▶ 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】2024-01-15
(45)【発行日】2024-01-23
(54)【発明の名称】超伝導体シャントを備えた冷却装置
(51)【国際特許分類】
H10N 60/10 20230101AFI20240116BHJP
H10N 10/01 20230101ALI20240116BHJP
H10N 10/17 20230101ALI20240116BHJP
【ＦＩ】
H10N60/10 Z
H10N10/01
H10N10/17
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2022534834
(86)(22)【出願日】2020-11-22
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-02-14
(86)【国際出願番号】 US2020061700
(87)【国際公開番号】W WO2021145957
(87)【国際公開日】2021-07-22
【審査請求日】2022-06-08
(31)【優先権主張番号】16/741,341
(32)【優先日】2020-01-13
(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】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 エム．
(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】エングブレヒト、エドワード アール．
(72)【発明者】
【氏名】リリー、モニカ ピー．
【審査官】岩本 勉
(56)【参考文献】
【文献】米国特許第０８３０１２１４（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】COURTOIS, Herve et al.，“High-performance electronic cooling with superconducting tunnel junctions”，Comptes Rendus Physique，2016年12月，Vol. 17, No. 10，p.1139-1145，DOI: 10.1016/j.crhy.2016.08.010
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｎ ６０／１０
Ｈ１０Ｎ １０／１７
Ｈ１０Ｎ １０／０１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
固体冷却装置であって、第１の超伝導体シャントと、
前記第１の超伝導体シャント上に配置された第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間隙によって互いに分離された第１の絶縁体層および第２の絶縁体層と、
前記第１の絶縁体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の絶縁体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により前記第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、前記第１の超伝導体シャントが前記固体冷却装置全体における電流分布を均一化する、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の導電性パッド上に配置された第２の超伝導体シャントと、前記第２の導電性パッド上に配置された第３の超伝導体シャントとをさらに備え、前記第２の超伝導体シャントと前記第３の超伝導体シャントとの間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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、前記第２の超伝導体シャントが前記第１の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第３の超伝導体シャントが前記第２の導電性パッドにおける電流分布を均一化する、請求項１に記載の固体冷却装置。
【請求項4】
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おり、前記第２の超伝導体シャントが前記第１の導電性コンタクトのセットにおける電流分布を均一化し、前記第３の超伝導体シャントが前記第２の導電性コンタクトのセットにおける電流分布を均一化する、請求項３に記載の固体冷却装置。
【請求項5】
前記第１の超伝導体シャントが第１の基板上または該第１の基板内に配置されており、前記第２の超伝導体シャントおよび前記第３の超伝導体シャントが第２の基板上または該第２の基板内に配置されている、請求項４に記載の固体冷却装置。
【請求項6】
前記第１の基板における前記第１の超伝導体シャントの側とは反対側に温度センサが配置されている、請求項５に記載の固体冷却装置。
【請求項7】
第２の超伝導体シャントであって、前記第１の超伝導体シャントおよび前記第２の超伝導体シャントが第１の基板上または該第１の基板内に配置されるとともに間隙によって互いに分離されている、前記第２の超伝導体シャントと、前記第２の超伝導体シャント上に配置された第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間隙によって分離された第３の絶縁体層および第４の絶縁体層と、
前記第３の絶縁体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の絶縁体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】
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、請求項１に記載の固体冷却装置であって前記冷凍容器に関して配置された複数の固体冷却装置とを含む、冷凍システム。
【請求項9】
固体冷却装置を製造する方法であって、第１の基板上または該第１の基板内に第１の超伝導体シャントを形成すること、
前記第１の超伝導体シャント上に第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絶縁体層を形成すること、
前記絶縁体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ンマスクを形成すること、
