温度熱線風速計センサ7600の一例の回路図である。図示のように、センサ7600は、センサ（矢印で示す）を横切って流れる流体の温度を超える温度まで加熱された抵抗を有するワイヤまたは膜7615（セラミック基板等の絶縁体上に堆積された導電膜など）を含む。流体は流速に関係するレートでワイヤや膜を冷却する。従って、流量は、（1）ワイヤまたは膜が一定の温度を維持するように必要な電力を決定するか、又は（2）ワイヤまたは膜を横切る電圧を一定に維持し、それを横切って流れる流体によって引き起こされるワイヤまたは膜の温度低下を決定する（いくつかの例ではホットワイヤ又はホットテープの温度依存性を測定することによって決定される）ことで、決定することができる。図76-Lにおいて、サーボアンプ7605に結合されたヌル・バランシング抵抗ブリッジ回路7610は、一定温度に確実に維持し、出力電圧Voutは質量流量を示す。
【１０３１】
もちろん、支持針により支持されたワイヤと、くさび形の半球状、円筒形、円錐形、放物線、平坦な支持面上に配置された導電膜とを含む、ホットワイヤまたはホット膜の様々な構成を使用することができる。また、他の多くの種類の回路は、一定の温度を維持するために、および/または、ホットワイヤまたはホット膜の温度変化を測定するために、必要な電力を検出するように使用することができる。本明細書に記載のサーモ風速計の例では、抵抗器、ホットワイヤ/ホット膜、温度センサ、導電体、および/または、増幅器などの様々な回路コンポーネントは、全体または一部がELR材料から形成することができる。
【１０３２】
VI.C. 超音波流量センサ
種々の流量センサは、流れ媒体によって影響を受けた輸送時間又は遅延、周波数シフト、および/または位相シフトを検出するために超音波を用いて流量を測定する。いくつかの例では、超音波流量センサはドップラー効果に基づいて実現することができる。他の例では、超音波流量センサは、流通媒体中の有効超音波速度の変化を検出してもよい。超音波流量計は、圧電エレメントまたは、超音波発生器および/または超音波受信器として機能するように構成された他の構成エレメント、および超音波信号を生成する、および/または、超音波信号中の周波数シフト、輸送時間や遅延、又は位相ずれを検出するように構成された様々な回路（例えば、ドライバ、発振器、変調器/復調器、増幅器、変圧器、電極、導電体、時計、およびセレクター/スイッチ等）を含んでいてもよい。これらのコンポーネントのすべてまたはその一部、または他のコンポーネントは、全体またはその一部をELR材料から形成することができる。
【１０３３】
VI.D. 他の流量センサ
ELR材料から少なくとも一部が形成されているコンポーネントを含む流量センサの例は次のものを含む。すなわち、（1）流量が検知される流体に導入されたマーカー（例えば、フロート、放射性元素、染料（例えば、着色液）、または別の気体/液体）の動きを検出する輸送センサ、（2）磁束線と交差する導電流体に応答してピックアップ電極の両端の電圧を記憶するDC電磁流量センサおよびAC電磁流量センサ、（3）例えば、圧電または焦電エレメントの対を用いてガスの速度の変化を検出する風センサ、（4）電気機械駆動システムによって駆動される入口管および出口管を有する振動管を使用して直接質量流量を測定するためのコリオリ質量流量センサ、（5）流下の変形が本明細書に記載の歪みゲージなどを用いて測定される可撓性ビーム又は他の弾性片持ち梁によって剛性ベースに結合されたドラッグエレメントを使用して流体の流れを測定するドラグ力センサ、（6）バケット・アンド・ストップウォッチ、ピストンメータ/回転ピストン、可変面積メータ、タービン流量計、ウォルトマンメータ、単一ジェットメータ、パドルホイールメータ、複数のジェットメータ、、ペルトンホイール、楕円形ギヤメータ、章動ディスクメータなどの機械式流量計、（7）ベンチュリ計、オリフィスプレート、ドール管、ピトー管、多穴圧力プローブなどの圧力ベース流量計、（8）光学流量計、（9）流れるためのレベル、面積/速度、染料試験、および音響ドップラー流速などの開水路流れ方法を用いるセンサ、（10）熱質量流量計、（11）電磁超音波とコリオリ流量計（本明細書に記載のものを含む）、（12）極低温流量センサ、（13）空気流メータ、（14）ガスメータ、（15）水道メータ、（16）レーザドップラー流量測定を使用するセンサを含む。
【１０３４】
VII. マイクロフォンを含む音響センサ
いくつかの例では、センサ3700は、ELR材料を含み、音響入力を示す出力信号を提供するように構成されたマイクロフォンなどのセンサであってもよい。音響センサのほとんどの例は、音響入力に応答して、ダイヤフラムのたわみを示す電気信号を生成するように構成された、移動するダイアフラムと変位トランスデューサ（本明細書に記載のものなど）を含む。音響センサの変位変換器又は他の構成エレメントは、ELR材料を含んでもよい。音響センサのいくつかの例は、インタフェース機器、マフラー、集束レンズまたは反射器、又は他のコンポーネントなどの追加のコンポーネントを含んでもよい。例えば、マイクロフォンなどの音響センサは、補聴器、レコーダ、カラオケシステム、VOIPシステム、映画製作、電話機（携帯電話など）、音響工学、携帯型コンピュータ、音声認識システム、複合センサ聴覚、ミクロバランス、SAWデバイス、振動検知などの多数の用途に使用することができる。
【１０３５】
VII.A. コンデンサマイク
種々のコンデンサマイクロホンは、信号の音響エネルギーによって引き起こされるダイヤフラムの動きを検出するために静電容量変位検出技術を用いて音響信号を測定する。図77-Lは、コンデンサマイクロホン7700の一例の回路図を示す。図77-Lに示す回路は、図から一般に自明であり、コンポーネントの価値は、用途に依存しているので、ここでの説明を省略する。図示のように、コンデンサマイクロホンは、その上に配置されたかあるいはそれに結合されており、固定されたバックプレート7710に対して移動させることにより音響圧力に応答するように構成されている第1電極7705または容量エレメントを有するダイヤフラム7702を有している。固定されたバックプレートは、外部電源、エレクトレット層、内部電源、またはファントム電源などの充電ソース7720に結合されている。バックプレート7710に対するダイアフラムの動き、従って、第1電極の動きは、検出された音響信号を示す電気信号を生成するために検出されて増幅されることができる容量放電を発生する。図示のように、いくつかの例では、コンデンサマイクロホン7700はまた、例えば、線形性及び周波数範囲を改善するために機械的フィードバック（例えば、静電気力によりダイヤフラム7702のたわみ）を提供するためのアクチュエータとして作用する第２電極7715を駆動するように構成されたフィードバック回路を備えることができる。いくつかの例では、第1電極7705と第２電極7715は、ダイアフラム7702上に櫛形パターンで形成してもよい。コンデンサマイクロホンでは、電極、他の導体、および/または、回路の他のコンポーネント（例えば、コンデンサ、抵抗器、および増幅器）は、ELR材料によって全部または一部を形成することができる。いくつかの例では、ダイアフラムは、シリコンで製造されてもよい。いくつかの例では、ダイアフラム自体が検出コンデンサの可動板として作用し得る。もちろん、いくつかの例では、充電ソースは、固定されたバックプレート7710ではなく、移動する電極7705に結合することができる。いくつかの例では、コンデンサマイクロホンは、電気的に接続され、極性パターン（例えば、カーディオイド、無指向性、8の字）の範囲を提供する2つのダイヤフラムを含むことができる。
【１０３６】
いくつかの無線周波数（RF）又はコンデンサーマイクロホンの高周波例では、低ノイズ発振器によって発生された付加的なRF信号は、（１）ダイアフラムの撓みによって引き起こされる静電容量の変化によって変調される（例えば、周波数変調）か、または、（2）検知コンデンサを含む共振回路によって（例えば振幅変調）変調される。復調器は、低雑音音声周波数信号を生じる。そのような例では、低ノイズ発振器の一部またはすべて、および/または、共振回路（導電性、抵抗性、容量性、又は誘導エレメント）のコンポーネントもまた、ELR材料から全部または一部を形成することができる。
【１０３７】
ELR材料を組み込むコンデンサーマイクロフォンは、電話トランスミッタ、カラオケマイク、高忠実度スタジオや実験用マイクロホンを含むこ多くの用途で使用することができるが、これらに限定されるものではない。
【１０３８】
VII.B. エレクトレットマイク
様々なエレクトレットマイクは、信号の音響エネルギーによって引き起こされるエレクトレットダイアフラムの動きを検出するための検出技術を静電容量変位に使用することによって、音響信号を測定する。図78-Lは、エレクトレットマイクロホン7800の一例を示す概略断面図である。図示のように、エレクトレットマイクロホンは、金属化エレクトレットダイアフラム7820（いくつかの例ではテフロン（登録商標）FEP又はホイルから形成され得る）を含む。金属化エレクトレットダイアフラム7820は、さらにエレクトレット層7810またはエレメントに結合されるか、またはその上に配置されるメタライゼーション層7805を含み、かつ空隙によって金属または金属化されたバックプレート7815から分離される。2つの金属エレメント7805、7815は、抵抗またはインピーダンスエレメント7825を介して接続することができる。金属エレメントおよび/または抵抗エレメントは、ELR材料から全部または一部を形成することができる。エレクトレットダイアフラムの変位は、抵抗エレメントの両端に変更された出力電圧を生成する。エレクトレット層7810は永久的に電気的に分極された通常の結晶性誘電材料から形成される。いくつかの例では、エレクトレットマイクロホンは、印加されたDCバイアス電圧を使用してはならない。他のもの（例えば、超音波検出用）では、DCバイアス電圧が印加される。いくつかの例では、エレクトレットマイクロホンは、プリアンプを含んでもよい。ELR材料を組み込むエレクトレットマイクロホンは、多数の用途で使用することができる。例えば、ヘッドセット、電話などの携帯電子機器、携帯電話、ラップトップコンピュータ、タブレット・コンピュータなどのモバイルコンピュータ、高品質記録マイクロホン、小さな記録デバイスを含むが、これらに限定されるものではない。
【１０３９】
VII.C. ダイナミックマイクロフォン
様々なダイナミックマイクロフォンは、信号の音響エネルギーによって引き起こされるダイアフラムの動きを検出する電磁誘導技術を用いて音響信号を測定する。図79-Lは、ムービングコイルダイナミックマイクロフォン7900の断面図である。図示のように、マイクロフォン7900は、ELR材料から全体または一部を形成することができる可動誘導コイル7910に結合されたダイアフラム7905を備える。ダイヤフラムが音響波に応答して変位すると、コイルは、磁石7915の磁場内で移動し、電磁誘導によって変位を示すコイルを横切って変化する出力電圧を生成する。他のダイナミックマイクロフォンの例は、磁石の磁場中に配置された金属リボン（多くの場合、コルゲートリボン）を含むリボンマイクロホンを含む。音響波によって引き起こされるリボンの振動は、振動を示すリボンを横切る出力電気信号を生成することができる。リボンおよび/またはリボンマイクロホンの他のコンポーネントはELR材料から形成することができる。いくつかの例において、リボンはELRナノワイヤから形成することができる。
【１０４０】
VII.D. 固体音響探知機
種々の固体音響検出器は、固体中の音響波の伝播速度、位相速度における、および/または減衰係数のようなセンサの音響特性を変調させる刺激（圧力、流体、湿度、気体分子、変位、応力、力、温度、化学物質、化合物、生体分子、質量、又は微細粒子など）を検出する、刺激を特徴付ける、又は刺激を測定するために固体センサ中の機械的振動を測定する。固体音響検出器は、例えば、重力測定及び音響粘度センサ中で使用することができる。固体音響検出器は、薄膜圧電体、水晶、または他の圧電結晶のような圧電エレメントを1つまたはそれ以上含んでもよい。固体音響検出器は、電極と接触して、または、電極の上または下に配置され、櫛形であり、ELR材料から形成することができる。様々な圧電エレメントは、シリコン基板のような基板の上、下、または基板内に配置することができる。他の例では、圧電エレメントは、圧電板または圧電水晶（例えば、フォトリソグラフィーによって）に結合されたか電極（ELRの材料から形成することができる）、または圧電板または圧電水晶上に配置された電極であり得る。
【１０４１】
いくつかの例では、固体音響検出器は、（1）電気信号から音響波を発生するように構成されたプレートまたはパスの一端にある圧電"送信機"エレメントと、（2）送信機からの電波送信中にプレートまたはパスを介して刺激によって変調された音響波を受信し、それらの音響波を電気信号に変換するように構成された板またはパスの他端にある圧電"受信機"エレメントの両方を含む。いくつかの例では、送信機と受信機との間の中間のプレートまたはパスは、化学的に選択性のある、接着性のある、吸着性のある、吸湿性のある、または他のタイプの膜、コーティング、または、化学的、機械的、または他の刺激の存在下で、機械的、化学的、電気的または他の特性が変化する他の表面を含むことができる。固体音響検出器の例は、撓み板センサ、弾性表面波板センサ、および次の種類の音響波を使用するセンサを含む。すなわち、音響波として、バルク音響波、厚みすべりモード、せん断水平音響板モード、剪断弾性表面波（または表面横波）、ラブ波、表面スキミングバルク波、ラム波などを使用する。
【１０４２】
設計及び使用される動作モードの種類に応じて、固体音響センサは、圧力、トルク、ショック、力、質量、蒸気、露点、湿度、生体分子、化学薬品、温度、厚さ、又は他の刺激を検出し、測定し、または特徴付けるために使用することができる。
【１０４３】
VII.E. 他の音響センサ
ELR材料から少なくとも一部が形成されているコンポーネントを含む音響センサの非網羅的例は、以下のものを含む。すなわち、音響センサは、（1）音響信号を電気出力信号に変換するように構成されたピエゾ抵抗トランスデューサ（例えば、マイクロマシンダイアフラム圧力センサ中のストレスに敏感な抵抗又はバルク抵抗が圧力に敏感な粉末）を含むカーボンマイクとピエゾ抵抗マイクを含む抵抗マイク、（2）光源（レーザ光源等）、光学干渉計（マイケルソン干渉計等）、および反射板ダイアフラムを含む光ファイバマイクロホン（光ファイバ干渉マイクを含む）であって、構造音響試験、産業用タービン、ターボジェット、ロケットエンジン、産業および監視音響モニタリング、MRI、ジェット騒音軽減のような過酷な環境またはEMI/RFI耐性を必要とする用途に使用することができる光ファイバマイクロホン、（3）、音響圧力に対して振動で応答する微粒子、窓の表面または他の平面にレーザを向け、次に反射光を分析するレーザマイク、（4）音響圧力または他の機械的ストレスを音響信号を示す電気信号に直接変換するために圧電エレメント（例えば、圧電結晶、圧電セラミックディスク、または圧電膜）を使用する圧電マイクであって、例えば、音声起動装置、血圧測定、水中音響測定、コンタクトマイク、楽器における音響ピックアップのために使用することができる圧電マイク、（5）シリコンから形成されたダイアフラムを含み、コンデンサマイクロホンと同じかまたは類似する変位検出原理を使用するように構成されたMEMSセンサ、（6）受振器、（7）ハイドロフォン、（8）地震計、（9）超音波センサ、（10）SONARセンサ、を含む。
【１０４４】
VIII. 湿度センサと水分センサ
いくつかの例では、センサ3700は、ELR材料を含み試料の水分や湿気を示す出力信号を提供するように構成されたセンサであってもよい。本明細書で使用される"水分"は、その化学的性質を変えることなく、吸収又は吸着によって除去することができる液体または固体の中に含まれる水の量を指す。本明細書で使用される"湿度"は、絶対湿度（湿潤ガスの単位体積当たりの水蒸気の質量）又は相対湿度（同じで温度での飽和蒸気圧の最大値に対する任意温度での実際の空気の蒸気圧の比）を参照することができる。湿度センサと水分センサは、医薬品試験、気象センシング、土壌調査を含む多数の用途に使用することができる。
【１０４５】
VIII.A. 容量湿度センサと容量水分センサ
様々な湿度センサと水分センサは、検知コンデンサの電極間の誘電体ギャップ中に導入された試料（空気試料や固体試料など）がどのようにその静電容量に影響を与えるかを決定することにより、湿度や水分を測定する。湿度センサのいくつかの例では、検知コンデンサは、空気コンデンサであり、空気試料は、容量電極または容量プレート間に導入される。湿度センサの他の例では、検出コンデンサの電極は、吸湿性高分子膜のような誘電体材料によって分離されており、その誘電率は、湿気や水分によって非常に影響される。いくつかの例では、湿度センサは、2つの電極を有する薄膜湿度センサであり、電極は、櫛形構成または他の構成で配置されかつ誘電体膜で被覆されており、センサの誘電率は、湿度や水分の影響を受ける。水分センサのいくつかの例では、固体試料または液体試料は、2つの容量電極（例えば、容量プレート）の間の空間中に導入される。適切な方法は、湿気や水分の検知コンデンサの絶対容量（または基準値からの静電容量の変化）を決定する（例えば、発振器システムを使用して）ために使用することができる。いくつかの例では、静電容量値を検出するために差動技術を使用することができる。いくつかの例では、水分や湿度センサは、温度補償回路を含む、および/または、温度の影響を補償するための他の後処理回路を使用することができる。図80-Lは、検知コンデンサ8050を使用して空気試料の湿度を測定するように構成された湿度センサ8000の簡略化した回路の一例を示す図である。図80-Lに示される回路は、一般的に図から自明であり、コンポーネントの価値は用途に依存するので、したがって、この説明から省略される。容量湿度センサと容量水分センサにおいて、検知コンデンサの電極は、他の回路コンポーネント（抵抗器、導電性トレース、ポテンショメータ、他のコンデンサ、インダクタ、増幅器、ダイオード、温度補償回路等）の全部又は一部はELR材料から形成することができる。
【１０４６】
VIII.B. 電気伝導度湿度センサ、電気伝導度水分センサ
様々な湿度センサと水分センサは、試料が水分検出導電エレメント（通常は非金属導体）の抵抗値にどのような影響を与えるかを決定することにより、湿気や水分を測定する。水分検出導電エレメントは、硫酸で処理された固体高分子電解質またはポリスチレン膜などであり、その抵抗は水分や湿気に強く依存する。このようなセンサでは、湿気検出導体や水分検出導体の絶対抵抗（または基準値からの抵抗の変化など）を決定するために公知の方法を使用することができる。いくつかの例では、差動技術は、抵抗値を検出するために使用することができる。いくつかの例では、水分センサや湿度センサは、温度の影響を補償する温度補償回路を含む、および/または、使用する、又は、その他の後処理を含むことができる。図81ALと図81BLは、試料の湿気や水分を測定するように構成された電気伝導性湿度や水分センサ8000の一例を示す上面図と断面図である。図に示すように、センサは、2つの導電電極8105a、8105bを含む。導電電極8105a、8105bは、端子8110A、8110bに接続され、基板8120上に櫛形または他の構成で配置され、かつ、抵抗が湿度および/または水分によって変化する吸湿性の導電層8115によってコーティングされているか、または、導電層8115と結合されている。平面基板が示されているが、他の基板構成（例えば、プローブチップ）は、他の実施例で使用されている。いくつかの実施例では、湿度センサは、水分子の浸透を可能にする多孔性酸化物表面または層（例えば、多孔性酸化アルミニウム層）を使用する固体湿度センサであってもよい。電極は、全体または一部がELR材料から形成することができる。
【１０４７】
土壌や他の固体では、固体の水性成分は、その電気伝導度に対して主に貢献するかもしれない。したがって、他の例示の電気伝導度水分センサは、土壌または他の固体試料に挿入されるように構成された2つ以上の電極プローブを含む土壌または他の固体電気伝導度センサを含む。電極に入力された電気信号を印加することによって（例えば、AC電流）、センサは、土壌または固体の導電率を決定し、従って、土壌または固体の水分含量を決定する。他の土壌または固体の電気伝導度センサの例では、2つ以上のコイルは、固体の電気伝導度を測定するために使用することができる。例えば、センサは、土壌または固体中に渦電流を誘導するための第1送信コイルと、2次誘導された電磁場の一部を遮断するために受信コイルと、を備えることができる。そのような例では、電極および/またはコイルは、ELR材料から形成することができる。
【１０４８】
VIII.C. 他の湿度センサ、水分センサ
ELR材料から少なくとも一部が形成されているコンポーネントを含む湿度センサと水分センサの非網羅的な例は、以下のものを含む。すなわち、湿度センサと水分センサは、（1）ガスの熱伝導度を測定する、および/または、ELR材料から全体または一部が形成されているサーミスタ又は他のコンポーネントを含むサーミスタベースのセンサを利用する熱伝導率センサと、（2）表面温度が正確に調整されるミラー（熱ヒートポンプによって）と、水の凝縮によるミラーの反射特性の変化を検出する光検出器とを含み、および/または、光検出器、ヒートポンプ、LED、コントローラ、温度センサ、および/または、ELRの材料から形成された他のコンポーネントを含むガスの露点温度を検出できる光学湿度計と、（3）SAWセンサによって部分的に実現できる、および/または、ペルチエクーラー、ヒートシンク、圧電エレメントを含む、冷却された板の変化量を検出することができる振動する湿度計と、（4）空気試料の質量を乾燥空気の等しい体積と比較する重量湿度計と、（5）２つの温度計を備える乾湿計とを含む。
【１０４９】
IX. 放射線ディテクタと粒子ディテクタ
いくつかの実施例では、センサ3700は、ELR材料を含むセンサであり、エネルギー、および/または、アルファ粒子、ベータ粒子、中性子、宇宙線、電離光子（高周波紫外線、X線、ガンマ線放射等）を含む電離放射線の他の特性の存在を示す出力信号を提供するように構成されたセンサである。
【１０５０】
IX.A. シンチレーション検出器
種々のシンチレーション検出器は、電離放射線に応答して発光物質から放出された光を検出することにより電離放射線を検出または測定する。シンチレーション検出器は、蛍光を発するか、あるいは電離放射線に応答して光を生成するシンチレータ材料（蛍光体、アルカリハライド結晶（ナトリウム、ヨウ素等）、ヨウ化セシウム、有機系液体、もしくはプラスチック（アントラセンを含む））と、光学光子検出器、および/または、光電子増倍管または電子増倍管（光電子増倍管またはチャネル光電子増倍管、さらに光電陰極、屈曲チャネル増幅構造、アノードを含んでもよい）を含む。いくつかの例では、シンチレーション検出器はまた、増幅器、カウンタ回路、および/または、他の後処理回路を備える。シンチレーション検出器では、光学光子検出器、光電子増倍管、または、電子乗算器、増幅器、カウンタ回路、および/または他の後処理回路は、ELR材料から全部または一部を形成することができる。ELR材料が光フォトン検出器で使用される場合、ELR材料の光子に対する高い感度、および/または、それらの非常に低い抵抗は、光電子増倍管の必要性をなくす、および/または、周囲温度でさえ使用可能な信号を生成するために必要なフォト増殖量を減少させる。
【１０５１】
IX.B. イオン化検出器
種々のイオン化検出器又はガス検出器は、電離放射線に応答してイオン対の生成を検出することにより電離放射線を検出または測定する。図82-Lは、電離箱センサ8200の一例を示す図である。図示のように、イオン化チャンバセンサは、電離放射線（例えば、アルゴン、ヘリウム、窒素、メタン、または空気）に応答してイオン化する、固体、ガス、または液体で満たされたチャンバ8205と、電圧源によってバイアスされた反対の極性をもつ２つの電極8215、8210（すなわち、アノードとカソード、例えば、平行平板構成で配置することができる、同軸シリンダとして、および/または、別の方法で）とを含む。いくつかの実施例では、チャンバの壁は、一方の電極を形成することができる。電離放射線に応答して電極で生成されたイオン化電流は、ガルバノメータ又はエレクトロによって測定することができる。電離箱センサでは、電極および/または他のコンポーネントの全部または一部はELR材料から形成することができる。
【１０５２】
比例チャンバ、ガイガー・ミュラーカウンタ、および/またはワイヤ室などの当該技術分野で公知の他のタイプの電離ベースの放射線検出器又はガス検出器は、そのうちのいくつかが電離箱センサ8200と同様の構成を有することができ、同様に、ELR材料から全体または一部が形成された電極、配線、および/または他のコンポーネントを用いることができる。
【１０５３】
IX.C. 他の放射線検出器と粒子検出器
ELR材料から少なくとも一部が形成されているコンポーネントを含む放射線センサと粒子センサの非網羅的な例は、以下のものを含む。すなわち放射線センサと粒子センサは、（1）（a）ダイヤモンド検出器、（b）拡散結合ダイオード、表面バリアダイオード、イオン注入検出器、エピタキシャル層検出器、リチウムドリフトpn結合検出器、アバランシェ検出器を含むシリコンダイオード（または他のダイオード）、（c）それを横切って(平行板または同軸構成で）形成された少なくとも2つの接点を有する半導体材料（例えば、Si、Ge、CdTe、HgI2、GaAs）を含むゲルマニウム検出器、などの半導体検出器又は固体放射線検出器及び粒子検出器、（2）ELR材料から形成されたコイルを含むことができるクラウドとバブルチャンバ、（3）線量計（例えば、石英ファイバ線量計、膜バッジ線量計、熱ルミネセンス線量計、固体状態（MOSFETやシリコンダイオード）線量計を含む）、（4）マイクロチャネルプレート、（5）固体核トラック検出器、（6）スパークチャンバ、（7）中性子検出器、（8）超伝導トンネル結合センサ、（9）マイクロカロリ、を含む。
【１０５４】
X.  温度検出器
いくつかの例では、センサ3700は、ELR材料を含み、物体又は材料（例えば、基準物体に対して）の絶対または相対温度を示す出力信号を提供するように構成されたセンサであり得る。このようなセンサは、多数の用途に使用することができる。例えば、回路保護、自己時間遅延回路、加熱サーモスタット、流量計、液面検知器、自己リセット過電流保護装置、気象学、気候学、電子医療体温計、消磁コイル回路、気候制御システム、冷却水温度または油温度の監視、ガスタービンの温度測定、、エンジン、キルン、およびその他の産業用システムおよびプロセスに使用できる。
【１０５５】
X.A. 熱抵抗センサ
様々な温度センサは、ELR材料を含み、温度によって引き起こされる検出エレメントの抵抗変化を検出することにより、絶対的または相対的な温度を検出または測定することができる。温度センサは、（1）抵抗温度検出器、（2）検出エレメントとしてダイオードや結合トランジスタを使用することができるpn結合検出器であって、シリコン基板に形成される、および/または、温度補償に使用されるpn結合検出器、（3）離散シリコンセンサとしてつマイクロマシン構造に組み込まれたかパッケージされたシリコン抵抗の正の温度係数（PTC）センサであって、片側がメタライズされ、反対側で接触するn型シリコンセルから形成されたPTCセンサ、（4）サーミスタを含む。以上の温度センサのいずれかまたはすべては、例えば、温度検出エレメント、及び/又は、リード線、ワイヤ、電極がELR材料を含むことができる。
【１０５６】
図83A-L〜図83C-に示す抵抗温度検出器8300は、温度に強く依存する抵抗（通常は、正の温度係数を有する）を有する金属（白金又はタングステン等）、合金、または他の導電性又は半導電性材料（ゲルマニウムなど）から形成された検知エレメント8305を含み、支持構造8310上に配置されるか、支持構造8310に包まれるか、または支持構造8310によって支持されている。例えば、図83A-Lに示すように、検出エレメント8305aは、蛇行又はその他の構成で平面基板（例えばシリコン膜）または他の支持構造体8310a上に配置された薄膜であってもよい。別の例として、図83B-Lに示すように、検知エレメント8305bは、支持構造8310b（ガラスコアなど）の周囲に巻かれたワイヤ、および/または、支持構造8310bの周りに均一に融合したガラスを有するワイヤであってもよい。さらに別の例として、図83C-Lの断面図に示すように、検出エレメント8305Cは、その形状が支持構造8310c（例えば、不活性ガスで充填された密閉ハウジングまたはセラミックシリンダーである）によって維持されるコイル形状に形成されたワイヤであってもよい。検出エレメント8305は、1つまたはそれ以上のリード線、例えば、シリコンゴム、PTFE絶縁体、ガラス繊維またはセラミックでで絶縁されたリード線に結合することができる。検出エレメント8305は、例えば、二線式、三線式または4線式の構成（4線式ケルビン接続を含む）を含む適切な構成で配線することができる。図83A-L〜図83B-Lには示していないが、検出器8300は、さらに、ケーシング、ハウジング、または他の保護エレメント（例えば、被覆）を含んでいてもよい。抵抗温度検出器の他の例としては、炭素検知器を含む。いくつかの例では、、従来の導電性金属、合金または他の材料から形成された検知エレメントの代わりに、検出エレメントは、ELR材料の抵抗が強い温度依存性を示すので、ELR材料（ELRナノワイヤ、ELR膜など）から全部または一部を形成することができる。抵抗温度検出器の他のコンポーネント（接点、リード線等）もまた、ELR材料から形成することができる。
【１０５７】
サーミスタは、金属酸化物、シリコンまたはゲルマニウムのような高温度依存性を有する材料から形成された検出エレメントを含み、接点やリード線などの追加のコンポーネントを含むことができる。検出エレメントは、液滴、棒、円筒、矩形フレーク、チップ、および厚膜に形成することができる。サーミスタは、ポリマーPTCサーミスタ、;ビード型サーミスタ（裸の、ガラス/エポキシで被覆された、またはカプセル化された）、リード線用表面接点を有するチップサーミスタ、シリコン、ガラス、アルミナ、又は別の種類の基板上に半導体材料を堆積して製造されたサーミスタ、印刷されたサーミスタ（セラミック基板上にサーミスタインクで印刷されたサーミスタ）、正の温度係数サーミスタ（セラミックPTC物質を有するサーミスタ）を含む。他の様々なサーミスタは、理解されるように、検出エレメントおよび/または接点および/またはリード線として、ELR材を使用してもよい。
【１０５８】
X.B. 他の温度検出器
ELR材料から少なくとも部分的に形成されたコンポーネントを含む温度センサの非網羅的な例としては、（1）裸、絶縁ワイヤまたは膜、終端、保護管、および/またはサーモウェルを含む検出エレメントアセンブリまたは接合部を含む熱電対やサーモパイルであって、箔の接合部に結合した薄膜熱電対を含みかつフリーフィラメントやマトリックス・スタイルなどの適切な方法で配置された熱電対やサーモパイルと、（2）リン化合物を使用するフルオロピックセンサのような光学温度センサ、（3）赤外線光センサ、（4）干渉センサ、（5）サーモクロミック溶液センサ、（6）音響温度センサ（SAWおよびプレート波の度センサを含む）、（7）バイメタルセンサ、（8）クーロンブロッケード温度センサ、（9）シリコンバンドギャップ温度センサ、（10）熱量計で使用される温度センサ、（11）圧電温度センサ、（12）排気温度計、（13）ガルドンゲージ（14）熱流束センサ（15）マイクロ波放射計、および（16）正味放射計を含む。
【１０５９】
XI.化学センサ
いくつかの例では、センサ3700は、ELR材料を含み、1つまたはそれ以上の目標化合物の存在、量、濃度又は別の特徴を示す出力信号を提供するように構成される。このようなセンサは、酸素モニタリング、排気システム、グルコース監視、二酸化炭素の監視、分析機器、工業プロセスの監視、品質管理、作業者の環境モニタリング、爆薬又はVOCの検出、電子鼻、酸素及び微量ガスの医学的モニタリング、サライザー、兵器の検出、環境汚染物質の検出、又は炭化水素燃料漏れの検出において使用することができる。
【１０６０】
XI.A. 電気センサ、電気化学センサ
金属酸化物半導体センサ、電気化学センサ、電位差センサ、導電率センサ、電流測定センサ、エラストマーケミレジスタ、化学的コンデンサ、化学的FETSのような種々の化学センサは、材料上の検体の電気的影響を決定する、および/または被検体の電気特性を測定する。化学センサのいくつかは、本明細書にさらに記載されている。様々な電気的および電気化学的センサは、ELR材料から形成された構成エレメントを利用することができる。
【１０６１】
XI.B. 金属酸化膜半導体化学センサ
様々な金属酸化物半導体化学センサは、1つまたはそれ以上の標的化学種（例えば、酸化性ガス）の存在、種類、濃度、または別の特徴を、標的種の濃度の変化から半導体検出層の抵抗の変化を検出するなどにより検出することができる。通常は、金属酸化物半導体化学センサは、層抵抗を決定するために半導体センシング層、電気接点、リード線、および/または他の電気的接続と、温度制御のための加熱エレメント（例えば、サーミスタ）を含む。いくつかの例では、センサは、オンチップ制御システムとデータ収集コンポーネントを含むモノリシック集積化センサアレイ中に形成してもよい。図84-Lは、SnO2金属酸化物半導体化学センサ8400の回路の一例を示す図である。図84-Lに示す回路は、一般的な自己説明図であり、コンポーネントの価値は、用途に依存するので、ここでの説明を省略する。図84-Lは、半導体センシング層（8405）が、サーミスタ8410または他の加熱エレメントと組み合わせてホイートストンブリッジ回路または他のブリッジ構成などに組み込むことができることを示している。使用することができる半導体層の非網羅的な例は、SnO2、スズ酸化物薄膜又は厚膜（シリコン・デバイス上に形成された純粋膜、Pt又はPdをドープした膜を含む）、チタニア、ロジウムドープTiO2、およびZnOである。検出することができる標的種の非網羅的な例は、酸素、一酸化炭素、水素、メタン、および他の炭化水素が挙げられる。金属酸化物半導体化学センサでは、検出層、電気接点、リード線、ヒータ、および/または他のコンポーネント（抵抗器、増幅器、または他のインターフェイスコンポーネント等）を含むコンポーネントの一部または全部は、ELR材料から全体が又はその一部が形成されてもよい。
【１０６２】
XI.C. 電気化学センサ
図85-Lは、電気化学センサ8500の一例を示す概略図であり、電気化学センサは、電位差センサ（酸化還元反応により電圧を測定するもの等）、電流測定センサ（電流測定など）、および/または、導電性センサ（導電率、抵抗および/または容量インピーダンスを測定するもの等）、または電気化学セルの別のタイプを含む。図示のように、電気化学センサは、２つ以上の電極を含む。電極は、指示電極、電極と電解質によって生成される電気化学的電位を補正するための参照電極8510、化学反応が起こる作用電極8515、及び補助電極8520を含んでもよい。電極は部分的または完全に電解液8525中に浸漬される。電解液8525はその中に溶解した分析物を有し、ワイヤを介して電気制御コンポーネントおよび/または測定コンポーネント（ポテンショスタット、バイポテンショスタット、ポリポテンショスタット、アンペロスタット、エレクトロメータ、またはガルバノスタット等）に接続されている。いくつかの例では、1つまたはそれ以上の電極および/またはワイヤは、白金、パラジウム、炭素被覆材料および/またはELR材料から形成することができ、薄膜又は厚膜で形成に形成されてもよく、および/または、反応速度/寿命を改善するために処理されてもよい。いくつかの例では、センサは、他のコンポーネント、例えば、イオン選択性膜または酸素透過膜（テフロン（登録商標）等）などの膜を含んでもよい。このようなセンサの例は、pHメータ、クラーク酸素センサ（グルコース監視などに使用される）が挙げられる。
【１０６３】
XI.D. 他の化学検出器
ELR材料から少なくとも一部が形成されているコンポーネントを含む化学センサの様々な例は、以下のものを含む。すなわち、化学センサは、（1）特定の化学標的を吸着して膨潤し、化学的標的の存在下で変化した（増加した）抵抗を示すエラストマーケミレジスタまたは導電性ポリマー複合材料（いくつかの実施例では、薄膜で形成されてもよい）、（2）誘電体（水感受性ポリマーなど）によって分離された静電容量エレメントを有する化学的容量センサ（2つの櫛形または平行の電極、2つの平行プレートなど）であって、容量エレメントが化学的標的の存在で変更された静電容量を示すように特定の化学的標的を吸収する化学的容量センサ（化学的容量センサは、薄膜またはMEMS構成で形成されていてもよい）、（3）そのゲートが1つまたはそれ以上の化学的に選択性材料の層（ガス選択性膜、イオン選択性膜、酵素膜など）で置換および/または被覆された電界効果トランジスタ（FET）を含む化学的FETs（ISFET、MEMFETs、SURFETs、ENFETSを含む）であって、標的ガス、標的イオン、又は標的酵素のような選択された標的種の存在下で異なる応答（異なるコンダクタンス等）をする化学的FETs、（4）分子をイオン化するために高エネルギーUV光を使用することができる光イオン化検出器とイオン化によって生成される小さな電流を測定する電位計、（5）化学的選択的コーティングなどの構造体表面上に標的分子が吸着した結果、構造体の質量変化や表面応力変化に起因する構造体の機械的特性の変化を検出することができる弾性波デバイス（水晶振動子または他の微量天秤センサ、SAWセンサ、音響板モードセンサ、撓み板波センサ）、他の質量センサ又は重量センサ、マイクロカンチレバー、（6）異なるイオン移動度を有するイオンを分離する電気的偏向場を使用するイオン移動度分光計、（7）コーティングと化学反応により生成した熱、または吸収した熱を検出するためにマトリックス中に固定化された酵素のような化学的に敏感な材料で被覆された温度センサ（サーミスタ等）を使用する熱化学センサ、（8）可燃性ガスを検出することができるペリスター及び他の触媒センサ、（9）非分散赤外線システムを含む赤外線および紫外線分光システムを含む分光システム、（10）光源、光検出器、検体を含む光ファイバ変換器であって、試薬、位相膜またはインジケータを含み、検体の存在下で、反射、吸収、表面プラズモン共鳴、発光（蛍光およびリン光）、化学発光、またはエバネッセント波技術で検出できる光学特性の変化を受ける光ファイバ変換器、（11）生物、膜、組織、細胞、細胞小器官、核酸、酵素、受容体、タンパク質、および/または抗体を検出するバイオセンサ、（12）酵素層を含むセンサ（熱、電気化学的、または光学的等）、（13）圧電体、（14）使い捨ての化学センサとバイオセンサ、（15）電子鼻と電子舌（電子の匂いセンサの味センサ）、（16）サライザー、（17）二酸化炭素センサ、（18）一酸化炭素検知器、（19）触媒ビードセンサ、（20）電解質-絶縁体-半導体センサ、（21）水素センサ、（22）硫化水素センサ、（23）赤外線ポイントセンサ、（24）マイクロ波化学センサ、（25）、窒素酸化物センサ、（26）オルファクトメータ、（27）ペリスター、（28）酸化亜鉛ナノロッドセンサ、（29）、核四重極共鳴（NQR）���ンサ、（30）イオンチャネルスイッチセンサ、（31）圧電センサ、（32）温度測定センサ、（33）磁気センサ、を含む。
【１０６４】
XII. 光センサ
いくつかの例では、センサ3700は、ELR材料を含み、測定された光信号を示す出力信号を提供するように構成される光センサであってもよい。このようなセンサは、多数の用途に使用することができる。例えば、モバイル機器、カメラ、ビデオカメラ、タブレットコンピュータ、携帯電話、医療診断、医用画像、核および粒子物理学、天文学、コンピュータ断層撮影、画像スキャナなどの携帯型コンピュータがあげられるが、これらに限定されるものではない。
【１０６５】
XII.A. 光電陰極、光電管、光電子増倍管
種々の光センサは、ELR材料を含み、光電陰極を用いて、即ち、感光性化合物で被覆されている負に帯電した電極を用いて、光を検出又は測定することができる。これらの光センサは、チャンネル光電子増倍管を含む光電管や光電子増倍管を含む。そのような例では、電極、ダイノード、又は他のコンポーネントの全部または一部はELR材料から形成することができる。
【１０６６】
XII.B. 量子光センサ
様々な量子光センサは、ELR材料を含み、光効果を介して直接入ってくる光信号を電気信号に変換することにより光を検出または測定することができる。量子光センサは、（1）アバランシェフォトダイオードを含み、PNまたはPIN構造を有するフォトダイオードであって、一体的に電流-電圧変換器を形成するフォトダイオード、（2）電流利得によってフォトダイオード電流を増幅することができるフォトトランジスタ、（3）CdSm, CdSe, Si, Ge, PbS, InSbなどから形成することができ、かつ光効果により入射光に対して変化する抵抗値を有するフォトレジスタ、（4)冷却量子光センサ、例えば、ドライアイス、液体ヘリウム、液体窒素、または熱電クーラとデュアによって冷却された量子光センサ、（5）電荷結合エレメント（CCD）センサ（フレームトランスファーCCDセンサ、電子増倍CCDセンサ、および強化CCDセンサを含む）、相補型金属酸化膜半導体（CMOS）イメージセンサ、又は各画素が光検出器とアクティブ増幅器を含むアクティブ動画素イメージセンサなどのイメージング用フォトダイオードの1次元または2次元配列（および/または、フォトトランジスタまたはフォトレジスタなどの他の量子光センサのアレイ）、これらのフォトセンサのいずれかまたはすべては、配線、グランド・プレーン、ゲートなどの導電エレメント中にELRの材料を含んでもよい。
【１０６７】
XII.C. 熱光センサ
様々な熱光センサは、ELR材料を含み、熱放射を検出または測定する。熱光センサは、（1）微細加工ゴレイセルを含むゴレイセルまたは熱空気圧検出器、（2）ビスマス、アンチモン、シリコンおよびMEMSサーモパイル（熱イメージングのためにアレイ状に配置された複数のサーモパイルセンサを含む）を含む熱電対やサーモパイル赤外線センサ（本明細書の他の箇所に記載）、（3）焦電セラミックス板またはエレメントと二つ以上の電極を含む焦電センサ、（4）活性遠赤外線センサ（5）ホットエレクトロン光検出器、（6）ガス火炎検出器を含む。これらのフォトセンサのいずれかまたはすべては、リード線、電極などの温度検出エレメント、及び/又は、導電性エレメント中に、ELR材料を含むことができる。
【１０６８】
XII.D. ボロメータ
図86A-Lはボロメータ8600Aの一例を示す概略図である。図示のように、ボロメータは、温度における得られた増加を検出するために、赤外線又は他の電磁放射を吸収して熱に変換するように構成された吸収エレメント8605A（ELR材料から形成された薄箔、金属膜、薄膜、箔、ワイヤ）、および本明細書に記載の温度センサ8625Aを使用することができる。図86B-Lは、ボロメータの一例を示すものである。ボロメータは、吸収エレメント8605Bとして、及び、熱抵抗温度検出を提供するために感温抵抗体（本明細書に記載の測温抵抗体など）を使用し、その変化した抵抗は、基準抵抗8610を使用して、または他の抵抗を検出する方法（光ファイバ技法など）を用いて測定することができる。吸収エレメントは、白金、シリコン、ゲルマニウム、TaNO、ELR膜、ワイヤ、または箔を含む、薄箔、金属膜、またはELR材料から形成することができる。いくつかの実施例では、ボロメータのアレイは、IR画像の用途のために使用することができる。さらに他の例では、薄膜または箔ボロメータは、マイクロマシンの空洞上で"浮く"ように、シリコンによって支持することができるシリコンまたはガラス膜上に形成してもよい。
【１０６９】
XII.E. 他の光センサ
ELR材料から少なくとも一部が形成されているコンポーネントを含むことができる光センサの様々な例は、（1）比色計、（2）接触イメージセンサ、（3）光センサとしてのLED、（4）ニコルス放射計、（6）光ファイバセンサ、（7）光イオン化検出器、（8）光スイッチ、（9）シャック−ハルトマンセンサ、および（10）波面センサを含む。
【１０７０】
XIII. 埃センサ、煙センサ、他の粒子センサ
いくつかの例では、センサ3700は、ELR材料を含むセンサでありく、例えば、煙、塵、または他の不純物粒子などの浮遊粒子を示す出力信号を提供するように構成される。いくつかの例では、センサは、LEDなどの発光体によって生成される光の散乱を測定するためのフォトセンサ（フォトダイオード又はフォトトランジスタ等）とインターフェース回路を用いる光学的な光、煙、埃検知器であってもよい。そのような例では、光センサ、光エミッタ及び/又は他の構成エレメントは、ELR材料を含むことができる。
【１０７１】
XIII.A. イオンセンサ、埃センサ、不純物センサ、煙センサ
様々なイオンセンサは、電離粒子による空気のイオン化の減少を監視することによって煙粒子を検出する。このようなイオン化センサは、（1）2つの対向する電極（平行平板電極または同軸円筒電極など）で形成され、それらの間に印加される電場を有するたイオン化チャンバと、（2）アルファ粒子または他の電離放射線を生成するチャンバ内または近くで少量の放射性元素（アメリシウム241など）と、を含む。センサは、2つの電極間を横切る電流の低減として現れる空気イオン化の減少を検出することにより、粒子の煙または他のタイプを検出することができる。電極および/またはイオン化センサの他のコンポーネントの全部または一部をELR材料から形成することができる。
【１０７２】
XIV. 電気的センサ、電磁センサ
いくつかの例では、センサ3700は、ELR材料を含み、電気的信号、磁気的信号、または電磁信号の特性を示す出力信号、及び/または、回路、材料、媒体、または対象物の電磁特性を提供するように構成されたセンサであるかもしれない。このようなセンサの非網羅的な例は、（1）電流計または電流センサ（ガルバノメータ、ダルソンバルのガルバノメータ、移動鉄電流計、電気力学の動き電流計、熱線電流計、デジタル電流計、積算電流計、ミリ電流計、ミクロ電流計、ピコアンメータなど）、（2）電圧センサまたは電圧計（アナログ電圧計、増幅された電圧計、デジタル電圧計、真空管電圧計、AC電圧計、電界効果トランジスタ電圧計）、（3）オシロスコープ、（4）電気リアクタンスとサセプタンスセンサ（例えば、オーム計）、（5）磁束センサ、（6）磁場センサまたは磁力計（フラックスゲート、超電導量子干渉エレメント（SQUID）、原子スピン交換緩和フリー回転コイル、ホール効果（本明細書に記載）、プロトン歳差運動）、ジョセフソン結合を使用した磁力計、傾斜計、および光学励起にセシウム蒸気磁力計、（7）電界センサ、（8）電力センサ、（9）Sマトリックスメータ（ネットワーク・アナライザ等）、（10）電力スペクトル・センサ（スペクトラムアナライザ等）、（11）電気抵抗および電気伝導度センサ（オーム計など）、（12）・マルチメータ、（13）金属探知機、（14）葉検電器、（15）磁気異常検出器、（16）相又は位相シフトセンサ、(17)オーム計、（18）無線方向ファインダ、（19）電力量計、（20）、インダクタンスセンサ、（21）静電容量センサ、（22）電気インピーダンス・センサ、（23）品質係数センサ、（24）電気スペクトル密度センサ、（25）電気位相雑音センサ、（26）電気振幅ノイズセンサ、（27）トランスコンダクタンスセンサ、（28）トランスインピーダンスセンサ、（29）電力利得センサ、（30）電圧利得センサ、（31）電流増幅率センサ、（32）周波数センサ、（33）電荷センサ（振動片、弁、またはソリッド・ステート・エレクトロメータなどのエレクトロメータ）、（34）デューティサイクルメータ、（35）デシベル計、（36）ダイオードとトランジスタ特性センサ（例えば、降下、電流利得、または他のダイオード/トランジスタのパラメータの測定のために）を含むことができる。
