JP2003218415A - トンネル接合素子を用いた同調回路および超伝導集積回路 - Google Patents
トンネル接合素子を用いた同調回路および超伝導集積回路Info
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- JP2003218415A JP2003218415A JP2002017223A JP2002017223A JP2003218415A JP 2003218415 A JP2003218415 A JP 2003218415A JP 2002017223 A JP2002017223 A JP 2002017223A JP 2002017223 A JP2002017223 A JP 2002017223A JP 2003218415 A JP2003218415 A JP 2003218415A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】トンネル接合素子を用いた同調回路および超伝
導集積回路に関し，広帯域に反射係数の小さい共振特性
をもたせる。 【解決手段】上部線路と下部電極により構成されるマイ
クロストリップ線路および上部電極とトンネル接合と下
部電極により構成されるトンネル接合素子を備え，それ
ぞれの下部電極を共通接続するとともに，マイクロスト
リップ線路とトンネル接合素子の上部電極を接続したマ
イクロストリップ線路とトンネル接合素子との接続を多
段接続し，最上位のマイクロストリップ線路を信号源に
対するインピーダンス整合素子とし，該最上位のマイク
ロストリップ線路に信号入力する構成をもつ。
導集積回路に関し，広帯域に反射係数の小さい共振特性
をもたせる。 【解決手段】上部線路と下部電極により構成されるマイ
クロストリップ線路および上部電極とトンネル接合と下
部電極により構成されるトンネル接合素子を備え，それ
ぞれの下部電極を共通接続するとともに，マイクロスト
リップ線路とトンネル接合素子の上部電極を接続したマ
イクロストリップ線路とトンネル接合素子との接続を多
段接続し，最上位のマイクロストリップ線路を信号源に
対するインピーダンス整合素子とし，該最上位のマイク
ロストリップ線路に信号入力する構成をもつ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はトンネル接合素子を
用いた同調回路およびその超伝導集積回路に関するもの
である。電波望遠鏡等においてサブミリ波帯域で，周波
数帯域が広い同調回路が求められている。本発明は，広
い周波数帯域で反射係数の小さい周波数特性をもつトン
ネル接合を用いた同調回路に関するものである。
用いた同調回路およびその超伝導集積回路に関するもの
である。電波望遠鏡等においてサブミリ波帯域で，周波
数帯域が広い同調回路が求められている。本発明は，広
い周波数帯域で反射係数の小さい周波数特性をもつトン
ネル接合を用いた同調回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来，超伝導を利用した同調回路は，信
号源に通過する信号の１／４波長の長さのマイクロスト
リップ線路を接続してインピーダンス整合し，その先に
半波長または１波長のＳＩＳ接合素子を接続した回路が
知られている。
号源に通過する信号の１／４波長の長さのマイクロスト
リップ線路を接続してインピーダンス整合し，その先に
半波長または１波長のＳＩＳ接合素子を接続した回路が
知られている。
【０００３】図６はＳＩＳ接合素子を使用した従来の同
調回路の例を示す。図６において，１は信号入力部であ
って，信号源である。２は四分の一波長マイクロストリ
ップ線路であり，入力信号の１／４波長の長さのマイク
ロストリップ線路である。１０は一波長ＳＩＳ接合素子
であり，超伝導体の電極をもつトンネル接合素子であ
る。１１は接地である。Ｚ0 は信号入力部の内部インピ
ーダンスである。
調回路の例を示す。図６において，１は信号入力部であ
って，信号源である。２は四分の一波長マイクロストリ
ップ線路であり，入力信号の１／４波長の長さのマイク
ロストリップ線路である。１０は一波長ＳＩＳ接合素子
であり，超伝導体の電極をもつトンネル接合素子であ
る。１１は接地である。Ｚ0 は信号入力部の内部インピ
ーダンスである。
【０００４】図７（ａ）は図６の構成の信号入力部を含
む平面図であり，図７（ｂ）は断面図である。図７
（ａ）において，アンテナ１とアンテナ２により信号入
