JPH05175560A - Superconducting quantum interference element - Google Patents

Superconducting quantum interference element

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JPH05175560A
JPH05175560A JP3342836A JP34283691A JPH05175560A JP H05175560 A JPH05175560 A JP H05175560A JP 3342836 A JP3342836 A JP 3342836A JP 34283691 A JP34283691 A JP 34283691A JP H05175560 A JPH05175560 A JP H05175560A
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JP
Japan
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superconductor
superconducting
quantum interference
interference device
connection
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JP3342836A
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Japanese (ja)
Inventor
Eriko Takeda
栄里子 武田
Juichi Nishino
壽一 西野
Nobuo Miyamoto
信雄 宮本
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a superconducting quantum interference element of both high sensitivity and low noise which enables reducing damping resistance inductance without increasing parasitic capacity. CONSTITUTION:One end of a damping resistance 14 is connected to a superconducting ring 11a, and the other end is connected to an overlaping part 17 of a slit connected to a superconducting ring 11b. The damping resistance 14 is positioned above the superconducting ring 11a while being covered by the slit overlaping part. After an Nb film is deposited an Si substrate whose surface thermally oxidized, the Nb film is treated by reactive etching using a resist as a mask for forming a pattern at bath the superconducting ring and the slit overlaping part. Inter-layer insulation films 19a and 19b are formed between the superconducting ring and the damping resistance or between the resistance and the slit overlaping part. Then, after the patterns corresponding to a signal input superconducting coil 16 and an upper electrode 18 are formed, a baffle layer is formed on the electrode surface by plasma-oxidization. Further, a lead alloy is vapor-deposited by lift-off method so as to form a coil and electrode.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、微小な磁場を検出する
超電導量子干渉素子(SuperconductingQuantum Interfer
ence Device;SQUID)に係り、特に、高感度かつ低雑音の
超電導量子干渉素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a superconducting quantum interference device for detecting a minute magnetic field.
ence device; SQUID), and more particularly to a superconducting quantum interference device with high sensitivity and low noise.

【0002】[0002]

【従来の技術】超電導量子干渉素子は超電導の性質を利
用して微小な磁場を検出することができる素子で、例え
ば、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フ
ィジックス、第24巻 第10号(1985年)第L798〜第L800頁
(Japanese Journalof AppliedPhysics,Vol.24 No10 (19
85) pp.L798‐L800)において論じられている。
2. Description of the Related Art A superconducting quantum interference device is a device capable of detecting a minute magnetic field by utilizing the property of superconductivity. For example, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. ) L798 ~ L800 page
(Japanese Journal of Applied Physics, Vol.24 No10 (19
85) pp.L798-L800).

【0003】従来技術における超電導量子干渉素子を用
いた磁束計においては、一般に、ジョセフソン接合部を
有する超電導リングで直接磁束を検出することはせず
に、超電導閉回路で形成される入力回路を介して磁束を
検出するという方法を用いる。磁束計の一部として使用
される従来技術における超電導量子干渉素子本体の構成
の一部を図10に示す。図中、11a、11b はジョセフソン
接合(以下、JJと略称する)部を有する超電導リング(以
下、超電導リングと称する)、12 は JJ 、13 は電流‐
電圧特性に生じるヒステリシスを除去するためのシャン
ト抵抗、14 は超電導リング11a、11b のインダクタンス
と超電導量子干渉素子の容量とにより電流‐電圧特性に
生じる電圧ステップを除去するためのダンピング抵抗、
15は下部電極、17 は超電導リング 11a、11b の寄生イ
ンダクタンスを低減するために設けたスリットの重ね合
わせ部分、18 は上部電極、20 は超電導リング11a、11b
のスリット部を示す。また、層間絶縁層の図示は省略し
てある。
In a conventional magnetometer using a superconducting quantum interference device, in general, a magnetic flux is not directly detected by a superconducting ring having a Josephson junction, but an input circuit formed by a superconducting closed circuit is used. A method of detecting magnetic flux via FIG. 10 shows a part of the structure of a conventional superconducting quantum interference device body used as a part of a magnetometer. In the figure, 11a and 11b are superconducting rings (hereinafter referred to as superconducting rings) having a Josephson junction (hereinafter abbreviated as JJ), 12 is JJ, and 13 is a current-
A shunt resistor for removing the hysteresis generated in the voltage characteristic, 14 is a damping resistor for eliminating the voltage step generated in the current-voltage characteristic due to the inductance of the superconducting rings 11a and 11b and the capacitance of the superconducting quantum interference device,
15 is the lower electrode, 17 is the overlapping part of the slits provided to reduce the parasitic inductance of the superconducting rings 11a and 11b, 18 is the upper electrode, and 20 is the superconducting rings 11a and 11b.
The slit part of is shown. The illustration of the interlayer insulating layer is omitted.

【0004】なお、従来技術における超電導量子干渉素
子では、ダンピング抵抗は単に超電導リングを形成する
超電導体の間に差し渡して構成するか、もしくは、図10
に示したように、JJ 12 の下部電極となる二つの超電導
体 15 の間に差し渡され、その上部は JJ 12 の上部電
極 18 となる超電導体で覆われて構成されていた。
In the prior art superconducting quantum interference device, the damping resistance is simply arranged between the superconductors forming the superconducting ring, or as shown in FIG.
As shown in Fig. 2, the wire was inserted between two superconductors 15 which will be the lower electrode of JJ 12, and the upper part thereof was covered with the superconductor which will be the upper electrode 18 of JJ 12.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術における
構造の超電導量子干渉素子では、ダンピング抵抗が単に
超電導リングを形成する超電導体の間に差し渡しされて
いる場合には、ダンピング抵抗に寄生して存在するイン
ダクタンスが大きくなり、そのインダクタンスにより、
電圧ステップを除去しきれず、そのため、高感度の超電
導量子干渉素子を得ることができなかった。
In the superconducting quantum interference device having the structure according to the above-mentioned prior art, when the damping resistance is simply provided between the superconductors forming the superconducting ring, it exists parasitically on the damping resistance. Inductance increases, and due to that inductance,
Since the voltage step could not be removed completely, a highly sensitive superconducting quantum interference device could not be obtained.

【0006】また、ダンピング抵抗の上部が JJ の上部
電極となる超電導体で覆われている場合には、超電導量
子干渉素子の JJ と並列に存在する寄生の静電容量が大
きくなる。そのため、出力電圧を大きくするために最適
なβC(マッカンバー係数)の値を実現するためには、ダ
ンピング抵抗の上部が JJ の上部電極となる超電導体で
覆われていない場合の超電導量子干渉素子に比べて、シ
ャント抵抗値または JJ の臨界ジョセフソン電流値を小
さくしなければならず、その結果、超電導量子干渉素子
の出力電圧が小さくなるため、結局、高感度の超電導量
子干渉素子を作製することができないという問題があっ
た。ここで、上記βCは超電導量子干渉素子の出力を表
すパラメータで、下式で表される。
If the upper part of the damping resistor is covered with a superconductor serving as the upper electrode of JJ, the parasitic electrostatic capacitance existing in parallel with JJ of the superconducting quantum interference device becomes large. Therefore, in order to realize the optimum value of β C (Maccamber coefficient) for increasing the output voltage, the superconducting quantum interference device in which the upper part of the damping resistor is not covered with the superconductor serving as the upper electrode of JJ The shunt resistance value or the critical Josephson current value of JJ must be made smaller than that of, and as a result, the output voltage of the superconducting quantum interference device becomes smaller. There was a problem that I could not. Here, β C is a parameter representing the output of the superconducting quantum interference device and is represented by the following equation.

