特許 7150179 複数のサーマルシンクを備えた超伝導デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-29

(45)【発行日】2022-10-07

(54)【発明の名称】複数のサーマルシンクを備えた超伝導デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20220930BHJP

   H01L 39/02 20060101ALI20220930BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20220930BHJP

【ＦＩ】

H01L23/12 J

H01L39/02 W ZAA

H05K7/20 C

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021532436

(86)(22)【出願日】2019-11-25

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-01

(86)【国際出願番号】 US2019063041

(87)【国際公開番号】W WO2020131314

(87)【国際公開日】2020-06-25

【審査請求日】2021-06-08

(31)【優先権主張番号】16/227,965

(32)【優先日】2018-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】520128820

【氏名又は名称】ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 明代

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100191086

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 香元

(72)【発明者】

【氏名】ハサウェイ，アーロン アシュリー

(72)【発明者】

【氏名】ボイド，グレゴリー アール．

(72)【発明者】

【氏名】プシブィシュ，ジョン エックス．

【審査官】正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－３４９５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０３３５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０３２３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５７７３８７５（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００９－２９５７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０１５９９４８４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０１Ｌ ３９／０２

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

集積回路であって、
第１のサーマルシンク層と、
第１の動作温度要件を有する第１のセットの回路に関連する第１の接地面と、
前記第１の接地面を前記第１のサーマルシンク層に結合する第１の熱伝導性ビアと、
第２のサーマルシンク層と、
前記第１の動作温度要件よりも高い第２の動作温度要件を有する第２のセットの回路に関連する第２の接地面と、
前記第２の接地面を前記第２のサーマルシンク層に結合する第２の熱伝導性ビアであって、前記第１のサーマルシンク層が、前記第１のセットの回路を前記第１の動作温度要件に維持するために第１の温度で冷却され、前記第２のサーマルシンク層が、前記第２のセットの回路を前記第２の動作温度要件に維持するために第２の温度で冷却される、第２の熱伝導性ビアと、
を備える、回路。

【請求項2】

前記第１のサーマルシンク層、前記第２のサーマルシンク層、前記第１の熱伝導性ビア、および前記第２の熱伝導性ビアが銅で形成されている、請求項１に記載の回路。

【請求項3】

前記第１の接地面および前記第１のセットの回路が、第１の導電性材料で形成され、前記第２の接地面および前記第２のセットの回路が、前記第１の導電性材料とは異なる動作温度要件を有する第２の導電性材料で形成されている、請求項１に記載の回路。

【請求項4】

前記第１の接地面がアルミニウムから形成されており、前記第２の接地面がニオブで形成されている、請求項３に記載の回路。

【請求項5】

前記第１の接地面および前記第１のセットの回路が、基板上にある第１の誘電体層に存在し、前記第２の接地面および前記第２のセットの回路が、前記基板の上、かつ前記第１の誘電体層の上および下の一方にある第２の誘電体層に存在する、請求項３に記載の回路。

【請求項6】

前記第１の接地面および前記第１のセットの回路が、前記基板の上にある第１の誘電体層に存在し、前記第２の接地面および前記第２のセットの回路が、第１の誘電体層に存在し、前記第１の接地面および前記第１のセットの回路に隣接しかつ物理的に分離されている、請求項５に記載の回路。

【請求項7】

前記第１の接地面および前記第１のセットの回路が、基板の上にある第１の誘電体層に存在し、前記第２の接地面および前記第２のセットの回路が、第１の誘電体層に存在し、前記第１の接地面および前記第１のセットの回路に隣接しかつ物理的に分離されている、請求項３に記載の回路。

【請求項8】

前記第１の熱伝導性ビアが、前記第１の接地面を前記第１のサーマルシンク層にそれぞれ結合する複数の第１の熱伝導性ビアのうちの１つであり、前記第２の熱伝導性ビアが、前記第２の接地面を前記第２のサーマルシンク層にそれぞれ結合する複数の第２の熱伝導性ビアのうちの１つである、請求項１に記載の回路。