エッチング処理を実行して前記パターンマスクに基づいて前記超伝導体層の一部と前記絶縁体層の一部とを除去することにより、前記第１の常伝導金属パッドと、前記第１の常伝導金属パッドを覆う第１の絶縁体層と、前記第１の絶縁体層を覆う第１の超伝導体パッドとを含む第１の常伝導金属－絶縁体－超伝導体（ＮＩＳ）接合部と、前記第１の常伝導金属パッドと、前記第１の常伝導金属パッドを覆う第２の絶縁体層と、前記第２の絶縁体層を覆う第２の超伝導体パッドとを含む第２のＮＩＳ接合部とを形成することを含み、前記第１のＮＩＳ接合部と前記第２のＮＩＳ接合部とが間隙によって互いに分離されている、方法。
【請求項10】
前記第１の超伝導体パッドに第１の導電性パッドを結合すること、前記第２の超伝導体パッドに第２の導電性パッドを結合すること、
をさらに備える請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記第１の導電性パッド上に配置される第２の超伝導体シャントを形成すること、前記第２の導電性パッド上に配置される第３の超伝導体シャントを形成すること、をさらに備え、前記第２の超伝導体シャントと前記第３の超伝導体シャントとの間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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、前記第２の超伝導体シャントが前記第１の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第３の超伝導体シャントが前記第２の導電性パッドにおける電流分布を均一化する、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とともに、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、
をさらに備える請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
第２の超伝導体シャントを形成することであって、前記第１の超伝導体シャントおよび前記第２の超伝導体シャントが前記第１の基板上または該第１の基板内に配置されるとともに間隙によって互いに分離される、前記第２の超伝導体シャントを形成すること、前記第２の超伝導体シャント上に配置される第２の常伝導金属パッドを形成することであって、前記エッチング処理により、前記第２の常伝導金属パッド上に配置されかつ間隙によって分離される第３の絶縁体層および第４の絶縁体層が形成されるとともに前記第３の絶縁体層を覆う第３の超伝導体パッドと前記第４の絶縁体層を覆う第４の超伝導体パッドとが形成される、前記第２の超伝導体シャント上に配置される第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るとともに前記第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１０に記載の方法。
【請求項14】
前記第１の導電性パッド上に配置される第３の超伝導体シャントを形成すること、前記第２の導電性パッド上に配置される第４の超伝導体シャントを形成すること、
前記第３の導電性パッド上に配置される第５の超伝導体シャントを形成すること、
をさらに備え、
前記第３の超伝導体シャントと前記第５の超伝導体シャントとの間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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からホットエレクトロンが除去され、前記第３の超伝導体シャントが前記第１の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第４の超伝導体シャントが前記第２の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第５の超伝導体シャントが前記第３の導電性パッドにおける電流分布を均一化する、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記第３の超伝導体シャントの端部に結合される第１の端子を形成すること、前記第５の超伝導体シャントの端部に結合される第２の端子を形成すること、をさらに備え、前記第１の端子と前記第２の端子との間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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、超伝導体シャントを備えた冷却装置に関する。本願は、２０２０年１月１３日に出願された米国特許出願第１６／７４１，３４１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クライオ冷却器は、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構成要素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冷却器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冷却器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、第１の超伝導体シャントと、前記第１の超伝導体シャント上に配置された第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間隙によって互いに分離された第１の絶縁体層および第２の絶縁体層とを含む固体冷却装置が提供される。前記固体冷却装置はさらに、前記第１の絶縁体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の絶縁体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る。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により前記第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、前記第１の超伝導体シャントが前記固体冷却装置全体における電流分布を均一化する。
【0005】
