JPH0439795B2

JPH0439795B2 -

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Publication number: JPH0439795B2
Application number: JP60014428A
Authority: JP
Priority date: 1985-01-30
Filing date: 1985-01-30
Publication date: 1992-06-30
Also published as: JPS61174782A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はジヨセフソン接合とインダクタンス、
もしくはジヨセフソン素子と抵抗とから構成され
るジヨセフソン論理回路装置やジヨセフソン記憶
回路装置に関するものである。

（従来技術とその問題点）ジヨセフソン接合は外から加わる磁束に対する
感度が高く、磁束量子（2.07×10^-7ガウス）程度
の磁界の影響を受けて臨界電流値が大きく変化す
る。通常、ジヨセフソン接合と抵抗もしくはイン
ダクタンスとから構成されるジヨセフソン回路
は、臨界電流値の制御によりジヨセフソン接合を
電圧状態にスイツチさせて論理を行なう。よつ
て、臨界電流値が外部磁界によつて変化するとジ
ヨセフソン回路が誤動作する。回路の正常動作を
得るために、インフオメイシヨン・デイスプレイ
（Information display）の昭和58年４月号に記載
されているような３重、４重の磁気シールド内に
ジヨセフソン回路を挿入して動作させ必要があ
る。

しかしながら、４重の磁気シールドを設けて
も、漏れ磁束を完全に除くことができない。この
ため、ジヨセフソン回路を液体ヘリウム温度に冷
却する時、回路中を貫いていた磁束は、回路下に
配置されている通常ニオブ膜で形成された接地面
中のピンホール等に捕捉（トラツプと称する）さ
れる。ジヨセフソン接合やスクイツド（SQUID）
の近辺に磁束がトラツプされると、トラツプされ
た磁束が作る磁界に影響され、接合の臨界電流値
やスクイツドの閾値特性が変化する。バーモン
（Bermon）等は、回路の機能パターンがない領
域に強制的に磁束をトラツプさせ、回路の機能パ
ターン中への磁束トラツプを減ずるモート
（moat）構造を提案した（アイ・イー・イー・イ
ー・トランザクシヨンズ・オン・マグネテイクス
（IEEE transactions on magnetics）第MAG―
19巻、第３号、第1160頁）。モート構造は、機能
回路部分の周りの接地面に穴を明けた構造であ
る。モートによりスクイツド回路は、１ミリガウ
スの磁界中においても正常に動作した。

しかしながら、モートは接地面に穴を設けるた
め、接地面の連続性が失なわれる。一方、ジヨセ
フソン回路を数ピコ秒で動作させるためには、完
全な接地面により、接地面上に回路電流のイメー
ジ電流を発生させ、電磁界を回路と接地面間に閉
じ込める必要がある。接地面に不連続部がある
と、不連続部で電磁界の乱れが生じ、伝送信号の
反射、隣接線へのクロストークが増大する。伝送
信号の反射、クロストークは、回路中の他の機能
素子に雑音として作用し、回路の動作マージンを
低下させる。即ち、モート構造においては、モー
ト部で雑音が生じ、動作マージンを低下させ、回
路を誤動作させていた。

（発明の目的）本発明の目的は、上記したジヨセフソン回路装
置の欠点を除き、磁気シールドからの漏れ磁束の
大きい磁場環境においても広い動作マージンを持
つ回路装置を提供することにある。本発明の他の
目的は、二層構造の接地面においても表面が平坦
な接地面を与え、ジヨセフソン回路の製造を容易
にすることにある。

（発明の構成）本発明は、少なくとも、超伝導体から成る接地
面と、前記接地面上に絶縁体を介して形成された
互いに絶縁された第１の超伝導体と第２の超伝導
体と、前記第１及び第２の超伝導体の一部に形成
されたジヨセフソン接合とを含むジヨセフソン装
置において、前記接地面の超伝導体の超伝導臨界
温度よりも高い超伝導臨界温度を持つ第３の超伝
導体を前記接地面中に埋込んたことを特徴とする
二層埋込み接地面型ジヨセフソン装置である。

