专利名称：超导逻辑器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及至少采用一种超导体的逻辑电路器件。
约瑟夫逊器件是一种公认的采用超导体的逻辑电路器件，它具有这样的层状结构，在由Nb或Pb合金构成的两个超导体之间夹有一层极薄的绝缘膜。
然而，为了得到高效约瑟夫逊结，需要将绝缘膜的厚度制成10 的数量级，并且由于制造这样的薄膜需要十分高的技术，所以制造约瑟夫逊器件是十分困难的。
虽然约瑟夫逊器件的优点是它显示了十分快的响应，但是由于它的输出电平变化很小，使得它不实用。
本发明的一个目的是提供一种容易制造的高性能超导逻辑器件。
本发明的另一个目的是提供一种高性能的超导逻辑器件，它能执行“与”、“与非”、“或”、“异-或”和“或非”中任意一种基本逻辑电路功能。
本发明进一步目的是提供一种高性能的超导逻辑电路，它能够响应至少两个输入信号。
本发明再一个目的是提供一种至少应用两个按照本发明的超导逻辑器件构成的逻辑电路。
为了达到上述目的，按照本发明所提供的逻辑电路包括一个由陶瓷材料制成的超导体，它与为其提供恒定电流的电源相连接，所说的超导体按照对其施加的磁场显示出磁阻特性，并且在接近它的临界温度时仍保持不变，在所说的超导体附近安置一传导装置，两者之间互相电绝缘，当向所说的传导装置施加信号电流时，所说的传导装置为所说的超导体提供磁场，其中，所说的超导体响应所说的信号电流而产生输出电压。
本发明所采用的超导体由陶瓷超导材料制成，其中它具有晶粒间界。这些晶粒间界被认为是形成各种包括点接触、隧道耦合及类似物在内的弱耦合，因此，在向超导体施加恒定电流时，超导体依所施加的磁场显示磁阻特性。
在本发明中，陶瓷超导体的磁阻特性被有效利用。也就是说，如果所施加的磁场强于由本身的磁阻特性和所施加的电流强度所决定的阈值磁场时，那么，超导体就响应由对传导装置施加电流而感生的磁场，而产生一个阻抗。
作为陶瓷超导体磁阻特性的一个例子示于图4中，由于磁场增加，大于阈值磁场，在其中所产生的阻抗显著增加。
于是，按照本发明的超导体有很高的灵敏度，并对所施加的磁场有着快速响应。这样就得到一个按照本发明的高性能超导逻辑器件。
按照本发明的另一方面，提供一个逻辑电路，包括一个由陶瓷材料制成的超导体，它与为其提供恒定电流的电源相连接，所说的超导体按照对其施加的磁场显示出磁阻特性，并且在它的临界温度附近保持不变，在所说的超导体附近安置的第一传导装置，两者彼此互相电绝缘，当将电流施加于所述第一传导装置时，所说的传导装置为所说的超导体施加磁场，在所说的超导体附近安置的第二传导装置，这个传导装置与所说的超导体和所说的第一传导装置都相互电绝缘，当电流施加于所述第二传导装置时，所说的传导装置为所说的超导体施加磁场，其中，所说的超导体根据向第一和第二传导装置施加所述信号电流的方式而产生响应。
在这个超导逻辑电路中，超导体能够根据对相应的传导装置施加电流的方式进行响应。于是，通过控制电流和电流强度能够得到基础逻辑电路的变型。
下面将参照附图，结合最佳实施例，清楚地讲解本发明的这些目的和另外的目的以及特征。其中
图1是按照本发明第一最佳实施例的超导逻辑器件的平面图。
图2是表示按照本发明形成用于超导逻辑器件中的超导体的方法示意图。
图3示出等效电路图，它等效在超导体中形成做为弱耦合的晶粒间界的电路。
图4是表示超导体磁阻特征的曲线图。
图5是一个时间曲线图，它表示按照第一最佳实施例，由超导逻辑器件所获得的输出电压。
图6是按照本发明第一最佳实施例的另一超导逻辑器件的平面图。
图7是一时间曲线图，它示出图6所示超导逻辑器件的功能。
图8是一个平面图，示出将电流施加于图6所示超导逻辑器件的第一和第二控制线的另一种方法。
图9是一时间曲线图，它示出图8所示超导逻辑器件的功能。
图10是一个透视图，它示出按照本发明第一最佳实施例的另一个超导逻辑器件。
