知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションの特許一覧
(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】2023-09-29
(45)【発行日】2023-10-10
(54)【発明の名称】酸化アルミニウム絶縁体を備えた冷却装置
(51)【国際特許分類】
H10N 60/00 20230101AFI20231002BHJP
H10N 15/00 20230101ALI20231002BHJP
H10N 60/80 20230101ALI20231002BHJP
【ＦＩ】
H10N60/00 Z
H10N15/00
H10N60/80
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2022525121
(86)(22)【出願日】2020-10-01
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-01-06
(86)【国際出願番号】 US2020053789
(87)【国際公開番号】W WO2021108032
(87)【国際公開日】2021-06-03
【審査請求日】2022-04-27
(31)【優先権主張番号】16/696,372
(32)【優先日】2019-11-26
(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】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100142907
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 淳
(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】プシビシュ、ジョン エックス．
(72)【発明者】
【氏名】ヤング、ロバート マイルズ
(72)【発明者】
【氏名】エングブレヒト、エドワード アール．
【審査官】上田 智志
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２５９０１８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】COURTOIS, Herve et al.，High-performance electronic cooling with superconducting tunnel junctions，Comptes Rendus Physique，2016年08月20日，Vol. 17，pp. 1139-1145，DOI:10.1016/j.crhy.2016.08.010
【文献】PEKOLA, J. P. et al.，NIS chip refrigeration，Cryogenics，1999年08月，Vol. 39，pp. 653-657
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｎ １５／００、６０／００、６０／８０
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
固体冷却装置であって、第１の常伝導金属パッドと、
前記第１の常伝導金属パッド上に配置されるとともに、ギャップによって互いに分離された第１のアルミニウム層および第２のアルミニウム層と、
前記第１のアルミニウム層上に形成された第１の酸化アルミニウム層、および前記第２のアルミニウム層上に形成された第２の酸化アルミニウム層と、
前記第１の酸化アルミニウム層上に配置された第１の超伝導体パッド、および前記第２の酸化アルミニウム層上に配置された第２の超伝導体パッドと、
前記第１の超伝導体パッドに結合された第１の導電性パッド、および前記第２の超伝導体パッドに結合された第２の導電性パッドと、
を備え、前記第１の導電性パッドと前記第２の導電性パッドとの間にバイアス電圧が印加されることで、前記第１の常伝導金属パッドからホットエレクトロンが除去される、固体冷却装置。
【請求項2】
前記第１の導電性パッドおよび前記第２の導電性パッドの各々は常伝導金属で形成されており準粒子トラップとして機能する、請求項１に記載の固体冷却装置。
【請求項3】
前記第１および第２のアルミニウム層は、前記アルミニウム層が前記第１の常伝導金属パッド上で逆近接を生じる厚さを有しており、前記酸化アルミニウム層は、絶縁体としての機能を発揮する厚さを有している、請求項１に記載の固体冷却装置。
【請求項4】
前記第１の常伝導金属パッドは、第１の基板上もしくは該第１の基板内かまたは前記第１の基板を覆う誘電体層上もしくは該誘電体層内に配置されており、前記第１および第２の導電性パッドは、第２の基板上もしくは該第２の基板内に配置されており、前記第１の導電性パッドは、第１の導電性コンタクトのセットによって前記第１の超伝導体パッドに結合されており、前記第２の導電性パッドは、第２の導電性コンタクトのセットによって前記第２の超伝導体パッドに結合されている、請求項１に記載の固体冷却装置。
【請求項5】
前記第１の導電性コンタクトのセットおよび前記第２の導電性コンタクトのセットがバンプ接合部であり、前記バンプ接合部により前記第１の基板が前記第２の基板に結合されている、請求項４に記載の固体冷却装置。
【請求項6】
第１の基板における前記第１の常伝導金属パッドの側とは反対側に温度センサが配置されている、請求項１に記載の固体冷却装置。
【請求項7】
第２の常伝導金属パッドであって、前記第１の常伝導金属パッドおよび前記第２の常伝導金属パッドは第１の基板上もしくは該第１の基板内かまたは前記第１の基板を覆う誘電体層上もしくは該誘電体層内に配置されるとともにギャップによって互いに分離されている、前記第２の常伝導金属パッドと、前記第２の常伝導金属パッド上に配置されるとともにギャップによって分離された第３のアルミニウム層および第４のアルミニウム層と、
前記第３のアルミニウム層上に形成された第３の酸化アルミニウム層、および前記第４のアルミニウム層上に形成された第４の酸化アルミニウム層と、
前記第３の酸化アルミニウム層上に配置された第３の超伝導体パッド、および前記第４の酸化アルミニウム層上に配置された第４の超伝導体パッドであって、前記第２の導電性パッドの第１の端部が前記第２の超伝導体パッドに結合されており、前記第２の導電性パッドの第２の端部が前記第３の超伝導体パッドに結合されている、前記第３の超伝導体パッドおよび前記第４の超伝導体パッドと、
前記第４の超伝導体パッドに結合された第３の導電性パッドと、
をさらに備える請求項１に記載の固体冷却装置。
【請求項8】
前記第１の導電性パッドに結合された第１の電気ワイヤおよび前記第３の導電性パッドに結合された第２の電気ワイヤをさらに備えており、前記第１の電気ワイヤと前記第２の電気ワイヤとの間に前記バイアス電圧が印加されることで、前記第１の常伝導金属パッドおよび第２の常伝導金属パッドからホットエレクトロンが除去される、請求項７に記載の固体冷却装置。
