JP2009170777A - プログラマブルジョセフソン電圧標準装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】チップの電極パッドと基板配線パッドとのアライメントを容易化すると共に、チップの取り付け・取り外し時におけるチップの損傷を回避することのできるプログラマブルジョセフソン電圧標準装置を提供すること。
【解決手段】バイアス電流とマイクロ波の印加により一定電圧を発生する超伝導ジョセフソン接合の多数個を直列接続した複数個の超伝導ジョセフソン電圧標準用チップ3、4で構成されたプログラマブルジョセフソン電圧標準装置において、前記複数個のそれぞれのチップ3、4は、それぞれ個別の基板1、2上に設置され、各チップ3、4は基板1、2上の基板配線6、7とボンディングワイヤ8、9により接続され、各基板1、2間は基板上の基板配線6、7間を導線5で接続したことを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置である。
【選択図】図1
【解決手段】バイアス電流とマイクロ波の印加により一定電圧を発生する超伝導ジョセフソン接合の多数個を直列接続した複数個の超伝導ジョセフソン電圧標準用チップ3、4で構成されたプログラマブルジョセフソン電圧標準装置において、前記複数個のそれぞれのチップ3、4は、それぞれ個別の基板1、2上に設置され、各チップ3、4は基板1、2上の基板配線6、7とボンディングワイヤ8、9により接続され、各基板1、2間は基板上の基板配線6、7間を導線5で接続したことを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置である。
【選択図】図1
Description
本発明は、プログラマブルジョセフソン電圧標準(Programmable Josephson Voltage Standard)装置に関する。
超伝導ジョセフソン素子は、通常、2つの超伝導体により絶縁層等の薄い障壁層を挟んだ構造をとり、非線形で特殊な電気的特性を持ち、電圧標準をはじめとする超伝導エレクトロニクスや集積回路技術の分野において広く研究がなされている。図4に示すように、超伝導ジョセフソン素子に対してあらかじめマイクロ波を照射しておき、電流を流すと、素子の両端にはマイクロ波の周波数fによってのみ決まる電圧(V=(h/2e)f)が発生する。一方、電流を流さなければ、電圧はゼロとなる。マイクロ波周波数は非常に高精度に制御可能のため、得られる電圧も非常に高精度なものが得られる。
プログラマブルジョセフソン電圧標準装置では、超伝導ジョセフソン素子1個あたりの電圧は数十μV程度であるため、目標の10V以上の出力を得るためには数十万個もの超伝導ジョセフソン素子を直列に接続したアレー構造として構成される。実際には、アレーは2nに比例する超伝導ジョセフソン素子数を持つような複数のセクションに分割しておき、かつ各セル毎に対してバイアス電流源を「流す」または「流さない」を制御することによって、任意の電圧をプログラマブルに発生・制御させることができ、高精度なD/Aコンバータを実現することができる。
10V以上の高い電圧振幅を持つプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップは、数十万もの多くの超伝導ジョセフソン素子を必要とするため、高いチップ作製歩留まりを得るのが難しく、1チップのみで目標の10Vを得るのは難しい。そのため、10Vを得るために2チップ以上を組み合わせるマルチチップ方式によってプログラマブルジョセフソン電圧標準装置を実現している。
電圧標準等の超伝導エレクトロニクスにおいて、マルチチップ方式を実現するためには、マルチチップ用基板を用いたフリップチップボンディング方法が一般的に採用されている。この方法では図5に示すように、1枚のマルチチップ用基板101上に複数のプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ102、103を載せ、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ102とプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ103の入出力間に超伝導配線104を配設し、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ102の出力端子V1−と超伝導配線104との間、およびプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ103の入力端子V2+と超伝導配線104との間をそれぞれ InSn等の超伝導ハンダ105により接続して、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ102の出力端子V1−とプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ103の入力端子V2+間を超伝導配線104で接続する方法である。なお図5の例では、2チップを実装・接続した例であるが、3チップ以上を1枚のマルチチップ用基板に載せて接続する場合にも同様の方法で行う。
特開平7-22461号公報
特開平5-251750号公報
特開昭58-207686 号公報
A. H. Miklich, A. H. Worsham, D. L. Miller, and J. X. Przybysz, "Circuit for chip-to-chip transportation of bits from single flux quantum circuits", IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 7, pp. 2278-2281, June 1997.