別の実施例において、固体冷却装置を製造する方法が提供される。この方法は、第１の基板上または該第１の基板内に第１の超伝導体シャントを形成すること、前記第１の超伝導体シャント上に第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絶縁体層を形成すること、および前記絶縁体層上に超伝導体層を形成することを含む。前記方法はさらに、前記超伝導体層上にパターンマスクを形成すること、エッチング処理を実行して前記パターンマスクに基づいて前記超伝導体層の一部と前記絶縁体層の一部とを除去することにより、前記第１の常伝導金属パッド、前記第１の常伝導金属パッドを覆う第１の絶縁体層、および前記第１の絶縁体層を覆う第１の超伝導体パッドを含む第１の常伝導金属－絶縁体－超伝導体（ＮＩＳ）接合部と、前記第１の常伝導金属パッド、前記第１の常伝導金属パッドを覆う第２の絶縁体層、および前記第２の絶縁体層を覆う第２の超伝導体パッドを含む第２のＮＩＳ接合部と、を形成することを含み、前記第１のＮＩＳ接合部と前記第２のＮＩＳ接合部とは間隙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、複数のＮＩＳまたはＮＩＳＮ接合部を含む固体冷却装置であって、それら接合部を形成するＮＩＳ装置の常伝導層（Ｎ）の表面上またはＮＩＳＮ装置の両方の常伝導層の表面上に超伝導体シャント（shunt）層が配置された固体冷却装置に関する。超伝導体シャント層は、より低い抵抗経路を提供することによって常伝導金属層からの電流を短絡する。常伝導金属に流れる電流が代わりに超伝導体シャント層を流れることで、常伝導金属層に関連するオーム損失が排除される。したがって、超伝導体は常伝導金属におけるＩ２×Ｒ損失を防ぐように作用してＮＩＳ冷却器の全体的な効率を向上させる。
【0008】
接合部は特定のＡ／ｃｍ２で動作するように設計されているため、接合部全体における電流分布は重要である。接合部を流れる電流がより小さな領域に集中する場合、局所的なＡ／ｃｍ２が設計よりも高くなり、その結果、接合部は正常に駆動されると熱を発生し始める。また、バンプ接合部全体における電流分布も懸念される。これは、バンプ接合部が特定の電流に合わせたサイズであり、電流が増加するとバンプ接合部も熱を発生し始めるためである。したがって、ＮＩＳ接合部の常伝導層またはＮＩＳＮ接合部の両方の常伝導層に超伝導体シャントを設けることで、バンプ接合部の不均一な電流分布を防ぎつつ、接合部を流れるときに電流が局所的に集中することを防ぐ。超伝導体シャントは、ＮＩＳ接合部およびバンプ接合部の全体における均一な電流密度を促進し、ＮＩＳ接合部における不均一な電流の流れによる発熱を軽減する。
【0009】
いくつかの実装において、ＮＩＳまたはＮＩＳＮ接合部は、常伝導金属に銅を使用して形成される。ＮＩＳまたはＮＩＳＮの製造が現在の半導体製造プロセスとの互換性を有するには、接合部が形成される前に常伝導金属が堆積される必要がある。したがって、超伝導体製造プロセスとの互換性を有する常伝導金属が使用される必要がある。これらの互換性のある常伝導金属は非常に高い抵抗を有するため、ＮＩＳまたはＮＩＳＮ冷却器におけるトンネル接合部下の常伝導金属層で大きなＩ２×Ｒ損失が発生する。超伝導体シャント層は、ＮＩＳまたはＮＩＳＮ接合の常伝導金属層を流れる電流のための低抵抗の経路を提供してＩ２×Ｒ損失を低減することで、電流密度の均一化を図る。
【0010】
一例において、ＮＩＳまたはＮＩＳＮ接合部は各々、チタンタングステン合金（ＴｉＷ）またはチタン（Ｔｉ）で形成された常伝導金属層と、酸化アルミニウムまたは他の絶縁体で形成された絶縁体と、インジウム、ニオブ、アルミニウム、または他の超伝導金属で形成された超伝導体層とを含む。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。ＮＩＳまたはＮＩＳＮ装置内の絶縁体は、２つの材料の界面でバンドの相対レベルが変化し得ることから、常伝導金属と超伝導体材料との間のバンドギャップの制御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。
【0011】
図１は、均一な電流密度をもたらすための超伝導体シャント層を備えた１つまたは複数のＮＩＳ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す。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。
【0012】
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の超伝導体シャント層２６は第１の基板１２内に配置されており、第２の超伝導体シャント層２７は、第１の超伝導体シャント層２６に隣接して第１の基板１２内に配置されるとともに間隙１５によって分離されている。第１の常伝導金属パッド１４は第１の超伝導体シャント層２６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の超伝導体シャント層２７の上面に配置されている。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内に配置されており、チタンタングステン（ＴｉＷ）またはチタン（Ｔｉ）などの常伝導金属で形成されている。第１の超伝導体シャント層２６および第２の超伝導体シャント層２７は、ニオブ（Ｎｂ）などの超伝導体材料で形成され得る。温度センサ５０は、第１の基板１２の下側に位置しており、酸化ルテニウムで形成され得る。
【0013】
第１の絶縁体層２８は、第１の常伝導金属パッド１４の第１の端部上に配置されており、第２の絶縁体層２９は、第１の常伝導金属パッド１４の第２の端部上に配置されて第１の絶縁体層２８とは間隙４９によって分離されている。第３の絶縁体層３５は、第２の常伝導金属パッド１６の第１の端部上に配置されており、第４の絶縁体層４１は、第２の常伝導金属パッド１６の第２の端部上に配置されて第３の絶縁体層３５とは間隙５１によって分離されている。一例では、第１、第２、第３、および第４の絶縁体層は酸化アルミニウムで形成されている。第１の絶縁体層２８は第１の超伝導体パッド３０でキャップされており、第２の絶縁体層２９は第２の超伝導体パッド３１でキャップされており、第３の絶縁体層３５は第３の超伝導体パッド３７でキャップされており、第４の絶縁体層４１は第４の超伝導体パッド４３でキャップされている。
【0014】
第１、第２、第３、および第４の絶縁体層２８，２９，３５，４１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。第１の常伝導金属パッド１４、第１の絶縁体層２８、および第１の超伝導体パッド３０は、第１のＮＩＳ接合部１８を形成する。第１の常伝導金属パッド１４、第２の絶縁体層２９、および第２の超伝導体パッド３１は、第２のＮＩＳ接合部２０を形成する。第２の常伝導金属パッド１６、第３の絶縁体層３５、および第３の超伝導体パッド３７は、第３のＮＩＳ接合部２２を形成する。第２の常伝導金属パッド１６、第４の絶縁体層４１、および第４の超伝導体パッド４３は、第４のＮＩＳ接合部２４を形成する。
【0015】
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）に対する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。
【0016】