力部を構成する。２は四分の一波長マイクロストリップ
線路であり，１０は一波長ＳＩＳ接合素子である。
む平面図であり，図７（ｂ）は断面図である。図７
（ａ）において，アンテナ１とアンテナ２により信号入
力部を構成する。２は四分の一波長マイクロストリップ
線路であり，１０は一波長ＳＩＳ接合素子である。
【０００５】図７（ｂ）において，４０は基板である。
４１はＳＩＳ接合素子の上部電極，５１はマイクロスト
リップ線路（上部線路），７１はアンテナ１，７２はア
ンテナ２であって，アンテナ１はマイクロストリップ線
路５１と一体であり，アンテナ２は下部電極４３と一体
である。アンテナ１およびアンテナ２は超伝導体（ニオ
ブ（Ｎｂ））で構成される。４２はＳＩＳ接合素子のト
ンネル接合であり，ＡｌＯｘの薄い絶縁層である。４３
は下部電極であって，超伝導体（Ｎｂ）で構成され，マ
イクロストリップ線路，ＳＩＳ接合素子に共通の下部電
極である。下部電極４３は接地電極になるものである。
４１はＳＩＳ接合素子の上部電極，５１はマイクロスト
リップ線路（上部線路），７１はアンテナ１，７２はア
ンテナ２であって，アンテナ１はマイクロストリップ線
路５１と一体であり，アンテナ２は下部電極４３と一体
である。アンテナ１およびアンテナ２は超伝導体（ニオ
ブ（Ｎｂ））で構成される。４２はＳＩＳ接合素子のト
ンネル接合であり，ＡｌＯｘの薄い絶縁層である。４３
は下部電極であって，超伝導体（Ｎｂ）で構成され，マ
イクロストリップ線路，ＳＩＳ接合素子に共通の下部電
極である。下部電極４３は接地電極になるものである。
【０００６】図７（ｂ）において，ＳＩＳ接合素子の幅
は，０．６μｍであり，長さは８．６８μｍ（１波長）
である。マイクロストリップ線路の幅は３．５μｍであ
り，長さは４４．２μｍ（四分の一波長）である。
は，０．６μｍであり，長さは８．６８μｍ（１波長）
である。マイクロストリップ線路の幅は３．５μｍであ
り，長さは４４．２μｍ（四分の一波長）である。
【０００７】図８（ａ），（ｂ）は図７（ａ），（ｂ）
の同調回路の特性を示す。図８（ａ）はスミスチャート
であり，入力信号の周波数を変化させた時の軌跡を示
す。図８（ｂ）は周波数とパワーに対する反射率の関係
を示す。図８（ｂ）の反射率の−１０ｄＢが図８（ａ）
の反射係数０．３の円に相当する。信号入力部の内部イ
ンピーダンスＺ0 は４０Ωとした。
の同調回路の特性を示す。図８（ａ）はスミスチャート
であり，入力信号の周波数を変化させた時の軌跡を示
す。図８（ｂ）は周波数とパワーに対する反射率の関係
を示す。図８（ｂ）の反射率の−１０ｄＢが図８（ａ）
の反射係数０．３の円に相当する。信号入力部の内部イ
ンピーダンスＺ0 は４０Ωとした。
【０００８】反射係数で−１０ｄＢ以下の反射係数の同
調回路が必要とされる。図８（ｂ）に示されるように，
−１０ｄＢ以下の周波数帯域は約６５０ＧＨｚから６７
５ＧＨｚである。
調回路が必要とされる。図８（ｂ）に示されるように，
−１０ｄＢ以下の周波数帯域は約６５０ＧＨｚから６７
５ＧＨｚである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図６に示す従来のもの
は，ＳＩＳ接合素子のＱファクタでのみ帯域幅がきま
り，Ｑの高いものほど帯域は狭かった。また，一般に，
ＳＩＳ接合素子は流す電流密度が大きければＱが小さく
なり，電流密度が小さければＱは大きくなる。電流密度
を大きくしてＱを低くすれば，広帯域化できるが，ＳＩ
Ｓ接合素子の電流密度を大きくとることは困難なことで
ある。そのため，従来のＳＩＳ接合素子を使用した同調
回路は周波数帯域を広帯域化することが難しかった。
は，ＳＩＳ接合素子のＱファクタでのみ帯域幅がきま
り，Ｑの高いものほど帯域は狭かった。また，一般に，
ＳＩＳ接合素子は流す電流密度が大きければＱが小さく
なり，電流密度が小さければＱは大きくなる。電流密度
を大きくしてＱを低くすれば，広帯域化できるが，ＳＩ
Ｓ接合素子の電流密度を大きくとることは困難なことで
ある。そのため，従来のＳＩＳ接合素子を使用した同調
回路は周波数帯域を広帯域化することが難しかった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は，半波長のＳＩ
Ｓ接合素子を半波長のマイクロストリップ線路に接続
し，この接続の組合せを多段接続にする。開放端におけ
る半波長ＳＩＳ接合素子を負荷とみなし，これに，高イ