【請求項9】

モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）であって、
第１の動作温度要件を有する第１のセットの超伝導回路に関連する第１の導電性接地面と、
前記第１の動作温度要件よりも高い第２の動作温度要件を有する第２のセットの超伝導回路に関連する第２の導電性接地面と、
前記第１の導電性接地面および前記第２の導電性接地面の上または下の一方に配置された第１のサーマルシンク層と、
前記第１の導電性接地面および前記第２の導電性接地面の上または下の他方に配置された第２のサーマルシンク層と、
基板を介して前記第１の導電性接地面を前記第１のサーマルシンク層にそれぞれ結合する第１のセットの熱伝導性ビアと、
前記第２の導電性接地面を第２のサーマルシンク層にそれぞれ結合する第２のセットの熱伝導性ビアと、
を備える、回路。

【請求項10】

前記第１のサーマルシンク層、前記第２のサーマルシンク層、前記第１のセットの熱伝導性ビア、および前記第２のセットの熱伝導性ビアが銅で形成されている、請求項９に記載の回路。

【請求項11】

前記第１の導電性接地面がアルミニウムから形成されており、前記第２の導電性接地面がニオブで形成されている、請求項９に記載の回路。

【請求項12】

前記第１の導電性接地面および前記第１のセットの超伝導回路が、前記基板の上にある第１の誘電体層に存在し、前記第２の導電性接地面および前記第２のセットの超伝導回路が、前記基板の上、かつ前記第１の誘電体層の上および下の一方にある第２の誘電体層に存在する、請求項９に記載の回路。

【請求項13】

前記第１の導電性接地面および前記第１のセットの超伝導回路が、前記基板の上にある第１の誘電体層に存在し、前記第２の導電性接地面および前記第２のセットの超伝導回路が、前記第１の導電性接地面および前記第１のセットの超伝導回路に隣接しかつ物理的に分離されている第１の誘電体層に存在する、請求項９に記載の回路。

【請求項14】

前記第１の導電性接地面および前記第２の導電性接地面ならびにそれぞれの第１のセットの超伝導回路および第２のセットの超伝導回路が、異なる誘電体層に存在する、請求項９に記載の回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願
本出願は、２０１８年１２月２０日に出願された米国特許出願第１６／２２７９６５号の優先権を主張し、その全体が本明細書に援用される。

【0002】

政府の権益
本発明は、政府契約番号３００７８１２８の下で行われた。したがって、米国政府は、この契約に明記された通りに本発明に対する権利を保有する。

【0003】

本発明は、一般に、集積回路、より具体的には、複数のサーマルシンクを備えた超伝導デバイスに関する。

【背景技術】

【0004】

極低温で動作するモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）チップには、超伝導回路から基板に向かって熱を除去することによって熱的に管理する必要がある超伝導回路がある。極低温条件下では、熱負荷、冷却リソース、温度、および回路の複雑さは互いに強く結びついている。ＭＭＩＣ上のデバイスの一部は、高温で動作できる他の構成要素よりも低温に維持する必要がある。これには、ＭＭＩＣ全体をより低い温度に保つ必要がある。１単位の電力を極低温から室温に持ち上げる方が、同じ電力をより高い温度から室温に持ち上げる場合よりも、はるかに非効率的である。極低温チップがますます複雑になるにつれて、より多くの数のおよびより多くのバリエーションのデバイスがＭＭＩＣに投入されている。これらのデバイスはそれぞれ、異なる動作温度要件を有する可能性がある。

【0005】

典型的な極低温ＭＭＩＣは、導電性材料と誘電体の交互の層で覆われたシリコン基板で構成されている。ＭＭＩＣには複数のデバイスタイプが存在し得る。例として、ＭＭＩＣには、３つの異なる動作温度で実行する必要がある３つの異なるデバイスタイプがあり得る。例えば、第１のデバイスは５００ミリケルビン（ｍＫ）未満で動作する必要があり得、第２のデバイスは１ケルビン（Ｋ）未満で動作する必要があり得、第３のデバイスは４ Ｋ未満で動作する必要があり得る。単一の接地面では、メッシュ層全体がほぼ均一な温度になる。これは、熱をＸおよびＹ方向に横方向に輸送（拡散）する導電性材料の能力によるものである。したがって、すべてのデバイスがこの接地面に接続されている場合、すべてを最も厳しい動作要件、例えば、５００ ｍＫに維持する必要がある。これは、第３のデバイスを４ Ｋに維持するだけで、代わりに０．５ Ｋ（８倍低い温度）に維持する必要があるため、ＭＭＩＣのこのセクターを管理するには８倍以上の冷却リソースが必要である。