【請求項9】
複数の冷凍ステージを備える冷凍システムであって、前記複数の冷凍ステージのうちの最終のステージは、冷凍容器と、該冷凍容器に関して配置された複数の固体冷却装置であって請求項１に記載の固体冷却装置とを含む、冷凍システム。
【請求項10】
固体冷却装置を製造する方法であって、第１の基板上もしくは該第１の基板内かまたは前記第１の基板を覆う誘電体層上もしくは該誘電体層内に第１の常伝導金属パッドを形成すること、
前記第１の常伝導金属パッド上にアルミニウム層を形成すること、
前記アルミニウム層に対して酸化処理を行うことで、前記アルミニウム層を覆う酸化アルミニウム層を形成すること、
前記酸化アルミニウム層上に超伝導体層を形成すること、
前記超伝導体層上に、パターニングされたマスクを形成すること、
前記超伝導体層、前記酸化アルミニウム層、および前記アルミニウム層のそれぞれ一部を除去するためのエッチング処理を前記パターニングされたマスクに基づいて行うことにより、第１の常伝導金属－絶縁体－超伝導体（ＮＩＳ）接合部と第２のＮＩＳ接合部とを形成すること、
を備え、前記第１のＮＩＳ接合部は、前記第１の常伝導金属パッド、第１のアルミニウム層、前記第１のアルミニウム層を覆う第１の酸化アルミニウム層、および前記第１の酸化アルミニウム層を覆う第１の超伝導体パッドを含み、前記第２のＮＩＳ接合部は、前記第１の常伝導金属パッド、第２のアルミニウム層、前記第２のアルミニウム層を覆う第２の酸化アルミニウム層、および前記第２の酸化アルミニウム層を覆う第２の超伝導体パッドを含み、前記第１および第２のＮＩＳ接合部はギャップによって互いに分離されている、方法。
【請求項11】
第１の導電性パッドと第２の導電性パッドとを第２の基板上または該第２の基板内に形成すること、前記第１の導電性パッドを前記第１の超伝導体パッドに結合すること、および前記第２の導電性パッドを前記第２の超伝導体パッドに結合すること、
をさらに備え、前記第１の導電性パッドと前記第２の導電性パッドとの間にバイアス電圧が印加されることで前記第１の常伝導金属パッドからホットエレクトロンが除去される、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記第１の超伝導体パッドおよび前記第１の導電性パッドのうちの一方の上に第１の導電性コンタクトのセットを形成すること、前記第２の超伝導体パッドおよび前記第２の導電性パッドのうちの一方の上に第２の導電性コンタクトのセットを形成すること、
前記第１の導電性コンタクトのセットにより前記第１の超伝導体パッドを前記第１の導電性パッドに結合すること、および前記第２の導電性コンタクトのセットにより前記第２の超伝導体パッドを前記第２の導電性パッドに結合すること、
をさらに備え、
前記第１および第２の導電性コンタクトのセットがバンプ接合部であり、前記バンプ接合部により前記第１の基板が前記第２の基板に結合されている、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記第１の基板における前記第１の常伝導金属パッドの側とは反対側の第２の側を薄化すること、および前記第２の側に温度センサを製造することをさらに備える請求項１０に記載の方法。
【請求項14】
前記第１の基板上もしくは該第１の基板内かまたは前記第１の基板を覆う誘電体層上もしくは該誘電体層内に第２の常伝導金属パッドを形成することであって、前記第１の常伝導金属パッド上にアルミニウム層を形成することは、前記第２の常伝導金属パッド上に前記アルミニウム層を形成することをさらに含み、
前記超伝導体層、前記酸化アルミニウム層、および前記アルミニウム層のそれぞれ一部を除去するためのエッチング処理を前記パターニングされたマスクに基づいて行うことは、第３のＮＩＳ接合部と第４のＮＩＳ接合部とを形成することをさらに含み、前記第３のＮＩＳ接合部は、前記第２の常伝導金属パッド、第３のアルミニウム層、前記第３のアルミニウム層を覆う第３の酸化アルミニウム層、および前記第３の酸化アルミニウム層を覆う第３の超伝導体パッドを含み、前記第４のＮＩＳ接合部は、前記第２の常伝導金属パッド、第４のアルミニウム層、前記第４のアルミニウム層を覆う第４の酸化アルミニウム層、および前記第４の酸化アルミニウム層を覆う第４の超伝導体パッドを含み、前記第３のＮＩＳ接合部は、第２のギャップによって前記第２のＮＩＳ接合部と分離されるとともに、第３のギャップによって前記第４のＮＩＳ接合部と分離されている、前記第２の常伝導金属パッドを形成すること、
前記第２の導電性パッドを前記第３の超伝導体パッドに結合することであって、前記第２の導電性パッドの第１の端部が前記第２の超伝導体パッドに結合され、前記第２の導電性パッドの第２の端部が前記第３の超伝導体パッドに結合される、前記第２の導電性パッドを前記第３の超伝導体パッドに結合すること、
第３の導電性パッドを前記第４の超伝導体パッドに結合すること
をさらに備える請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
第１のワイヤを前記第１の導電性パッドに結合すること、および第２のワイヤを前記第３の導電性パッドに結合することをさらに備え、前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとの間にバイアス電圧が印加されることで前記第１の常伝導金属パッドおよび第２の常伝導金属パッドからホットエレクトロンが除去される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、概して冷凍に関し、具体的には、酸化アルミニウム絶縁体を備えた冷却装置に関する。本願は、２０１９年１１月２６日に出願された米国特許出願第１６／６９６，３７２号に基づく優先権を主張するものであり、その全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
バイアス電圧を用いることによる常伝導金属（normal metal）－絶縁体－超伝導体（ＮＩＳ）接合を介した「ホット」エレクトロンのトンネリングによる固体電子冷却は１Ｋ未満で動作することが証明されており、より一般的な室温付近のペルチェ熱電冷凍機のように実質的に動作する。これらのＮＩＳクライオクーラーは、超伝導回路で使用されるジョセフソン接合と同じ材料かつ同じリソグラフィ製造工程で構成されており、ジョセフソン接合のコンポーネントと基本的には完全に互換性がある。これらは、ジョセフソン接合それ自体と共に一体化されて同時に製造され得る。しかしながら、現在、ＮＩＳクーラーの温度スローは非常に限られており、高温側と低温側の最大温度差は約１５０ｍＫである。
【0003】
