JP2949819B2 - 超伝導量子干渉素子 - Google Patents
超伝導量子干渉素子Info
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- JP2949819B2 JP2949819B2 JP2257703A JP25770390A JP2949819B2 JP 2949819 B2 JP2949819 B2 JP 2949819B2 JP 2257703 A JP2257703 A JP 2257703A JP 25770390 A JP25770390 A JP 25770390A JP 2949819 B2 JP2949819 B2 JP 2949819B2
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- superconducting
- ring
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はスクイッド磁束計に用いられる超伝導量子干
渉素子に関し，更に詳しくはＱ値が高く分解能の向上を
はかった超伝導量子干渉素子に関する。
渉素子に関し，更に詳しくはＱ値が高く分解能の向上を
はかった超伝導量子干渉素子に関する。
＜従来の技術＞ スクイッド磁束計は，ジョセフソン接合を有する超伝
導リングとLC共振回路を含んで構成されており，超伝導
リングに加わる外部磁界に対し磁束量子φ０（2.07×10
-15wb）を周期とした電圧信号を出力するもので，高感
度で磁束測定を行うことが出来る。
導リングとLC共振回路を含んで構成されており，超伝導
リングに加わる外部磁界に対し磁束量子φ０（2.07×10
-15wb）を周期とした電圧信号を出力するもので，高感
度で磁束測定を行うことが出来る。
第６図はこの様なスクイッド磁束計を示す一般的な構
成図である。図において,1はジョセフソン接合部JCを有
する超伝導リング,2はこの超伝導リング１に結合するイ
ンダクタンスL1のインプットコイル,21,22は超伝導材料
で出来たインプットコイル２の端子,3はインダクタンス
Lpのピックアップコイルで，インプットコイル２ととも
に超伝導閉ループを構成するように端子21,22を介して
直列に接続されている。６は超伝導リング１に結合する
LC共振回路,7はこのLC共振回路からの出力電圧を増幅す
る増幅器である。ここで，超伝導リング1,インプットコ
イル2,端子21,22,ピックアップコイル３およびLC共振回
路６はいずれも例えばクライオスタット８内に収納され
液体ヘリウム温度に維持される。
成図である。図において,1はジョセフソン接合部JCを有
する超伝導リング,2はこの超伝導リング１に結合するイ
ンダクタンスL1のインプットコイル,21,22は超伝導材料
で出来たインプットコイル２の端子,3はインダクタンス
Lpのピックアップコイルで，インプットコイル２ととも
に超伝導閉ループを構成するように端子21,22を介して
直列に接続されている。６は超伝導リング１に結合する
LC共振回路,7はこのLC共振回路からの出力電圧を増幅す
る増幅器である。ここで，超伝導リング1,インプットコ
イル2,端子21,22,ピックアップコイル３およびLC共振回
路６はいずれも例えばクライオスタット８内に収納され
液体ヘリウム温度に維持される。
ところで，上記構成のスクイッド磁束計に用いられる
超伝導リングは従来数10MHz程度の高周波を用いていた
がrf−スクイッドの分解能を決める素子の雑音磁束のス
ペクトル密度（Ｓφ）は Ｓφ∝1/ωRf（ωRf;駆動角周波数） なる関係があり，ωRfを高めることにより一般に分解能
は向上する（ただしアンプのノイズは一定の場合）。
超伝導リングは従来数10MHz程度の高周波を用いていた
がrf−スクイッドの分解能を決める素子の雑音磁束のス
ペクトル密度（Ｓφ）は Ｓφ∝1/ωRf（ωRf;駆動角周波数） なる関係があり，ωRfを高めることにより一般に分解能
は向上する（ただしアンプのノイズは一定の場合）。
＜発明が解決しようとする課題＞ 上記のことから高周波（例えば430MHzや9GHz）で駆動
したということが文献…A.Long,et al“High−Performa
nce UHF SQUID magnetometor"Rev.Sci.Instrum.50（'7
9）1376）や“High Sensitivity Microwave SQUID"（IE
EE Trans MAG−15（'79）P474に掲載されている。
したということが文献…A.Long,et al“High−Performa
nce UHF SQUID magnetometor"Rev.Sci.Instrum.50（'7
9）1376）や“High Sensitivity Microwave SQUID"（IE
EE Trans MAG−15（'79）P474に掲載されている。
しかしながら上記の文献ではいずれもバルク状の超伝
導体を用いたポイントコンタクト型の接合を用い，マイ
クロ波の結合としては空洞共振器等を用いている。その
結果，構造的に大きくなり，かつ，ポイントコンタクト
接合のヒートサイクル（使用しないときには常温，使用
時には4.2Kとなる）に対する再現性や信頼性に問題があ
る。