图11(a)示出按照本发明第一最佳实施例的又一超导逻辑器件的部分平面图。
图11(b)为沿图11(a)中A-A′线截开的剖面图。
图12(a)和图12(b)为透视图，示出按照本发明第一最佳实施例形成超导逻辑器件的方法。
图12(c)为按照本发明第一最佳实施例，在衬底上形成的另一超导体的透示图。
图13为按照本申请第二最佳实施例的超导逻辑器件的平面图。
图14示出应用图13所示超导逻辑器件形成的逻辑电路图。
图15(a)、图15(b)、图15(c)和图15(d)为图14所示电路的各种参数关系曲线。
图16为采用一对图14所示超导逻辑器件组成的电路。
图17(a)、图17(b)和图17(c)为时间曲线，示出图16所示电路的功能。
图18为采用一对图14所示超导逻辑器件组成的另一种电路。
图19(a)、图19(b)和图19(c)为图18所示电路功能的时间曲线。
图20为按照本发明第三最佳实施例的超导逻辑器件的透示示意图。
图21为图20所示超导体的磁阻特性曲线。
图22为超导体的阈值磁场与对其所施加的电流之间的关系曲线。
图23和图24为时间曲线图，它示出图22所示超导逻辑器件按照所施电流方式获得的相应的功能。
图25为按照本发明的第四最佳实施例的超导逻辑器件的透视图。
图26为图25所示超导逻辑器件的用符号表示的电路。
图27(a)和图27(b)分别示出图26所示电路的应用实例。
图28(a)和图28(b)分别示出采用图26所示的一对电路的应用实例。
图29(a)和图29(b)分别示出采用图26所示的一对电路的另外应用实例。
图30是表示按照本发明的第四最佳实施例的另一超导逻辑器件的透视图。
图31是表示按照本发明第五最佳实施例的超导逻辑器件的平面图。
图32是表示按照本发明第五最佳实施例的另一超导逻辑器件的平面图。
图33为一时间曲线，示出图32所示超导逻辑电路的功能。
图34为图32所示超导逻辑器件的一种变形的平面图。
图1为按照本发明第一最佳实施例的超导逻辑器件的平面图。
超导逻辑器件1包括超导磁性传感器3和沿磁性传感器3的纵方向并行排列的条形导体5。磁性传感器3和条形导体5在绝缘衬底7上形成。
磁性传感器3包括细长矩形片状的磁阻超导体9和在超导体9两端形成的一对电流电极11和11以及在超导体9上两个电流电极11和11之间的一对电压电极13和13。
如图1所示，电流电极11和11的每一导线15和15在衬底7上如此形成，以使其与条形导体5并行延伸，电压电极的每一导线17和17也与条形导体5并行延伸形成。
在解释超导逻辑器件1的操作之前，为此先参照图2所示的制造设备解释磁阻超导体9的制造方法。
按照需要由稳定氧化锆制成的衬底7由基片18支撑，并且由加热器19将其加热到约400℃。使用喷枪20将含有陶瓷材料的硝酸盐溶剂断续地喷到衬底7上。陶瓷材料为Y(NO3)3·6H2O，Ba(NO3)2，Cu(NO3)2·3H2O的混合物，它们的重量达到如下成份，Y1BA2Cu3O7-x(O＜x＜1)。
喷射操作持续到衬底7上的薄膜厚度为5μm为止。然后，将所得到的薄膜在95℃下烧结60分钟，之后，在500℃下退火10小时。如此制成的陶瓷超导膜有这样的特征它的电阻在100K时开始减少，在83K时达到零。
下一步，在陶瓷超导膜上加一抗蚀剂，借助于光刻技术，使用磷酸作腐蚀剂，形成50μm宽、30mm长的超导体9。
接下来，在衬底7和超导体9上沉积一层Ti膜，然后借助于光刻和剥离技术，形成条形导体5，电极11，11，13和13，以及导体15、15、17和17。这样就得到图1所示的超导逻辑器件1。
如此获得的陶瓷超导体具有任意的晶粒间界，这些间界被认为具有包括点接触和隧道结在内的弱耦合作用，所以，它形成约瑟夫逊结121的收集体，如图3所示。