【１０７３】
XV. 他のセンサ
ELR材料から少なくとも一部が形成されているコンポーネントを含む他のセンサの非網羅的例は、以下の通りである。すなわち、他のセンサは、おねしょアラーム、露点警告アラーム、魚カウンタ、フックゲージ蒸発計、全天日射計、放射計、雨量計、雨センサ、スノウゲージ、ストリームゲージ、潮ゲージ、空燃比計、クランクセンサ、カーブフィーラ、欠陥検出器、エンジン冷却水温センサ、マニホルド絶対圧力（MAP）センサ、パーキングセンサ、レーダーガン、速度計、スロットルポジションセンサ、タイヤ空気圧監視センサ、トランスミッション液温度センサ、タービン回転数センサ、車速センサ、車輪速度センサ、対気速度インジケータ、高度計、姿勢インジケータ、深さゲージ、慣性基準ユニット、磁気コンパス、MHDセンサ、リングレーザジャイロスコープ、コーディネーター、バリオメーター、振動構造ジャイロスコープ、ヨーレートセンサを含む。
【１０７４】
ELRコンポーネントまたは適切な実装を持つ追加センサ
上記のように、センサにELR材料を採用することにより、センサは、同じ条件で従来の最良の導体よりも桁違いに低い抵抗を与え、それによって、非常に高いセンサ性能がもたらされる。また、このようなセンサは、より小さく、よりコンパクトな形態で製造することができる。
【１０７５】
実際は、多くのセンサは、半導体チップの製造工程と共通する、本明細書に記載の薄膜製造技術を用いて製造することができる。ELR材料を用いたセンサの多くは、単層デバイスとして製造することができる。従って、このようなセンサを製造する処理ステップは、フォトリソグラフィ、イオンミリング、接触メタライゼーション、およびダイシング（又は均等物）のみを含むように簡略化する。実際、ELR材料に要求されるパスの幅またはELR材料で作製されるパスの幅は、現在の最先端の半導体製造技術で使用されるほとんどの幅よりも大きいので、従来の製造技術で十分である。しかし、チップは、最小スケールの製造技術を用いて作製してもよい、この技術は、付加センサまたは他の回路のために、チップ上に大きな余地を残すことができる。レイアウトや距離の問題による制限がより少ないので、回路設計者は、より緻密で迅速なチップ設計をすることができる。
【１０７６】
本明細書に記載のセンサの一部は、単一チップ（例えば、MEMS、シリコンまたは他の半導体チップ）上に論理回路、RFコンポーネント、アナログ回路等の他のコンポーネントと共に一体的にしばしば集積される。オンチップセンサを使用することにより、チップは明らかに改善された性能から恩恵を受ける可能性がある。チップ内でELR材料を使用することにより、チップは回路のより大きな密度を享受することができる。例えば、ELR材料を使用することにより、チップは、より少ない熱損失を享受し、ライン当たりより多くの電流を移動することができるので、より薄い導電線を用いることができる。電流が各ラインをより少なく移動するので、隣接するライン上で、センサ上で、および他の回路上でEMFの影響を低減することができる。線ばかりでなく相互接続もまたELR材料から作製することができる。さらに、信号のライン損失が大幅に低減されるので、信号は増幅することなく送信することができる。また、ELR材料の非常に低い抵抗を考慮すると、相互接続されたセンサまたはセンサコンポーネント間の距離は、ほとんど抵抗損失なしで非常に長く（数千メートルなど）行うことができる。従って、検出システムもまた、現在可能であるよりもはるかに長い距離にわたって分散させることができる。
【１０７７】
いくつかの例では、センサは、センサが動作するように設計された温度範囲内で変化する動作特性を有するELR材料を含んでもよい。センサ（及びELR材）の応答挙動を決定することができることを考慮すると、理解されるように、このような挙動をセンサの温度範囲で補償することができる。
【１０７８】
図88-Lを参照するとは、例示のシステム8800は、温度制御回路8815に結合された回路8810と論理回路8820を含む（図88-Lに様々なブロックが相互接続されているが、より少ない相互接続も可能である）。回路8810は、本明細書に記載のELR材料から少なくとも一部が形成されたセンサを1つまたはそれ以上を使用する。論理回路は、温度制御回路を制御し、温度制御回路は、次に、回路8810を冷却する極低温または液体ガス冷却器などの冷却器/冷凍機を制御する。従って、システム8800の感度や応答を増加または減少させるために、論理回路8820は、回路8810の温度を減少させるか、または増加させるために温度制御回路8815に信号を送信する。結果として、ELR材料を使用する回路8810は、ELR材料に導電性の増加または減少を引き起こし、それによって、回路の感度や応答を増加または減少させる。
【１０７９】
個別のセンサが示されているが、センサは、センサバンク、マルチプレクサ、または他のより複雑なセンサシステム、グリッド又はアレイを形成するために一緒に結合することができる。本明細書に記載のセンサの他のカテゴリと同様に、ELR材料を用いるセンサレイの様々な構成は可能であり、この構成は設計されるセンサレイ又はマルチセンサシステムの種類に依存する。本明細書に記載のELR材料は、本明細書に記載のセンサおよび原理の２つ以上の組み合わせを含む複雑なセンサシステムにおいて、たとえそれらの組み合わせが明示的に記述されていなくても、使用することができる。いくつかの例では、複雑なセンサシステムは、2つ又はそれ以上の異なる又は異種のセンサは、単純に類似または同質ではないセンサを使用することができる。いくつかの例では、センサシステムまたはセンサアレイは、ELR材料ですべて形成されたかなり均質なセンサを含むか、又は、異なる種類のセンサの不均一な混合物であり、いくつかがELR材料でないものから形成され、異なるセンサと異なる材料の組合せを含む。いくつかの例では、複雑なセンサシステム又はセンサアレイは、ELR材料を主成分として形成された、2つまたはそれ以上の均質なセンサから形成された2つまたはそれ以上のセンサを使用してもよいし、ELR材料を主成分として形成された、2つまたはそれ以上の不均質のセンサ、および/または、2つまたはそれ以上の従来の導電体とELR材料の両方から形成された均質/不均質のセンサを使用してもよい。
【１０８０】
ELR材料から部分的にまたは排他的に形成されたコンポーネントを使用するセンサの具体例は、本明細書に記載されているが、当業者は種々のセンサ構成が上記リストされたコンポーネントのような、電流を伝導するか信号を受信するかまたは電磁信号を送信または変更するためのELRコンポーネントを採用してもよいことを理解するであろう。
【１０８１】
いくつかのセンサに対して、適切な幾何学的形状、配線、回路、および構成が、本明細書に記載されているが、理解されるように、他の多数の形状、配線、回路、および構成もまた可能である。本出願において、ELR材料、センサ、原理の様々な例が提供された当業者は、ELR材料から全部または一部が形成された1つまたはそれ以上のコンポーネントを有するセンサを過度の実験をせずに実現することができるであろう。
【１０８２】
いくつかの実施例では、変更されたELR材を含むセンサは、以下のように説明することができる。
【１０８３】
センサであって、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料を少なくとも部分的に組み込んで形成されるコンポーネントを含む、少なくとも一つのトランスデューサを含み、前記トランスデューサは、条件を検出して出力を生成し、前記ELR材料は、ELR材料からなると第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層とを有するELR膜で形成されていることを特徴とするセンサ。
【１０８４】
物質の位置または変位を検出するための装置であって、物質の位置または変位を機械的、電気的に検出するように構成されたトランスデューサシステムを有し、前記トランスデューサシステムは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成された導電性コンポーネント、又は、前記変更されたELR材料を少なくとも部分的に組み込んだ前記導電性コンポーネントを有し、前記トランスデューサシステムは、前記物質の位置または変位に応答して、第2の出力信号を生成し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなると第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2部分を有する変更されたELR部分から形成されていることを特徴とする装置。
【１０８５】
流体のレベルを検出するための装置であって、流体のレベルを検出するように、機械的、電気的に結合されたトランスデューサシステムを有し、前記トランスデューサシステムは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成されたコンポーネント、又は、前記変更されたELR材料を少なくとも部分的に組み込んだ前記コンポーネントを有し、前記トランスデューサシステムは前記流体のレベルに応答して可変インピーダンスを生成し、前記ELR材料は、ELR材料からなると第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層とを有する変更されたELR膜で形成されていることを特徴とする装置。
【１０８６】
物体、流体または物質の位置を検出するための装置であって、前記装置は、可動部材を介して前記物体、流体または物質の位置を検出するように機械的に結合された電位差センサを含み、前記電位差センサは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成されたコンポーネント、又は、前記変更されたELR材料を少なくとも部分的に組み込んだ前記コンポーネントを有し、前記電位差センサは、前記物体、流体または物質の前記位置に対する可動部材の機械的な動きに応答して、可変インピーダンスを生成し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなると第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層とを有する変更されたELR部分から形成されていることを特徴とする装置。
【１０８７】
物体の位置を検知するセンサであって、前記センサは、前記物体の位置に対応して変位する、または、前記物体との接触に応答して変位するように構成された少なくとも一つの変位可能な部材と、前記変位可能な部材の上に形成された、または、前記変位可能な部材に結合されたトランスデューサと、を含み、前記トランスデューサは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成された、または、前記変更されたELR材料に少なくとも部分的に組み込まれた静電容量センサを含み、前記静電容量センサは、前記変位可能な部材に対する前記物体の変位に応答して可変インピーダンスを生成し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなると第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜で形成されていることを特徴とするセンサ。
【１０８８】
誘導センサであって、少なくとも1つのコイルと、磁場源と、を有し、前記少なくとも1つのコイルと前記磁場源とは、インダクタンスがその間で相互に誘導されるように、誘導的に一緒に結合され、前記少なくとも1つのコイルと前記磁場源のうちの少なくとも1つは、少なくとも変更された非常に低い抵抗（ELR）ナノワイヤの一部から形成され、前記変更されたELRナノワイヤは、ELR材料からなると第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜で形成されていることを特徴とする誘導センサ。
【１０８９】
ホール効果センサであって、電流を搬送するように構成された少なくとも1つの導電部と、磁場源と、を有し、前記磁場源は、前記少なくとも1つの導電部に対して前記電流に対する横方向電位の変化を示す検出信号を誘導するように配置され、前記少なくとも1つの導電部と前記磁場源のうちの少なくとも1つは、少なくとも一部が変更された非常に低い抵抗（ELR）テープまたはナノワイヤから形成され、前記変更されたELRテープまたまたはナノワイヤは、ELR材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されていることを特徴とするホール効果センサ。
【１０９０】
物体の占有又は物体の動きを検出するためのセンサであって、前記センサは、トランスデューサを有し、前記トランスデューサは、検出領域近くに、かつ少なくとも部分的に変更された非常に低い抵抗（ELR）材料を組み込んだ導電表面を有し、前記トランスデューサは、前記検出領域中の物体から摩擦フィールドを受信し、それに応答して検出信号を生成するか、または、前記検出領域中にいる前記物体に対する静電容量の変化を検出し、それに応答して検出信号を生成し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなると第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜で形成されていることを特徴とするセンサ。
【１０９１】
角速度センサであって、少なくとも二つのコイルと、前記二つのコイルに対して移動できる磁場源と、を有し、前記少なくとも二つのコイルと前記磁場源とは、前記二つのコイルに対する前記磁場源の速度が対応する出力信号を出力するように一緒に誘導結合され、前記二つコイルと前記磁場源のうちの少なくとも1つは、少なくとも一部が変更された非常に低い抵抗（ELR）ナノワイヤから形成され、前記変更されたELRナノワイヤは、ELR材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されていることを特徴とする角速度センサ。
【１０９２】
物体上の力や歪みを検出するための装置であって、トランスデューサシステムを有し、前記トランスデューサシステムは、前記物体上に機械的に加えられた力またはひずみを検出し、中間出力を生成するように構成された第１トランスデューサと、前記中間出力を電気的に受信し、前記物体に加えられた前記力または歪みを示す前記中間出力に応答して検出信号を生成するように構成された第２トランスデューサと、を有し、前記第１及び/又は第２トランスデューサは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成された導電コンポーネント、又は、前記変更されたELR材料を少なくとも部分的に組み込んだ前記導電コンポーネントを有し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなると第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR部分から形成されていることを特徴とする装置。
【１０９３】
接触力を検出するための触覚センサであって、前記触覚センサは、接触力に応答して変位するように構成された少なくとも一つの変位可能な部材と、前記変位可能な部材上に形成されるか、または前記変位可能な部材に選択的に結合されたトランスデューサと、を有し、前記トランスデューサは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成されたセンサ、又は、前記変更されたELR材料を少なくとも部分的に組み込んだ前記センサを有し、前記センサは、定常状態またはデフォルトインピーダンスとは異なる前記接触力に応答してインピーダンスを生成し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなると第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されていることを特徴とする触覚センサ。
【１０９４】
圧力センサであって、構造内に保持され、変位可能な部材に作用する流体の圧力に応答して変位するように構成された少なくとも1つの変位可能な部材と、前記変位可能な部材上に形成されるか、または前記変位可能な部材に選択的に結合されたトランスデューサと、を有し、前記トランスデューサは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成された圧力センサ、又は、前記変更されたELR材料を少なくとも部分的に組み込んだ前記圧力センサを有し、前記センサは、接触力に応答してインピーダンスを生成し、前記生成したインピーダンスは、定常状態またはデフォルトインピーダンスとは異なり、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなると第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されていることを特徴とする圧力センサ。
【１０９５】
加速度センサであって、少なくとも二つのコイルと、前記二つのコイルに対して移動可能な磁場源と、を有し、前記二つコイルと前記磁場源は、前記コイルに対する前記磁場源の加速が対応する出力信号を出力するように一緒に誘導結合され、前記二つコイルと前記磁場源のうちの少なくとも1つは、少なくとも変更された非常に低い抵抗（ELR）ナノワイヤの一部から形成され、前記変更されたELRナノワイヤは、ELR材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されていることを特徴とする加速度センサ。
【１０９６】
流体の流れを検出するための装置であって、前記流体が流れる構造内に保持され、変位可能な部材に作用する流体の圧力に応答して変位するように構成された少なくとも一つの前記変位可能な部材と、前記変位可能な部材上に形成されるか、または前記変位可能な部材に選択的に結合されたトランスデューサと、を有し、前記トランスデューサは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成されたセンサ、又は、前記変更されたELR材料を少なくとも部分的に組み込んだ前記センサを有し、前記センサは、前記流れに応答して可変インピーダンスを生成し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなると第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されていることを特徴とする装置。
【１０９７】
装置であって、電流を運ぶ第１導電路と、音響センサと、を有し、前記第１導電路および/または前記音響センサは、非常に低い抵抗（ELR）材料を有する第1部分と、前記ELR材料の抵抗を下げる第1部分に結合された第2部分と、を有し、前記第１導電路および/または前記音響センサに対する音響信号は、前記センサ内の変更されたインピーダンスを示す検出信号を誘導することを特徴とする装置。
【１０９８】
湿気または水分のセンサコンポーネントであって、前記センサコンポーネントのための導電性エレメントの少なくとも一部を含む表面上に形成された、間隔を空けて配置されている一対の導電路を有し、前記導電路の少なくとも１つが、ELR材料からなる第1部分と、前記第1部分の前記ELR材料に化学的に結合した変更する材料からなる第2部分と、からなり、前記導通路間で接触する水分または湿気は、センサ出力信号として前記導電路間の異なるインピーダンスを誘導することを特徴とする湿気または水分のセンサコンポーネント。
【１０９９】
放射線または粒子センサであって、入射放射線又は原子粒子を受け取り、それに応答して光を生成するように配置された少なくとも一つの発光物質と、前記発光物質に対して配置され、前記生成した光に応答して出力信号を生成するように構成された少なくとも1つの感光性部材と、を有し、前記感光性部材および/または導電性部材は、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から全部または一部が形成されており、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなると第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されていることを特徴とする放射線または粒子センサ。
【１１００】
温度を検出するための装置であって、温度を検出するように構成された変換器を有し、前記変換器は、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成された少なくとも一つの導電コンポーネント、または前記変更されたELR材料を部分的に組み込んだ前記少なくとも一つの導電コンポーネントを有し、前記変換器のシステムは、前記温度に応答して可変インピーダンスを生成し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなると第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されていることを特徴とする装置。
【１１０１】
化学センサコンポーネントであって、前記化学センサコンポーネントの導電性エレメントの少なくとも一部を含む表面上に形成された、間隔を空けて配置されている一対の導電路を有し、前記導通路の少なくとも１つが、ELR材料からなる第1部分と、前記第1部分の前記ELR材料に化学的に結合した変更する材料からなる第2部分と、からなり、前記導電路の間で接触している化学物質は、対応する出力信号として前記導電路間の異なるインピーダンスまたは電気的応答を誘導することを特徴とする化学センサコンポーネント。
【１１０２】
受信した光信号を検出するための光センサであって、前記光信号を受信し、それに応答して出力信号を生成するように配置された少なくとも一つの感光部材と、出力端子を形成する少なくとも1つの導電性部材と、を有し、前記感光性部材および/または前記導電性部材は、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成されるか、または、前記変更されたELR材料からその一部が形成され、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されていることを特徴とする光センサ。
【１１０３】
電流センサ、電圧センサ又は電界センサであって、電流を運ぶように構成された少なくとも1つの導電部と、磁場源と、を有し、前記磁場源は、検出された電流、電圧又は電界を示す検出信号を誘導するように、前記少なくとも1つの導電部に対して配置され、前記少なくとも1つの導電部と前記磁場源のうちの少なくとも１つは、変更された非常に低い抵抗（ELR）テープまたはナノワイヤのすくなくとも一部に形成され、前記変更されたELRテープ又はナノワイヤは、ELR材料からなると第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されていることを特徴とする電流センサ、電圧センサ又は電界センサ。
【１１０４】
システムであって、複数のセンサエレメントのアレイを含み、各センサエレメントは、センサを形成するかまたはセンサに結合された、1つ又はそれ以上の導電エレメントを有し、前記1つまたはそれ以上の導電性エレメントの少なくとも一部は、ELR材料からなると第１層と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、から形成された第1材料からなることを特徴とするシステム。
【１１０５】
システムであって、論理回路またはアナログ回路と、前記論理回路またはアナログ回路に結合された、少なくとも１つのセンサエレメントと、を有し、前記センサエレメントは、1つまたはそれ以上の導電エレメントを含み、前記1つまたはそれ以上の導電エレメントは、外部から受信された刺激の検出された量、プロパティ、または状態に応答してセンサ信号を出力するように形成されたジオメトリを含み、前記１つまたはそれ以上の導電エレメントの少なくとも一部は、ELR材料からなると第１部分と、前記第1層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2部分と、から形成された導電材料からなることを特徴とするシステム。
【１１０６】
第12章 ELR材料で形成されたアクチュエータ
本章の説明は、図1-36と図37-M〜図50-Mを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【１１０７】
非常に低い抵抗（ELR）材料を使用する様々な種類のアクチュエータが本明細書に記載されている。以下に記載するアクチュエータの種類では、少なくとも一つのトランスデューサと少なくとも1つの導体（入力および/または出力リード線または端末など）を含むアクチュエータが変更されたELR材料で形成される。他の種類のアクチュエータでは、膜、テープ、箔、ワイヤ、ナノワイヤ、トレース、他の導体が基板上に形成されるか、または基板上に配置される。ここで、膜、テープ、箔、ワイヤ、ナノワイヤ、トレース、他の導体は、変更されたELR材料を使用する。他の種類のアクチュエータは、アクチュエータ又はトランスデューサ自体の特定のコンポーネントが変更されたELR材料を使用して構成されている。
【１１０８】
アクチュエータにおけるELR材料の使用について以下に詳細に説明する。一般的に、多くのアクチュエータの構成が可能であり、設計者にとっての設計事項は、変更されたELR材料で形成されたアクチュエータまたは変更されたELR材料に接続されたアクチュエータを実現することである。実際に、従来のアクチュエータの設計を支配する原理は、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いたアクチュエータを製造するためにも適用することができる。従って、いくつかのアクチュエータの形状を本明細書で示し記載するが、他の多くは、もちろん可能である。また本明細書の説明では、特定のアクチュエータシステムが、どのように変更されたELR材料から形成された特定のコンポーネントを使用することができるかについて強調しているが、変更されたELRコンポーネントのこれらの実施例は例示であり、網羅的でないことが意図される。本開示の様々な例を供給される当業者は、変更されたELR材料から形成される同じまたは同様のアクチュエータシステム内の他のコンポーネントを識別することができるであろう。
【１１０９】
アクチュエータコンポーネントの中及び間で変更されたELR材料を使用することにより、格別の効率を提供することができる理想に近いアクチュエータを実現することができる。従来の方法で製造される場合のアクチュエータの性能は、通常は、導電ライン又はエレメントの内部抵抗により影響を受けるが、そのような線がELRテープ、ELR膜、ELR箔、ELRワイヤ、ELRトレース、ELRナノワイヤ、および/または変更されたELR材料を使用する他のELR導体を使用して製造される場合は、そのような抵抗は無視できる。同様に、インダクタのようにワイヤまたはコイルによって引き起こされる抵抗は、ELR材料の様々の構成を採用することによって無視できるようになるこ。
【１１１０】
いくつかの例では、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いるアクチュエータは、従来のHTS材料の転移温度と室温の間の温度で電流の流れに対して非常に低い抵抗を示すことができる。いくつかの実施例では、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いるアクチュエータは、150K以上の温度で、又は本明細書に記載の他の温度で電流の流れに対して非常に低い抵抗を示すことができる。これらの例では、アクチュエータは、特定の変更されたELR材料の臨界温度までアクチュエータエレメントを冷却するために使用される冷却システム（図示せず）を含むことができる。例えば、冷却システムは、アクチュエータ中の少なくともELR材料を例えば、液体フロン、または本明細書に記載の他の温度と同じ温度まで冷却することが可能なシステムである。すなわち、冷却システムは、アクチュエータ中で使用される変更されたELR材料の種類や構造及びそれが適用され用途に基づいて選択することができる。
【１１１１】
図37-Mを参照すると、アクチュエータ3700の基本的な例が示されている。アクチュエータ3700は、入力信号又は制御信号3710を受信する、少なくとも一つのトランスデューサ3705を含む。アクチュエータ3700はまた、前のトランスデューサからの出力を受け取ることができる1つまたはそれ以上の追加のトランスデューサ3715を含んでもよい。トランスデューサ3705（または最後のトランスデューサ3715）は、物体を移動するまたはいくつかの物理的な結果を生成するために、出力エネルギーまたは力3720を生成する。
【１１１２】
アクチュエータは、トランスデューサ3705への入力信号を変調または制御するために制御3710にフィードバックされるフィードバック3725を含むことができる。フィードバック3725が示されている間、各トランスデューサがそのトランスデューサの出力に関する後続のトランスデューサ情報を提供するフィードフォワードシステムを採用することができる。フィードバック、フィードフォワード、または両方のアクチュエータシステムのいぞれも、例えば、アクチュエータを制御するのに有用な変位、動き、又は他の変数を送信するために。1つまたはそれ以上のセンサを含むことができる。
【１１１３】
一般的に、アクチュエータ3700は、物質の流れ（またはエネルギー）を制御し、したがって、トランスデューサ3705は、コントロール3710によって制御されるエネルギーコントローラまたはエネルギー変換である。本明細書で説明するように、多数のアクチュエータとアクチュエータシステムが可能である。これらは、電磁アクチュエータ（電気的/機械的整流子付きモータ等）、流体動力アクチュエータ（比例弁、切替弁、流体動力モータ等）、電気アクチュエータ（ワックス等かなどが可能である金属水素化物アクチュエータ）、形状記憶合金アクチュエータ、圧電アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、磁流/磁性流体、およびマイクロアクチュエータを用いたアクチュエータを含む。
【１１１４】
アクチュエータシステムの詳細を説明する前に、アクチュエータシステムを配置するいくつかのアプリケーションについて説明する。図38-Mは、アクチュエータ3700を用いる装置又はシステム3750の一例を示す図である。システム3750は、ポートまたは他の入力/出力コンポーネントを介して信号3760を受信する（または送信する）。アクチュエータ3700、論理回路および/またはアナログ回路3765、電源3775、および/または、入力/出力（I/O）コンポーネント3770を含むことができる。そのいずれかは、ハウジング3755内に含まれるか、またはユニットとして集約することができる。システム3750はまた、1つまたはそれ以上の追加のアクチュエータ3780を含むことができる。
【１１１５】
システム3750は、多くの形態を取ることができる。一例では、装置は、ハードディスクドライブを持つラップトップ、タブレットまたは他の携帯型電子機器である。この例では、電源3775は、電池であり、アクチュエータシステム3700は、ディスクドライブの読み書きヘッドモータまたはスピンドルモータ回路の一部を形成することができる。論理回路3765は、プロセッサおよびメモリを含み、I/O 3770は、キーボードまたはキーパッド、ポインティング装置、表示装置、マイクロフォン、スピーカ、ボタン、加速度計、又は他の既知のエレメントを含むことができきる。携帯型電子デバイスのこの例における多くの他の周知のコンポーネントは、もちろん使用可能であるが、それらは容易に当業者には理解されるため図示しない。
【１１１６】
別の例では、システム3750は、セル・サイトのための携帯電話/受信機/送信機/送受信器である。この例では、電源3775は、公共電力会社、バック発電機、電池、太陽電池等から電力を引くことができる。この例では、論理回路3765は、ワイヤレス通信を容易にするためのRF回路を含むことができる。システムは、アンテナ、空洞フィルタ、などのフィルタを含むことができ、アクチュエータは、フィルタ用のチューナの一部を形成する。
【１１１７】
さらに別の例では、システム3750は、医療や科学装置の一部を形成する。装置は、論理回路3765によって、1つまたはそれ以上のセンサから信号を受信し、それらの信号を処理し、処理された出力信号を生成し、アクチュエータシステム3700を使用して、内視鏡、手術ロボット、心臓ペースメーカ等のような医療装置コンポーネントを操作するなどの物理的な世界にいくつかの出力を実行することができる。もちろん、多くの他の例も可能である。
【１１１８】
アクチュエータの用途および実施例は、単一のモノリシックチップからマルチアクチュエータ・アレイシステムで使用されるような複数のボックスまたはデバイスを使用する大規模アプリケーションまでの範囲で本明細書に記載している。例えば、チップ上のマイクロアクチュエータとして実装された場合、システムは、論理回路と一緒に形成される1またはそれ以上のアクチュエータを含んでもよく、また、アナログ回路、メモリ、入力/出力回路等の他のコンポーネントを含んでもよい。実際、上述したアクチュエータの多くは、ウェーハ基板などの基板上にマイクロストリップ技術を用いて形成することができる。したがって、アクチュエータの多くは、本明細書に記載される薄膜製造技術などを用いて作製することができる。その技術のすべては、微小電気機械システム（MEMS）の製造、半導体チップ製造に共通である。変更されたELR材料を用いるアクチュエータの多くは、単層デバイスとして製造することができるので、そのようなアクチュエータを製造する処理工程は、蒸着、フォトリソグラフィ、イオンミリング、接触メタライゼーション、およびダイシング（又はその等価物）のみを含むように簡略化される。いくつかの例では、チップは、1.3ナノメートルスケール技術などの最小スケールの製造技術を用いて作製することができる。この製造技術は、追加のアクチュエータまたは他の回路のためにチップ上に大きな余地を残すことができる。レイアウトや距離の問題による制限がより少ないので、回路設計者は、より緻密で迅速なチップ設計をすることができる。
【１１１９】
本明細書に記載のアクチュエータの一部は、単一チップ上にRFコンポーネント、アナログ回路等他のコンポーネントとともに一体的に集積されてもよい。オンチップセンサを使用することにより、チップは明らかに改善された性能から恩恵を受ける可能性がある。チップ内でELR材料を使用することにより、チップは回路のより大きな密度を享受することができる。例えば、ELR材料を使用することにより、チップは、より少ない熱損失を享受し、ライン当たりより多くの電流を移動することができるので、より薄い導電線を用いることができる。ほとんど、あるいはまったく抵抗がないので、ドライバーは信号を切り替えるために少しの電流しか必要としない。電流が各ラインをより少なく移動するので、隣接するライン上での、センサ上での、および他の回路上でEMFの影響を低減することができる。線ばかりでなく相互接続もまたELR材料から作製することができる。さらに、信号のライン損失が大幅に低減されるので、信号は増幅することなく送信することができる。
【１１２０】
変更されたELR材料を用いた電磁アクチュエータ
電気および/または磁気的エネルギーを仕事に変換し、多くの場合、仕事を電気または電磁エネルギーに変換することができる様々な種類の電気機械アクチュエータが存在する。最も一般的な例の1つは、様々なモータを備えている。一つの簡単な例は、限定された範囲のリニアモータである。図39-Mは、ムービングコイルアクチュエータ3900の断面図を示す。図示のように、アクチュエータ3900は、移動可能な誘導コイル3910に結合された移動表面3905（ダイアフラム、スピーカコーンなど）を含む。その全体または一部は、変更されたELR材料から形成することができる。一例では、アクチュエータ3900は、オーディオスピーカである。コイル3910が通電されるか又は信号（アナログ音声信号など）を受信すると、表面3910は変位し、音響波を形成する。コイル3910は、電磁誘導によりコイルの代表的な変位を横切って提供される、変化する出力電圧に応答して固定された磁石3915の磁場内で（図に対して）左右に移動する。
【１１２１】
回転運動電気機械アクチュエータなどの他のモータ、スイングアーマチュアアクチュエータ、他の限られた動きの電気機械アクチュエータと同様に、"ボイスコイル型"モータの他の例も可能である。一般に、これらの電気機械アクチュエータは少なくとも1つのインダクタを含む。後述するように、インダクタは、コア、コイル状に構成され、少なくとも部分的にコアを取り囲んでいる、変更されたELRナノワイヤまたはテープを含むことができる。
【１１２２】
変更されたELR材料を有するインダクタ
図38B-Mは、変更されたELR材料を有するインダクタ3830を示す概略図である。インダクタ3830は、コイル3834とコアを含み、コアは、この例では、空芯コイル3832である。コイル3834が電流を運ぶとき（例えば、ページの右方向）、磁場3836は、コア3832中に生成する。コイルは、ELR材料のベース層（例えば、変更されていないELR材料）と、ベース層上に形成された変更する層と、を有する膜から形成されるか、または、変更されたELR材料から少なくとも部分的に形成される。様々な適切な変更されたELR材料は、本明細書に詳細に記載されている。
【１１２３】
電池または他の電源（図示せず）は、コイル3834に電圧を印加して、コイル3834内に電流を流すことができる。変更されたELR材料から形成された、コイル3834は、従来のHTS材料で要求される温度、例えば150Kよりも高い温度で、または、室温又は周囲温度（294K）、または本明細書に記載の他の温度よりも高い温度で電流の流れに対してほとんど又は全く抵抗を示さない。コイル中の電流流れは、コア3832内に磁場を生成し、磁場は、エネルギーを貯蔵する、エネルギーを転送する、エネルギーを制限するために使用することができる。
【１１２４】
インダクタ3830はELR材料で形成されたコイル3834を含むため、インダクタは理想的なインダクタと同様に作用することができる。ここでは、コイル3834は、コイル3834を通る電流にかかわらず、従来の導電性コイル（銅コイルなど）を有するインダクタ内で通常見いだされる巻線抵抗または直列抵抗による損失がほとんどあるいは全くない。つまり、インダクタ3830は、非常に高い品質（Q）因子（無限大に近い等）示すことができる。品質（Q）因子は、与えられた周波数での抵抗に対する誘導リアクタンスの比、すなわち、Q =（誘導性リアクタンス）/抵抗である。
【１１２５】
一例では、コア3832は、追加の材料を含んでおらず、インダクタ3830は、スタンドアローン・コイル（図38B-Mに示すコイルなど）のようなソリッドコアが無いコイルである。別の例では、コア3832は、プラスチックまたはセラミック材料などの非磁性材料（図示しない）で形成されている。コアの材質や形状は様々な因子に基づいて選択することができる。例えば、空気の透磁率よりも高い透磁率を有するコア材料を選択すると、一般的に発生する磁場3836を増加させ、したがって、インダクタ3830のインダクタンスを増加させる。別の例では、コア材料を選択することは、高周波用途内でコア損失を低減したいという欲求に依存するかもしれない。当業者であれば、所望の特性および/または動作特性を得るために、コアが多くの異なる材料と異なる形状で形成されることを理解するであろう。
【１１２６】
例えば、図38C-Mは、変更されたELR材料を用いる磁気コアのインダクタ3840を示す。インダクタ3840は、コイル3842及び強磁性材料からなるコアなどの磁気コア3844を含む。コイル3842内の電流の流れは、コア3844内に磁場3846を生成し、磁場は、エネルギーを貯蔵する、エネルギーを輸送する、エネルギーを制限するために使用することができる。強磁性材料で形成されている磁気コア3844は、生成される磁場3846内の磁性材料の透磁率が空気の透磁率より高いため、インダクタ3840のインダクタンスを増加させ、したがって、いる磁性材料の磁化により磁場3846の形成をより支持する。例えば、磁気コアは1、000倍以上の係数でインダクタンスを増加させることができる。
【１１２７】
インダクタ3840は、磁気コア3844内で様々な異なる材料、例えば、鉄、フェライトのような強磁性材料を利用する、および/または、例えば珪素鋼板ラミネーションのような積層された磁性材料で形成してもよい。当業者は、インダクタ3840のニーズや要件に応じて、他の材料を用いることができることを理解するであろう。
【１１２８】
また、磁気コア3844（したがって、インダクタ3840）は、異なる様々な形状に構成することができる。いくつかの例では、磁気コア3844は、ロッドまたはシリンダであってもよい。いくつかのケースでは、磁気コア3844は、ドーナツまたはトロイドであってもよい。いくつかのケースでは、磁気コア3844は、可変インダクタンスを実現するために、インダクタ3840を移動可能にしてもよい。当業者は、インダクタ3840のニーズや要件に応じて、他の形状および構成を用いることができることを理解するであろう。例えば、磁気コア3844は、渦電流および/またはヒステリシス、および/またはインダクタンスの非線形性によるコア損失などの様々な欠点を制限するように構成することができる。
【１１２９】
理解されるように、コイル3834の構成は、インダクタンスなどの特定の性能特性に影響を与えることができる。例えば、コイルの巻き数、コイルの断面積、コイルの長さなどは、インダクタのインダクタンスに影響を及ぼすかもしれない。一例で示したが、インダクタ3830は、特定の性能特性（インダクタンス値等）を達成するために、特定の好ましくない影響（表皮の影響、近接の影響、寄生容量）を低減するために、様々な方法で構成してもよい。
【１１３０】
いくつかの例では、コイル3834は、互いに平行な多数のターンを含むことができる。いくつかの例では、コイルは、互いに異なる角度の数ターンを含むことができる。これにより、コイル3834は、様々な異なる構成に形成することができる。例えば、互いに様々な角度で連続的に十字形に巻くハニカムまたはバスケット織りパターン、互いに間隔を空けて配置された平坦なスパイラルコイルで構成されている蜘蛛の巣パターン、種々のストランドが互いに絶縁されているリッツ線で形成することができる。
【１１３１】
また、薄膜インダクタは、本明細書に記載のELR材料を利用することができる。図38D-Mは、変更されたELR材料から形成された薄膜コンポーネントを用いるインダクタ3850を示す概略図である。インダクタ3850は、基板3854（プリント回路基板、IC実装基板等）上に形成されたコイル3852、およびオプションの磁気コア3856を含む。基板3854上に堆積される、変更されたELR材料のコイル3852は、インダクタを使用するデバイスまたはシステムのニーズに応じて、様々な構成および/またはパターンで形成することができる。さらに、任意の磁気コア3856は、図示のように基板3854上に堆積されてもよいし、コイル3852の上方及び/又は下方に位置する板コア（図示せず）であってもよい。
【１１３２】
変更されたELRの材料を用いる容量変位アクチュエータ
インダクタに加えて、アクチュエータ又は関連回路で使用されるようなコンデンサを本明細書に記載の変更されたELR材料を用いて形成することができる。確かに、インダクタで使用された同じ原則のいくつかは、コンデンサでも同様に適用することができる。2電荷間に働く静電力は、電荷間の距離に反比例し、大規模では、その力は無視できるが、後述するように、より小さいスケールでは、その力は利用できる。静電力を使用した簡単なアクチュエータは、電圧がそれらの間に印加されるとき、平行電極に向かって引き寄せることができる可動プレート又はビームを含むことができる。可動プレートまたは電極は、機械的バネによってつるすことができ、微細加工ビームであり得る。電圧が電極間に印加されると、各プレート上の反対の電荷が互いに引き付ける。
【１１３３】
図41-Mを参照すると、単純な平行板コンデンサ4100の例が示されている。この例では、コンデンサは導電性のプレートまたは領域4106、4108に接続される入力端子4102と出力端子とと4104を含む。導電板/領域は誘電体4110で、少なくとも部分的に充填された距離だけ分離されている。誘電体は、空気、又は、絶縁体、電解物、他の材料または他の化合物のようなコンデンサで使用される他の既知の誘電体であってもよい。
【１１３４】
プレート/領域4106及び4108は、変更されたELR材料を用いることができる。代替的に又は付加的に、入力端子4102と出力端子4104は、変更されたELR材料を用いることができる。単純な平行平板コンデンサが示されているが、コンデンサの任意の形態は、半導体チップ上に形成されたものなどを用いることができる。
【１１３５】
いくつかの例において、アクチュエータ3700は、少なくともナノワイヤ、ワイヤ、テープ、薄膜、箔、トレースまたは変更されたELR材の他の形態から部分的に形成された容量プレートまたは容量構造を備える容量変位アクチュエータを含むことができる。たとえば、図42A-Mに示す2プレートモノポールアクチュエータ4200は、誘電体（例えば、空気）によって可動板4210から分離された固定された基準プレート4205を有する。図42B-Mおよび図42C-Mに示すように、２プレートモノポールアクチュエータは、MEMS技術を用いて実現することができる。例えば、可動検知プレート4210は、固いサスペンション4225を有する微細加工された基準板4205に対して移動することを可能にする柔軟なサスペンション4220によって支持されるように微細加工されてもよい。
【１１３６】
