用于超导互连件的热管理制造技术

描述了用于超导互连件的热管理。互连件可以具有耦合至超导系统的第一端和耦合至非超导系统的第二端。互连件可以包括具有临界温度的超导元件。在超导系统和非超导系统的操作期间，第一端附近的互连件的第一部分可以具有等于或低于超导元件的临界温度的第一温度，第二端附近的互连件的第二部分可以具有高于超导元件的临界温度的第二温度，并且其中，互连件还可以被配置为减小第二部分的长度，使得互连件的整个长度上的大致温度被维持在等于或低于超导元件的临界温度的温度。

Thermal management for superconducting interconnects

The thermal management for superconducting interconnects is described. The interconnects may have a second end coupled to a superconducting system and a second end coupled to a non superconducting system. The interconnects may include superconducting elements having a critical temperature. During the operation of the superconducting system and the non superconducting system, the first part of the interconnector near the first end may have a first temperature equal to or lower than the critical temperature of the superconducting element, the second part of the interconnector near the second end may have a second temperature higher than the critical temperature of the superconducting element, and wherein the interconnector may also be configured to reduce the length of the second part so that It is found that the approximate temperature of the whole length of the interconnects is maintained at a temperature equal to or lower than the critical temperature of the superconducting elements.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于超导互连件的热管理
技术介绍
在诸如数字处理器的电子设备中使用的基于半导体的集成电路包括基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的数字电路。然而，CMOS技术在设备大小方面达到其极限。另外，基于CMOS技术的数字电路在高时钟速度下的功率消耗日益成为高性能数字电路和系统的限制因素。作为示例，数据中心中的服务器越来越多地消耗大量功率。即使在CMOS电路不活动时，功率消耗也部分地作为因能量耗散而导致的功率损耗的结果。这是因为即使在这些电路不活动并且不消耗任何动态功率时，这些电路由于需要维持CMOS晶体管的状态仍然消耗功率。另外，因为使用DC电压为CMOS电路供电，所以即使在CMOS电路不活动时也存在一定量的电流泄漏。因此，即使在这些电路当前未处理信息时，一定量的功率也不仅会由于需要维持CMOS晶体管的状态而且还会由于电流泄漏而被浪费。使用基于CMOS技术的处理器和相关组件的附加方法是使用基于超导逻辑的设备。还可以使用基于超导逻辑的设备来处理量子信息，诸如量子比特。与可以在室温操作的CMOS设备不同，基于超导逻辑的设备需要较低温度才能正常运作。在许多应用中，基于超导逻辑的设备和CMOS设备可能需要彼此互连。类似地，基于超导逻辑的模块可能需要彼此互连或者与可以在其他较低温度操作的其他模块互连。
技术实现思路
在一个示例中，本公开涉及一种用于耦合超导系统和非超导系统的互连件。该互连件可以包括：第一端，该第一端被配置用于耦合至超导系统，其中该互连件包括具有临界温度的超导元件。该互连件还可以包括：第二端，该第二端被配置用于耦合至非超导系统，使得在超导系统和非超导系统的操作期间，第一端附近的互连件的第一部分具有等于或低于超导元件的临界温度的第一温度，第二端附近的互连件的第二部分具有高于超导元件的临界温度的第二温度，并且其中该互连件还被配置为减小第二部分的长度，使得互连件的整个长度上的大致温度被维持在等于或低于超导元件的临界温度的温度。在另一示例中，本公开涉及一种用于耦合超导系统和非超导系统的互连件。该互连件可以包括：第一端，该第一端被配置用于耦合至超导系统，其中该互连件包括具有临界温度的超导元件。该互连件还可以包括：第二端，该第二端被配置用于耦合至非超导系统。该互连件还可以包括：第一层，该第一层至少包括超导元件；和第二层，该第二层至少包括非超导金属元件，其中第二层的厚度沿着互连件的长度方向变化，使得在超导系统和非超导系统的操作期间，互连件的整个长度上的大致温度被维持在等于或低于超导元件的临界温度的温度。在另一示例中，本公开涉及一种用于耦合超导系统和非超导系统的互连件。该互连件可以包括：第一端，该第一端被配置用于耦合至超导系统，其中该互连件包括具有临界温度的超导元件。该互连件还可以包括：第二端，该第二端被配置用于耦合至非超导系统。该互连件还可以包括第一层，该第一层包括介电质，第一层具有沿着互连件的长度方向的第一边缘和沿着互连件的长度方向与第一边缘相对的第二边缘。该互连件还可以包括：至少包括超导元件的超导体的第一差分对，该第一差分对沿着互连件的长度方向而被形成，并且该第一差分对被形成为与第二边缘相比更接近第一边缘。该互连件还可以包括：至少包括超导元件的超导体的第二差分对，该第二差分对沿着互连件的长度方向而被形成，并且该第二差分对被形成为与第一边缘相比更接近第二边缘。