第１の導電性パッド３４は第２の基板３２内に位置しており、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内に位置しており、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に結合される第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内に位置しており、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。
【0017】
第３の超伝導体シャント層５２が第１の導電性パッド３４上に配置されており、第４の超伝導体シャント層５３が第２の導電性パッド３６上に配置されており、第５の超伝導体シャント層５４が第３の導電性パッド３８上に配置されている。第３の超伝導体シャント層５２は、第１の導電性パッド３４を超えて延在する第１のオーバーハング領域を有しており、第５の超伝導体シャント層５４は、第３の導電性パッド３８を超えて延在する第２のオーバーハング領域を有している。第１のコンタクト端子４２は第２の基板３２内に埋め込まれており、第３の超導体シャント層５２の第１のオーバーハング領域に結合されるとともに第１の電気ワイヤ４４に接続されている。第２のコンタクト端子４６は第２の基板３２内に埋め込まれており、第５の超伝導体シャント層５４の第２のオーバーハング領域に結合されるとともに第２の電気ワイヤ４８に接続されている。あるいは、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（ならびに４２および４６）は、第２の基板３２を覆うものであってもよい。
【0018】
動作時において、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と、第１のコンタクト端子４２から第２のコンタクト端子４６に向けて電流が流れる。すなわち、電流は、第１のコンタクト端子４２から、第３の超伝導体シャント層５２、第１の導電性パッド３４、第１のＮＩＳＮ接合部１８、第１の超伝導体シャント層２６、第２のＮＩＳＮ接合部２０、第２の導電性パッド３６、第４の超伝導体シャント層５４、第２の導電性パッド３６（逆側から）、第３のＮＩＳＮ接合部２２、第２の超伝導体シャント層２７、第４のＮＩＳＮ接合部２４、第３の導電性パッド３８、および第５の超伝導体シャント層５６を通って、第２のコンタクト端子４６まで流れる。バイアス電圧は、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上で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。
【0019】
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、ルテニウム、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。
【0020】
図２は、上部常伝導金属パッドと下部常伝導金属パッドとを備えた第１のＮＩＳＮ接合部３０２と第２のＮＩＳＮ接合部３０４との間を流れる電流の電流密度フロー図３００を示し、図３は、上部超伝導体シャントと下部超伝導体シャントとを備えた第１のＮＩＳＮ接合部３２２と第２のＮＩＳＮ接合部３２４との間を流れる電流の電流密度フロー図３２０を示している。図２では、２つの接合部３０２，３０４は、常伝導金属の配線上部および下部を用いて接続されている。電流は抵抗が最も小さい経路を辿ることとなるため、電流の大部分は、上部常伝導金属層の入力端、上部常伝導金属層の入力端に最も近い最初のバンプ接合部、ＮＩＳＮ接合部の超伝導体層、および第２のＮＩＳＮ接合部に最も近い位置に接続された下部常伝導金属層の接続端を通って流れる。これは、第１または第２のＮＩＳＮ接合部３０２，３０４のいずれにおいても上部常伝導金属層、超伝導体層、絶縁体、および下部常伝導金属層の間の境界を電流が均等に横切らないことを意味する。この結果、接合部の動作が非効率になる。
【0021】
図３では、第１および第２のＮＩＳＮ接合部の上部および下部に存在する超伝導体シャントを用いて２つの接合部が接続されている。図３は、電流が装置内を移動するときに電流が均等に分布することを示している。すなわち、電流は、上部超伝導体シャント、上部常伝導金属層、バンプ接合部を流れるとともに、各ＮＩＳＮ接合部の超伝導体層、絶縁体、および常伝導金属層を流れて、最後に下部超伝導体シャントに均等に分配される。これは、各ＮＩＳＮ接合部の上部および下部に超伝導体シャントが存在するためである。最小抵抗の経路は、接合部のすべての箇所で均一分布を可能にする超伝導体シャントを通る経路である。
【0022】
次に、図４～図１８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、または最初に第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。
【0023】
図４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。フォトレジスト材料層５５は、第１の基板６０を覆った後、フォトレジスト材料層５５に開口部５６を露出させるようにパターニングおよび現像される。フォトレジスト材料層５５は、フォトレジスト材料層５５をパターニングするために使用される放射の波長に対応して異なる厚さを有し得る。フォトレジスト材料層５５は、スピンコーティングまたはスピンキャスティング堆積技術により第１の基板６０上に形成されるとともに、開口部５６を形成するように選択的に（例えば、深紫外線（ＤＵＶ）照射により）照射されて現像され得る。
【0024】
また、図４は、第１の基板６０に対してエッチング２００（例えば、異方性反応性イオンエッチング（ＲＩＥ））を行うことにより、フォトレジスト材料層５５のパターンに基づいて第１の基板６０内に拡張開口部５７（図５）を形成することを示している。その後、フォトレジスト材料層５５が剥離される（例えば、Ｏ２プラズマでアッシングする）ことにより、図５に示された構造が得られる。次に、図６に示されるように、構造体に対してコンタクト材料の充填を行うことにより、開口部５７内に超伝導体６１が堆積される。超伝導体は、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。あるいは、フォトレジストリフトオフ処理を使用することができる。この超伝導体の堆積に続き、超伝導体材料が例えば化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により基板６０の表面まで研磨されることにより、図７に示されるように、第１の超伝導体シャント５８が第２の超伝導体シャント５９と隣接しつつ間隙６５によって分離されるように形成される。
【0025】