図42C-M〜図42A-Mに示す静電容量変位アクチュエータの例示の構成は、すべてを網羅することを意図しておらず、1つまたはそれ以上の容量プレートまたはエレメントを変位させるために変化した電圧入力を使用して動作させる容量プレートまたはエレメントのあらゆる構成を使用することができる。例えば、プレートの形状（例えば、シリンダ）を有する他の容量エレメントを用いることができる。いずれの構成でも、容量プレートまたはエレメント（又は他のアクチュエータのエレメント）のうちの1つまたはそれ以上は、完全にまたは部分的に変更されたELR材料から形成することができる。
【１１３７】
変更されたELR材料を用いる圧電/ピエゾ磁気/磁歪アクチュエータ
圧電アクチュエータは、電場の存在下で膨張又は収縮する石英などの特定な材料を使用する（類似の特性は、機械的エネルギーを磁気エネルギーを変換する圧電アクチュエータ、磁気アクチュエータ、"ピエゾ磁気"アクチュエータに適用される。）。圧電アクチュエータは、圧電アクチュエータの小さな変位を増加または増幅し、それによってより大きな動きを生成する構造を使用する変位増幅器を含むことができる。このようなアクチュエータの用途は、水中ソナーシステム、動的振動吸収材、ディーゼル燃料噴射装置、レーザジャイロスコープ、高精度で位置が制御されるアクチュエータ、超音波モータ、尺取虫モータなどを含むことができる。これらのデバイスは、効率的に十分な場合には、機械的エネルギーを電気的エネルギーに、または、音や振動センサ（例えば受振器など）で有用な磁気エネルギーをエネルギーハーベスティングに変換することができる。
【１１３８】
圧電アクチュエータ4300の基本的な例を図43-Mに示す。圧電アクチュエータ4300は、入力電極4315と出力電極4320に結合される入力ライン4305と出力線4310を含む。線と電極は、本明細書に記載の変更されたELR材料で構成される又は含むことができる。電極は、圧電材料4325枚の間に挟まれる。圧電材料4325は、石英、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ガリウム砒素、炭化ケイ素、ランガサイト、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、鉛、チタン酸ジルコン酸、ポリフッ化ビニリデン、又は他の材料から作ることができる。石英は、しばしば好ましい。設計者が石英のカット角に基づいて材料の温度依存性を選択することができるからである。図43-Mにディスクとして示されているが、板などの他の構成ももちろんが可能である。
【１１３９】
アクチュエータ4300は多くの変位や移動を提供しない。したがって、図44-Mに示す別の圧電アクチュエータ4400は、端子4404に結合される複数の層の電極4402が形成された圧電材料4405の部分を含む。対向する電極4406は、電極4402間に形成され、反対側端子（図示せず）にも連結されている。端子、従って、電極に信号を送信することによって、電極間に挟まれた圧電材料の層は拡張し、それによって、アクチュエータ4400に対して力を発生させる。
【１１４０】
磁歪アクチュエータは、磁強磁性結晶のような特定の材料を用い、それによってその形状が磁場強度の増加とともに変化する。磁歪アクチュエータは、ターフェノール-D（TD0.3 DY0.7）などの材料を使用する。磁歪アクチュエータは、アクチュエータをあらかじめ磁化するためにアクチュエータ中に永久磁石を含めることができる。アクチュエータのための磁場を発生させるような誘導コイルのように、変更されたELR材料を使用すると改良された性能を提供することができる。一例として、図38C-Mのインダクタ3840は、磁歪アクチュエータを形成するために、インダクタの中心を通って軸方向に磁歪ロッドを含むことができる。
【１１４１】
変更されたELR材料を使用するマイクロアクチュエータ/MEMS
MEMSなどのマイクロアクチュエータは、半導体製造でしばしば見られるようなリソグラフィプロシージャ、異方性エッチング、および他の同様の技術を用いて製造された非常に小さな寸法を有する三次元の機械的構造を含む。したがって、マイクロアクチュエータとMEMSは、処理ユニット、センサ、トランスデューサ、および/または他の回路及びシステムのような1つまたはそれ以上のコンポーネントを介して複雑な機能の実行を可能する、電力によって駆動される非常に小さな機械装置である（小寸法は必然的に動作力の減少をもたらす）。このようなマイクロアクチュエータを使用する用途の例は、マイクロドライブまたは電磁マイクロモータ、位置決めと把持システム、マイクロプチック、マイクロチョッパ、マイクロバルブやマイクロポンプなどのマイクロ流体を含む。MEMS電子機器の使用は、現代の技術では一般的である。例えば、環境センサを有するMEMSエアバッグは、通信装置、インクジェットプリンタ、ディスプレイデバイス、携帯電話、受振器などで見つけることができる。
【１１４２】
MEMSのようないくつかの静電アクチュエータまたは静電容量アクチュエータの例は、上記に記載されている。別の例は、図45-Mにマイクロミラー4500として示されている。マイクロミラーは、ビームまたは軸4515でサポート構造4510に接続されている反射部またはプレート4505を含む。基板の上でプレート4505の下に形成された電極4520は、通電して電極のいずれかの方向にプレートを傾けることができる。マイクロミラーアレイは、個々のミラーを制御したり、回転するように制御線の配列を持つアレイ中にこれらのマイクロミラーを数百または数千個含む。その結果、入射光は、各画素が別個のマイクロミラーを示す画素レベルで異なる方向に反射させることができる。換言すれば、個々のマイクロミラーを"オン"または"オフにすることができる。このようなマイクロミラーアレイは、映像投影で断熱ガラスの２ペイン間などの構造中でウィンドウの入射光の強度および方向を制御するために使用することができる。
【１１４３】
マイクロアクチュエータは静電アクチュエータを使用し、それにより、平行電極は、上述したように、固定部に対して一方を移動させるために、魅力的な静電気力をその間に及ぼすことができる。このような装置の例は、図46-Mに示す櫛ドライブ4600である。図示のように、固定櫛4605は、可動櫛フィンガ4610のフィンガを拡張するために格子間に凹部を含む複数のフィンガ電極を含む。固定櫛4605および可動櫛4610は、対応する電極4625、4630を含むか、対応する電極4625、4630に結合する。機械的スプリング4615は、可動櫛4610を確保しながら可動櫛4610を移動することができる。固定櫛と可動櫛のフィンガは接触しない。櫛形ドライブ4600は、閾値電圧より高い電圧がアクチュエータに印加されるとき、"プルアップ"不安定性を回避するような平行平板容量ドライブやアクチュエータの限界を克服する。
【１１４４】
変更されたELR材料は、配線導体、信号線、マイクロアクチュエータ等の他の部分で使用することができる。図47-Mは、MEMS 4720をIC実装基板またはシステム・イン・パッケージ（SIP）4740上の他の回路や部品4730に接続するために変更された非常に低い抵抗の相互接続（ELRI）4710の使用を示す。例えば、ELRI 4710は、MEMS 4720をマイクロプロセッサなどのアナログ回路および/またはデジタル回路、マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ、DSP、システムオンチップ（SoC）、アンテナ、第2のMEMS、 ASIC、ASSP、FPGA、および/または、他の回路、コンポーネントまたはデバイス4730に接続するために使用することができる。これらの例に使用される技術は、他の回路や部品4730にMEMS 4720を接続するために使用することができる。さらに、これらの技術は、同一または様々なタイプのMEMS 4720を含む半導体IC実装基板上で実質的に実現することができる。例えば、SiPのためにELRI 4710は、基板上のMEMSデバイスをICやアンテナなどの他の受動コンポーネントへの接続を設定するために、ほとんど抵抗が無いことにより基板上での物理的な場所に関係なくこれらのエレメントが各ノードに直接接続されているかのように実行することを可能にする状態で、使用することができる（用語"MEMS"が頻繁に使用されているが、種々のマイクロアクチュエータを含むことを意図している。）。
【１１４５】
MEMSは、1つまたはそれ以上のコンポーネントを含むことができる。例えば、高周波回路、可変伝送線、導波管共振器、ELR成分、受動部品、ELR受動部品、準光学部品、可変インダクタ、可変コンデンサ、、及び/または電気機械フィルタを含むが、これらに限定されるものではない。他の例として、1つまたはそれ以上の構成エレメントは、環境パラメータを検出するセンサを含むことができる。使用することができるセンサの種類の例は、圧力センサ、温度センサ、熱放射センサ、マイクロ波センサ、テラヘルツセンサ、光センサ（赤外線、紫外線、X線、宇宙線を含む）、流体モーションセンサ（気体、液体を含む）、振動センサ、加速度計、湿度センサ、電界センサ、磁場センサ、および/または音響センサを含むが、これらに限定されるものではない。
【１１４６】
全体的にIC実装基板は、1つまたはそれ以上の導電路を有することができる。1つまたはそれ以上の導電路は、複数のレベルの相互接続で、連続的な導電路のそれぞれに接続するように設計された特定の接続ビアを除きそれらの間が絶縁されており、便利な密度と接続性を手配するためにそのレベルを使用する。1つまたはそれ以上の導電路は、ELR材料からなる第1層（変更されていないELR材料）と、第１層のELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有するELRIからなる。コンポーネントのネットワークは、1つまたはそれ以上の導電路を介してMEMSに接続することができる。代替的に又は付加的に、MEMSは、ELR材料からなる第１層と、第１層のELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、からなる、1つまたはそれ以上の内部パスおよび/またはコンポーネントを含むことができる。1つまたはそれ以上のコンポーネントは、電気部品および/または機械的構成エレメントとすることができる。例えば、少なくとも一つの実施例では、1つまたはそれ以上のコンポーネントは、ELRI受動コンポーネントのセット、可変伝送線、導波管共振器、準光学部品、可変インダクタ、可変コンデンサ、電気機械フィルタ、センサ、スイッチ、アクチュエータ、構造、および/または他のコンポーネントを含むことができる。
【１１４７】
多くの利点は、MEMS回路をICまたはSIP上のアナログ/デジタル回路および/または他の回路/他のコンポーネントに接続するためにELRIを使用することによって得ることができる。例えば、1つまたはそれ以上の導電路は、ほぼゼロの寄生抵抗を有することができるので、これによりMEMSをパッケージ上の場所に独立して回路またはコンポーネントのセットに接続することを可能にする。導電路は無視できる抵抗を有し、ゼロに近い波面遅延時定数を有することができる。このように、電気的相互作用の信号および駆動電流の遅延は、大幅に低減される。また、ELRIは、MEMSと回路やコンポーネントが最適化された場所と寄生抵抗による低下を最小化した状態でIC上に集積されることを可能にするであろう。別の例として、ELRIは、MEMSおよびアナログ回路が幾分独立して設計することを可能にする。この独立した設計は、プロンプト開発を容易にすることができる。また、このことは、事前に設計されたMEMSを埋め込むことにより、特にMEMSの設計の専門知識を必要とせずにユーザがMEMS IPとアナログ回路IPをより自由に利用することを可能になる。ELRIがMEMSとアナログ回路設計間のより多くの自立性を可能にするので、IC上により多くの量と多様性で集積することができ、MEMS ICは、新製品で増殖し、この増殖は、改善された製品の設計と製造のための学習曲線を提供するであろう。
【１１４８】
IC製品でこのELRI技術を使用すると、相乗的に他のELRI技術を有利に活用することができる。例えば、複数のMEMS回路を接続するためのELRI、MEMSを実装基板またはSIP上の他の回路に接続するためのELR、IC上の3D相互接続用（ICをパッケージ上の実装基板に接続する）ELRI、実装基板上の電源分配用ELRIなどのMEMS ELRI技術を含む。それらのすべては、さらにすべてのELRI技術の開発を向上させ、製品の性能を向上させることができる。
【１１４９】
ELRI、アクチュエータおよび他のコンポーネントは、材料の種類、変更されたELR材料の用途、変更されたELR材料を用いたコンポーネントのサイズ、変更されたELR材料を用いる装置または機械の運用要件などに基づいて製造することができる。このように、設計および製造において、変更されたELR材料の基材層として使用される材料、および/または、変更されたELR材料の変更する層として用いられる材料は、様々な考慮事項と所望の動作特性および/または製造特性に基づいて選択することができる。レイアウト及び/又は変更されたELR材料の配置のための種々の適切な幾何学的形状および構成がに本明細書に記載されているが、多数の他の形状も可能である。これらの他の形状は、材料の厚さ、異なる層、複数の隣接した変更する層を有する変更されたELR材料、単一の変更する層によって変更された、複数の変更されたELR材料の使用層、他の3次元構造の違いに加えて、異なるパターン、長さ及び/又は幅に関する構成またはレイアウトを含む。したがって、適切に変更されたELR材料は、所望の用途および/または特性に応じて使用することができる。
【１１５０】
ICを使用する一例では、第１の操作は、IC基板、またはSIPの誘電性絶縁体上に第１の非常に低い抵抗（ELR）材料の堆積層を堆積する。第1の層は、例えば、YBCOまたはBSCCOで構成することができる。変更する材料からなる第2層は、ELR材料の第１層上に堆積され、単一レベルのELR相互接続を形成する。第2の層は、例えば、クロムまたは本明細書に記載の他の変更する材料を含むことができる。変更する層として使用される第１又はベース層及び/又は材料として使用される材料は、様々な考慮事項、所望の動作特性および/または製造特性に基づいて選択される。例えば、耐薬品性、コスト、性能目標、利用可能な装置、利用可能な材料、および/または他の考慮および特性を含む。フォトリソグラフィ及び材料除去などの処理動作（エッチング又は他の処理）は、様々なコンポーネント、導電路および/または相互接続を形成するために、次に、ELRIを形成する。例えば、いくつかの実施例では、MEMS ELRI、ELRI受動部品、ELRI RFアンテナ、電力分配システム、および/または信号をルーティングすることができる1つまたはそれ以上の導電路を有する信号バスを形成することができる。
【１１５１】
また、このプロセスは、特定の信号応答を提供するために、高誘電率の基板を選択することを含むことができる。上述したように、アクチュエータ又はその他の回路が形成された基材は、出力に影響を与えることができる。バルクでまたは別の基板上に堆積された以下の基板が使用可能である。例えば、非晶質又は結晶質の石英、サファイア、酸化アルミニウム、LaAlO3、LaGaO3、SrTiO2、ZrO2、MgO、NdCaAIO4、LaSrAIO4、CaYAIO4、YAIO3、NdGaO3、SrLaAIO4、CaNdAIO4、LaSrGaO4、YbFeO3が使用可能である。基板は、変更されたELR材料の良質な路を配置するための互換性と不活性であるように選択され、かつ平面フィルタを含む基板上に形成されたフィルタなどでの使用に好ましい特性を有することができる。
【１１５２】
変更されたELR材料を用いる電気化学的アクチュエータ
電気化学的アクチュエータは、例えば、電気化学的酸素ポンプの移送を用いた燃料電池と同様に、ガスを触媒する電極に小さな電圧を供給し、次に、閉じたセル内の圧力を増大させる原理に基づいている。図48-Mは、1つまたはそれ以上の同軸上に整列された電気化学的アクチュエータまたは燃料電池4810を保持するシェルまたはハウジング4805を含む電気化学的アクチュエータ4800の一例を示す図である。一つの燃料電池4810が図示されているが、他の3つは破線で示され、すべて、ハウジング4805内に積重されている。
【１１５３】
各燃料電池4810は、第1または下部電極4815と第２または上部電極4820を備える。上部及び下部電極は、ガス4825を保持する中間室を画定する。燃料電池セルの各々は、ディスク、正方形、または他の構造として形成され、ハウジング4805内で自由に動くことができる。絶縁体4830は、リング又は他の構造として形成され、ガス4825を保持しつつ、上部電極4820と下部電極4830を分離する。
【１１５４】
ハウジング4805は、金属などの導電性材料で形成される。電圧がハウジング4805および電極4840に印加されると、上部電極4820と下部電極4815との間に得られる電圧が、ガス4825を活性化する。これに応答して、ガスが膨張し、プランジャ又はピストン4850に作用する上向きの力を発生する。二つ以上の燃料電池4810を使用することによってより大きな変位が生じ得る。
【１１５５】
他の電気化学的アクチュエータが可能である。例えば、ガスを用いるのではなく、ワックスを使用する。ワックスは大きい体積の温度依存性を有するので、その膨張は、ピストンを大きく動かせることができる。このようなワックスは、ピストン（又はエラストマー内に閉じ込められたピストン）が置かれている剛性容器内に配置され、容器が加熱されてワックスを膨張させて、ピストンを圧縮するか押しだすことができる。
【１１５６】
変更されたELR材料は、これらのアクチュエータのコンポーネント間の接続に加えて電気化学的アクチュエータの相互接続で使用することができる。たとえば、変更されたELR材料は、上部電極4815と下部電極4820、ならびにハウジング4805と電極4840のために使用することができる。変更されたELR材料は、ハウジングの周囲でまたはハウジング内で巻くように形成することができる。他の構成または形状はもちろん可能である。
【１１５７】
変更されたELR材料を用いる形状記憶アクチュエータ
別の例は、例えば、温度変化に応答してバイメタルデバイスを変位させる又は拡張させる熱動作の使用である。別の例は、外部から印加される電気信号または温度に基づいて状態を変更して伸びる/縮む、金属またはセラミックスを使用する形状貯蔵合金アクチュエータである。このような形状記憶材料としては、磁場を用いて制御可能な形状記憶合金である例えば、ニッケル、チタン、銅ベースの合金（例えば、CuZnAIとCuAINi）、Ni2MnGaがあげられる。
【１１５８】
形状記憶材料をバネまたはコイルのような特定の幾何学的パターンに形成することにより、合金の膨張の小さい線形変化をその長さに沿って大きい最終的な変位を生成するように伝えることができる。変更されたELR材料を形状記憶材料を駆動する回路電極に用いることにより、向上した性能を達成することができる。形状記憶材料アクチュエータは、車両、環境制御エレメント、グリッパ等の駆動、制御、および放出エレメントに用いることができる。
【１１５９】
変更されたELRの材料を使用する磁性/電気粘性流体アクチュエータ
電気レオロジー流体を用いるアクチュエータは、電場に応答して粘度が変化し、通常、流体が塑性体に"固まる"ことができる流体を保持する密閉容器内に一対の電極を含む。適切な液体の例は、小さいコネクティビティを有し、比誘電率が無く、その中に比較的高い比誘電率と分極性の固体粒子が分散されている非極性のベース流体を含む。軽質油はベース流体の例である。固体粒子は、例えば、ケイ酸無水物、又はアルミノケイ酸塩、金属酸化物などである。そのようなアクチュエータはせん断荷重、フローモード又はスクイーズモードで動作し、それによって一対の電極（両方が固定されている）を介して、または固定電極側に一対の電極に平行である力を提供することができる。このようなアクチュエータの用途は、位置決めドライブ、ショックアブソーバー、触覚エレメント等であってもよい。
【１１６０】
図49-Mを参照すると、キャップ4910を有する容器または容器4905を含むショックアブソーバーやアクチュエータ4900の例が示されている。容器は、シリンダであり、シリンダは、キャップ4910の真ん中を通って延びるロッド4920を有するピストン4915の中に延びている。容器4905は、電気粘性流体4930を保持している。U字管またはチャンネル4935は、流体4930、ピストン4915の上下に移動することができる。一対の電極4940、4945の電極間に延在する電場が発生する外部電気信号を受信する。電場は、流体4930の粘性に影響を与え、それにより、容器4905内でピストン4915の応答を変更する。図示されていないが、流体4932の流れとピストン4915の上と下のボリュームを制限するためにバルブはダクト4935内に配置されることができる。
【１１６１】
変更されたELR材料は、電極4940、4945に印加され、それにより、その間に効率よく電界を生成することができる。1つの形状が示されているが、他の構成も可能である。さらに、電気レオロジー流体に適用されるのと同じ原理が等しく、凝固から粒子を防ぐために安定剤を含む低透過ベース液中のカルボニル鉄合金などのフェロ/強磁性粒子を使用する磁性流体に適用される。用途は、ブレーキ、クラッチ、モーターマウントなどを含む。
変更されたELR材料を含むアクチュエータの適切な実施例と用途
【１１６２】
上記のように、変更されたELR材料は、温度に依存する性能を有する。その結果として、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いるアクチュエータもまた同様に温度に依存する。温度変化は、上記のように、ストリップ導体への磁場浸透に影響を及ぼす。変更されたELR材料のそのような変更は、本明細書に記載のように、変更されたELR材料の温度に対する応答挙動に基づいてモデル化することができるし、または経験的に導出することができる。なお、変更されたELR材料を用いることにより、配線抵抗は無視できるが、その抵抗は本明細書に示される温度グラフに示すように、温度に基づいて調整することができる。したがって、アクチュエータの設計は、温度補償するように調整することができ、又はアクチュエータ出力は、温度を変えることによって調整することができる。
【１１６３】
図50-Mを参照すると、温度制御回路5015に結合した回路5010と論理回路5020を含むシステム5000が示されている（図50-Mには相互接続された様々なブロックが示されているが、より少ない又はより多いの接続も可能である）。回路5010は本明細書に記載の少なくとも一部が変更されたELR材料から形成される1つまたはそれ以上のアクチュエータを使用する。論理回路は、温度制御回路を制御し、温度制御回路は、次に、回路5010を冷却する極低温の液体又はガス冷却器などの冷却器/冷凍機を制御する。従って、システム5000の感度や応答を増大させるために、論理回路5020は温度制御回路5015に信号を送り、回路5010の温度を低下させる。結果として、変更されたELR材料を用いる回路5010は、変更されたELR材料が導電性を増大するようにさせ、それによって、回路の感度や応答を増加させる。
【１１６４】
上記のように特定のアクチュエータを一般的に説明したが、他の多くのアクチュエータも可能である。たとえば、変更されたELR材料は、回路（例えば、フィルタ）をチューニングするためにアクチュエータに組み込むことができる。個別のアクチュエータが示されているが、アクチュエータは、一緒に結合されて、より複雑なアクチュエータシステムまたはアレイを形成することができる。本明細書に記載のアクチュエータの他のカテゴリと同様に、アクチュエータアレイの多くの構成が可能であり、少なくとも部分的に変更されたELR材料から形成されるマルチアクチュエータシステムを実現することは、設計者の設計事項である。本明細書に記載の変更されたELR材料は、それらの組合せを明示的に記述されていない場合でも、本明細書に記載のアクチュエータと原理の二つ以上の組み合わせを含む、複雑なアクチュエータシステムにおいて使用することができる。実際、そのような複雑なアクチュエータシステムは、単に同様なアクチュエータを用いるのではなく、２つ又はそれ以上の異なるアクチュエータを用いることができる。このようなアクチュエータシステムまたはアレイは、すべてが変更されたELR材料で形成された均質なアクチュエータ、異なる種類のアクチュエータで形成された不均質に混合されたもの、いくつかのアクチュエータが非ELR材料で形成されもの、異なるアクチュエータの組合せ、異なる材料の組合せを含むことができる。したがって、複雑なアクチュエータシステムまたはアレイは、変更されたELR材料から主として形成された2つ以上の均質なアクチュエータからなる2つ以上のアクチュエータを用いてもよいし、二つ以上の異種のアクチュエータが変更されたELR材料から主として形成され、および/または、2つ以上の均質/異質のアクチュエータが、従来の導電体と変更されたELR材料の両方から形成されてもよい。
【１１６５】
変更されたELR材料から一部または全部が形成されているコンポーネントを用いるアクチュエータの具体例は、本明細書に記載されているが、当業者は、実質的にアクチュエータの構成が、上記記載のコンポーネントのような、少なくとも部分的に変更されたELR材料から形成されたコンポーネントを使用してもよいことを理解するであろう。様々なアクチュエータとアクチュエータシステムは、導電性エレメントと、他のエレメントと、上記記載されたいくつかを使用する。（変更されたELR材料は、回路内で導電性エレメントと共に使用することができるが、変更されたELR材料がその長さまたは領域に沿って、エネルギーや信号の伝播を促進すると述べることは、"導電性"の定義に依存するが、より適切であるかもしれない。）結果として、変更ELRの材料から形成されるコンポーネントを使用することができるすべての可能なアクチュエータとアクチュエータシステムを網羅的に列挙するのは不可能である。
【１１６６】
いくつかのアクチュエータに対していくつかの適切な形状が本明細書に記載され示されているが、他の多くの形状も可能である。これらの他の形状は、異なるパターン、構成または長さおよび/または幅に対するレイアウトだけでなく、材料の厚さの違い、異なる層の使用、および他の三次元構造を含む。本発明者らは、当技術分野で知られている実質的にすべてのアクチュエータと関連するシステムが変更されたELR材料を使用することができ、本出願の変更されたELR材料、アクチュエータ、及び原理の様々な例が提供された当業者が、過度の実験を行うことなく、変更されたELR材料から全部またはその一部が形成された1つまたはそれ以上のコンポーネントを有する他のアクチュエータを実現することができると信じる。
【１１６７】
いくつかの実施例では、変更されたELR材料を含むアクチュエータは、以下のように説明することができる。
【１１６８】
アクチュエータであって、受け取った電気エネルギーを機械的エネルギーに変換するように構成された少なくとも1つの変換器と、前記変換器に結合された少なくとも1つの導電性の入力ラインと、を有し、前記導電性の入力ラインは、前記変換器を動作させるために前記少なくとも1つの変換器に信号を入力するように構成され、前記変換器又は前記導電線の少なくとも一部は、変更された非常に低い抵抗（ELR）部分で形成され、前記変更されたELR部分は、ELR材料からなる第1の層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第２層と、から形成されることを特徴とするアクチュエータ。
【１１６９】
アクチュエータエレメントの製造方法であって、第１導電路と第２導電路とを間隔を空けて配置する工程と、非常に低い抵抗（ELR）材料を圧電基板または圧磁基板上で使用する工程と、を有し、前記間隔を空けて配置された前記第１導電部と前記第２導電部は、圧電アクチュエータ又は圧磁アクチュエータの端子を形成し、前記ELR材料は、ELR材料からなる第1の部分と、前記第１部分の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第２部分と、から形成されることを特徴とする製造方法。
【１１７０】
アクチュエータであって、基板と、前記基板上に形成され、受け取った機械エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された少なくとも１つのマイクロスケール又はナノスケール変換器と、前記基板上に形成され、前記変換器に結合され少なくとも1つの導電入力ラインと、を有し、前記導電入力ラインは、前記変換器を動作させるために前記少なくとも1つの変換器に信号を入力するように構成されており、前記少なくとも1つの変換器または前記少なくとも1つの導電入力ラインの少なくとも一部は、変更された非常に低い抵抗（ELR）部分で形成され、前記変更されたELR部分は、ELR材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、からなることを特徴とするアクチュエータ。
【１１７１】
アクチュエータシステムであって、前記アクチュエータシステムは、複数のアクチュエータエレメントを含み、各アクチュエータエレメントは、変換器と、1つまたはそれ以上の導電路と、を含み、前記１つまたはそれ以上の導電路は、前記変換器への入力信号を提供するための形状を含み、前記変換器および/または前記1つまたはそれ以上の導電路のうちの少なくとも一部は、ELR材料からなる第1部分と、前記第１部分の前記ELR材料に結合する変更する材料からなる第2部分と、で形成された第１の材料から構成され、複数のアクチュエータエレメントは、組み合わされたアクチュエータ機能を提供することを特徴とするアクチュエータシステム。
【１１７２】
システムであって、前記システムは、論理回路またはアナログ回路と、１ユニットとして、アンテナと、前記論理回路またはアナログ回路との間に接続された少なくとも1つのアクチュエータエレメントと、を有し、前記アクチュエータエレメントは、1つまたはそれ以上の電気機械的トランスデューサと、一つまたはそれ以上の導電路と、を有し、1つまたはそれ以上の前記アクチュエータおよび/または前記導電路は、受信された制御信号に基づいて動作機能を提供するように形成されたジオメトリを含み、前記1つまたはそれ以上のアクチュエータおよび/または前記導電路の少なくとも一部は、ELR材料からなる第1部分と、第1部分のELR材料に結合した変更する材料からなる第2部分と、から形成される導電材料からなることを特徴とするシステム。
【１１７３】
第13章 ELR材料から形成されたフィルタ
本章の説明は、図1-36と図37A-N〜図50-Nを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【１１７４】
非常に低い抵抗（ELR）材料を使用する様々な種類のフィルタが本章に記載される。下記に記載のフィルタの種類では、フィルタは、基板を含み、その上に、膜、テープ、箔、ワイヤ、ナノワイヤ、トレースや他の導体が形成されるか、または配置されている。ここで、基板、膜、テープ、箔、ワイヤ、ナノワイヤ、トレースや他の導体は、変更されたELRを使用する。フィルタの特定のコンポーネントに変更されたELR材料を使用する他の種類のフィルタが構成される。いくつかの例では、変更されたELR材料は、材料の種類、変更されたELR材料の用途、変更されたELR材料を用いるコンポーネント／エレメントのサイズ、変更されたELR材料を用いる装置または機械の運用要件などに基づいて製造することができる。このように、フィルタの設計および製造において、変更されたELR材料のベース層（変更されていないELR材料）として使用される材料、および/または、変更されたELR材料の変更する層として用いられる材料は、様々な考慮事項と所望の動作特性および/または製造特性に基づいて選択することができる。変更されたELR材料は、既存の高温超伝導（HTS）に関連付けられる通常の温度よりも高い温度で電流に対して非常に低い抵抗を提供し、それにより、より高い温度でフィルタの動作特性を向上させる。
【１１７５】
フィルタにおける変更されたELR材料の用途について以下詳細に説明する。一般に、多くの構成のフィルタが可能であり、変更されたELR材料から形成されたフィルタを実現することは、フィルタ設計者の設計慮事項である。実際に、従来のフィルタの設計を支配する原理は、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いたフィルタを生成することにも適用することができる。従って、本明細書ではいくつかのフィルタ形状を図示し説明するが、他の多くの形状はもちろん可能である。また本明細書の説明では、特定のフィルタシステムが、どのように変更されたELR材料から形成された特定のコンポーネントを使用することができるかについて強調しているが、変更されたELRコンポーネントのこれらの実施例は例示であり、網羅的でないことが意図される。本開示の様々な例を供給される当業者は、変更されたELR材料から形成される同じまたは同様のフィルタシステム内の他のコンポーネントを識別することができるであろう。
【１１７６】
図37A-Nは、変更されたELR材料を用いることができるフィルタシステム3700を示す概略図である。入力端子または伝送線路3705は、入力信号を受信し、フィルタ3710に提供する。フィルタ3710は、本明細書に記載の多くの形態のいずれかを取ることができる。フィルタシステム3700は、１つ以上のフィルタを含むことができ、第２フィルタはオプションフィルタ3715として表示されている。フィルタ信号は、1つまたはそれ以上のフィルタ3710、3715を通過した後、フィルタリングされた信号として線や端子3720に出力される。
【１１７７】
フィルタシステムの詳細を説明する前に、フィルタシステムを使用するいくつかの用途を説明する。図37B-Nは、フィルタシステム3700を用いる装置又はシステム3750の一例を示す図である。装置3750は、ポートまたは他の入力/出力コンポーネントを介して信号3760を受信し、送信する。装置3750は、フィルタシステム3700、論理回路および/またはアナログ回路3765、電源3775、および入力/出力（I/O）コンポーネント3770を含むことができる。そのうちのいずれか又は全ては、ハウジング3755内に含まれているかまたはユニットとして統合することができる。図37B-Nの例では、装置3750は、アンテナ3780を含むことができる。
【１１７８】
装置3750は、多くの形式のいずれかを取ることができる。一例では、装置は、携帯電話、スマートフォン、ラップトップ、タブレットまたは他の携帯型電子機器である。この例により、電源3775は電池であってもよく、フィルタシステム3700は、1つまたはそれ以上の半導体チップ上に形成することができるRF回路の一部を形成してもよい。I/Oコンポーネント3770は、装置、表示装置、マイクロフォン、スピーカ、または他の公知のエレメントを指し、キーボードまたはキーパッドを含むことができ、論理回路3765は、プロセッサおよびメモリを含むことができる。携帯型電子デバイスの実施例以外に他の多くの周知のコンポーネントを使用することはもちろん可能であるが、それらは容易に当業者には理解されるため図示していない。
【１１７９】
別の例では、装置3750は、セルサイト、または基地局の携帯電話の受信機/送信機/送受信器である。この例では、電源3775は、公共電気事業、発電機バックアップ、電池、太陽電池等のライン電力であり得る。この例では、論理回路3765は、ワイヤレス通信を容易にするためのRF回路構成を含むことができる。アンテナ3780は、1つまたはそれ以上の携帯電話アンテナを含むことができる。
【１１８０】
さらに別の例では、アンテナ3780は省略され、装置3750が医療装置や科学装置の一部を形成する。装置は、1つまたはそれ以上のセンサなどから信号を受信し、フィルタシステム3700を使用して、信号をフィルタ処理し、論理回路3765で処理された出力信号を生成することができる。もちろん、多くの他の例を使用可能である。本明細書に記載のフィルタの用途および実施例は、RFIDチップのような単一のモノリシックチップから例えば携帯電話サイト等に分散されたアクティブアンテナアレイシステムで使用されるような複数のボックスまたはデバイスを使用する大規模な用途までの範囲にある。装置はRFIDチップとして実装される場合、RF回路と論理回路とメモリに結合されたアンテナ3780を含む。装置は、単一チップ上に製造することができる。また、アンテナは、モノリシック単一チップ（または複数の相互接続されたチップ）上に一体的に集積された残りのコンポーネントを備えたラベルフレキシブル基板、プリント基板等の基板上に形成されたマイクロストリップアンテナとして形成することができる。
【１１８１】
初期の基本的な例では、フィルタシステム3700のフィルタ3710は、図38A-Nに示されるLCタンク回路として形成されるフィルタ3800のような単純な共振器構造を含むことができる。図示のように、フィルタ3800はライン3805、3810を介して入力信号を受信する。フィルタは、並列に結合されたインダクタ3815とコンデンサ3820を含む。このような構成の二つまたはそれ以上は、直列に結合されたインダクタ及び/又はコンデンサとともに提供されてもよい。いくつかの例では、フィルタ3800は、また、1つまたはそれ以上の抵抗器を含むことができる。もちろん、フィルタ設計は、フィルタが使用されるべき用途に対して非常に特異的であり、この特定の用途における所望の周波数、所望の周波数範囲及び他の要因によって、フィルタで使用される多くの数のコンポーネントが駆動される。したがって、コンポーネントの特定の数字、用途とデバイスで異なるため、本明細書に記載する必要はない。
【１１８２】
一般に、図38A-Nに示すようなまとまったエレメントフィルタは、エレメントのうちの少なくとも一つがインダクタやコンデンサであり、直列または並列に結合された少なくとも2つのエレメントを含むことができる。インダクタは、コアと、少なくとも部分的にコアを取り囲みコイル状に構成される変更されたELR材料とを含む。コンデンサは、少なくとも二つの導電性の領域／エレメントを含み、少なくとも領域/エレメントの１つは変更されたELR材料で形成される。誘電体は、二つの導電領域/エレメントを分離する。全体的に、インダクタやコンデンサなどの公知または慣用のフィルタコンポーネントの少なくとも一部は、本明細書に記載の変更されたELR材料（平面フィルタを含む、下記で説明する）を用いて形成することができる。
【１１８３】
フィルタ部のコンポーネント中またはフィルタ部のコンポーネント間で変更されたELR材料を使用することにより、共振器フィルタ3800の理想的に近い品質係数を得ることができるとともにワイヤレス用途用フィルタとして例外的な選択性をもたらすことができる（選択性は、一般に、所望の周波数または周波数帯/チャネルに対する不要な周波数を除去（すなわち、減衰）するための無線受信機の能力の性能の指標を指す）。フィルタの性能は、従来の方法で製造される場合、通常は、導電ライン3805、3810に対する内部抵抗によって影響を受けるが、導電ラインが変更されたELR材料を用いて製造される場合、内部抵抗は無視できるであろう。同様に、インダクタ中のコイルによって引き起こされる抵抗は、変更されたELR材料を使用することにより無視できる。
【１１８４】
いくつかの例では、本明細書に変更されたELR材料を用いるフィルタは、従来の超電導材料の転移温度と室温の間の温度で電流の流れに対して非常に低い抵抗を示すことができる。いくつかの例では、変更されたELR材料を使用する本明細書に記載のフィルタは、本明細書に記載150Kまたはそれを超える温度で電流の流れに対して非常に低い抵抗を示すことができる。様々な例では、フィルタは、フィルタエレメントを特定の変更されたELR材料の臨界温度まで冷却するために使用される適切な冷却システム（図示せず）を含むことができる。冷却システムは、フィルタ中の少なくともELR材料を液体フロンと同様の温度までまたは本明細書に記載の他の温度までなどに冷却することができるシステムであってもよい。すなわち、冷却システムは、フィルタで利用される変更されたELR材料の種類と構造に基づいて選択することができる。また、冷却システムを選択するための他の考慮事項は、システムによって消費される電力量がある。
【１１８５】
変更されたELR材料を含むインダクタ
図38B-Nは、変更されたELR材料から形成される変更されたELR膜を有するインダクタ3830を示す概略図である。インダクタ3830は、この例では、コア3832とコイル3834を含み、コイル3834は、空芯コイル3834である。コイル3834が電流を運ぶとき（例えば、ページの右側に向かう方向）、磁場3836は、コア3832中に生成される。コイルは、変更されたELR膜から、少なくとも一部が形成されている。様々な適切に変更されたELR膜が本明細書に詳細に説明されている。
【１１８６】
電池または他の電源（図示せず）は、変更されたELRコイル3834に電圧を印加し、電流がコイル3834内を流れるようにすることができる。変更されたELR膜で形成されているので、コイル3834は、150Kを超える温度や室温のような従来のHTS材料で使用される温度よりも高い温度で、電流の流れをに対してほとんど又は全く抵抗を示さない。コイル中の電流等は、コア3832内に磁場を生成し、磁場は、エネルギーを貯蔵する、エネルギーを転送する、エネルギーを制限するために使用することができる。
【１１８７】
インダクタ3830は、変更されたELRの材料を使用して形成されたコイル3834を含んでいるため、理想的なインダクタと同様に作用することができる。コイル3834は、電流がコイル3834を流れるにもかかわらず、従来の導電コイル（銅コイル等）を有するインダクタで一般的に見いだされる巻線または直列抵抗による損失をほとんどあるいは全く示さない。つまり、インダクタ3830は非常に高い品質（Q）因子（無限大に近い）を示すことができる。品質（Q）因子は、Q =（誘導性リアクタンス）/抵抗、与えられた周波数での抵抗に対する誘導リアクタンスの比である。
【１１８８】
一例では、コア3832は追加の材料を含まず、インダクタ3830はスタンドアローンのコイル（図38B-Nに示すコイル）のような物理的なコアの無いコイルである。別の例では、コア3832は、プラスチックまたはセラミック材料などの非磁性材料（図示しない）で形成されている。コアの材質や形状は、様々な要因に基づいて選択することができる。例えば、空気の透磁率よりも高い透磁率を有するコア材料を選択すると、一般的に生成した磁場3836を増加させ、したがって、インダクタ3830のインダクタンスを増加させる。別の例では、コア材料の選択は、高周波用途内のコア損失を低減したいという欲求に依存するかもしれない。当業者であれば、コアは、所望の特性および/または動作特性を得るために、異なる材料の数と異なる形状の数で形成してもよいことを理解するであろう。
【１１８９】
たとえば、図38C-Nは、変更されたELR膜を使用する磁気コアインダクタ3840を示す。インダクタ3840は、例えば、コイル3842と強磁性又は強磁性材料などから形成された磁気コア3844を含む。コイル3842内の電流は、コア3844内に磁場3846を生成し、磁場は、エネルギーを貯蔵する、エネルギーを転送する、エネルギーを制限するために使用することができる。強磁性体又は強磁性体から形成される磁気コア3844は、生成した磁場3846内の磁性材料の透磁率は空気の透磁率よりも高いので、従って、磁性材料の磁化による磁場3846の形成をより支持してインダクタ3840のインダクタンスを増加させる。例えば、磁気コアは1、000倍以上の係数でインダクタンスを増加させることができる。
【１１９０】
インダクタ3840は、磁気コア3844内で鉄、フェライト等の強磁性材料のような様々な異なる材料を使用する、および/または、珪素鋼板のような積層された磁性材料で形成してもよい。当業者は、インダクタ3840のニーズや要件に応じて他の材料を用いることができることを理解するであろう。
【１１９１】
また、磁気コア3844（したがって、インダクタ3840）は、異なる様々な形状に構成することができる。いくつかの例では、磁気コア3844は、ロッドまたはシリンダであってもよい。いくつかのケースでは、磁気コア3844は、ドーナツまたはトロイドであってもよい。いくつかのケースでは、磁気コア3844は可動であり、インダクタ3840を可変インダクタンスとなるようにしてもよい。当業者は、インダクタ3840のニーズや要件に応じて、他の形状および構成を用いることができることを理解するであろう。例えば、磁気コア3844は、渦電流および/またはヒステリシス、および/またはインダクタンスの非線形性に起因するコア損失などの様々な欠点を制限するように構成することができる。
【１１９２】
理解されるように、コイル3842の構成は、インダクタンスなどの動作特性に影響を及ぼすかもしれない。例えば、コイルの巻き数、コイルの断面積、コイルの長さなどは、インダクタのインダクタンスに影響を及ぼすかもしれない。１つの構成で示されているが、インダクタ3840は、好ましくない影響（例えば、表皮効果、近接の影響、寄生容量）を低減するように、ある性能特性（インダクタンス値）を得るための様々な方法で構成することができる。
【１１９３】
いくつかの例では、コイル3842は、互いに平行な多数の巻数を含むことができる。いくつかの例では、コイルは、互いに角度が異なるいくつかの巻数を含むことができる。これにより、コイル3834は、様々な異なる構成で形成することができる。例えば、互いに様々な角度で連続的に十字形に巻くハニカムまたはバスケット織りパターン、互いに間隔を空けて配置された平坦なスパイラルコイルで構成されている蜘蛛の巣パターン、種々のストランドが互いに絶縁されているリッツ線で形成することができる。
【１１９４】
また、薄膜インダクタは、本明細書に記載のELRコンポーネントを利用することができる。図38D-Nは、変更されたELR薄膜コンポーネントを用いるインダクタ3850を示す概略図である。インダクタ3850は、基板3854（プリント回路基板等）上に形成される変更されたELRコイル3852とオプションの磁気コア3856を含む。基板3854上に堆積またはエッチングされる変更されたELR材料を含むコイル3852は、インダクタを使用するデバイス又はシステムのニーズに応じて様々な構成および/またはパターンで形成することができる。さらに、オプションの磁気コア3856は、図示のように、基板3854上に堆積又はエッチングされてもよいし、コイル3852の上方及び/又は下方に配置された板コア（図示せず）であってもよい。
【１１９５】
変更されたELR材料を含むコンデンサ