M. Maezawa, H. Yamamori and A. Shoji, "Novel approach to chip-to-chip communication using a single flux quantum pulse", IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 9, pp. 4049-4052, June 1999.
Quentin P. Herr, Andrew D. Smith, and Michael S. Wire, "High speed data link between digital superconductor chips",Applied Physics Letters, vol. 80, no. 17, pp. 3210-3212, April 2002.
T. Yamada, H. Sasaki, H. Yamamori, and A. Shoji, Influence of Temperature Variation on a Precise Measurement of a Programmable Josephson Voltage Standard"13th International Superconductive Electronics Conference 2007 (Washington D.C.), P-D04.
フリップチップボンディング方法を採用したプログラマブルジョセフソン電圧標準装置は、上述のごとく、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ102、103間をゼロ抵抗および無損失の超伝導配線104で結ぶことができるため、高性能の電気特性が得られる優れた方法であり、広く利用されている。しかしながら、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップの電極パッドと基板配線パッドとの間で、ハンダ付けのための高精度なアライメントを必要とする上、ハンダ付けの際に加える熱によりチップを損傷しやすいという問題がある。さらに、マルチチップ用基板101にチップを載せる前には、あらかじめ良品チップ選別のためにチップ単独評価用基板へ取り付けて評価を行う必要があり、評価後に同基板から取り外してマルチチップ用基板101に取り付け直す必要があり、チップを基板へ取り付け・取り外しを繰り返していくうちにチップを損傷しやすいという問題があった。
本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、マルチチップ用基板を用いた従来のフリップチップボンディング方法に代えて、新規なマルチチップ方式を採用して、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップの電極パッドと基板配線パッドとのアライメントを容易化すると共に、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップの取り付け・取り外し時におけるチップの損傷を回避することのできるプログラマブルジョセフソン電圧標準装置を提供することにある。
本願発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第1の手段は、バイアス電流とマイクロ波の印加により一定電圧を発生する超伝導ジョセフソン接合の多数個を直列接続した複数個の超伝導ジョセフソン電圧標準用チップで構成されたプログラマブルジョセフソン電圧標準装置において、前記複数個のそれぞれの超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは、それぞれ個別の基板上に設置され、各超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは基板上の基板配線と接続され、各基板間は基板上の基板配線間を接続したことを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置である。
第2の手段は、バイアス電流とマイクロ波の印加により一定電圧を発生する超伝導ジョセフソン接合の多数個を直列接続した複数個の超伝導ジョセフソン電圧標準用チップで構成されたプログラマブルジョセフソン電圧標準装置において、前記複数個のそれぞれの超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは、それぞれ個別の基板上に設置され、各超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは基板上の基板配線とボンディングワイヤ、リボン、またはハンダにより接続され、各基板間は基板上の基板配線間を導線で接続したことを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置である。
第3の手段は、第2の手段において、前記各基板間の基板上の基板配線間の導線による接続は、前段の基板上の出力端子に相当する基板配線と、後段の基板上の入力端子に相当する基板配線との間の導線による接続を含むことを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置である。