【発明の概要】

【0006】

一例では、第１のサーマルシンク層、第１の動作温度要件を有する第１のセットの回路に関連する第１の接地面、および第１の接地面を第１のサーマルシンク層に結合する第１の熱伝導性ビアを備える集積回路が提供される。集積回路はまた、第２のサーマルシンク層、第１の動作温度要件よりも高い第２の動作温度要件を有する第２のセットの回路に関連する第２の接地面、および第２の接地面を第２のサーマルシンク層に結合する第２の熱伝導性ビアを備える。第１のサーマルシンク層は、第１のセットの回路を第１の動作温度要件に維持するために第１の温度で冷却され、第２のサーマルシンク層は、第２のセットの回路を第２の動作温度要件に維持するために第２の温度で冷却される。

【0007】

別の例では、第１の動作温度要件を有する第１のセットの超伝導回路に関連する第１の導電性接地面と、第１の動作温度要件よりも高い第２の動作温度要件を有する第２のセットの超伝導回路に関連する第２の導電性接地面と、第１および第２の導電性接地面の上または下の一方に配置された第１のサーマルシンク層と、第１および第２の導電性接地面の上または下の他方に配置された第２のサーマルシンク層と、を備える、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）が提供される。ＭＭＩＣはさらに、それぞれが基板を介して第１の導電性接地面を第１のサーマルシンク層に結合する第１のセットの熱伝導性ビアと、それぞれが第２の接地面を第２のサーマルシンク層に結合する第２のセットの熱伝導性ビアと、を備える。

【0008】

さらに別の例では、複数のサーマルシンク層を備える集積回路であって、各サーマルシンク層が他のサーマルシンク層と互いに熱的に隔離されており、複数の接地面の各々が、他とは異なる動作温度要件を各々有する回路のそれぞれのセットに関連付けられている、集積回路が提供される。複数の接地面の各々は、それぞれのサーマルビアによってそれぞれのサーマルシンク層に結合され、各サーマルシンク層は、それぞれの動作温度要件でその結合された接地面を維持するために、それぞれの温度で冷却される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】集積回路例の一部の断面図を示す。

【図2】別の集積回路例の一部の断面図を示す。

【図3】図２の線Ａ－Ａに沿った集積回路の一部の断面図を示す。

【図4】図２の線Ｂ－Ｂに沿った集積回路の一部の断面図を示す。

【図5】さらに別の集積回路例の一部の断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示は、異なる動作温度要件で動作する回路のセットのための別個の専用接地面を含む集積回路（例えば、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ））を説明する。それぞれの個別の接地面は、１つまたは複数の関連するサーマルビア（接点）によってそれぞれのサーマルシンク層に結合される。各サーマルシンク層は、冷却温度ゾーンで適切に所定の温度で冷却することができ、それぞれの別個の接地面からの適切なヒートシンクを可能にして、回路のそれぞれのセットをそれらの所望の動作温度要件に維持する。このようにして、動作要件を維持するために各サーマルシンク層を最低温度に保持する必要はなく、デバイス全体を冷却するために必要な電力が削減されるように、それぞれの動作温度要件のみを保持する必要がある。

【0011】

特定の例は、異なる動作温度要件を有する導電性接地面および関連する超伝導回路に関して示される。しかしながら、他の例は、導電性接地面および関連する超伝導回路ならびに非超伝導性接地面および関連する回路の混合物、または異なる動作温度要件を有する非超伝導性回路および関連する回路の混合物を含み得る。

【0012】

図１は、集積回路１０の一部の一例の断面図を示す。集積回路１０の一部は、基板１４の上にある第１の誘電体層１６、第１の誘電体層１６の上にある第２の誘電体層１８、および第２の誘電体層１８の上にある第３の誘電体層２０を含む。基板１４は、シリコン、ガラスまたは他の基板材料で形成することができる。第１のサーマルシンク層１２は、基板１４の底部に存在し、第２のサーマルシンク層３４は、集積回路１０の上面に存在する。第１の誘電体層１６は、基板と集積回路１０のアクティブ回路との間にバッファ層を提供する。第１の導電性接地面２２および第１のセットの超伝導回路２４は、第２の誘電体層１８に配置され、第２の導電性接地面２８および第２のセットの回路３０は、第３の誘電体層２０に存在する。第１の導電性接地面２２および第１のセットの超伝導回路２４は、第１の動作温度要件を有し、第２の導電性接地面２８および第２のセットの超伝導回路３０は、第２の動作温度要件を有する。