導体を用いたポイントコンタクト型の接合を用い，マイ
クロ波の結合としては空洞共振器等を用いている。その
結果，構造的に大きくなり，かつ，ポイントコンタクト
接合のヒートサイクル（使用しないときには常温，使用
時には4.2Kとなる）に対する再現性や信頼性に問題があ
る。
本発明は上記問題点に鑑みて成されたもので，基板上
にマイクロ波帯スクイッドを薄膜で形成し，薄膜のジョ
セフソン接合を用いることにより信頼性が高く再現性の
高いrf−スクイッドを提供することを目的とするもので
ある。
にマイクロ波帯スクイッドを薄膜で形成し，薄膜のジョ
セフソン接合を用いることにより信頼性が高く再現性の
高いrf−スクイッドを提供することを目的とするもので
ある。
＜課題を解決するための手段＞ 上記課題を解決するための本発明の構成は，基板上に
超伝導薄膜グランドプレーン，誘電体薄膜が順次積層し
て形成され，前記誘電体薄膜上に超伝導部材により一つ
のジョセフソン接合を有する超伝導リング及びストリッ
プライン形成したrf超伝導量子干渉素子であって、 超伝導リングの駆動周波数（f0）を下式により決定した
ことを特徴とするものである。
超伝導薄膜グランドプレーン，誘電体薄膜が順次積層し
て形成され，前記誘電体薄膜上に超伝導部材により一つ
のジョセフソン接合を有する超伝導リング及びストリッ
プライン形成したrf超伝導量子干渉素子であって、 超伝導リングの駆動周波数（f0）を下式により決定した
ことを特徴とするものである。
記 f0＝（Vp/L）・Ｎ Vp;超伝導リング内の電磁波の位相速度 L ;リングの周長 N ;リング内に立つ波の数 ＜実施例＞ 第１図は本発明の一実施例を示す構成斜視図である。
図において30は誘電率の小さなAl2O3,MgO,石英などの厚
さ1mm程度の基板であり,31はこの基板30の上にスパッタ
等により形成された例えばNbなどの超伝導薄膜グランド
プレーンであり，数100nm程度の厚さに形成される。32
はグランドプレーン31上にスパッタなどにより形成され
たSiO2やAl2O3などの誘電体薄膜である。33は誘電体薄
膜上に形成された超伝導リングで，このリングの途中に
ブリッジ形ジョセフソン接合34を有している。35は同じ
く誘電体薄膜上に形成され，超伝導リング33に所定の距
離を設けて形成されたストリップラインである。
図において30は誘電率の小さなAl2O3,MgO,石英などの厚
さ1mm程度の基板であり,31はこの基板30の上にスパッタ
等により形成された例えばNbなどの超伝導薄膜グランド
プレーンであり，数100nm程度の厚さに形成される。32
はグランドプレーン31上にスパッタなどにより形成され
たSiO2やAl2O3などの誘電体薄膜である。33は誘電体薄
膜上に形成された超伝導リングで，このリングの途中に
ブリッジ形ジョセフソン接合34を有している。35は同じ
く誘電体薄膜上に形成され，超伝導リング33に所定の距
離を設けて形成されたストリップラインである。
第２図は第１図に示す超伝導リング33上に形成される
インプットコイル37及び変調コイル38を示すもので，は
じめに絶縁体薄膜（例えばSiO2）36を数μｍの厚さに形
成した上でスパッタなどにより形成するが各コイルが交
差の（Ａの一点鎖線で囲った部分）する部分は絶縁膜を
介して形成する。なお，これら各コイルは超伝導部材を
用いて薄膜により形成する。
インプットコイル37及び変調コイル38を示すもので，は
じめに絶縁体薄膜（例えばSiO2）36を数μｍの厚さに形
成した上でスパッタなどにより形成するが各コイルが交
差の（Ａの一点鎖線で囲った部分）する部分は絶縁膜を
介して形成する。なお，これら各コイルは超伝導部材を
用いて薄膜により形成する。
上記構成において，超伝導リング33の駆動周波数f0は 超伝導リング内の 電磁波の位相速度を υｐ リングの周長を Ｌ とすると， f0＝（υp/L）・Ｎ（Ｎ＝1,2,3…リング内に立つ波の
数）で決定される。
数）で決定される。
第３図はこの様な超伝導量子干渉素子を用いた磁束検
出回路の構成例を示すものである。図において,40はマ
イクロ波発振器,41はマイクロ波発振器40の出力端に接
続され入力電圧の調整を行う減衰器,42は入力端が減衰
器41に他端がストリップライン35に接続された方向性結
合器としての機能を有するサーキュレータである。
出回路の構成例を示すものである。図において,40はマ
イクロ波発振器,41はマイクロ波発振器40の出力端に接
続され入力電圧の調整を行う減衰器,42は入力端が減衰
器41に他端がストリップライン35に接続された方向性結
合器としての機能を有するサーキュレータである。
43はミキサーでサーキュレータ42の出力側及びマイク
ロ波発振器40に一端が接続された位相器44に接続されて
いる。45は増幅器で入力側にミキサー43の出力端が接続
され，出力側には同期検波器46が接続されている。47は
変調用発振器でその出力は変調コイル38の一端に接続さ
れるとともに位相器48を介して同期検波器46の入力端に
接続されている。50は検波器46の出力端と変調コイル38
の一端に帰還抵抗Ｒを介して接続された電圧／電流変換
器である。なお，上記のマイクロ波発振器40の発振周波
数f0と変調用発振器47の発振周波数fMは f0＞＞fMとされる。