ＮＩＳクーラーの最大性能に対する主な制限の１つは、装置を流れる大電流から生じる非平衡準粒子が超伝導リード内に存在することである。超伝導体中の低い準粒子緩和速度と熱伝導率は、接合部の近傍でこれらのホットパーティクルを結合して超伝導電極の深刻な過熱をもたらす。超伝導体中の準粒子の蓄積を減らすためのいくつかの方法がある。最も一般的な方法は、準粒子トラップと呼ばれる超伝導体に結合される常伝導金属を使用することにより、準粒子を常伝導金属に移動させて電子－電子および電子－フォノンの相互作用によってエネルギーを緩和することである。この装置は、常伝導金属－絶縁体－超伝導体－常伝導（ＮＩＳＮ）接合と呼ばれる。
【発明の概要】
【0004】
一実施例において、固体冷却装置が開示される。固体冷却装置は、第１の常伝導金属パッドと、前記第１の常伝導金属パッド上に配置されるとともに、ギャップによって互いに分離された第１のアルミニウム層および第２のアルミニウム層と、前記第１のアルミニウム層上に形成された第１の酸化アルミニウム層と、前記第２のアルミニウム層上に形成された第２の酸化アルミニウム層と、前記第１の酸化アルミニウム層上に配置された第１の超伝導体パッドと、前記第２の酸化アルミニウム層上に配置された第２の超伝導体パッドと、を備える。装置はさらに、前記第１の超伝導体パッドに結合された第１の導電性パッドと、前記第２の超伝導体パッドに結合された第２の導電性パッドと、を備え、前記第１の導電性パッドと前記第２の導電性パッドとの間にバイアス電圧が印加されたときに前記第１の常伝導金属パッドからホットエレクトロンが除去される。
【0005】
別の実施例において、固体冷却装置を製造する方法が開示される。方法は、第１の基板上もしくは該第１の基板内かまたは前記第１の基板を覆う誘電体層上もしくは該誘電体層内に第１の常伝導金属パッドを形成すること、前記第１の常伝導金属パッド上にアルミニウム層を形成すること、前記アルミニウム層に対して酸化処理を行うことで、前記アルミニウム層を覆う酸化アルミニウム層を形成すること、前記酸化アルミニウム層上に超伝導体層を形成すること、を備える。方法はさらに、パターニングされたマスクを前記超伝導体層上に形成すること、前記超伝導体層、前記酸化アルミニウム層、および前記アルミニウム層のそれぞれ一部を除去するためのエッチング処理を前記パターニングされたマスクに基づいて行うことにより、第１の常伝導金属－絶縁体－超伝導体（ＮＩＳ）接合部と第２のＮＩＳ接合部とを形成すること、を備え、前記第１のＮＩＳ接合部は、前記第１の常伝導金属パッド、第１のアルミニウム層、前記第１のアルミニウム層を覆う第１の酸化アルミニウム層、および前記第１の酸化アルミニウム層を覆う第１の超伝導体パッドを含み、前記第２のＮＩＳ接合部は、前記第１の常伝導金属パッド、第２のアルミニウム層、前記第２のアルミニウム層を覆う第２の酸化アルミニウム層、および前記第２の酸化アルミニウム層を覆う第２の超伝導体パッドを含み、前記第１および第２のＮＩＳ接合部は、ギャップによって互いに分離されている。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
本開示は、１つまたは複数のＮＩＳ接合部またはＮＩＳＮ接合部を含む固体冷却装置であって、ＮＩＳ装置またはＮＩＳＮ装置の絶縁体が酸化アルミニウム薄膜層から形成されている固体冷却装置に関する。酸化アルミニウム薄膜層は、アルミニウム層の酸化処理中に形成される。一例では、アルミニウム層は常伝導金属として機能する。これは、常伝導金属層上に配置されたときに逆近接するように十分に薄いアルミニウム層を選択することによって発生し得る。常伝導金属は、極低温の操作装置の温度で超伝導を起こさない金属である。冷凍システムは、冷凍容器と、冷凍容器に関して配置された複数のそのような固体冷却装置とを含み得る。固体冷却装置は、複数の冷凍ステージにおける最後の冷凍ステージを形成してミリケルビン温度まで冷却することができる。
【0008】
ＮＩＳ装置内またはＮＩＳＮ装置内における絶縁体は、バンドの相対レベルが２つの材料の界面で変化し得るため、常伝導金属と超伝導体材料との間の制御されるバンドギャップを容易化するものである。また、この絶縁体は、低温の常伝導金属への熱の戻りを妨げることから、超伝導体金属から常伝導金属への熱の戻りを妨げる。アルミニウム層の酸化により形成された酸化アルミニウム薄膜層を利用することで、制御された絶縁体厚さを提供し、これにより、容易に形成される良好な動作性能特性を備えた絶縁体を提供するとともに、絶縁体としてのその機能を保証する。
【0009】
図１は、１つまたは複数のＮＩＳ装置またはＮＩＳＮ装置を使用する固体冷却装置１０の一例の断面図を示している。固体冷却装置１０は、極低温冷却用途で使用される冷凍ステージとして構成され得るものであり、この固体構造は、真空中に存在して超伝導回路を保持する冷凍容器に関して配置される複数の固体冷却装置のうちの１つである。複数の固体構造は、極低温冷凍システムの最終ステージを提供し、低温側の冷凍ステージから熱を除去することによって効率的な冷却を可能にするとともに、複数の冷凍ステージのうちの最後の冷凍ステージの高温側からの熱の戻りを防ぐことができる。固体冷却装置は１つまたは複数のＮＩＳ接合部またはＮＩＳＮ接合部を含み、絶縁体層は酸化アルミニウム層から形成されている。
【0010】
図１に示されるように、固体冷却装置１０は、冷凍ステージの低温側に配置された第１の基板１２と、冷凍ステージの高温側に配置された第２の基板３２とを含む。第１の基板１２は超伝導回路を含む第１のチップであってよく、第２の基板３２は従来型のまたは超伝導回路を含む第２のチップであってよい。あるいは、第１および第２の基板１２，３２は、半導体または絶縁体などの材料の固体ブロックであってよい。第１の常伝導金属パッド１４は第１の基板１２の上面に配置されており、第２の常伝導金属パッド１６は、第２の基板１２の上面に第１の常伝導金属パッド１４に隣接して配置されている。第１の常伝導金属パッド１４は、ギャップ１５によって第２の常伝導金属パッド１６から離間している。第１の常伝導金属パッド１４および第２の常伝導金属パッド１６は誘電体層１３内に配置されているが、誘電体層１３上に配置されてもよいし、基板１２内に配置されてもよいし、または誘電体層１３を備えることなく配置されてもよい。第１の常伝導金属パッド１４および第２の常伝導金属パッド１６は、チタンタングステン合金（ＴｉＷ）または銅（Ｃｕ）などの常伝導金属で形成されている。任意の温度センサ５０は、第１の基板１２の下側に位置し得るとともに酸化ルテニウムで形成され得る。
【0011】