【0013】

第１の動作温度要件は、第２の動作温度要件とは異なり、第２の動作温度要件よりも低く、これにより、第２の動作温度要件は、第１の動作温度要件よりも高くなる。動作温度要件という用語は、接地面の回路材料および回路のセットがそれらの特性を維持するための温度以下で動作する必要がある動作温度を指す。例えば、第１の導電性接地面および第１のセットの超伝導回路は、適切な動作のために動作温度を５００ミリケルビン以下に維持する必要があるアルミニウムの利用を含み得、一方、第２の導電性接地面および第２のセットの回路は、適切な動作のために動作温度を４．２ケルビン以下に維持する必要があるニオブの利用を含み得る。つまり、動作温度要件が低い回路のセットは、動作温度要件が高い回路のセットよりも、消費電力１ワットあたりより多くの冷却リソースを必要とする。

【0014】

第１のサーマルビア２６は、第１の導電性接地面２２を第１のサーマルシンク層１２に接続し、第２のサーマルビア３２は、第２の導電性接地面２８を第２のサーマルシンク層３４に接続する。第１のサーマルシンク層１２および第２のサーマルシンク層３４は両方とも熱伝導性材料で形成されている。熱伝導性材料は、熱を容易に伝達するような比較的優れた熱伝導体である材料である。超伝導材料は、優れた導電性材料であるが、熱伝導性の低い材料である（超伝導ではない通常の金属と比較して）。したがって、第１のサーマルシンク層１２も第２のサーマルシンク層３４も、超導電性材料で形成されていない。さらに、第１のサーマルビア２６および第２のサーマルビア３２は、熱伝導性材料で形成することができる。これは、導電性接地層からそれぞれのサーマルシンク層に熱を伝導するのに比較的優れた材料である。第１のサーマルシンク層１２は、第１の外部冷却ソースによって第１の冷却温度ゾーンで冷却されて、第１のサーマルシンク層１２を第１の温度以下に保持することができ、第２のサーマルシンク層３４は、第２の外部冷却ソースによって第２の冷却温度ゾーンで冷却されて、第２のサーマルシンク層３４を第１の温度よりも高い第２の温度以下に保持することができる。第１の外部ソースと第２の外部ソースは、異なる冷却デバイス、または同じ冷却デバイスの異なるステージからのものにすることができる。一例では、第１のサーマルシンク層１２、第２のサーマルシンク層３４、第１のサーマルビア２６および第２のサーマルビア３２はすべて銅で形成されている。熱伝導性材料の代替例には、金、銀、タングステン、モリブデン、イリジウム、およびロジウムが含まれる。

【0015】

誘電体層１８は、層２８のフォノンと層２２および２４のフォノンとの間の結合を防ぐのに十分な厚さでなければならない。これらの層を切り離すための最小の厚さは、層２４の回路におけるより低い動作温度での誘電体１８の支配的なフォノン波長によって設定される。これらの層間の直接結合を防ぐために、誘電体層１８は４フォノン波長よりも厚くする必要がある。例えば、二酸化ケイ素では、５００ｍＫでの支配的なフォノン波長は２１ナノメートルであるため、二酸化ケイ素で作られた誘電体層１８は、少なくとも８４ナノメートルの厚さでなければならない。誘電体層１８が厚い場合、金属と誘電体との間の熱境界抵抗は、金属層間の熱流を最小限に抑えるであろう。金属のフォノンは誘電体のフォノンとうまく適合しない。この音響境界抵抗は、層２８から層１８へ、および層１８から層２２および２４への熱流に対する有効なバリアである。十分に厚い誘電体層１８は、エバネッセント金属層フォノン波間の結合を排除し、フォノンが誘電体バリアを横切ってホッピングするのを防ぐ。

【0016】

したがって、第１の導電性接地面２２および第１のセットの超伝導回路２４の温度は、異なる冷却ソースによって異なる冷却温度ゾーンで異なる温度に保持された異なるサーマルシンク層を使用することによって、第２の導電性接地面２８および第２のセットの超伝導回路３０よりも低い温度に維持することができる。第１のサーマルシンク層１２は、第１の動作温度要件以下になり得る温度に冷却されて、第１の導電性接地面２２および第１のセットの超伝導回路２４を第１の動作温度要件に維持することができ、第２のサーマルシンク層１２は、第２の動作温度要件以下になり得る温度に冷却されて、第２の導電性接地面２８および第２のセットの超伝導回路３０を第２の動作温度要件に維持することができる。

