JP2523655B2 - 超電導素子 - Google Patents
超電導素子Info
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- JP2523655B2 JP2523655B2 JP62170231A JP17023187A JP2523655B2 JP 2523655 B2 JP2523655 B2 JP 2523655B2 JP 62170231 A JP62170231 A JP 62170231A JP 17023187 A JP17023187 A JP 17023187A JP 2523655 B2 JP2523655 B2 JP 2523655B2
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- superconducting
- thin film
- film conductor
- temperature
- conductor
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/12—Josephson-effect devices
- H10N60/124—Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超電導現象を利用した素子に関するものであ
り、特に超電導状態を制御する新しい超電導素子に関す
るものである。
り、特に超電導状態を制御する新しい超電導素子に関す
るものである。
従来の技術 超電導現象を利用した素子としてジョセフン接合素子
が知られている。この分野に関する従来技術は電気学会
クライオエレクトロニクス常温専門委員会編の「ジョセ
フソン効果＜基礎と応用＞」電気学会発行コロナ社発売
（昭和53年）に体系的かつ詳細に記述されている。
が知られている。この分野に関する従来技術は電気学会
クライオエレクトロニクス常温専門委員会編の「ジョセ
フソン効果＜基礎と応用＞」電気学会発行コロナ社発売
（昭和53年）に体系的かつ詳細に記述されている。
ジョセフソン接合には非常に薄い（数10Å）絶縁層と
はさんで両側に超電導体を配置したトンネル接合型や、
一本の超電導体を一部細かく（１μｍ）くびれさせたブ
リッジ型、超電導材料の鋭い針を用いた点接触型があ
り、これらの作成方法では上記の文献に詳細に報告され
ているが、いずれのタイプでも超微細加工技術を必要と
し、際限性が悪いため歩留が低く、多数のジョセフソン
接合素子を集積化することは著しく困難であった。
はさんで両側に超電導体を配置したトンネル接合型や、
一本の超電導体を一部細かく（１μｍ）くびれさせたブ
リッジ型、超電導材料の鋭い針を用いた点接触型があ
り、これらの作成方法では上記の文献に詳細に報告され
ているが、いずれのタイプでも超微細加工技術を必要と
し、際限性が悪いため歩留が低く、多数のジョセフソン
接合素子を集積化することは著しく困難であった。
発明が解決しようとする問題点 従来のジョセフソン接合は構造的に作りにくく、トン
ネル型では絶縁層の界面の均一性やピンホールの問題点
接触型では振動や温度変化に弱いという問題点があっ
た。ブリッジ型は作りやすいと言われるが、１μｍ以下
の加工技術が要求される。特に良好なシャピロステップ
を得ようとすると0.1μｍ程度の幅の長さのブリッジを
形成する必要があった。ところが高温超電導体としてし
られている複合酸化物、例えばLa,Sr,Cu,O系やY,Ba,Cu,
O系の材料はセラミック上、薄膜状いずれの場合でも１
μｍ前後の微結晶の集合体で空孔率が大きく、10μｍの
微細加工も困難とされ、ジョセフソン接合の形成できな
いという問題点があった。
ネル型では絶縁層の界面の均一性やピンホールの問題点
接触型では振動や温度変化に弱いという問題点があっ
た。ブリッジ型は作りやすいと言われるが、１μｍ以下
の加工技術が要求される。特に良好なシャピロステップ
を得ようとすると0.1μｍ程度の幅の長さのブリッジを
形成する必要があった。ところが高温超電導体としてし
られている複合酸化物、例えばLa,Sr,Cu,O系やY,Ba,Cu,
O系の材料はセラミック上、薄膜状いずれの場合でも１
μｍ前後の微結晶の集合体で空孔率が大きく、10μｍの
微細加工も困難とされ、ジョセフソン接合の形成できな
いという問題点があった。
問題点を解決するための手段 本発明の超電導素子では超電導体と加熱手段を有し、
上記の加熱手段により上記超電導体を加熱し、上記の超
電導体を加熱して超電導状態を制御する。
上記の加熱手段により上記超電導体を加熱し、上記の超
電導体を加熱して超電導状態を制御する。
作用 超電導材料は超電導体臨界温度付近では超電導と常電
導と混合した電導状態を示す。本発明の超電導素子では