【0007】[0007]

【数1】 [Equation 1]

【0008】ここで、R はシャント抵抗、I は JJ の臨
界ジョセフソン電流値、C は超電導量子干渉素子の容
量、Φ0は磁束量子である。このパラメータがβC<1の
範囲では、βCの値が大きいほど超電導量子干渉素子の
出力電圧は大きくなる。
Here, R is the shunt resistance, I is the critical Josephson current value of JJ, C is the capacitance of the superconducting quantum interference device, and Φ 0 is the flux quantum. When this parameter is in the range of β C <1, the output voltage of the superconducting quantum interference device increases as the value of β C increases.

【0009】さらに、上記のように、ダンピング抵抗の
上部が JJ の上部電極となる超電導体で覆われている従
来技術の超電導量子干渉素子においては、寄生容量が大
きくなるため、最適のダンピング抵抗値は、ダンピング
抵抗の上部が JJ の上部電極となる超電導体で覆われて
いない場合に比べて小さくなる。このため、超電導量子
干渉素子の磁束雑音が増加し、低雑音の超電導量子干渉
素子を作製できないという問題があった。
Further, as described above, in the prior art superconducting quantum interference device in which the upper part of the damping resistance is covered with the superconductor serving as the upper electrode of JJ, the parasitic capacitance becomes large, so that the optimum damping resistance value is obtained. Is smaller than that when the upper part of the damping resistance is not covered by the superconductor which is the upper electrode of JJ. Therefore, there is a problem that the magnetic flux noise of the superconducting quantum interference device increases, and a low-noise superconducting quantum interference device cannot be manufactured.

【0010】上記のように、従来技術においては、高感
度かつ低雑音の超電導量子干渉素子を実現するために十
分な配慮がなされているとは言えなかった。本発明の目
的は、上記従来技術の有していた課題を解決して、高感
度かつ低雑音の超電導量子干渉素子を提供することにあ
る。
As described above, in the prior art, it cannot be said that sufficient consideration has been given to realize a superconducting quantum interference device with high sensitivity and low noise. An object of the present invention is to solve the problems of the above prior art and provide a superconducting quantum interference device with high sensitivity and low noise.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的は、少なくと
も、第一及び第二のジョセフソン接合と、超電導体によ
り構成されたインダクタンスとを有する超電導量子干渉
素子であって、上記第一のジョセフソン接合が第一の超
電導体と第二の超電導体を電極として形成され、上記第
二のジョセフソン接合が第三の超電導体と第四の超電導
体を電極として形成され、上記インダクタンスが上記第
一の超電導体に接続して設けた超電導配線と上記第四の
超電導体に接続して設けた超電導配線の間に接続され、
かつ、上記第一の超電導体に接続して設けた超電導配線
と上記第四の超電導体に接続して設けた超電導配線の間
に接続されたダンピング抵抗を有する超電導量子干渉素
子において、(1) 上記ダンピング抵抗の少なくとも一部
が上記第一の超電導体に接続して設けた超電導体もしく
は上記第四の超電導体に接続して設けた超電導体によっ
て覆われているか、あるいは(2) 上記第一の超電導体に
接続して設けた超電導体、もしくは上記第四の超電導体
に接続して設けた超電導体の少なくとも一部が上記ダン
ピング抵抗で覆われているか、あるいは(3) 上記第一の
超電導体に接続して設けた超電導体の少なくとも一部が
上記ダンピング抵抗の一部を覆い、かつ、上記ダンピン
グ抵抗が上記第四の超電導体に接続して設けた超電導体
の少なくとも一部を覆うように構成するか、あるいは
(4) 上記ダンピング抵抗の少なくとも一部が上記第一〜
第四の超電導体に接続されていない超電導体によって覆
われているか、あるいは(5) 上記第一〜第四の超電導体
に接続されていない超電導体の少なくとも一部が上記ダ
ンピング抵抗で覆われているか、あるいは(6) 上記第一
〜第四の超電導体に接続されていない超電導体が上記ダ
ンピング抵抗の少なくとも一部を覆い、かつ、上記第一
〜第四の超電導体に接続されていない超電導体の少なく
とも一部が上記ダンピング抵抗で覆われているように構
成すること、あるいは(7) 上記第一の超電導体に接続し
て設けた超電導体もしくは上記第四の超電導体に接続し
て設けた超電導体の少なくとも一部が上記ダンピング抵
抗で覆われており、かつ、上記ダンピング抵抗の少なく
とも一部が上記第一〜第四の超電導体に接続されていな
い超電導体によって覆われているか、あるいは(8) 上記
第一の超電導体に接続して設けた超電導体もしくは上記
第四の超電導体に接続して設けた超電導体の少なくとも
一部が上記ダンピング抵抗を覆い、かつ、上記第一〜第
四の超電導体に接続されていない超電導体の少なくとも
一部が上記ダンピング抵抗で覆われている構成の超電導
量子干渉素子とすることによって達成することができ
る。
The above object is a superconducting quantum interference device having at least first and second Josephson junctions and an inductance formed of a superconductor, wherein the first Josephson The junction is formed by using the first superconductor and the second superconductor as electrodes, the second Josephson junction is formed by using the third superconductor and the fourth superconductor as electrodes, and the inductance is the first Connected between the superconducting wiring provided to be connected to the superconductor of and the superconducting wiring provided to be connected to the fourth superconductor,
And, in a superconducting quantum interference device having a damping resistance connected between the superconducting wiring provided in connection with the first superconductor and the superconducting wiring provided in connection with the fourth superconductor, (1) At least a part of the damping resistance is covered by a superconductor provided connected to the first superconductor or a superconductor provided connected to the fourth superconductor, or (2) the first At least a part of the superconductor provided in connection with the superconductor or the superconductor provided in connection with the fourth superconductor, or (3) the first superconductor At least a part of the superconductor provided in connection with the body covers a part of the damping resistance, and the damping resistance covers at least a part of the superconductor provided in connection with the fourth superconductor. Or be configured to, or
(4) At least a part of the damping resistance is from the first to
It is covered by a superconductor not connected to the fourth superconductor, or (5) at least a part of the superconductors not connected to the first to fourth superconductors is covered with the damping resistor. Or (6) a superconductor which is not connected to the first to fourth superconductors covers at least a part of the damping resistance, and which is not connected to the first to fourth superconductors. At least a part of the body is configured to be covered with the damping resistance, or (7) a superconductor provided connected to the first superconductor or a fourth superconductor provided connected to the superconductor. At least a part of the superconductor is covered with the damping resistance, and at least a part of the damping resistance is covered with a superconductor not connected to the first to fourth superconductors. Or (8) at least a part of the superconductor provided in connection with the first superconductor or the superconductor provided in connection with the fourth superconductor covers the damping resistance, and, This can be achieved by using a superconducting quantum interference device having a configuration in which at least a part of the superconductor not connected to the first to fourth superconductors is covered with the damping resistor.