第１のアルミニウム層２６は第１の常伝導金属パッド１４の第１の端部に配置されており、第２のアルミニウム層２７は、ギャップ４９によって互いに分離された第１の常伝導金属パッド１４の第２の端部に配置されている。第３のアルミニウム層３３は第２の常伝導金属パッド１６の第１の端部に配置されており、第４のアルミニウム層３９は、ギャップ５１によって互いに分離された第２の常伝導金属パッド１６の第２の端部に配置されている。第１のアルミニウム層２６は、第１の超伝導体パッド３０でキャップされた第１の酸化アルミニウム層２８を含み、第２のアルミニウム層２７は、第２の超伝導体パッド３１でキャップされた第２の酸化アルミニウム層２９を含み、第３のアルミニウム層３３は、第３の超伝導体パッド３７でキャップされた第３の酸化アルミニウム層３５を含み、第４のアルミニウム層３９は、第４の超伝導体パッド４３でキャップされた第４の酸化アルミニウム層４１を含む。
【0012】
第１、第２、第３、および第４のアルミニウム層２６，２７，３３，３９の各々は、常伝導金属層上に配置されたときに常伝導金属として振る舞うように逆近接するのに十分に薄い厚さ（例えば、約９ナノメートル）を有するように選択されている。したがって、第１、第２、第３、および第４のアルミニウム層２６，２７，３３，３９は、第１および第２の常伝導金属パッド１４，１６と協働して、それぞれのＮＩＳトンネル接合部またはＮＩＳＮトンネル接合部の常伝導金属層を形成する。また、第１、第２、第３、および第４の酸化アルミニウム層２８，２９，３５，４１は、ＮＩＳ接合部またはＮＩＳＮトンネル接合部に絶縁体を提供するのに十分な厚さ（例えば、約９オングストローム）を有するように選択されている。第１の常伝導金属パッド１４、第１のアルミニウム層２６、第１の酸化アルミニウム層２８、および第１の超伝導体パッド３０は、第１のＮＩＳ接合部１８を形成している。第１の常伝導金属パッド１４、第２のアルミニウム層２７、第２の酸化アルミニウム層２９、および第２の超伝導体パッド３１は、第２のＮＩＳ接合部２０を形成している。第２の常伝導金属パッド１６、第３のアルミニウム層３３、第３の酸化アルミニウム層３５、および第３の超伝導体パッド３７は、第３のＮＩＳ接合部２２を形成しており、第２の常伝導金属パッド１６、第４のアルミニウム層３９、第４の酸化アルミニウム層４１、および第４の超伝導体パッド４３は、第４のＮＩＳ接合部２４を形成している。
【0013】
第１、第２、第３、および第４のＮＩＳ接合部１８，２０，２２，２４の各々は、複数の導電性パッド（例えば、金パッド）への複数の導電性コンタクト４０（例えば、金などの常伝導金属）を介して第２の基板３２に結合されている。第１、第２、第３、および第４のＮＩＳ接合部１８，２０，２２，２４は第１の基板１２上にあるものとして示されているが、第１、第２、第３、および第４のＮＩＳ接合部１８，２０，２２，２４またはその一部は第１の基板１２内に埋め込まれてもよい。複数の導電性コンタクト４０は、第１の基板１２と第２の基板３２との機械的接合部として機能するとともに、電流および熱の両方を輸送するように機能する複数のバンプ接合部であり得る。
【0014】
第１の導電性パッド３４は第２の基板３２上に配置されており、第１の導電性コンタクトのセットを介して第１の超伝導体パッド３０に結合されている。第１の導電性パッド３４は、第１のＮＩＳ接合部１８が第１のＮＩＳＮ接合部を形成するための準粒子トラップとして機能し得る。第２の導電性パッド３６は第２の基板３２上に配置されており、第２の導電性コンタクトのセットを介して第２の超伝導体パッド３１に結合された第１の端部を有している。第２の導電性パッド３６の第２の端部は、第３の導電性コンタクトのセットを介して第３の超伝導体パッド３７に結合されている。第３の導電性パッド３８は第２の基板３２上に配置されており、第４の導電性コンタクトのセットを介して第４の超伝導体パッド４３に結合されている。第１の導電性パッド３４の端部には第１の電気ワイヤ４４が結合されており、第３の導電性パッド３８の端部には第２の電気ワイヤ４８が結合されている。第１の導電性パッド３４、第２の導電性パッド３６、および第３の導電性パッド３８は第２の基板３２上に示されているが、他の例では、第１の導電性パッド３４、第２の導電性パッド３６、および第３の導電性パッド３８は第２の基板３２内に配置され得る。
【0015】
動作時、第１の電気ワイヤ４４と第２の電気ワイヤ４８との間にバイアス電圧が印加されることで、電流が矢印Ａの方向に流れる。すなわち、電流は第１の電気ワイヤ４４から第１の導電性パッド３４、第１のＮＩＳＮ接合部１８、第２のＮＩＳＮ接合部２０、第２の導電性パッド３６、第３のＮＩＳＮ接合部２２、第４のＮＩＳＮ接合部２４、第３の導電性パッド３８を介して第２の電気ワイヤ４８に流れる。バイアス電圧は、第１の常伝導金属パッド１４上および第２の常伝導金属パッド１６上のホットエレクトロンおよびホットホールのエネルギーレベルを上昇させ、ここで、フェルミレベルより上のホットエレクトロンおよびフェルミレベルより下のホットホールは導電性パッドに向けて絶縁層を横切って超伝導パッドへとトンネルすることで第１および第２の常伝導金属パッド１４，１６から熱を除去する。これにより、固体冷却装置１０の高温側と低温側との間の温度の低下およびデルタ温度の上昇がもたらされる。冷却は、ホットエレクトロンとホットホールのトンネリングによってもたらされる。この現象は電流経路に沿って交互に起こり、１つの接合部がホットエレクトロンのトンネリングによって冷却された後に続いて、次の接合部がホットホールのトンネリングによって冷却される。
【0016】
装置１０内の常伝導金属は、金、白金などの常伝導金属か、あるいは、チタン、チタンタングステン、クロム、またはそれらの組み合わせなどの超伝導転移温度を超える金属で形成され得る。超伝導金属は、インジウム、ニオブ、アルミニウム、または他のいくつかの超伝導金属などの超伝導体で形成され得る。図１の例では、４つのＮＩＳ装置またはＮＩＳＮ装置が示されているが、２つのＮＩＳ装置またはＮＩＳＮ装置の任意の倍数により、固体冷却器を上記のように動作させることができる。
【0017】
次に、図２～図１３を参照して、図１の固体冷却器の形成に関連した製造について説明する。本実施例は、固体冷却器の第１部分および第２部分が連続して製造されるものとして示されているが、両方の部分を同時に製造することもできるし、あるいは、最初に第２部分を製造して次に第１部分を製造する逆の順序で製造することもできる。
【0018】
図２は、製造の初期段階における固体冷却器の第１部分の断面図を示している。第１の常伝導金属パッド６２および第２の常伝導金属パッド６４は、誘電体層６６（例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２））内に配置されており、第１の基板６０上に集合的に存在する。第１の常伝導金属パッド６２および第２の常伝導金属パッド６４は、チタンタングステン合金（ＴｉＷ）または銅（Ｃｕ）などの常伝導金属で形成されている。第１の常伝導金属パッド６２および第２の常伝導金属パッド６４は、基板６０上への誘電体６６の堆積、パターニングされたフォトレジスト層内における常伝導金属レイアウトのフォトリソグラフィ処理、誘電体層６６内への常伝導金属レイアウトのエッチングによる誘電体層６６内への拡張された開口部の形成およびレジストの剥離、堆積された物理蒸着（physical vapor deposition）チタン（Ｔｉ）／窒化チタン（ＴｉＮ）ライナー上へのタングステン（Ｗ）の化学蒸着（chemical vapor deposition）などの常伝導金属の蒸着、および誘電体層６６とともに常伝導金属を平坦化するべく常伝導金属に対する化学機械研磨（ＣＰＭ）処理によって形成され得る。