インダクタに加えて、コンデンサは、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いて形成することができる。確かに、インダクタに採用された原理のいくつかは、コンデンサに対して同様に適用できる。図38E-Nを参照すると、シンプルな平行平板コンデンサ3870の例が示されている。この例では、コンデンサは、導電プレートまたは領域3876、3878に接続されている入力端子3872と出力端子3874を含む。導電プレート/領域はある距離で分離され、その距離は、誘電体3880で少なくとも部分的に充填されているかもしれない。誘電体は、理解されるように、空気、絶縁体、電解物、または他の材料または他の化合物のようなコンデンサで使用される誘電体であってもよい。
【１１９６】
導電プレート/領域3876、3878は、変更されたELR材料を用いることができる。いくつかの例では、入力端子3872と出力端子3874は、ELR材料を用いることができる。単純な平行平板コンデンサが示されているが、半導体チップ上に形成されたものなどコンデンサの任意の形態を用いることができる。
【１１９７】
変更されたELRを含む平面フィルタ
本明細書に記載の変更されたELR材料を使用するために特に適した１つのフィルタの種類は、平面フィルタである。平面フィルタは、しばしばプリント回路基板等の誘電体基板上に形成された導電トレースであり、導電ストリップ又はストリップ伝送線路を使用するが、そのような平面フィルタは、半導体製造プロセスや他のナノテクノロジーを使用して、はるかに小さいスケールでより小さい基板上に作製することができる。
【１１９８】
図39-Nは、単純な平面フィルタ構造の例を示し、そのひとまとめの回路の近似は、図38-Nのフィルタ3800と実質的に同等である。入力伝送ライン3905と出力ライン3910は、グランドに接続されているスタブ3915によって遮られている（グラウンドにスタブを接続しないことによって、入力ライン3905と出力ライン3910の間で直列なインダクタとコンデンサの状態で、効果的な直列同等物が形成される）。図40A-Nは、オープン回路ラインとして結合された入力ライン4005と出力ライン4010を有する平面フィルタ4000の他の例を示す図であり、図40B-Nには、平面フィルタ4000のほぼひとまとめのエレメントの構成が示されている。
【１１９９】
平らなフィルタまたは類似の分散エレメントフィルタでは、フィルタのインダクタンス、コンデンサ、抵抗は、個別のインダクタ、コンデンサ、抵抗器または他のエレメント中で局所化されていない、または、"ひとまとめに"されていないが、その代わりに、1つまたはそれ以上の不連続を挿入することによって形成される。ここで、不連続の伝送ラインは、伝送路を進行波面に対して反応インピーダンスを表す。なぜなら、外部磁場の侵入を介して線路のインダクタンスを大きくすると、超電導伝送線路に沿って伝播される場合、波を遅くすることができるからである。さらに重要なことは、通常の導体は、周波数の関数である表皮深さを有することであり、周波数の増加は、表皮深さを低減する。しかしながら、ELR材料は、一般に、伝送線路に沿って非常に低い損失を示すので、それによって、通常は、表皮深さを考慮する必要が無くなる。したがって、本明細書に記載の変更されたELR材料では、表皮深さは、いくつかの用途では無視することができるし、または、表皮深さは、特定の用途のためにフィルタを設計する場合に考慮されるのと同様に、経験的に測定され、使用され/補償されてもよい。
【１２００】
スタブは、バンドパスフィルタで使用するために貸与することができるが、ローパスフィルタは、ひとまとめのエレメントの実装で見たときに直列のインダクタとシャント・コンデンサに対応するように、高低インピーダンスラインを交互に直列に使用して構成することができる。図41B-Nは、ひとまとめのエレメント近似を示す図であるが、図41A-Nは、ローパスフィルタの一例を示す図である。具体的には、図41A-Nは、誘導インピーダンス及び容量インピーダンスエレメントを交互に形成するために、入力ライン4105と出力ライン4110、段差の高インピーダンスエレメント4115、4120、4125の交互シリーズ、および低インピーダンスエレメント4130、4135、4140を有するステップインピーダンスローパスフィルタの一例を示す図である。図で省略で示されるような任意の数のエレメントを使用することができる。もちろん、他の様々な形状は可能であり、フィルタエレメントは、フィルタの影響を受けるように、所望の波長の四分の一であってもよい。
【１２０１】
ローパスフィルタを形成するのと同様に、図42A-N（ストレートスタブ4202使用）および図42B-N（バタフライ又はラジアルスタブ4204）に例示の交互のスタブが示されている。蝶スタブ、クローバの葉のスタブ、または他のラジアルスタブを使用する形状は、フィルタ設計のためにより容易なモデリングを可能にすることができる。シャント・コンデンサを実現するための他の形状は、スタブがライン4105、4110の両側に配置されるようなスタブを含むことができる。
【１２０２】
別のフィルタ設計では、図43A-Nに示される入力ライン4105と出力ライン4110が導電部4302とギャップ4304を介して結合されるようにライン中に容量ギャップを使用する。導電部4302は、所望の波長の約半分であり得る共振器として作用する。この性質の従来の容量ギャップフィルタは、通常は、挿入損失によって制限され、低いQ値をもたらす。しかしながら、本明細書に記載の変更されたELR材料を使用することにより、従来の容量ギャップフィルタの欠点が回避される。もちろん、他の形状は可能である。たとえば、図43B-Nは、同様のギャップ4304によって分離された斜めの導電ストリップ4306を介して結合されている入力ライン4105と出力ライン4110を示している。図43B-Nの角度づけられた幾何学的形状は、フィルタ用基板に必要とされる面積を減らすことができる。
【１２０３】
さらに別の例は、図43C-Nのストリップラインヘアピンフィルタで示される。図示のように、フィルタは、各パスがその隣のパスから180度反転されている状態で一列に配置された直列のU字状の導電トレースまたはパス4308を含む。全ての例の省略は、示されているものよりも多いまたは少ないパスまたはエレメントを含むことを示している。
【１２０４】
上記説明した多くの平面フィルタは、いくつかの"従来の"フィルタの概念を組み込む他の多くの形態をとることはもちろん可能である。実際に、マイクロ波フィルタなどの従来のフィルタの設計を支配する原理は、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いたフィルタを生成することにも適用することができる。いくつかのフィルタの設計に関するさらなる詳細は、例えば、N.ランカスターの高温超伝導体の受動マイクロウエーブへの応用（ケンブリッジ大学出版局、1997）、例えば、第5章の、変更されたELR材料を有する遅延ライン／遅波伝送ラインフィルタで見出すことができる。
【１２０５】
他のフィルタは、遅延ラインフィルタまたは遅波伝送ラインフィルタを含む。遅延ラインフィルタは、同様にマイクロストリップ、ストリップライン、コプレーナライン等として形成され、1つまたはそれ以上の基板、通常には、誘電体基板上に堆積させることができる。基板の厚さは（後述する）は、ラインがカップリングすること無く、より密接に詰め込むことができ、それによって、所与の基板に対してより長い遅延を提供する隣接するラインの間で挿入損失とクロスカップリングを制御することができる。本明細書に記載の変更されたELR材料を用いる遅延ラインは、数デシベルの損失に対して数百ナノ秒までの遅れであり、非常に損失の無い伝送媒体を提供する。
【１２０６】
図44A-Nは、入力ライン4105と出力ライン4110との間で結合されたコイル巻導体4405を有する単一伝送ラインのマイクロストリップ遅延ラインフィルタの一例を示す図である。フィルタ処理応答を生成できるコイル巻導体4405は、様々なインピーダンスの部分を有する。インピーダンスにおけるこのような変更の例は、図44B-Nでコイル巻導体4405が膨らみ4410を有し厚さを変えて示されている。膨らみ4410の階段状の部分の各々は、フィルタ処理を提供し、インパルス反射をもたらす。
【１２０７】
もちろん、他の形状は、一連のインピーダンスステップ4410とコイル4405に対して使用することができる。たとえば、図44A-Nの遅延ラインフィルタでは、示された単一ラインよりも各ラインにステップを持ち、それによって、逆方向伝播波が一連のカプラー（図示せず）によって第2の遅延ライン中に生成され、前方波と後方波は2つの別個のラインを伝播する２つの遅延ラインフィルタを生成するために第1及び第2の平行ラインを使用することができる。狭い帯域フィルタ処理を追加するために、共振部分は、本明細書に記載のスタブとギャップを用いて、遅延線内に組み込むことができる。全体的に、狭い帯域フィルタが、本明細書に記載の変更されたELR材料を使用する短い遅延ラインを用いて安価に製造することができる。
【１２０８】
図44C-Nは、コイル状ライン4405のための長い蛇行経路の別の例を示す。ここでは、個々のループまたはヘアピン4415がコイル状ライン4405に組み込まれている。図44C-Nの形状は、フィルタの小型化を高めることができる。さらなる小型化、フィルタ処理は、ループ4415が図44B-Nの4410で階段状のような階段を含む場所で使用することができる。一般に、各インピーダンスステップは、前方伝播波の反射を引き起こし、遅延ラインの部分の局所周期が半波長である周波数で、反射が建設的に干渉するときに通過帯域が発生する。詳細は例えば、N.ランカスターらの"ミニチュア超電導フィルタ"、マイクロ波理論と技術、IEEE論文誌、第44巻、第7号、1339年（1996年7月）に記載されている。
【１２０９】
遅延ラインフィルタに類似のフィルタは、遅波伝送ラインに基づくフィルタである。このようなフィルタは、蛇行又はループ経路を持ち、伝送線路の長さに沿って形成された離散的なインダクタと効果的なコンデンサとを有する長い伝送ラインとして形成される。この長い伝送ラインは、ラインが個別のエレメント又はひとまとまりのエレメントのラインと同様の方法で作用するようにさせることができる。このような伝送線路フィルタは、共振器として機能し、同一平面上の接地面と伝送ラインとの間の狭いギャップ（静電容量に対して）及び伝送ラインを狭く（インダクタンスに対して）して、伝送ラインの長さに沿って誘導された静電容量とインダクタンスによって形成されるインピーダンスを介して電磁波の伝送速度を減らすか、または減衰させるフィルタ設計を可能にする。
変更されたELR材料を含む平らなひとまとまりのエレメントフィルタ
【１２１０】
フィルタの小型化は、変更されたELR材料を使用して、得られるデバイスがひとまとまりのフィルタエレメントに形成されて作用するように、平らなひとまとまりのフィルタを形成することによって実現することができる。ひとまとまりのエレメントは、定義により、それらが動作する波長よりも小さいため、ひとまとまりのエレメントフィルタは、高い周波数では非常に小さくすることができる。とりわけ、大きな密度を達成するために狭い線幅として、本明細書に記載の変更されたELR材料は、通常の導体が有限抵抗を持つことに関連する損失を低減する。
【１２１１】
図45A-Nを参照すると、ひとまとまりのエレメントのバンドストップフィルタの例は、入力側導電部4505及び出力側導電部4510と、ギャップ4515により入力側導電部4505と出力側導電部4510から分離された中心導体部4520とを含む。図45B-Nは、中央導電部の下方導電部4525と上方導電部4530を示す中央導電部4520の拡大図である。下方導電部4525は、上向きに伸びる指4535を含み、上方導電部4530は下方に伸びる指4540を含む。ギャップは、共振器エレメントを生成するための指の間に存在する。
【１２１２】
図45A-Nのエレメントは、バイアス電流が共振バンドストップ機能を提供する一方で、フィルタをオールパスフィルタとして通常の状態にオンにするために適用される場合、スイッチとして動作することができる。詳細は例えば、上記N.ランカスターの本の第5章で見つけられる。
【１２１３】
変更されたELR材料を用いるデュアルモードフィルタも可能である。図46-Nを参照すると、デュアルモードフィルタの例が示されている。一般的に、小さな摂動を持つ共振器デュアルモードマイクロストリップは、受信信号の縮退モードを分割する。図46-Nの例では、入力端子4605と出力端子4610は、面取り又は欠き落しされた上隅4617を有する正方形として作製された一対のデュアルモード共振器4615を含むフィルタアセンブリに結合されている。導体4620は、チェビシェフフィルタ応答を提供するために、一対の共振正方形4615に接続している。また、第2の導体4625を追加することは、省略するフィルタの応答を提供する。面取りされた角部を有する固体の正方形が示されているが、突出スタブを持つ円、リング、正方形リングなどのような他の形状ももちろん可能である。
【１２１４】
平面フィルタは、特定の周波数での改善された小型化のために提供されるが、更なる小型化は、遅波伝送ライン、ひとまとまりのエレメントコンポーネント、放浪蛇行がなく詰め込まれた伝送ラインを使用することにより提供される。上述したように、信号の速度は、関連付けられる静電容量を増加せずに伝送ラインなどの導電ラインのインダクタンスを増加させることによって低減することができる。ELR材料で形成されているパスやライン内の内部のフィールドは、例えば、接地面と信号線との間で誘電体の薄層を用いることにより、インダクタンスを増加し、小さい外部インダクタンスの恩恵を受ける。
【１２１５】
また、高誘電率の基板を使用することは、所与の周波数信号の速度を低減することができる。上記のように平面フィルタが形成された基板は、フィルタの出力に影響を与える。基板に対してある誘電体材料を用いて、異なるQ因子を持つ精密な平面フィルタを製造することができる。多くの基板は使用可能である。例えば、基板は、バルクでまたは別の基板上に堆積された以下の基板を使用することができる。例えば、非晶質又は結晶質の石英、サファイア、酸化アルミニウム、LaAlO3、LaGaO3、SrTiO2、ZrO2、MgO、NdCaAIO4、LaSrAIO4、CaYAIO4、YAIO3、NdGaO3、SrLaAIO4、CaNdAIO4、LaSrGaO4、YbFeO3が使用可能である。基板は、変更されたELR材料の良質なラインを配置するように互換性と不活性であるように選択され、かつ平面フィルタを含む基板上に形成されたフィルタなどでの使用に好ましい特性を有することができる。
【１２１６】
変更されたELR材料を含む音響波フィルタ
変更されたELR材料は、表面弾性波（SAW）またはバルク弾性波（BAW）デバイスを作製するために圧電基板などの特定の基板に適用することができる。SAWおよびBAWデバイスは、音響波が特定の基材の表面に沿って移動する（SAWデバイスの場合）ため、または、音響波が特定の基板中で指数関数的減衰を介して移動する（BAWデバイス用）ためフィルタとして動作することができる。BAWデバイスは、一つの材料の表面から材料のバルク又は大部分を介して別の表面にエネルギーを移送する。これらのデバイスは、表面上のエネルギー密度量を最小限に抑えることができる。SAWデバイスは、材料表面にエネルギーを集中させ、SAWデバイスをより敏感にすることができる。
【１２１７】
共振回路としてフィルタ中で使用される音響波デバイス4700の一例を図47-Nに示す。音響波デバイス4700は、入力電極4715と出力電極4720に結合された入力ライン4705と出力ライン4710を含むBAWデバイスである。ラインと電極は、本明細書に記載の変更されたELR材料で構成することができるか、又は、本明細書に記載の変更されたELR材料を含むことができる。電極は、圧電材料4725の間に挟まれている。圧電材料4725は、石英、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ガリウム砒素、炭化ケイ素、ランガサイト、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、チタン酸ジルコン酸、ポリフッ化ビニリデン、又は他の材料から作製することができる。フィルタ設計者が石英のカット角に基づいて材料の温度依存性を選択することができるので、石英は、しばしば好ましい。
【１２１８】
デバイス4700は、電極4715、4720の間に印加された電圧が材料4725のせん断変形をもたらすので、せん断モード共振器と呼ぶことができる。電気機械的定在波が形成されると、材料が共振し、電極が配置されている材料の面で変位は最大になる。図47-N中でディスクとして示されているが、板などの他の構成は、もちろん可能である。プレートとして構成される場合、デバイス4700は、二つのプレートのうちの１つが櫛形トランスデューサ（後述）を含む、二つのプレート間に挟まれた比較的薄い圧電基板を有するせん断水平音響板モードセンサとして動作することができる。
【１２１９】
別の音響波デバイスは、図48-Nに表面音響波装置4800として示されている。装置4800は、基板材料4820上に形成された入力トランスデューサ4815に電圧を入力する一対の入力ライン4805、4810を含む。基板材料4820は、デバイス4700用材料4725に関して上記説明した材料のいずれかから形成することができる。入力トランスデューサ4815に電圧を印加することにより、入力トランスデューサは、電界エネルギーを音響波の形態で出力端子4830、4835を有する出力トランスデューサ4840の方向に進行するで機械的波エネルギー4825に変換する。次に、出力トランスデューサは、受け取った機械的波エネルギーを出力端子4830と4835に印加される電場に変換して戻す。入力トランスデューサ4815及び出力トランスデューサ4840は、基板材料4820の表面に適用することができる、本明細書に記載のELR材料のような導電性材料の指を合わせることができる櫛形トランスデューサとして形成することができる。
【１２２０】
音響波は、その速度と変位方向によって主に区別され、材料4725または基板材料4820のために使用される材料に依存する多くの組み合わせが可能である（境界条件もまた音響波の伝播に影響を及ぼす）。デバイス4700と4800の感度は、しばしば入力によって生成された、出力によって検知された、および介在物によって運ばれた、エネルギーの量に比例する。本明細書に記載の変更されたELR材料を使用することによって、デバイスの入力および出力の損失が最小化されるので、改良された音響波デバイスを実現することができる。
【１２２１】
SAWデバイスは、しばしば無線周波数フィルタとともに使用され、出力端子での遅延出力が再結合されて有限インパルス応答フィルタまたはサンプリングされたフィルタを生成する。BAWデバイスは、格子フィルタまたはラダーフィルタを実現するために使用することができる。
【１２２２】
変更されたELR材料を含む空洞フィルタ
上記フィルタは、一般的に、平面導電路、ストリップライントレースなどに堆積された、変更されたELR材料の使用が記載されているが、形状は平面である必要はない。その代わりに、変更されたELR材料は、同軸構成物、導波管、又は他の構造の一部として複数の三次元構成物で使用することができる。一例は、空洞フィルタ内で変更されたELR材料を使用することであり、その簡単な例を図49-Nに示す。空洞フィルタは、所望の周波数を通過するが、他の周波数を通過させず、従って、バンドパスまたはノッチフィルタとして機能する。空洞フィルタは、デュプレクサとしてもまた使用される。
【１２２３】
図示のように、空洞フィルタ4900は、入力ループ4920と出力ループ4925にそれぞれ結合された入力ライン4910と出力ライン4915を含む。ループは、空洞4905内に配置され、前面部分に切り欠きを有する円筒として示される。空洞は、中央シリンダ4930として示される共振器を含む。中央の共振器は、通常は、エレメントの容量またはインピーダンスを調整するためにチューニングエレメント（図示せず）によって調整可能であり、中央部分4930の静電容量とループ4920、4925のインダクタンスとの間で所望の共振を生成する誘電体エレメントである。
【１２２４】
空洞4905は、振動電磁場を含むことを補助するが、空洞フィルタ4900内で損失が生じる。これらの損失は、通常は、空洞の壁の有限な導電率によるものである。本明細書に記載の変更されたELR材料から空洞4905を形成することによって、そのような損失は最小化することができ、それにより、空洞フィルタ4900によって生成した振動磁場の減衰を低減することができる。いくつかの例では、空洞は、変更されたELR材料で形成された厚膜で被覆された導電または誘電シリンダから簡単に形成することができる。
【１２２５】
また、変更されたELR材料の厚膜から形成される空洞のような開口または内部スプリットリング共振子をカップリングすることによって、２つまたはそれ以上の空洞フィルタを一緒に結合することができる。一緒に結合された空洞フィルタは、マイクロ波フィルタで、または他の無線伝送システムで使用するためのより正確なフィルタ応答を生成することができる。空洞4905は、シリンダ形状を有するものとして示され、シリンダ形状の挙動をモデル化することは他の複雑な空洞の幾何学的形状よりも簡単であるが、他の多くの構成も可能である。
【１２２６】
またさらに、シリンダ4930は誘電材料から形成され、シリンダ4930の基部で変更されたELR材料と結合するかまたは変更されたELR材料の上に置かれているが、全てが空洞4905中にあるような誘電体共振器などの他の種類の空洞共振器も可能である。空洞の長さまたは高さを減少させ、変更されたELR材料で形成された膜上に共振器を配置することにより、共振器は空洞内にぶら下げる必要はない。別の種類の空洞共振器は、同軸空洞共振器、螺旋状空洞共振器、マイクロストリップ及びストリップライン導体で構成された空洞、またはコプレーナ共振器であってもよい。このような共振器に関するさらなる詳細は、上述のN.ランカスターの書籍の第3章で見出すことができる。
【１２２７】
変更されたELR材料を含む追加のフィルタまたは適切な実施例
上述したフィルタは、特に、無線周波数、携帯電話、光・マイクロ波通信などの通信ネットワークとデバイスでの使用に適するようにしてもよい。上述したように、フィルタで変更されたELR材料を使用することにより、フィルタは、同様の条件下で最良の従来の導体よりも桁違いに低い抵抗を示し、それによって、非常に高いフィルタ利得をもたらす。利得は理想的なフィルタの利得に近い。また、このようなフィルタは、より小さくよりコンパクトな形態で製造することができる。
【１２２８】
実際に、上述したフィルタの多くは、ウェーハ基板、SiP基板等を含む基板上にマイクロストリップ技術を用いて形成することができる。従って、フィルタの多くは、薄膜製造技術を用いて製造することができ、その多くは本明細書に記載され、その全ては、半導体チップの製造で一般的である。変更されたELR材料を使用するフィルタの多くは、単層デバイスとして製造することができるので、フィルタを製造するための処理工程は、フォトリソグラフィ工程、イオンミリング工程、接触メタライゼーション工程、およびダイシング工程（または等価物）に簡略化される。いくつかの例では、チップは、1.3ナノメートルスケール技術などの最小スケールの製造技術を用いて作製することができる。レイアウトや距離の問題による制限が少ないので、回路設計者は、より緻密で迅速なチップ設計をすることができる。
【１２２９】
本明細書に記載のフィルタのいくつかは、単一チップ上にRFコンポーネント、アナログ回路等他のコンポーネントとともに一体的に集積することができる。オンチップセンサを使用することにより、チップは明らかに改善された性能から恩恵を受けることができる。チップ内で変更されたELR材料を使用することにより、チップは回路の大きな密度を享受することができる。たとえば、変更されたELR材料を用いることにより、チップは少ない熱損失で動作することができ、細いラインを使用することができる。各ライン上の走行する電流が少ないので、隣接するライン上、フィルタ上、および他の回路上のEMFの影響を低減することができる。相互接続もまたELR材料から作製することができる。さらに、信号のライン損失が大幅に低減するので、信号は増幅することなく送信することができる。
【１２３０】
上記のように、変更されたELR材料は、温度に依存する性能を有する。その結果、変更されたELR材料を使用する本明細書に記載のフィルタもまた温度に依存する。温度変化は、ストリップ導体中への磁場浸透に影響を与え、このことは、上述したように、超伝導侵入深さに影響を与える。そのような変更されたELR材料の変動は、温度と、本明細書に記載の変更されたELR材料の応答挙動に基づいてモデル化することができる、または経験的に導出することもできる。なお、変更されたELR材料を用いることにより、ラインの抵抗は無視できるが、その抵抗値は、本明細書で提供された温度グラフで示されるように、温度に基づいて調整することができる。したがって、フィルタ設計は、温度に対して補償するように調整することができ、またはフィルタ出力は、温度を変えることによって調整することができる。
【１２３１】
図50-Nを参照すると、温度制御回路5015に接続された回路5010と論理回路5020を含む例示のシステム5000が示されている（図50-Nでは、相互接続されたブロックが示されているが、より少ない又はより多い接続は可能である）。回路5010は、本明細書に記載のフィルタを1つまたはそれ以上を使用し、変更されたELR材料から少なくとも部分的に形成されている。論理回路は、温度制御回路を制御し、温度制御回路は、次に、回路5010を冷却する冷却器/冷凍機を制御する。従って、システム5000の感度や応答を増大させるために、論理回路5020は、温度制御回路5015に回路5010の温度を低下させるための信号を送る。結果として、ELR材料を使用する回路5010は、変更されたELR材料が、導電性を増大させ、それによって、回路の感度や応答が増加する。
【１２３２】
特定のフィルタが一般的に本明細書で説明してきたが、他の多くのフィルタは可能である。たとえば、変更されたELR材料は、空洞共振器及び上述した他のフィルタに加えて、同期フィルタに組み込むことができる。変更されたELR材料は、スイッチトキャパシタフィルタ、あるいはガーネットフィルタ、原子フィルタまたは他のアナログ・フィルタで実現することができる。
【１２３３】
個別のフィルタが示されているが、フィルタは一緒に結合されてフィルタバンク、マルチプレクサ、または他のより複雑なフィルタシステム、信号コンディショナ、またはアレイを形成することができる。本明細書に記載のフィルタの他のカテゴリと同様に、フィルタアレイの多くの構成は可能であり、変更されたELR材料から少なくとも部分的に形成されるフィルタアレイまたは多重フィルタシステムを実現することは、フィルタの設計者にとって設計事項である。本明細書に記載の変更されたELR材料は、それらの組合せを明示的に記述されていない場合でも、本明細書に記載のフィルタと原理の二つ以上の組み合わせを含む複雑なフィルタシステムで使用することができる。確かに、このような複雑なフィルタシステムは、2つまたはそれ以上の異なるまたは異質のフィルタや、単純に類似または同質でないフィルタを使用してもよい。このようなフィルタシステムまたはアレイは、すべて変更されたELR材料で形成されたかなり均質なフィルタ、または、異なる種類の不均一な混合物で、いくつのフィルタが非ELR材料で形成されているもの、または異なるフィルタと異なる材料の組合せを含むことができる。したがって、複雑なフィルタシステムまたはアレイは、変更されたELR材料から主として形成された2つ以上の均質なフィルターから形成された２つまたはそれ以上のフィルタを使用してもよいし、変更されたELR材料から主として形成された二つ以上の不均一のフィルタを使用してもよいし、および/または、従来の導電体と変更されたELR材料の両方から形成された2つ以上の均質/異質フィルタを使用してもよい。
【１２３４】
変更されたELR材料から一部または全部が形成されたコンポーネントを使用するフィルタの具体例が本明細書に記載されているが、当業者は、ほぼすべてのフィルタ構成が、電流を伝導する、信号を受信するか送信するか変更する、または、電磁信号を条件付けするために上記列記されたコンポーネントのような変更されたELR材料から少なくとも一部が形成されたコンポーネントを使用してもよいことを理解するであろう。公知のフィルタおよびフィルタシステムは、広く導電エレメントと他のエレメントを使用するが、そのうちのいくつかは上記に列記されている（変更されたELR材料は、回路中の導電エレメントと共に使用することができるが、"導電性"の定義に応じて、変更されたELR材料は、その長さまたは領域に沿ってエネルギーや信号の伝播を促進することを述べることは、より適切であるかもしれない）。その結果、変更ELRの材料から形成されるコンポーネントを使用することができるすべての可能なフィルタおよびフィルタシステムを網羅的な詳細において列挙することは不可能である。
【１２３５】
いくつかのフィルタに対していくつかの適切な形状が示され本明細書に記載されているが、他の多くの形状は可能である。これらの他の形状は、材料の厚さの違い、異なる層の使用、他の三次元構造に加えて異なるパターン、長さおよび/または幅に対する構成またはレイアウトを含む。本発明者らは、当技術分野で知られているほぼすべてのフィルタと関連するシステムが変更されたELR材料を使用することができ、本出願のELR材料、フィルタ、及び原理の様々な例が提供された当業者が、過度の実験を行うことなく、変更されたELR材料から全部またはその一部が形成された1つまたはそれ以上のコンポーネントを有する他のフィルタを実現することができると信じる。
【１２３６】
いくつかの実施例では、変更されたELR材料を含むフィルタは、以下のように説明することができる。
【１２３７】
フィルタであって、基板と、入力信号を受信するように構成され、前記基板上に形成された導電性の入力ラインと、フィルタリングされた信号を出力するように構成され、前記基板上に形成された導電性の出力ラインと、前記基板上に形成された1つまたはそれ以上の導電路と、を有し、前記1つまたはそれ以上の導電路は、前記導電性の入力ラインと前記導電性の出力ラインとの間に形成され、かつ前記導電性の入力ラインと前記導電性の出力ラインとの間に電磁結合を提供し、前記1つまたはそれ以上の導電路は、前記受信した入力信号に対するフィルタ処理機能を提供するために形成された幾何学的形状を含み、前記フィルタ処理機能は、所望の周波数または所望の周波数の範囲であり、前記導電性の入力ライン、前記導電性の出力ライン、または前記1つまたはそれ以上の導電路のうちの少なくとも一部が変更された非常に低い抵抗（ELR）のパスで形成され、前記変更されたELRのパスが、ELR材料からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、から形成されていることを特徴とするフィルタ。
【１２３８】
フィルタの製造方法であって、変更された非常に低い抵抗（ELR）膜を用いて基板上に導電路を形成する工程を有し、前記変更されたELR膜は、ELR材料からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を含み、前記導電路は、受信された電磁信号をフィルタ処理するように構成された幾何学的形状を有し、前記受信された電磁信号の前記フィルタリング処理は、所望の周波数または所望の周波数の範囲のうちの少なくとも1つのためのものであることを特徴とする製造方法。
【１２３９】
フィルタであって、基板上に形成された1つまたはそれ以上の導電路を有し、前記1つまたはそれ以上の導電路は、受信した入力信号のフィルタ処理機能を提供するために形成された幾何学的形状を含み、前記フィルタ処理機能は、所望の周波数または所望の周波数の範囲のうちの少なくとも1つのためのものであり、前記1つまたはそれ以上の導電路のうちの少なくとも一部は、ELR材料からなる第1部分と、前記第1部分の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2部分と、から形成された導電性材料からなることを特徴とするフィルタ。
【１２４０】
フィルタであって、基板と、前記基板上に形成された蛇行導電路と、を含み、前記蛇行導電路は、遅延ラインフィルタまたは低速伝送ラインフィルタを形成するために、前記蛇行導電路の実質的に連続した長さ中に形成された複数の巻線を有し、前記蛇行導電路は、入力された電磁信号に対して非常に低い抵抗を提供するために変更された非常に低い抵抗（ELR）膜を含み、前記変更されたELR膜は、ELR材料からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を含むことを特徴とするフィルタ。
【１２４１】
フィルタであって、前記フィルタは、直列または並列に結合された少なくとも2つの電気エレメントを有し、前記電気エレメントのうちの少なくとも一つは、誘導エレメントまたは容量エレメントであり、前記誘導エレメントは、磁場中のエネルギーを貯蔵し、前記誘導エレメントは、ループまたはコイル形状に構成されている変更された非常に低い抵抗（ELR）材料を有し、前記容量エレメントは、電場中にエネルギーを貯蔵し、前記容量エレメントは、少なくとも２つの間隔を空けて配置される導体中に構成される、変更された非常に低い抵抗（ELR）を有し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第1部分と前記第１部分の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2部と、から形成されていることを特徴とするフィルタ。
【１２４２】
フィルタエレメントであって、圧電材料と、前記圧電材料の第１部分に形成された入力導体と、前記圧電材料の第２部分に形成された出力導体と、を有し、前記第1部分と前記第2部分は、互いに間隔を空けて配置され、前記圧電材料を分離する領域を提供し、前記第1部分と前記第2部分のうちの少なくとも１つは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料を含み、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第1部分と、前記第1部分の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2部分と、からなることを特徴とするフィルタ。
【１２４３】
フィルタエレメントであって、第1導電性ループ及び第2導電性ループと、共振器と、前記第１導電性ループと前記第２導電ループと前記共振器とを包囲するための導電性筐体と、を有し、前記導電性筐体は、少なくとも1つの周波数の電磁波に共振するように構成されており、前記共振器と前記導電性筐体と前記第１導電性ループと前記第２導電ループは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から少なくとも一部が形成されており、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第1部分と、前記第1部分の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2部分と、からなることを特徴とするフィルタ。
【１２４４】
フィルタシステムであって、複数のフィルタエレメントを有し、各フィルタエレメントは、基板上に形成された1つまたはそれ以上の導電路を有し、前記1つまたはそれ以上の導電路は、受信した入力信号のフィルタ処理機能を提供するために形成された幾何学的形状を含み、前記フィルタ処理機能は、所望の周波数または所望の周波数の範囲のうちの少なくとも1つのためのものであり、前記1つまたはそれ以上の導電路のうちの少なくとも一部は、ELR材料からなる第1部分と、前記第1部分の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2部分と、からなり、前記1つまたはそれ以上の導電路は、集合的に複合されたフィルタ機能を提供することを特徴とするフィルタシステム。
【１２４５】
システムであって、アンテナと、論理回路またはアナログ回路と、前記アンテナと前記論理回路またはアナログ回路との間で結合された少なくとも1つのフィルタエレメントと、を有し、前記フィルタエレメントは、1つまたはそれ以上の導電路を有し、前記1つまたはそれ以上の導電路は、受信した入力信号のフィルタリング処理機能を提供するために形成された幾何学的形状を含み、前記フィルタリング処理機能は、所望の周波数または所望の周波数の範囲のうちの少なくとも1つのためのものであり、前記1つまたはそれ以上の導電路のうちの少なくとも一部は、ELR材料からなる第1部分と、前記第1部分の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2部分と、からなることを特徴とするシステム。
【１２４６】
第14章 ELR材料で形成されたアンテナ
本章の説明は、図1-36と図37-O〜図56-Oを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【１２４７】
変更された、開口された、および/または他のELR材料のような、非常に低い抵抗（ELR）材料の膜を使用する様々な種類のアンテナが本明細書に記載されている。後述するアンテナの種類に対して、アンテナは、変更されたELRを使用する膜、テープ、箔、ワイヤ、ナノワイヤ、トレースや他の導体がその上に形成されたまたは配置された基板を含む。他の種類のアンテナは、アンテナの特定のコンポーネントが変更されたELR材料を用いるように構成されている。いくつかの例では、変更されたELR材料は、材料の種類、変更されたELR材料の用途、変更されたELR材料を用いるコンポーネント/エレメントのサイズ、変更されたELRを用いるデバイスや機械の動作要件などに基づいて製造される。このように、アンテナの設計および製造において、変更されたELR材料のベース層（変更されていないELR材料）として使用される材料、および/または、変更されたELR材料の変更する層として用いられる材料は、様々な考慮事項と所望の動作特性および/または製造特性に基づいて選択することができる。
【１２４８】
図37-Oは、アンテナの等価回路の概略図である。アンテナの等価回路は、放射線耐性3702、損失抵抗3704、及びリアクタンス3706の直列結合としてモデル化することができる。例えば、短いダイポールアンテナのリアクタンスは、キャパシタンスとしてモデル化することができ、小さいループアンテナのリアクタンスは、インダクタンスとしてモデル化することができる。放射抵抗3702は、その中に消費される電力が実際に放射された電力を示すような等価抵抗とみなすことができる。損失抵抗3704は、アンテナエレメント自体における導体損失によるものである。
【１２４９】
アンテナの大きさ（波長に対して）が減少すると、損失抵抗と放射抵抗もまた減少する。しかしながら、放射抵抗は、はるかに急速に減少する。ある時点で、特に電気的に小さなアンテナでは、損失抵抗は耐放射線よりも支配的となり、このアンテナはあまりにも非効率的であり、実用的でない。しかし、変更されたELR材料からアンテナエレメントを形成すると、損失抵抗が低減され、小さいアンテナがより効率的となるのを可能にする。
【１２５０】
アンテナが電気的に小さくなるようにするための様々な経験則がある。最も一般的であるが排他的ではない定義は、アンテナの最大寸法は、波長（すなわち、λ）の十分の一以下であるということである。したがって、λ/10の長さを持つ双極子、λ/10の直径を持つループ、またはλ/10の対角線寸法を持つパッチは、電気的に小さいと考えられる。この定義は、電気的に小さいアンテナを構築するために使用される様々な方法の中で区別されない。実際には、これらのアンテナに関するほとんどの研究は、特定の用途に適したトポロジを選択すること、及び、一体型又は外部マッチングネットワークの開発を含む。
【１２５１】
いくつかの例では、短いダイポールや小さなループアンテナのアンテナエレメントは、基板上に形成されたまたは基板上に配置された、変更されたELR材料を使用する膜、テープ、箔、ワイヤ、ナノワイヤ、トレースまたは他の導体であり得る。本明細書に記載の変更されたELR材料を使用するのに適したアンテナは、プリント回路基板等の誘電体基板上に形成された導電性トレースであるマイクロストリップアンテナである。しかしながら、マイクロストリップアンテナは、半導体製造プロセスや他のナノスケールの技術を用いて、はるかに小さいスケールで、より小さい基板上に製作することができる。
【１２５２】
図38-0は、ELR材料ベース層と、ELR材料ベース層上に形成された変更する層とを有する膜のような変更されたELR材料から少なくとも一部が形成されたマイクロストリップアンテナエレメント3800の断面を示す図である。変更されたELR材料から形成された様々な適切な膜は、本明細書に詳細に記載されている。図38-Oの例示に示されるように、アンテナエレメント3800は、ELR材ベース層3804とベース層3804上に形成された変更する層3806を含む。アンテナエレメントは、プリント回路基板などの基板3802、集積回路の誘電体基板、又は他の誘電材料（空気を含む）上に形成することができる。接地面3808は、誘電体基板3802の反対側に配置されている。いくつかの例では、接地面は、変更されたELR材料から形成することもができる。変更されたELR材料から形成されたアンテナエレメント3800は、150K、室温又は周囲温度（294K、または本明細書に記載の他の温度のような従来のHTS材料で使用される温度よりも高い温度において導電路中の電流の流れに対してほとんど又は全く抵抗を示さない。
【１２５３】
基板3802の材料又は寸法は、様々な要因に基づいて選択することができる。例えば、その寸法および誘電率に基づいて基板材料を選択すると、システムのインピーダンスにアンテナの入力インピーダンスを整合することができる、または、アンテナの帯域幅と効率を向上させることを助けることができる。当業者であれば、所望の特性および/または所望の動作特性を得るために、基板が多くの異なる材料と多くの異なる形状から形成することができることを理解するであろう。
【１２５４】
多くの基板材料は、使用可能である。例えば、基板は、バルクでまたは別の基板上に堆積された以下の基板が使用可能である。例えば、非晶質又は結晶質の石英、サファイア、酸化アルミニウム、LaAlO3、LaGaO3、SrTiO2、ZrO2、MgO、NdCaAIO4、LaSrAIO4、CaYAIO4、YAIO3、NdGaO3、SrLaAIO4、CaNdAIO4、LaSrGaO4、YbFeO3が使用可能である。基板は、良質の成長、堆積または配置変更されたELR材料の互換性、不活性であるように選択され、本明細書に記載望ましい特性を有することができる。高誘電率を有し、既存のまたは従来のアンテナとともに使用される基板は、同様に本明細書に記載のアンテナのための良好な基板を提供することができる。
【１２５５】
図39-Oは、変更されたELR材料から形成された短いダイポールアンテナおよび対応するマッチングネットワークを示す図である。アンテナとマッチングネットワークは、誘電体基板3902上に変更されたELR材料から形成されている。接地面3906は、誘電体基板3902の他方の面に形成されている。いくつかの例では、接地面も変更ELR材料で形成されている。アンテナは、導電路3910を介してシステム給電ライン3908に接続されたランナー3904を備える。スタブセクション3912とともに導電路3910は、ダイポールアンテナ用のマッチングネットワークを形成する。もちろん、他の多くのアンテナと、マッチングネットワーク構成は可能であり、変更されたELR材料で形成された小さなダイポールアンテナを実現することは設計者の設計事項である。
【１２５６】
図40-Oは、変更されたELR材料から形成された小さなループアンテナと対応するマッチングネットワークを示す図である。アンテナとマッチングネットワークは、変更されたELR材料から誘電体基板4002上に形成される。接地面4006は、誘電体基板4002の他方の面に形成される。いくつかの例では、接地面もまた変更ELR材料で形成される。アンテナは、導電路4010を介してシステム給電ライン4008に接続されている変更されたELR材料4004のループを備える。コンデンサ4012とともに導電路4010は、ダイポールアンテナ用のマッチングネットワークを形成する。図40-Oのコンデンサは個別エレメントとして示されているが、マッチングネットワークのキャパシタンスもまた、マイクロストリップラインの原理を用いて形成することができる。
【１２５７】
小さいループと上記のダイポールアンテナがマイクロストリップライン技術を用いて基板上に形成されるものとして説明されているが、他の技術は、変更されたELR材料のアンテナ構造を実現するために使用することができる。例えば、ループまたはダイポールアンテナは、基板上に配置されることなく変更されたELRナノワイヤから形成することができる。
【１２５８】
図41-O、図42-O、および図43-Oは、マイクロストリップアンテナの他の例を示す。上述したダイポールとループアンテナと同様に、モバイル用途向けに小型化されたマイクロストリップアンテナは、抵抗損失のためにより大きなパッチアンテナよりも非効率である。変更されたELR材料のアンテナエレメントを形成するとこれらの抵抗損失を低減し、より小さなアンテナ構造を十分に効率的にする。図41-Oは、通常のマイクロストリップパッチアンテナの一例である。アンテナは、接地面4106からアンテナエレメント4104を分離する誘電体基板4102上に形成される。図41-Oの例では、信号は、エッジ給電ネットワーク4108を介してアンテナにまたはアンテナから供給される。当業者は、プローブ供給、差込みエッジ供給、ギャップを有するプローブ供給、ギャップを有するエッジ供給、二層供給、開口結合供給などの他の給電ネットワーク構成が使用できることを理解するであろう。
【１２５９】
図42-Oは、マイクロストリップアンテナHの一例である。このアンテナは、通常のパッチアンテナと比較すると、大幅に小さいが、同様の動作特性を示すことができる。アンテナは、接地面4206からアンテナエレメント4204を分離する誘電体基板4202上に形成されている。図42-Οの例示のH-アンテナは、プローブ給電ネットワーク4208によって供給されるが、任意の数の適切な給電ネットワークで供給してもよい。
【１２６０】
図43-Oは、メアンダラインアンテナの一例である。名前が示すように、アンテナエレメント4304は、接地面4306からアンテナエレメントを分離する基板4302上に蛇行するラインで形成されている。メアンダラインアンテナは、非常に小さく、狭い周波数アンテナとなるように設計することができ、または、複数の共振周波数を有する高い帯域幅のアンテナとなるように設計することができる。
【１２６１】