【0012】[0012]

【作用】超電導量子干渉素子を上記構成の素子とするこ
とによって、ダンピング抵抗を単に超電導リングを形成
する超電導体の間に差し渡していた従来技術による超電
導量子干渉素子と比較して、ダンピング抵抗に寄生して
存在するインダクタンスを小さくすることができる。ダ
ンピング抵抗に大きな寄生インダクタンス成分が存在す
る場合には、その影響によって超電導量子干渉素子の直
流電流‐電圧特性における電圧ステップの除去が不完全
となり、超電導量子干渉素子の出力電圧が減少し、従っ
て、超電導量子干渉素子の感度が低下するが、本発明の
上記構成とすれば、ダンピング抵抗の少なくとも上方も
しくは下方に磁気遮蔽のための超電導体を設けたので、
上記磁気遮蔽用の超電導体を設けない場合に比べて、ダ
ンピング抵抗に寄生して生じるインダクタンスを5分の
1から20分の1程度に小さくすることができるので、電
圧ステップを除去することができる。そのため、超電導
量子干渉素子の出力電圧を大きくして、高感度の超電導
量子干渉素子を実現することができる。
By using the superconducting quantum interference device having the above-mentioned structure, the damping resistance is parasitic on the damping resistance as compared with the conventional superconducting quantum interference device in which the damping resistance is simply provided between the superconductors forming the superconducting ring. Therefore, the existing inductance can be reduced. When there is a large parasitic inductance component in the damping resistance, removal of the voltage step in the DC current-voltage characteristic of the superconducting quantum interference device is incomplete due to that effect, and the output voltage of the superconducting quantum interference device decreases, thus Although the sensitivity of the superconducting quantum interference device is reduced, in the above configuration of the present invention, since the superconductor for magnetic shielding is provided at least above or below the damping resistance,
Compared with the case where the magnetic shield superconductor is not provided, the inductance parasitically generated in the damping resistance can be reduced to about 1/5 to 1/20, so that the voltage step can be eliminated. .. Therefore, the output voltage of the superconducting quantum interference device can be increased to realize a highly sensitive superconducting quantum interference device.

【0013】さらに、本発明構成の超電導量子干渉素子
においては、ダンピング抵抗が JJの上部電極となる超
電導体で覆われている従来技術による超電導量子干渉素
子と比較して、ダンピング抵抗に寄生して存在するイン
ダクタンスを小さくするために超電導体で覆ったとき
に、寄生容量を増加させることがない。この理由は下記
の通りである。すなわち、従来技術においては、ダンピ
ング抵抗である薄膜抵抗体と上記の JJ の上部電極であ
る超電導体との間に存在する静電容量は、超電導量子干
渉素子に含まれるジョセフソン接合と電気的に並列に接
続されているため、この静電容量が超電導量子干渉素子
の寄生容量となる。これに対して、本発明構成の場合に
は、ダンピング抵抗の寄生インダクタンスを低減する目
的で該ダンピング抵抗の上部もしくは下部の一部分ある
いは全部に設けた超電導体とダンピング抵抗である薄膜
抵抗体との間に存在する静電容量がジョセフソン接合か
ら発生する交流電圧によって充電されることが実質的に
殆ど無視できるように構成されている点に特徴がある。
すなわち、上記の静電容量がジョセフソン接合と電気的
に並列に接続されないように超電導量子干渉素子を構成
してある。より具体的に説明すれば、上記ダンピング抵
抗の上部もしくは下部の一部分あるいは全部に設けた超
電導体がダンピング抵抗と電気的に接続されていないよ
うに構成するか、あるいは、該ダンピング抵抗の上部も
しくは下部の一部分あるいは全部に設けた超電導体とダ
ンピング抵抗が接続されている超電導体とが、超電導量
子干渉素子に含まれるジョセフソン接合を形成する二つ
の超電導電極すなわち上部電極と下部電極の内何れか一
方のみに接続されるように構成すればよい。
Further, in the superconducting quantum interference device of the present invention, the damping resistance is parasitic on the damping resistance as compared with the conventional superconducting quantum interference device in which the damping conductor is covered with the superconductor serving as the upper electrode of JJ. When covered with a superconductor to reduce existing inductance, it does not increase parasitic capacitance. The reason for this is as follows. That is, in the conventional technique, the capacitance existing between the thin-film resistor that is the damping resistor and the superconductor that is the upper electrode of JJ above is electrically connected to the Josephson junction included in the superconducting quantum interference device. Since they are connected in parallel, this capacitance becomes the parasitic capacitance of the superconducting quantum interference device. On the other hand, in the case of the configuration of the present invention, between the superconductor and the thin film resistor which is a damping resistor provided in a part or all of the upper part or the lower part of the damping resistor for the purpose of reducing the parasitic inductance of the damping resistor. It is characterized in that the electrostatic capacity existing in is charged by an alternating voltage generated from the Josephson junction is substantially negligible.
That is, the superconducting quantum interference device is configured so that the above capacitance is not electrically connected in parallel with the Josephson junction. More specifically, the superconductor provided on a part or all of the upper or lower part of the damping resistor is not electrically connected to the damping resistor, or the upper or lower part of the damping resistor is not electrically connected. Of a superconducting conductor connected to a damping resistance and a superconductor provided in a part or all of the superconducting quantum interference device, forming two Josephson junctions, that is, one of an upper electrode and a lower electrode. It may be configured to be connected only to.

【0014】以上述べてきたように、超電導量子干渉素
子を本発明構成の素子とすること、すなわちダンピング
抵抗の上部もしくは下部の一部分あるいは全部に設けた
超電導体がダンピング抵抗と電気的に接続されていない
構成とするか、あるいはダンピング抵抗の上部もしくは
下部の一部分あるいは全部に設けた超電導体とダンピン
グ抵抗が接続されている超電導体とが超電導量子干渉素
子に含まれるジョセフソン接合を形成する二つの超電導
電極すなわち上部電極と下部電極の内何れか一方のみに
接続されるように構成すること、によって、超電導量子
干渉素子の静電容量を実質的に増加させることなしに、
ダンピング抵抗に存在する寄生インダクタンスを従来技
術に比較して5分の1から20分の1程度に低減すること
ができる。ここに述べた静電容量の増加を引き起こさな
いという事実は以下のように作用する。すなわち、従来
技術による超電導量子干渉素子とβCの値が同一になる
ように設計した場合、本発明の超電導量子干渉素子は、
寄生容量が小さいため、シャント抵抗もしくは超電導量
子干渉素子を構成する JJ の臨界ジョセフソン電流の値
を大きくすることができる。このことは、超電導量子干
渉素子の動作に対して以下のように好適に作用する。超
電導量子干渉素子の出力電圧は上記シャント抵抗値と臨
界電流値との積に比例する。従って、本発明構成の場
合、従来技術による超電導量子干渉素子に比べて出力電
圧を大きくすることができ、高感度化することができ
る。また、寄生容量が小さくなると、超電導量子干渉素
子の電流‐電圧特性において電圧ステップの生じる位置
がより高電圧側になり、超電導量子干渉素子の動作領域
から離すことができる。その結果、超電導量子干渉素子
の出力電圧を大きくすることができ、やはり高感度化す
ることができる。
As described above, the superconducting quantum interference device is used as the device of the present invention, that is, the superconductor provided on a part or all of the upper or lower part of the damping resistor is electrically connected to the damping resistor. Two superconducting devices which have a Josephson junction included in the superconducting quantum interference device in which the superconducting conductor having a non-conducting structure or a superconductor provided in a part or all of the upper part or the lower part of the damping resistor and the superconductor connected to the damping resistor forms a Josephson junction. By configuring it to be connected to only one of the electrodes, that is, one of the upper electrode and the lower electrode, without substantially increasing the capacitance of the superconducting quantum interference device,
The parasitic inductance existing in the damping resistance can be reduced to about 1/5 to 1/20 of that of the conventional technique. The fact that it does not cause an increase in capacitance as described here works as follows. That is, when the superconducting quantum interference device according to the prior art and the value of β C are designed to be the same, the superconducting quantum interference device of the present invention,
Since the parasitic capacitance is small, it is possible to increase the shunt resistance or the value of the critical Josephson current of JJ that constitutes the superconducting quantum interference device. This suitably acts on the operation of the superconducting quantum interference device as follows. The output voltage of the superconducting quantum interference device is proportional to the product of the shunt resistance value and the critical current value. Therefore, in the case of the configuration of the present invention, the output voltage can be increased and the sensitivity can be increased as compared with the conventional superconducting quantum interference device. Further, when the parasitic capacitance is reduced, the position where the voltage step occurs in the current-voltage characteristics of the superconducting quantum interference device is on the higher voltage side, and it can be separated from the operating region of the superconducting quantum interference device. As a result, the output voltage of the superconducting quantum interference device can be increased, and the sensitivity can be increased.