事实上，陶瓷超导体显示图4所示的磁阻特性。也就是说，当将电流加到电流电极11和11之间时，陶瓷超导体的电阻随所施加的电压的增加而突然出现。还应注意的是随着所施加的磁场的增加，其电阻急剧增加。还有，要注意到电阻开始出现时的磁场阈值能够通过对陶瓷超导体3施加的电流强度来加以控制，这在图4中清楚地示出。
如果经条形导体5的两端e和f向条形导体5加20mA的电流，那么，在离条形导体50μm处产生0.4高斯的磁场。假定条形导体5与陶瓷传感器3之间的距离为50μm，并且通过传感器3两端a和b向传感器加2mA的恒定电流，那么从一对电压电极13和13的端点c和d得到的输出电压为20μV。
由这些数据可知，条形导体5是如此形成的，其宽度为30μm，厚度为1μm，条形导体5的中心与磁性传感器3之间的限定距离为50μm。
按照超导逻辑器件1的组成，如果在保持磁性传感器3的温度等于或低于临界温度83K，并且对传感器3施加恒定电流2mA的情况下，对导体5施加12mA的电流I，那么，在磁性传感器3两端c和d之间输出20μv的电压V。电压的上升时间约为0.5微微秒，因此可忽略不计。
如果电流I没有施加于导体5，那么由于没有对磁性传感器3施加磁场，传感器3中便不产生输出电压。
于是，相对于对条形导体5所施加的电流I，超导逻辑器件1显示出快速而清楚地响应，如图5所示。
图6示出另一种超导逻辑电路。将图6与图1相比，可清楚地看出，图6的超导逻辑器件1多了一个条形导体6，它在衬底7上与条形导体5并行排列。
在这种情况下，磁性传感器3和第一导体5的中心距离和第一导体5与第二导体6的中心距离分别为50μm，三个元件的宽度分别为50μm、30μm和30μm。
在这种超导逻辑电路结构中，当仅对第二导体6施加20mA电流，并对磁性传感器3加2mA电流时，磁性传感器3能得到20μV的输出电压。
按照这个结构，通过控制对第一和第二条形导体5和6施加的电流I1和I2的强度和方向，使得超导逻辑器件1能够执行“与”逻辑电路和“或”逻辑电路两种功能。
为了操作“与”逻辑器件功能，满足下列条件的电流I1和I2以相同方向分别施加于第一和第二条形导体5和6上。
H1＜H0，H2＜H0，H1+H2＞H0(1)其中，H0为阈值磁场，由于该磁场H0在超导体9中出现电阻，施加恒定电流到超导体9中;H1为通过将电流I1施加于第一条形导体5时，向磁性传感器3所施加的磁场;H2为通过将电流I2施加于第二条形导体6时向传感器3所施加的磁场。
从上述条件可清楚地看出，当施加第一和第二电流I1和I2之一时，由于所产生并施加于磁性传感器的磁场比阈值H0弱，所以磁性传感器3上无输出信号。然而，当第一电流I1和第二电流I2都在同时，以相同方向施加到第一条形导体5和第二条形导体6时，由于所施加的磁场(H1+H2)在超导体9上产生电阻，所以磁性传感器3上有输出电压存在。
如图7所示，在这个实例中，将I1和I2分别定在8mA和15mA，作为“与”逻辑输出，其输出电压大于20μv。
另一方面，如果将第一电流I1和第二电流I2以满足下述条件的方式以彼此为相反的方向施加到第一和第二导体5和6上，(如图8所示)，超导磁性传感器执行“异-或”逻辑器件功能。
H1＞H0，H2＞H0，｜H1-H2｜＜H0(2)其中，每一个磁场H0、H1和H2都和条件1的定义相同。
从上述条件(2)可以清楚地看出，仅施加第一电流I1和第二电流I2之一，磁性传感器3就输出“异”逻辑信号，如图9所示。
虽然在这个例子中，第一电流I1和第二电流I2被确定为不同值来满足条件，但是，这些条件也可以如此满足调节第一和第二导体5和6以及磁性传感器3之间的距离，而使第一电流I1和第二电流I2保持在恒定值。
磁性传感器3和第一和第二导体5和6的图形布局，并不限于本实施例。
例如图10中所简略地表示那样，可以将第一条形导体5和第二条形导体6分别安排在磁性传感器3的两侧。
另外，虽然未示出，但条形导体也可以安排在由聚酰亚 树脂、SiO2或类似物形成的保护膜之上，这个保护膜在磁性传感器3之上形成，并覆盖传感器3。