もちろん、多くの他のアンテナとマッチングネットワークの構成は可能であり、変更されたELR材料で形成されたアンテナを実現することは設計者にとって設計事項である。実際に、従来のアンテナとマッチングネットワークの設計を支配する原理は、本明細書に記載の変更されたELR材料を使用するアンテナを作製するためにも適用することができる。従って、いくつかのアンテナの幾何学的形状が示されているが、もちろん他の多くの形状も可能である。
【１２６２】
電気的に小さいアンテナとして一般的に上述したが、本発明は、必ずしも電気的に小さくないアンテナなど任意のアンテナを含んでいる。例えば、上述のアンテナ（及び下記）は、変更されたELR材料から少なくとも一部が形成されている導体の長さを有することができる。代替的に又は付加的に、変更されたELR材料は、導体の長さに沿って、またはアンテナの機能を提供するために必要な幾何学的形状を有する固く細長い構造に沿って、形成する又は被覆することができる。このような構造は、導電材料、誘電材料、または導電材料および誘電材料の両方で形成することができる。
【１２６３】
本明細書には、アンテナに対するいくつかの適切な幾何学的形状が示され、記載されているが、他の多くの形状もまた可能である。これらの他の形状は、材料の厚さの違い、異なる層の使用、他の三次元構造に加えて、異なるパターン、異なる長さおよび/または幅に対する構成やレイアウトを含む。
【１２６４】
変更されたELR材料を含む共振アンテナ
共振アンテナは、単一の周波数または狭い範囲の周波数で良好に動作するアンテナである。共振アンテナは、通常は、波長の半分の範囲の長さである。上述したように、電気的に大きいアンテナは、小型化されたアンテナと比較してかなり効率的である。従来の導電性材料から作製された共振アンテナは、同じ周波数で使用される小型化されたアンテナよりも効率的である。しかしながら、このような高い放射効率と強力な利得などの性能の改善は、変更されたELR材料を有する共振アンテナ構造の実装か、または変更によって達成することができる。
【１２６５】
共振アンテナは、ほぼ無限の数だけ構成することができる。例えば、図41-0〜図43-Oを参照すると、上述したアンテナに類似するマイクロストリップアンテナは、アンテナの共振周波数がアンテナの大きさに依存するような特定の周波数で、共振アンテナとして動作することができる。
【１２６６】
基板に加えて、いくつかの例では、共振アンテナは基板上に形成されていないワイヤ又は他の導体から形成される。図44-Oは、変更されたELR材料で形成されたダイポールアンテナの一例を示す図である。図44-Oに示す例示のアンテナは、変更されたELR材料で形成された給電ネットワーク（図示せず）と結合している２つのオープン短絡導体4402、4404を含む。いくつかの例では、半波ダイポールは、給電ネットワークが中心点で導体と結合される半波長の長さを持つ単一導体から形成することができる。他の例では、導体または導体の長さは、アンテナの放射パターンを変化させる影響を持つ波長に対して、調整することができる。
【１２６７】
図45-0は、変更されたELR材料で形成されたV字形ダイポールアンテナを示す図である。V字形ダイポールは、2つの開回路導体4502、4504、例えば、導体が角度4506で互いに対して位置決めされている開回路伝送ラインで形成されている。図46-Oは、変更されたELR材料で形成された折り返したダイポールアンテナの一例を示す図である。折り返したダイポールは、狭いループ内で単一の導体4602から形成されている。
【１２６８】
もちろん、他の多くのアンテナ構成が可能であり、変更されたELR材料で形成される共振アンテナを実現することは、設計者の設計事項である。実際に、従来のアンテナとマッチングネットワークの設計を支配する原理は、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いたアンテナを作製する場合にも適用することができる。従って、いくつかのアンテナ形状が示されているが、もちろん、他の多くのアンテナ形状も可能である。
【１２６９】
変更されたELR材料を含む広帯域アンテナ
広い周波数範囲にわたって効果的に動作する広帯域アンテナもまた、変更されたELR材料から形成される恩恵を享受することができる。上述した他のアンテナと同様に、広帯域アンテナは、アンテナエレメントを形成するために使用される材料の抵抗による損失に苦しんでいる。広帯域アンテナのアンテナエレメントの損失は、通常は、周波数の関数であり、低周波数でのアンテナの有効性を制限する。アンテナエレメントの抵抗値が変更されたELR材料のアンテナエレメントを形成することによって低減されると、アンテナは周波数の広い範囲でより効果的となる。
【１２７０】
図47A-Oは、変更されたELR材料で形成された例示のリボンダイポールアンテナを示す図である。リボンダイポールアンテナは、送信機/受信機/送受信器4706に接続されている広いフラットな導体4702、4704のペアを含む。導体の幅は、上記の従来のダイポールアンテナに対するアンテナの帯域幅を向上させる。いくつかの例では、導体の幅は変更することができ、アンテナの帯域幅をさらに改善することができる。たとえば、図47B-Oのボウタイアンテナは、送信機/受信機/送受信器4716から遠くなるにつれて広くなる一対の導電体4712、4714を含む。リボンとボウタイアンテナの両方の有効帯域幅は、変更されたELR材料からアンテナエレメントを形成することによって高めることができる。いくつかの例では、アンテナエレメントは、本明細書に記載されるように誘電体基板上に形成されている。
【１２７１】
アンテナエレメントの他の構成は、さらに帯域幅を向上させる。たとえば、図48-Oのスパイラルアンテナは非常に広い帯域幅を得る優れた一対のアンテナエレメント4802および4804を含む。他の広帯域アンテナを本明細書で説明したように、有効帯域幅はさらに変更されたELR材料からのスパイラルアンテナのエレメントを形成することによって高めることができる。
【１２７２】
もちろん、本明細書に記載の他のカテゴリのアンテナと同様に、広帯域アンテナの多くの構成は可能であり、変更されたELR材料で形成された広帯域アンテナを実現することは、設計者の設計事項である。実際、従来の広帯域アンテナの設計を支配する原理は、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いるアンテナを作製するためにも適用することができる。従って、いくつかのアンテナ形状が示されているが、もちろん他のアンテナ形状も可能である。
【１２７３】
変更されたELR材料を含む開口アンテナ
変更されたELR材料から全て形成される、または、一部が形成されることの恩恵を受けることができるもう一つのアンテナ構造は、開口アンテナである。開口アンテナの構造の一部は、電磁波が通って流れるアンテナ開口である。レシーバとして動作する開口アンテナは、開口を通る波を収集する。通常は、開口アンテナは、非常に高い利得を必要とする用途に最適なアンテナである。本明細書で説明する他のアンテナと同様に、従来の開口アンテナは、アンテナ構造を形成するために使用される材料の抵抗による抵抗損失に苦しんでいる。変更されたELR材料からアンテナ構造を形成すると、これらの抵抗損失が低減し、アンテナの効率が向上する。
【１２７４】
図49-Oは、変更されたELR材料で形成されたアンテナ開口の断面図である。アンテナ開口4902は、ELR材料ベース層4904と、ベース層上に形成された変更する層4906によって定義される。図49-Oの例では、アンテナ開口4902は長方形として示されているが、当業者は、アンテナ開口が既知の設計原則に基づいて他の幾何学的形状で定義することができることを理解するであろう。
【１２７５】
図50-Oは変更されたELR材料で一部が形成されたアンテナ開口の断面図である。図50-Oの例では、アンテナ開口5002は、アルミニウムまたは誘電体層のような従来の材料5004によって定義される。電磁波は、アンテナ開口の内面上を伝播するので、アンテナ開口は、従来の材料に関連付けられる抵抗損失を低減するために変更されたELR材料で裏打ちすることができる。変更されたELR材料は、ELR材ベース層5006と、ベース層上に形成された変更する層5008とを含む。
【１２７６】
いくつかの例では（図示せず）、変更されたELR材料の異なる構成を使用することができる。例えば、図49-Oにおいて、変更する層4906とELR材ベース層4904の位置を入れ替えてもよい。換言すれば、これらの例では、ベース層4904は、アンテナ開口の内部上に配置することができ、変更する層4906は、アンテナ開口の外側上に配置することができる。同様に、図50-Oにおいて、ELR材料ベース層5006の配置は、変更する層5008と交換することができる。
【１２７７】
図51-Oは、図49-O、図50-Oで記載されたような、変更されたELR材料で、少なくとも一部が形成された例示のホーンアンテナを示す図である。図51-Oのホーンアンテナのアンテナ開口5102は、ホーン部5104を形成するためにホーンアンテナに供給する導波管5106の両側に張り出して形成されている。図51-Oの例では、導波路は両方向に広がっている。しかしながら、他の例では、他の方向の光導波路の寸法を維持しながら、導波路は一方向のみに張り出すことができる。開口アンテナの他の形状及び構成もまた、変更されたELR材料で少なくとも部分的にアンテナを形成することによって実現される抵抗損失の低減の恩恵を受けることができる。
【１２７８】
変更されたELR材料の構造を形成することによる抵抗損失の減少の恩恵を受けることができる開口アンテナの別のタイプは、反射鏡アンテナである。反射鏡アンテナシステムは、しばしば高い利得を必要とする用途で使用される。図52-Oは、変更されたELR材料で形成される反射鏡アンテナの断面図である。このアンテナシステムは、反射鏡5202と給電アンテナ5204を備える。給電アンテナは、多くの種類のアンテナとすることができる。例えば、給電アンテナは、本明細書に記載のアンテナエレメントのいずれかであり、そのうちのいくつかは、変更されたELR材料で形成されるかまたは、変更されたELR材料で裏打ちされたものである。いくつかの例では、反射鏡は、変更されたELR材料で完全に形成されている。他の例では、図52-Oに示すように、反射鏡は変更されたELR材料の層5206で裏打ちされている。
【１２７９】
もちろん、本明細書で説明した他のカテゴリのアンテナと同様に、開口アンテナの多くの構成は可能であり、変更されたELR材料で形成された開口アンテナを実現することは、設計者の設計事項である。実際、従来の広帯域アンテナの設計を支配する原理は、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いるアンテナを作製するためにも適用することができる。従って、いくつかのアンテナ形状が示されているが、他の多くのアンテナ形状は、もちろん可能である。
【１２８０】
変更されたELR材料で形成されたアンテナエレメントを有するアンテナアレイ
複数のアンテナエレメントは、特定の目的に適合する放射パターンを生成するために、しばしばアレイに構成されている。たとえば、図53A-Oは、パッチアンテナの例示的なアレイを示す図である。アレイは、変更されたELR材料で形成されたパッチアンテナ5302〜5308を含む。パッチアンテナ5302〜5308のアレイは、5310として概略的に示されている給電ネットワークによって供給されてもよい。給電ネットワークは、パッチアンテナと同様に、ELR材料から形成することができる。いくつかの例では、給電ネットワークは、理解されるようにように、導電性、半導体又は絶縁性の基板上に形成することができる。
【１２８１】
図53B-Oは、八木・宇田アレイの図である。八木・宇田アレイでは、変更されたELR材料から形成されたアンテナエレメント5312が供給され、残りのエレメント5314〜5320は供給されたアンテナの放射パターンを変化させる寄生共振器として動作する。いくつかの例では、1つまたはそれ以上の寄生エレメント5314〜5320は、変更されたELR材料で形成される。
【１２８２】
いくつかの例では、制御ロジック及び給電ネットワークは、物理的にアンテナアレイを変更することなくアンテナの放射パターンを変更するために、どのアンテナアレイのエレメントがアクティブかを制御するために、または、各アンテナアレイに配信された信号の位相と大きさを制御するために使用することができる。図54-Oは、変更されたELR材料から形成されたコンポーネントを有するアンテナアレイのブロック図である。システム5400は、アンテナ5402のアレイ、アンテナのアレイに給電するための給電ネットワーク5404、制御ロジック5406、メモリ5408を含む。
【１２８３】
アンテナアレイは、多くの種類のアンテナアレイであり得る。アンテナアレイの主要な二つは、切り替えビームスマートアンテナとアダプティブアレイスマートアンテナを含む。スイッチドビームシステムは、複数の事前に定義された固定ビームパターンを使用する。制御ロジック5406は、システムの要件に基づいて、所与の時間ポイントで、どのビームを使うか又はアクセスするかに関して意思決定を行う。アダプティブアレイは、干渉信号をゼロにしながら同時にアンテナが目的の方向にビームを導くことを可能にする。ビーム方向は、いわゆる到来方向（DOA）推定法を用いて推定することができる。
【１２８４】
いくつかの例では、アレイを構成するすべてのアンテナエレメントは、幾何学的形状が均一であるが、他の例では、アンテナエレメントは幾何学的形状を変えることができる。同様に、アレイ中のアンテナエレメント間の関係は変わることができる。例えば、アンテナエレメントは、線形アレイ、平面アレイ、コンフォーマルアレイ、又は三次元アレイに構成することができる。アンテナエレメントの構成および形状は、所望の放射パターンを得るためにアンテナアレイを実現する設計者の設計事項である。
【１２８５】
信号は、給電ネットワーク5404によってアンテナアレイ5402から、及び／又は、アンテナアレイ5402に、供給される。給電ネットワーク5404は、アレイから所望の放射パターンを得るために、能動エレメント及び受動エレメントを含むことができる。例えば、給電ネットワーク5404は、有限インパルス応答（FIR）タップ付き遅延ラインフィルタを含むことができる。FIRフィルタの重みは、適応的に変化させ、形成された所望のビームパターンと実際のビームパターンの誤差を減少させることで最適なビーム形成を提供するように使用することができる。FIRフィルタによって実現される通常のアルゴリズムは、最急降下であり、および少なくとも2乗アルゴリズムを意味する。
【１２８６】
繰り返すが、本明細書で説明した他のカテゴリのアンテナと同様に、アンテナアレイの多くの構成は可能であり、変更されたELR材料で形成されたアンテナアレイを実現することは、設計者の設計事項である。このようなアレイは、すべてがELR材料で形成されたかなり均質なアンテナ、または、異なる種類のアンテナの不均一な混合物、いくつかのアンテナがELR材料でない材料で形成されたもの、または、異なるアンテナと異なる材料の組み合わせを含むことができる。同様に、システム5400の他の多くのコンポーネントは、変更されたELR材料を用いて実現することができる。いくつかのアンテナ形状が示されているが、他の多くのアンテナ形状は、もちろん可能である。
【１２８７】
変更されたELR材料を含むマッチングネットワークと他の実施例
アンテナが送信機/受信機として動作するシステムに適合されている場合には、アンテナはより効率的かつ実用的である。アンテナを接続された電子機器に適合させるために、マッチングネットワークは、アンテナ構造のインピーダンスをシステムのインピーダンスに一致するように変更するために使用される。アンテナが小さくなるにつれ、アンテナのリアクタンスが大きくなる。大きなリアクタンス値は、アンテナの小さな抵抗値と組み合わせられた場合、小さなアンテナはシステムインピーダンスと適合することが困難になる。しかしながら、このような本明細書に記載の変更されたELR材料から形成されたマッチングネットワークは、小さなアンテナのマッチングをかなり向上させることができる。
【１２８８】
いくつかの例では、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いる構造体はいずれも、従来のHTS材料の転移温度と室温との間の温度で電流の流れに対して非常に低い抵抗を示すことができる。いくつかの実施例では、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いる構造体はいずれも、本明細書に記載のように、150Kまたはそれ以上の温度で電流の流れに対して非常に低い抵抗を示すことができる。これらの例では、この構造体は変更された特定のELR材料の臨界温度に構造エレメントを冷却するために使用される適切な冷却システム（図示せず）を含むことができる。例えば、冷却システムは構造体中のELR材料を少なくとも液体フロンと同じ温度まで、または本明細書に記載の他の温度まで冷却可能なシステムであってもよい。すなわち、冷却システムは、構造体中で使用される変更されたELR材料の種類や構造に基づいて選択することができる。冷却システムを選択するための他の考慮事項は、また、構造体の消費される電力量などであり得る。
【１２８９】
いくつかの例では、本明細書に記載のシステム及びデバイスの一部または全部は、使用される変更されたELR材料が周囲温度よりも低い温度で非常に低い抵抗を示すような特定の用途で、低コストの冷却システムを用いてもよい。本明細書で説明したように、いくつかの例では、用途は、液体フロンの温度と同じ温度まで、あるいは本明細書に記載の他の温度と同じ温度まで変更されたELR材料を冷却するシステムのような冷却システム（図示せず）を含むことができる。冷却システムは、用途で使用される変更されたELR材料の種類や構造に基づいて選択することができる。
【１２９０】
本明細書に記載のシステム、装置、および/または用途に加えて、当業者は、アンテナを含む他のシステム、他のデバイス、および他の用途が本明細書に記載のような変更されたELR材料から形成されたアンテナを利用してもよいことを理解するであろう。例えば、図55-Οは、変更されたELRの材料から形成されたアンテナを含む携帯機器のブロック図である。本明細書で記載の携帯機器は、この技術を実現することができる無線装置の一つのタイプの例示であり、他の無線装置もまた、この技術を実現するために使用することができる。例えば、携帯機器は、携帯電話、スマートフォン、パーソナルデジタルアシスタント（"PDA"）、携帯型電子メールデバイス（ブラックベリー（登録商標）デバイス等）、携帯型メディアプレーヤ（アップルiPod touch（登録商標）等）、タブレットまたはスレートコンピュータ（例えば、アップルアプリ（登録商標）等）、ネットブックコンピュータ、ノートブックコンピュータ、電子リーダー、または無線通信能力を有する他のデバイスを含むことができる。
【１２９１】
携帯機器5500は、ディスプレイ5510を含む。いくつかの実施例では、ディスプレイ5510は、表示されたデータの直接操作を可能にするタッチスクリーンを備える。携帯機器5500は、携帯機器を操作し、ディスプレイをナビゲートし、データの選択を行うための多機能入力モジュール5504を有している。入力モジュール5504は、マウス、トラックボール、タッチスクリーン、又はユーザ選択を通信することができるの入力モジュールキーボード等であり得る。さらに、携帯機器5500は、無線ネットワーク上で情報を送受信するために、変更されたELR材料から形成されたELRアンテナシステム5506を使用する。アンテナシステム5506は、受信機、送信機、または送受信器（図示せず）と結合することができる。図示していないが、携帯機器は、携帯型電源、メモリ、論理回路、携帯機器に共通する他のコンポーネントを含むことができる。
【１２９２】
上述したアンテナは、無線周波数、携帯電話、光通信、マイクロ波通信などの通信ネットワークとデバイスでの使用に特に適しているかもしれない。上述したように、そのようなアンテナでELR材料を使用することによって、アンテナは、同様の条件下で最良の導体又は一般的な導体よりも桁違いに低い抵抗を示し、それによって、理想的なアンテナの利得に近い、非常に高いアンテナ利得をもたらす。また、このようなアンテナは、より小さくよりコンパクトな形態で製造することができる。
【１２９３】
実際には、上述したアンテナの多くは、ウェーハ基板を含む基板上のマイクロストリップ技術を用いて形成することができる。したがって、多くのアンテナは、薄膜製造技術を用いて作製することができ、その多くは本明細書に記載され、そのすべては、半導体チップ製造で一般的である。変更されたELR材料を用いるアンテナの多くは、単層デバイスとして製造することができるので、そのようなアンテナを作製する処理工程は、フォトリソグラフィ、イオンミリング、接触メタライゼーション、およびダイシング（またはその等価）の各工程に簡略化される。
【１２９４】
本明細書に記載のアンテナを使用する別の例示のデバイス5600を図56-0に示す。このデバイスは、RF回路5604に結合されたアンテナ5602を含む。RF回路は、受信機、送信機、送受信機、信号発生回路、変調器、復調器などを含むことができる。このデバイスは、また、論理回路5606及びメモリ5608を含む。このデバイス5600は、例えば、単一チップ上に製造されてもよいし、RFIDチップを形成することもできる。（代替的に、アンテナ5602は、プリント回路基板などの基板上にある、チップや基板上に形成された回路や基板と相互接続された回路などのコンポーネント5604、5606、5608とともに形成されたマイクロストリップアンテナであってもよい）。
【１２９５】
オンチップアンテナを使用することにより、チップは明らかに改善された性能の恩恵を受けることができる。チップ内で変更されたELR材料を使用することにより、チップは回路密度の増加を享受することができる。たとえば、変更されたELR材料を用いることにより、単位ライン当たりより多くの電流を運ぶことができるので、チップの熱損は少なくなり、細いラインを使用することができる。ラインと相互接続は、変更されたELR材料から作製することができる。また、ライン損失が大幅に低減されるので、増幅器がなくても信号を送信することができる。さらに、チップは、1.3ナノメートルスケールの技術のような最小スケールの製造技術を用いて作製することができ、これにより、1つまたはそれ以上のアンテナのためにチップ上に大きな余地を残すことができる。各ラインを通る電流が少ないので、他の回路などの隣接するラインとの間でのEMFの影響を低減することができる。回路設計者は、レイアウトや距離の問題に基づく制限が少なくなるので、より緻密で、迅速なチップ設計をすることができる。
【１２９６】
変更されたELR材料から一部がまたは全体が形成されたコンポーネントを用いるアンテナの具体例が本明細書に記載されているが、当業者は、いかなるにアンテナ構成でも電流を伝導する、無線信号を受信する、電磁信号を送信、転送、変更するために、上記記載のコンポーネントのような変更されたELR材料から少なくとも一部が形成されたコンポーネントを使用することができることを理解するであろう。
【１２９７】
種々のアンテナおよびアンテナシステムは、上記説明した導電性エレメントと他のエレメントを広く使用している。従って、変更されたELRの材料から形成されるコンポーネントを使用することができるすべてのアンテナおよびアンテナシステムを全て詳細に列挙することは不可能である。本明細書には、いくつかのアンテナに対して適切な幾何学的形状が示されているが、他の多くの形状も可能である。これらの他の形状は、異なるパターン、構成または長さおよび/または幅に対するレイアウトだけでなく、材料の厚さの違い、異なる層の使用、および他の三次元構造を含む。本発明者らは、当技術分野で知られている実質的にすべてのアンテナと関連するシステムが変更されたELR材料を使用することができ、本出願の変更されたELR材料、アンテナ、及び原理の様々な例が提供された当業者が、過度の実験を行うことなく、変更されたELR材料から全部またはその一部が形成された1つまたはそれ以上のコンポーネントを有する他のアンテナを実現することができると信じる。
【１２９８】
また本明細書の説明では、特定のフィルタシステムが変更されたELR材料から形成された特定のコンポーネントをどのように使用することができるかについて強調しているが、変更されたELRコンポーネントのこれらの実施例は例示であり、網羅的でないことが意図される。本開示の様々な例を供給される当業者は、変更されたELR材料から形成される同じまたは同様のアンテナシステム内の他のコンポーネントを識別することができるであろう。
【１２９９】
また、当業者は、本発明者らが、たとえ、それらの組合せが明示的に記述されていない場合でも、本明細書に記載のアンテナと原理の二つまたはそれ以上の組み合わせを含む複雑なアンテナシステムで使用することができることを意図したことを理解するであろう。確かに、このような複雑なアンテナシステムは、2つまたはそれ以上の異なるまたは異質のアンテナを、または単純に類似または同質でないアンテナを使用してもよい。
【１３００】
いくつかの実施例では、変更されたELR材料を含むアンテナは、以下のように説明することができる。
【１３０１】
システムであって、受信機、送信機、または送受信器と、前記受信機、送信機、または送受信器に結合される少なくとも一つのアンテナエレメントとを有し、前記少なくとも1つのアンテナエレメントが、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR材料で形成されていることを特徴とするシステム。
【１３０２】
構造体であって、複数のアンテナエレメントと、前記複数のアンテナエレメントと結合した給電ネットワークとを有し、前記複数のアンテナエレメントのうちの少なくとも1つのアンテナエレメントは、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR材料で形成されていることを特徴とする構造体。
【１３０３】
構造体であって、誘電体基板と、前記誘電体基板の第1側部に配置された広帯域アンテナエレメントと、を有し、前記アンテナエレメントは、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR材料で形成されていることを特徴とする構造体。
【１３０４】
構造体であって、誘電体基板と、前記誘電体基板の第1側部に配置された共振アンテナエレメントとを有し、前記アンテナエレメントが非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR材料で形成されていることを特徴とする構造体。
【１３０５】
構造体であって、誘電体基板と、前記誘電体基板の第1側部に配置された電気的に小さいアンテナエレメントと、を有し、前記アンテナエレメントが、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR材料で形成されていることを特徴とする構造体。
【１３０６】
開口アンテナであって、供給端部と放射端部とを有する開口を形成する導電性表面と、前記開口の前記供給端部に結合された給電ネットワークとを有し、前記導電性表面は、非常に低い抵抗（ELR）材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR材料で形成されていることを特徴とする開口アンテナ。
【１３０７】
第15章 ELR材料で形成されたエネルギー貯蔵装置
本章の説明は、図1-36と図37-P〜図43-Pを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【１３０８】
変更された、開口された、および/または、他のELR材料のような非常に低い抵抗（ELR）ELR材料の膜を使用する様々な種類のエネルギー貯蔵装置が本明細書に記載されている。"変更されたELR材料"、および/または、変更されたELR材料の様々な構成（変更されたELR膜等）を参照して本発明の様々な例が説明されているが、本明細書に記載の改良されたELR材料のいずれも本発明の様々な態様に応じる変更されたELR材料（変更されたELR材料1060など）、開口されたELR材料、および/または、他の新しいELR材料を使用できることが理解されるであろう。本明細書で説明するように、これらの改良されたELR材料は、いくつかの例で、150Kよりも高い温度においてELR状態で動作するなどの少なくとも1つの改善された動作特性を有する。
【１３０９】
変更された、開口された、および/または他の新しいELR材料を含む、様々なエネルギー貯蔵装置について詳細に説明する。一般に、エネルギー貯蔵装置の多くの構成は可能である。実際に、従来のエネルギー貯蔵デバイスの設計および構成を支配する原理は、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いるエネルギー貯蔵装置の設計にも適用することができる。従って、いくつかのエネルギー貯蔵デバイスおよび構成が本明細書に示され記載されているが、他の多くのデバイスもまた可能である。また、本明細書の説明は、特定のエネルギー貯蔵装置がどのように変更されたELR材料から形成される特定のコンポーネントを使用することができるかを強調しているが、変更されたELRコンポーネントの例は単に例示であり、全てを網羅しているものではないことが意図される。本開示の様々な例を供給される当業者は、変更されたELR材料から形成される同じまたは同様のエネルギー貯蔵デバイス/システム内の他のコンポーネントを識別することができるであろう。
【１３１０】
図37-Pは、変更されたELR材料から形成されたコンポーネント又は変更されたELR材料を少なくとも一部組み込んでいるコンポーネントを有するエネルギー貯蔵システム3700を示すブロック図である。エネルギー貯蔵システム3700は、外部電源3720からエネルギーを受け取って貯蔵するように構成されたエネルギー貯蔵装置3710を使用することができる。電力またはエネルギーは、外部電源3720からライン3722を介してエネルギー貯蔵装置3710に送信される。貯蔵されたエネルギーは、必要に応じてエネルギー調整システム3730を通過した後、ライン3724を介して負荷3740に供給される。
【１３１１】
この例では、外部電源3720は、電源または送電網、磁気発生器、太陽電池またはソーラーパネル、光起電力（PV）セルまたは光電セル、変圧器、風力タービン、水力発電機、熱電発電機、フライホイールまたは発電機のような他の回転機械機能、および/または他のタイプの再生可能/非再生可能エネルギー源などの適切な電力またはエネルギー源であるが、これらに限定されるものではない。エネルギー貯蔵装置3710にエネルギーを供給するエネルギー発生装置の例についての詳細は後述する。
【１３１２】
エネルギー貯蔵装置3710は、電池、動力電池、コンデンサ、スーパーコンデンサ、フライホイール、磁気エネルギー貯蔵、SMES等を含む適切な電力またはエネルギー貯蔵装置であるが、これらに限定されるものではない。いくつかの例では、理解されるように、エネルギー貯蔵装置3710は、電力を排出し、その後、電源3720によって補充することができる充電可能な貯蔵装置である。いくつかの例では、システム3700は、単一外部電源3720から電力を受け取り、単一デバイス/ユーザに蓄えられたエネルギーを送電するように構成される。他の例では、システム3700は、複数の異なる外部電源3720から電力またはエネルギーを受け取り、そのエネルギーをアレイ、グリッド、または、エネルギー貯蔵装置3710の分散された構成中に貯蔵するように構成された電力網又はアレイを備える。貯蔵されたエネルギーは、その後、必要に応じてユーザ／デバイスに送電することができる。
【１３１３】
オプションのエネルギー調整システム3730は、負荷3740に応じてエネルギー貯蔵装置3710（必要に応じて）の出力を変更または調節するように構成されている。例えば、エネルギー調整システム3730は、貯蔵されたDC電流をAC電流に変換するために使用することができる。エネルギー調整システム3730は、エネルギーが負荷3740に供給される前に、貯蔵されたエネルギーに対して種々の変更を行うために用いてもよい。さらに別の実施例では、システム3700は、エネルギー調整システム3730を含まなくてもよい。負荷3740は、電力またはエネルギーを必要とする様々な別のデバイス、装置、又は施設であってもよい。負荷3740は、単一デバイス（携帯電話、スマートフォン、ラップトップ、タブレットまたは他の携帯電子機器、コンピュータ、テレビ、または他の電動機器）、家庭または工場、家庭またはコミュニティのグループ、配電網等を含むことができる。エネルギーシステムの設計は、理解されるように、エネルギー貯蔵装置が使用される用途ごとに非常に特異的であり、形状と配置が所望される特定の用途および他の要因は、システムで使用されたコンポーネントの価値と数を動かす。したがって、コンポーネントの特定の種類と数は、用途ごとに装置ごとに異なるため本明細書に記載する必要はない。
【１３１４】
一般的に言えば、エネルギー貯蔵システム3700は、変更されたELR材料から全体がまたはその一部が形成されている様々なコンポーネントを含むことができる。ELRコンポーネントは、電流を伝導する、信号を送信するかまたは信号を電磁的信号に変換するか又は電磁的信号から信号に変換する（電流、電圧等を含む）か、または電磁信号を送信するまたは変更するように構成することができる。例えば、エネルギー貯蔵装置3710の1つまたはそれ以上のコンポーネント、外部電源3720、伝送ライン3722、3724、エネルギー調整システム3730、および/または、他の関連するコンポーネントは、さらに変更されたELR膜と薄膜から形成されたナノワイヤ、テープ、箔から形成された特徴を含んでいてもよい。
【１３１５】
前述のように、外部電源3720は、電力又はエネルギーをエネルギー貯蔵装置3710へ供給するように構成される。いくつかの例では、上述のように電源3720は、エネルギーを捕まえ、その後、捕まえたエネルギーを電気エネルギーに変換し、その後、エネルギー貯蔵装置3710に転送するように構成されている風力タービン、PVセル、水力発電機等のような装置を含んでもよい。いくつかの実施例では、エネルギー貯蔵装置3710に電気エネルギーを送信するために使用される伝送ラインおよび/または他のコンポーネントの少なくとも一部は、変更されたELR材料から形成することができる。
【１３１６】
変更されたELR材料から形成されたコンポーネントを使用するエネルギー貯蔵装置の具体例が本明細書に記載されているが、当業者は、エネルギー貯蔵装置の構成がELR材料から形成されるコンポーネントを実質的に使用できることを理解するであろう。そのようなコンポーネントは、上記のように、電流を伝導する、信号を電磁信号（電流と電圧など）に変換するまたは電磁信号を信号に変換する、貯蔵されたエネルギーを電気エネルギーに変換する、またはエネルギー貯蔵装置に電磁信号を伝達するかエネルギー貯蔵装置からの電磁信号を伝達する、または電磁信号を変更してエネルギー貯蔵装置に送信するかエネルギー貯蔵装置からの電磁信号を変更する。既知のエネルギー貯蔵システムは、本明細書に記載の導電エレメントや他のエレメントを広く用いる。その結果、変更されたELR材料から形成されるコンポーネントを使用することができるすべての可能なエネルギー貯蔵装置/システムを網羅的に詳細に列挙することは不可能である。しかしながら、本発明者らは、当技術分野で知られている実質的にすべてのエネルギー貯蔵装置と関連するシステムが変更されたELR材料を使用することができ、本出願の変更されたELR材料、エネルギー貯蔵装置、及び原理の様々な例が提供された当業者が、過度の実験を行うことなく、変更されたELR材料から全部またはその一部が形成された1つまたはそれ以上のコンポーネントを有する他のエネルギー貯蔵装置を実現することができると信じる。
【１３１７】
また本明細書の説明では、特定のエネルギー貯蔵装置/システムが、どのように変更されたELR材料から形成された特定のコンポーネントを使用することができるかについて強調しているが、変更されたELRコンポーネントのこれらの実施例は例示であり、網羅的でないことが意図される。本開示の様々な例を供給される当業者は、変更されたELR材料から形成される同じまたは同様のエネルギー貯蔵装置/システム内の他のコンポーネントを識別することができるであろう。
【１３１８】
また、当業者は、本発明者らが、たとえ、それらの組合せが明示的に記述されていない場合でも、本明細書に記載のエネルギー貯蔵装置と原理の二つまたはそれ以上の組み合わせを含む複雑なエネルギー貯蔵装置で使用することができることを意図したことを理解するであろう。
【１３１９】
図面において、図示されたエレメントまたはコンポーネントの種々のサイズ、横方向のサイズ、種々の層の厚さは、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、これらの様々なエレメントは、視認性を向上させるために適宜拡大または縮小されているかもしれない。また、発明の詳細な説明に不要な場合には、コンポーネントの正確な幾何学的形状や位置、コンポーネント間の正確な接続などの詳細を除外するために図においてコンポーネントの詳細が抽象化されている。このような詳細が発明を理解するために不要であるときは、示された代表的な幾何学的形状、相互接続、及び構成は、一般的な設計及び動作原理を例示することを意図したものであり、全てを網羅するものではない。
【１３２０】
本明細書で記述するシステム及び装置の一部または全部は、用途によって使用される特定の変更されたELR材料が周囲温度よりも低い温度で、非常に低い抵抗を示すような場合、その用途で低コストの冷却システムを使用することができる。本明細書で説明されるように、本出願は、変更されたELRインダクタを液体フロンの沸点の温度と同じ温度まで、または、水の溶融の温度または本明細書で議論した他の温度と同じ温度まで冷却するシステムのような冷却システム（図示せず）を含むことができる。冷却システムは、用途によって使用される変更されたELR膜の種類や構造に基づいて選択することができる。
【１３２１】
エネルギー貯蔵装置において変更されたELR材料を使用すると、多くの利点がもたらされる。たとえば、HTS材料の代わりに変更されたELR材料をエネルギー貯蔵装置で使用すると、エネルギー貯蔵装置を動作するために必要とされる冷却システムの複雑性を排除又は低減することができ、冷却システムのサイズ、重量、実装および運用コストを低減することができる。また、変更されたELR材料は、HTS材料よりもより高い（極低温ではない）温度で、より強くより微妙な温度と光子感度を示し、高い温度での改善された熱電、光電およびその他の伝達特性を提供することができる。また、変更されたELR材料は、電磁入力信号、および/または、低電流及び/又は低電圧の検出に対して強い感度を示すことができる。また、変更されたELR材料は、電磁信号（入力、中間、出力電流または電圧）を従来の導電体よりも小さい抵抗損失ではるかに長い距離を運ぶことができ、このことは、低ノイズ、または、これらの信号の増幅を必要としない、および/または、より低い電流レベルを可能にし、または、エネルギー貯蔵システムのコンポーネント間のより大きい分離を可能にする。一般に、従来の銅導体のような導電回路エレメントと従来のコンデンサ及びインダクタを変更されたELR材料に交換すると、抵抗損失が低減し、このことは、エネルギー貯蔵デバイスの動作効率を向上させ、廃熱を減少させ、および/または、安定性、動作寿命、資本又は運用コスト、サイズ、重量、形状寸法、および信頼性など他の動作特性を改善することができる。例えば、エネルギー貯蔵装置の様々なコンポーネントで変更されたELR材料を使用すると、これらのコンポーネントは、より理想的に動作することをができる。これらのコンポーネントによって得られる理想的な性能は、次に、エネルギー貯蔵装置の全体的な性能を向上させることができる。
電池
【１３２２】
図38-Pは、変更されたELR材料を使用する電池3800の概略図である。電池3800は、例えば、貯蔵されている化学エネルギーを電気エネルギーに変換する1つまたはそれ以上の電気化学的セルを有する電池を備える。具体的には、電池3800は、カソード3810と、電解質3830で分離されたアノード3820を含む。電池3800は、一次電池/非充電式電池、または、二次電池/充電式電池を含んでいてもよい。電池3800は、鉛酸電池、アルカリ電池、炭素-亜鉛電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、または他の適切な電池を含むことができる。単一の基本的な電池だけが示されているが、多くの異なる電池構成が可能であることが理解される。実際に、電池3800は、貯蔵された化学エネルギーを電気的エネルギーに変換するために使用される適切な種類の電池（携帯電子機器、電池、電池パックで使用するためための充電式電池又は電池パック、車両での使用のための電池パック、ユーティリティまたは電力網での使用のための電池の大規模なアレイなど）を含む。
【１３２３】
電池3800の1つまたはそれ以上のコンポーネント（コイルなど）は、変更されたELR膜と薄膜変更されたELR膜から形成されたナノワイヤ、テープまたは箔から形成することができる。本明細書に記載の変更されたELR材料の使用は、電池3800と電池3800が使用される様々な用途に対して種々の利点と利益をもたらすことができる。たとえば、変更されたELR材料を含む電池3800は、従来の電池よりも少ない抵抗損失を示し、このことは、電池3800内のエネルギー損失を最小化することによって動作コストに非常に影響を与えることができる。電池3800はまた、変更されたELR物質が含まれていない従来の電池よりも優れたエネルギー変換効率を有することが期待される。
【１３２４】
前述のように、エネルギー貯蔵装置の設計は、エネルギー貯蔵装置が使用されるべき用途、特定の用途、所望の性能特性に対して非常に特異的であり、他の要因は、電池3800の設計と構成にかきたてる。したがって、コンポーネントの特定の値と数は、用途ごとデバイスごとに異なるため本明細書に記載する必要はない。本発明者らは、当技術分野で知られている実質的にすべての電池と関連するシステムが変更されたELR材料を使用することができ、本出願の変更されたELR材料、電池、及び原理の様々な例が提供された当業者が、過度の実験を行うことなく、変更されたELR材料から全部またはその一部が形成された1つまたはそれ以上のコンポーネントを有する他の電池を実現することができると信じる。
燃料電池
【１３２５】
図39-Pは、変更されたELR材料から形成された1つまたはそれ以上のコンポーネントを有する燃料電池3900の概略図である。燃料電池3900は、例えば、アノード3910と、カソード3920と、アノード3910とカソード3920の間の電解質と3930を含む。燃料電池3900は、外部からの反応物質を電気エネルギーへ変換する電気化学的電池である。このエネルギー変換プロセスは、電気化学的反応を介して行われ、それにより、反応物が消費され、副産物が放出され、熱が放出又は消費される。燃料電池3900は、燃料と酸化剤の両方が利用可能である限り、電気を生成するために連続的に動作するように構成されている。いくつかの例では、純粋な水素、炭化水素、アルコール、ヒドラジンは燃料であり、純酸素と空気は酸化剤である。しかしながら、他の種類の燃料及び/又は酸化剤を使用することができる。
【１３２６】
燃料電池3900は、変更されたELR材料を使用することができる適切な種類の燃料電池を含むことができる。燃料電池3900は、高分子電解質膜（PEM）燃料電池、プロトン交換膜燃料電池、直接メタノール型燃料電池、アルカリ型燃料電池、リン酸型燃料電池、再生燃料電池、または他の適切な種類の燃料電池を含むことができる。燃料電池3900は、様々な異なるデバイスや用途に使用することができる。例えば、用途は、自動車、バス、船、列車、および飛行機などの乗り物、携帯電話やラップトップコンピュータなどの携帯電子機器、病院、銀行、警察署など設備の、廃水処理プラント、携帯電話の基地局や他の通信システム等を含むが、これらに限定されるものではない。
【１３２７】
前述のように、燃料電池セル3900の1つまたはそれ以上の特徴は、変更されたELR膜と変更された薄膜ELR膜から形成されたナノワイヤ、テープ、箔から形成することができる。本明細書に記載された変更されたELR材料を利用すると、燃料電池3900及び燃料電池3900が使用される様々な用途に対して様々な特徴と利点を提供する。燃料電池は電気化学的にエネルギーを使用し、燃料を燃焼しないので、燃料電池は、基本的に燃焼システムよりもより効率的である。また、変更されたELR材料を含む燃料電池3900は、従来の燃料電池よりもはるかに効率的に動作することが期待され、この燃料電池3900は電池内のエネルギー損失を最小化することによってさらに動作コストに影響を及ぼす可能性がある。これにより、燃料電池3900は、高効率、低排出またはゼロ排出装置を提供することが期待される。
フライホイール
【１３２８】
フライホイールは、非常に高い速度で回転し、エネルギーを回転運動エネルギーとして貯蔵するように構成された機械的エネルギー貯蔵装置である。このエネルギーを使用するために、発電機は、回転するフライホイールに貯蔵された運動エネルギーを電気に変換する。同様に、追加のエネルギーは、フライホイールをスピンアップするように電気を使用することにより加えられてもよい。他の種類のエネルギー貯蔵装置と比較して、フライホイールは非常に効率的であり、ほとんどあるいは全くメンテナンスを必要とせず、高エネルギー密度を有する（多くのフライホイールは90％という高いエネルギー効率を有する）。
【１３２９】
図40-Pは、変更されたELR材料から形成されたフライホイール4010を備えるコンポーネントを含むエネルギー貯蔵システム4000の一例を示す図である。この例では、フライホイール4010は、真空チャンバまたはハウジング4020に設置され、動作可能にモータ/ジェネレータ4030に結合されている。モータ/ジェネレータ4030は、フライホイール4010を駆動するように構成されている。システム4000は、必要に応じて電力又はエネルギーがシステム4000から入力/出力される前に、フライホイール4010の出力を変更または調節するように構成された電力調整システム4032を含むことができる。
【１３３０】
システム4000はまた、変更されたELR材料を少なくとも一部含む磁気軸受（概略的に示される）含むことができる。一例では、フライホイール4010の下面は、ベアリングの上方を移動する永久リング磁石を運ぶ。磁気軸受は、機械的プロセスを通してよりもむしろ磁気浮上を通してフライホイール4010を支持する。さらに、変更されたELR材料は、システム4000がハウジング4020内でほぼ摩擦がなく、安定したフライホイール4010の浮上を供給することができるように磁場を遮断することが期待される。したがって、本明細書に記載の変更されたELR材料を使用することによって、摩擦、ヒステリシス、及び/又は渦電流による損失が大幅に最小化されるので、ほぼ理想的なエネルギー効率をシステム4000で実現することができる。