该互连件还可以包括非超导体金属，该非超导体金属沿着互连件的长度方向在第一差分对与第二差分对之间被形成，其中非超导体金属的厚度被选择，使得在超导系统和非超导系统的操作期间，互连件的整个长度上的大致温度被维持在等于或低于超导元件的临界温度的温度。附图说明通过示例说明了本公开，并且本公开不限于附图，在附图中，相同附图标记指示类似元件。示意图中的元件是出于简单和清楚起见而被图示的，并且不一定需要按比例绘制。图1示出了根据一个示例的互连件的近似温度分布曲线；图2示出了根据一个示例的针对复合普通/超导薄膜导体的热夹持(clamping)的示意图；图3示出了根据一个示例的互连件的俯视图；图4示出了根据一个示例的另一互连件的俯视图；图5示出了根据一个示例的互连件的横截面视图；图6示出了根据一个示例的另一互连件的横截面视图；图7示出了根据一个示例的另一互连件的俯视图；图8和图9示出了根据一个示例的另一互连件的俯视图和仰视图；图10示出了根据一个示例的另一互连件的横截面视图；图11示出了根据一个示例的另一互连件的横截面视图；图12示出了根据一个示例的互连件的侧视图；图13示出了根据一个示例的另一互连件的侧视图；图14示出了根据一个示例的另一互连件的侧视图；图15示出了根据一个示例的具有互连件的系统的示意图；图16示出了根据一个示例的具有互连件的系统的示意图；以及图17示出了根据一个示例的系统的示意图。具体实施方式本公开中所描述的示例涉及超导互连件，其包括基于柔性基板的超导互连件。可以使用这些互连件来耦合基于超导逻辑的模块。作为示例，这些互连件可以在基于超导逻辑的系统内的模块中间提供电连接，该基于超导逻辑的系统可以在大约4开尔文(约4K)的热环境下操作。还可以使用这些互连件来将基于超导逻辑的设备与基于CMOS的设备或其他类型的设备耦合，该基于CMOS的设备或其他类型的设备可以在大约70开尔文(约70K)的热环境下操作。另外，还可以使用这些互连件来将基于超导逻辑的设备(在大约4开尔文(约4K)温度热环境下操作)与量子计算设备耦合，该量子计算设备可以在低得多的温度(例如大约20毫开尔文(约20mK))下操作。量子计算设备可以处理量子信息，例如量子比特。超导逻辑设备可以包括低功率超导体逻辑电路。与CMOS晶体管不同，超导体逻辑电路可以使用基于约瑟夫森结的设备。示例性约瑟夫森结可以包括经由阻碍电流的区域耦合的两个超导体。阻碍电流的区域可以是超导体本身的物理窄化、金属区域或薄绝缘势垒。作为示例，可以将超导体-绝缘体-超导体(SIS)类型的约瑟夫森结实现为超导电路的部分。作为示例，超导体是在不存在电场的情况下可以承载直流电(DC)的材料。这些材料在高速经典和量子计算电路操作的频率(数量级为10GHz)下具有零DC电阻和非常低的电阻。作为示例性超导体，铌(Nb)具有大约9.2开尔文的临界温度(Tc)。在低于Tc的温度，铌是超导的；然而，在高于Tc的温度，其表现为具有电阻的普通金属。因此，在SIS类型的约瑟夫森结中，超导体可以是铌超导体，且绝缘体可以是氧化铝势垒。在SIS类型的结中，当波函数隧穿穿过势垒时，两个超导体中的时间的变化的相位差在两个超导体之间产生电势差。在一个示例中，SIS类型的结可以是超导回路的部分。在某些示例中，可以使用微波信号来控制基于超导逻辑的设备，包括例如超导量子比特(qubit)的状态。超导量子比特(qubit)的栅极的许多实现需要高频微波信号。当这些基于超导逻辑的系统被连接至其他类型的基于逻辑的系统(诸如基于CMO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于耦合超导系统和非超导系统的互连件，所述互连件包括：/n第一端，所述第一端被配置用于耦合至所述超导系统，其中所述互连件包括具有临界温度的超导元件；以及/n第二端，所述第二端被配置用于耦合至所述非超导系统，使得在所述超导系统和所述非超导系统的操作期间，所述第一端附近的所述互连件的第一部分具有等于或低于所述超导元件的所述临界温度的第一温度，所述第二端附近的所述互连件的第二部分具有高于所述超导元件的所述临界温度的第二温度，并且其中所述互连件还被配置为减小所述第二部分的长度，使得所述互连件的整个长度上的大致温度被维持在等于或低于所述超导元件的所述临界温度的温度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170411 US 62/484,326;20171208 US 15/836,6671.一种用于耦合超导系统和非超导系统的互连件，所述互连件包括：
第一端，所述第一端被配置用于耦合至所述超导系统，其中所述互连件包括具有临界温度的超导元件；以及
第二端，所述第二端被配置用于耦合至所述非超导系统，使得在所述超导系统和所述非超导系统的操作期间，所述第一端附近的所述互连件的第一部分具有等于或低于所述超导元件的所述临界温度的第一温度，所述第二端附近的所述互连件的第二部分具有高于所述超导元件的所述临界温度的第二温度，并且其中所述互连件还被配置为减小所述第二部分的长度，使得所述互连件的整个长度上的大致温度被维持在等于或低于所述超导元件的所述临界温度的温度。


2.根据权利要求1所述的互连件，其中所述互连件包括：第一层，所述第一层至少包括所述超导元件；第二层，所述第二层至少包括所述超导元件；以及第三层，所述第三层包括形成在所述第一层与所述第二层之间的介电材料。


3.根据权利要求2所述的互连件，其中所述互连件包括第四层和第五层，所述第四层包括邻近于所述第一层形成的非超导金属元件，所述第五层包括邻近于所述第二层形成的非超导金属元件。


4.根据权利要求3所述的互连件，其中所述第五层的厚度沿着所述互连件的长度方向变化，以减小所述第二部分的所述长度，使得所述互连件的几乎所述整个长度被维持在等于或低于所述超导元件的所述临界温度的所述温度。


5.根据权利要求3所述的互连件，其中所述第五层的厚度沿着所述互连件的长度方向变化，使得所述互连件的所述第一部分中的所述第五层的第一厚度与所述互连件的所述第二部分中的所述第五层的第二厚度的比率至少为五。


6.根据权利要求2所述的互连件，其中热系杆的第一端被...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·B·塔克曼，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US