第4の手段は、第1の手段ないし第3の手段のいずれか1つの手段において、前記各基板は、板状のサンプルホルダにおいて背面が支持されていることを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置である。
第5の手段は、バイアス電流とマイクロ波の印加により一定電圧を発生する超伝導ジョセフソン接合の多数個を直列接続した複数個の超伝導ジョセフソン電圧標準用チップで構成されるプログラマブルジョセフソン電圧標準装置において、前記複数個のそれぞれの超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは、それぞれ個別の基板上に設置され、各超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは基板上の基板配線と高温超伝導体テープにより接続され、基板間は各基板上の基板配線間を高温超伝導体テープで接続したことを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置である。
第6の手段は、第5の手段において、前記基板間の各基板上の基板配線間の高温超伝導体テープによる接続は、前段の基板上の出力端子に相当する基板配線と、後段の基板上の入力端子に相当する基板配線との間の高温超伝導体テープによる接続を含むことを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置である。
第1の手段は、バイアス電流とマイクロ波の印加により一定電圧を発生する超伝導ジョセフソン接合の多数個を直列接続した複数個の超伝導ジョセフソン電圧標準用チップで構成されたプログラマブルジョセフソン電圧標準装置において、前記複数個のそれぞれの超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは、それぞれ個別の基板上に設置され、各超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは基板上の基板配線と接続され、各基板間は基板上の基板配線間を接続したことを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置である。
第2の手段は、バイアス電流とマイクロ波の印加により一定電圧を発生する超伝導ジョセフソン接合の多数個を直列接続した複数個の超伝導ジョセフソン電圧標準用チップで構成されたプログラマブルジョセフソン電圧標準装置において、前記複数個のそれぞれの超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは、それぞれ個別の基板上に設置され、各超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは基板上の基板配線とボンディングワイヤ、リボン、またはハンダにより接続され、各基板間は基板上の基板配線間を導線で接続したことを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置である。
第3の手段は、第2の手段において、前記各基板間の基板上の基板配線間の導線による接続は、前段の基板上の出力端子に相当する基板配線と、後段の基板上の入力端子に相当する基板配線との間の導線による接続を含むことを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置である。
第4の手段は、第1の手段ないし第3の手段のいずれか1つの手段において、前記各基板は、板状のサンプルホルダにおいて背面が支持されていることを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置である。
第5の手段は、バイアス電流とマイクロ波の印加により一定電圧を発生する超伝導ジョセフソン接合の多数個を直列接続した複数個の超伝導ジョセフソン電圧標準用チップで構成されるプログラマブルジョセフソン電圧標準装置において、前記複数個のそれぞれの超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは、それぞれ個別の基板上に設置され、各超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは基板上の基板配線と高温超伝導体テープにより接続され、基板間は各基板上の基板配線間を高温超伝導体テープで接続したことを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置である。
第6の手段は、第5の手段において、前記基板間の各基板上の基板配線間の高温超伝導体テープによる接続は、前段の基板上の出力端子に相当する基板配線と、後段の基板上の入力端子に相当する基板配線との間の高温超伝導体テープによる接続を含むことを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置である。
請求項1に記載の発明によれば、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップと基板は一体として取り扱うため、良品チップ選別は基板間の取り付け・取り外しのみによって行うことが可能となり、良品チップを新たに別の基板に取り付け直す必要がないので、チップを痛めることのない優れたマルチチップ方法を提供することができる。