【0015】一方、LC 共振による電圧ステップを除去
するためのダンピング抵抗の最適値は(L/C)の平方根に
比例する。従って、容量が小さくなれば上記ダンピング
抵抗の最適値は大きくなる。また、超電導量子干渉素子
の主要な雑音の一つである磁束雑音は 1/√Rに比例す
る。ここで、Rはダンピング抵抗の値もしくはシャント
抵抗とダンピング抵抗を並列接続と考えて合成した抵抗
値である。従って、本発明により寄生容量を低減するこ
とで超電導量子干渉素子を低雑音化できることがわか
る。
On the other hand, the optimum value of the damping resistance for eliminating the voltage step due to LC resonance is proportional to the square root of (L / C). Therefore, the smaller the capacitance, the larger the optimum value of the damping resistance. Further, the magnetic flux noise, which is one of the main noises of the superconducting quantum interference device, is proportional to 1 / √R. Here, R is a value of the damping resistance or a resistance value obtained by considering that the shunt resistance and the damping resistance are connected in parallel. Therefore, it can be seen that the present invention can reduce the noise of the superconducting quantum interference device by reducing the parasitic capacitance.

【0016】このように、本発明による超電導量子干渉
素子は寄生容量を増加させることなくダンピング抵抗の
インダクタンスを低減することができるので、従来技術
の超電導量子干渉素子に比較して、高感度かつ低雑音の
超電導量子干渉素子を実現することができる。
As described above, the superconducting quantum interference device according to the present invention can reduce the inductance of the damping resistance without increasing the parasitic capacitance. It is possible to realize a noise superconducting quantum interference device.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の超電導量子干渉素子につい
て、実施例によって具体的に説明する。
EXAMPLES The superconducting quantum interference device of the present invention will be specifically described below with reference to examples.

【0018】[0018]

【実施例1】図1は本発明超電導量子干渉素子の一実施
例の形状の一部分を示す上面図、図2a は該素子の全体
形状を示す上面図、図2b は図1及び図2a における A
‐A部分の断面図で、ダンピング抵抗14の一端を超電導
リング11aに接続、他端を超電導リング11bに接続してい
るスリットの重ねあわせ部分17に接続し、かつダンピン
グ抵抗14が超電導リング11aの上方に位置し、かつ、ス
リットの重ねあわせ部分17がダンピング抵抗14を覆う位
置にダンピング抵抗14を配置してなることを示す。な
お、図2aにおいて、層間絶縁層及び信号入力用の超電
導コイルの巻数は省略してある。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a top view showing a part of the shape of an embodiment of the superconducting quantum interference device of the present invention, FIG. 2a is a top view showing the overall shape of the device, and FIG. 2b is an A in FIG. 1 and FIG. 2a.
-In the cross-sectional view of the portion A, one end of the damping resistor 14 is connected to the superconducting ring 11a, the other end is connected to the overlapping portion 17 of the slit connected to the superconducting ring 11b, and the damping resistor 14 of the superconducting ring 11a It is shown that the damping resistor 14 is arranged at a position located above and the overlapping portion 17 of the slits covers the damping resistor 14. 2A, the number of turns of the interlayer insulating layer and the superconducting coil for signal input is omitted.

【0019】次に、上記素子の作製の手順について説明
する。まず、基板として表面を熱酸化したシリコン(Si)
ウェハを用い、この表面に厚さ約200nmのニオビウム(N
b)膜を直流マグネトロンスパッタ法により堆積した後、
フォトレジストをマスク材として反応性イオンエッチン
グ法により上記 Nb 膜を加工して超電導リング11a、11b
のパタンを形成した。この超電導リング11a、11bはほぼ
正方形に近い形状をしており、中央に25μm角の開口部
と、その中心から幅5μm長さ約260μmのスリット20と
を設けることによりリングを形成した。次いで、層間絶
縁膜形成工程に移るが、これ以後、層間絶縁膜は全て S
iO 蒸着膜を用い、リフトオフ法によりパタンを形成し
た。超電導リング11a、11bとダンピング抵抗14などとを
電気的に絶縁するための厚さ約250nmの層間絶縁膜19aを
形成した後に、抵抗膜として厚さ約300nmの MoNX膜を直
流マグネトロンスパッタ法により形成し、フォトレジス
トをマスク材として反応性イオンエッチング法により加
工して、幅5μm 長さ10μmのダンピング抵抗14及び幅
5μm 長さ10μmのシャント抵抗13のパタンを形成し
た。各抵抗値は約4Ωとした。次に、ダンピング抵抗14
とスリットの重ねあわせ部分17などとを電気的に絶縁す
るための厚さ約350nmの層間絶縁膜19bを形成した後に、
下部電極15及びスリット部分の重ねあわせ17として、厚
さ約140nmの Nb膜と厚さ約210nmの NbN 膜との積層膜を
直流マグネトロンスパッタ法により形成し、フォトレジ
ストをマスク材として、反応性イオンエッチング法によ
りスリットの重ねあわせ部分17などのパタンを形成し
た。重ねあわせ部分の幅は15μmとした。また、図には
示していないが、JJ 12の面積を規定するための窓(接合
窓4μm角)を設けた厚さ約400nmの層間絶縁膜を形成し
た。次に、幅3μm 巻数40及び幅3μm 巻数1の信号入
力用の超電導コイル16および上部電極18に対応するフォ
トレジストのパタンを形成した後に、高周波プラズマ酸
化法で接合窓の下部電極表面にNb 酸化物によるトンネ
ル障壁層を形成し、引き続いて厚さ約500nmの鉛(Pb)合
金を蒸着した。さらに、リフトオフ法により上記 Pb 合
金薄膜からなる信号入力用の超電導コイル16及び上部電
極18のパタンを形成して超電導量子干渉素子を完成し
た。
Next, a procedure for manufacturing the above element will be described. First, the surface of the substrate is thermally oxidized silicon (Si)
Using a wafer, Niobium (N
b) After depositing the film by DC magnetron sputtering,
The superconducting rings 11a and 11b are formed by processing the Nb film by the reactive ion etching method using the photoresist as a mask material.
Pattern was formed. The superconducting rings 11a and 11b have a nearly square shape, and a ring is formed by providing a 25 μm square opening at the center and a slit 20 having a width of 5 μm and a length of about 260 μm from the center. Next, the process proceeds to the step of forming an interlayer insulating film.
A pattern was formed by a lift-off method using an iO vapor deposition film. After forming the interlayer insulating film 19a with a thickness of about 250 nm to electrically insulate the superconducting rings 11a and 11b from the damping resistor 14, etc., a MoN X film with a thickness of about 300 nm is formed as a resistance film by the DC magnetron sputtering method. Then, the photoresist was used as a mask material and processed by a reactive ion etching method to form a pattern of a damping resistor 14 having a width of 5 μm and a length of 10 μm and a shunt resistor 13 having a width of 5 μm and a length of 10 μm. Each resistance value was about 4Ω. Next, damping resistor 14
After forming an interlayer insulating film 19b having a thickness of about 350 nm for electrically insulating the overlapping portion 17 of the slit and the like,
As a superposition 17 of the lower electrode 15 and the slit portion, a laminated film of a Nb film with a thickness of about 140 nm and a NbN film with a thickness of about 210 nm was formed by the DC magnetron sputtering method, and the reactive ion was used as a mask material with the photoresist. Patterns such as the overlapping portions 17 of the slits were formed by the etching method. The width of the overlapping portion was 15 μm. Although not shown in the figure, an interlayer insulating film having a thickness of about 400 nm provided with a window (bonding window 4 μm square) for defining the area of JJ 12 was formed. Next, after forming a photoresist pattern corresponding to the superconducting coil 16 for signal input and the upper electrode 18 having a width of 3 μm and a winding number of 40 and a width of 3 μm, Nb oxidation was performed on the lower electrode surface of the bonding window by a high frequency plasma oxidation method. A tunnel barrier layer was formed by using an object, and subsequently a lead (Pb) alloy with a thickness of about 500 nm was deposited. Further, the pattern of the superconducting coil 16 for signal input and the upper electrode 18 made of the Pb alloy thin film was formed by the lift-off method to complete the superconducting quantum interference device.