次に、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が第１の基板６０上に集合的に存在するように誘電体層６６（例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２））内に配置されることで、図８の構造が形成される。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）またはチタン（Ｔｉ）などの常伝導金属で形成されており、第１の常伝導金属パッド６２は第１の超伝導体シャント５８上に配置されており、第２の常伝導金属パッド６４は第２の超伝導体シャント５９上に配置されている。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上への誘電体層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内における拡張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的機械的研磨（ＣＭＰ）処理によって形成され得る。
【0026】
次に、構造体に対する材料堆積が行われて図８の構造上に絶縁体層６７（例えば、酸化アルミニウム）が形成されることで、図９の構造が提供される。絶縁体層６７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。あるいは、アルミニウム層を堆積および酸化することで酸化アルミニウム層が形成されてもよい。絶縁体層６７は、トンネル障壁として機能するように少なくとも９オングストロームの厚さを有する。次に、超伝導体材料層６９（例えば、ニオブ）が絶縁体層６７の上に堆積されることで、図１０の構造が提供される。超伝導体材料層６９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。
【0027】
次に、フォトレジスト材料層８５が図１０の構造上に形成され、超伝導体材料層６９上で開口部８７がパターニングされることで、図１１の構造が提供される。次に、エッチング処理２１０が図１１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８７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８５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１２の構造が提供される。
【0028】
第１のＮＩＳ接合部８６は、第１の常伝導金属パッド６２、第１の絶縁体層７０、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の絶縁体層７２、および第２の超伝導体パッド８３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の絶縁体層７４、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の絶縁体層７６、および第４の超伝導体パッド８５で形成される。第１、第２、第３、および第４の絶縁体層７０，７２，７４，７６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る。
【0029】
次に、第１の基板６０の裏面が研削または化学的機械的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の裏面に形成され得る。この温度センサ８４は、図１３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。
【0030】
図１４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。フォトレジスト材料層１１０は、第２の基板１００を覆う誘電体層１０８を覆っている。第２の基板１００は、第３の超伝導体シャント１０２、第４の超伝導体シャント１０４、および第５の超伝導体シャント１０６を含む。また、図１４は、誘電体層１０８に対してエッチング２１０（例えば、異方性反応性イオンエッチング（ＲＩＥ））を行うことにより、フォトレジスト材料層１１０のパターンに基づいて誘電体層１０８内に拡張開口部１１６，１１８（図１５）を形成して、第３の超伝導体シャント１０２、第４の超伝導体シャント１０４、および第５の超伝導体シャント１０６の表面を露出させることを示している。その後、フォトレジスト材料層１１０が剥離される（例えば、Ｏ２プラズマでアッシングする）ことにより、図１５に示された構造が得られる。
【0031】
次に、構造体に対してコンタクト材料の充填を行うことにより、開口部１１６，１１８内に金が堆積される。金は、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。金の堆積に続いて、第１のコンタクト端子から離間した第１の導電性パッド１２０と第１のコンタクト端子との双方が第３の超伝導体シャント１０２を覆うように形成され、第２の導電性パッド１２２が第４の超伝導体シャント１０４を覆うように形成され、第２のコンタクト端子から離間した第３の導電性パッド１２４と第２のコンタクト端子との双方が第５の超伝導体シャント１０６を覆うように形成される。あるいは、図１４～図１６に示される処理は、フォトレジストの堆積およびパターニング、パターニングされた開口部内への金属の蒸着、および余分な金属とフォトレジストのリフトオフ処理を行うことによって置き換えることができる。
【0032】
次に、複数の導電性コンタクト１３０（例えば、バンプ接合部）が、第１の導電性パッド１２０、第２の導電性パッド１２２、および第３の導電性パッド１２４の表面上に形成される。導電性コンタクト１３０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１３０は、標準的なリフトオフ処理を使用して、またはエッチングによって形成され得る。あるいは、導電性コンタクトは、堆積され得る。導電性コンタクトは、図示されるような導電性パッド上または図１３の超伝導体パッド上のいずれかに形成され得る。
【0033】
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１２４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１２２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１２２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１２０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１８の構造が得られる。
【0034】
図１９は、図１の固体冷却装置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。
【0035】
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、記載された例では、選択された向きは任意であり、本開示の範囲内で他の向き（例えば、逆さま、９０度回転など）が可能である。