請求項2、3に記載の発明によれば、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップと基板は一体として取り扱うため、良品チップ選別は基板間の導線におけるハンダの取り付け・取り外しのみによって行うことが可能となり、良品チップを新たに別の基板に取り付け直す必要がないので、チップを痛めることのない優れたマルチチップ方法を提供することができる。
請求項4に記載の発明によれば、サンプルホルダに背中合わせでプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップを実装することができ、複数のチップ間を短距離、低抵抗で結ぶことが可能になる。
請求項5、6に記載の発明によれば、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップと基板は一体として取り扱うため、良品チップ選別は基板間の高温超伝導体テープにおけるハンダの取り付け・取り外しのみによって行うことが可能となり、良品チップを新たに別の基板に取り付け直す必要がないので、チップを痛めることがない。また冷凍機を用いたシステム内では、高温超伝導体テープの配設はコールドヘッドから電気的に絶縁した状態で行う必要がある。すると熱的にも絶縁され配線の冷却効果は低下し温度が上がってしまうが、100K以上の温度でも安定して超伝導状態となる高温超伝導体を用いたことによって、温度がある程度上がったとしても超伝導状態を安定に維持することが可能になる。また高温超伝導体テープは、比較的フレキシブルに曲げることが可能である上、銀メッキが施されているタイプを用いればハンダ付けも可能であるので、有限の抵抗・損失を有する導線の代わりに基板間をゼロ抵抗・無損失で結ぶ配線として用いることも可能となる。さらに、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップと基板配線との間に、InSn等のハンダ材料を用いて高温超伝導体テープにより結ぶことによって、ゼロ抵抗・無損失の超伝導接続をすることが可能となる。
請求項2、3に記載の発明によれば、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップと基板は一体として取り扱うため、良品チップ選別は基板間の導線におけるハンダの取り付け・取り外しのみによって行うことが可能となり、良品チップを新たに別の基板に取り付け直す必要がないので、チップを痛めることのない優れたマルチチップ方法を提供することができる。
請求項4に記載の発明によれば、サンプルホルダに背中合わせでプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップを実装することができ、複数のチップ間を短距離、低抵抗で結ぶことが可能になる。
請求項5、6に記載の発明によれば、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップと基板は一体として取り扱うため、良品チップ選別は基板間の高温超伝導体テープにおけるハンダの取り付け・取り外しのみによって行うことが可能となり、良品チップを新たに別の基板に取り付け直す必要がないので、チップを痛めることがない。また冷凍機を用いたシステム内では、高温超伝導体テープの配設はコールドヘッドから電気的に絶縁した状態で行う必要がある。すると熱的にも絶縁され配線の冷却効果は低下し温度が上がってしまうが、100K以上の温度でも安定して超伝導状態となる高温超伝導体を用いたことによって、温度がある程度上がったとしても超伝導状態を安定に維持することが可能になる。また高温超伝導体テープは、比較的フレキシブルに曲げることが可能である上、銀メッキが施されているタイプを用いればハンダ付けも可能であるので、有限の抵抗・損失を有する導線の代わりに基板間をゼロ抵抗・無損失で結ぶ配線として用いることも可能となる。さらに、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップと基板配線との間に、InSn等のハンダ材料を用いて高温超伝導体テープにより結ぶことによって、ゼロ抵抗・無損失の超伝導接続をすることが可能となる。
本発明の第1の実施形態を図1および図2を用いて説明する。
図1は、本実施形態の発明に係るプログラマブルジョセフソン電圧標準装置の構成を示す斜視図である。
同図において、1、2は基板、3は基板1上に設置されるプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ、4は基板2上に設置されるプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ、5は導線、6は基板1上に形成された基板配線、7は基板2上に形成された基板配線、8はプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ3と基板配線6間を接続するボンディングワイヤ、9はプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ4と基板配線7間を接続するボンディングワイヤ、10は基板電極パッド11と導線5間を接続するハンダ、11は基板電極パッドである。同図ではチップ数が2のときの例を示しているが、チップ数が3以上のときも同様の構成となる。