（第１の実施例）本発明の第１の実施例を第１図に示す。第１図
ａは回路パターン図、ｂはａの回路をAB面で切
断した断面図である。

本実施例のジヨセフソン装置は、第１の超伝導
体１０１と、第２の超伝導体１０２と、第１の超
伝導体１０１と第２の超伝導体１０２の間に形成
されたジヨセフソン接合１０３，１０４と、制御
線１０５とから構成される２接合スクイツド回路
である。２接合スクイツド回路の機能部は、ジヨ
セフソン接合１０３とジヨセフソン接合１０４と
両接合間に形成されたブリツジを包む破線で示し
た領域１０６である。第３の超伝導体１１０は、
２接合スクイツド回路の機能部の領域１０６を包
む大きさが設けられる。さらに第３の超伝導体１
１０は、超伝導体から成る接地面１０７に凹状の
溝を堀り、溝中に埋め込まれる。第３の超伝導体
１１０を埋め込まれた接地面は全体が平坦になる
様に加工される。従つて、その上に形成されるジ
ヨセフソン回路は、凹凸が少いので、製造が容易
になり加工精度が向上する。

第３の超伝導体１１０は、接地面の超伝導体１
０７より高い超伝導臨界温度T_cを持つ。制御線
１０５の超伝導臨界温度T_c第３の超伝導体１１
０の超伝導臨界温度T_cの大小関係は、問題にな
らない。これは、回路の機能部１０６内におい
て、通常制御線の方がパターンの大きさ（この例
では幅）が小さいので、制御線１０５に磁束がト
ラツプされる確率が第３の超伝導体１１０に磁束
がトラツプされる確率より小さいことによる。

磁束のトラツプについてさらに詳しく説明す
る。今、ジヨセフソン装置の温度を室温から、装
置が動作するたとえば4.2Kの動作温度に徐々に
下げて行くと、超伝導臨界温度T_cの高い第３の
超伝導体１１０が最初に超伝導状態へ転移する。
ここで、第３の超伝導体が超伝導状態へ転移する
時点を考える。ここで反磁性によるエネルギー増
加をE₁、１磁束量子がトラツプされた時のエネ
ルギー増加をE₂とする。第３の超伝導体１１０
をそれまで貫ぬいていた磁束量が磁束量子（2.07
×10^-15ウエーバ）の１／２以下である場合、E₂
＞2E₁即ちE₂−E₁＞E₁となり、磁束がトラツプさ
れない方が系のエネルギーが小さい。従つて、第
３の超伝導体１１０中の磁束は超伝導体外へ排除
され、第３の超伝導体１１０に磁束はトラツプさ
れない。たとえば、第３の超伝導体１１０の大き
さを50ミクロン角とすると、磁束がトラツプされ
ない許容残留磁界の大きさは４ミリガウス／cm²と
なる。一方、従来のニオブ膜接地面のみを配置し
た場合、５ミリ角チツプで許容できる残留磁界の
大きさは、0.0004ミリガウス／cm²である。即ち、
本発明により、残留磁界の許容値が44桁改善され
る。４ミリガウス／cm²程度の残留磁界環境は、３
重磁気シールドにより容易に実現できる。

なお、第３の超伝導体１１０の外側に排除さ
れ、外側にトラツプされた磁束からの漏れ磁界の
影響は、第３の超伝導体１１０の大きさを２接合
スクイツド回路の機能部より大きくすることによ
り小さくできる。さらに、第３の超伝導体１１０
のジヨセフソン回路の立体配置の距離を小さくす
ることによつても、前述した漏れ磁界の影響を下
げることができる。

ここで、チツプ上にジヨセフソン回路が多数あ
る場合を考える。この場合も先に述べたように、
各ジヨセフソン回路の機能部を包むように第３の
超伝導体が素片状に多数個配置される。このチツ
プを室温から4.2Kに冷却して行くと、先に述べ
たと同様にして、第３の超伝導体の各素片中の磁
束は、各素片の外へ排除される。従つて、テツプ
中を貫ぬく残留磁束は、第３の超伝導体の素片間
にトラツプされ、ジヨセフソン回路の機能部に
は、磁束が残らない。

以上、本実施例により、ジヨセフソン回路の機
能部への磁束のトラツプが防げる。これは、ジヨ
セフソン装置に必要とされる磁気シールドに対す
る制約が緩和されることを意味する。即ち、本発
明により、磁気シールド装置が簡単になる。