ンピーダンス部をマイクロストリップ線路で構成し，低
インピーダンス部をＳＩＳ接合素子で構成した半波長分
布定数バンドパスフィルタ回路を付加した構成とした。
そして，信号入力部（信号源）には，四分の一波長マイ
クロストリップ線路を介してインピーダンス整合するよ
うに接続した。
Ｓ接合素子を半波長のマイクロストリップ線路に接続
し，この接続の組合せを多段接続にする。開放端におけ
る半波長ＳＩＳ接合素子を負荷とみなし，これに，高イ
ンピーダンス部をマイクロストリップ線路で構成し，低
インピーダンス部をＳＩＳ接合素子で構成した半波長分
布定数バンドパスフィルタ回路を付加した構成とした。
そして，信号入力部（信号源）には，四分の一波長マイ
クロストリップ線路を介してインピーダンス整合するよ
うに接続した。
【００１１】バンドパスフィルタの特性インピーダンス
を変化させることにより負荷への通過帯域特性を制御す
ると同時にバンドパスフィルタを構成しているＳＩＳ接
合素子でも電力を消費させるようにした。そのため，広
帯域に渡りインピーダンス軌跡をコントロールすること
ができ，スミスチャートの中心部付近で所望の反射係数
を持たせることが可能になる。
を変化させることにより負荷への通過帯域特性を制御す
ると同時にバンドパスフィルタを構成しているＳＩＳ接
合素子でも電力を消費させるようにした。そのため，広
帯域に渡りインピーダンス軌跡をコントロールすること
ができ，スミスチャートの中心部付近で所望の反射係数
を持たせることが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１（ａ）は本発明の実施の形態
１を示し，ｍ個の半波長トンネル接合素子とｍ−１個の
半波長マイクロストリップ線路および一個の四分の一波
長マイクロストリップ線路が接続されている場合を示
す。四分の一波長マイクロストリップ線路２は信号入力
部１に接続され信号源と後段の回路の入力インピーダン
スとの整合をとる。図１（ｂ）は，図１（ａ）の構成を
超伝導集積回路とした場合の断面図を示し，ｍ＝２の場
合である。
１を示し，ｍ個の半波長トンネル接合素子とｍ−１個の
半波長マイクロストリップ線路および一個の四分の一波
長マイクロストリップ線路が接続されている場合を示
す。四分の一波長マイクロストリップ線路２は信号入力
部１に接続され信号源と後段の回路の入力インピーダン
スとの整合をとる。図１（ｂ）は，図１（ａ）の構成を
超伝導集積回路とした場合の断面図を示し，ｍ＝２の場
合である。
【００１３】図１（ａ）において，１は信号入力部であ
って，信号源であり，図７（ａ），（ｂ）のアンテナ１
とアンテナ２に対応する部分である。２は四分の一波長
マイクロストリップ線路である。信号入力部の内部イン
ピーダンスと入力側のトンネル接合素子から出力側をみ
た入力インピーダンスが異なるので，インピーダンス整
合をとるものである。３，５，７および９は半波長トン
ネル接合素子である。４，６および８は半波長マイクロ
ストリップ線路である。１１は接地である。１２は半波
長トンネル接合素子の開放端である。なお，マイクロス
トリップ線路とＳＩＳ接合素子では通過する信号の位相
速度が異なるため，両者の半波長の長さは異なる。
って，信号源であり，図７（ａ），（ｂ）のアンテナ１
とアンテナ２に対応する部分である。２は四分の一波長
マイクロストリップ線路である。信号入力部の内部イン
ピーダンスと入力側のトンネル接合素子から出力側をみ
た入力インピーダンスが異なるので，インピーダンス整
合をとるものである。３，５，７および９は半波長トン
ネル接合素子である。４，６および８は半波長マイクロ
ストリップ線路である。１１は接地である。１２は半波
長トンネル接合素子の開放端である。なお，マイクロス
トリップ線路とＳＩＳ接合素子では通過する信号の位相
速度が異なるため，両者の半波長の長さは異なる。
【００１４】図１（ｂ）において，３，７はそれぞれ半
波長トンネル接合素子を示す。２は四分の一波長マイク
ロストリップ線路であり，４は半波長マイクロストリッ
プ線路である。４０は基板である。４２，４２’はトン
ネル接合，５２，５２’，５２”は絶縁層である。
波長トンネル接合素子を示す。２は四分の一波長マイク
ロストリップ線路であり，４は半波長マイクロストリッ
プ線路である。４０は基板である。４２，４２’はトン
ネル接合，５２，５２’，５２”は絶縁層である。
【００１５】図１（ａ），（ｂ）の構成をミキサとして
使用する場合には，図１（ｂ）に示すように，信号入力