図1は、本実施形態の発明に係るプログラマブルジョセフソン電圧標準装置の構成を示す斜視図である。
同図において、1、2は基板、3は基板1上に設置されるプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ、4は基板2上に設置されるプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ、5は導線、6は基板1上に形成された基板配線、7は基板2上に形成された基板配線、8はプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ3と基板配線6間を接続するボンディングワイヤ、9はプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ4と基板配線7間を接続するボンディングワイヤ、10は基板電極パッド11と導線5間を接続するハンダ、11は基板電極パッドである。同図ではチップ数が2のときの例を示しているが、チップ数が3以上のときも同様の構成となる。
同図に示すように、本実施形態の発明に係るプログラマブルジョセフソン電圧標準装置は、1枚の基板1(2)に1つのプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ3(4)を載せて固定し、基板1、2の基板配線6、7とプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ3、4間をボンディングワイヤ8、9、リボン、またはハンダにより接続し、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ3の出力端子V1−となる基板電極パッド11とプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ4の入力端子V2+となる基板電極パッド11との間を低抵抗な導線5によってハンダ10により接続したものである。なお上記はチップ数2のときの例を示しているが、チップ数3以上のときについても、各基板上のチップ基板への固定方法と基板間接続の導線による接続方法は同様である。また各基板間の接続方法についても同様で、前段の基板上の出力端子に相当する基板配線と、後段の基板上の入力端子に相当する基板配線との間を接続することにより、複数の基板同士が直列接続される。
本発明によれば、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ3(4)と基板1(2)は一体として取り扱うため、良品チップ選別は基板1、2と導線5との間におけるハンダ10の取り付け・取り外しのみによって行うことが可能であり、チップを痛めることのない優れたマルチチップ方法である。このことは、チップ数が2のときのみならず3以上のときについても同様にあてはまる。
図2は、図1に示したプログラマブルジョセフソン電圧標準装置の具体的構成の一例を示す図であり、図2(a)は基板1側から見た斜視図、図2(b)は基板2側から見た斜視図、図2(c)は基板1と基板2との間から見た斜視図である。
同図において、12は板状のサンプルホルダ、13は試料固定台である。本実施形態の発明に係るプログラマブルジョセフソン電圧標準装置によれば、チップ間を繋ぐ配線の一連の箇所において、ボンディングワイヤ8、9や基板配線6、7、基板間の導線5は超伝導体ではないため、チップ間配線は有限の抵抗・損失を伴い、電圧精度の低下を招く。しかし、図2に示すような構成を採用することにより、サンプルホルダ12に背中合わせで複数個のプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ3、4を実装することができ、複数個のチップ間を短距離、すなわち低抵抗で結ぶことが可能になる。さらには、ボンディングワイヤ8、9またはリボンを複数本パラレルに接続したり、基板配線や基板間を接続する導線に対して太いタイプのものを用いる等の対処を施すことにより、抵抗をさらに低く抑えることができる。
同図において、12は板状のサンプルホルダ、13は試料固定台である。本実施形態の発明に係るプログラマブルジョセフソン電圧標準装置によれば、チップ間を繋ぐ配線の一連の箇所において、ボンディングワイヤ8、9や基板配線6、7、基板間の導線5は超伝導体ではないため、チップ間配線は有限の抵抗・損失を伴い、電圧精度の低下を招く。しかし、図2に示すような構成を採用することにより、サンプルホルダ12に背中合わせで複数個のプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ3、4を実装することができ、複数個のチップ間を短距離、すなわち低抵抗で結ぶことが可能になる。さらには、ボンディングワイヤ8、9またはリボンを複数本パラレルに接続したり、基板配線や基板間を接続する導線に対して太いタイプのものを用いる等の対処を施すことにより、抵抗をさらに低く抑えることができる。
本発明の第2の実施形態を図3を用いて説明する。