（第２の実施例）本発明の第２の実施例を第２図に示す。本実施
例は、ジヨセフソン回路として抵抗結合型ジヨセ
フソン回路を示している。第２図ａは回路のパタ
ーン図、ｂはａの回路をAB面に切断した断面図
である。本実施例は、第１の超伝導体２０１，２
０２と、第２の超伝導体２０３，２０４と、第１
の超伝導体２０１と第２の超伝導体２０３，２０
４の間に形成されたジヨセフソン接合２０５，２
０６と抵抗２０７，２０８とが接地面２０９上に
形成されている。第３の超伝導体２１０は、抵抗
結合型回路の機能部であるジヨセフソン接合２０
５，２０６を包む領域の接地面の下部に埋込まれ
ている。本実施例においても、第１の実施例と同
様、回路の機能部を貫く磁束トラツプが除かれ、
第１の実施例と同一の効果が得られる。

但し、第３の超伝導体２１０上の接地面の厚さ
は、第３の超伝導体２１０の外側にトラツプされ
た磁束の漏れ磁界が回路動作に影響しないよう
に、十分薄くする必要がある。

（第３の実施例）第２図ａの抵抗結合型回路に適用した第３の実
施例を第３図に示す。第３図は、第２図ａのAB
面の断面を示したものである。図において、本実
施例の回路パターンは、第２の実施例と同一であ
り、同一番号で示してある。抵抗結合型回路は、
接地面３０１と、接地面中に島状に設けられた第
３の超伝導体の素片３０２の上に配置されてい
る。第３の超伝導体の素片３０２は、接地面３０
１と超伝導接触し、その上に設けられたジヨセフ
ソン回路の接地面として機能する。第３の超伝導
体の素片３０２は、接地面３０１中に埋込まれ、
接地面全体が平坦化されている。

本実施例においても、第１及び第２の実施例と
同一の効果が得られる。

第３の超伝導体を埋込まれた接地面上には、第
１〜第３の実施例以外の種々のジヨセフソン回路
が形成される。これらの回路装置も、全て本発明
に含まれることは、上に述べた説明から明らかで
ある。

（発明の効果）以上、本発明は、ジヨセフソン回路と接地面に
用いられている超伝導体より高い超伝導臨界温度
を持つ第３の超伝導体を、回路の機能部を包む大
きさで、接地面に埋込んだことを特徴とする装置
である。本発明により、ジヨセフソン回路の機能
部への磁束のトラツプが軽減され、磁束トラツプ
による回路の誤動作が防げる。従つて、許容でき
る残留磁界の大きさが大きくなり、ジヨセフソン
装置の磁気シールドが簡単になる。第３の超伝導
体を必要部分のみに限定し、かつ漏れ磁界を考慮
し、できるだけ細分した第３の超伝導体の素片を
数多くチツプ上に配置する程、本発明の効果は大
きくなる。

さらに本発明によれば、第３の超伝導体を埋込
んだ接地面が平坦になるので、ジヨセフソン回路
の製造が容易になり、パターンの加工精度が高く
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例でａは回路パ
ターン図、ｂは回路の断面図、第２図は本発明の
第２の実施例でａは回路パターン図、ｂは回路の
断面図、第３図は本発明の第３の実施例の回路断
面図である。１０１…第１の超伝導体、１０２…第２の超伝
導体、１０３，１０４…ジヨセフソン接合、１０
５…制御線、１０６…回路の機能部の領域、１０
７…接地面、１１０…接地面中に埋込まれた第３
の超伝導体、２０１，２０２…第１の超伝導体、
２０３，２０４…第２の超伝導体、２０５，２０
６…ジヨセフソン接合、２０７，２０８…抵抗、
２０９，３０１…接地面、２１０，３０２…接地
面中に埋込まれた第３の超伝導体。

Claims

【特許請求の範囲】

１少くとも、超伝導体から成る接地面と、前記
接地面上に絶縁体を介して形成された互いに絶縁
された第１の超伝導体と第２の超伝導体と、前記
第１及び第２の超伝導体の一部に形成されたジヨ
セフソン接合とを含むジヨセフソン装置におい
て、前記接地面の超伝導体の超伝導臨界温度より
も高い超伝導臨界温度を持つ第３の超伝導体を前
記接地面中に埋込んだことを特徴とする二層埋込
み接地面型ジヨセフソン装置。