在图11(a)和图11(b)所示的例子中，由聚酰亚 SiO2或类似物制成的保护膜10在磁性传感器3上形成，两个条形导体5和6垂直跨过磁性传感器3而形成。
在这种情况下，通过将相应的电流施加到第一和第二条形导体5和6上来控制磁性传感器3，使之输出各种逻辑输出信号。
应注意的是可以采用由喷射法，MOCVD法，电子束法或类似方法制成的陶瓷超导材料膜来形成导体5、6和陶瓷超导体9。这些制造陶瓷材料的方法可以精确地制成上述元件的图形。也可以用形成磁性传感器3的超导陶瓷材料来制造导体5和6。在这种情况下，由于导体5和6与磁性传感器3的超导体9一起形成，就简化了制造工艺。
图12(a)和12(b)或12(c)显示出一个实例，其中，条形导体是由陶瓷超导膜32形成的。陶瓷超导膜本身是由上述相同方法制成的。采用适当的方法在衬底31上形成的膜32(如图12(a)所示)进行腐蚀，使之形成如图12(b)或图12(c)所示的图形。
在图12(b)所示的图形中，两个条形图形32a和32b平行延伸形成，并且互相电隔离。
图形32a的条形部分被用作陶瓷传感器的超导体，图形32b的条形部分被用作条形导体。图形32a有两个电流端a和b，也有两个电压端c和d，它们都出现在衬底31的相应侧面，图形32b有两个电流端e和f，它们都在衬底的相应角上，来为条形导体施加控制电流。
这个图形给出的结构基本上与图1所示的结构相同。因此，如果按照如图1相同的尺寸形成图形，就会得到同样的结果。
图12(c)所示的结构基本上与图6所示超导逻辑器件的结构相同。也就是说，图形有第一和第二条形导体32b和32c与磁性传感器32a平行延伸。
因此，通过以下述方式控制电流I1和I2，使超导逻辑器件可以执行“与”和“异-或”逻辑功能，如果电流I1和I2满足下述条件I1＜I0，I2＜I0，I1+I2＞I0(3)
其中I0为阈值电流，它给出阈值磁场H0，如果将电流I1和I2都以相同方向施加于第一和第二导体32b和32c上，那么磁性传感器32a会在电极c和d之间输出“与”逻辑输出信号，如图6、图7所解释的那样。
只要让电流I1和I2满足下述条件，并且电流的方向彼此相同，超导逻辑器件就能作为“异-或”逻辑器件I1＞I0，I2＞I0，｜I1-I2｜＜I0(4)在这种情况下，仅仅电流I1和I2中的任意一个电流施加第一和第二导体32b和32c之中的任意导体上时，才有输出电压出现。
如果满足条件的电流I1和I2的方向互相相反，就可作为“或”逻辑器件。
在本发明的最佳实施例中，第一和第二导体32b和32c以及磁性传感器32a之间的那部分薄膜被刻蚀除去，以使得它们互相之间产生电绝缘。然而，电绝缘也可以通过将这些部分的电导特性从传导变化成绝缘来实现。
作为改变上述特性的一种方法，用具有图12(b)或图12(c)所示图形的金属掩膜覆盖薄膜之后，在待转变的那部分薄膜上进行As离子注入。
按照这个方法，As离子注入破坏了陶瓷超导体的晶体结构，被认为将其转变成非晶体结构。用上述方法制造的超导逻辑器件，显示了与用腐蚀方法制造的超导逻辑器件相同的特性。
形成电隔离的方法，并不局限于上述方法，也可利用机械去除方法(例如喷砂法)，光刻蚀法，通过不同元素的扩散的再成形法或其它类似方法。
应注意的是，只要存在任意的晶粒间界，则用于本发明的陶瓷超导体并不限于Y1BaCu3O7-x。
(第二实施例)图13示出按照本发明第二最加实施例的超导逻辑器件1。
在这个最佳实施例中，第一和第二条形陶瓷超导体41和42沿衬底7的纵方向串联形成。另外，第一和第二控制线46和47在衬底7上串联形成，并且分别与第一和第二超导体41和42并行排列。
在第一和第二超导体的相应的外端上连接导线43和45，在它们相应的外端上形成电极a和c，在其内端连接有导线44，形成倒T形，在其自由端有电极b。
类似地，在第一和第二控制线46和47的相应的外端上连接导线48和50，在它们的自由端上形成电极d和f，在它们之间连有T形导线49，在其下端形成电极e。