【１３３１】
フライホイールは、大規模なグリッドエネルギー貯蔵システムを含む種々の異なる用途で利用することができる。例えば、フライホイールは、エネルギー源と関連付けられる変動や矛盾を有する問題を克服するのを補助するために、多くの種類の再生可能な電源（風力発電、太陽光発電、水力発電など）と組み合わせて使用することができる。風から電気エネルギーを製造する場合には、強風条件での需要に対してエネルギーが過剰となることが一般的である。風力発電用途の場合、過剰エネルギーは回転運動エネルギーとしてフライホイール中に貯蔵することができ、要求が生成されるエネルギー（電力）よりも大きくなると、電気エネルギー（電力）として放出される。フライホイールは、他の負荷平準化用途およびエネルギー源の異なる種類の他の関連する用途で使用することができる。上述のように、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いるフライホイールを利用すると、従来のフライホイールに比べて効率及び動作特性の大幅な改善をもたらすと期待される。
【１３３２】
磁気エネルギー貯蔵器（MES）
いくつかの例では、SMESシステムや他の磁気エネルギー貯蔵システムなどのエネルギー貯蔵デバイスは、本明細書に記載の変更されたELRインダクタを利用することができる。磁気エネルギー貯蔵システムは、極低温に冷却された超電導材料のコイル中の直流（DC）の流れによって生成される磁場中にエネルギーを貯蔵するように構成されている。図41A-Pは、例えば、変更されたELR材料から形成されたコンポーネントを有するエネルギー貯蔵システム4100を示す概略図である。エネルギー貯蔵システム4100は、誘導コイル4115またはコイルを有する貯蔵部4110とインバータ/整流器4125を有する電力調整システム4120を備える。貯蔵コンポーネント4110は、変更されたELR材料から形成されたインダクタ4115によって生成される磁場内にエネルギーを貯蔵する。電力調整システム4120は、ストレージ・コンポーネント4110からエネルギーを受け取り、受け取ったエネルギーを調整し（貯蔵されたDCをACに変換する）、電源設置4130などのさまざまな電源源に条件付けしたエネルギーを供給することができる。当業者は、エネルギー貯蔵システム4100は、本明細書に記載されていない他の多くの用途およびデバイスで実現されてもよいことを理解するであろう。
【１３３３】
図41B-Pは、変更されたELR材料から形成された1つまたはそれ以上のコンポーネントを用いるエネルギー貯蔵システム4150の別の例示の概略図である。この例では、エネルギー貯蔵システム4150は、システム4150への着信信号/またはシステム4150からの発信信号を調整するまたは変更するように構成された変圧器4152を含む。変圧器4152は、変更されたELR材料から形成された1つまたはそれ以上のコンポーネントを含むことができる。システム4150はさらに電力調整システム4154（例えば、インバータ/整流器）を含む。システム4150は、また、ハウジング4164内に配置されたエネルギー貯蔵磁気コイル4162及び冷却コンポーネント/クライオスタット4166を含む磁気エネルギー貯蔵装置4160を備える。コイル4162は、例えば、変更されたELR材料から完全にまたは少なくとも一部を形成することができる。ハウジング4164は、磁場（ローレンツ力等）を含むように構成されており、さらに、支持構造体／アセンブリ（図示せず）を含むことができる。いくつかの例では、システム4150の少なくとも一部は、地中に埋設されてもよい。冷却コンポーネント4166は、システム4150中で任意のコンポーネントであり、所望温度でコイル4162を維持するように構成されている。他の例では、システム4150は、異なる特徴を含む、および/または、システム4150の特徴は異なる構成を備えてもよい。
【１３３４】
従来のSMESシステムは、一般に本明細書に記載した他の多くのエネルギー貯蔵システムより効率的であるが、超伝導材料を沸騰している液体窒素のオーダーの温度でSMESシステム中に維持することに関する問題のため、通常は、動作するのが非常に高価である。しかしながら、従来のシステムとは対照的に、変更されたELR材料を使用する本明細書に記載のシステム4100および4150は、高いコストと複雑な冷却システムに伴う問題が発生せずに従来のSMESシステムに対する効率と利点を提供することが期待される。例えば、前述したように、本明細書に記載の材料は、高温（液体フロンの沸点と周囲温度の間でまたはそれ以上の温度で）でELR特性を示す。従って、精巧で複雑な冷却システムは、オプションの特徴であり、多くの例では必ずしも必要なものではない。
【１３３５】
システム4100と4150はまた、いくつかの追加の利点がある。例えば、、磁気貯蔵装置を含むシステム4100、4150は、本明細書に記載した他の多くのエネルギー貯蔵デバイスと比較して、充放電時に非常に短い時間遅延を有する。電力は、ほぼ瞬時に電力設備で利用可能である。さらに、システム4100、4150は、システムを通る電流が非常に少ない抵抗に遭遇するので、電力はほとんど又は全く損失しないことが期待される。したがって、他の多くのエネルギー貯蔵装置（例えば、電池）と比較すると、システム4100、4150はかなり効率的に動作することが期待される。最終的に、上述した磁気エネルギー貯蔵システムの主要なコンポーネントは、一般に動作中に静止しているので、システム4100、4150は、メンテナンスの必要性がかなり少なく、他のより複雑なエネルギー貯蔵システムよりも高い信頼性を有することが期待される。
【１３３６】
変更されたELRコンポーネントを有するコンデンサとスーパーコンデンサ
コンデンサは、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いて形成することができる。図42-Pは、例えば、単純な平行平板コンデンサ4200の概略図である。コンデンサ4200は、本明細書に開示されるエネルギー貯蔵装置のいずれかを使用することができる、あるいは、他の適切な装置またはコンポーネント中で使用することができる。この例では、コンデンサ4200は、導電プレートまたは領域4230と4240にそれぞれ接続されている入力端子4210と出力端子4220を含む。導電プレート/地域は、誘電体4250で少なくとも部分的に充填されている距離によって分離されている。誘電体は、空気か、又は絶縁体、電解質、または他の材料または化合物のようなコンデンサで使用される他の既知の誘電体であってもよい。
【１３３７】
プレート/領域4230、4240は、変更されたELR材料を用いることができる。代替的に又は付加的に、入力端子4210と出力端子4220とは、ELR材料を用いることができる。単純な平行平板コンデンサが示されているが、半導体チップ、MEMSベースコンデンサ上に形成されたものなど任意の形態に形成されたのコンデンサを用いることができる。
【１３３８】
いくつかの実施例では、スーパーコンデンサ又はウルトラコンデンサは、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いて形成することができる。スーパーコンデンサは、本明細書に記載の電池および他のエネルギー貯蔵装置とは異なる電力またはエネルギーを貯蔵するように構成されている。より具体的には、スーパーコンデンサは、静電エネルギーを貯蔵するための電解液を分極する。スーパーコンデンサは、電気化学的デバイスであるが、エネルギー貯蔵機構において化学反応を含まない。したがって、多くの種類の電池とは異なり、この動作は非常に可逆的であり、スーパーコンデンサが性能に影響を与えることなく数十万回のサイクル（充電/放電）を行うことができます。さらに、ほとんどのスーパーコンデンサは、ほぼ100％の効率を持つ。
【１３３９】
図43-Pは、変更されたELR材料から少なくとも一部が形成されたスーパーコンデンサ又はウルトラコンデンサ4300用いるコンポーネントトの概略図である。スーパーコンデンサ4300は、2つの反応しない多孔性プレート又はコレクタ4310、4320を備える。電解質4330（活性炭、焼結金属粉末など）は、二つのプレート4310、4320間に配置される。いくつかの例では、炭素は、化学的に不活性であり、導電性があるため電解液4330として利用され、容易に多量の内部ポアを含むように処理することができる。炭素電解質の内部ポアによって形成される表面積は、エネルギーのかなりの量がスーパーコンデンサ4300中に貯蔵されることを可能にする。スーパーコンデンサ4300は、2つのプレート4310、4320間に誘電体セパレータ4340を含む。動作において、電圧電位はプレート4310および4320間に印加される。負極（プレート4320）に印加された電位は、電解質4330中のマイナスイオンを引きつけ、正極（プレート4310）に印加された電位は、プラスイオンを引きつける。セパレータ4340は、2つのプレート4310、4320間で移動する電荷を防止するために配置されている。スーパーコンデンサ4300は、負荷（図示せず）にエネルギーを供給するように構成されている。
【１３４０】
スーパーコンデンサ4300の1つまたはそれ以上のコンポーネントは、変更されたELR膜と変更されたELR膜の薄膜から形成されたナノワイヤ、テープ、箔から形成することができる。例えば、プレート4310、4320の1つまたはそれ以上は、本明細書に記載の変更されたELR材料から形成することができる。変更されたELR材料の利用は、スーパーコンデンサ4300と、スーパーコンデンサ4300が使用される種々の用途に対して種々の特徴と利点を提供することができる。たとえば、変更されたELR材料を含むスーパーコンデンサ4300は、ほぼ理想的なエネルギー貯蔵装置、すなわち、ほぼ100％の効率を示す装置であることが期待される。
【１３４１】
スーパーコンデンサ4300の構成は、スーパーコンデンサ4300が用いられる用途および特定の用途に対してかなる特異的であり、所望の性能特性と他の要因は、スーパーコンデンサ4300の設計及び構成を駆り立てる。例えば、短い電力パルスまたは臨界メモリシステムの低電力サポートを必要とする多くの用途では、スーパーコンデンサ4300から恩恵を受けることができる。他の例では、スーパーコンデンサ4300 Pcanは加速及び山登りの間に電力補助の車両として、および制動エネルギーを回収するための車両として用いられる。スーパーコンデンサ4300は、例えば、多量の電気エネルギー（プレーキによって生成される）を捕まえて貯蔵し、再加速するために電気エネルギーを迅速に解放する車両の回生制動システムの一部とすることができる。この特徴によりストップアンドゴーの都市の駆動条件と他の運転条件下での燃費のかなりの改善が期待される。従って、スーパーコンデンサ4300のコンポーネントの特定の価値と数は、用途ごと装置ごとに異なるので、本明細書に記載する必要はない。本発明者らは、当技術分野で知られている実質的にすべてのスーパーコンデンサと関連するシステムが変更されたELR材料を使用することができ、本出願の変更されたELR材料、電池、及び原理の様々な例が提供された当業者が、過度の実験を行うことなく、変更されたELR材料から全部またはその一部が形成された1つまたはそれ以上のコンポーネントを有する他のスーパーコンデンサを実現することができると信じる。
【１３４２】
追加のエネルギー貯蔵装置
上記のようにエネルギー貯蔵装置中で変更されたELR材料を用いることによって、本エネルギー貯蔵装置は、従来のエネルギー貯蔵装置と比較して改良された性能を提供することが期待される。さらに、上述したように、変更されたELR材料は、温度に依存する性能を有する。その結果、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いるエネルギー貯蔵装置もまたは温度に依存する。温度変化は、ストリップ導体への磁場浸透に影響を与え、このことは、上述したように超伝導侵入深さに影響を与える。材料のこのような変化は、本明細書に記載のように、温度に対する変更されたELR材料の応答挙動に基づいてモデル化することができるし、経験的に導出することもできる。なお、変更されたELR材料を用いることにより、ラインの抵抗は無視できるが、本明細書に示される温度グラフで示されるように、抵抗は、温度に基づいて調整することができる。したがって、エネルギー貯蔵装置の設計および構成は、温度を補償するように調整することができ、またはエネルギー貯蔵デバイスの性能は、温度を変えることによって調整することができる。
【１３４３】
個々のエネルギー貯蔵装置が示されているが、エネルギー貯蔵装置は、エネルギー貯蔵グリッド又はアレイを形成するために一緒に結合することができる。本明細書で説明された他のカテゴリのエネルギー貯蔵装置と同様に多くの構成のエネルギー貯蔵装置が可能であり、エネルギー貯蔵アレイまたは変更されたELR材料から少なくとも一部が形成される複数のコンポーネントシステムを実現することは設計者の設計事項である。本明細書に記載の変更されたELR材料は、それらの組合せを明示的に記述されていない場合でも、本明細書に記載のエネルギー貯蔵装置と原理の２つまたはそれ以上の組み合わせを含む複雑なエネルギー貯蔵システム中で使用することができる。実際、このような複雑なエネルギー貯蔵システムは、単に同じではなくまたは均一のエネルギー貯蔵装置ではない２つまたはそれ以上の異なる又は不均一なエネルギー貯蔵装置を使用することができる。このようなシステムまたはアレイは、すべてが変更されたELR材料で形成されたかなり均質なエネルギー貯蔵装置か、または、いくつかのエネルギー貯蔵装置がELR材料でないもので形成された異なる種類のエネルギー貯蔵装置の不均一な混合物か、または、異なる装置と異なる材料の組み合わせを含むことができる。したがって、複雑なエネルギー貯蔵システムまたはアレイは、変更されたELR材料から主として形成される2つまたはそれ以上の均質なエネルギー貯蔵装置から形成された2つまたはそれ以上のエネルギー貯蔵装置を使用してもよいし、変更されたELR材料で主に形成された２つまたはそれ以上の不均質なエネルギー貯蔵装置を使用してもよいし、および/または、従来のコンダクタと変更されたELR材料の両方から形成される２つまたはそれ以上の均質/不均質なエネルギー貯蔵装置を使用してもよい。
【１３４４】
変更されたELR材料から全てまたは一部が形成されたコンポーネントを使用するエネルギー貯蔵装置の特定の具体例が本明細書に記載されているが、当業者は、電流を伝導するために、信号を受信するために、エネルギーの様々な形態を貯蔵するために、または電磁信号を送信または変更するために、エネルギー貯蔵構成が変更されたELR材料から少なくとも一部が形成されている、上記に記載のコンポーネントのようなコンポーネントを実質的に使用することができることを理解するであろう。既知のエネルギー貯蔵デバイスおよびシステムは、導電エレメントと他のエレメントを広く使用し、そのうちのいくつかは上記に記載された。変更されたELR材料は回路中で導電性エレメントと共に使用することができるが、変更されたELR材料がその長さまたは領域に沿ってエネルギーまたは信号の伝播を促進することを、"導電性"の定義に依存しながら述べることがより適切であるかもしれない。その結果として、変更されたELRの材料から形成されるコンポーネントを使用することができるすべての可能なエネルギー貯蔵デバイスおよびシステムを全て網羅して詳細に列挙することは不可能である。もちろん、本明細書に記載の導電体は、変更されたELR材料から全部またはその一部を形成することができる。
【１３４５】
いくつかのエネルギー貯蔵デバイスおよびシステムに対して、いくつかの適切な幾何学的形状、相互接続、回路、および構成が本明細書に示され記載されているが、多数の他の形状、相互接続、回路、および構成は可能である。本発明者らは、当技術分野で知られている実質的にすべてのエネルギー貯蔵デバイスと関連するシステムが変更されたELR材料を使用することができ、本出願の変更されたELR材料、電池、及び原理の様々な例が提供された当業者が、過度の実験を行うことなく、変更されたELR材料から全部またはその一部が形成された1つまたはそれ以上のコンポーネントを有する他のエネルギー貯蔵デバイスを実現することができるであろう。
【１３４６】
いくつかの実施例では、変更されたELR材料を含むエネルギー貯蔵装置は、以下のように説明することができる。
【１３４７】
装置であって、外部電源からのエネルギーを受け取り、貯蔵するように構成された少なくとも1つのエネルギー貯蔵装置を有し、前記エネルギー貯蔵装置は、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成されたコンポーネントか、または、前記変更されたELR材料を少なくとも一部組み込んでいる前記コンポーネントを有し、前記変更されたELR材料は、ELR材料の第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR材料からなることを特徴とする装置。
【１３４８】
装置であって、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された少なくとも一つの電気化学的セルを有し、前記電気化学的セルは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成されたコンポーネントか、または、前記変更されたELR材料を少なくとも部分的に組み込んでいる前記コンポーネントを有し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜からなることを特徴とする装置。
【１３４９】
コンデンサであって、第１の導電物と、第２の導電物と、前記第１の導電物及び前記第２の導電物の間に配置された誘電体と、を有し、前記第１の導電物と前記第２の導電物のうちの少なくとも１つは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成され、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第１部分と、前記第１部分の前記ELR材料に化学的に結合した変更する材料からなる第2部分と、から形成されることを特徴とするコンデンサ。
【１３５０】
方法であって、電力源からエネルギーを受信し、前記エネルギーを電気エネルギーに変換する工程と、前記電気エネルギーを前記電力源に結合されたエネルギー貯蔵装置に貯蔵する工程と、を有し、前記エネルギー貯蔵装置、又は、前記電力源と前記エネルギー貯蔵装置との間の伝送ラインは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されているか、または、前記ELR材料を少なくとも部分的に組み込んでおり、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されることを特徴とする方法。
【１３５１】
装置であって、ハウジング内に搭載され、発電機に動作可能に結合されたフライホイールと、前記フライホイールに隣接し、フライホイールに係合するように構成された少なくとも1つの磁気軸受とを有し、前記磁気軸受は、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されているか、または、前記ELR材料を少なくとも部分的に組み込んでおり、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されることを特徴とする装置。
【１３５２】
装置であって、外部電源からの反応物質を電気エネルギーに変換するように構成された少なくとも一つの電気化学的セルを有し、前記電気化学セルは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成されるコンポーネントか、または前記変更されたELR材料を少なくとも部分的に組み込む前記コンポーネントを有し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されることを特徴とする装置。
【１３５３】
システムであって、配電網内の1つまたはそれ以上の外部電源の間に結合されたエネルギー貯蔵コンポーネントを有し、前記エネルギー貯蔵コンポーネントは、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成されるエレメントか、または前記変更されたELR材料を少なくとも部分的に組み込む前記エレメントを有し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されることを特徴とするシステム。
【１３５４】
装置であって、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料から形成されるコイルか、または前記変更されたELR材料を少なくとも部分的に組み込む前記コイルを含む磁気エネルギー貯蔵装置と、前記コイルを所望温度で維持するように構成された冷却コンポーネントと、を有し、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されることを特徴とする装置。
【１３５５】
スーパーコンデンサであって、前記スーパーコンデンサは、第1の導電板と、前記第1の導電板に隣接し、前記第1の導電板から間隔をあけて配置される第２の導電板と、を有し、前記第1の導電板と、前記第2の導電板のうちの少なくとも１つは、変更されたELR材料の少なくとも一部から形成され、前記変更されたELR材料は、ELR材料からなる第１部と、前記第１部の前記ELR材料に化学的に結合した変更する材料からなる第2部とから形成され、前記スーパーコンデンサは、さらに、前記第１の導電板と前記第２の導電板との間に配置された電解質と、前記第１の導電板と前記第２の導電板との間に配置される誘電体分離器と、を有することを特徴とするスーパーコンデンサ。
【１３５６】
第16章 ELR材料で形成された限流器
本章の説明は、図1-36と図37-Q〜図50-Qを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【１３５７】
変更された、開口された、および/または他の新しいELR材料などの非常に低い抵抗（ELR）材料から形成された誘導コイルを使用する様々な種類の限流器が本明細書に記載されている。本発明の様々な例が、"変更されたELR材料"、および/または、変更されたELR材料の様々な構成（変更されたELR膜等）を参照して説明されているが、本明細書に記載の改良されたELR材料のいずれも、例えば、本発明の様々な態様に従う変更されたELR材料（変更されたELR材1060など）、開口されたELR材料、および/または他の新しいELR材料のいずれも使用できることが理解される。本明細書に記載のように、これらの改良されたELR材料は、少なくとも1つの改善された動作特性を有し、いくつかの例では、改善された動作特性は150Kよりも高い温度においてELR状態で動作することを含む。
【１３５８】
本明細書に開示された限流器は、様々な異なるスケールの用途に対して適切である。例えば、これらの用途は、コンポーネントまたはチップレベルで故障電流を制限する小規模な用途の範囲から、システムまたはデバイスレベルで故障電流を制限することができる中規模用途までの範囲、及び、配電または伝送レベルで故障電流を制限する大規模用途までの範囲であり得る。新規な限流器に関する詳細な説明を提供する前に、限流器のいくつかの用途に関する詳細が提供される。
【１３５９】
小規模な用途について、図37-Qは、ELR材料を使用する限流器を含むチップまたは他のモノリシック構造を示す模式図である。チップ3700は、限流器3705によって保護すべき回路3710を含む。保護回路3710は、1つまたはそれ以上の個別の回路又は回路コンポーネントからなることができる。図37-Qの実施例では、限流器3705は、保護回路3710と直列に配置されている。しかしながら、当業者は、限流器が電界または磁場を介して並列に保護回路に接続するか、または、保護回路と結合することをを含む複数の可能な構成のいずれかで接続することができることを理解するであろう。
【１３６０】
オンチップ限流器を使用することにより、チップは明らかに障害から改善された保護の恩恵を受けることができるが、多くの付加的な利点を享受するかもしれない。チップ3700内でELR材料を使用することにより、チップは回路の高密度を享受することができる。例えば、ELR材料を用いることにより、チップは熱損失が少なくなり導体ごとにより多くの電流が移動できるので、より薄い導電体を用いることができるようになる。導体及び相互接続は、ELR材料から作製することができる。また、信号は、挿入損失が大幅に低減されるので、増幅することなく送信することができる。さらに、チップは、45nm以下の最小特徴サイズ技術のような最小スケールの集積回路製造技術を用いて作製することができる。機能サイズが減少するので、回路設計者は、導体レイアウトや長さに基づく制約がより少なくなるので物理的な設計を加速することができる。
【１３６１】
中規模用途について、図38-Qは、筐体に収納され民生機器のようなデバイスに接続されている限流器を含むシステム3800を示す。例えば、限流器3825は、ボード（PCBなど）上に存在し、単一ハウジング3820に収納され、それによって接続されているすべての電気機器を保護するためのボックスまたはアプライアンスを形成することができる。例えば、ハウジング3820は、一端に雌型接続と反対側端部に雄型接続を有する電源コードを含んでいてもよい。この例では、消費者は、電気機器（テレビ3805など）を限流器ハウジング3820のメス側3810に差し込み、オス側コンセント3840を電気的出口3830に差し込むことができる。電気装置3805は、その後、限流器3825により故障電流から保護されるだろう。
【１３６２】
テレビジョン3805が示されているが、当業者は、限流器ハウジング3820は、パーソナルコンピュータ、ステレオ、目覚まし時計、台所用品、電動工具などの様々な民生機器と接続することができることを理解するであろう。また、限流器のハウジング3820は、高価でかつ高感度な医療機器や科学機器などの他のデバイスと共に使用することができる。さらに、当業者は、限流器ハウジング3820と限流器ハウジングへの接続を変えることができ、標準的な電源コンセントへの接続に限定されるものではないことを理解するであろう。
【１３６３】
限流器は、電力網上で機器を保護するような大規模用途で重要なサービスを提供する。電力網の限流器は、電力網上の単一故障によって影響を受ける可能性がある個人や企業（病院、空港、商業生産工場など）が多数であるためばかりでなく電力網上に存在する機器が大型で高価な特徴によるために特に重要である。
【１３６４】
図39-Qは、変更されたELR材料を用いることができる限流器を含む電力網の図である。発電所3910は、電力網を通電する電気を発生させる。発電所は、石炭、地熱、原子力、メタン、水力、風力、太陽光または、電力網での使用のために電力を生成できる任意の種類の発電所であってもよい。電力生成後、発電所3910からの電圧は、例えば230kVのような長距離にわたって送信するのに適している高い電圧まで昇圧（あるいは"ステップアップ"）される。電圧のステップアップは、昇圧トランス3920を含む高電圧開閉所3915で行うことができる。昇圧トランスは、コアを包む一連のコイルで昇圧する。
【１３６５】
昇圧された電圧は、高電圧送電線3925を介して変電所3930に送信される。変電所3930は、降圧トランス3935を含み、13.3kVのような顧客へ配電するのに適したレベルまで電圧を下げる。配電電圧は、その後、配電線3937で家3940、学校3945、または病院3950などの様々な顧客に運ばれる。配電網3900は、昇圧トランス3920と降圧トランス3930との間に結合された限流器3955を含む。この構成では、限流器3955は、下流で発生する可能性がある故障、例えば、高電圧送電線3925（限流器955と変電所3930の間）の故障、変電所3930（変電所3930内の降圧トランス3935と他のコンポーネント）の故障、配電線3937の故障、顧客（家3940、学校3945、病院3950の故障などから昇圧トランス3920及び発電プラント3910を保護することができる。同様に、限流器3955は、昇圧トランス3920と発電所3910の故障を含む上流で発生する可能性がある障害から高電圧送電線3925（限流器3955と変電所3930の間）、変電所3930（変電所3930内の降圧トランス3935と他のコンポーネントを含む）、配電ライン3937、顧客（家3940、学校3945、病院3950）を保護することができる。
【１３６６】
図39-Qでは、限流器3955は、昇圧トランス3920と降圧トランス3935の間に配置されているが、当業者は、発電プラント3910と昇圧トランス3920との間、又は、降圧トランス3935と顧客3940、3945、3950との間を含む電力網3900上の1つまたはそれ以上の異なる位置に限流器3955（及び複数の追加の限流器）を配置することができることを理解することができる。さらに、当業者は、1つまたはそれ以上の限流器は、発電プラント3910内に、高電圧開閉所3915内に、または変電所3930内に（図40A-Q、40B-Qに図示され以下で説明する）配置することができることを理解するであろう。
【１３６７】
図40A-Qおよび40B-Qは、変更ELR材料を使用できる限流器を組み込む変電所3935の2つの可能な実施例の概略図を示す。図40A-Qに示す第１の実施例4000では、限流器4020は、変電所3930内に配置され、降圧トランス3935に結合されている。降圧トランス3935は、高電圧ライン3925と高電圧開閉所3915内に配置されている昇圧トランス3920を介して発電プラント3910に結合される。限流器4020は、さらに、変電所フィーダブレーカ4030、4044を介して、家3940、学校3945に接続され、さらに変電所フィーダブレーカ4030、4043を介して病院3950に結合されている。限流器4020は、変電所フィーダブレーカ4041、4042を介して追加の消費者に結合してもよい。図40A-Qの実施例では、限流器4020は、変電所3930に関連する複数のコンポーネントを保護する。複数の保護すべきコンポーネントは、家3940、学校3945、病院3950、および変電所フィーダブレーカ4041、4042に接続された他の消費者を含み、それらの全ては、限流器4020を通過する前に変電所フィーダブレーカ4030を通ってそれぞれの負荷を通す。
【１３６８】
図40-Qで示される第２の実施例4050は、高圧送電ライン3925と高電圧開閉所3915内にある昇圧トランス3920を介して発電プラント3910に結合されている降圧トランス3935を含む。限流器4070は、変電所フィーダブレーカ4080、4093を介して病院3950に結合されている。家3940、学校3945は、変電所フィーダブレーカ4094、4080を介して降圧トランス3935に結合されているが、限流器4070には結合していない。降圧変圧器3935は、変電所フィーダブレーカ4091、4092を介して追加の消費者に結合することができる。図40B-Qの実施例では、限流器4070は、故障電流から病院3950を保護するが、家3940や学校3945を保護しないであろう。当業者は、限流器は、所望される多くのまたは少しの特定コンポーネントを保護するために、様々な位置に配置することができることを理解するであろう。特定の顧客または特定のコンポーネントを保護するためにある位置に限流器を配置するこの能力は、電力ユーティリティ会社が電気伝送と配電システムの動的なニーズに対応することを可能にする。
【１３６９】
本明細書に開示された限流器は、故障電流を制限するために別の方法を用いるいくつかの異なる種類の限流器であってもよい。本明細書には、変更されたELR材料を用いることができる限流器の2つの主なタイプである抵抗限流器と誘導限流器が記載されている。また、本明細書には、変更されたELR材料から形成することができる過飽和リアクトル型限流器のような第３の反応器型限流器が記載されている。本明細書に限流器の3つの種類（抵抗性、誘導性、過飽和リアクトル型）が記載されているが、当業者は、これらの3つの種類の限流器に加えて、種々の追加の限流器が変更されたELR材料から形成され得ることを理解するであろう。
【１３７０】
図41-Qは、故障レベルで電流が流れるのを禁止するレベルまで電流路の抵抗を増大させることによって動作する抵抗限流器の概略図である。特に、抵抗限流器4100は、図41-Qに示すように、所定の時間にELR材料の超電導またはELR状態に依存する可変抵抗または可変インピーダンス4110を有する変更されたELR材料で実現されてもよい。代替的に又は付加的に、変更されたELR材料は、変更されたELR材料の抵抗率を調整するために適切な元素または化合物をドープし、それにより可変または選択された抵抗を提供することができる。
【１３７１】
図に示すように、抵抗限流器4100は、保護すべき回路4115と直列に配置される変更されたELR材料からなる。故障状態が存在しないとき（通常動作中）、変更されたELR材料を通って流れる電流は、変更されたELR材料の臨界電流密度以下のままである。その結果、変更されたELR材料は、ほとんどあるいはまったく抵抗4110が無い状態で、超伝導またはELR状態のままである。このことは、保護すべき回路4115が保護すべき回路やシステムの効率を低下させる抵抗またはインピーダンスを追加することなく効率的に動作することを可能にする。故障条件が存在する場合、変更されたELR材料中に流れる電流は、その臨界電流密度を超えるレベルまで増加する。結果として、変更されたELR材料はクエンチ（超伝導またはELR状態を失う）され、非超電導状態に遷移する。この非超伝導状態への移行は、保護すべき回路4115の抵抗またはインピーダンス4110の急激な上昇を引き起こす。結果として、大きな抵抗またはインピーダンスは、保護すべき回路4115中の故障電流の流れを制限するのに役立つ。限流抵抗4100はまた、故障時のエネルギーを吸収するシャント4120を含むことができる。
【１３７２】
図42-Qは、配電網上の配置を含むさまざまな用途で使用することができる抵抗限流器4200を示す。抵抗限流器4200は、ライン4205および負荷4210とに直列に結合されたハウジングまたはシェル4215を含む。ライン4205は、従来材料または変更されたELR材料から形成することができ、外部接続4245を介して限流器シェル4215に入力することができる。従来材料または変更されたELR材料で形成された入力導体4220は、外部接続4245と限流器シェル4215内に存在する変更されたELR材料4230の部分との間で結合される。ELR材料4230の反対側の端部は、従来材料または変更されたELR材料で形成することができる出力導体4225に結合される。出力導体4225は外部接続4250に結合され、外部接続4250は次に、負荷4210に接続される。
【１３７３】
シャントインピーダンス4240は、ライン4205と負荷4210との間で直列に接続することができる。また、冷却ユニット4235は、動作温度または周囲温度まで変更されたELR材料4215を冷却するために、限流器シェル4215に結合することができる。変更されたELR材料4215は、通常のHTS材料より高い温度（本明細書中に記載の室温など）においてELR状態で動作することが可能であるが、冷却ユニット4235は、周囲の高電圧伝送装置によって生成する過度の熱や暖かい日の周囲の熱や日光に曝されることによる生成する過度の熱から変更されたELR材料をその動作温度まで冷却する必要があるかもしれない。また、変更されたELR材料の温度を制御することにより、本明細書でより詳細に説明されるように限流器の性能や応答を調節することができる。
【１３７４】
抵抗限流器4200の動作は、以前に本明細書で説明した抵抗限流器の原則と一致する。特に、抵抗限流器4200は、ライン4205と負荷4210とともに直列に配置される。故障状態が存在しない（通常の動作）場合、変更されたELR材料4230を通って流れる電流は、変更されたELR材料の臨界電流密度以下のままである。その結果、変更されたELR材料はほとんど又は全く抵抗が又はインピーダンスが無い状態で、超電導またはELR状態のままである。このことは、配電網上のデバイスが配電網の性能を低下させる抵抗又はインピーダンスを追加することなしに、効率的に動作することをを可能にする。故障条件が存在する場合、変更されたELR材料4230を通って流れる電流は、変更されたELR材の臨界電流密度を超えるレベルまで増加する。結果として、変更されたELR材料は、超伝導状態またはELR状態を失い非ELR状態へと遷移する。この非ELR状態への遷移は、配電網の保護すべき部分の抵抗またはインピーダンスの急激な上昇を引き起こす。結果として、大きな抵抗またはインピーダンスが故障電流の流れを制限する（および吸収用シャント4240に最も故障エネルギーの大部分が転送される）。
【１３７５】
図43-Qは、保護すべき回路中へインピーダンスを挿入するために変圧器を用いて故障電流を制限する誘導限流器の概略図である。図43-Qに示すように、誘導限流器は、変圧器として実現することができる。図示のように、誘導限流器4300は、一次巻線コイル4310、二次巻線コイル4315で構成される。保護すべき回路4320は、一次コイル4410と直列で接続されている。二次コイル4315は変更されたELR材料からなる閉ループの一部である（一次コイルと接続された回路は、その一部または全てが変更されたELR材料で構成されてもよい）。単一コイルを参照するが、代替システムは、複数の一次誘導コイル用コイル、複数の2次誘導タコイル、またはその両方を用いることができる。
【１３７６】
故障条件が存在しない場合（通常の動作）、一次コイルは、変更されたELR材料の臨界磁場密度（He）以下のままでいる二次コイルの短い巻数から排出される磁場を生成する。その結果、二次回路4325内の変更されたELR材料は、超伝導またはELR状態で残り、抵抗はほとんど、あるいはまったく無く、第１インダクタに対してほとんどあるいはまったく抵抗とインピーダンスを示さない。このことは、保護すべき回路4320（一次コイルと直列に接続）が、保護すべき回路やシステムの性能及び効率を低下させるインピーダンスと抵抗損失を追加することなく効率的に動作することを可能にする。しかしながら、故障条件が存在する場合、増加した磁場は、コアに結合する二次コイルを貫通し、磁場は、一次コイルを反映する二次回路にインダクタンスを効果的に導入する。この非ELR状態への遷移は、二次回路で抵抗4325の急激な上昇を引き起こし、次に、抵抗であるコアの損失とともに一次コイルに反映される。結果として、１次コイルに反映されたインピーダンスと抵抗は、保護すべき回路4320（一次と直列に接続されている）における故障電流の流れを制限するように作用する。
【１３７７】
図44-Qは、様々な用途で使用することができる誘導限流器4400を示す。従来材料または変更されたELR材料で形成された一次巻線又はコイル4405は、保護対象回路4420と直列に接続されている。二次コイル4410は、一次コイル4405内で、シールドやスクリーンとして機能する変更されたELR材料の閉じたループまたは短絡ターンから形成されている（代わりに、二次コイル4410は、一次コイル4405に結合されたが、必ずしも一次コイル内にある必要はない）。図44-Qの例では、一次コイルは、HTSまたは変更されたELR材料から形成されたチューブの上に巻かれており、単一ターンの二次巻線として動作する。二次コイルは、本明細書に記載のような鉄などの強磁性材料を含むいくつかの種類の材料で作製されたコア4415の周りに形成することができる。
【１３７８】
誘導限流器4400の動作は、本明細書に記載の誘導限流器の原理と一致している。故障条件が存在しない場合（通常の動作下）、一次コイル4405は、変更されたELR材料4410のシリンダの臨界磁場強度He以下である磁場を生成する。その結果、磁場が２次コイルから排出され、磁場は、はシールドやスクリーンとして機能する。その結果、二次回路4410内の変更されたELR材料は、超電導状態またはELR状態を維持し、抵抗はほとんど又は全く無く、誘導性インピーダンスは、１次コイル4405に反映する。このことは、保護すべき回路4420（一次コイルと直列に接続）が効率を低下させ、性能や抵抗を低下させるインピーダンスを追加することなしに、効率的に動作することを可能にする。しかしながら、故障条件が存在する場合、一次側に流れる電流は、変更されたELR材料の臨界磁場強度Heを超える磁場強度を生成する。その結果、二次回路中の変更されたELR材料4410は非ELR状態に遷移する。この非ELR状態へ遷移は、次に、二次回路4410の抵抗の急激な上昇を引き起こし、このことは、次に、一次コイル4405に対して誘導インピーダンスを反映する。結果として、1次コイル4405に反映される大きなインピーダンスは、保護すべきる回路4420（一次コイル4405と直列に接続されている）中に故障電流の流れを制限するように働く。言い換えれば、故障条件がない場合に、１次コイルによって生成した磁場は２次コイルと結合せず、シールドやスクリーンとして働く。したがって、一次側は低インピーダンスである。故障時に、Heを超える磁場がシールドを貫通し、二次回路が抵抗となり、コアの誘導性インピーダンスとその損失が回路に導入される。この種類の限流器の利点は、故障条件下の抵抗とインダクタンスをラインと負荷特性に合わせて個別に調整することができるということである。
【１３７９】
図45DC-Qは、コアの内側耐荷重ACコイルをDC磁束で飽和させることにより故障電流を制限する可飽和リアクトル型限流器の概略図である。リアクトル限流器4500は、2つのACコイル4515と負荷4520とに直列に接続されたAC電圧源4510を含み、ACコイル4515と負荷の少なくとも１つは、変更されたELR材料から全部がまたは一部が構成されている。リアクトル限流器4500は、さらに、変更されたELR材料から形成されたDCコイル4535と直列に接続されたDC電圧源4530を含む。ACコイルは、コアを介してDCコイルに接続されている。コアは、本明細書に記載されるように、鋼のような強磁性材料を含むいくつかの可能な材料で形成することができる。DCコイルは、閉じたループの一部であり、変更されたELR材料から構成されている（DCコイルと付属回路の一部または全ては、また、変更されたELR材料で構成されてもよい）。単一のコイルを参照すると、代替システムは、DCコイル、ACコイル、またはその両方に複数のコイルを使用することができる。
【１３８０】
故障条件が存在しない場合（通常動作下）、DCコイル4535は、コアの飽和を引き起こし、ここで、コアは、DCコイル4535をACコイル4515と誘導結合させる。飽和したコアは、ACコイル4515を低インピーダンスに、電流が正常に流れことを可能にする。しかしながら、故障条件が存在する場合、ACコイル4515内で磁束が上昇し、コアが不飽和となるようにさせる。コアの不飽和化は、ACコイルインピーダンスを直ちに増加させ、次に、故障電流を制限する。
【１３８１】
図46-Qは、様々な用途で使用することができる可飽和リアクトル型限流器4600を示す。可飽和リアクトル型限流器4600は、2つのACコイル4610、4615を含み、そのうちの少なくとも１つのは交流負荷（図示せず）に接続されている。可飽和リアクトル型限流器4610は、さらに、DC電圧源と直列に接続されたDCコイル4620（図示せず）を有している。ACコイル4610、4615は、コア4625、4630を介してDCコイル4620に結合されている。コア4625、4630は、本明細書に記載のように鋼のような強磁性材料を含むいくつかの可能な材料で形成することができる。DCコイル4620は変更されたELR材料からなる閉ループの一部である（DCコイルと付属回路の一部または全てはまた、変更されたELR材料で構成されてもよい）。単一DCコイルと2つのACコイルを参照すると、代替システムは、DCコイル、ACコイル、又は両方に対して、1つまたはそれ以上のコイルを使用することができる。
【１３８２】
故障条件が存在しない場合（通常動作下）、DCコイル4620は、コア4625、4630の飽和を引き起こし、コア4625、4630は、DCコイル4620とACコイル4610、4615の両方に結合する。飽和されたコア4625、4630はACコイル4610、4615のインピーダンスを低くし、電流が保護すべきAC回路で正常に流れることを可能にする。しかしながら、故障条件が存在する場合、ACコイル4610、4615内で磁束が上昇し、コア4625、4630が不飽和となるようにさせる。コア4625、4630の不飽和は、ACコイル4610、4630インピーダンスを直ちに増加させ、次に、保護すべきAC回路中の故障電流を制限する。
【１３８３】
本明細書に記載の限流器は、後述するように、変更されたELRまたは他の材料から少なくとも部分的に形成されたインダクタと他のコンポーネントを用いて実現されてもよい。
ELRコンポーネントを有するインダクタ
【１３８４】
変更された非常に低い抵抗（ELR）膜から形成されたコンポーネントを含む空気コアまたは磁気コアインダクタのようなインダクタが記載されている。いくつかの例では、インダクタは、変更されたELR膜からなるコアとナノワイヤコイルを含む。いくつかの例では、インダクタは、変更されたELR膜からなるコアと、テープ又はホイルコイルを含む。いくつかの例では、インダクタは、薄膜の変更されたELR膜を用いて形成される。変更されたELR膜は、現在の高温超伝導（HTS）に関連付けられる通常の温度よりも高い温度で電流に対して非常に低い抵抗を示し、これらの高い温度で回転機械の動作特性を向上させる。
【１３８５】
いくつかの例では、変更されたELR膜は、材料の種類、変更されたELR膜の用途、変更されたELR膜を使用するコンポーネントのサイズ、変更されたELR膜を使用するデバイスまたは機械の動作要件などに基づいて製造される。このように、インダクタの製造と設計において、変更されたELR膜のベース層として用いられる材料、および/または、変更されたELR膜を変更する層として用いられる材料は、様々な考慮事項、所望の動作特性および/または製造特性に基づいて選択することができる。
【１３８６】
種々のデバイス、用途、および/または、システムは、変更されたELRインダクタを使用することができる。いくつかの例では、同調回路または共振回路およびその応用では変更されたELRインダクタを使用する。いくつかの例では、変圧器およびその用途では、変更されたELRインダクタを使用する。いくつかの例では、エネルギー貯蔵装置およびその用途では、変更されたELRインダクタを使用する。いくつかの例では、電流制限デバイスとその用途では、ELRインダクタを使用する。
【１３８７】
図47-Qは、変更されたELR膜を有する空芯インダクタ4700を示す図である。インダクタ4700は、コイル4710と空芯4720を含む。コイル4710が電流を運ぶとき（例えば、ページの右側に向かう方向）、磁場4730がコア4720中に生成する。コイルは、ELR材料のベース層と、ベース層上に形成された変更する層と、を有する膜のような変更されたELR膜で少なくともその一部が形成されている。様々な適切に変更されたELR膜は、本明細書で詳細に説明される。