【0036】
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の超伝導体シャントと、
前記第１の超伝導体シャント上に配置された第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間隙によって互いに分離された第１の絶縁体層および第２の絶縁体層と、
前記第１の絶縁体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の絶縁体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により前記第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、前記第１の超伝導体シャントが前記固体冷却装置全体における電流分布を均一化する、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の導電性パッド上に配置された第２の超伝導体シャントと、前記第２の導電性パッド上に配置された第３の超伝導体シャントとをさらに備え、
前記第２の超伝導体シャントと前記第３の超伝導体シャントとの間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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、前記第２の超伝導体シャントが前記第１の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第３の超伝導体シャントが前記第２の導電性パッドにおける電流分布を均一化する、付記１に記載の固体冷却装置。
（付記４）
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おり、前記第２の超伝導体シャントが前記第１の導電性コンタクトのセットにおける電流分布を均一化し、前記第３の超伝導体シャントが前記第２の導電性コンタクトのセットにおける電流分布を均一化する、付記３に記載の固体冷却装置。
（付記５）
前記第１の超伝導体シャントが第１の基板上または該第１の基板内に配置されており、前記第２の超伝導体シャントおよび前記第３の超伝導体シャントが第２の基板上または該第２の基板内に配置されている、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５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の超伝導体シャントの側とは反対側に温度センサが配置されている、付記５に記載の固体冷却装置。
（付記８）
第２の超伝導体シャントであって、前記第１の超伝導体シャントおよび前記第２の超伝導体シャントが第１の基板上または該第１の基板内に配置されるとともに間隙によって互いに分離されている、前記第２の超伝導体シャントと、
前記第２の超伝導体シャント上に配置された第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間隙によって分離された第３の絶縁体層および第４の絶縁体層と、
前記第３の絶縁体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の絶縁体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の導電性パッド上に配置された第３の超伝導体シャントと、前記第２の導電性パッド上に配置された第４の超伝導体シャントと、前記第３の導電性パッド上に配置された第５の超伝導体シャントとをさらに備え、前記第３の超伝導体シャントと前記第５の超伝導体シャントとの間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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からホットエレクトロンが除去され、前記第３の超伝導体シャントが前記第１の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第４の超伝導体シャントが前記第２の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第５の超伝導体シャントが前記第３の導電性パッドにおける電流分布を均一化する、付記８に記載の固体冷却装置。
（付記１０）
前記第３の超伝導体シャントの端部に結合された第１の端子と、前記第５の超伝導体シャントに結合された第２の端子とをさらに備え、前記第１の端子と前記第２の端子との間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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からホットエレクトロンが除去される、付記９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、付記１に記載の固体冷却装置であって前記冷凍容器に関して配置された複数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の基板上または該第１の基板内に第１の超伝導体シャントを形成すること、
前記第１の超伝導体シャント上に第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絶縁体層を形成すること、
前記絶縁体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ンマスクを形成すること、
エッチング処理を実行して前記パターンマスクに基づいて前記超伝導体層の一部と前記絶縁体層の一部とを除去することにより、前記第１の常伝導金属パッドと、前記第１の常伝導金属パッドを覆う第１の絶縁体層と、前記第１の絶縁体層を覆う第１の超伝導体パッドとを含む第１の常伝導金属－絶縁体－超伝導体（ＮＩＳ）接合部と、前記第１の常伝導金属パッドと、前記第１の常伝導金属パッドを覆う第２の絶縁体層と、前記第２の絶縁体層を覆う第２の超伝導体パッドとを含む第２のＮＩＳ接合部とを形成することを含み、前記第１のＮＩＳ接合部と前記第２のＮＩＳ接合部とが間隙によって互いに分離されている、方法。
（付記１３）
前記第１の超伝導体パッドに第１の導電性パッドを結合すること、
前記第２の超伝導体パッドに第２の導電性パッドを結合すること、
をさらに備える付記１２に記載の方法。
（付記１４）
前記第１の導電性パッド上に配置される第２の超伝導体シャントを形成すること、前記第２の導電性パッド上に配置される第３の超伝導体シャントを形成すること、をさらに備え、