部に，例えば，ローカル周波数として７００ＧＨｚのサ
ブミリ波を照射してアンテナ（図７（ａ），（ｂ）参
照）で受信し，信号として７０１ＧＨｚのサブミリ波を
照射してアンテナで受信する。半波長トンネル接合素子
７の開放端よりミキサされた信号（１ＧＨｚ）を取り出
す。
使用する場合には，図１（ｂ）に示すように，信号入力
部に，例えば，ローカル周波数として７００ＧＨｚのサ
ブミリ波を照射してアンテナ（図７（ａ），（ｂ）参
照）で受信し，信号として７０１ＧＨｚのサブミリ波を
照射してアンテナで受信する。半波長トンネル接合素子
７の開放端よりミキサされた信号（１ＧＨｚ）を取り出
す。
【００１６】図２はトンネル接合素子の構造を示し，Ｓ
ＩＳ接合素子である。図１の半波長トンネル接合素子
３，５，７，９として使用されるものである。図２にお
いて，４１は上部電極であり，４３は下部電極である。
上部電極４１と下部電極４３は，超伝導体であり，例え
ばＮｂで作られる。４２はトンネル接合であり，例えば
ＡｌＯｘで作られる。ＷJ は上部電極の幅である。ｄn
は長さである。ｄSUは上部電極の厚さである。ｄSLは下
部電極の厚さである。Ｓはトンネル接合の厚さである。
ＩＳ接合素子である。図１の半波長トンネル接合素子
３，５，７，９として使用されるものである。図２にお
いて，４１は上部電極であり，４３は下部電極である。
上部電極４１と下部電極４３は，超伝導体であり，例え
ばＮｂで作られる。４２はトンネル接合であり，例えば
ＡｌＯｘで作られる。ＷJ は上部電極の幅である。ｄn
は長さである。ｄSUは上部電極の厚さである。ｄSLは下
部電極の厚さである。Ｓはトンネル接合の厚さである。
【００１７】図３は，マイクロストリップ線路の構成を
示し，図１の四分の一波長マイクロストリップ線路２お
よび半波長マイクロストリップ線路４，６，８として使
用されるものである。図３において，５１はマイクロス
トリップ線路であって，超伝導体であり，例えばＮｂで
ある。５２は絶縁層であって，例えばＳｉＯである。４
３はマイクロストリップ線路の下部電極であって，接地
導体となるものである。下部電極４３は超伝導体であ
り，例えばＮｂである。下部電極４３は図２のＳＩＳ接
合素子の下部電極４３と共通である。ｗはマイクロスト
リップ線路の幅であり，ｄn は長さである。ｔ1 はマイ
クロストリップ線路の厚さ，ｈは絶縁層の厚さであり，
ｔ2 は下部電極（接地電極）の厚さである。
示し，図１の四分の一波長マイクロストリップ線路２お
よび半波長マイクロストリップ線路４，６，８として使
用されるものである。図３において，５１はマイクロス
トリップ線路であって，超伝導体であり，例えばＮｂで
ある。５２は絶縁層であって，例えばＳｉＯである。４
３はマイクロストリップ線路の下部電極であって，接地
導体となるものである。下部電極４３は超伝導体であ
り，例えばＮｂである。下部電極４３は図２のＳＩＳ接
合素子の下部電極４３と共通である。ｗはマイクロスト
リップ線路の幅であり，ｄn は長さである。ｔ1 はマイ
クロストリップ線路の厚さ，ｈは絶縁層の厚さであり，
ｔ2 は下部電極（接地電極）の厚さである。
【００１８】次に図１の構成の動作を解析する。以下に
おいて，トンネル接合素子はＳＩＳ素子であるとして説
明する。
おいて，トンネル接合素子はＳＩＳ素子であるとして説
明する。
【００１９】開放端１２からｎ番目の素子（ｎが奇数の
素子はＳＩＳ接合素子，ｎが偶数の素子はマイクロスト
リップ線路）の特性インピーダンス，伝搬定数，長さを
それぞれＺn ，γn ，ｄn とする。開放端から１番目の
ＳＩＳ接合素子（図１の半波長トンネル接合素子９）の
入力インピーダンスは，
素子はＳＩＳ接合素子，ｎが偶数の素子はマイクロスト
リップ線路）の特性インピーダンス，伝搬定数，長さを
それぞれＺn ，γn ，ｄn とする。開放端から１番目の
ＳＩＳ接合素子（図１の半波長トンネル接合素子９）の
入力インピーダンスは，
【００２０】
【数１】
【００２１】である。
【００２２】開放端のＳＩＳ接合素子に接続される半波
長マイクロストリップ線路の入力インピーダンスは，
長マイクロストリップ線路の入力インピーダンスは，
【００２３】
【数２】
【００２４】開放端からｎ番目の素子の入力インピーダ
ンスは，
ンスは，
【００２５】
【数３】
【００２６】Ｎ番目（Ｎは偶数）に四分の一波長マイク
ロストリップ線路がくるものとし，出力側をみた入力イ
ンピーダンスは同様に
