研究課題
窒化ニオブ（NbN）を用いた断熱超伝導回路（AQFP）の実現に向けて下記の研究を行った：【NbN-AQFPの設計】情報通信研究機構が提供するNbN集積回路プロセスのパラメータを反映し、AQFPゲートのレイアウト及び回路図の設計を行った。NbNの比較的大きな磁場侵入長を活かすことで、従来のニオブ（Nb）を用いた設計に比べて、回路面積を半減することに成功した。本検討結果より、NbNを用いることで、超伝導集積回路を小型化できることが明確に示された。【セルライブラリの構築】インバータ等の基本的なAQFPゲートを含むセルライブラリを構築した。構築したセルライブラリを用いてXORゲートを設計し、数値解析により広い動作マージンを確認した。さらに、バッファチェインの解析により、約 10 zJ ns という非常に小さいエネルギー遅延積を確認した。本検討結果より、NbNを用いることで優れた動作安定性とエネルギー効率が得られることが示された。また、NbNを用いることで従来（4.2 K）よりも高い温度（10 K）で動作できるため、冷却のためのエネルギーコストを低減できる。【デバイス作製】構築したNbN-AQFPのセルライブラリを用いて、基本的な論理回路を含むマスクパターンを作製した。情報通信研究機構において、デバイス作製に向けて検討を行った。クリーンルームの移設及び露光装置の変更により、回路作製条件が変わったため、成膜及びエッチング条件の最適化、露光装置の焦点合わせの最適化、層間絶縁層に用いるSiO2薄膜の成膜レートの調整、等を実施した。以上の問題を解決し、作製したマスクパターンを用いて、ジョセフソン接合の作製まで完了した。配線層作製の際に装置トラブルが発生したため、全てのレイヤーの作製には至らなかった。装置が復旧次第、NbN-AQFP回路の作製を完了し、動作実証を行う予定である。
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