【0020】上記のように構成した本発明超電導量子干
渉素子は、ダンピング抵抗の上方及び下方に磁気遮蔽の
ための超電導体があるために、従来構造の超電導量子干
渉素子に比較して、ダンピング抵抗に寄生して存在する
インダクタンスを小さくすることができる。また、超電
導リング及びスリットの重ねあわせ部分をダンピング抵
抗の磁気遮蔽のための超電導体として用いているため、
JJ の上部電極となる超電導体をダンピング抵抗の磁気
遮蔽のための超電導体として用いている従来の超電導量
子干渉素子の場合と異なり、寄生容量は生じないか、あ
るいは、実際の素子動作にはこの部分の容量の存在は無
視できる。また、本発明素子では、ダンピング抵抗の上
方または下方に磁気遮蔽のための超電導体がない従来型
の超電導量子干渉素子に比較して、ダンピング抵抗に寄
生して存在するインダクタンスを約20分の1 にすること
ができた。さらに、ダンピング抵抗のインダクタンスを
低減するための磁気遮蔽用の超電導体として JJ の上部
電極となる超電導体を用いて同様の寸法で作製した従来
技術の超電導量子干渉素子に比較して、素子の静電容量
を約50%にすることができた。
Since the superconducting quantum interference device of the present invention configured as described above has the superconducting material for magnetic shielding above and below the damping resistor, the damping resistance is higher than that of the conventional superconducting quantum interference device. It is possible to reduce the inductance existing parasitic on the. Also, because the superconducting ring and the overlapping portion of the slit are used as a superconductor for magnetically shielding the damping resistance,
Unlike the conventional superconducting quantum interference device that uses the superconductor that is the upper electrode of JJ as a superconductor for magnetically shielding the damping resistance, no parasitic capacitance is generated, or this is not the case in actual device operation. The existence of partial capacity can be ignored. Further, in the device of the present invention, compared with the conventional superconducting quantum interference device having no superconductor for magnetic shielding above or below the damping resistance, the inductance existing parasitic on the damping resistance is reduced to about 1/20. I was able to Furthermore, as compared with the prior art superconducting quantum interference device fabricated with the same size using a superconductor to be the upper electrode of JJ as a magnetic shield superconductor for reducing the inductance of the damping resistance, The electric capacity was able to reach about 50%.

【0021】従って、上記本発明構成の素子と従来構成
の素子とについてβCの値が同一になるように設計した
場合、本発明素子の方が出力電圧を約1.4倍に増加させ
ることができた。また、従来構成の素子に比較して素子
の静電容量を約50%に低減することができたので、電圧
ステップを最適にダンピングするためのダンピング抵抗
の値を大きくすることができ、その結果、雑音を約0.85
倍に低減することができた。このように、上記本発明構
成の素子においては、従来構成の素子に比較して、低雑
音かつ高感度化を達成することができた。
Therefore, when the device of the present invention and the device of the conventional structure are designed to have the same β C value, the device of the present invention can increase the output voltage by about 1.4 times. It was In addition, the capacitance of the device can be reduced to about 50% compared to the device with the conventional configuration, so the value of the damping resistance for optimally damping the voltage step can be increased. , About 0.85 noise
It could be doubled. As described above, in the device having the above-described configuration of the present invention, it was possible to achieve lower noise and higher sensitivity than the device having the conventional configuration.

【0022】また、図3に示したようにダンピング抵抗
14の接続の場所を変えた場合にも従来構成の素子に比較
して低雑音かつ高感度化できることは明白である。図3
の構成は、ダンピング抵抗14の下方の一部分に磁気遮蔽
のための超電導体が存在しないところがあるという点で
図1に示した実施例の構成と異なっている。なお、図3
の構成においては、図1の超電導量子干渉素子のスリッ
トの重ねあわせ部分17の幅と図3の超電導量子干渉素子
のスリットの重ねあわせ部分17の幅が等しいときに、図
1構成の素子に比べてダンピング抵抗14の長さにさらに
任意性を持たせることができるという利点がある。
Further, as shown in FIG.
It is clear that even when the connection positions of 14 are changed, the noise and the sensitivity can be improved as compared with the conventional device. Figure 3
1 is different from that of the embodiment shown in FIG. 1 in that there is a portion below the damping resistor 14 where there is no superconductor for magnetic shielding. Note that FIG.
In the above configuration, when the width of the overlapping portion 17 of the slits of the superconducting quantum interference device of FIG. 1 is equal to the width of the overlapping portion 17 of the slits of the superconducting quantum interference device of FIG. Therefore, there is an advantage that the length of the damping resistor 14 can be made more arbitrary.

【0023】[0023]

【実施例2】本発明超電導量子干渉素子の他の実施例に
ついて、図4によって説明する。図4は、ダンピング抵
抗14の一端を超電導リング11aに、他端を超電導リング1
1bに接続しているスリットの重ねあわせ部分17に接続
し、かつ、ダンピング抵抗14を超電導リング11aとスリ
ットの重ねあわせ部分17との間に配置した超電導量子干
渉素子の一部分を示した断面図である。
Second Embodiment Another embodiment of the superconducting quantum interference device of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows that the damping resistor 14 has one end on the superconducting ring 11a and the other end on the superconducting ring 1a.
1b is a cross-sectional view showing a part of a superconducting quantum interference device which is connected to a superposed portion 17 of a slit and a damping resistor 14 is arranged between a superconducting ring 11a and a superposed portion 17 of a slit. is there.

【0024】本実施例素子の作製手順は実施例1の場合
とほぼ同様であるが、ダンピング抵抗の形成工程が異な
っている。ダンピング抵抗14の材料としては、適切なダ
ンピング抵抗の値を実現するために、電気抵抗率の大き
な材料を使用する必要があるが、本実施例の場合、厚さ
約100nmの CdS 蒸着薄膜をダンピング抵抗として使用し
た。この CdS 蒸着薄膜は真空容器中で抵抗加熱蒸着に
よって形成し、フォトレジストのパタンをマスクとした
リフトオフ法により加工してダンピング抵抗14とした。
ここで用いた CdS 蒸着薄膜の液体ヘリウム温度におけ
る電気抵抗率は約0.1Ω・cmであり、ダンピング抵抗と
これに接続する超電導薄膜との接触面積は25μmとし
た。これによって、抵抗値約4Ωを有するダンピング抵
抗14を形成した。本実施例の場合には、実施例1の場合
と異なり、超電導リング11a、11bを形成した後に、層間
絶縁層を形成することなく、ダンピング抵抗14を形成し
た。
The manufacturing procedure of the element of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment, but the step of forming the damping resistor is different. As the material of the damping resistor 14, it is necessary to use a material having a large electric resistivity in order to realize an appropriate damping resistance value.However, in the case of this embodiment, a CdS vapor-deposited thin film with a thickness of about 100 nm is used for damping. Used as a resistor. This CdS vapor-deposited thin film was formed by resistance heating vapor deposition in a vacuum container, and processed by a lift-off method using a photoresist pattern as a mask to form a damping resistor 14.
The electrical resistivity of the CdS vapor-deposited thin film used here was about 0.1 Ω · cm at the liquid helium temperature, and the contact area between the damping resistor and the superconducting thin film connected to it was 25 μm. As a result, the damping resistor 14 having a resistance value of about 4Ω was formed. In the case of the present embodiment, unlike the case of the first embodiment, after forming the superconducting rings 11a and 11b, the damping resistor 14 is formed without forming the interlayer insulating layer.