ロストリップ線路がくるものとし，出力側をみた入力イ
ンピーダンスは同様に
【００２７】
【数４】
【００２８】このとき信号源の内部インピーダンスをＺ
0 とすると入力端における反射係数は，次のようにな
る。
0 とすると入力端における反射係数は，次のようにな
る。
【００２９】
【数５】
【００３０】次に，ＳＩＳ接合素子の特性インピーダン
ス，伝搬定数（ｎが奇数時のＺn ，γn ）を求める。図
３のようなトンネル接合伝送路を考えたとき，その単位
長さあたりのインピーダンスとアドミッタンスは以下の
式で与えられる。
ス，伝搬定数（ｎが奇数時のＺn ，γn ）を求める。図
３のようなトンネル接合伝送路を考えたとき，その単位
長さあたりのインピーダンスとアドミッタンスは以下の
式で与えられる。
【００３１】
【数６】
【００３２】
【数７】
【００３３】ここで，Ｒrfは単位面積当たりのトンネル
接合抵抗（＝ＩC ＲN ／ＪC ），ＣS は単位面積当たり
のトンネル接合容量，σは電極に用いられている超伝導
体の複素導電率である。η0 は自由空間インピーダンス
であって３７７オームである。これから，ＳＩＳ接合素
子のＺn ，γn （ｎは奇数）は次のようになる。
接合抵抗（＝ＩC ＲN ／ＪC ），ＣS は単位面積当たり
のトンネル接合容量，σは電極に用いられている超伝導
体の複素導電率である。η0 は自由空間インピーダンス
であって３７７オームである。これから，ＳＩＳ接合素
子のＺn ，γn （ｎは奇数）は次のようになる。
【００３４】
【数８】
【００３５】
【数９】
【００３６】超伝導マイクロストリップ線路の特性イン
ピーダンスと伝搬定数（ｎが偶数時のＺn ，γn ）に関
しては次の式を用いた。
ピーダンスと伝搬定数（ｎが偶数時のＺn ，γn ）に関
しては次の式を用いた。
【００３７】
【数１０】
【００３８】
【数１１】
【００３９】但しＺp ，εp は完全導体での特性インピ
ーダンス，実効誘電率である。ｋ0は自由空間での波数
である。図３に示すマイクロストリップ線路の形状定数
ｇ2は
ーダンス，実効誘電率である。ｋ0は自由空間での波数
である。図３に示すマイクロストリップ線路の形状定数
ｇ2は
【００４０】
【数１２】
【００４１】である。
【００４２】但し
【００４３】
【数１３】
【００４４】であり，ｅは自然対数の底である。
【００４５】Ｚs1，Ｚs2は超伝導体の複素導電率から求
めた表面インピーダンスである。
めた表面インピーダンスである。
【００４６】図４（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態
２を示す。図１の実施の形態１において，Ｎ＝４（図１
の説明におけるｍがｍ＝２）の場合を示す。図４（ｂ）
は図４（ａ）の断面図である。図４（ａ）において，１
は信号入力部である。２は四分の一波長マイクロストリ
ップ線路である。１３は半波長ＳＩＳ接合素子である。
４は半波長マイクロストリップ線路である。１５は半波
長ＳＩＳ接合素子である。
２を示す。図１の実施の形態１において，Ｎ＝４（図１
の説明におけるｍがｍ＝２）の場合を示す。図４（ｂ）
は図４（ａ）の断面図である。図４（ａ）において，１
は信号入力部である。２は四分の一波長マイクロストリ
ップ線路である。１３は半波長ＳＩＳ接合素子である。
４は半波長マイクロストリップ線路である。１５は半波
長ＳＩＳ接合素子である。
【００４７】図４（ｂ）において，４０は基板である。
４１は半波長ＳＩＳ接合素子１３の上部電極であり，超
伝導体であって例えばＮｂである。４２は半波長ＳＩＳ
接合素子１３のトンネル接合であって，絶縁層であり，
例えばＡｌＯｘである。４３は下部電極である。
４１は半波長ＳＩＳ接合素子１３の上部電極であり，超
伝導体であって例えばＮｂである。４２は半波長ＳＩＳ
接合素子１３のトンネル接合であって，絶縁層であり，
例えばＡｌＯｘである。４３は下部電極である。
【００４８】４１’は半波長ＳＩＳ接合素子１５の上部
電極であり，超伝導体であって例えばＮｂである。４
２’は半波長ＳＩＳ接合素子１５のトンネル接合であっ
て，絶縁層であり，例えばＡｌＯｘである。４３’は下
部電極である。
電極であり，超伝導体であって例えばＮｂである。４
２’は半波長ＳＩＳ接合素子１５のトンネル接合であっ
て，絶縁層であり，例えばＡｌＯｘである。４３’は下
部電極である。
【００４９】５１はマイクロストリップ線路であって，
四分の一波長マイクロストリップ線路２の上部線路であ