【0019】
次に、構造に対する材料堆積が行われて図２の構造上にアルミニウム層６７が形成されることで、図３の構造が提供される。アルミニウムは、標準的なコンタクト材料堆積を使用して堆積することができる。このアルミニウムの堆積に続き、アルミニウム層６７の上面が図３に示されるように酸化処理２００によって酸化される。この酸化処理２００の結果、図４の構造に示されるように、酸化アルミニウムの薄膜層（例えば、９オングストローム）がアルミニウム層６７上に形成されることで、酸化アルミニウム層６８が形成される。次に、超伝導体材料層６９（例えば、ニオブ）が酸化アルミニウム層６８上に堆積されることで、図５の構造が提供される。超伝導体材料層６９は、標準的な接触材料堆積を使用して堆積することができる。
【0020】
次に、フォトレジスト材料層９０が図５の構造上に形成されて超伝導体材料層６９上で開口部９２がパターニングされることで、図６の構造が提供される。次に、エッチング処理２１０が図６の構造に対して行われることで、パターニングされた開口部９２が誘電体層６６、第１の常伝導金属パッド６２、および第２の常伝導金属パッド６４まで延長される。次に、フォトレジスト材料層９０が除去されることで、第１のＮＩＳ接合部８６、第２のＮＩＳ接合部８８、第３のＮＩＳ接合部９０、および第４のＮＩＳ接合部９２を含む図７の構造が提供される。
【0021】
第１のＮＩＳ接合部８６は、第１の常伝導金属パッド６２、第１のアルミニウム層７０、第１の酸化アルミニウム層７１、および第１の超伝導体パッド７９で形成される。第２のＮＩＳ接合部８８は、第１の常伝導金属パッド６２、第２のアルミニウム層７２、第２の酸化アルミニウム層７３、および第２の超伝導体パッド８１で形成される。第３のＮＩＳ接合部９０は、第２の常伝導金属パッド６４、第３のアルミニウム層７４、第３の酸化アルミニウム層７５、および第３の超伝導体パッド８３で形成され、第４のＮＩＳ接合部９２は、第２の常伝導金属パッド６４、第４のアルミニウム層７６、第４の酸化アルミニウム層７７、および第４の超伝導体パッド８５で形成される。
【0022】
第１、第２、第３、および第４のアルミニウム層７０，７２，７４，７６は、常伝導金属層６２，６４と逆近接するのに十分に薄い厚さ（例えば、約９マイクロメートル）を有するように選択される。第１、第２、第３、および第４のアルミニウム層７０，７２，７４，７６は、第１および第２の導電性パッド６２，６４と協働してそれぞれのＮＩＳまたはＮＩＳＮトンネル接合部の常伝導金属層を形成する。第１、第２、第３、および第４の酸化アルミニウム層７１，７３，７５，７７は、ＮＩＳまたはＮＩＳＮトンネル接合部に絶縁体を提供するのに十分な厚さ（例えば、約９オングストローム）を有するように選択されている。
【0023】
次に、第１の基板６０の裏側が研削または化学機械研磨によって薄化される。任意の温度センサ８４は、第１の基板６０の裏側に形成され得る。この温度センサ８４は、図８に示されるように、酸化ルテニウムの層を堆積し、次いで、パターニングされたフォトレジスト材料で覆った後に、酸化ルテニウムの層をエッチングすることで、第１の基板６０の底部側に配置される。
【0024】
図９は、製造の初期段階における固体冷却器の第２部分を示している。第１の導電性パッド１０８、第２の導電性パッド１１０、および第３の導電性パッド１１２は、第２の基板１００上に配置されている。第１の導電性パッド１０８、第２の導電性パッド１１０、および第３の導電性パッド１１２は、フォトレジスト材料を堆積およびパターニングし、金属蒸着処理を行って常伝導金属（例えば、金）および／または超伝導体金属を堆積し、その後（例えば、テープまたは溶媒を使用して）フォトレジストリフトオフ処理を行ってフォトレジストおよび余分な金属を除去することで、残存した金属を第１の導電性パッド１０８、第２の導電性パッド１１０、および第３の導電性パッド１１２の形とすることで、図９の構造に示されるように形成することができる。
【0025】
次に、フォトレジスト材料層１１４が図９の構造上に堆積されて開口部１１５がパターニングされることで、図１０に示されるようにバンプレイアウト（例えば、画像反転レジスト）が提供される。次に、蒸着処理が行われて図１０の構造上に金属（たとえば、金）が蒸着されることで、図１１の構造が提供される。この場合も同様に、リフトオフ処理（例えば、テープまたは溶媒）が行われてフォトレジスト材料層１１６および余分な金属が除去されることで、図１２に示されるように、第１の導電性パッド１０８、第２の導電性パッド１１０、および第３の導電性パッド１１２の表面に形成された複数の導電性コンタクト１１８（例えば、バンプ接合部）が提供される。導電性コンタクト１１８は、超伝導金属および／または常伝導金属から製造され得る。導電性コンタクト１１８は、図１０～図１２に示されるような標準的なリフトオフ処理を使用するのとは対照的に、エッチングおよび堆積によって形成され得る。導電性コンタクトは、図示されている導電性パッド上または超伝導体パッド上のいずれかに形成され得る。
【0026】
次に、第２の基板１００が反転されるとともに第１の基板６０上に配置されて結合されることで、第３の導電性パッド１１２が第１の超伝導体パッド７９に位置合わせされるとともに結合され、第２の導電性パッド１１０の第１の端部が第２の超伝導体パッド８１に位置合わせされるとともに結合され、第２の導電性パッド１１０の第２の端部が第３の超伝導体パッド８３に位置合わせされるとともに結合され、第１の導電性パッド１０８が第４の超伝導体パッド８５に位置合わせされるとともに結合される。その結果、図１３の構造が得られる。
【0027】
図１４は、図１の固体装置１０などの固体装置を使用する冷凍システム２５０のブロック図を示している。冷凍システム２５０は、ステージ＃１～ステージ＃Ｎの複数のステージを含み、ここで、Ｎは、２以上の整数である。各冷凍ステージが前のステージからの追加の温度低下をもたらすことで、Ｎ番目のステージが最終ステージとなって最後の温度低下をもたらすとともに冷凍システム２５０の最低温度を提供する。他の例では、Ｎ番目のステージは最終ステージではなく、最初または中間のステージである。冷凍システム２５０におけるステージ＃Ｎは冷凍容器２６０を含み、この容器には図１に示されるものと同様の複数の固体装置２７０が配置され、それら複数の固体装置２７０は容器２６０内で冷凍システム２５０の最終的な最低温度を提供するように協働する。容器２６０は、真空環境に位置するとともに超伝導回路を収容するように構成され得る。別の例では、他のステージの１つ以上は、ステージ＃Ｎ内のものと同様な固体装置を使用することで冷凍システム２５０全体に段階的な温度降下を提供する。他の例では、冷凍容器２６０は、各固体装置２７０の最終的な常伝導金属層を提供する常伝導金属で形成され得る。