超電導体を加熱手段で加熱し、温度を変えることにより
超電導状態を制御でき、超電導電流の量を任意に調整で
きる。ジョセフソン接合で、良好なシャピロステップを
得るにはクーパーペアの位相がそろった超電導が必要
で、広い面積で大きな接合部があると位相が不ぞろい
で、量子現象であるシャピロステップが観測されなかっ
た。本発明では超電導材料に温度分布を生ぜしめる加熱
手段により超電導臨界温度付近で加熱することにより、
準粒子による常電導の割合いを増し、少数の位相のそろ
ったクーパーペアによる超電導のみを局部的にのこし、
超電導における量子効果を現出する。もちろん上記の臨
界温度により十分高温にして完全常電導状態とし、超電
導電流を完全に遮断し、常電導時の抵抗（数ｍΩｍ）と
の抵抗変化によるスイッチとして機能する。直列に多段
接続すれば常電導時の抵抗を数10KΩにすることも容易
である。
導と混合した電導状態を示す。本発明の超電導素子では
超電導体を加熱手段で加熱し、温度を変えることにより
超電導状態を制御でき、超電導電流の量を任意に調整で
きる。ジョセフソン接合で、良好なシャピロステップを
得るにはクーパーペアの位相がそろった超電導が必要
で、広い面積で大きな接合部があると位相が不ぞろい
で、量子現象であるシャピロステップが観測されなかっ
た。本発明では超電導材料に温度分布を生ぜしめる加熱
手段により超電導臨界温度付近で加熱することにより、
準粒子による常電導の割合いを増し、少数の位相のそろ
ったクーパーペアによる超電導のみを局部的にのこし、
超電導における量子効果を現出する。もちろん上記の臨
界温度により十分高温にして完全常電導状態とし、超電
導電流を完全に遮断し、常電導時の抵抗（数ｍΩｍ）と
の抵抗変化によるスイッチとして機能する。直列に多段
接続すれば常電導時の抵抗を数10KΩにすることも容易
である。
実施例 第１図は本発明の一実施例の略し斜視図である。サフ
ァイアの基板10上にマグネットロンスパッタでYBaCuO系
の超電導体を蒸着し、超電導薄膜体20（幅約10μｍ）を
形成し、両端にAuを蒸着し、端子21,22とした。この上
に熱伝導の良いアルミナをやはりマグネトロンスパッタ
で蒸着し、絶縁層30を形成し、さらにその上に台形でタ
ンタルの薄膜抵抗体40を蒸着で形成し、台形の頂辺と底
辺に端子41,42を設けた。
ァイアの基板10上にマグネットロンスパッタでYBaCuO系
の超電導体を蒸着し、超電導薄膜体20（幅約10μｍ）を
形成し、両端にAuを蒸着し、端子21,22とした。この上
に熱伝導の良いアルミナをやはりマグネトロンスパッタ
で蒸着し、絶縁層30を形成し、さらにその上に台形でタ
ンタルの薄膜抵抗体40を蒸着で形成し、台形の頂辺と底
辺に端子41,42を設けた。
全体を液体窒素温度に冷却すると超電導薄膜導体20は
完全導体となり、超電導電流が流れた。そこで薄膜抵抗
体40の端子41,42に直流電源を接続し、薄膜抵抗体40で
発生するジュール熱で超電導薄膜導体20を加熱した。薄
膜抵抗体40の幅は端子41の方を狭く（幅約２μｍ）、端
子42の側（幅約10μｍ）が温度上昇が小さく、その薄膜
抵抗体40の温度分布は熱抵抗の小さいアルミナの絶縁層
を通って、超電導薄膜導体の温度分布に反映する。従っ
て薄膜抵抗体40に流す電流を増すとともに、超電導薄膜
導体20の中では端子41に近い側から次第に超電導状態が
こわれ、超電導電流が減少する。薄膜抵抗体40に流す電
流を大きくしていくと、超電導薄膜導体20の幅（10μ
ｍ）全面に亘って常電導状態となる。全体が常電導状態
になる直前の状態では、微小の超電導電流が、最も温度
の低い端子42側を通って流れるが、この時のシャピロス
テップを観測できた。
完全導体となり、超電導電流が流れた。そこで薄膜抵抗
体40の端子41,42に直流電源を接続し、薄膜抵抗体40で
発生するジュール熱で超電導薄膜導体20を加熱した。薄
膜抵抗体40の幅は端子41の方を狭く（幅約２μｍ）、端
子42の側（幅約10μｍ）が温度上昇が小さく、その薄膜
抵抗体40の温度分布は熱抵抗の小さいアルミナの絶縁層
を通って、超電導薄膜導体の温度分布に反映する。従っ
て薄膜抵抗体40に流す電流を増すとともに、超電導薄膜
導体20の中では端子41に近い側から次第に超電導状態が
こわれ、超電導電流が減少する。薄膜抵抗体40に流す電
流を大きくしていくと、超電導薄膜導体20の幅（10μ
ｍ）全面に亘って常電導状態となる。全体が常電導状態
になる直前の状態では、微小の超電導電流が、最も温度
の低い端子42側を通って流れるが、この時のシャピロス
テップを観測できた。
本発明の超電導素子では簡単な構成により、従来製作
が著しく困難であったジョセフソン接合を容易に実現で
きるとともに、超電導状態を温度と温度分布によって任