【0025】本実施例の超電導量子干渉素子において
も、実施例1の場合と同様に、従来構成の素子に比較し
て低雑音かつ高感度化を達成することができた。また、
本実施例構成の素子の場合、超電導リング11a、11bとス
リットの重ねあわせ部分17との間の層間絶縁層を一層に
することができるため、素子の作製成工程をさらに簡略
化することができる。
Also in the superconducting quantum interference device of this embodiment, as in the case of the first embodiment, low noise and high sensitivity can be achieved as compared with the device of the conventional structure. Also,
In the case of the element having the configuration of this embodiment, the number of interlayer insulating layers between the superconducting rings 11a and 11b and the overlapping portion 17 of the slits can be one, so that the manufacturing process of the element can be further simplified. ..

【0026】[0026]

【実施例3】本発明超電導量子干渉素子のさらに他の実
施例について、図5によって説明する。図5は、スリッ
トの重ねあわせ部分17の下方に存在している部分の超電
導リング11a及び11bにダンピング抵抗14の両端を接続し
て配置した超電導量子干渉素子の一部分を示す断面図で
ある。この場合も、素子の作製方法は実施例1の場合と
ほぼ同様である。この場合も、実施例1の場合と同じ
く、従来構成の素子と比較して、低雑音かつ高感度化を
達成することができた。
[Embodiment 3] Still another embodiment of the superconducting quantum interference device of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a part of the superconducting quantum interference device in which the both ends of the damping resistor 14 are connected to the superconducting rings 11a and 11b located below the overlapping portion 17 of the slits. Also in this case, the method of manufacturing the element is almost the same as that in the case of the first embodiment. Also in this case, as in the case of Example 1, it was possible to achieve low noise and high sensitivity as compared with the element having the conventional configuration.

【0027】[0027]

【実施例4】本発明超電導量子干渉素子のさらに他の実
施例について、図6によって説明する。図6は、スリッ
トの重ねあわせ部分17の下方に存在している超電導リン
グ11a及び 11bにダンピング抵抗の両端を接続し、か
つ、スリット部分20にダンピング抵抗14を配置した超電
導量子干渉素子の一部分を示す断面図である。本実施例
構成素子の作製手順は実施例1の場合とほぼ同様である
が、本実施例の場合、実施例1の場合とは異なり、超電
導リング11a、11bを形成した後に、層間絶縁層を形成す
ることなくダンピング抵抗14を形成した。
Fourth Embodiment Still another embodiment of the superconducting quantum interference device of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a part of a superconducting quantum interference device in which both ends of a damping resistor are connected to superconducting rings 11a and 11b existing below a superposed portion 17 of slits, and a damping resistor 14 is arranged in a slit portion 20. It is sectional drawing shown. The manufacturing procedure of the constituent element of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment, but unlike the case of the first embodiment, in the case of the present embodiment, after forming the superconducting rings 11a and 11b, the interlayer insulating layer is formed. The damping resistor 14 was formed without forming it.

【0028】本実施例構成素子の場合には、ダンピング
抵抗14の磁気遮蔽のための超電導体がダンピング抵抗の
上方にのみ存在しているため、磁気遮蔽のための超電導
体が存在しない従来構成の素子に比べて、ダンピング抵
抗14のインダクタンスを約10分の1 にすることができ
た。また、この場合も、従来構成の素子に比較して、低
雑音かつ高感度化を達成することができた。また、超電
導リング11a、11bとスリットの重ねあわせ部分17との間
の層間絶縁層を一層にすることができるため、素子の作
製工程を簡略化することができる。
In the case of the constituent element of this embodiment, since the superconductor for magnetic shielding of the damping resistor 14 exists only above the damping resistor, the superconductor for magnetic shielding does not exist. It was possible to reduce the inductance of the damping resistor 14 to about 1/10 of that of the device. Also in this case, it was possible to achieve low noise and high sensitivity as compared with the device having the conventional configuration. In addition, the number of interlayer insulating layers between the superconducting rings 11a and 11b and the overlapping portions 17 of the slits can be one, so that the manufacturing process of the element can be simplified.

【0029】[0029]

【実施例5】本発明超電導量子干渉素子のさらに他の実
施例について、図7によって説明する。図7は、ダンピ
ング抵抗14の一端を超電導リング11aに、他端を超電導
リング11bに接続しているスリットの重ねあわせ部分17
に接続し、かつ、ダンピング抵抗14がスリットの重ねあ
わせ部分17で覆われず、かつ、ダンピング抵抗14を超電
導リング11aの上方に配置した構成の超電導量子干渉素
子の一部分を示す断面図である。
[Embodiment 5] Still another embodiment of the superconducting quantum interference device of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows an overlapping portion 17 of the slits in which one end of the damping resistor 14 is connected to the superconducting ring 11a and the other end is connected to the superconducting ring 11b.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a part of a superconducting quantum interference device having a configuration in which the damping resistor 14 is not covered with the overlapping portion 17 of the slits, and the damping resistor 14 is arranged above the superconducting ring 11a.

【0030】本実施例構成の素子の作製手順は実施例1
の場合とほぼ同様であるが、本実施例の場合には、ダン
ピング抵抗14を形成した後、層間絶縁膜を形成すること
なく、スリットの重ねあわせ部分17を形成した。
The manufacturing procedure of the device having the constitution of this embodiment is the same as that of the first embodiment.
In the case of this embodiment, after forming the damping resistor 14, the slit overlapping portion 17 was formed without forming an interlayer insulating film, although it is almost the same as the above case.

【0031】従って、本実施例の場合には、超電導リン
グ11a、11bとスリットの重ねあわせ部分17との間の層間
絶縁層を一層にすることができるため、素子の作製工程
を簡略化することができる。また、本実施例構成の素子
の場合、実施例1の素子の場合と同様に、従来構成の素
子に比較して、低雑音かつ高感度化を達成することがで
きた。
Therefore, in the case of this embodiment, the number of interlayer insulating layers between the superconducting rings 11a and 11b and the overlapping portions 17 of the slits can be one, so that the manufacturing process of the element can be simplified. You can Further, in the case of the element having the structure of this example, as in the case of the element of the example 1, it was possible to achieve lower noise and higher sensitivity than the element having the conventional structure.

【0032】また、図7に示した構成に加えて、図8に
示すようにダンピング抵抗14の上方に超電導リングとは
電気的に接続していない独立した超電導体21を配置した
場合に、ダンピング抵抗14のインダクタンスをさらに小
さくすることができる。なお、超電導体21としては、新
たに超電導体を設けても良いし、また、信号入力用の超
電導体を利用しても良い。
Further, in addition to the structure shown in FIG. 7, when an independent superconductor 21 not electrically connected to the superconducting ring is arranged above the damping resistor 14 as shown in FIG. The inductance of the resistor 14 can be further reduced. A superconductor may be newly provided as the superconductor 21, or a superconductor for signal input may be used.