前記第２の超伝導体シャントと前記第３の超伝導体シャントとの間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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、前記第２の超伝導体シャントが前記第１の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第３の超伝導体シャントが前記第２の導電性パッドにおける電流分布を均一化する、付記１２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とともに、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の導電性パッドおよび前記第２の導電性パッドが第２の基板上または該第２の基板内に配置されている、付記１５に記載の方法。
（付記１７）
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の基板が第２の基板に結合されている、付記１５に記載の方法。
（付記１８）
第２の超伝導体シャントを形成することであって、前記第１の超伝導体シャントおよび前記第２の超伝導体シャントが前記第１の基板上または該第１の基板内に配置されるとともに間隙によって互いに分離される、前記第２の超伝導体シャントを形成すること、
前記第２の超伝導体シャント上に配置される第２の常伝導金属パッドを形成することであって、前記エッチング処理により、前記第２の常伝導金属パッド上に配置されかつ間隙によって分離される第３の絶縁体層および第４の絶縁体層が形成されるとともに前記第３の絶縁体層を覆う第３の超伝導体パッドと前記第４の絶縁体層を覆う第４の超伝導体パッドとが形成される、前記第２の超伝導体シャント上に配置される第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るとともに前記第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）
前記第１の導電性パッド上に配置される第３の超伝導体シャントを形成すること、
前記第２の導電性パッド上に配置される第４の超伝導体シャントを形成すること、
前記第３の導電性パッド上に配置される第５の超伝導体シャントを形成すること、
をさらに備え、
前記第３の超伝導体シャントと前記第５の超伝導体シャントとの間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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からホットエレクトロンが除去され、前記第３の超伝導体シャントが前記第１の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第４の超伝導体シャントが前記第２の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第５の超伝導体シャントが前記第３の導電性パッドにおける電流分布を均一化する、付記１８に記載の方法。
（付記２０）
前記第３の超伝導体シャントの端部に結合される第１の端子を形成すること、前記第５の超伝導体シャントの端部に結合される第２の端子を形成すること、をさらに備え、
前記第１の端子と前記第２の端子との間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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の超伝導体シャントと、
前記第１の超伝導体シャント上に配置された第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間隙によって互いに分離された第１の絶縁体層および第２の絶縁体層と、
前記第１の絶縁体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の絶縁体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により前記第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、前記第１の超伝導体シャントが前記固体冷却装置全体における電流分布を均一化する、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の導電性パッド上に配置された第２の超伝導体シャントと、前記第２の導電性パッド上に配置された第３の超伝導体シャントとをさらに備え、
前記第２の超伝導体シャントと前記第３の超伝導体シャントとの間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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、前記第２の超伝導体シャントが前記第１の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第３の超伝導体シャントが前記第２の導電性パッドにおける電流分布を均一化する、付記１に記載の固体冷却装置。
（付記４）
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おり、前記第２の超伝導体シャントが前記第１の導電性コンタクトのセットにおける電流分布を均一化し、前記第３の超伝導体シャントが前記第２の導電性コンタクトのセットにおける電流分布を均一化する、付記３に記載の固体冷却装置。
（付記５）
前記第１の超伝導体シャントが第１の基板上または該第１の基板内に配置されており、前記第２の超伝導体シャントおよび前記第３の超伝導体シャントが第２の基板上または該第２の基板内に配置されている、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５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の超伝導体シャントの側とは反対側に温度センサが配置されている、付記５に記載の固体冷却装置。
（付記８）
第２の超伝導体シャントであって、前記第１の超伝導体シャントおよび前記第２の超伝導体シャントが第１の基板上または該第１の基板内に配置されるとともに間隙によって互いに分離されている、前記第２の超伝導体シャントと、
前記第２の超伝導体シャント上に配置された第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間隙によって分離された第３の絶縁体層および第４の絶縁体層と、