【0028】
説明を簡単にする目的のために、「覆う」という用語（および派生語）は、本開示全体を通じて、選択された方向における２つの隣接する表面の相対位置を示すために使用されている。さらに、本開示全体を通じて使用される「上」および「下」という用語は、選択された方向の対向する表面を示す。また、「上」および「下」という用語は、説明を目的として、選択された方向の相対位置を示す。実際、本開示全体で使用される例では、１つの選択された方向が示されている。しかしながら、上記で説明した例において、選択された方向は任意であり、本開示の範囲内で他の方向（例えば、逆方向、９０度回転など）も可能である。
【0029】
以上の説明は、本主題の開示の例示である。本開示を説明する目的のために構成要素または方法のあらゆる考えられる組み合わせを記載することは勿論不可能であり、当業者は本開示のさらなる多くの組み合わせおよび置換が可能であることを認識し得る。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内に含まれるすべてのそのような代替、変形、および変更を包含することが意図される。また、本開示または請求項が「１つの～」、「第１の～」、または「別の～」という要素を列挙するかまたはそれらの同等物を列挙する場合には、１つまたは２つ以上のそのような要素を含むと解釈されるべきであり、２つ以上のそのような要素を必須とするものでも、２つ以上のそのような要素を除外するものでもない。また、本明細書において使用される「含む」という用語は、含むがそれに限定されないことを意味する。最後に、「～に基づく」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。
本開示に含まれる技術的思想を以下に記載する。
（付記１）
固体冷却装置であって、
第１の常伝導金属パッドと、
前記第１の常伝導金属パッド上に配置されるとともに、ギャップによって互いに分離された第１のアルミニウム層および第２のアルミニウム層と、
前記第１のアルミニウム層上に形成された第１の酸化アルミニウム層、および前記第２のアルミニウム層上に形成された第２の酸化アルミニウム層と、
前記第１の酸化アルミニウム層上に配置された第１の超伝導体パッド、および前記第２の酸化アルミニウム層上に配置された第２の超伝導体パッドと、
前記第１の超伝導体パッドに結合された第１の導電性パッド、および前記第２の超伝導体パッドに結合された第２の導電性パッドと、
を備え、前記第１の導電性パッドと前記第２の導電性パッドとの間にバイアス電圧が印加されることで、前記第１の常伝導金属パッドからホットエレクトロンが除去される、固体冷却装置。
（付記２）
前記第１の導電性パッドおよび前記第２の導電性パッドの各々は常伝導金属で形成されており準粒子トラップとして機能する、付記１に記載の固体冷却装置。
（付記３）
前記第１および第２のアルミニウム層は、前記アルミニウム層が前記第１の常伝導金属パッド上で逆近接を生じる厚さを有しており、前記酸化アルミニウム層は、絶縁体としての機能を発揮する厚さを有している、付記１に記載の固体冷却装置。
（付記４）
前記第１の常伝導金属パッドは、第１の基板上もしくは該第１の基板内かまたは誘電体層上もしくは該誘電体層内に配置されており、前記第１および第２の導電性パッドは、第２の基板上もしくは該第２の基板内に配置されている、付記１に記載の固体冷却装置。
（付記５）
前記第１の導電性パッドは、第１の導電性コンタクトのセットによって前記第１の超伝導体パッドに結合されており、前記第２の導電性パッドは、第２の導電性コンタクトのセットによって前記第２の超伝導体パッドに結合されている、付記４に記載の固体冷却装置。
（付記６）
前記第１の導電性コンタクトのセットおよび前記第２の導電性コンタクトのセットがバンプ接合部であり、前記バンプ接合部により前記第１の基板が前記第２の基板に結合されている、付記１に記載の固体冷却装置。
（付記７）
前記第１の基板における前記第１の常伝導金属パッドの側とは反対側に温度センサが配置されている、付記１に記載の固体冷却装置。
（付記８）
第２の常伝導金属パッドであって、前記第１の常伝導金属パッドおよび前記第２の常伝導金属パッドは第１の基板上もしくは該第１の基板内かまたは誘電体層上もしくは該誘電体層内に配置されるとともにギャップによって互いに分離されている、前記第２の常伝導金属パッドと、
前記第２の常伝導金属パッド上に配置されるとともにギャップによって分離された第３のアルミニウム層および第４のアルミニウム層と、
前記第３のアルミニウム層上に形成された第３の酸化アルミニウム層、および前記第４のアルミニウム層上に形成された第４の酸化アルミニウム層と、
前記第３の酸化アルミニウム層上に配置された第３の超伝導体パッド、および前記第４の酸化アルミニウム層上に配置された第４の超伝導体パッドであって、前記第２の導電性パッドの第１の端部が前記第２の超伝導体パッドに結合されており、前記第２の導電性パッドの第２の端部が前記第３の超伝導体パッドに結合されている、前記第３の超伝導体パッドおよび前記第４の超伝導体パッドと、
前記第４の超伝導体パッドに結合された第３の導電性パッドと、
をさらに備える付記１に記載の固体冷却装置。
（付記９）
前記第１の導電性パッドに結合された第１の電気ワイヤおよび前記第３の導電性パッドに結合された第２の電気ワイヤをさらに備えており、前記第１の電気ワイヤと前記第２の電気ワイヤとの間に前記バイアス電圧が印加されることで、前記第１の常伝導金属パッドおよび第２の常伝導金属パッドからホットエレクトロンが除去される、付記８に記載の固体冷却装置。
（付記１０）
前記第１の常伝導金属パッドは、チタンおよびチタンタングステンのうちの１つから形成される、付記１に記載の固体冷却装置。
（付記１１）
複数の冷凍ステージを備える冷凍システムであって、前記複数の冷凍ステージのうちの最終のステージは、冷凍容器と、該冷凍容器に関して配置された複数の固体冷却装置であって付記１に記載の固体冷却装置とを含む、冷凍システム。
（付記１２）
固体冷却装置を製造する方法であって、
第１の基板上もしくは該第１の基板内かまたは前記第１の基板を覆う誘電体層上もしくは該誘電体層内に第１の常伝導金属パッドを形成すること、
前記第１の常伝導金属パッド上にアルミニウム層を形成すること、
前記アルミニウム層に対して酸化処理を行うことで、前記アルミニウム層を覆う酸化アルミニウム層を形成すること、
前記酸化アルミニウム層上に超伝導体層を形成すること、
前記超伝導体層上に、パターニングされたマスクを形成すること、
前記超伝導体層、前記酸化アルミニウム層、および前記アルミニウム層のそれぞれ一部を除去するためのエッチング処理を前記パターニングされたマスクに基づいて行うことにより、第１の常伝導金属－絶縁体－超伝導体（ＮＩＳ）接合部と第２のＮＩＳ接合部とを形成すること、