ロ波発振器40に一端が接続された位相器44に接続されて
いる。45は増幅器で入力側にミキサー43の出力端が接続
され，出力側には同期検波器46が接続されている。47は
変調用発振器でその出力は変調コイル38の一端に接続さ
れるとともに位相器48を介して同期検波器46の入力端に
接続されている。50は検波器46の出力端と変調コイル38
の一端に帰還抵抗Ｒを介して接続された電圧／電流変換
器である。なお，上記のマイクロ波発振器40の発振周波
数f0と変調用発振器47の発振周波数fMは f0＞＞fMとされる。
上記構成において，マイクロ波発振器40からの出力周
波数（f0）は一つは減衰器41,サーキュレータ42及びマ
イクロストリップライン35を介して超伝導リング33に加
えられる。また，変調用発振器47から変調コイル38にfM
なる電流を流して超伝導リング33に磁束を与える。
波数（f0）は一つは減衰器41,サーキュレータ42及びマ
イクロストリップライン35を介して超伝導リング33に加
えられる。また，変調用発振器47から変調コイル38にfM
なる電流を流して超伝導リング33に磁束を与える。
その結果，スクイッドから発生するf0にfMなる振幅変
調を受けた周波数信号はストリップライン35及びサーキ
ュレータ42を経てミキサー43に入力する。一方このミキ
サー43にはマイクロ波発振器40から移相器44を経て加え
られるf0の周波数信号が入力されており，ストリップラ
イン35からの信号との間でミキシングがおこなわれfMの
成分のみが出力される。この出力は増幅器45に入力し，
ここで増幅された信号は同期検波器46に入力して移相器
48を介して入力された変調用発振器47からのfMの参照信
号で同期検波される。この同期検波された信号は電圧電
流変換器50に入力され，その電流信号は帰還抵抗Ｒを介
して変調コイル38の一端に接続される。帰還抵抗Ｒの両
端の電圧変化が測定すべき磁束の変化に比例する量とな
る。
調を受けた周波数信号はストリップライン35及びサーキ
ュレータ42を経てミキサー43に入力する。一方このミキ
サー43にはマイクロ波発振器40から移相器44を経て加え
られるf0の周波数信号が入力されており，ストリップラ
イン35からの信号との間でミキシングがおこなわれfMの
成分のみが出力される。この出力は増幅器45に入力し，
ここで増幅された信号は同期検波器46に入力して移相器
48を介して入力された変調用発振器47からのfMの参照信
号で同期検波される。この同期検波された信号は電圧電
流変換器50に入力され，その電流信号は帰還抵抗Ｒを介
して変調コイル38の一端に接続される。帰還抵抗Ｒの両
端の電圧変化が測定すべき磁束の変化に比例する量とな
る。
第４図は同期検出器46からの超伝導素子の出力電圧Vs
と外部磁束Φｘの関係を示す図である。図において変調
コイル38から発生する変調磁束（振幅Φｍ）によって生
ずるスクイッドの出力電圧はΦｘがの値のときは′
の様に2fmの周波数成分を持ち，の値のときは′の
様にfm成分となる。従ってfm成分の同期検波を行い，そ
の信号量を電圧／電流変換器50を介して変調コイル38に
負帰還をかけることによりこの電流はΦｘがの値から
の値に戻るまで続く。従って帰還抵抗Ｒの電圧値は外
部磁束の変化量ΔΦｘに比例し，磁束変化が電圧変化と
してリニアライズされることになる。
と外部磁束Φｘの関係を示す図である。図において変調
コイル38から発生する変調磁束（振幅Φｍ）によって生
ずるスクイッドの出力電圧はΦｘがの値のときは′
の様に2fmの周波数成分を持ち，の値のときは′の
様にfm成分となる。従ってfm成分の同期検波を行い，そ
の信号量を電圧／電流変換器50を介して変調コイル38に
負帰還をかけることによりこの電流はΦｘがの値から
の値に戻るまで続く。従って帰還抵抗Ｒの電圧値は外
部磁束の変化量ΔΦｘに比例し，磁束変化が電圧変化と
してリニアライズされることになる。
なお，本実施例においてはストリップライン35を一本
のみ示したが，例えば第５図に示す様に２本配置しても
よい。その場合，第３図におけるサーキュレータは不要
となり，ストリップラインの出力ポート35Bをミキサー4
3の入力端子に接続する（即ち,1ポートのときは入出力
が混ざっているので，反射してくる信号はサーキュレー
タで分岐させるが２ポートの場合は入出力が分離できる
ので不要となる）。
のみ示したが，例えば第５図に示す様に２本配置しても
よい。その場合，第３図におけるサーキュレータは不要
となり，ストリップラインの出力ポート35Bをミキサー4
3の入力端子に接続する（即ち,1ポートのときは入出力
が混ざっているので，反射してくる信号はサーキュレー
タで分岐させるが２ポートの場合は入出力が分離できる
ので不要となる）。
なお，本実施例においてはジョセフソン接合をブリッ
ジ形として図示したが，トンネル接合形であっても良
い。
ジ形として図示したが，トンネル接合形であっても良
い。
＜発明の効果＞ 以上実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば，マイクロ波帯超伝導量子干渉素子を薄膜で形成
し，マイクロストリップラインと薄膜のブリッジ形ジョ
セフソン接合を用いるので，共振器全体として見たとき
のＱの値は従来例に比較して1000倍程度に大きくなるこ