【１３８８】
電池または他の電源（図示せず）は、変更されたELRコイル4710に電圧を印加し、電流をコイル4710内に流れさせる。変更されたELR膜で形成されたコイル4710は、例えば、室温又は周囲温度（〜21℃）のような従来のHTS材料で使用される温度よりも高い温度において、電流の流れに対してほとんど又は全く抵抗を示さない。コイル中の電流の流れは、コア4720内に磁場を生成し、磁場は、エネルギーを貯蔵、エネルギーを転送、エネルギーを制限するために使用することができる。
【１３８９】
インダクタ4700はELR材料で形成されたコイル4710を含むため、インダクタは理想的なインダクタと同様に作用することができる。ここでは、コイル4710は、コイル4710を通る電流にかかわらず、従来の導電性コイル（銅コイルなど）を有するインダクタ内で通常見いだされる巻線抵抗または直列抵抗による損失がほとんどあるいは全くない。つまり、インダクタ4700は、非常に高い品質（Q）因子（無限大に近い等）示すことができる。品質（Q）因子は、与えられた周波数での抵抗に対する誘導リアクタンスの比、すなわち、Q =（誘導性リアクタンス）/抵抗である。
【１３９０】
いくつかの例では、変更されたELRコイルは、従来の超電導材料の転移温度（〜80〜135K）と室温（〜294K）の温度の間で電流の流れに対して非常に低い抵抗を示す。これらの例では、インダクタは、コイル4710によって使用される変更されたELR膜の種類の臨界温度までコイル4710を冷却するために使用される極低温冷却器又はクライオスタットのような冷却システム（図示せず）を含むことができる。例えば、冷却システムは、液体フロンの温度と同じ温度まで、氷や氷の融解の温度と同じ温度まで、又は本明細書に記載の他の温度と同じ温度まで、コイル4710を冷却することができるシステムであってもよい。すなわち、冷却システムは、変更されたELR膜の種類や構造またはコイル4710で使用される材料に基づいて選択することができる。
【１３９１】
いくつかの例では、空芯4720は自己支持性である。他の例では、空気コア4720は、プラスチックまたはセラミック等の非磁性材料（図示せず）から形成されている。コアの材質や形状は様々な要因に基づいて選択することができる。例えば、空気の透磁率よりも高い透磁率を有するコア材料を選択すると、一般に、誘導された磁場4730の密度を増加させ、それにより、インダクタ4700のインダクタンスを増加させる。別の例では、コア材料の選択は、高周波用途でのコア損失を低減するという欲求によって支配されてもよい。当業者であれば、コアは、所望の特性および/または動作特性を得るために、異なる材料の数と異なる形状の数で形成してもよいことを理解するであろう。
【１３９２】
当技術分野で知られているように、コイル4710の構成は、インダクタンスなどの特定の動作特性に影響を与えることができる。例えば、コイルの巻き数、コイルの断面積、コイルの長さなどは、インダクタのインダクタンスに影響を及ぼすことがある。インダクタ4700は、一つの構成が示されているが、特定の動作特性（インダクタンス値等）を得るために、好ましくない影響（表皮の影響、近接の影響、寄生容量など）を低減するために、様々な方法で構成することができる。
【１３９３】
いくつかの例では、コイル4710は、互いに平行な多数のターンを含むことができる。いくつかの例では、コイルは、互いに異なる角度の数ターンを含むことができる。これにより、コイル4710は、様々な異なる構成に形成することができる。例えば、互いに様々な角度で連続的に十字形に巻くハニカムまたはバスケット織りパターン、互いに間隔を空けて配置された平坦なスパイラルコイルで構成されている蜘蛛の巣パターン、種々のストランドが互いに絶縁されているリッツ線で形成することができる。
【１３９４】
空芯インダクタに加えて、インダクタ4800のような磁気コアのインダクタもまた、以下で説明されるように変更されたELR膜を使用することができる。図48-Qは、変更されたELR膜を用いた磁気コアインダクタ4800を示す概略図である。インダクタ4800は、コイル4810と強磁性体や強磁性材料から形成されたコアのような磁気コア4820を含む。図47-Qのインダクタ4700と同様に、磁場4830は、コイル4810によって電流が運ばれると、コア4820中で生成する。コイルは、ELR材料のベース層と、ベース層上に形成された変更する層とを有する膜のような変更されたELR膜から少なくとも一部が形成されている。様々な適切に変更されたELR膜が本明細書で詳細に説明される。変更されたELR膜で形成されるコイル4810は、室温又は周囲温度（〜21℃）のような従来のHTS材料で使用される温度よりも高い温度で、電流の流れに対してほとんど又は全く抵抗を示さない。コイル中の電流の流れは、コア4820内で磁場4830を生成し、この磁場はエネルギーを貯蔵するために、エネルギーを移動するために、エネルギーを制限するために使用することができる。
【１３９５】
強磁性体又は強磁性材料から形成される磁気コア4820は、インダクタンスを増加させることができる。生成された磁場4830内の磁性材料の透磁率は、空気の透磁率より高く、それゆえ、磁性材料の磁化による磁場4830の形成をより支持するため、インダクタ4800のインダクタンスを増加させる。例えば、磁気コアは1,000倍またはそれ以上の係数でインダクタンスを増加させる。
【１３９６】
インダクタ4800は、磁気コア4820内で様々な異なる材料を使用することができる。いくつかの例では、磁性コア4820は、鉄のような強磁性材料で形成されている。いくつかの例では、磁性コア4820は、フェライトなどの強磁性材料で形成されている。いくつかの例では、磁気コア4820は、珪素鋼積層物などの積層された磁性材料で形成されている。当業者は、インダクタ4800のニーズや要件に応じて他の材料を用いることができることを理解するであろう。
【１３９７】
また、磁気コア4820（及びインダクタ4800）は、様々な異なる形状に構成することができる。いくつかの例では、磁気コア4820は、ロッドまたはシリンダであってもよい。いくつかの場合では、磁気コア4820は、トロイドであってもよい。いくつかのケースでは、磁気コア4820は、可動であり、インダクタ4800が可変インダクタンスを実現することを可能にするようにしてもよい。当業者は、インダクタ4800のニーズや要件に応じて、他の形状および構成を用いることができることを理解するであろう。例えば、磁気コア4820は、渦電流に起因するコア損失、および/または、ヒステリシス、および/または、インダクタンスの非線形性などの様々な欠点を制限するように構成することができる。
【１３９８】
したがって、いくつかの例では、変更されたELR材料および/またはELR膜のようなコンポーネントを使用してインダクタ4700のコイル4710またはインダクタ4800のコイル4810を形成すると、コイル内の電流に対する抵抗を低下させるまたは除去することにより、インダクタのQ値を増加させることができる。
【１３９９】
ELR膜からなるインダクタの製造および/または形成
本明細書に記載したように、いくつかの例では、インダクタのコイルは、変更されたELR材料で形成されているので電流を運ぶために非常に低い抵抗値を示す。図49A-Qは、変更されたELRナノワイヤを使用するインダクタ4900を示す写真である。インダクタ4900は、変更されたELR膜など本明細書に記載ELRコンポーネントからなる変更されたELRナノワイヤとして形成されたコイル4902を含む。
【１４００】
ELRワイヤを形成する際、複数のELRテープ又は箔を一緒に挟持して大容量のワイヤを形成してもよい。例えば、コイルは、支持構造体と、支持構造によって支持された1つまたはそれ以上のELRテープ又は箔を含むことができる。
【１４０１】
ELRワイヤに加えて、インダクタはELRナノワイヤから形成することができる。従来の用語では、ナノワイヤは、ナノメートルのオーダーまたはそれ以下の幅または直径と、規定されていない長さを有するナノ構造体である。いくつかのケースでは、ELR材料は、50ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、40ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、30ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、20ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、10ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、5ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、5ナノメートル未満の幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。
【１４０２】
ナノワイヤに加えて、変更されたELRテープ又は箔は、本明細書に記載のインダクタおよびデバイスによって利用することができる。図49B-Qは、変更されたELRテープ又は箔を用いたインダクタ4910を示す図である。インダクタ4910は、鉄芯などのコア4912と、変更されたELRテープで形成されたコイル4914を含む。
【１４０３】
ELR材料のテープおよび/または箔を生成し、製造するための様々な技術が存在する。いくつかの例では、この技術は、バッファの金属酸化物で被覆された可撓性金属テープ上にYBCOまたは他のELR材料を堆積させ、被覆された導体を形成する工程を含む。処理中に、テクスチャは、圧延アシスト、二軸テクスチャ基板（RABiTS）プロセスなどを用いて金属テープ中に導入することができる。あるいは、その代わりに、テクスチャされたセラミック緩衝層が、テクスチャされていない合金基板上にイオンビームアシスト蒸着（IBAD）プロセスを使用して堆積してもよい。酸化物層の追加は、テープからELR材料中への金属の拡散を防止する。ELRテープを製造するために、化学蒸着CVD法、物理蒸着（PVD）法、分子線エピタキシー（MBE）、アトミックレイヤーバイレイヤー分子線エピタキシー（ALL-MBE）、および他の溶液堆積技術などの他の技法を利用してもよい。
【１４０４】
また、薄膜インダクタは、本明細書に記載のELRコンポーネントを利用することができる。図49C-Qは、変更されたELR薄膜コンポーネントを用いたインダクタ4920を示す概略図である。インダクタ4920は、プリント回路基板4924上に形成された変更されたELRコイル4922と、オプションの磁気コア4926とを含む。コイル4922は、基板4924中にエッチングされた変更されたELR膜であってもよい。コイル4922は、インダクタを使用するデバイス又はシステムのニーズに応じて種々の構成および/または様々なパターンで形成することができる。さらに、オプションの磁気コア4926は、図示のように、基板4924中にエッチングされてもよいし、コイル4922の上方、及び/又は、下方に配置された板コア（図示せず）であってもよい。
【１４０５】
したがって、変更されたELR膜は、テープ、箔、ロッド、ストリップ、ナノワイヤ、薄膜、および磁気を生成するために、ある点から別の点に電流を運ぶまたは移動することができる他の形状、幾何学的形状または構造に形成されてもよい。
【１４０６】
いくつかの例では、変更されたELR膜中で使用される材料の種類は、膜を利用する用途の種類によって決定することができる。たとえば、ある用途では、BSCCO ELR層を有する変更されたELR材料を利用することができるが、他の用途では、YBCO層を利用することができる。すなわち、本明細書に記載の変更されたELR材料は、変更されたELR膜を利用する機械やコンポーネントの種類に基づいて、特定の構造中に（テープまたはナノワイヤなど）形成されてもよいし、特定の材料（YBCO、BSCCO）から形成されてもよい。
【１４０７】
種々のプロセスが、インダクタ4900、4910、および/または、4920などのインダクタの製造に用いることができる。いくつかの例では、コアは、形成され、維持され、受信され、及び/又は、配置される。コアは、様々な形状や構成をとることができる。構成の例は、円筒ロッド、単一"I"形状、"C"又は"U"形状、"E"の形状、一対の"E"形状、ポット形状、トロイド形状、環状又はビード形状、平面形状などを含む。コアは、様々な非磁性および磁性材料で形成することができる。例示の材料は、鉄または軟鉄、珪素鋼、さまざまな積層材料、シリコン合金、カルボニル鉄、鉄粉、フェライト、セラミックス、ガラス、アモルファス金属、セラミックス、プラスチック、空気などを含む。
【１４０８】
また、変更されたELRナノワイヤ、テープ、または薄膜から形成されたコイルなどのコイルは、所望の形状またはパターンに構成され、次に、形成されている、または、維持されているコアに結合される。いくつかの例では、コアが存在せず、変更されたELRナノワイヤは、所望の形状またはパターンに構成される。いくつかの例では、変更されたELRナノワイヤコイルは、プリント回路基板に直接エッチングされ、平面磁気コアは、エッチングされたコイルに対して位置決めされる。当業者は、本明細書に記載のインダクタを製造する、および/または、形成する場合に、他の製造プロセスが利用されることを理解するであろう。
【１４０９】
単一限流器は、各用途に対して一般的に上記説明したが、二つまたはそれ以上の限流器は、所与のチップ、ハウジング、グリッド変電所、または他の環境内に提供されてもよい。実際には、与えられた環境は、1つまたはそれ以上のチップ、または、1つまたはそれ以上の開示された限流器を含む実装を使用することができ、次に、1つまたはそれ以上のハウジングに組み込まれてもよく、さらに、配電網内などの大規模環境に組み込むことができる。もちろん、本明細書に記載の限流器は、ELR材料と従来の材料の両方と一緒に製造することができる。
【１４１０】
ELRコンポーネントを含む追加の限流器用途
上述した限流器は、チップ上で使用するためから配電網で使用するまで多くの用途での使用に適している。このような限流器内で変更されたELR材料を用いることにより、限流器は、同様の条件下で最良の従来の導体よりも桁違いに低い抵抗を示す。
【１４１１】
また、このような限流器は、上述したようなチップ上のようなより小さくよりコンパクトな形態、で製造することができる。このようなチップは、論理回路、アナログ回路のような他のコンポーネントを含んでもよい。オンチップ限流器を使用することによって、チップは、明らかに改善された保護機能と性能の恩恵を受けることができる。チップ内でELR材料を使用することにより、チップは、回路のより大きな密度を享受することができる。例えば、ELR材料を使用することにより、チップはより少ない熱生成を享受し、より多くの電流が同じライン幅で移動することができるので、より薄い導体を使用することができる。導体、および相互接続は、ELR材料から作製することができる。また、信号は、挿入損失が大幅に低減されるので、増幅することなく送信することができる。
【１４１２】
上述のように、変更されたELR材料は、温度に依存する性能を有する。その結果として、変更されたELR材料を使用する本明細書に記載の限流器もまた温度に依存する。温度変化は、ストリップ導体への磁場浸透に影響を及ぼし、超電導侵入深さに影響を与える。このような材料の変化は、本明細書に記載のように、温度に対する変更されたELR材料の応答挙動に基づいてモデル化することができるし、または、経験的に導出することもできる。なお、変更されたELR材料を用いることにより、ラインの抵抗は無視できるが、本明細書で示された温度グラフに示すように、抵抗は温度に基づいて調整することができる。したがって、限流器の設計は、温度に対する補償をするように調整することができ、又は限流器動作は、温度を変えることによって調整することができる。
【１４１３】
図50-Qを参照すると、温度制御回路5015及び論理回路5020に結合した回路5010を含むシステム5000が示されている（図50-Qでは全てのブロックが相互接続されたものとして示されているが、より少ない接続は可能である）。回路5010は、ELR材料から少なくとも一部が形成されている本明細書に記載の1つまたはそれ以上の限流器を使用する。論理装置は、温度制御回路を制御し、温度制御回路は、次に、回路5010を冷却する極低温の液体又は気体冷却器のような冷却器/冷凍機を制御する。これにより、システム5000の感度や応答を高めるために、論理回路5020は温度制御回路5015に回路5010の温度を低下させる信号を送る。その結果、ELR材料を使用する回路5010は、ELR材料が導電性を高めるようにさせ、それによって、回路の感度や応答を増加させる。
【１４１４】
個々の限流器が示されているが、限流器は、限流器のバンクまたはアレイ、または他のより複雑な限流器システムを形成するために一緒に結合することができる。本明細書で説明された限流器の他のカテゴリと同様に、多くの限流器アレイの構成が可能であり、変更されたELR材料から少なくとも一部が形成される限流器またはマルチ限流器システムを実現することは、設計者の設計事項である。本明細書に記載される変更されたELR材料は、本明細書に記載の限流器と原理の２つまたはそれ以上の組み合わせを含むマルチ限流器システムを、たとえそれらの組み合わせが明示的に記述されていない場合であっても使用することができる。実際、このようなマルチ限流器システムは、２つまたはそれ以上の異なる又は異種の限流器（抵抗と誘導など）、単に同じまたは同質ではない限流器（両方とも誘導など）を使用してもよい。このような限流器システムは、すべてが変更されたELR材料で形成されたかなり均質な限流器、又は、異なる種類の限流器の不均質な混合物であり、そのうちのいくつかが非ELR材料で形成された限流器、または、異なる限流器と異なる材料の組合せを含むことができる。したがって、複雑な限流器システムは、変更されたELR材料から主に形成された2つまたはそれ以上の均質な限流器から形成された二つまたはそれ以上の限流器、および/または、変更されたELR材料で主に形成された2つまたはそれ以上の不均質な限流器、および/または、従来の導電体および変更されたELR材料の両方から形成されている2つまたはそれ以上の均質/不均質限流器を使用することができる。
【１４１５】
変更されたELR材料から一部がまたは全部が形成されたコンポーネントを用いる限流器の具体例は本明細書に記載されているが、当業者は、実質的に任意の限流器の構成は、電流を伝導する、信号を受信する、または、電磁信号を送信するかまたは変更するために、上記記載のコンポーネントのような変更されたELR材料から少なくとも一部が形成されたコンポーネントを使用してもよいことを理解するであろう。（ELR材料は回路内で導電エレメントと共に使用することができるが、"導電性"の定義に依存しながら、変更されたELR材料は、その長さまたは領域に沿ってエネルギーや信号の伝播を促進するものであることを述べることがより適切であるかもしれない）。その結果、変更されたELR材料から形成されるコンポーネントを使用するすべての可能な限流器及び限流システムを網羅的な詳細において列挙することは不可能である。
【１４１６】
本明細書にいくつかの限流器に対していくつかの適切な形状が示されかつ記載ているが、他の多くの形状は可能である。これらの他の形状は、材料の厚さの違い、異なる層の使用、他の3次元構造（コイルやコアの種類など）の違いに加えて、長さおよび/または幅に対する異なるパターン、異なる構成または異なるレイアウトを含む。本発明者らは、当技術分野で知られている実質的にすべての限流器と関連するシステムが変更されたELR材料を使用することができ、本出願の変更されたELR材料、電池、及び原理の様々な例が提供された当業者が、過度の実験を行うことなく、変更されたELR材料から全部またはその一部が形成された1つまたはそれ以上のコンポーネントを有する他の限流器を実現することができるであろうということを信じる。
【１４１７】
いくつかの実施例では、変更されたELR材料を含む限流器（FCL）は次のように記述することができる。
【１４１８】
誘導限流器であって、保護すべき回路と直列に接続された1次側誘導コイルと、閉ループで直列に配置された2次側誘導コイルと、を有し、前記１次側誘導コイルと前記2次側誘導コイルは、誘導的に一緒に結合され、前記１次側誘導タコイルと前記2次側誘導コイルとの間でインダクタンスが相互に誘導されることができるように誘導的に結合され、前記2次側誘導タコイルは、コアと、前記コアを少なくとも部分的に取り囲むコイル形状に構成される変更された非常に低い抵抗（ELR）ナノワイヤとを含み、前記変更されたELRナノワイヤは、ELR材料からなる第1層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第２層と、を有する変更されたELR膜から形成されることを特徴とする誘導限流器。
【１４１９】
装置であって、第１コアの周りに少なくとも部分的に包装された第１の三次元コイルと、第２コアの周りに少なくとも部分的に包装された第２の三次元コイルとを有し、前記第１の三次元コイルと前記第２の三次元コイルは、それぞれ、非常に低い抵抗（ELR）材料を有する第１部分と、前記第１部分に結合した第２部分を含み、前記ELR材料の抵抗を低下させ、前記第１の三次元コイルと前記第２の三次元コイルは、前記第１の三次元コイルと前記第２の三次元コイルを介して誘導されることを特徴とする装置。
【１４２０】
電力配電網に使用するための誘導限流器であって、電力発生源の下流にある保護すべき回路と直列に接続された1次誘導コイルと、閉ループ中で直列に配置された２次側誘導コイルと、を有し、前記1次誘導コイルと前記２次誘導コイルは、前記1次誘導コイルと前記２次誘導コイルの間でインダクタンスが相互に誘導されるように誘導的に一緒に結合され、前記1次誘導コイルと前記２次誘導コイルは、標準家庭の消費者に供給される電力に関連付けられる電流または電圧よりも高い電流または電圧を受け入れるような大きさに構成され、前記２次誘導コイルは、コアと、前記コアを少なくとも部分的に取り囲むコイル状に構成される変更された非常に低い抵抗（ELR）ナノワイヤを含み、前記変更されたELRナノワイヤは、ELR材料の第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合する変更する材料からなる第2層と、を有する変更されたELR膜から形成されることを特徴とする誘導限流器。
【１４２１】
抵抗限流器であって、保護すべき回路に結合された抵抗エレメントを含み、前記抵抗エレメントは、回路と電力源との間に直列に結合され、前記抵抗エレメントは、変更されたELRナノワイヤまたはテープから形成される少なくとも一部分を含み、前記変更されたELRナノワイヤまたはテープは、ELR材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材に結合した変更する材料からなる第2層と、を含む変更されたELR膜で形成されていることを特徴とする抵抗限流器。
【１４２２】
リアクトル限流器であって、交流電力の供給を受ける保護すべき回路と直列に接続された1次誘導コイルと、閉ループ中で直列に配置された２次誘導コイルと、を有し、前記1次誘導コイルと前記２次誘導コイルは、前記1次誘導コイルと前記２次誘導コイルの間でインダクタンスが相互に誘導されるように一緒に結合されており、前記２次誘導コイルは、コアと、前記コアを少なくとも部分的に取り囲むコイル形状に構成される変更された非常に低い抵抗（ELR）ナノワイヤを含み、前記２次誘導コイルは、直流電圧源に結合され、前記変更されたELRナノワイヤは、ELR材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第２層と、を含む変更されたELR膜から形成されることを特徴とするリアクトル限流器。
【１４２３】
アプライアンスまたはデバイスを保護するための装置であって、前記装置は、第１の三次元コイル形状に形成された第１の変更されたELRナノワイヤまたはテープを有し、前記第１の変更されたELRナノワイヤまたはテープは、ELR材料の第１層と、前記ELR材料に結合した変更する材料の第2層と、を含む変更されたELR膜から形成され、前記装置は、第２の三次元コイル形状に形成された第２の変更されたELRナノワイヤまたはテープを有し、前記第２の変更されたELRナノワイヤまたはテープは、ELR材料の第１層と、前記ELR材料に結合した変更する材料の第2層と、を含む変更されたELR膜から形成され、前記第２の三次元コイルは、DC電圧を受け取り、前記第１の三次元コイルと前記第２の三次元コイルは、前記第１の三次元コイルと前記第２の三次元コイルの間でインダクタンスが相互に誘導されるように配置されており、前記装置は、前記第１の三次元コイルをアプライアンスまたは保護すべきデバイスと取り外し可能に結合するための出力電気ポートと、外部の電気AC電力を受けるための電力入力ポートと、前記第１の三次元コイル、前記第２の三次元コイル、前記出力電気ポート及び前記電力入力ポートを取り囲むハウジングと、をさらに有することを特徴とする装置。
【１４２４】
第17章 ELR材料で形成された変圧器
本章の説明は、図1-36と図37-R〜図50-Rを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【１４２５】
理想的な変圧器は、エネルギー損失が無く、100％の効率であろうが、従来の変圧器は、多くの場合、導体の抵抗の結果として、巻線、コアなどでエネルギーを消費する。ほとんどのエネルギー損失は巻線の電気抵抗に起因するので、超伝導巻線を使用する既存の変圧器は、99％以上の効率を達成している。しかしながら、超伝導巻線を有する変圧器は、高効率を達成するために、高価で信頼性の低い極低温冷却を必要とするという欠点を有する。
【１４２６】
変更された、開口された、および/または、他の新しい非常に低い抵抗（ELR）膜と材料から形成された巻線または誘導タコイルを使用する様々な種類の変圧器が本明細書で詳細に記載される。この変圧器は、既存の変圧器のほとんどの問題を克服し、それによって、理想的な変圧器に近づく。本明細書に記載の変圧器は、効率的に巻線抵抗をゼロまで低減する。変圧器の他の損失は、渦電流、ヒステリシス損失、磁歪損失、及び漂遊磁界損失から生じる。これらの損失のいくつかは、ELR材料を使用することによって直接的に補償されないが、巻線中交流損失は、ELR材料を使用することによって低減することができる。
【１４２７】
種々のデバイス、用途、および/または、システムは、本明細書に記載の変圧器を使用することができ、その全ては、後述する変更されたELR材料を用いることができる。これらの変圧器は、従来材料、または既存のHTS材料から製造された変圧器よりもより効率的であるなどの多くの利点を提供する。追加の利点は、本明細書に記載の変圧器が、従来材料と既存のHTS材料から作製された変圧器よりも占有スペースが少ないということである。変圧器の巻線を形成している変更されたELR材料における電流密度の増加と、巻線から熱を放散する要件の減少は、サイズの縮小をもたらす。また、HTS材料で巻かれた変圧器は、巻線の全ての部分が臨界温度Tc以下に維持されることを確実にするために、巻線の熱交換の変更が必要な極低温冷却を必要とする。したがって、変更されたELR材料を使用する本明細書に記載の変圧器は、回路と交流電圧の昇圧／降圧を保護するための能力、または小規模から大規模に至るまでの用途における他の利点を提供する。例えば、本明細書に記載の変圧器は、携帯電話のような小型電子機器の充電器として、テレビやステレオ・システムのような大型電子機器の電源の充電器として使用することができるし、または、変電所のような大規模な用途で使用することができるし、または、数千アンペアを運ぶ地域の電気伝送と配電システムのような大規模な用途で使用することができる。
【１４２８】
本明細書に記載の変圧器は、単巻変圧器、多相変圧器、マッチングトランス、絶縁変圧器、多相変圧器、高漏れリアクタンス漏れ変圧器、共振器、昇圧降圧変圧器などの一般的な種類の変圧器の1つ又はそれ以上であり得る。変圧器のインダクタと他のエレメントのために本明細書に記載のELR材料を使用することによって、多くの技術の広範な用途を見出す変圧器は、種々の電子機器や電気システムを保護するか隔離するのに使用するために製造することができる。
【１４２９】
本明細書に開示の変圧器は、様々な異なるスケールの用途に適している。例えば、その用途は、コンポーネントやチップレベルでの小規模な用途（回路保護または電圧レベルの変更等）からシステムやデバイスレベルでの中規模な用途（120ボルトのAC電源等）や配電網や送電網での大規模な用途までの範囲とすることができる。新規な変圧器に関する詳細を説明する前に、変圧器の用途に関する詳細な説明をする。
【１４３０】
小規模な用途について、図37-Rは、変更されたELR材料を用いる変圧器を含むチップまたは他のモノリシック構造を示す模式図である。チップ3700は、保護すべき/絶縁すべき回路3710を含む。回路は、変圧器3705を介して整流されフィルタ処理され、昇圧／降圧された電圧で動作する。回路3710は、1つまたはそれ以上の個々の回路または回路コンポーネントからなる。図37-Rの実施例では、変圧器3705は、保護すべき回路3710と直列に配置されている。しかしながら、当業者は、変圧器が、電場または磁場を介して結合する並列接続を含む多くの可能な構成で回路に接続することができることを理解するであろう。
【１４３１】
オンチップトランスを使用することにより、チップは変圧器の一般的な利点と変圧器の動作から明らかな恩恵を受けることができるが、多くの付加的な利点を享受することもできる。チップ3700内でELR材料を使用することにより、チップは、回路のより増加した密度を享受することができる。例えば、ELR材料を用いることにより、チップは熱損失がより少なくなり、単位導体当たりより多くの電流を流すことができるので、より薄い導体を用いることができる。導体および/または相互接続は、ELR材料から作製することができる。また、導体の挿入損失は大幅に低減されるので、信号は、増幅することなく送信することができる。さらに、チップは、45nm以下の最小特徴サイズ技術のような最小スケールの集積回路製造技術を用いて作製することができる。機能サイズが減少することで、回路設計者は、導体レイアウトや長さに基づく制約が少なくなるので、物理的な設計を加速することができる。
【１４３２】
中規模用途について、図38-Rは、ハウジング内に収納され民生機器のようなデバイスに接続されている変圧器を含むシステム3800の一例を示す。例えば、変圧器3825は、ボード（PCBなど）上に存在し、単一ハウジング3820に収納され、それによって接続されているすべての電気機器を保護／絶縁する及び電力を供給するためのボックスまたはアプライアンスを形成することができる。例えば、ハウジング3820は、一端に雌型接続と反対側端部に雄型接続を有する電源コードを含んでいてもよい。この例では、消費者は、電気機器（コンピュータ、テレビ3805など）を変圧器ハウジング3820のメス側3810に差し込み、オス側コンセント3840を電気的出口3830に差し込むことができる。電気装置3805は、その後、変圧器3825により故障電流から保護されかつ電力を供給されるだろう。もちろん、変圧器は、電気機器自体中に他のコンポーネント（デバイスの回路として同じプリント回路基板上の）と統合することができるので、従って、他の回路とともに収容される。このように、変圧器は、外部の独立したボックスであるより、コンピュータやテレビ3805内に収容することができる。
【１４３３】
テレビジョン3805が示されているが、当業者は、変圧器3825は、パーソナルコンピュータ、ステレオ、目覚まし時計、台所用品、電動工具などの様々な民生機器と接続することができることを理解するであろう。また、変圧器3825は、高価でかつ高感度な医療機器や科学機器などの他のデバイスと共に使用することができる。さらに、当業者は、変圧器3825と変圧器3825の接続は変更でき、標準的な電源コンセントへの接続に限定されるものではないことを理解するであろう。
【１４３４】
変圧器は、電力網のような大規模な用途で重要なサービスを見いだす。図39-Rは、変更されたELR材料を用いる少なくとも一つの変圧器を備える電力網の図である。発電所3910は、電力網に通電する電気を発生させる。発電所は、石炭、地熱、原子力、メタン、水力、風力、太陽光または、電力網での使用のために電力を生成できる任意の種類の発電所であってもよい。電力生成後、発電所3910からの電圧は、例えば230kVのような長距離にわたって送信するのに適している高い電圧まで昇圧（あるいは"ステップアップ"）される。電圧の昇圧は、昇圧トランス3920を含む高電圧開閉所3915で行うことができる。昇圧トランスは、コアを包む一連のコイルで昇圧する。
【１４３５】
昇圧された電圧は、高電圧送電線3925を介して変電所3930に送信される。変電所3930は、降圧トランス3935を含み、13.3kVのような地域の配電に適したレベルまで電圧を下げる。配電電圧は、その後、配電線3937で追加の降圧トランスまで運ばれ、家3940、学校3945、または3950病院などの様々な顧客で終了する。電力網3900は、昇圧トランス3915と降圧トランス3930の間で結合された中間変圧器3955を含むことができる。さらに、当業者は、より多くの変圧器が図39-Rの簡略化された電力網内に配置され得ることを理解するであろう。
【１４３６】
図40-Rは、変更されたELR一次巻線と変更されたELR二次巻線を有する変圧器4000を示す模式図である。変圧器4000は、磁気コア4010、一次巻数4025を持つ一次巻線4020、二次巻数4035を持つ二次巻線4030とを含む。一次巻線4020と二次巻線4030は、変更されたELRナノワイヤのような変更されたELRの材料から形成されている。上述したように、いくつかの例では、変圧器4000は、商用電力網の一部であってもよいが、他の例では、変圧器4000は、動作中に電源電圧を昇圧又は降圧する機器やその他の電子機器の一部であってもよい。いくつかの例では、変圧器4000は、電源トランスではなく、信号変圧器またはオーディオ変圧器であってもよい。当業者は、変圧器4000が本明細書に記載されていない他の多くの用途およびデバイスで実現されてもよいことを理解するであろう。当業者は、用途に応じて種々のコアのレイアウトと巻線の配置を実現することができることを理解するであろう。
【１４３７】
本明細書に記載の変更されたELR材料のような非常に低い抵抗材料を利用すると、変圧器4000および/または様々な用途に対して種々の特徴および利点を提供することができる。コイル内で変更されたELR材料を使用する変圧器は抵抗損失をほとんど示さないので、この変圧器は、極低温冷却システムのコストと信頼性のような、従来の超伝導材料に関連する問題を回避しつつ、変圧器内のエネルギー損失を最小化することによって、動作コストに非常に影響を及ぼすことができる。
【１４３８】
図41A-Rは、電力網上の配置を含むさまざまな用途で使用することができる別の変圧器4100を示す。変圧器4100は、ライン4105と負荷4110に結合されているハウジングまたはシェル4115を含む。従来材料または変更されたELR材料から形成することができるライン4105は、外部接続4145を介して変圧器シェル4115に入力することができる。主要巻線または第１巻線4120は、ライン4105に結合され、従来材料または変更されたELR材料から形成され、トランスシェル4115内に存在するコア4130の周りに巻付けられている。第２巻線4125は、コア4130の反対側端部の周りに巻付けられており、従来材料または変更ELR材料で形成することができる。出力導体4150は、第2コイル4125と負荷4110との間で結合される。
【１４３９】
用途に応じて、シェル4115は、変圧器オイルのような冷却剤を含んでもよい。しかしながら、変更されたELR材料を使用することにより、冷却のための使用または必要性を低減する、または、排除することができる。また、冷却ユニット4135は、変更されたELR材料4115を周囲温度まで冷却するために、変圧器シェル4115に結合することができる。変更されたELR材料は、本明細書に記載のように、室温で超電導状態で動作することができるが、それにもかかわらず、高圧送電装置を取り囲むによって発生される過剰な熱や、暖かい天候における周囲の熱や直射日光にさらされることにより、冷却ユニット4135が変更されたELR材料を室温まで冷却する必要があるかもしれない。さらに、本明細書でより詳細に説明するように、変更されたELR材料の温度を制御することにより、電気的性能又は変圧器の応答を調整することができる。
【１４４０】
用途に依存するコア材料のシャント4140は、二次短絡電流を制限するために一次および二次巻線の間に配置することができる。この種類の変圧器は、高い漏れリアクタンス変圧器と称される。図41B-Rを参照すると、高い漏れリアクタンス変圧器4150の簡単な例が示されている。図示のように、変圧器は一次巻線4155と二次巻線4160を含み、各巻線は、コア4165の脚の周りを包んでいる。特に、コアは、一次及び二次巻線間のシャント4170を含む。
【１４４１】
図42A-Rは、さまざまな用途で使用することができる三相コアトランス4200を示す。第１の一次巻線4210、第２の一次巻線4220、第３の一次巻線4230は、それぞれ独立した端子4215、4225、4235を含む。同様に、第1の二次巻線4250、第2の二次巻線4260、第3の二次巻線4270は、それぞれ独立した端子4255、4265、4275を含む（図42A-Rは、第１の一次巻線、第１の二次巻線、第１の二次巻線の半分、第１の二次巻線の半分の断面図を示す）。一次巻線及び二次巻線は、Y字状、Δ形状又は他の構成（特に多くの相、多くのコイル、多くのコアを含む変圧で）で接続することができる。
【１４４２】
図42A-Rの図に示すように、第１、第２および第３の一次巻線および二次巻線は、コア4240の周囲に形成されている。本明細書に記載されるように、コア4240は鋼のような強磁性材料を含むいくつかの種類の材料で形成することができる。図42B-Rは、変圧器4200と実質的に同様であるが、図に示すように、シェルコア4285を備える三相シェル変圧器4280を示す。
【１４４３】
三相変圧器は、三相配電を使用する配電網で特に使用することができる。三相が示されているが、より多くの相は可能である。任意の多相変圧器は、3つまたはそれ以上の単相変圧器のバンク、または、全ての相が単一多相変圧器に組み込まれたバンクを含むことができる。異なる属性、位相シフト、または他の特性を生じさせるために、任意数の巻線とコア構成は可能である。
【１４４４】
図43-Rは、同じ巻線の部分が一次側および二次側の両方として作動する単巻変圧器4300の例を示す。図示のように、変圧器4300は、単一コイル4330に結合された一次側4310を含む。二次側4320は可動タップ4340を含むが、２つまたはそれ以上の固定タップは可能であり、図43-Rの例では、巻線4330はコアの周りを包んでいるかコアの周りに形成されている。
【１４４５】
他の多くの種類の変圧器が可能である。他の一例を図44-Rに示すが、他の多くの変圧器も可能である。図44-Rに示されるように、変圧器4400は、2つのコイル4410、4415と中間コイル4420を含む。コイル4410、4415は、コイル4410、4415が形成された周囲のコア4425、4430を通ってコイル4420に誘導的に結合される。コアは、本明細書に記載されるように、鋼などの強磁性材料を含むいくつかの可能な材料で形成することができる。
【１４４６】
他の多くの形状が可能である。例えば、トロイダルコアを使用してもよい。他の多くのコア形状が知られている。さらに、本明細書に記載されるように、コア材料は、多くの異なる種類の材料から形成することができる。部分的にまたは全体的に変更されたELR材料を使用してコアを形成することさえできる。
【１４４７】
異なるコアに加えて、以下に示すように、異なる巻線は可能である。例えば、変圧器は、適切な絶縁体で絶縁された、長方形のテープまたはストリップで作られたインダクタから形成してもよい。巻線は、漏れインダクタンスや浮遊容量を最小にし、それによって、周波数応答のような電気的特性を向上させるように、配置してもよい。さらに、変圧器は、複数のタップまたは端末を持つ巻線を含み、それによって、複数の電圧比が選択されることを可能にしてもよい。
【１４４８】
本明細書に記載の変圧器は、以下に説明するように、変更されたELRまたは他の材料から少なくとも一部が形成されたインダクタおよび他のコンポーネントを用いて実現されてもよい。
【１４４９】
変更された、開口された、および/または、他のELRコンポーネントを有するインダクタ
変更された非常に低い抵抗（ELR）膜から形成されたコンポーネントを含む、空気コアまたは磁気コアインダクタのようなインダクタが記載されている。いくつかの例では、インダクタは、変更されたELR膜から形成されたコアとナノワイヤコイルを含む。いくつかの例では、インダクタは、変更されたELR膜から形成されたコアと、テープ又はホイルコイルを含む。いくつかの例では、インダクタは、薄膜の変更されたELR膜を使用して形成される。変更されたELR膜は、現在の高温超伝導（HTS）に関連付けられた通常の温度よりも高い温度で電流に対して非常に低い抵抗を示し、これらのより高い温度では、インダクタ装置の動作特性を向上させる。
【１４５０】
いくつかの例では、変更されたELR膜は、材料の種類、変更されたELR膜の用途、変更されたELR膜を使用するコンポーネントのサイズ、変更されたELR膜を使用するデバイスまたは機械の動作要件に基づいて製造される。このように、インダクタの製造と設計において、変更されたELR膜のベース層として用いられる材料、および/または、変更されたELR膜を変更する層として用いられる材料は、様々な考慮事項、所望の動作特性および/または製造特性に基づいて選択することができる。
【１４５１】
種々のデバイス、用途、および/または、システムは、変更されたELRインダクタを使用することができる。いくつかの例では、同調回路または共振回路およびその応用では変更されたELRインダクタを使用する。いくつかの例では、変圧器およびその用途では、変更されたELRインダクタを使用する。いくつかの例では、エネルギー貯蔵装置およびその用途では、変更されたELRインダクタを使用する。いくつかの例では、電流制限デバイスとその用途では、ELRインダクタを使用する。
【１４５２】
図45-Rは、変更されたELR膜を有する空芯インダクタ4500を示す図である。インダクタ4500は、コイル4510と空芯4520を含む。コイル4510が電流を運ぶとき（ページの右側に向かう方向）、磁場4530は、コア4520に生成される。コイルは、ELR材料のベース層と、ベース層上に形成された変更する層と、を有する膜のような変更されたELR膜から少なくとも一部が形成されている。様々な適切に変更されたELR膜が本明細書で詳細に説明される。
【１４５３】
電池または他の電源（図示せず）は、変更されたELRコイル4510に電圧を印加し、電流がコイル4510内に流れるようにさせる。変更されたELR膜で形成されるコイル4510は、室温又は周囲温度（〜21℃）のような従来のHTS材料で使用される温度よりも高い温度で、電流の流れに対してほとんど又は全く抵抗を示さない。コイル中の電流の流れは、コア4520内に磁場を生成し、この磁場は、エネルギーを貯蔵し、エネルギーを移動し、エネルギーを制限するために使用することができる。
【１４５４】
インダクタ4500はELR材料で形成されたコイル4510を含むため、理想的なインダクタと同様に作用することができる。ここでは、コイル4510は、コイル4510を通る電流にかかわらず、従来の導電性コイル（銅コイルなど）を有するインダクタ内で通常見いだされる巻線抵抗または直列抵抗による損失がほとんどまたは全くない。つまり、インダクタ4500は、非常に高い品質（Q）因子（無限大に近い等）示すことができる。品質（Q）因子は、与えられた周波数での抵抗に対する誘導リアクタンスの比、すなわち、Q =（誘導性リアクタンス）/抵抗である。
【１４５５】
いくつかの例では、変更されたELRコイルは、従来の超電導材料の転移温度（〜80〜135K）と室温（〜294K）の温度の間で電流の流れに対して非常に低い抵抗を示す。これらの例では、インダクタは、コイル4510によって使用される変更されたELR膜の種類の臨界温度までコイル4510を冷却するための使用される極低温冷却器又はクライオスタットのような冷却システム（図示せず）を含むことができる。例えば、冷却システムは、液体フロンの温度と同じ温度まで、氷や氷の融解の温度と同じ温度まで、又は本明細書に記載の他の温度と同じ温度まで、コイル4510を冷却することができるシステムであってもよい。すなわち、冷却システムは、変更されたELR膜の種類や構造またはコイル4510で使用される材料に基づいて選択することができる。
【１４５６】
いくつかの例では、空芯4520は、自己支持している。他の例では、空芯4520は、プラスチックやセラミックなどの非磁性材料または構造（図示せず）に巻き取られる。コアの材質や形状は様々な要因に基づいて選択することができる。例えば、空気の透磁率よりも高い透磁率を有するコア材料を選択すると、一般に誘導磁場4530の濃度を増加させ、したがって、インダクタ4500のインダクタンスを増加させる。別の例では、コア材料の選択は、高周波アプリケーションのコア損失を低減する欲求によって支配されてもよい。当業者であれば、コアは、特定の所望の特性および/または動作特性を達成するために、異なる材料の数と異なる形状の個数に形成されることを理解するであろう。
【１４５７】
当技術分野で知られているように、コイル4510の構成は、インダクタンスなどの動作特性に影響を与えるかもしれない。例えば、コイルの巻数、コイルの断面積、コイルの長さなどは、インダクタのインダクタンスに影響を及ぼすことがある。1つの構成で示されているが、インダクタ4500は、好ましくない影響（例えば、表皮効果、近接効果、寄生容量）を低減するように、ある動作特性（インダクタンス値）を得るための様々な方法で構成することができる。これらの技術は一般に、インダクタの自己共振周波数および品質係数（Q）を高めるために使用されている。
【１４５８】
いくつかの例では、コイル4510は、互いに平行な多数のターンを含むことができる。いくつかの例では、コイルは、互いに異なる角度の数ターンを含むことができる。これにより、コイル4510は、様々な異なる構成に形成することができる。例えば、互いに様々な角度で連続的に十字形に巻くハニカムまたはバスケット織りパターン、互いに間隔を空けて配置された平坦なスパイラルコイルで構成されている蜘蛛の巣パターン、種々のストランドが互いに絶縁されているリッツ線で形成することができる。