【0017】

図１は、単一の第１のサーマルビア２６および単一の第２のサーマルビア３２を示しているが、第１の導電性接地面２２および第１のセットの超伝導回路２４の温度を第１の動作温度要件以下に、また第２の導電性接地面２８および第２のセットの超伝導回路３０を第２の動作温度要件以下に維持するために、より多くの数の第１のサーマルビアおよび第２のサーマルビアがあり得る。

【0018】

図２は、別の例示的な集積回路４０の一部の断面図を示す。集積回路４０の一部は、基板４４の上にある第１の誘電体層４６、第１の誘電体層４６の上にある第２の誘電体層４８、および第２の誘電体層４８の上にある第３の誘電体層５０を含む。基板４４は、シリコン、ガラスまたは他の基板材料で形成することができる。第１のサーマルシンク層４２は、基板４４の底部に存在し、第２のサーマルシンク層６４は、集積回路４０の上面に存在する。第１の誘電体層４６は、基板４４と集積回路４０のアクティブ回路との間にバッファ層を提供する。第１の導電性接地面５２および第１のセットの超伝導回路５４は、第２の誘電体層４８に配置され、第２の導電性接地面５６および第２のセットの回路５８は、第１の導電性接地面５２および第１のセットの超伝導回路５４と隣接する関係で第２の誘電体層４８に配置される。第１の導電性接地面５２および第１のセットの超伝導回路５４は、第１の動作温度要件を有し、第２の導電性接地面５６および第２のセットの超伝導回路５８は、第２の動作温度要件を有する。

【0019】

この例では、第１の動作温度要件は、第２の動作温度要件とは異なり、第２の動作温度要件よりも低く、その結果、第２の動作温度要件は、図１の例と同様に第１の動作温度要件よりも高い。第１の導電性接地面５２および第１のセットの超伝導回路５４は、適切な動作のために動作温度を５００ミリケルビン以下に維持する必要があるアルミニウムの利用を含み得、一方、第２の超伝導接地面５６および第２のセットの超電導回路５８は、適切な動作のために動作温度を４ケルビン以下に維持する必要があるニオブの利用を含み得る。

【0020】

第１のセットのサーマルビア６２は、第１の導電性接地面５２を第１のサーマルシンク層４２に接続し、第２のセットのサーマルビア６０は、第２の導電性接地面５６を第２のサーマルシンク層６４に接続する。第１のサーマルシンク層４２および第２のサーマルシンク層６４は、熱伝導性材料で形成されている。さらに、第１のセットのサーマルビア６２および第２のセットのサーマルビア６０は、熱伝導性材料で形成することができる。一例では、第１のサーマルシンク層４２、第２のサーマルシンク層６４、第１のセットのサーマルビア６２、および第２のセットのサーマルビア６０はすべて銅で形成されている。

【0021】

第１のサーマルシンク層４２は、第１の外部冷却ソースによって第１の冷却温度ゾーンで冷却されて、第１のサーマルシンク層４２を第１の温度以下に保持することができ、第２のサーマルシンク層６４は、第２の外部冷却ソースによって第２の冷却温度ゾーンで冷却されて、第２のサーマルシンク層６４を第１の温度よりも高い第２の温度以下に保持することができる。また、第１の外部ソースおよび第２の外部ソースは、異なる冷却デバイス、または同じ冷却デバイスの異なるステージからのものであり得る。

【0022】

図３は、線Ａ－Ａに沿った集積回路４０の一部の断面図を示す。図４は、線Ｂ－Ｂに沿った集積回路４０の一部の断面図を示す。図３～４に示されるように、第１のセットのサーマルビア６２に関連する熱伝導性材料の断面は、第２のセットのサーマルビア６０に関連する熱伝導性材料の断面と同じである。しかしながら、所望の設計および冷却要件に基づいて、第１および第２のセットのサーマルビアのいずれかまたは両方のサーマルビアの数およびサイズを変更して、所望の冷却要件を可能な限り効率的に達成することができる。

【0023】

図１～４の例は、２つの異なる温度冷却ゾーンにさらされた２つの異なるサーマルシンク層を利用して、集積回路全体を最低温度要件にさらすことなく、２つの異なる動作温度要件を有する回路および接地面をそれぞれの所望の温度以下に維持し、したがって、集積回路内のすべての回路の適切な動作を維持するために必要なエネルギーを節約する、集積回路を示す。しかしながら、他の例には、実際の制限に基づいて３つ以上の異なる動作温度要件を有する回路の適切な動作を維持するために、３つ以上の冷却温度ゾーンおよび関連するサーマルシンク層を含めることができる。