【0033】[0033]

【実施例6】本発明超電導量子干渉素子のさらに他の実
施例について、図9によって説明する。図9は、その上
方にスリットの重ねあわせがない部分の超電導リング11
a、11bにダンピング抵抗14の両端を接続して配置し、か
つ、その上方に、該超電導リングとは電気的に接続して
いない独立した超電導体21を配置した構成の超電導量子
干渉素子の一部分を示す断面図である。この素子の作製
手順は実施例1の素子の作製手順とほぼ同様である。こ
の場合にも、実施例1の場合と同様に、従来素子と比較
して低雑音かつ高感度化を達成することができた。
[Embodiment 6] Still another embodiment of the superconducting quantum interference device of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows the superconducting ring 11 where the slits do not overlap.
A part of a superconducting quantum interference device having a structure in which both ends of a damping resistor 14 are connected to a and 11b, and an independent superconductor 21 not electrically connected to the superconducting ring is arranged above it. It is sectional drawing which shows. The procedure for producing this element is almost the same as the procedure for producing the element of Example 1. Also in this case, as in the case of Example 1, it was possible to achieve low noise and high sensitivity as compared with the conventional element.

【0034】また、本実施例の場合にはダンピング抵抗
14の上方に超電導リングとは電気的に接続していない独
立した超電導体21を配置したが、ダンピング抵抗14の下
方に超電導リングとは電気的に接続していない独立した
超電導体を配置した場合にも、同様に、従来技術による
超電導量子干渉素子に比較して低雑音かつ高感度化する
ことができることは明白である。
In the case of this embodiment, the damping resistance is
When an independent superconductor 21 which is not electrically connected to the superconducting ring is arranged above 14 but an independent superconductor which is not electrically connected to the superconducting ring is arranged below the damping resistor 14. Also, similarly, it is obvious that the noise and the sensitivity can be increased as compared with the superconducting quantum interference device according to the conventional technique.

【0035】なお、以上の実施例においてはダンピング
抵抗の少なくとも上方または下方の全体に磁気遮蔽のた
めの超電導体を配置した例について説明したが、本発明
は上記例示に限定されるものではなく、例えば、ダンピ
ング抵抗の少なくとも上方または下方の一部分だけに磁
気遮蔽のための超電導体を配置しても、その割合に応じ
てインダクタンスを低減することができ、従って、本発
明の目的を達成することができることは明白である。
In the above embodiment, an example in which a superconductor for magnetic shielding is arranged at least above or below the damping resistor is described, but the present invention is not limited to the above example. For example, even if a superconductor for magnetic shielding is arranged only in at least a part above or below the damping resistance, the inductance can be reduced depending on the ratio, and thus the object of the present invention can be achieved. What you can do is obvious.

【0036】また、以上の実施例においては超電導材料
として Nb 、NbN 、Pb 合金を用いた場合について説明
したが、その他の超電導材料、例えば Nb3Si、Nb3Sn、N
b3Ge等の Nb の金属間化合物や YBa2Cu3OX 等の酸化物
材料を用いて超電導量子干渉素子を作製しても同様の効
果が得られる。
In the above embodiments, the case where Nb, NbN and Pb alloys are used as the superconducting material has been described, but other superconducting materials such as Nb 3 Si, Nb 3 Sn and Nb are used.
The same effect can be obtained by fabricating a superconducting quantum interference device using an Nb intermetallic compound such as b 3 Ge or an oxide material such as YBa 2 Cu 3 O X.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上述べてきたように、超電導量子干渉
素子を本発明構成の素子とすることによって、従来技術
の有していた課題を解決して、超電導量子干渉素子の静
電容量を実質的に増加させることなしにダンピング抵抗
に存在する寄生インダクタンスを従来技術に比較して5
分の1から20分の1程度に低減できるので、電流‐電圧
特性の電圧ステップを完全に除去し、かつシャント抵抗
の値あるいは JJ の臨界ジョセフソン電流の値を大きく
することができ、従って、出力電圧を大きくしてしかも
ノイズを低減することができるので、低雑音かつ高感度
の超電導量子干渉素子を提供することができた。
As described above, by using a superconducting quantum interference device as the device of the present invention, the problems of the prior art can be solved and the capacitance of the superconducting quantum interference device can be substantially reduced. The parasitic inductance that exists in the damping resistance without increasing the
Since it can be reduced to 1/20 to 1/20, the voltage step of the current-voltage characteristic can be completely removed, and the value of the shunt resistance or the value of the critical Josephson current of JJ can be increased. Since the output voltage can be increased and the noise can be reduced, a superconducting quantum interference device with low noise and high sensitivity can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明超電導量子干渉素子の一実施例の構成の
一部分を示す上面図。
FIG. 1 is a top view showing a part of the configuration of an embodiment of a superconducting quantum interference device of the present invention.

【図2】a は図1の素子の全体の構成を示す上面図、b
は a の A‐A 部分の断面図。
2 is a top view showing the overall structure of the device of FIG. 1, b
Is a cross-sectional view of the A-A part of a.

【図3】実施例1でダンピング抵抗の接続の場所を変え
た場合の構成を示す断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration when the connection location of the damping resistor is changed in the first embodiment.

【図4】本発明超電導量子干渉素子の他の実施例の構成
の一部分を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a part of the configuration of another embodiment of the superconducting quantum interference device of the present invention.

【図5】本発明超電導量子干渉素子のさらに他の実施例
の構成の一部分を示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a part of the configuration of still another embodiment of the superconducting quantum interference device of the present invention.

【図6】本発明超電導量子干渉素子のさらに他の実施例
の構成の一部分を示す断面図。
FIG. 6 is a sectional view showing a part of the configuration of still another embodiment of the superconducting quantum interference device of the present invention.

【図7】本発明超電導量子干渉素子のさらに他の実施例
の構成の一部分を示す断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing a part of the configuration of still another embodiment of the superconducting quantum interference device of the present invention.

【図8】本発明超電導量子干渉素子のさらに他の実施例
の構成の一部分を示す断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing a part of the configuration of still another embodiment of the superconducting quantum interference device of the present invention.

【図9】本発明超電導量子干渉素子のさらに他の実施例
の構成の一部分を示す断面図。
FIG. 9 is a sectional view showing a part of the configuration of still another embodiment of the superconducting quantum interference device of the present invention.

【図10】従来技術による超電導量子干渉素子の構成の
一部分を示す上面図。
FIG. 10 is a top view showing a part of the configuration of a superconducting quantum interference device according to the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11a、11b…超電導リング、12… JJ 、13…シャント抵
抗、14…ダンピング抵抗15… JJ の下部電極、16…信号
入力用超電導コイル、17…超電導リングの寄生インダク
タンスを低減するために設けたスリットの重ねあわせ部
分、18… JJの上部電極、19a、19b、19c …層間絶縁
層、20…超電導リングのスリット部、21…超電導リング
とは電気的に接続していない独立した超電導体。
11a, 11b ... Superconducting ring, 12 ... JJ, 13 ... Shunt resistor, 14 ... Damping resistor 15 ... JJ lower electrode, 16 ... Signal input superconducting coil, 17 ... Slits provided to reduce parasitic inductance of the superconducting ring , 18 ... JJ upper electrode, 19a, 19b, 19c ... interlayer insulating layer, 20 ... slit part of superconducting ring, 21 ... independent superconductor not electrically connected to superconducting ring.