る。５１’は，マイクロストリップ線路であって，半波
長マイクロストリップ線路４の上部線路である。マイク
ロストリップ線路５１，５１’は超伝導体であり，例え
ば，Ｎｂである。５２，５２’，５２”は絶縁層であっ
て，例えばＳｉＯである。７１はアンテナ１の部分であ
る。７２はアンテナ２の部分である。
四分の一波長マイクロストリップ線路２の上部線路であ
る。５１’は，マイクロストリップ線路であって，半波
長マイクロストリップ線路４の上部線路である。マイク
ロストリップ線路５１，５１’は超伝導体であり，例え
ば，Ｎｂである。５２，５２’，５２”は絶縁層であっ
て，例えばＳｉＯである。７１はアンテナ１の部分であ
る。７２はアンテナ２の部分である。
【００５０】マイクロストリップ線路５１，５１’，Ｓ
ＩＳ接合素子の上部電極４１，４１’は超伝導体により
一体に構成される。例えばＮｂにより作られる。アンテ
ナ１は超伝導体によりマイクロストリップ線路５１と一
体に構成される。また，マイクロストリップ線路５１，
５１’の下部電極およびＳＩＳ接合素子の下部電極４
３，４３’はそれぞれ共通の接地電極であって，超伝導
体により一体に構成される。例えばＮｂである。またア
ンテナ２は下部電極４３’と一体に構成され，超伝導体
である。
ＩＳ接合素子の上部電極４１，４１’は超伝導体により
一体に構成される。例えばＮｂにより作られる。アンテ
ナ１は超伝導体によりマイクロストリップ線路５１と一
体に構成される。また，マイクロストリップ線路５１，
５１’の下部電極およびＳＩＳ接合素子の下部電極４
３，４３’はそれぞれ共通の接地電極であって，超伝導
体により一体に構成される。例えばＮｂである。またア
ンテナ２は下部電極４３’と一体に構成され，超伝導体
である。
【００５１】図４（ａ），（ｂ）の半波長ＳＩＳ接合素
子１３の幅は１．２μｍ，長さは４．３４μｍ（半波
長）である。半波長ＳＩＳ接合素子１５の幅は１．２μ
ｍであり，長さは４．３４μｍ（半波長）である。半波
長マイクロストリップ線路４の幅は１．８μｍであり，
長さは９２．９μｍ（半波長）である。四分の一波長マ
イクロストリップ線路２の幅は５．５μｍ，長さは４
２．９μｍである。
子１３の幅は１．２μｍ，長さは４．３４μｍ（半波
長）である。半波長ＳＩＳ接合素子１５の幅は１．２μ
ｍであり，長さは４．３４μｍ（半波長）である。半波
長マイクロストリップ線路４の幅は１．８μｍであり，
長さは９２．９μｍ（半波長）である。四分の一波長マ
イクロストリップ線路２の幅は５．５μｍ，長さは４
２．９μｍである。
【００５２】図５（ａ），（ｂ）は，前述の計算式に従
って求めた図４の構成の特性を示す。計算に使用したＳ
ＩＳ接合素子，超伝導材料（Ｎｂ）の定数は次のとおり
である。
って求めた図４の構成の特性を示す。計算に使用したＳ
ＩＳ接合素子，超伝導材料（Ｎｂ）の定数は次のとおり
である。
【００５３】ギャップ周波数（Ｎｂのエネルギーバンド
ギャップに対応する周波数）は７００ＧＨｚ，超伝導が
壊れる最低温度における導電率は１．２×１０7 Ω-1ｍ
-1，上部電極の厚さ５００ｎｍ，下部電極の厚さ２００
ｎｍ，トンネル接合の厚さ１ｎｍ，電流密度はＪC ＝５
ｋＡ／ｃｍ2 （超伝導を維持する最大電流密度），Ｉ C
ＲN ＝１．９ｍＶ，特性容量１００ｆＦ／μｍ2 であ
る。反射係数Γを許容出来る範囲（−１０ｄＢ）以下に
なるようにＺn ，γn ，ｄnを選択した。
ギャップに対応する周波数）は７００ＧＨｚ，超伝導が
壊れる最低温度における導電率は１．２×１０7 Ω-1ｍ
-1，上部電極の厚さ５００ｎｍ，下部電極の厚さ２００
ｎｍ，トンネル接合の厚さ１ｎｍ，電流密度はＪC ＝５
ｋＡ／ｃｍ2 （超伝導を維持する最大電流密度），Ｉ C
ＲN ＝１．９ｍＶ，特性容量１００ｆＦ／μｍ2 であ
る。反射係数Γを許容出来る範囲（−１０ｄＢ）以下に
なるようにＺn ，γn ，ｄnを選択した。
【００５４】図５（ａ）はスミスチャートであり，８１
は周波数を変化させた時の軌跡を示す。図５（ｂ）は反
射率の入力信号周波数に対する関係を示す。−１０ｄＢ
以下の反射率を示す周波数帯域は，約６００ＧＨｚから
７７５ＧＨｚであり，前述の従来のものより大幅に広く
なることが示されている。また，スミスチャートの中心
部付近に軌跡が集まり所望の反射係数（−１０ｄＢ以
下）の特性を得ることが容易になる。
は周波数を変化させた時の軌跡を示す。図５（ｂ）は反
射率の入力信号周波数に対する関係を示す。−１０ｄＢ