とが期待出来分解能を高めるとともに信頼性が高く再現
性の高いrf−スクイッドを実現することが出来る。
よれば，マイクロ波帯超伝導量子干渉素子を薄膜で形成
し，マイクロストリップラインと薄膜のブリッジ形ジョ
セフソン接合を用いるので，共振器全体として見たとき
のＱの値は従来例に比較して1000倍程度に大きくなるこ
とが期待出来分解能を高めるとともに信頼性が高く再現
性の高いrf−スクイッドを実現することが出来る。
第１図は本発明の一実施例を示す斜視図，第２図は第１
図上に絶縁膜を介して積層する変調コイル及びインプッ
トコイルを示す斜視図，第３図は本発明の超伝導量子干
渉素子を用いた磁束検出回路の構成例を示す図，第４図
は超伝導量子干渉素子の出力電圧と外部磁束Φｘの関係
を示す図，第５図は他の実施例を示す図，第６図は従来
例を示す図である。 30……基板,31……グランドプレーン,32……誘電体薄
膜,33……超伝導リング,34……ジョセフソン接合,35…
…ストリップライン,36……絶縁膜,37……インプットコ
イル,38……変調コイル。
図上に絶縁膜を介して積層する変調コイル及びインプッ
トコイルを示す斜視図，第３図は本発明の超伝導量子干
渉素子を用いた磁束検出回路の構成例を示す図，第４図
は超伝導量子干渉素子の出力電圧と外部磁束Φｘの関係
を示す図，第５図は他の実施例を示す図，第６図は従来
例を示す図である。 30……基板,31……グランドプレーン,32……誘電体薄
膜,33……超伝導リング,34……ジョセフソン接合,35…
…ストリップライン,36……絶縁膜,37……インプットコ
イル,38……変調コイル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−89876（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−200580（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−126173（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−190001（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−145778（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 39/00 H01L 39/22 H01L 39/24 G01R 33/035
Claims (1)
- 【請求項１】基板上に超伝導薄膜グランドプレーン，誘
電体薄膜が順次積層して形成され，前記誘電体薄膜上に
超伝導部材により一つのジョセフソン接合を有する超伝
導リング及びストリップライン形成したrf超伝導量子干
渉素子であって、 超伝導リングの駆動周波数（f0）を下式により決定した
ことを特徴とするrf超伝導量子干渉素子。 記 f0＝（Vp/L）・Ｎ Vp;超伝導リング内の電磁波の位相速度 L ;リングの周長 N ;リング内に立つ波の数
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2257703A JP2949819B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 超伝導量子干渉素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2257703A JP2949819B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 超伝導量子干渉素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04134878A JPH04134878A (ja) | 1992-05-08 |
| JP2949819B2 true JP2949819B2 (ja) | 1999-09-20 |
Family
ID=17309941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2257703A Expired - Lifetime JP2949819B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 超伝導量子干渉素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2949819B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4977328B2 (ja) * | 2005-03-28 | 2012-07-18 | 日本電気株式会社 | 超伝導ランダムアクセスメモリおよびその製造方法 |
-
1990
- 1990-09-27 JP JP2257703A patent/JP2949819B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04134878A (ja) | 1992-05-08 |
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