前記第３の絶縁体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の絶縁体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の導電性パッド上に配置された第３の超伝導体シャントと、前記第２の導電性パッド上に配置された第４の超伝導体シャントと、前記第３の導電性パッド上に配置された第５の超伝導体シャントとをさらに備え、前記第３の超伝導体シャントと前記第５の超伝導体シャントとの間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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からホットエレクトロンが除去され、前記第３の超伝導体シャントが前記第１の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第４の超伝導体シャントが前記第２の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第５の超伝導体シャントが前記第３の導電性パッドにおける電流分布を均一化する、付記８に記載の固体冷却装置。
（付記１０）
前記第３の超伝導体シャントの端部に結合された第１の端子と、前記第５の超伝導体シャントに結合された第２の端子とをさらに備え、前記第１の端子と前記第２の端子との間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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からホットエレクトロンが除去される、付記９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、付記１に記載の固体冷却装置であって前記冷凍容器に関して配置された複数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の基板上または該第１の基板内に第１の超伝導体シャントを形成すること、
前記第１の超伝導体シャント上に第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絶縁体層を形成すること、
前記絶縁体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ンマスクを形成すること、
エッチング処理を実行して前記パターンマスクに基づいて前記超伝導体層の一部と前記絶縁体層の一部とを除去することにより、前記第１の常伝導金属パッドと、前記第１の常伝導金属パッドを覆う第１の絶縁体層と、前記第１の絶縁体層を覆う第１の超伝導体パッドとを含む第１の常伝導金属－絶縁体－超伝導体（ＮＩＳ）接合部と、前記第１の常伝導金属パッドと、前記第１の常伝導金属パッドを覆う第２の絶縁体層と、前記第２の絶縁体層を覆う第２の超伝導体パッドとを含む第２のＮＩＳ接合部とを形成することを含み、前記第１のＮＩＳ接合部と前記第２のＮＩＳ接合部とが間隙によって互いに分離されている、方法。
（付記１３）
前記第１の超伝導体パッドに第１の導電性パッドを結合すること、
前記第２の超伝導体パッドに第２の導電性パッドを結合すること、
をさらに備える付記１２に記載の方法。
（付記１４）
前記第１の導電性パッド上に配置される第２の超伝導体シャントを形成すること、前記第２の導電性パッド上に配置される第３の超伝導体シャントを形成すること、をさらに備え、
前記第２の超伝導体シャントと前記第３の超伝導体シャントとの間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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、前記第２の超伝導体シャントが前記第１の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第３の超伝導体シャントが前記第２の導電性パッドにおける電流分布を均一化する、付記１２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とともに、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の導電性パッドおよび前記第２の導電性パッドが第２の基板上または該第２の基板内に配置されている、付記１５に記載の方法。
（付記１７）
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の基板が第２の基板に結合されている、付記１５に記載の方法。
（付記１８）
第２の超伝導体シャントを形成することであって、前記第１の超伝導体シャントおよび前記第２の超伝導体シャントが前記第１の基板上または該第１の基板内に配置されるとともに間隙によって互いに分離される、前記第２の超伝導体シャントを形成すること、
前記第２の超伝導体シャント上に配置される第２の常伝導金属パッドを形成することであって、前記エッチング処理により、前記第２の常伝導金属パッド上に配置されかつ間隙によって分離される第３の絶縁体層および第４の絶縁体層が形成されるとともに前記第３の絶縁体層を覆う第３の超伝導体パッドと前記第４の絶縁体層を覆う第４の超伝導体パッドとが形成される、前記第２の超伝導体シャント上に配置される第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るとともに前記第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）
前記第１の導電性パッド上に配置される第３の超伝導体シャントを形成すること、
前記第２の導電性パッド上に配置される第４の超伝導体シャントを形成すること、
前記第３の導電性パッド上に配置される第５の超伝導体シャントを形成すること、
をさらに備え、
前記第３の超伝導体シャントと前記第５の超伝導体シャントとの間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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からホットエレクトロンが除去され、前記第３の超伝導体シャントが前記第１の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第４の超伝導体シャントが前記第２の導電性パッドにおける電流分布を均一化し、前記第５の超伝導体シャントが前記第３の導電性パッドにおける電流分布を均一化する、付記１８に記載の方法。
（付記２０）
前記第３の超伝導体シャントの端部に結合される第１の端子を形成すること、前記第５の超伝導体シャントの端部に結合される第２の端子を形成すること、をさらに備え、
前記第１の端子と前記第２の端子との間にバイアス電圧が印加されることにより前記第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】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