図1に示したプログラマブルジョセフソン電圧標準装置においては、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ間を結ぶ配線であるボンディングワイヤ8、9、基板配線6、7、導線5は超伝導ではなく、有限の抵抗を持つ常伝導体である。そのため、そこでの損失や抵抗による電圧降下がいくらか発生する。そのため、それらの配線の抵抗や損失を十分に低く抑える必要がある。ボンディングワイヤ8、9、導線5に関しては、それぞれリボン・パラレル化、太い導線用いれば抵抗をある程度まで低く抑えることができる。しかしながら国家標準等の究極の電圧精度を狙う用途向けでは、抵抗を完全にゼロとすることが要求され、超伝導配線を用いることが強く望まれる。同図では、チップ数2のときの内容であるが、3以上のときも同様である。
図1に示したプログラマブルジョセフソン電圧標準装置においては、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ間を結ぶ配線であるボンディングワイヤ8、9、基板配線6、7、導線5は超伝導ではなく、有限の抵抗を持つ常伝導体である。そのため、そこでの損失や抵抗による電圧降下がいくらか発生する。そのため、それらの配線の抵抗や損失を十分に低く抑える必要がある。ボンディングワイヤ8、9、導線5に関しては、それぞれリボン・パラレル化、太い導線用いれば抵抗をある程度まで低く抑えることができる。しかしながら国家標準等の究極の電圧精度を狙う用途向けでは、抵抗を完全にゼロとすることが要求され、超伝導配線を用いることが強く望まれる。同図では、チップ数2のときの内容であるが、3以上のときも同様である。
図1に示したプログラマブルジョセフソン電圧標準装置において、プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ3、4間を超伝導配線により接続するためには、ボンディングワイヤ8、9、基板配線6、7、導線5の箇所に対して超伝導材料を用い、かつそれらを何らかの方法で冷却する必要がある。しかしながら、これには以下に示す2つの問題がある。(1)超伝導材料を用いたボンディングワイヤが存在しない。(2) 冷凍機では導線を十分に低い温度にまで冷却することが難しい。同図では、チップ数2のときの例であるが、3以上のときも同様である。
液体ヘリウムによる液冷システムでは、導線をチップと共にヘリウムに浸すことによって超伝導状態にまで容易に冷却することが可能である。一方、冷凍機を用いた冷凍システムでは、導線をコールドヘッドに接触させなければ十分に低い温度にまで安定して冷却することはできない。しかし一般にコールドヘッドは冷凍機とともにアースに接地されているため、導線をこれに接触させて冷却するわけにはいかず、電気的に絶縁されなければならない。しかし、電気的に絶縁することは熱的に絶縁されることと等価であり、導線冷却の効果が失われる。
本件発明者の実験によれば、10K冷凍機システムではコールドヘッド温度は10Kに制御されているが、熱的に絶縁した状態ではせいぜい20K弱程度にまでしか冷えない。一般に金属超伝導体の導線はNbTi、Nb3Sn等を用いたとしても臨界温度はせいぜい十数K程度であるため、超伝導状態にすることはできない。そのため、20K程度でも安定に超伝導体となる高温超伝導体材料を用いることが不可欠となる。
図3は、本実施形態の発明に係るプログラマブルジョセフソン電圧標準装置の構成を示す斜視図である。
同図において、14は基板、15は基板14上に配置されるプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ、16はチップ電極パッド、17は基板14上に形成された高温超伝導体からなる基板配線、18は、チップ電極パッド16と高温超伝導体テープ19との間、高温超伝導体テープ19と基板配線17との間、および基板配線17と高温超伝導体テープ20との間を接続するハンダ、19はプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ15のチップ電極パッド16と基板配線17との間を接続する高温超伝導体テープ、20は基板14の基板配線17と不図示の他の基板の基板配線との間を接続する高温超伝導体テープである。
同図において、14は基板、15は基板14上に配置されるプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ、16はチップ電極パッド、17は基板14上に形成された高温超伝導体からなる基板配線、18は、チップ電極パッド16と高温超伝導体テープ19との間、高温超伝導体テープ19と基板配線17との間、および基板配線17と高温超伝導体テープ20との間を接続するハンダ、19はプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ15のチップ電極パッド16と基板配線17との間を接続する高温超伝導体テープ、20は基板14の基板配線17と不図示の他の基板の基板配線との間を接続する高温超伝導体テープである。