意に制御できる。
が著しく困難であったジョセフソン接合を容易に実現で
きるとともに、超電導状態を温度と温度分布によって任
意に制御できる。
本発明における留加熱手段は実施例で示した薄膜抵抗
体に限定されるものではなく、別途設けた発熱体や熱線
照射（例えばレーザビーム等）でも同様の効果がある。
温度分布を生じせしめる加熱手段として、第２図のよう
にして超電導薄膜導体20をまたいで薄膜抵抗体40を設け
ても良い。もちろんこの場合超電導薄膜導体の中央が最
も低温になる。
体に限定されるものではなく、別途設けた発熱体や熱線
照射（例えばレーザビーム等）でも同様の効果がある。
温度分布を生じせしめる加熱手段として、第２図のよう
にして超電導薄膜導体20をまたいで薄膜抵抗体40を設け
ても良い。もちろんこの場合超電導薄膜導体の中央が最
も低温になる。
シャピロステップを観測する場合、加熱手段における
電源ノイズが、しばしば微小なシャピステップ動作を妨
害した。第３図、第４図は薄膜抵抗体40を通る電流のノ
イズによる影響を軽減するための構造を示す。第３図の
薄膜抵抗体は電流経路を折返し構造にし、上半分を下半
分の超電導薄膜導体20との結合が逆になるようにしたも
のであり、第４図は超電導薄膜導体20の両側に薄膜抵抗
体を２本対称に設けたもので、両側に同じむきに同じ強
さの電流を流すと、お互いに相殺し、電気的ノイズが入
らず、熱伝導のみで動作する。またこの種のノイズを除
去するには超電導薄膜導体と薄膜抵抗体の間に、臨界温
度が超電導薄膜導体よりも高い材料よりなる超電導体を
薄膜抵抗体から電気的に絶縁して挿入することにより、
遮断することができる。超電導薄膜導体用材料としては
すくなくともＡ元素、Ｂ元素およびＣ元素を含む複合酸
化物が臨界温度が高くて便利である。ここでＡ元素とし
てY,B元素としてSr,C元素としてCuを選ぶと、超電導臨
界温度は80Kであった。次にＢ元素をBaにかえた材料で
は臨界温度90Kと高く上記の遮断用に好適であった。本
発明に特に有効な超電導材料としては、Ａ元素としてS
c,Yおよびランタン系列元素（原子番号57〜71）のうち
少なくとも一種、Ｂ元素としてII a族元素のうち少なく
とも一種、ＣはI b族元素または鉄族元素の少なくとも
一種を含む複合酸化物があげられるが、従来からの合金
系材料（例えばNb3Su等）でもよい。
電源ノイズが、しばしば微小なシャピステップ動作を妨
害した。第３図、第４図は薄膜抵抗体40を通る電流のノ
イズによる影響を軽減するための構造を示す。第３図の
薄膜抵抗体は電流経路を折返し構造にし、上半分を下半
分の超電導薄膜導体20との結合が逆になるようにしたも
のであり、第４図は超電導薄膜導体20の両側に薄膜抵抗
体を２本対称に設けたもので、両側に同じむきに同じ強
さの電流を流すと、お互いに相殺し、電気的ノイズが入
らず、熱伝導のみで動作する。またこの種のノイズを除
去するには超電導薄膜導体と薄膜抵抗体の間に、臨界温
度が超電導薄膜導体よりも高い材料よりなる超電導体を
薄膜抵抗体から電気的に絶縁して挿入することにより、
遮断することができる。超電導薄膜導体用材料としては
すくなくともＡ元素、Ｂ元素およびＣ元素を含む複合酸
化物が臨界温度が高くて便利である。ここでＡ元素とし
てY,B元素としてSr,C元素としてCuを選ぶと、超電導臨
界温度は80Kであった。次にＢ元素をBaにかえた材料で
は臨界温度90Kと高く上記の遮断用に好適であった。本
発明に特に有効な超電導材料としては、Ａ元素としてS
c,Yおよびランタン系列元素（原子番号57〜71）のうち
少なくとも一種、Ｂ元素としてII a族元素のうち少なく
とも一種、ＣはI b族元素または鉄族元素の少なくとも
一種を含む複合酸化物があげられるが、従来からの合金
系材料（例えばNb3Su等）でもよい。
発明の効果 本発明は構造が簡単でしかも微細加工が不用で作りや
すい。また加熱による温度や温度分布を調整することに
より、超電導状態を任意に制御できるという特徴を有し
産業上の応用範囲は広く、本発明の効果は大きい。
すい。また加熱による温度や温度分布を調整することに
より、超電導状態を任意に制御できるという特徴を有し
産業上の応用範囲は広く、本発明の効果は大きい。
第１図は本発明の超電導装置の一実施例の略斜視図、第
２図ないし第４図は本発明の超電導装置の加熱手段を説
明するための概略図である。 10……基板、20……超電導薄膜導体、21,22,41,42……
端子、30……絶縁層、40……薄膜抵抗体。
２図ないし第４図は本発明の超電導装置の加熱手段を説
明するための概略図である。 10……基板、20……超電導薄膜導体、21,22,41,42……
端子、30……絶縁層、40……薄膜抵抗体。
Claims (7)