を備え、前記第１のＮＩＳ接合部は、前記第１の常伝導金属パッド、第１のアルミニウム層、前記第１のアルミニウム層を覆う第１の酸化アルミニウム層、および前記第１の酸化アルミニウム層を覆う第１の超伝導体パッドを含み、前記第２のＮＩＳ接合部は、前記第１の常伝導金属パッド、第２のアルミニウム層、前記第２のアルミニウム層を覆う第２の酸化アルミニウム層、および前記第２の酸化アルミニウム層を覆う第２の超伝導体パッドを含み、前記第１および第２のＮＩＳ接合部はギャップによって互いに分離されている、方法。
（付記１３）
前記第１の導電性パッドと第２の導電性パッドとを第２の基板上または該第２の基板内に形成することをさらに備える付記１２に記載の方法。
（付記１４）
前記第１の導電性パッドを前記第１の超伝導体パッドに結合すること、および前記第２の導電性パッドを前記第２の超伝導体パッドに結合すること
をさらに備え、前記第１の導電性パッドと前記第２の導電性パッドとの間にバイアス電圧が印加されることで前記第１の常伝導金属パッドからホットエレクトロンが除去される、付記１３に記載の方法。
（付記１５）
前記第１の超伝導体パッドおよび前記第１の導電性パッドのうちの一方の上に第１の導電性コンタクトのセットを形成すること、
前記第２の超伝導パッドおよび前記第２の導電性パッドのうちの一方の上に第２の導電性コンタクトのセットを形成すること、
前記第１の導電性コンタクトのセットにより前記第１の超伝導体パッドを前記第１の導電性パッドに結合すること、および前記第２の導電性コンタクトのセットにより前記第２の超伝導体パッドを前記第２の導電性パッドに結合すること、
をさらに備える付記１４に記載の方法。
（付記１６）
前記第１および第２の導電性コンタクトのセットがバンプ接合部であり、前記バンプ接合部により前記第１の基板が前記第２の基板に結合されている、付記１５に記載の方法。
（付記１７）
前記第１の基板における前記常伝導金属パッドの側とは反対側の第２の側を薄化すること、および前記第２の側に温度センサを製造すること
をさらに備える付記１２に記載の方法。
（付記１８）
前記第１の基板上もしくは該第１の基板内かまたは前記第１の基板を覆う誘電体層上もしくは該誘電体層内に第２の常伝導金属パッドを形成することであって、
前記第１の常伝導金属パッド上にアルミニウム層を形成することは、前記第２の常伝導金属パッド上に前記アルミニウム層を形成することをさらに含み、
前記超伝導体層、前記酸化アルミニウム層、および前記アルミニウム層のそれぞれ一部を除去するためのエッチング処理を前記パターニングされたマスクに基づいて行うことは、第３のＮＩＳ接合部と第４のＮＩＳ接合部とを形成することをさらに含み、前記第３のＮＩＳ接合部は、前記第２の常伝導金属パッド、第３のアルミニウム層、前記第３のアルミニウム層を覆う第３の酸化アルミニウム層、および前記第３の酸化アルミニウム層を覆う第３の超伝導体パッドを含み、前記第４のＮＩＳ接合部は、前記第２の常伝導金属パッド、第４のアルミニウム層、前記第４のアルミニウム層を覆う第４の酸化アルミニウム層、および前記第４の酸化アルミニウム層を覆う第４の超伝導体パッドを含み、前記第３のＮＩＳ接合部は、第２のギャップによって前記第２のＮＩＳ接合部と分離されるとともに、第３のギャップによって前記第４のＮＩＳ接合部と分離されている、前記第２の常伝導金属パッドを形成すること、
前記第２の導電性パッドを前記第３の超伝導体パッドに結合することであって、前記第２の導電性パッドの第１の端部が前記第２の超伝導体パッドに結合され、前記第２の導電性パッドの第２の端部が前記第３の超伝導体パッドに結合される、前記第２の導電性パッドを前記第３の超伝導体パッドに結合すること、
第３の導電性パッドを前記第４の超伝導体パッドに結合すること
をさらに備える付記１２に記載の方法。
（付記１９）
第１のワイヤを前記第１の導電性パッドに結合すること、および第２のワイヤを前記第３の導電性パッドに結合することをさらに備える付記１８に記載の方法。
（付記２０）
前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとの間にバイアス電圧が印加されることで前記第１の常伝導金属パッドおよび第２の常伝導金属パッドからホットエレクトロンが除去される、付記１９に記載の方法。
本開示に含まれる技術的思想を以下に記載する。
（付記１）
固体冷却装置であって、
第１の常伝導金属パッドと、
前記第１の常伝導金属パッド上に配置されるとともに、ギャップによって互いに分離された第１のアルミニウム層および第２のアルミニウム層と、
前記第１のアルミニウム層上に形成された第１の酸化アルミニウム層、および前記第２のアルミニウム層上に形成された第２の酸化アルミニウム層と、
前記第１の酸化アルミニウム層上に配置された第１の超伝導体パッド、および前記第２の酸化アルミニウム層上に配置された第２の超伝導体パッドと、
前記第１の超伝導体パッドに結合された第１の導電性パッド、および前記第２の超伝導体パッドに結合された第２の導電性パッドと、
を備え、前記第１の導電性パッドと前記第２の導電性パッドとの間にバイアス電圧が印加されることで、前記第１の常伝導金属パッドからホットエレクトロンが除去される、固体冷却装置。
（付記２）
前記第１の導電性パッドおよび前記第２の導電性パッドの各々は常伝導金属で形成されており準粒子トラップとして機能する、付記１に記載の固体冷却装置。
（付記３）
前記第１および第２のアルミニウム層は、前記アルミニウム層が前記第１の常伝導金属パッド上で逆近接を生じる厚さを有しており、前記酸化アルミニウム層は、絶縁体としての機能を発揮する厚さを有している、付記１に記載の固体冷却装置。
（付記４）
前記第１の常伝導金属パッドは、第１の基板上もしくは該第１の基板内かまたは誘電体層上もしくは該誘電体層内に配置されており、前記第１および第２の導電性パッドは、第２の基板上もしくは該第２の基板内に配置されている、付記１に記載の固体冷却装置。
（付記５）
前記第１の導電性パッドは、第１の導電性コンタクトのセットによって前記第１の超伝導体パッドに結合されており、前記第２の導電性パッドは、第２の導電性コンタクトのセットによって前記第２の超伝導体パッドに結合されている、付記４に記載の固体冷却装置。
（付記６）
前記第１の導電性コンタクトのセットおよび前記第２の導電性コンタクトのセットがバンプ接合部であり、前記バンプ接合部により前記第１の基板が前記第２の基板に結合されている、付記１に記載の固体冷却装置。
（付記７）
前記第１の基板における前記第１の常伝導金属パッドの側とは反対側に温度センサが配置されている、付記１に記載の固体冷却装置。
（付記８）
第２の常伝導金属パッドであって、前記第１の常伝導金属パッドおよび前記第２の常伝導金属パッドは第１の基板上もしくは該第１の基板内かまたは誘電体層上もしくは該誘電体層内に配置されるとともにギャップによって互いに分離されている、前記第２の常伝導金属パッドと、