上述のごとく、高温超伝導体材料はセラミックス材料であるため、チップや基板配線との接続が難しく、また金属超伝導体ほどフレキシブルに曲げることも難しいが、本実施形態の発明においては、高温超伝導体テープ19、20として、電力送電ケーブル向けに開発されている市販の高温超伝導体テープ線材を用いる。この高温超伝導体テープ線材は100K以上の温度でも超伝導体となり、また比較的フレキシブルに曲げることが可能である上、銀メッキが施されているタイプを用いればハンダ付けも容易であると考えられる。そのため、基板間を結ぶ高温超伝導体テープ20として用いることが可能である。また、高温超伝導体テープ19を用いれば、InSn等をハンダ材料として用いることによってプログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ15と基板配線17とをゼロ抵抗・無損失の超伝導配線として接続することが可能であるので、有限の抵抗・損失を有するボンディングワイヤまたはリボンの代わりとしても使用することが可能となる。なお、高温超伝導体テープ19とチップ15との間および高温超伝導体テープ19、20と基板配線17との界面部分は、ハンダ18やメッキ用銀材料といった常伝導体のためそれら自身は有限の抵抗を持つが、それらを十分に薄くすれば、近接効果により高温超伝導体テープからの超伝導性の染み出し効果により超伝導性を持つようになり、チップ間の接続部分をすべてゼロ抵抗・無損失の超伝導接続できることが期待できる。
1、2 基板
3、4 プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ
5 導線
6、7 基板配線
8、9 ボンディングワイヤ
10 ハンダ
11 基板電極パッド
12 サンプルホルダ
13 試料固定台
14 基板
15 プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ
16 チップ電極パッド
17 基板配線(高温超伝導体)
18 ハンダ
19 高温超伝導体テープ
20 高温超伝導体テープ
3、4 プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ
5 導線
6、7 基板配線
8、9 ボンディングワイヤ
10 ハンダ
11 基板電極パッド
12 サンプルホルダ
13 試料固定台
14 基板
15 プログラマブルジョセフソン電圧標準用チップ
16 チップ電極パッド
17 基板配線(高温超伝導体)
18 ハンダ
19 高温超伝導体テープ
20 高温超伝導体テープ
Claims (6)
- バイアス電流とマイクロ波の印加により一定電圧を発生する超伝導ジョセフソン接合の多数個を直列接続した複数個の超伝導ジョセフソン電圧標準用チップで構成されたプログラマブルジョセフソン電圧標準装置において、
前記複数個のそれぞれの超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは、それぞれ個別の基板上に設置され、各超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは基板上の基板配線と接続され、各基板間は基板上の基板配線間を接続したことを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置。 - バイアス電流とマイクロ波の印加により一定電圧を発生する超伝導ジョセフソン接合の多数個を直列接続した複数個の超伝導ジョセフソン電圧標準用チップで構成されたプログラマブルジョセフソン電圧標準装置において、
前記複数個のそれぞれの超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは、それぞれ個別の基板上に設置され、各超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは基板上の基板配線とボンディングワイヤ、リボン、またはハンダにより接続され、各基板間は基板上の基板配線間を導線で接続したことを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置。 - 前記各基板間の基板上の基板配線間の導線による接続は、前段の基板上の出力端子に相当する基板配線と、後段の基板上の入力端子に相当する基板配線との間の導線による接続を含むことを特徴とする請求項2に記載のプログラマブルジョセフソン電圧標準装置。
- 前記各基板は、板状サンプルホルダにおいて背面が支持されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つの請求項に記載のプログラマブルジョセフソン電圧標準装置。
- バイアス電流とマイクロ波の印加により一定電圧を発生する超伝導ジョセフソン接合の多数個を直列接続した複数個の超伝導ジョセフソン電圧標準用チップで構成されるプログラマブルジョセフソン電圧標準装置において、
前記複数個のそれぞれの超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは、それぞれ個別の基板上に設置され、各超伝導ジョセフソン電圧標準用チップは基板上の基板配線と高温超伝導体テープにより接続され、基板間は各基板上の基板配線間を高温超伝導体テープで接続したことを特徴とするプログラマブルジョセフソン電圧標準装置。 - 前記基板間の各基板上の基板配線間の高温超伝導体テープによる接続は、前段の基板上の出力端子に相当する基板配線と、後段の基板上の入力端子に相当する基板配線との間の高温超伝導体テープによる接続を含むことを特徴とする請求項5に記載のプログラマブルジョセフソン電圧標準装置。
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JP2008009258A JP2009170777A (ja) | 2008-01-18 | 2008-01-18 | プログラマブルジョセフソン電圧標準装置 |
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