以下の反射率を示す周波数帯域は，約６００ＧＨｚから
７７５ＧＨｚであり，前述の従来のものより大幅に広く
なることが示されている。また，スミスチャートの中心
部付近に軌跡が集まり所望の反射係数（−１０ｄＢ以
下）の特性を得ることが容易になる。
【００５５】
【発明の効果】本発明は，上記のように，超伝導体のマ
イクロストリップ線路とＳＩＳ接合素子を多段接続する
ことにより，一つずつのＳＩＳ素子に流れる電流密度が
小さくても反射係数の小さい周波数帯域を広くすること
ができる。このように，本発明によれば，反射係数は小
さいがＱの高い同調回路を作成できる。
イクロストリップ線路とＳＩＳ接合素子を多段接続する
ことにより，一つずつのＳＩＳ素子に流れる電流密度が
小さくても反射係数の小さい周波数帯域を広くすること
ができる。このように，本発明によれば，反射係数は小
さいがＱの高い同調回路を作成できる。
【図１】本発明の実施の形態１を示す図である。
【図２】ＳＩＳ接合素子を示す図である。
【図３】マイクロストリップ線路を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２の特性の例を示す図であ
る。
る。
【図６】トンネル接合を使用した従来の同調回路を示す
図である。
図である。
【図７】トンネル接合を使用した従来の同調回路を示す
図である。
図である。
【図８】トンネル接合を使用した従来の同調回路の特性
を示す図である。
を示す図である。
１：信号入力部
２：四分の一波長マイクロストリップ線路
３：半波長トンネル接合素子
４：半波長マイクロストリップ線路
５：半波長トンネル接合素子
６：半波長マイクロストリップ線路
７：半波長トンネル接合素子
８：半波長マイクロストリップ線路
９：半波長トンネル接合素子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4M113 AA04 AA14 AA25 AD21 AD51
CA13
5J021 AA01 AB06 CA05 FA01 FA31
HA07 JA02 JA10
Claims (4)
- 【請求項１】 上部線路と下部電極により構成されるマ
イクロストリップ線路および上部電極とトンネル接合と
下部電極により構成されるトンネル接合素子を備え，そ
れぞれの下部電極を共通接続するとともに，マイクロス
トリップ線路とトンネル接合素子の上部電極を接続した
マイクロストリップ線路とトンネル接合素子との接続を
多段接続し，最上位のマイクロストリップ線路を信号源
に対するインピーダンス整合素子とし，該最上位のマイ
クロストリップ線路に信号入力することを特徴とするト
ンネル接合素子を用いた同調回路。 - 【請求項２】 該最上位のマイクロストリップ線路の長
さは四分の一波長であり，最上位のマイクロストリップ
線路より下位のマイクロストリップ線路およびトンネル
接合素子の長さは半波長であることを特徴とする請求項
１に記載のトンネル接合素子を用いた同調回路。 - 【請求項３】 超伝導体の上部線路と下部電極により構
成される超伝導体のマイクロストリップ線路，および超
伝導体の上部電極とトンネル接合と超伝導体の下部電極
により構成されるトンネル接合素子を備え，それぞれの
下部電極を共通接続し，該マイクロストリップ線路とト
ンネル接合素子の上部電極を接続したマイクロストリッ
プ線路とトンネル接合素子の接続を多段接続し，最上位
のマイクロストリップ線路は信号源に対するインピーダ
ンス整合素子とし，該最上位のマイクロストリップ線路
に信号入力することを特徴とする超伝導集積回路。 - 【請求項４】 該最上位のマイクロストリップ線路の長
さは四分の一波長であり，該四分の一波長マイクロスト
リップ線路より下段のマイクロストリップ線路およびト
ンネル接合素子の長さは半波長であることを特徴とする
請求項３に記載の超伝導集積回路。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002017223A JP3820444B2 (ja) | 2002-01-25 | 2002-01-25 | トンネル接合素子を用いた同調回路および超伝導集積回路 |