图14为采用图13所示的超导逻辑电路的非门逻辑电路，在图14中，第一和第二超导体41和42分别由可变电阻器R1和R2表示，第一和第二控制线46和47分别由磁性线圈表示。
电极a连接到标准电压Vcc的电压源上，电极C连接到地GND上，电极d和f分别经电阻r1和r2连到地GND和电压源上。
将输入电压VIN施于电极e，在第一非门逻辑电路的电极b上取出输出电压VouT，第二非门逻辑电路的电极以串联形式连接到VouT和GND之间。
在这个组成中，当将输入电压VIN以零变化到Vcc时，流经第二控制线47的电流I2线性减少，相反，流经第一控制线46的电流I1线性增加，如图15(a)所示。
假如电阻r1和r2彼此相等，并且当电流I1和I2都等于或大于在电压VIN＝1/2Vcc时获得的电流I0时，第一和第二超导体41和42显示恒定电阻R0，那么，在第一和第二超导体41和42中，分别按照图15(b)和图15(c)所示的输入电压VIN的变化产生电阻R1和R2(R1＝R2＝R0)。因此，等于VCC的输出电压VouT在电极b上输出，直到输入电压VIN从零增加到(1/2Vcc)为止，如图15(d)所示。一旦VIN超过(1/2)Vcc，则输出电压降至零。这样，获得非门逻辑电路。
图16为由两个图14所示非门逻辑电路所组成的“与非”逻辑电路。
在这个“与非”逻辑电路中，第一非门电路的第一和第二超导体41-1和41-2以并联形式连接到Vcc和VouT之间，第二与非门电路的第一和第二超导体42-1和42-2以串联形式连接在VouT和GND之间，将两个非门逻辑电路的输出端彼此连接，使之输出一个输出电压VouT，将输入电压VIN1和VIN2分别输入它们各自的输入端。
假设r1＝r2＝r3＝r4＝r0，I0＝Vcc/2r0，并且VIN1和VIN2分别按图17(a)和17(b)变化，则输出电压VOUT就按图17(c)变化。也就是说，只有当VIN1和VIN2都为高电压时，输出电压才降到零电平，于是，得到了“与非”逻辑输出。
图18示出通过改变图16所示的“与非”逻辑电路的连接而得到的“或非”逻辑电路。
将图16和图17进行比较可以清楚地看出第一非门电路的第一和第二超导体41-1和41-2以串联形式连接到Vcc和VOUT之间，第二非门电路的第一和第二超导体42-1和42-2以并联形式连接在第二非门电路的VOUT和GND之间。在这种情况下，当将图19(a)或19(b)中所示高电平施加到VIN1或VIN2上时，VouT如图19(c)所示降到零电平。这样就获得或非门逻辑输出。
在这个最佳实施例中，即使超导体的电阻为R0，并且同时阈值电流I0低于Vcc/2r0，也能够根据需要得到“与非”或者“或非”逻辑信号。
按照这个最佳实施例，提供一个互衬型超导逻辑电路，其中，按照采用适当的电压源而得到的输入电压(原文是电流)VIN1和VIN2值，能够获得所需要的逻辑输出电压VOUT。
(第三最佳实施例)图20示出采用细长的薄超导体3的与门逻辑器件1。在超导体3末端的部分形成一对电流电极11和11和一对电压电极13和13。为提供电流I1和I2的两个电流提供装置(未示出)与导线15和15中任意一条相连接，导线15和15与相应的电流电极11和11相连接。恒定磁场H以垂直方向施加在超导体3上。
图21示出超导体3的磁阻特性，图22示出对超导体3施加的磁场阈值Hth与对其施加的电流之间的关系。
当仅将23mA的I1施加到超导体3上，并对其施加20奥斯特Oes的恒定磁场H，则无输出电压VOUT，如图22所示。
如果将25mA的I2与25mA的I1相叠加，则总电流I(＝I1+I2)成为50mA，所以，超导体3具有的电阻在电压电极13和13之间产生输出电压VOUT，如图23所示。于是，超导逻辑器件1执行“与”逻辑功能。
如果施加于超导体3的磁场H在没有改变电流I1和I2的情况下增加到30奥斯特，那么，超导逻辑器件就执行如图24所示的“或”功能。
也可以应用电磁铁为超导体3施加磁场。在这种情况下，通过控制对磁铁施加的电流来控制磁场强度。因此，通过变化磁场强度来使逻辑器件执行“与”和“或”两种器件功能。
(第四最佳实施例)图25显示了按照本发明的第四最佳实施例的超导逻辑单元101。
细长薄超导体102在衬底103的一个表面上沿纵向中心线形成。在衬底103的另一表面上，具有与超导体102相同超导材料的控制线104沿衬底103的纵方向形成。衬底103由非磁性材料制成。例如稳态氧化锆、氧化镁或类似物。采用与第一最佳实施例相同的方法，制造超导体102和控制线104。
在超导体102的相应末端，形成为其提供电流的电流电极105和105，以及为控制线104提供控制电流使之产生磁场并施加于超导体102的两个电极106和106。
为了简化，在图26中使用符号表示超导逻辑单元101的组成。
图27(a)显示了采用超导逻辑单元的基本逻辑功能。
在这个电路中，超导体102以串联形式连接到正电压Vcc的参考电压线和地之间，其电阻为R0。控制线104的一端连在地上，另一端作为输入端I为其输入控制信号，在超导体102与电阻R之间引出输出端0。当如图27(a)左侧部分所示的信号电流从输入端I施加于控制线104时，由控制线104所产生的磁场就施加到超导体102之上。这时，在超导体102上感生电阻R0，所以，从输出端输出正向电压输出信号VouT。如果将负电压(-Vcc)施加到参考电压线上，则从输出端输出负输出电压信号(-VouT)，如图27(b)所示。
图28(a)示出，由两个超导逻辑单元组成的与门逻辑电路。
在这个逻辑电路中，两条控制线104和104′被连接到输入端A和B上，分别向其输入正向信号电压，两个超导体102和102′以并连形式连接到与正向电压源(+Vcc)连接的电阻R和地之间。输出信号A·B从电阻R与超导体102和另一超导体102′的另一端之间的部分引出。
当控制信号只加到两个输入端A和B中的一个之上时，由于在任一个超导体上都无电阻产生，所以输出端A·B上无输出电压VouT出现。因此，只有将控制信号同时加到两个输入端A和B上时，才有输出电压VouT从输出端A·B上输出。这样，这个逻辑电路形成与门逻辑电路。
图28(b)示出由两个超导逻辑单元组成的与非门逻辑电路。
在这个电路中，除标准电压源提供负电压(-Vcc)之外，其它的连接关系如图28(a)所示的相同。于是，只有当将控制信号同时加到输入端A和B上时，输出端A·B上才产生反相的输出电压(-VouT)。
图29(a)示出由两个超导逻辑单元组成的“或”逻辑电路。
在这个电路中，两个超导体102和102′以串联形式经一电阻连接到正向标准电压源Vcc和地之间，控制线104和104′分别连接到相对应的输入端A和B上。从电阻R与超导体102之间的部分引出输出端(A+B)。
当将一控制信号施加到这个逻辑电路的任一输入端A或B上时，由于在超导体102和102′上都产生电阻，所以，在输出端(A+B)上产生输出电压VOUT，这样，这个逻辑电路形成“或”逻辑电路。
图29(b)中显示了由两个超导逻辑单元组成的“或非”逻辑电路。将29(b)与29(a)比较，可清楚地看出在这个逻辑电路中，电阻R连接到负标准电压源(-Vcc)上，所以在输出端(A+B)上输出“或非”输出电压(-VOUT)。
在图30中，超导逻辑单元101有一控制线104和产生偏压磁场的线106。线104和106可以由陶瓷超导材料制造，并采用与在衬底103的另一表面上形成超导体102相同的方法形成。在这一组成中，恒定电流持续施加到线106上来对超导体102建立偏压磁场。建立这个偏压磁场HB，使得其强度接近并低于阈值磁场HC。由于这个原因，即使控制信号弱得不能仅靠自己在超导体102上产生电阻，超导体102仍能够根据对控制线104施加的控制信号显示出迅速的响应。
