2010 Fiscal Year Annual Research Report
断熱モード単一磁束量子回路の導入によるサブμWマイクロプロセッサの研究
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22226009
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
吉川 信行 横浜国立大学, 工学研究院, 教授 (70202398)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤巻 朗 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20183931)
日高 睦夫 財団法人国際超電導産業技術研究センター, 超電導工学研究所, 室長 (20500672)
前澤 正明 独立行政法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス研究部門, 研究グループ長 (40357976)
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| Keywords | 超伝導材料・素子 / 先端機能デバイス / 低消費電力 / 超高速情報処理 / デバイス設計・製造プロセス / 超伝導回路 / ジョセフソン素子 / 集積回路 |
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| Research Abstract |
本年度は、単一磁束量子(SFQ)回路の低消費電力化のための基本提案の原理実証と基本技術の確立を行なった。
横浜国大では、断熱モードSFQ回路の消費電力の理論的検討を行い、数値シミュレーションにより断熱動作が可能な回路パラメータ条件と消費電力の関係を明らかにした。これにより、従来下限とされていたジョセフソン結合エネルギーよりも十分小さな動作エネルギーで回路が動作可能であることを示した。更に断熱モードSFQ回路を用いた多段インバータゲートを試作し、回路動作の正常動作を実験的に検証した。また、ゲート間PTL配線技術を1mmプロセスに導入したPTL直結型基本セルの開発を行なった。
名古屋大では、バイアス抵抗での電力消費を低減するために、LRロード法(インピーダンスを保ったままバイアス抵抗値を低減)と低電源電圧法(接合に並列のシャント抵抗での電力消費も低減)を数値的、実験的に解析した。また接合の臨界電流の低減化も図った。これらは、いずれも低電力化に大きな貢献があった。低電源電圧法では、SFQ回路の信号のエネルギーが従来下限とされていたジョセフソン結合エネルギーよりも小さくなっていることが確認された。
ISTECおよびAISTは共同でプロセス面からのSFQ回路低消費電力化の検討を行った。
ジョセフソン接合(JJ)面積を縮小し臨界電流を低減することによる低消費電力効果を検討し、最小JJ面積を現在の1mm角から面積1/5の臨界電流0.2mAに相当する0.5mmFに縮小することにより、比較的容易に実現できる電源電圧1/10減少と組み合わせることで、SFQ回路の消費電力を現在の1/120に低下できることを示した。0.5mmFのJJを実現するためにCMPによるJJ上部露出方法などの検討を行い、良好な特性を有する微細JJが形成できる見通しが得られた。
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