【0024】

図５は、集積回路７０のさらに別の例の一部の断面図を示す。集積回路７０の一部は、基板７８の上にある第１の誘電体層８０、第１の誘電体層８０の上にある第２の誘電体層８２、および第２の誘電体層８２の上にある第３の誘電体層８４を含む。基板７８は、シリコン、ガラスまたは他の基板材料で形成することができる。第１のサーマルシンク層７２は、基板７８の底部の第１の側に存在し、第２のサーマルシンク層７６は、例えば、絶縁領域であり得る分離領域７４によって互いに分離された基板７８の底部の第２の側に存在する。第１の導電性接地面８６および第１のセットの回路８８は、第１の誘電体層８０に配置され、第２の導電性接地面９０および第２のセットの回路９２は、第１の導電性接地面８６および第１のセットの回路８８に隣接する関係で第１の誘電体層８０に存在する。第１の導電性接地面８６および第１のセットの回路８８は、第１の動作温度要件を有し、第２の導電性接地面９０および第２のセットの回路９２は、第２の動作温度要件を有する。

【0025】

第３のサーマルシンク層１１０は、集積回路７０の上面の第１の側に存在し、第４のサーマルシンク層１１４は、例えば、絶縁領域であり得る分離領域１１２によって互いに分離された集積回路７０の上面の第２の側に存在する。第３の導電性接地面９８および第３のセットの回路１００は、第２の誘電体層８２に配置され、第４の導電性接地面１０２および第４のセットの回路１０４は、第３の導電性接地面９８および第３のセットの回路１００に隣接する関係で第２の誘電体層８２に存在する。第３の導電性接地面９８および第３のセットの回路１００は、第３の動作温度要件を有し、第４の導電性接地面１０２および第４のセットの回路１０４は、第４の動作温度要件を有する。

【0026】

第１のサーマルビア９４は、第１の導電性接地面８６を第１のサーマルシンク層７２に接続し、第２のサーマルビア９６は、第２の導電性接地面９０を第２のサーマルシンク層７６に接続する。さらに、第３のサーマルビア１０６は、第３の導電性接地面９８を第３のサーマルシンク層１１０に接続し、第４のサーマルビア１０８は、第４の導電性接地面１０２を第４のサーマルシンク層１１４に接続する。各サーマルシンク層は、熱伝導性材料で形成されている。第１のサーマルシンク層７２は、第１の外部冷却ソースによって第１の冷却温度ゾーンで冷却されて、第１のサーマルシンク層７２を第１の温度以下に保持することができ、第２のサーマルシンク層７６は、第２の外部冷却ソースによって第２の冷却温度ゾーンで冷却されて、第２のサーマルシンク層７６を第１の温度よりも高い第２の温度以下に保持することができる。

【0027】

さらに、第３のサーマルシンク層１１０は、第３の外部冷却ソースによって第３の冷却温度ゾーンで冷却されて、第３のサーマルシンク層１１０を第３の温度以下に保持することができ、第４のサーマルシンク層１１４は、第４の外部冷却ソースによって第４の冷却温度ゾーンで冷却されて、第４のサーマルシンク層１１４を第４の温度以下に保持することができる。各サーマルシンク層は、他のサーマルシンク層から熱的に隔離されている。第１の温度、第２の温度、第３の温度および第４の温度はそれぞれ互いに異なる。第１の外部ソース、第２の外部ソース、第３の外部ソースおよび第４の外部ソースは、それぞれ異なる冷却デバイス、または同じ冷却デバイスの異なるステージからのものであり得る。さらに、第１のセットの回路、第２のセットの回路、第３のセットの回路、および第４のセットの回路のそれぞれは、集積回路が１つまたは複数の異なる温度要件で動作する従来の回路と、１つまたは複数の異なる温度要件で動作する超伝導回路の両方を含むことができるように、超伝導回路または非超伝導回路の１つであり得る。

【0028】

上で説明したのは、本発明の例である。もちろん、本発明を説明する目的で構成要素または方法論の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者であれば、本発明の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることが分かるであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲を含む、本出願の範囲内に入るそのようなすべての変更、修正、および変形を包含することが意図されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】