- 【請求項１】超電導薄膜導体と薄膜抵抗体からなる加熱
手段とを有し、上記加熱手段により上記超電導薄膜導体
を加熱し、少なくとも上記超電導薄膜導体の電流方向に
垂直な面内に温度分布を生じせしめ、その最低温度を示
す部分の温度をほぼ超電導臨界温度になるように設定し
て超電導状態を制御する超電導素子。 - 【請求項２】超電導薄膜導体に交差させて薄膜抵抗体を
設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超
電導素子。 - 【請求項３】超電導薄膜導体と薄膜抵抗体の間に空間を
設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
超電導素子。 - 【請求項４】超電導薄膜導体と薄膜抵抗体の間に前記超
電導薄膜導体の超電導臨界温度よりも高い臨界温度を示
す別の超電導膜を、前記超電導薄膜導体から電気的に絶
縁して配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の超電導素子。 - 【請求項５】薄膜抗体における電流経路を折返し型に設
定したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
超電導素子。 - 【請求項６】超電導薄膜導体の両側に並行して薄膜抵抗
体を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の超電導素子。 - 【請求項７】超電導薄膜導体用材料として、少なくとも
Ａ元素、Ｂ元素およびＣ元素を含む複合酸化物を用いた
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超電導
素子。ここに、ＡはSc,Yおよびランタン系列元素（原紙
番号57〜71）のうち少なくとも一種、ＢはII a族元素の
うち少なくとも一種、ＣはI b族元素または鉄族元素の
少なくとも一種をさす。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62170231A JP2523655B2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | 超電導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62170231A JP2523655B2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | 超電導素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6413778A JPS6413778A (en) | 1989-01-18 |
| JP2523655B2 true JP2523655B2 (ja) | 1996-08-14 |
Family
ID=15901096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62170231A Expired - Fee Related JP2523655B2 (ja) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | 超電導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2523655B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7587162B2 (en) * | 2007-09-13 | 2009-09-08 | Xerox Corporation | Multi-tap series ceramic heater cold spot compensation |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57126181A (en) * | 1981-01-28 | 1982-08-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Super conductor element |
| JPS6240858U (ja) * | 1985-08-28 | 1987-03-11 |
-
1987
- 1987-07-08 JP JP62170231A patent/JP2523655B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6413778A (en) | 1989-01-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |