고온초전도 죠셉슨 접합소자로 링 발진기 시험제작 30K에서 3.3피코초의 초고속 스위치 실현 東芝는 새로운 구조의 고온초전도 죠셉슨 접합소자(JJ)로 링 발진기를 시작, 절대온도 30K(마이너스 243℃)에서 3.3피코초의 초고속 스위치를 실현했다. 고온초전도 디지털 회로에서 스위치 시간을 평가한 것을 최초. 적층재료를 최적선태간 새로운 구조로 안정동작이 가능했다는 것이 특징. 미세 CMOS에 비해 3배의 고속성과 1000분의 1의 낮은 소비전력을 확인했다. 앞으로 100소자로 실용적인 회로를 실증해 나간다. 개발한 것은 21개의 JJ로 구성된 단일자속양자(SFQ)회로로된 링 발진기. SFQ발생회로, SFQ를 한방향으로만 통가시키는 합류 버퍼 회로, 10개의 JJ가 링 모양으로 배치된 주 회로로 이루어진다. 지금까지 SFQ회로에서는 JJ가 10개의 집적규모에서도 정상작동이 곤란했다. 이것은 종래 JJ를 이트륨계 고온초전도층 1종류만으로 적층했기 때문에 막질이 열화되어 층간막의 수치가 아주 일정치 못했기 때문이었다. 따라서 이번에 집적하는 산화물 재료를 발본적으로 재검토하여 막 상호간의 어울림 등을 고려하여 가장 평탄해지는 고온초전도체나 절연체의 조합을 최적화했다. JJ의 배리어 산화막에는 비스듬한 이온 조사로 비정질화한 층을 열처리한 절연막을 채용. 이것으로 아주 우수한 5층 적층구조의 제작 프로세스를 확립. JJ 특성의 불균일이 안의 표준편차에서 5.5%로 100소자 집적해도 충분히 작아지도록 했다. 회로를 구성하는 초전도 배선도 인덕턴스를 충분히 낮은 소정의 값으로 하여 고속화했다 시작한 JJ 1개의 스위치 시간은 현재 시작 단계에 있는 0.07마이크로미터CMOS의 스위치 시간인 10피코초 정도와 비교해 3배에 상당하고, 소비전력도 1소자당 2나노와트로 CMOS의 1000분의 1초 저소비 전력을 확인. 종래 구조인 JJ에서는 10K로 동작이 가능했지만, 신구조에서는 30K 동작이 가능하기 때문에 냉동기 부담도 대폭 경감할 수 있다. 이 회사는 5년 후에 통신용 아날로그 디지털 변환기에 적용해 나갈 것이다. 이 성과는 신에너지 산업기술종합개발기구로부터 국제초전도산업기술연구센터가 수탁하여 이 회사가 개발했다. (NK)