前記第２の常伝導金属パッド上に配置されるとともにギャップによって分離された第３のアルミニウム層および第４のアルミニウム層と、
前記第３のアルミニウム層上に形成された第３の酸化アルミニウム層、および前記第４のアルミニウム層上に形成された第４の酸化アルミニウム層と、
前記第３の酸化アルミニウム層上に配置された第３の超伝導体パッド、および前記第４の酸化アルミニウム層上に配置された第４の超伝導体パッドであって、前記第２の導電性パッドの第１の端部が前記第２の超伝導体パッドに結合されており、前記第２の導電性パッドの第２の端部が前記第３の超伝導体パッドに結合されている、前記第３の超伝導体パッドおよび前記第４の超伝導体パッドと、
前記第４の超伝導体パッドに結合された第３の導電性パッドと、
をさらに備える付記１に記載の固体冷却装置。
（付記９）
前記第１の導電性パッドに結合された第１の電気ワイヤおよび前記第３の導電性パッドに結合された第２の電気ワイヤをさらに備えており、前記第１の電気ワイヤと前記第２の電気ワイヤとの間に前記バイアス電圧が印加されることで、前記第１の常伝導金属パッドおよび第２の常伝導金属パッドからホットエレクトロンが除去される、付記８に記載の固体冷却装置。
（付記１０）
前記第１の常伝導金属パッドは、チタンおよびチタンタングステンのうちの１つから形成される、付記１に記載の固体冷却装置。
（付記１１）
複数の冷凍ステージを備える冷凍システムであって、前記複数の冷凍ステージのうちの最終のステージは、冷凍容器と、該冷凍容器に関して配置された複数の固体冷却装置であって付記１に記載の固体冷却装置とを含む、冷凍システム。
（付記１２）
固体冷却装置を製造する方法であって、
第１の基板上もしくは該第１の基板内かまたは前記第１の基板を覆う誘電体層上もしくは該誘電体層内に第１の常伝導金属パッドを形成すること、
前記第１の常伝導金属パッド上にアルミニウム層を形成すること、
前記アルミニウム層に対して酸化処理を行うことで、前記アルミニウム層を覆う酸化アルミニウム層を形成すること、
前記酸化アルミニウム層上に超伝導体層を形成すること、
前記超伝導体層上に、パターニングされたマスクを形成すること、
前記超伝導体層、前記酸化アルミニウム層、および前記アルミニウム層のそれぞれ一部を除去するためのエッチング処理を前記パターニングされたマスクに基づいて行うことにより、第１の常伝導金属－絶縁体－超伝導体（ＮＩＳ）接合部と第２のＮＩＳ接合部とを形成すること、
を備え、前記第１のＮＩＳ接合部は、前記第１の常伝導金属パッド、第１のアルミニウム層、前記第１のアルミニウム層を覆う第１の酸化アルミニウム層、および前記第１の酸化アルミニウム層を覆う第１の超伝導体パッドを含み、前記第２のＮＩＳ接合部は、前記第１の常伝導金属パッド、第２のアルミニウム層、前記第２のアルミニウム層を覆う第２の酸化アルミニウム層、および前記第２の酸化アルミニウム層を覆う第２の超伝導体パッドを含み、前記第１および第２のＮＩＳ接合部はギャップによって互いに分離されている、方法。
（付記１３）
前記第１の導電性パッドと第２の導電性パッドとを第２の基板上または該第２の基板内に形成することをさらに備える付記１２に記載の方法。
（付記１４）
前記第１の導電性パッドを前記第１の超伝導体パッドに結合すること、および前記第２の導電性パッドを前記第２の超伝導体パッドに結合すること
をさらに備え、前記第１の導電性パッドと前記第２の導電性パッドとの間にバイアス電圧が印加されることで前記第１の常伝導金属パッドからホットエレクトロンが除去される、付記１３に記載の方法。
（付記１５）
前記第１の超伝導体パッドおよび前記第１の導電性パッドのうちの一方の上に第１の導電性コンタクトのセットを形成すること、
前記第２の超伝導パッドおよび前記第２の導電性パッドのうちの一方の上に第２の導電性コンタクトのセットを形成すること、
前記第１の導電性コンタクトのセットにより前記第１の超伝導体パッドを前記第１の導電性パッドに結合すること、および前記第２の導電性コンタクトのセットにより前記第２の超伝導体パッドを前記第２の導電性パッドに結合すること、
をさらに備える付記１４に記載の方法。
（付記１６）
前記第１および第２の導電性コンタクトのセットがバンプ接合部であり、前記バンプ接合部により前記第１の基板が前記第２の基板に結合されている、付記１５に記載の方法。
（付記１７）
前記第１の基板における前記常伝導金属パッドの側とは反対側の第２の側を薄化すること、および前記第２の側に温度センサを製造すること
をさらに備える付記１２に記載の方法。
（付記１８）
前記第１の基板上もしくは該第１の基板内かまたは前記第１の基板を覆う誘電体層上もしくは該誘電体層内に第２の常伝導金属パッドを形成することであって、
前記第１の常伝導金属パッド上にアルミニウム層を形成することは、前記第２の常伝導金属パッド上に前記アルミニウム層を形成することをさらに含み、
前記超伝導体層、前記酸化アルミニウム層、および前記アルミニウム層のそれぞれ一部を除去するためのエッチング処理を前記パターニングされたマスクに基づいて行うことは、第３のＮＩＳ接合部と第４のＮＩＳ接合部とを形成することをさらに含み、前記第３のＮＩＳ接合部は、前記第２の常伝導金属パッド、第３のアルミニウム層、前記第３のアルミニウム層を覆う第３の酸化アルミニウム層、および前記第３の酸化アルミニウム層を覆う第３の超伝導体パッドを含み、前記第４のＮＩＳ接合部は、前記第２の常伝導金属パッド、第４のアルミニウム層、前記第４のアルミニウム層を覆う第４の酸化アルミニウム層、および前記第４の酸化アルミニウム層を覆う第４の超伝導体パッドを含み、前記第３のＮＩＳ接合部は、第２のギャップによって前記第２のＮＩＳ接合部と分離されるとともに、第３のギャップによって前記第４のＮＩＳ接合部と分離されている、前記第２の常伝導金属パッドを形成すること、
前記第２の導電性パッドを前記第３の超伝導体パッドに結合することであって、前記第２の導電性パッドの第１の端部が前記第２の超伝導体パッドに結合され、前記第２の導電性パッドの第２の端部が前記第３の超伝導体パッドに結合される、前記第２の導電性パッドを前記第３の超伝導体パッドに結合すること、
第３の導電性パッドを前記第４の超伝導体パッドに結合すること
をさらに備える付記１２に記載の方法。
（付記１９）
第１のワイヤを前記第１の導電性パッドに結合すること、および第２のワイヤを前記第３の導電性パッドに結合することをさらに備える付記１８に記載の方法。
（付記２０）
前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとの間にバイアス電圧が印加されることで前記第１の常伝導金属パッドおよび第２の常伝導金属パッドからホットエレクトロンが除去される、付記１９に記載の方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