| US10/348,987 US7067839B2 (en) | 2002-01-25 | 2003-01-23 | Tuning circuit with distributed tunnel junction elements and superconductor integrated circuit comprising the tuning circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002017223A JP3820444B2 (ja) | 2002-01-25 | 2002-01-25 | トンネル接合素子を用いた同調回路および超伝導集積回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003218415A true JP2003218415A (ja) | 2003-07-31 |
| JP3820444B2 JP3820444B2 (ja) | 2006-09-13 |
Family
ID=27606159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002017223A Expired - Lifetime JP3820444B2 (ja) | 2002-01-25 | 2002-01-25 | トンネル接合素子を用いた同調回路および超伝導集積回路 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7067839B2 (ja) |
| JP (1) | JP3820444B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3820444B2 (ja) * | 2002-01-25 | 2006-09-13 | 独立行政法人情報通信研究機構 | トンネル接合素子を用いた同調回路および超伝導集積回路 |
| US6979998B2 (en) * | 2003-04-16 | 2005-12-27 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Magnetic filter |
| US7667463B2 (en) * | 2005-04-15 | 2010-02-23 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Antenna for picking up magnetic resonance signals and provided with its own communication unit |
| US9088243B2 (en) * | 2012-09-10 | 2015-07-21 | Indian Institute Of Technology Bombay | Magnetic field feedback based spintronic oscillator |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4344052A (en) * | 1980-09-29 | 1982-08-10 | International Business Machines Corporation | Distributed array of Josephson devices with coherence |
| US4430662A (en) * | 1981-04-09 | 1984-02-07 | Sperry Corporation | Superconductive tunnel junction integrated circuit |
| JP3820444B2 (ja) * | 2002-01-25 | 2006-09-13 | 独立行政法人情報通信研究機構 | トンネル接合素子を用いた同調回路および超伝導集積回路 |
-
2002
- 2002-01-25 JP JP2002017223A patent/JP3820444B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2003
- 2003-01-23 US US10/348,987 patent/US7067839B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US7067839B2 (en) | 2006-06-27 |
| US20030144152A1 (en) | 2003-07-31 |
| JP3820444B2 (ja) | 2006-09-13 |
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