虽然在第三最佳实施例中，控制线和/或偏压线在衬底的反面形成，但是它们也可以与超导体一起在衬底的相同面上形成，如以下的最佳实施例所述。
(第五最佳实施例)图31表示按照本发明第五最佳实施例的超导逻辑器件的平面图。
这个超导逻辑器件51包括在衬底53上形成的超导体52和倒U形控制线54，这个控制线是在绝缘薄膜55上形成，以使得超导体52与控制线54电绝缘。超导体52具有一对为其提供恒定电流的电流电极56和56，和一对为探测输出电压的电压电极57和57。如果控制线54上无电流，则c、d两端之间无电压。然而，如果在控制线54上施加控制电流，则由于控制电流产生的磁场在超导体3上产生电阻，c、d两端之间就产生输出电压VOUT。
在这个组成中，超导体52的尺寸与图1所示的超导体3相同，控制线54的宽度为30μm。在这种情况下，如果将50mA的控制电流施加到控制线54上，而对超导体52施加1mA的恒定电流，则在c、d两端中产生约20μV的输出电压。
在图1的情形中，为了在c、d两端之间获得输出电压，需要向超导体53施加10mA的恒定电流。然而，在本例中，由于控制线在超导体52上跨越两次，所以，由控制线54的相应部分产生的磁场集中地施加于超导体52，因此，恒定电流减至1mA。同样控制电流的强度也如上所述，降至几mA。
在图32所示的例子中，在衬底53上，基本上沿与超导体52并联的方向形成另一个具有g和h端的控制线58。如图32所示，控制线58的中间部分58a如此形成，以使其与控制线54的和并行于超导体52的部分54a靠得很近。两相的中心部分58a和54a之间的距离为50μm。两个控制线及超导体52的宽度分别为30μm，30μm及50μm。
假定电流I1和I2满足如下条件H1＜H0，H2＜H0，H1+H2＞H0其中，H0为对超导体52施加予定电流时在超导体52中产生电阻时的阈值磁场，H1和H2为分别施加电流I1和I2产生的磁场。在这个条件下，当电流I1和I2之一施加到两个控制线54和58之中的一条上时，在c和d两端之间不会测出输出电压。然而，只有当I1和I2都同时以箭头所示方向施加时，c、d两端之间就产生输出电压VOUT。例如电流I1和I2分别为3mA和5mA，就可获得约20μV的输出电压VOUT。于是得到“或”逻辑电路。
这个逻辑电路的组成，基本上是与图6所示逻辑电路相同。然而，应注意到，在本实施例所采用的电流弱于图6所示逻辑电路的情况下，两个逻辑电路的输出电压具有相同的高度。
如果电流I1和I2满足如下条件H1＞H0，H2＞H0，｜H1-H2｜＜H0则超导逻辑器件执行“或”逻辑功能。也就是说，如果仅有电流I1或电流I2施加到相应的控制线上，在c、d两端之间就有输出电压VOUT。如果电流I1和I2同时以相反方向施加到控制线54和58上时，无输出电压VOUT存在，如图33所示。
图34显示了图32所示超导逻辑电路的变型。
在这个变型中，第一控制线54′形成V型，并且有两个与超导体52轴向并行的平行部分54′a和54′b，以及连接部分54′c，54′c是在横跨超导体52的绝缘膜55′上形成的。第二控制线58与第一控制线54的54′b部分并排形成。
由于这个超导逻辑电路的基本结构与图32所示的逻辑电路相同。通过控制电流I1和I2的强度和方向，使其能够执行“与”和“或”两种功能。
应理解的是，在不脱离本发明的范围和原则的前提下，本领域普通技术人员能够很容易制造出各种其它变型。因此，附加在其后的权利要求书并不对说明书加以限定，但是权利要求书被解释为包括本发明所述全部可受专利的新颖特征，并包括那些对本领域普通技术人员来说能够与本发明所属的特征同样处理的全部技术特征。
权利要求