【１４５９】
空芯インダクタに加えて、インダクタ4600のような磁気コアインダクタは、以下説明されるように、変更されたELR膜を使用することもできる。図46-Rは、変更されたELR膜を用いた磁気コアインダクタ4600を示す概略図である。インダクタ4600は、コイル4610と、強磁性体又は強磁性材料から形成されるコアのような磁性体コア4620を含む。図47-Rのインダクタ4700と同様に、磁場4630は、電流がコイル4610によって運ばれるとき、コア4620中で生成される。コイルは、ELR材料のベース層と、ベース層上に形成された変更する層と、を有する膜のような変更されたELR膜から少なくとも一部が形成されている。様々な適切な変更されたELR膜は、本明細書で詳細に説明される。変更されたELR膜で形成されるコイル4610は、室温又は周囲温度（〜21℃）のような従来のHTS材料で使用される温度よりも高い温度で、電流の流れに対してほとんど又は全く抵抗を示さない。コイル中の電流の流れは、コア4620内に磁場4630を生成し、磁場は、エネルギーを貯蔵するために、エネルギーを移動するために、エネルギーを制限するために使用することができる。
【１４６０】
強磁性体又は強磁性材料から形成される磁気コア4620は、インダクタンスを増加させることができる。生成された磁場4630内の磁性材料の透磁率は、空気の透磁率より高く、それゆえ、磁性材料の磁化による磁場4830の形成をより支持するため、インダクタ4600のインダクタンスを増加させる。例えば、磁気コアは1000倍またはそれ以上の係数でインダクタンスを増加させる。
【１４６１】
インダクタ4600は磁気コア4620内の様々な異なる材料を使用することができる。いくつかの例では、磁気コア4620は、鉄などの強磁性材料で形成されている。いくつかの例では、磁性コア4620は、フェライトなどの強磁性材料で形成されている。いくつかの例では、磁気コア4620は、例えば、珪素鋼板などの薄板積層磁性材料で形成されている。当業者は、インダクタ4600のニーズや要件に応じて、他の材料を用いることができることを理解するであろう。
【１４６２】
また、磁気コア4620（および、インダクタ4600）は、異なる様々な形状に構成することができる。いくつかの例では、磁気コア4620は、ロッドまたはシリンダであってもよい。いくつかのケースでは、磁気コア4620は、トロイドであってもよい。いくつかのケースでは、磁気コア4620は、可動であり、インダクタ4600が可変インダクタンスを実現することを可能にしてもよい。当業者は、インダクタ4600のニーズや要件に応じて、他の形状および構成を用いることができることを理解するであろう。例えば、磁気コア4620は、渦電流、ヒステリシス、および/または、インダクタンスの非線形性に起因するコア損失などの様々な欠点を制限するように構成することができる。
【１４６３】
したがって、いくつかの例では、変更されたELR膜のような変更されたELR材料、および/または、コンポーネントを使用してインダクタのコイルを形成すると、コイル内で電流を流すように抵抗を減らすまたは抵抗を無くすことによってインダクタのQ値を増加させる。
【１４６４】
ELR材料からなるインダクタの製造および/または形成
本明細書に記載のように、いくつかの例では、インダクタのコイルは、変更されたELR材料、開口されたELR材料、および/または、他の新しいELR材料のような変更されたELR材料から形成されているので、運ばれる電流に対して非常に低い抵抗値を示す。図47-Rは、変更されたELRナノワイヤを使用するインダクタ4700を示す写真である。インダクタ4700は、変更されたELR膜のような本明細書に記載のELRコンポーネントから構成されている変更されたELRナノワイヤとして形成されたコイル4702を含む。
【１４６５】
ELR配線を形成する際に、複数のELRテープ又は箔は、一緒に挟持されて大容量ワイヤ線を形成してもよい。例えば、コイルは、支持構造体と、支持構造体によって支持された1つまたはそれ以上のELRテープ又は箔を含むことができる。
【１４６６】
ELRワイヤに加えて、インダクタはELRナノワイヤから形成することができる。従来の用語では、ナノワイヤは、ナノメートルのオーダーまたはそれ以下の幅または直径と、規定されていない長さを有するナノ構造体である。いくつかのケースでは、ELR材料は、50ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、40ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、30ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、20ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、10ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、5ナノメートルの幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。いくつかのケースでは、ELR材料は、5ナノメートル未満の幅および/または深さを有するナノワイヤに形成することができる。
【１４６７】
ナノワイヤに加えて、ELRテープ又は箔は、本明細書に記載のインダクタおよびデバイスによって利用することもできる。図48-Rは、変更されたELRテープ又は箔を用いたインダクタ4810を示す図である。インダクタ4810は、鉄芯のようなコア4812と、変更されたELRテープで形成されたコイル4814を含む。
【１４６８】
ELR材料のテープおよび/または箔を生成し、製造するための様々な技術が存在する。いくつかの例では、この技術は、バッファの金属酸化物で被覆された可撓性金属テープ上にYBCOまたは他のELR材料を堆積させ、被覆された導体を形成する工程を含む。処理中に、テクスチャは、圧延アシスト、二軸テクスチャ基板（RABiTS）プロセスなどを用いて金属テープ中に導入することができる。あるいは、その代わりに、テクスチャされたセラミック緩衝層が、テクスチャされていない合金基板上にイオンビームアシスト蒸着（IBAD）プロセスを使用して、堆積されてもよい。酸化物層の追加は、テープからELR材料中への金属の拡散を防止する。ELRテープを製造するために、化学蒸着CVD法、物理蒸着（PVD）法、分子線エピタキシー（MBE）、アトミックレイヤーバイレイヤー分子線エピタキシー（ALL-MBE）、および他の溶液堆積技術などの他の技法を利用してもよい。ナノワイヤに加えて、変更されたELRテープ又は箔はまた、本明細書に記載のインダクタおよびデバイスによって利用することができる。
【１４６９】
また、薄膜インダクタは、本明細書に記載のELRコンポーネントを利用することができる。図49-Rは、変更されたELR薄膜コンポーネントを用いるインダクタ4920を示す概略図である。インダクタ4920は、プリント回路基板4924上に形成された変更されたELRコイル4922とオプションの磁気コア4926を備える。コイル4922は、基板4924にエッチングされる変更されたELR膜であってもよい。コイル4922は、インダクタを用いるデバイス又はシステムのニーズに応じて、様々な構成および/またはパターンで形成することができる。また、任意の磁気コアを4926は、図示されるように、基板4924中にエッチングされてもよいし、または、コイル4922の上方および/または下方に配置された平らなコア（図示せず）があってもよい。
【１４７０】
変圧器を形成するために、第2のインダクタやコイル、インダクタ4920の隣に形成することができる。代替的に又は付加的に、第2のインダクタは、プリント回路基板のような同一基板上に形成された両方の導体とともにインダクタ4920の下方に形成することができる。本明細書で述べたように、理想に近い変圧器の応答は、本明細書に記載の変更されたELR材料を用いることによって得ることができるので、従って、空芯変圧器は、多くの用途で受け入れられることができる。
【１４７１】
全体的に、変更されたELR膜は、テープ、箔、ロッド、ストリップ、ナノワイヤ、薄膜、および、磁場を生成するために、ある点から別の点に電流を移動するまたは流すことが可能な他の形状又は構造に形成されてもよい。
【１４７２】
いくつかの例では、変更されたELR膜中で使用される材料の種類は、膜を利用する用途の種類によって決定することができる。たとえば、ある用途では、BSCCO ELR層を有する変更されたELR材料を利用することができるが、他の用途では、YBCO層を利用することができる。すなわち、本明細書に記載の変更されたELR材料は、変更されたELR膜を利用する機械やコンポーネントの種類に基づいて、特定の構造中に（テープまたはナノワイヤなど）形成されてもよいし、特定の材料（YBCO、BSCCO）から形成されてもよい。
【１４７３】
種々のプロセスが、本明細書に記載のインダクタのようなインダクタ、従って、本明細書に記載の変圧器の製造に用いることができる。いくつかの例では、コアは、形成され、維持され、受信され、及び/又は、配置される。コアは、様々な形状や構成をとることができる。構成の例は、円筒ロッド、単一"I"形状、"C"又は"U"形状、"E"の形状、一対の"E"形状、ポット形状、トロイド形状、環状又はビード形状、平面形状などを含む。コアは、様々な非磁性および磁性材料で形成することができる。例示の材料は、鉄または軟鉄、珪素鋼、さまざまな積層材料、シリコン合金、カルボニル鉄、鉄粉、フェライト、セラミックス、ガラス、アモルファス金属、セラミックス、プラスチック、空気などを含む。
【１４７４】
また、変更されたELRナノワイヤ、テープ、または薄膜から形成されたコイルなどのコイルは、所望の形状またはパターンに構成され、次に、形成されている、または、維持されているコアに結合される。いくつかの例では、コアが存在せず、変更されたELRナノワイヤは、所望の形状またはパターンに構成される。いくつかの例では、変更されたELRナノワイヤコイルは、プリント回路基板に直接エッチングされ、平面磁気コアは、エッチングされたコイルに対して位置決めされる。当業者は、本明細書に記載のインダクタを製造する、および/または、形成する場合に、他の製造プロセスが利用されることを理解するであろう。
【１４７５】
単一変圧器は、各用途に対して一般的に上記説明したが、２つまたはそれ以上の変圧器は、所与のチップ、ハウジング、グリッド変電所、または他の環境内に提供されてもよい。確かに、所与の環境は、開示された変圧器の1つまたはそれ以上を有する、1つまたはそれ以上のチップを用いることができ、このチップは、次に、1つまたはそれ以上のハウジングに組み込まれ、さらに配電網のようなより大きな規模の環境に組み込まれることができる。もちろん、本明細書に記載の変圧器は、従来材料とともにELR材料の両方と一緒に製造することができる。
【１４７６】
ELRコンポーネントを有する追加の変圧器用途
上述した変圧器は、チップ上での使用から配電網での使用までの範囲で、多くの用途で使用するのに適している。そのような変圧器中で変更されたELR材料を使用することにより、変圧器は、同様の条件下での最高の従来の導体よりも桁違いに低い抵抗を示す。
【１４７７】
上述のように、変更されたELR材料は、温度に依存する性能を有する。結果として、変更されたELR材料を使用する本明細書に記載の変圧器は、同様に温度に依存する。温度変化は、導体への磁場浸透に影響し、このことは、超伝導侵入深さに影響する。材料のこのような変化は、温度に対する本明細書に記載のような変更されたELR材料の応答挙動に基づいてモデル化することができるし、経験的に導出することもできる。なお、変更されたELR材料を用いることにより、ラインの抵抗は無視できるが、その抵抗値は、本明細書に記載の温度グラフに示されるように、温度に基づいて調整することができる。そのため、変圧器設計は、温度に対して補償するように調整することができるし、変圧器出力は、温度を変えることによって調整することができる。
【１４７８】
図50-Rを参照すると、温度制御回路5015と論理回路5020に接続された回路5010を含むシステム5000の図が示されている（図50-Rでは、相互接続されたものとしてすべてのブロックが示されているが、より少ない接続は可能である）。回路5010は、本明細書に記載の、ELR材料からを少なくとも一部が形成された変圧器を1つまたはそれ以上だけ使用する。論理回路は、温度制御回路を制御し、温度制御回路は、次に、回路5010を冷却する極低温または液体ガス冷却器のような冷却器/冷凍機を制御する。従って、システム5000の感度や応答を増大させるために、論理回路5020は、回路5010の温度を低下させるために、温度制御回路5015に信号を送る。その結果、ELR材料を用い回路5010は、ELR材料が導電性を高めるようにさせて、それにより回路の感度、応答性、効率が増加する。
【１４７９】
個々の変圧器が示されているが、変圧器は、変圧器のバンクまたはアレイ、または他のより複雑な変圧器システムを形成するために一緒に結合することができる。本明細書で説明された変圧器の他のカテゴリと同様に、多くの変圧器アレイの構成が可能であり、変更されたELR材料から少なくとも一部が形成される変圧器またはマルチトランスシステムを実現することは、設計者の設計事項である。本明細書に記載される変更されたELR材料は、本明細書に記載の変圧器と原理の２つまたはそれ以上の組み合わせを含むマルチトランスシステムで、たとえそれらの組み合わせが明示的に記述されていない場合であっても使用することができる。実際、このようなマルチトランスシステムは、２つまたはそれ以上の同じでない又は不均質の変圧器、単に同じまたは同質ではない変圧器を使用してもよい。このような変圧器システムは、すべてが変更されたELR材料で形成されたかなり均質な変圧器、又は、異なる種類の変圧器の不均質な混合物であり、そのうちのいくつかが非ELR材料で形成された変圧器、または、異なる変圧器と異なる材料の組合せを含むことができる。したがって、複雑な変圧器システムは、変更されたELR材料から主に形成された2つまたはそれ以上の均質な変圧器から形成された二つまたはそれ以上の変圧器、および/または、変更されたELR材料で主に形成された2つまたはそれ以上の不均質な変圧器、および/または、従来の導体および変更されたELR材料の両方から形成されている2つまたはそれ以上の均質/不均質変圧器を使用することができる。
【１４８０】
変更されたELR材料から一部がまたは全部が形成されたコンポーネントを用いる変圧器の具体例は本明細書に記載されているが、当業者は、実質的に任意の変圧器の構成は、電流を伝導する、信号を受信する、または、電磁信号を送信するかまたは変更するために、上記記載のコンポーネントのような変更されたELR材料から少なくとも一部が形成されたコンポーネントを使用してもよいことを理解するであろう。（ELR材料は回路内で導電エレメントと共に使用することができるが、"導電性"の定義に依存しながら、変更されたELR材料は、その長さまたは領域に沿ってエネルギーや信号の伝播を促進するものであることを述べることがより適切であるかもしれない）。その結果、変更されたELR材料から形成されるコンポーネントを使用するすべての可能な変圧器及び変圧器システムを網羅的な詳細において列挙することは不可能である。
【１４８１】
本明細書にいくつかの変圧器に対していくつかの適切な形状が示されかつ記載ているが、他の多くの形状は可能である。これらの他の形状は、材料の厚さの違い、異なる層の使用、他の3次元構造（コイルやコアの種類など）の違いに加えて、長さおよび/または幅に対する異なるパターン、異なる構成または異なるレイアウトを含む。本発明者らは、当技術分野で知られている実質的にすべての変圧器と関連するシステムが変更されたELR材料を使用することができ、本出願の変更されたELR材料、電池、及び原理の様々な例が提供された当業者が、過度の実験を行うことなく、変更されたELR材料から全部またはその一部が形成された1つまたはそれ以上のコンポーネントを有する他の変圧器を実現することができるであろうことを信じる。
【１４８２】
いくつかの実施例では、変更されたELR材料を含む変圧器は、次のように説明することができる。
【１４８３】
変圧器であって、前記変圧器は、一次コイルと、前記一次コイルに誘導的に結合された二次コイルと、を有し、前記二次コイルは、少なくともコアと、前記コアを少なくとも一部取り囲むコイル状に構成される変更された非常に低い抵抗（ELR）のナノワイヤとを含み、前記変更されたELRナノワイヤは、ELR材料の第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第2層と、を含む変更されたELR膜で形成されていることを特徴とする変圧器。
【１４８４】
変圧器の製造方法であって、前記方法は、第１の三次元にコイル巻された形状物中に第1の細長い導電体を設定する工程と、第２の三次元にコイル巻された形状物中に第２の細長い導電体を設定する工程と、を有し、前記第1の細長い導電体と前記第２の細長い導電体とは、それぞれ、ELR材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に化学的に結合した変更する材料の第２層とを有し、前記方法は、さらに、前記第２の三次元にコイル巻された形状物に近接して前記第１の三次元にコイル巻された形状物を配置し、それらの間で誘導カップリングを誘導する工程を有することを特徴とする製造方法。
【１４８５】
変圧器の製造方法であって、前記製造方法は、第１の変更されたELRナノワイヤまたはテープを受け取る工程を有し、前記第１の変更されたELRナノワイヤまたはテープは、ELR材料の第１層と、前記ELR材料に結合した変更する材料の第２層と、を有する変更されたELR膜から形成され、前記製造方法は、さらに、第２の変更されたELRナノワイヤまたはテープを受け取る工程を有し、前記第２の変更されたELRナノワイヤまたはテープは、ELR材料の第１層と、前記ELR材料に結合した変更する材料の第２層と、を有する変更されたELR膜から形成され、前記製造方法は、さらに、前記第１の変更されたELRナノワイヤまたはテープを、一次巻線として、第１の三次元コイル形状物に形成する工程と、前記第１の三次元コイル形状物を使用して変圧器を形成し、および前記第２の変更されたELRナノワイヤまたはテープを二次巻線に形成する工程と、を有し、前記一次巻線および前記二次巻線は、インダクタンスが前記一次巻線および前記二次巻線の間で互いに誘導されるように配置されていることを特徴とする製造方法。
【１４８６】
装置であって、前記装置は、第１のコアの周りで少なくとも部分的に包まれた第１の三次元コイルと、前記第１のコアまたは第２のコアの周りで少なくとも部分的に包まれた第２の三次元コイルと、を有し、前記第１の三次元コイルと前記第２の三次元コイルは、それぞれ、非常に低い抵抗（ELR）材料を有する第１部分と、前記第１の部分に結合され、かつ前記ELR材料の抵抗を低下させる第2の部分とを有し、前記第１の三次元コイルと前記第２の三次元コイルは、誘導的に結合されることを特徴とする装置。
【１４８７】
電力配電網で使用するための変圧器であって、電力発生源の下流に接続された1次コイルと、二次コイルとを有し、前記1次コイルと前記2次コイルは、前記1次コイルと前記2次コイルの間でインダクタンスが相互に誘導されるように誘導的に一緒に結合され、前記1次コイルと前記2次コイルは、標準家庭の消費者に供給される電力に関連付けられる電流または電圧よりも高い電流または電圧を受け入れるような大きさに構成され、前記2次コイルは、コイルと、前記コイルを少なくとも部分的に取り囲むコイル形状中に設定される変更された非常に低い抵抗（ELR）ナノワイヤと、を少なくとも含み、前記変更されたナノワイヤは、ELR材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に結合した変更する材料からなる第２層と、を有する変更されたELR膜から形成されることを特徴とする変圧器。
【１４８８】
配電網に使用するための変圧器を製造する方法であって、前記方法は、第１の三次元コイル巻形状物中に第1の細長い導電体を設定する工程と、第２の三次元コイル巻形状物中に第２の細長い導電体を設定する工程と、を有し、前記第1の細長い導電体と前記第２の細長い導電体とは、それぞれ、ELR材料からなる第１層と、前記第１層の前記ELR材料に化学的に結合した変更する材料の第２層とを有し、前記方法は、さらに、前記第１の三次元コイル巻形状物と前記第２の三次元コイル巻形状物が、前記第１の三次元コイル巻形状物と前記第２の三次元コイル巻形状物との間でインダクタンスが相互に誘導されるように誘導的に一緒に結合されるような関係で互いに配置する工程を有し、前記第１の三次元コイル巻形状物と前記第２の三次元コイル巻形状物が、標準世帯の消費者に提供される電力に関連付けられる電流または電圧よりも少なくとも30％高い電流または電圧を受け入れるような大きさに構成されていることを特徴とする製造方法。
【１４８９】
アプライアンスまたはデバイス中でまたはアプライアンスまたはデバイスと共に使用するための装置であって、前記装置は、第１の三次元コイル巻き形状物に形成された第１の変更されたELRナノワイヤまたはテープを有し、前記第１の変更されたELRナノワイヤまたはテープは、ELR材料の第１層と、前記ELR材料に結合した変更する材料の第２層と、を有する変更されたELR膜で形成され、前記装置は、第２の三次元コイル巻き形状物に形成された第２の変更されたELRナノワイヤまたはテープを有し、前記第１の変更されたELRナノワイヤまたはテープは、ELR材料の第１層と、前記ELR材料に結合した変更する材料の第２層と、を有する変更されたELR膜で形成され、前記第１の三次元コイル巻き形状物と前記第２の三次元コイル巻き形状物は、前記第１の三次元コイル巻き形状物と前記第２の三次元コイル巻き形状物の間でインダクタンスが相互に誘導されるように配置され、前記装置は、さらに前記第１の三次元コイル巻き形状物を前記アプライアンスまたは保護すべきデバイスと接続するための出力電気ポートと、外部電力を受けるための電力入力ポートとを有し、前記電力入力ポートは前記第２の三次元コイル巻き形状物に結合していることを特徴とする装置。
【１４９０】
半導体チップであって、前記半導体チップは、基板と、前記基板上に形成された変圧器とを有し、前記変圧器は、第１の三次元コイルと、第２の三次元コイルとを有し、前記第１の三次元コイルと、前記第２の三次元コイルは、それぞれ、非常に低い抵抗（ELR）材料を有する第１の部分と、前記第１の部分に結合し、前記ELR材料の抵抗を下げる第２部分とを含み、前記第１の三次元コイルと、前記第２の三次元コイルは、互いに誘導的に結合されていることを特徴とする半導体チップ。
【１４９１】
第18章 ELR材料で形成された電力伝送ライン
本章の説明は、図1-36と図37A-S〜図40B-Sを参照する。従って、本章に含まれるすべての参照番号は、このような図で見いだされる構成要素を参照する。
【１４９２】
非常に低い抵抗（ELR）の材料を用いる電力伝送ライン、ワイヤ、および/またはケーブルのような送電コンポーネントが記載されている。変更されたELR材料、開口されたELR材料などであり得るELR材料は、抵抗損失を招くことなく、または、抵抗損失の低下を招くことなく、電力伝送コンポーネントがある場所から別の場所に電力を送信する、運ぶ、および/または輸送することを可能にする。
【１４９３】
本明細書に記載されたように、本明細書に記載の変更された、および/または、開口されたELR材料の一部または全部は、ある場所から別の場所へ電力の伝送を必要とするユーティリティ網やシステム中の送電線、ワイヤ、および/または、ケーブルのような電力伝送コンポーネントによって使用できる。図37A-Sと図37B-Sは、非常に低い抵抗（ELR）材料を使用する配電システムを示す図である。
【１４９４】
図37A-Sは、電力伝送システム3700を示している。電力伝送システム3700は、エネルギー源3710、伝送線路3720、および受信者3730を含む。エネルギー源3710は、エネルギー発生装置及び/又はエネルギー貯蔵装置であってもよい。例えば、エネルギー源3710は、静電気装置、電磁誘導装置（発電機、ダイナモ、交流発電機、超伝導磁気エネルギー貯蔵（SMES）装置）、電気化学デバイス（電池、コンデンサ、燃料電池）、光電効果デバイス（太陽電池または光電池等）、熱電効果デバイス（熱電対、サーモパイルなど）、圧電効果デバイス、原子力発電、グリーンまたは再生可能エネルギー装置（風力タービン、津波装置など）、および/または、システム内で使用するためのエネルギーを生成、貯蔵、及び/又は提供できる他の装置であり得る。
【１４９５】
受信者3730は、負荷、システムノード、又は他のコンポーネントおよび/またはエネルギーを受け取る事業者のような電力伝送システム3700でエネルギーを受信する事業体であってもよい。受信者3730は、住民、電気機器、マイクログリッド、または他のエンドユーザであってもよい。例えば、受信者3730は、伝送ライン3720から電力を運び、消費者に電力を配送する分配システムネットワークを含むことができる。通常は、分配システムネットワークは、中電圧（50kV以下）電力ライン、変電所、柱上トランス、低電圧（1kV以下）分布配線、電気メータなどを含む。
【１４９６】
伝送ライン3720は、ある場所から別の場所にエネルギーを伝達する、1つまたはそれ以上の送電線、1つまたはそれ以上の地下送電線、又は他のケーブル及び/またはワイヤであってもよい。いくつかの例では、伝送線路3720は、周囲温度および周囲圧力で非常に低い抵抗値で電流を伝送することができる本明細書に記載されるELR材料のような、変更された、および/または、開口されたELR材料を含む。
【１４９７】
電力伝送システム3700は、ユーティリティ網のようなある場所から別の場所へのエネルギーの輸送において、調整、制御、切断、スイッチ、および/または、補助するように構成された他のコンポーネントを含む。図37B-Sは、エネルギー源3710、伝送線路3720、エネルギー受信者3730に加えて、変圧器3740を含む電力伝送システム3750を示している。
【１４９８】
電力伝送システム3750は、伝達されるエネルギーに関連する電圧を増加および/または低下させるために利用することができる変圧器3740を含む。例えば、高電圧で電力を伝送すると、通常は、伝送ラインの導電エレメントの抵抗によるエネルギー損失を低減する。すなわち、所与の電力量に対して、電圧をあげると電流は減少し、したがって、導電エレメント中で抵抗損失がおこる。例えば、電圧を10倍上げると、対応する10の係数で電流を低減し、従って、抵抗損失は100倍となる。
【１４９９】
電力伝送システム3700および/または3750は、図37A-S〜図37B-Sには示されていない故障電流コントローラは、限流器、変電所、情報収集装置のような他のコンポーネントを含んでもよい。いくつかの例では、システムの伝送ライン3720のような伝送コンポーネント内で電流導体として本明細書に記載のELRの材料を利用すると、抵抗損失を防止するためにシステムが電圧を上げずにエネルギーを伝送することを可能にすることができる。したがって、これらの例では、本明細書に記載のELRベースの伝送ライン3720は、電力伝送システムが電力を低い電圧で、輸送することを可能にし、このことは、電力伝送システムを建設し維持するためにより安全で、より効率的で、より安くさせる。ELRベースの伝送ライン3720は以下に説明される。
【１５００】
図38-Sは、電力伝送ライン内の種々の層を示す概略図3800である。電力伝送ライン3720のような電力伝送ラインは、ELRベース導電層3830を含む種々の異なる層の数を含むことができる。ELRベース導電層3830は、本明細書に記載のELR層3832と変更する層3834を含むことができる。
【１５０１】
また、電力伝送ラインは、基板層3810、バッファ層3820、導電バイパス層3840、絶縁層および/または安定化層3850を含むことができる。例えば、バッファ層3820は、酸化マグネシウム（MgO）で形成することができる、バイパス層3840は、銀で形成することができ、および/または、安定化層3850は、銅で形成することができる。
【１５０２】
いくつかの例では、ELRベースケーブルは、電流送信のために適切なケーブルを製造するために使用される他のコンポーネントとともにテープ形態の層3810〜3850を含む。図39は、ELR-Sベースの伝送エレメントを含む電力伝送ケーブル3900の断面図である。層3810-3850に加えて、ケーブル3900は、さらに、内部領域3910と、ケーブル3900の被覆層3930の外側の領域のようなケーブル3900の周囲の領域との間に断熱材を提供する断熱層3920を含む。
【１５０３】
いくつかの例では、ELRベースケーブル3900は、ケーブル3900内のテープの構造的支持を提供する1つまたはそれ以上のフォーマの周囲に巻き付けられた層3810から形成される1つまたはそれ以上のテープを含むことができる。図には示されていないが、ケーブル3900は、絶縁層、遮光層、支持層、保護層、導電層、接続層などの種々の他の層を含むことができる。いくつかの例では、ELRベースのケーブル3900は、1つまたはそれ以上の巻き付けられたELRベーステープを支持する複数のフォーマを含むことができる。
【１５０４】
いくつかの例では、ケーブル3900内のELR材料は、従来のHTS材料の遷移温度（〜80〜135K等）と周囲温度（〜275K〜313K）との間の温度（150Kと313Kの間の温度またはそれ以上の温度など）で電流の流れに対して非常に低い抵抗を示す。これらの例では、ELRベースケーブル3900は、ケーブル3900内でELR材料を収容する領域3910を冷却するために使用される冷凍機又はクライオスタットのような冷却システム3940を利用することができる。冷却システム3940は、デバイスによって使用される、変更されたELR材料の種類に対する臨界温度でELR材料を維持するように適合されてもよい。例えば、冷却システム3940は、ELRエレメントをフロンの沸点の温度と同じ温度まで、水の融点の温度と同じ温度まで、ELRエレメントの周囲の温度よりも低い温度まで、または、本明細書に記載の他の温度まで、冷却することが可能なシステムであってもよい。すなわち、冷却システム3940は、ELRベースケーブル3900内のELR材料の種類や構造に基づいて選択することができる。
【１５０５】
本明細書に記載のように、いくつかの例では、ELRベースケーブルの導電層3830は、運ばれてきた電流に対して150Kと313Kの間の温度のような周囲温度または他の高い温度で非常に低い抵抗を示すことができる。当業者は、導電層3830がワイヤ、ナノワイヤなどの種々の異なる構成で形成することができることを理解するだろう。いくつかの例では、導電層3830は、ELRベースの電力伝送ラインで使用するために、ELRベースのテープ、および/または、箔で形成されている。
【１５０６】
ELR材料のテープおよび/または箔を生成し、製造するための様々な技術が存在する。いくつかの例では、この技術は、バッファの金属酸化物で被覆された可撓性金属テープ上にYBCOまたは他のELR材料を堆積させ、被覆された導体を形成する工程を含む。処理中に、テクスチャは、圧延アシスト、二軸テクスチャ基板（RABiTS）プロセスなどを用いて金属テープ中に導入することができる。あるいは、その代わりに、テクスチャされたセラミック緩衝層が、テクスチャされていない合金基板上にイオンビームアシスト蒸着（IBAD）プロセスを使用して、堆積されてもよい。酸化物層の追加は、テープからELR材料中への金属の拡散を防止する。ELRテープを製造するために、化学蒸着CVD法、物理蒸着（PVD）法、分子線エピタキシー（MBE）、アトミックレイヤーバイレイヤー分子線エピタキシー（ALL-MBE）、および他の溶液堆積技術などの他の技法を利用してもよい。
【１５０７】
いくつかの例では、変更されたELR膜中で使用される材料の種類は、膜を利用する用途の種類によって決定することができる。たとえば、ある用途では、BSCCO ELR層を有する変更されたELR材料を利用することができるが、他の用途では、YBCO層を利用することができる。すなわち、本明細書に記載の変更されたELR材料は、変更されたELR 膜を利用する機械やコンポーネントの種類に基づいて、特定の構造中に（テープまたはナノワイヤなど）形成されてもよいし、特定の材料（YBCO、BSCCO）から形成されてもよい。
【１５０８】
本明細書に記載の電力伝送ラインを形成するときに、様々な製造プロセスを使用することができる。例えば、ELR材料の第１層を、その表面に形成されたMgOのようなバッファ衝酸化物を有する金属テープ上に堆積させることができる。次に、変更する材料の第２層を、第1層の上に堆積する。次に、保護層を、銀または他の導電金属のような変更する層の上に堆積させることができる。次に、銅の層のような安定化層を保護層の上に形成することができる。いくつかのケースでは、遮光層、絶縁層、保護層および他の層もまた、電力伝送ライン内に形成することができる。
【１５０９】
たとえば、電力伝送ケーブルの伝送コンポーネントは、フォーマまたは他のベース構造の周りにらせん状に巻き付けられたELRベーステープを含むことができる。続く、電気絶縁層は、ELRベーステープを被覆し、シールド層は、絶縁層を被覆し、保護層は、遮光層を被覆して、電力伝送ケーブルの導電コアを形成する。1つまたはそれ以上の導電性コアは、ケーブルのハウジング内に配置することができる。いくつかのケースでは、ハウジングは、ケーブル内の温度を維持し、電力伝送ケーブルの周囲温度よりも低い温度で、1つまたはそれ以上の導電性コアを取り囲むように構成された冷却装置に結合された断熱ハウジングの一部であってもよい。
【１５１０】
もちろん、当業者は、他のプロセスが本明細書に記載のELRベーステープ、導電コア、電力伝送ケーブル、および/または伝送ラインのコンポーネントの製造中に利用できることに気づくであろう。
【１５１１】
長距離の電力伝送で使用するための電力伝送ケーブルは、図39-Sで示されているが、本明細書に記載のELRベースの伝送ライン、他の様々なエネルギー伝送コンポーネントの一部であってもよい。本明細書に記載ELR材料を利用することができる伝送ラインの例は、電力コード、電源コード、および/または、コンセント、構造内の配線、電源通信ケーブルなどの電気デバイスを電源に接続するラインコードが挙げられる。
【１５１２】
ELRベース電力伝送ラインの接続
時には、接続不良、不適切な曲げ、他のカップリングの問題により大量のエネルギーを失うことなしに、ELRベース伝送ラインを別のELRベースの伝送ラインに又は従来の伝送ラインに接続する必要があるかもしれない。図40A-Sと図40B-Sは、ELRベースの電力伝送ラインと他の伝送コンポーネント間の接続を示す模式図である。
【１５１３】
図40A-Sは、銅などの金属導体4020と他の非導電性層4030とを有する従来の伝送ライン4010に接続されたELRベースの伝送ライン3800を有するシステム4000の側面図である。接続4000は、ELR層3832と変更する層3834とを含むELRベースの伝送ライン3800の導電エレメント3830内の層を、従来の伝送ライン4010の金属導体4020と整列させる。そのような整列は、ELRベースの伝送ライン3800から従来の伝送ライン4010への電気エネルギーの強固な伝送を容易にすることができる。
【１５１４】
図40B-Sは、ELRベースの伝送ラインBに接続されたELRベースの伝送ラインAを有するシステム4040を示している。接続.コンポーネント4050は、伝送ラインAと伝送ラインBに接続され、導体4052と絶縁層4054を含む。導体4052は、銅やアルミニウムのような従来の導体であってもよく、又は一部または全部が本明細書に記載のELR材料で形成されてもよい。伝送ラインの導電エレメント3830よりも厚い導体は、ELRベースの伝送ライン3800から別のELRベースの伝送ライン3800への電気エネルギーの強固な伝送を容易にする。いくつかのケースでは、変更された、および/または、開口されたELR材料と現在のHTSまたはLTS ELR材料との間の接続があってもよい。
【１５１５】
いくつかのケースでは、接続は、複数段、斜めの向き、および/または、並列Lappジョイントで形成することができる。このような構成は、コンポーネント間の接続面積を増やすことができる、および/または、接続点での蓄熱を最小にすることができる。
【１５１６】
したがって、本明細書に記載ELR材料は、高価な冷却システムを使用しないで非常に低い抵抗で電流を伝送するオーバーヘッド電力ケーブルド、および/または、地中電力ケーブルのような電力伝送ラインの進展と使用を可能にする。そのような使用は、伝送における抵抗損失を低減するために高電圧送電方式の依存がもはや必要でなくなるため電力伝送システムが簡素化することを可能にする。したがって、ELRベースの材料は、低い電圧で、高い電流で、より効率的で、より安全で、より費用対効果の高い、より信頼できる電力伝送システムを可能にすることができる。例えば、ELR材料の使用は、DC電力の普及を促進することができる。
【１５１７】
いくつかの実施例では、変更されたELR材料を含む伝送ラインは、以下のように説明することができる。
【１５１８】
伝送ラインであって、基板層と、前記基板層上に形成された緩衝層と、導電層と、を有し、前記導電層が変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成されていることを特徴とする伝送ライン。
【１５１９】
電力伝送ライン線を形成する方法であって、基板上にELR材料の第１層を形成する工程と、前記ELR材料の第１層上に変更する材料の第２層を形成する工程と、を有することを特徴とする方法。
【１５２０】
第１の位置から第２の位置へ電流を伝送するように構成された電力伝送コンポーネントであって、前記電力伝送コンポーネントは導電性エレメントを含み、前記導電性エレメントは、開口されたELR材料の第１層と、変更する材料の第２層とを有し、前記変更する材料は、前記開口されたELR材料が、前記変更する層が無いときの前記ELR材料の特性に対して改良された特性を示すようにさせることを特徴とする電力伝送コンポーネント。
【１５２１】
伝送ラインであって、基板層と、前記基板層上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成されている、変更された非常に低い抵抗（ELR）材料で形成された導電層と、温度コンポーネントと、を有し、前記温度コンポーネントは、前記伝送ラインを取り囲んでいる温度よりも低い温度で前記導電層の温度を維持するように構成されることを特徴とする伝送ライン。
【１５２２】
電力伝送ラインを形成する方法であって、ハウジングを形成する工程と、前記ハウジング内の基板上にELR材料の第１層を形成する工程と、前記ELR材料の第１層上に変更する材料の第２層を形成する工程と、ハウジングを取り囲む温度よりも低い温度に前記ハウジングの温度を維持するように構成された冷却コンポーネントを前記ハウジングに結合する工程と、を有することを特徴とする方法。
【１５２３】
第１の位置から第２の位置への電流を伝送するように構成された電力伝送コンポーネントであって、前記電力伝送コンポーネントは、導電エレメントを有し、前記導電エレメントは、開口されたELR材料の第１層と胣覤鯦馁苣邝雦꺁곧銼뇥ꢁ胣銂鳦鞁胣趉꣨覤鯦馁苣邝雦꾁胣趉꣨讖迥閁苣龁䱅邝雦貁胣趉꣨覤鯦馁苣꒱臣ꆄ臣ꢁ臣꺁觥風䱅邝雦꺁觧Ꞁ臣뺯臣ꚁ铦꾉臣貂臣릉胦銂ꓧ馁苣蚁臣閁臣膀觥風냥뮛苣것菣뎃菣꾁胣閁苣ꮁ胣랆跥뎂菣鶃菣趃菣袃苣覜臣膀觥風蛥뒍苣뎃菣벃菣뎃菣꾁胣趉꣨뮛諥鶼胩뎂菣鶃菣趃菣袃苣随苣늛苣ꞁ臣讂룦ꚺ苣誂苣躽臣ꦸ뫥ꮁ觥風냥뮛苣것菣뎃菣꺁룦ꚺ苣궶賦馁苣袂臣ꮁ꟦邈臣貂臣蒁苣鎁臣銂觧뒾臣馁苣뮛諥鶼胩뎂菣鶃菣趃菣袃胣ં⼼䥄㹖㰊䥄㹖䐼噉邀볯閼볯钼胣㲑䐯噉ਾ†苣趃菣꺂菣邺臣覂迥ꆿ胨뢁鯩膵苣鶼臩馁苣릖돦ꞁ臣ꎁ臣膀苣趃菣꺂菣邺臣覂迥醁迥ꎁ臣ꢂ菣ꮃ苣벃苣覤鯦閁苣龁鷩뢸臣躽臣떊諦袼䱅覼鷦首臣ꊽ裦閁苣龁볤膀菣ꒂ菣ꮁ藥鮊臣讂럥讨臣膀몺臣龁臣鶁苣ꖻ룤꺁迥随뫤貁觥風藥鮊臣貂臣ꢂ菣ꮃ苣벃苣趉꣨鶼胩ꦃ苣뎃臣覂迥醁迥讂럥讨臣膀苣覜臣讂臣ꢁ苣릉뻥ꢁ臣讂雦閳胣ં⼼䥄㹖㰊䥄㹖䐼噉邀볯閼볯閼胣㲑䐯噉ਾ†苣릂菣ꂃ臣뎂菣鶃菣趃菣袃雩ꞁ鯩鮊苣鶼胩馁苣龁苣꺁苣릂菣ꂃ臣芁臣ꚁ胣뮛뫦ꢁ胣뮛諥鞏뿤薀臣膀볤膀菣ꒂ菣ꢁ苣覜臣膀觥風볤膀菣ꒂ菣꾁胣趉꣨뮛뫦讁苣趉꣨뮛諥鞏뿤薀臣뮛諥銂꣦隺鳥鮊臣ㆧ〵ꢁㄳ䬳臣鎖臣ꦸ뫥ꞁ볤膀臣讂苣蚁臣讧裦閁苣龁胣覤鯦閁苣龁鷩뢸臣躽臣떊諦邝雦銂郥肂臣ꢁ苣릉뻥ꢁ臣讂苣릂菣ꂃ胣ં⼼䥄㹖㰊䥄㹖䐼噉邀볯閼볯隼胣㲑䐯噉ਾ†菣벃菣ꎂ菣蚃苣늶蛥ꞁ鯩鮊苣鶼胩馁苣龁苣꺁雦閳臣芁臣ꚁ胣覤鯦閁苣龁鷩뢸臣躽臣떊諦袼䱅覼臣邝雦ꞁ뷥邈臣貂臣躰鯩뎂苣銂鳦馁苣鶼胩ꦃ苣뎃룤꺁鯩鮊苣鞏뿤馁苣ꖷ꣧ꢁ胣趉꣨鞏뿤鞁臣뮛諥銂鷩뢸臣躽臣떊諦ꞁ냥뮛苣ꊂ苣讻臣ꚁ觥風볤膀菣ꒂ菣ꮁ볤膀臣讂럥讨臣膀†苣覜臣讂臣ꢁ苣릉뻥ꢁ臣讂雦閳胣ં⼼䥄㹖㰊䥄㹖䐼噉邀볯閼볯鞼胣㲑䐯噉ਾ†鯩鮊苣벃菣ꮃ臣芁臣ꚁ胣趉꣨뮛諥놂菣隃菣꾁菣Ꚃ苣뎃苣銂鳦鞁胣趉꣨较苣뢂菣낂臣膀냥뮛苣ꊂ苣ꮐ臣膀觥風냥뮛苣ꊂ臣膀鿥뾝뇥ꢁ胣趉꣨몟鷦꒱룤ꮁ뷥邈臣貂苣邃菣閃苣꒱臣膀觥風菣莃菣ꆂ뇥誸臣ꊽ裦閁苣龁胣覤鯦閁苣龁鷩뢸臣躽臣떊諦袼䱅覼鷦首臣覂뷥邈臣貂苣躰鯩꒱臣膀룦ꚺ苣뎃菣벃菣뎃菣ꢁ胣銂鳦鞁胣趉꣨ꦸ뫥뎂菣鶃菣趃菣袃臣膀菣Ꚃ苣뎃苣銂迥誂鯥肂룦ꚺ苣誂苣躽臣ꦸ뫥ꞁ觥風菣Ꚃ苣뎃苣薆臣ꦸ뫥銂뛧膌臣讂苣蚁臣讧裦閁苣ꚁ臣讂臣ꢁ苣릉뻥ꢁ臣讂鯩鮊苣벃菣ꮃ胣ં⼼䥄㹖㰊䥄㹖䐼噉邀볯閼볯颼胣㲑䐯噉ਾ†곧醼臣趽뷧讁苣견볯꺁뷤꺽臣뮛뗦銂볤膀臣讂苣蚁臣讧裦閁苣龁胩뮛苣벃菣ꮃ臣芁臣ꚁ胣趉꣨膀鯩놂菣隃菣꾁胣较苣뢂菣낂臣膀냥뮛苣ꊂ臣銂鳦鞁胣趉꣨躰鯩뎂苣꾁胣閃苣벃菣ꢁ胣趉꣨閃苣벃菣꺁釥誂臣뮷臣颻臣覂苣龁냥鎽苣것菣뎃菣ꢁ胣銂鳦鞁胣趉꣨躰鯩ꢂ菣ꆃ菣袃臣膀雩ꎏ臣貂臣䖟剌鷦首臣견볯꒱臣膀ꓥ뒛臣讂鷦首臣견볯꒱臣銂鳦鞁胣趉꣨覤鯦馁苣邝雦꾁胣趉꣨讖迥閁苣龁䱅邝雦貁觥風ꓥ뒛臣讂뇥貁蓧蒁臣趁臣趉꣨䖘剌鷦首臣릉胦ꮁ꿥鞁臣릔觨閁苣龁觧Ꞁ苣몤臣袂臣閁臣讂臣ꢁ苣릉뻥ꢁ臣讂胩뮛苣벃菣ꮃ胣ં⼼䥄㹖㰊䥄㹖䐼噉邀볯閼볯馼胣㲑䐯噉ਾ†鯩鮊苣벃菣ꮃ臣芁臣ꚁ胣趉꣨뮛諥놂菣隃菣꾁胣麝룥ꮁ뷤蒁諦鞊볯䖈剌볯蚃菣鞃苣覜臣膀觥風䱅蚃菣鞃臣膀蟩麱臣覂뷥邈臣貂臣몟鷦ꢁ胣趉꣨醇뇥몟鷦誸臣ꊽ裦閁苣龁菣莃菣ꆂ뇥ꢁ胣趉꣨邃菣閃苣꒱룤ꮁ뷥邈臣貂臣躰鯩꒱臣銂鳦鞁胣趉꣨躰鯩꒱臣覤鯦閁苣龁鷩뢸臣躽臣떊諦袼䱅覼鷦首臣ꊽ裦閁苣ꚁ臣讂臣ꢁ苣릉뻥ꢁ臣讂鯩鮊苣벃菣ꮃ胣ં⼼䥄㹖㰊䥄㹖䐼噉邀볯閼볯邼胣㲑䐯噉ਾ†鯩鮊볤膀苣릂菣ꂃ臣芁臣ꚁ胣ꢂ菣ꮃ苣벃뫦ꢁ胣覤鯦閁苣龁鷩뢸臣躽臣떊諦袼䱅覼鷦首苣ꮐ苣鶼胩ꦃ苣뎃臣膀苣趃菣꺂菣꺁迥ꆿ胨ꢁ胣銂郥肂臣ꢁ苣릉뻥ꢁ臣讂鯩鮊볤膀苣릂菣ꂃ胣ં⼼䥄㹖㰊䥄㹖䐼噉邀볯閼볯醼胣㲑䐯噉ਾ†菣벃菣ꎂ菣蚃苣늶臣뾽铧馁苣龁苣꺁鯩邺苣벃菣ꮃ臣芁臣ꚁ胣趉꣨뮛뫦놂菣隃菣꾁胣麝룥ꮁ뷤蒁䱅蚃菣鞃苣覜臣膀觥風䱅蚃菣鞃臣膀蟩麱臣ꊽ裦閁苣龁鿥뾝臣膀觥風蟩麱臣몟鷦誸臣ꊽ裦閁苣龁菣莃菣ꆂ뇥ꢁ胣趉꣨邃菣閃苣꒱룤ꮁ뷥邈臣貂臣躰鯩꒱臣銂鳦鞁胣趉꣨躰鯩꒱臣膀ꓥ뒛臣貂臣麝룥ꮁ뷤蒁諦鞊鷦首臣ꊽ裦閁苣ꚁ臣讂臣ꢁ苣릉뻥ꢁ臣讂鯩邺苣벃菣ꮃ胣ં⼼䥄㹖㰊䥄㹖䐼噉邀볯閼볯銼胣㲑䐯噉ਾ†鯩鞰菣邃苣릂苣뮛뫦ꮁ軦骶臣讂臣膂臣뮛諥놂菣隃菣ꞁ臣ꎁ臣膀觥風鯩邺苣벃菣ꮃ臣膀鷩뢸臣躽臣떊諦袼䱅覼菣벃菣銂鳦鞁胣趉꣨䖘剌菣벃菣꾁胣醇뇥ꞁ뷥邈臣貂臣몟鷦ꢁ胣趉꣨醇뇥몟鷦誸臣ꊽ裦閁苣龁菣莃菣ꆂ뇥ꢁ胣趉꣨邃菣閃苣꒱룤ꮁ뷥邈臣貂臣躰鯩꒱臣銂鳦鞁胣趉꣨躰鯩꒱臣膀ꓥ뒛臣貂臣麝룥ꮁ뷤蒁諦鞊볯䖈剌볯邝雦ꞁ뷥邈臣貂臣蒁苣鎁臣銂觧뒾臣馁苣뮛諥놂菣隃菣芀㰊䐯噉ਾ䐼噉㰾䥄㹖胣醼볯鎼볯醀⼼䥄㹖 鞁臣貁臣ꚁ胣견볯ꂫ胣견볯颼ꯧꮁ꣨覼臣颧胣ꪁ鯩鞰髧膀ꧦ낢髧膀苣뎃菣ꖃ菣뾂臣뾽铧馁苣膀臣袂臣⾳臣龁臣膀믤꺁菣邃苣릂胣袏臣膀藥鎽髧ꮁ雩몤臣貂臣蒁臣蒁믤꺁苣꺁臣膀鳦躘듧뢛臣風볨꺁ꓥ뒛臣貂臣䖟剌鷦首臣袂臣ꪁꓥ뒛臣貂臣䖟剌鷦首臣覂뷥邈臣貂臣뎂菣鶃菣趃菣袃苣뾽铧馁苣膀迥뎁볯袏臣膀郥肂臣ꢁ臣ꞁ臣讂胣ં⼼䥄㹖㰊䥄㹖䐼噉邀볯閼볯钼胣㲑䐯噉ਾ†鳦躘듧뢛臣袂臣릉꣨讫뇦꺁꿧늛苣骀臣ꚁ胣螖蓨貁飦몢臣膦뇦鞁臣蒁苣뒠郥銂駩趁胣ꢔꫨ⊞郥肂膀覜臣⊙臣ꦁ臣膀軦隻髧뺁臣꾁뛧薾髧ꪁ蓦뎑臣꾁꿥ꞅ髧ꮁ胣薌详蒚臣辄釥ꞁ꟨袇臣貂苣릁臣ꞁ臣讂胣馁臣辂臣膀銂郥肂臣膀臣貂苣ꮁ駩骮臣貂臣蒁ꢁ臣蚁蓦뎑臣芁苣芀鳦躘듧뢛臣뾽铧閁苣讂铧麪ꖎ뛧閁苣⊌胣⊁뗧袐뺁臣꾁臣貂苣꺁ꓥ隌臣龁苣꺁臣膀뫤ꒁ믤誸臣ꢂ菣ꆃ菣袃雩ꞁ臣뒛軦蒚臣뺁臣꾁雩ꖎ髧ꪁ軦骶臣龁臣邵郥銂蓦뎑臣膀苣것菣뎃菣鎖臣꺁軦骶臣龁臣邵郥꾁胣ꦉ郧蒚臣膀ꯨ蚐髧ꪁ軦骶臣龁臣邵郥膀臣龁臣鶁苣覂臣蒵郥鮁臣馁苣鎁臣貁臣趁苣芀臣覂臣膀跥麪躘듧뢛膀誸꣨⊘胣⊁룤風膀臣袂臣貐꟦꺁蓦뎑臣ꢔꫨ꾁胣겜蟥颡臣뾽铧閁苣讂ꃥ袐胣겜蟥颡臣릉껥꺁菩蚈臣肨迥馁苣꺁臣꾁臣辁鳦몇ꇩꢅ뷤ꮁ臣蒁臣肨迥馁苣芀雦袄臣놨迥馁苣뒠郥膀跥낕臣龁臣螤闦꺁闦鞭苣ꢔ臣ꚁ룤風臣뎩듧ꪁꫨ躘臣뾽铧馁苣颍ꫨ꾁胣鶁苣麁苣螤闦뺁臣꾁跥낕苣ꮐ苣鎁臣貁臣趁苣芀볯ꒁ믤誸臣ꢔꫨ꺁菣릂菣ꮁ臣蒁臣肨迥馁苣ꢔꫨ⊞迥꾁꾁胣貀菣릂菣薆臣ꢔꫨ꺁臣骁苣讁胣ꪃ苣袃蛥꺁铧麪臣馁臣ꚁ胣ꪃ苣袃룤꺁铧麪臣뮻蓦꺁뗧뾁郥辂臣趀臣馁臣ꚁ臣ꎧ蟩銂郥肂胣ં⼼䥄㹖㰊䥄㹖䐼噉邀볯閼볯閼胣㲑䐯噉ਾ†苣릂菣ꂃ臣龮雦设臣ꊖ臣讂룤風ꧨ내臣겪飦꾁胣늶뻧蒚臣芁苣鎁臣銂蓦뎛臣讂苣꺁臣꾁臣辁胣誸꣨꺁雩몤臣貂臣ꎭꋧꪁ뷥讅臣랂苣蚃菣銂駩骮臣讂苣꺁臣节臣蒁胣랂苣蚃菣ꮁ雩馁苣设ꓧ꺁껥붖뻤꾁胣设ꓧ꺁鯧蒚臣誸꣨ꮁ꣨覼臣貂臣蒁苣貁胣鎽ꗦ薀臣膀꟦薀臣貐귧꺁ꓥ뒛臣랂苣蚃菣꺁꿧늛蛥ꞁ迥붃臣芁苣鎁臣銂ꫨ颭臣讂臣芁苣蚁胣ં⼼䥄㹖㰊䥄㹖䐼噉邀볯閼볯隼胣㲑䐯噉ਾ†鳦躘듧뢛臣風볨閁苣龁苣릂菣ꂃ臣馕ꓧ꾁胣誸뿨鞁臣랂苣蚃菣ꮁ駩骮臣貂苣薿ꛨ꾁臣辁胣隻臣랂苣蚃菣ꮁ苣ꦁ铧馁苣鎁臣貁臣趁苣芀룤낿臣颧胣ꪁ껥붖뻤꺁苣것菣뎃菣誏臣開뷤꾁胣閁苣ꪁ苣龮雦设苣邏뻤馁苣龁苣ꮁ뗧뾁郥辂臣讂臣ꢁ臣ꞁ臣讂胣ં⼼䥄㹖㰊䥄㹖䐼噉邀볯閼볯鞼胣㲑䐯噉ਾ†蟥颡鯦麡臣颻髩鞁臣ꪃ苣袃臣貂臣节臣銂郥肂룤風臣릉꣨膀蟥颡臣袂臣隻臣芏胨螖賧꺁臣릁臣꾁胣閼铧ꮁ苣誂鳦몇ꇩꮁ郥鎽臣貂苣芀苣릂菣ꂃ臣讅꟦꾁胣薿ꛨꮁ뿥颁臣膀苣릂菣ꂃ臣覂臣讂껥붖뻤銂迦鮾臣讂臣膂臣誸뿨鞁臣颧胣ꪁ迥ꞅ臣랂苣蚃菣膀ꧦ붃胣芦뿥ꮁ뻥ꎁ臣覤鯦馁苣鎁臣貁臣趁苣芀㰊䐯噉ਾ䐼噉㰾䥄㹖胣醼볯鎼볯醀⼼䥄㹖 鎁苣覂臣誏臣隻臣覤鯦꾁胣誸꣨꺁ꧨ내臣겪飦꺁ꛨ릂臣覂苣릂菣ꂃ臣뺯臣ꚁꇨ蚁臣ꢁ臣ꞁ臣讂胣誸꣨꺁꣨覼臣膀苣릂菣ꂃ臣蒁臣ꒁ臣꺁껥붖뻤銂ꧨ내臣겪飦鞁胣뎃껥閁苣讂鳦꾉臣ꊽ藦銂꣨覼臣ꚁ臣讂臣膀룤風臣뎩듧ꪁꫨ躘臣ꦁ臣袂臣ꮁ꣨覼臣貂臣讁臣ꊖ뿤ꪁ臣膀苣릂菣ꂃ臣膀ꓥ辁臣릖돦ꞁ껥붖臣讂臣ꢁ臣ꞁ臣讂胣궃菣ꮂ菣馃菣릂臣떂菣벃菣랂苣蚃菣꺁ꧨ내臣膀껥붖뻤꺁ꧨ내臣讁臣誂闧ꪁ苣讁苣鞁苣ꪁ臣貁胣겜飦내鯦ꞁ雩몤臣貂苣릉껥꺁铧麪臣膀臣꺁铧麪臣ꊖ胩鞁臣蒁苣랂苣蚃菣꺁觧骮臣릉뻥膀ꧦ붃胣뺁臣꾁藦颧臣邙껥閁苣讂臣ꢁ苣겜飦내鯦ꞁ蛥骮뻧閁苣讂臣ꢁ苣辄釥馁苣ꢁ꟨袇臣貂苣릁臣ꞁ臣ꪁ臣芀룤風臣뎩듧ꪁꫨ躘臣薠臣鶁臣袂臣ꪁ铧麪苣躘ꓧ蒚臣骮뻧鞁臣蒁駩誂胣肸裨蒚臣꾁胣ꖻ룤꺁觧놨ꯨ花臣蒯鯥ꞁ뷤ꢔ臣貂苣ꢔꫨ꾁胣겜飦내鯦ꮁ雩몤臣貂臣릉껥꺁껥붖뻤꺁苣릂菣ꂃ臣邙껥馁苣ꢁ꟨袇臣貂苣릁臣ꞁ臣ꪁ臣芀臣龁臣ꎁ臣膀苣릂菣ꂃ臣龮髩꺁꿧늛臣膀雩몤臣貂臣龮雦设臣醁苣ꮐ苣꺁臣꾁臣辁胣릉꣨讫뇦꺁꿧늛룤꺁苣릂菣ꂃ苣龮雦馁苣뺁臣꾁껥뺏臣讂藥ꚁ臣貐귧꺁雦閳苣ꮐ苣芀㰊䐯噉ਾ䐼噉㰾䥄㹖胣醼볯鎼볯醀⼼䥄㹖 肊ꇨ꺁臣辁臣讁臣讅꟦꾁胣릉껥꺁ꯨ花ꃩ꺁뷥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