1.一种逻辑电路，包括一个由陶瓷材料制成的超导体，它与电源相连接，以便为其提供恒定电流，所说的超导体按照为其施加的磁场显示磁阻特征，并且温度接近于它的临界温度时仍保持不变；一个在所说的超导体附近安置的传导装置，它与超导体电绝缘，当信号电流施加到所说的传导装置上时，所说的传导装置为所说的超导体施加磁场；其中，所说的超导体产生一个输出电压，来响应所说的信号电流。
2.按照权利要求1所述的逻辑电路，其中，所说的超导体和所说的传导装置在由绝缘材料制成的衬底上形成。
3.按照权利要求2所述的逻辑电路，其中，所说的超导体是在所说的衬底上形成的一层陶瓷超导材料薄膜。
4.按照权利要求2所述的逻辑电路，其中，所说的传导装置是一陶瓷超导材料薄膜。
5.按照权利要求2所述的逻辑电路，其中，所说的超导体在所说的衬底的一表面形成，所说的传导装置在所说的衬底的另一表面上形成。
6.按照权利要求1所述的逻辑电路，其中，所说的超导体由细长薄膜形成。
7.按照权利要求6所述的逻辑电路，其中，所说的传导装置有一部分与所说超导体的轴向方向并列延伸。
8.按照权利要求6或7所述的逻辑电路，其中，所说的传导装置至少有一部分跨过所说的超导体。
9.一种逻辑电路，包括一个由陶瓷材料制造的超导体，它与电源相连接，以便为其提供恒定电流，所说的超导体按照对其施加的磁场显示磁阻特性，并且在温度接近它的临界温度时仍保持不变;一个在所述超导体附近安置的第一传导装置，它与所述超导体电绝缘，当将一电流施加到所述第一传导装置上时，所说的传导装置为所说的超导体施加磁场;在所说的超导体附近安置的第二传导装置，它与所说的超导体及所说的第一传导装置都电绝缘，当将一个电流施加到所说的第二传导装置上时，所说的第二传导装置向所说的超导体施加磁场;其中，所说的超导体按照对第一和第二传导装置施加所述信号电流的方式产生响应。
10.按照权利要求9所述的逻辑电路，其中，所说的超导体和所说的第一及第二传导装置都在绝缘材料制造的衬底上形成。
11.按照权利要求10所述的逻辑电路，其中，所说的超导体为在衬底上形成的一层陶瓷超导体材料薄膜。
12.按照权利要求10所述的逻辑电路，其中，第一和第二传导装置都由一陶瓷超导材料薄膜形成。
13.按照权利要求10所述的逻辑电路，其中，所说的超导体在所说的衬底的一表面上形成，所说的第一和第二传导装置在所说的衬底的另一表面上形成。
14.按照权利要求9所述的逻辑电路，其中，超导体由细长薄膜形成。
15.按照权利要求14所述的逻辑电路，其中，所说的第一和第二传导装置分别与超导体并行排列。
16.按照权利要求14所述的逻辑电路，其中，第一传导装置和第二传导装置中至少有一个是跨越超导体形成的。
17.如权利要求9所述逻辑电路的一个单元，其中，将恒定电流施加到所述第一或第二传导装置上，而将信号电流施加到另一传导装置上。
18.如权利要求17所述逻辑电路的一个单元，其中，所说的恒定电流弱于在超导体中产生阈值磁场时所限定的阈值电流。
19.如权利要求18所述逻辑电路的一个单元，其中，对所述第一和第二传导装置施加的电流都是信号电流。
20.如权利要求19所述逻辑电路的一个单元，其中，对所说的第一和第二传导装置施加的电流I1和I2满足如下条件I1＜I0，I2＜I0，I1+I2＞I0其中，I0为在所说的超导体上产生阈值磁场时的阈值电流。
21.如权利要求19所述逻辑电路的一个单元，其中，电流II1和I2满足如下条件I1＞I0，I2＞I0，｜I1-I2｜＜I0其中，I0为在所述的超导体上产生阈值磁场时的阈值电流。
全文摘要
一个逻辑电路器中，包括由陶瓷超导材料制成的具有磁阻特性的超导体，和安置在超导体附近的至少一个导体，这个导体用来为超导体施加磁场，其中，超导体产生电阻来响应由至少一个导体产生的磁场。
文档编号H01L39/18GK1036673SQ8910172
公开日1989年10月25日 申请日期1989年2月10日 优先权日1988年2月10日
发明者片岡照荣, 佐藤浩哉, 土本修平, 野岛秀雄, 丰山慎治, 木场正义, 桥爪信郎, 大野荣三, 齐藤贤 申请人:夏普公司