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも、第一及び第二のジョセフソン
接合と、超電導体により構成されたインダクタンスとを
有する超電導量子干渉素子であって、上記第一のジョセ
フソン接合が第一の超電導体と第二の超電導体を電極と
して形成され、上記第二のジョセフソン接合が第三の超
電導体と第四の超電導体を電極として形成され、上記イ
ンダクタンスが上記第一の超電導体に接続して設けた超
電導配線と上記第四の超電導体に接続して設けた超電導
配線の間に接続され、かつ、上記第一の超電導体に接続
して設けた超電導配線と上記第四の超電導体に接続して
設けた超電導配線の間に接続されたダンピング抵抗を有
する超電導量子干渉素子において、上記ダンピング抵抗
の少なくとも一部が上記第一の超電導体に接続して設け
た超電導体もしくは上記第四の超電導体に接続して設け
た超電導体によって覆われていることを特徴とする超電
導量子干渉素子。
1. A superconducting quantum interference device having at least first and second Josephson junctions and an inductance constituted by a superconductor, wherein the first Josephson junction is a first superconductor. A second superconductor is formed as an electrode, the second Josephson junction is formed by using a third superconductor and a fourth superconductor as electrodes, and the inductance is provided by connecting to the first superconductor. Connected between the superconducting wiring and the superconducting wiring provided in connection with the fourth superconductor, and connected to the superconducting wiring provided in connection with the first superconductor and the fourth superconductor. In a superconducting quantum interference device having a damping resistance connected between the superconducting wirings provided as described above, at least a part of the damping resistance is a superconductor provided by being connected to the first superconductor. Superconducting quantum interference device, characterized in that covered by superconductor provided in connection with the fourth superconductor.
【請求項2】少なくとも、第一及び第二のジョセフソン
接合と、超電導体により構成されたインダクタンスとを
有する超電導量子干渉素子であって、上記第一のジョセ
フソン接合が第一の超電導体と第二の超電導体を電極と
して形成され、上記第二のジョセフソン接合が第三の超
電導体と第四の超電導体を電極として形成され、上記イ
ンダクタンスが上記第一の超電導体に接続して設けた超
電導配線と上記第四の超電導体に接続して設けた超電導
配線の間に接続され、かつ、上記第一の超電導体に接続
して設けた超電導配線と上記第四の超電導体に接続して
設けた超電導配線の間に接続されたダンピング抵抗を有
する超電導量子干渉素子において、上記第一の超電導体
に接続して設けた超電導体、もしくは上記第四の超電導
体に接続して設けた超電導体の少なくとも一部が上記ダ
ンピング抵抗で覆われていることを特徴とする超電導量
子干渉素子。
2. A superconducting quantum interference device having at least first and second Josephson junctions and an inductance constituted by a superconductor, wherein the first Josephson junction is a first superconductor. A second superconductor is formed as an electrode, the second Josephson junction is formed by using a third superconductor and a fourth superconductor as electrodes, and the inductance is provided by connecting to the first superconductor. Connected between the superconducting wiring and the superconducting wiring provided in connection with the fourth superconductor, and connected to the superconducting wiring provided in connection with the first superconductor and the fourth superconductor. In a superconducting quantum interference device having a damping resistance connected between the superconducting wirings provided in the superconducting wiring, the superconducting conductor connected to the first superconductor or the fourth superconducting conductor. Superconducting quantum interference device at least part of the superconductor is characterized in that it is covered with the damping resistor.
【請求項3】少なくとも、第一及び第二のジョセフソン
接合と、超電導体により構成されたインダクタンスとを
有する超電導量子干渉素子であって、上記第一のジョセ
フソン接合が第一の超電導体と第二の超電導体を電極と
して形成され、上記第二のジョセフソン接合が第三の超
電導体と第四の超電導体を電極として形成され、上記イ
ンダクタンスが上記第一の超電導体に接続して設けた超
電導配線と上記第四の超電導体に接続して設けた超電導
配線の間に接続され、かつ、上記第一の超電導体に接続
して設けた超電導配線と上記第四の超電導体に接続して
設けた超電導配線の間に接続されたダンピング抵抗を有
する超電導量子干渉素子において、上記第一の超電導体
に接続して設けた超電導体の少なくとも一部が上記ダン
ピング抵抗の一部を覆い、かつ、上記ダンピング抵抗が
上記第四の超電導体に接続して設けた超電導体の少なく
とも一部を覆っていることを特徴とする超電導量子干渉
素子。
3. A superconducting quantum interference device having at least first and second Josephson junctions and an inductance composed of a superconductor, wherein the first Josephson junction is a first superconductor. A second superconductor is formed as an electrode, the second Josephson junction is formed by using a third superconductor and a fourth superconductor as electrodes, and the inductance is provided by connecting to the first superconductor. Connected between the superconducting wiring and the superconducting wiring provided in connection with the fourth superconductor, and connected to the superconducting wiring provided in connection with the first superconductor and the fourth superconductor. In a superconducting quantum interference device having a damping resistance connected between superconducting wirings provided as a part, at least a part of the superconductor connected to the first superconductor is a part of the damping resistance. Cover, and superconducting quantum interference device, characterized in that the damping resistor covers at least a portion of the superconductor provided in connection with the fourth superconductor.
【請求項4】少なくとも、第一及び第二のジョセフソン
接合と、超電導体により構成されたインダクタンスとを
有する超電導量子干渉素子であって、上記第一のジョセ
フソン接合が第一の超電導体と第二の超電導体を電極と
して形成され、上記第二のジョセフソン接合が第三の超
電導体と第四の超電導体を電極として形成され、上記イ
ンダクタンスが上記第一の超電導体に接続して設けた超
電導配線と上記第四の超電導体に接続して設けた超電導
配線の間に接続され、かつ、上記第一の超電導体に接続
して設けた超電導配線と上記第四の超電導体に接続して
設けた超電導配線の間に接続されたダンピング抵抗を有
する超電導量子干渉素子において、上記ダンピング抵抗
の少なくとも一部が上記第一の超電導体に接続して設け
た超電導体もしくは上記第四の超電導体に接続して設け
た超電導体によって覆われているか、あるいは、上記第
一の超電導体に接続して設けた超電導体もしくは上記第
四の超電導体に接続して設けた超電導体の少なくとも一
部が上記ダンピング抵抗で覆われているか、もしくは、
上記第一の超電導体に接続して設けた超電導体の少なく
とも一部が上記ダンピング抵抗の一部を覆い、かつ、上
記ダンピング抵抗が上記第四の超電導体に接続して設け
た超電導体の少なくとも一部を覆っていることを特徴と
する超電導量子干渉素子。
4. A superconducting quantum interference device having at least first and second Josephson junctions and an inductance formed of a superconductor, wherein the first Josephson junction is a first superconductor. A second superconductor is formed as an electrode, the second Josephson junction is formed by using a third superconductor and a fourth superconductor as electrodes, and the inductance is provided by connecting to the first superconductor. Connected between the superconducting wiring and the superconducting wiring provided in connection with the fourth superconductor, and connected to the superconducting wiring provided in connection with the first superconductor and the fourth superconductor. In a superconducting quantum interference device having a damping resistance connected between the superconducting wirings provided as described above, at least a part of the damping resistance is a superconductor provided by being connected to the first superconductor. It is covered with a superconductor provided in connection with the fourth superconductor, or a superconductor provided in connection with the first superconductor or a superconductor provided in connection with the fourth superconductor. At least part of the body is covered with the damping resistance, or
At least a part of the superconductor provided in connection with the first superconductor covers a part of the damping resistance, and the damping resistance is provided with at least a superconductor provided in connection with the fourth superconductor. A superconducting quantum interference device characterized by covering a part thereof.
【請求項5】上記第一の超電導体に接続して設けた超電
導体もしくは上記第四の超電導体に接続して設けた超電
導体が上記インダクタンスを構成する超電導体であるこ
とを特徴とする請求項4記載の超電導量子干渉素子。
5. The superconductor provided in connection with the first superconductor or the superconductor provided in connection with the fourth superconductor is a superconductor constituting the inductance. Item 4. A superconducting quantum interference device according to item 4.
【請求項6】上記第一の超電導体に接続して設けた超電
導体が上記インダクタンスを構成する超電導体であり、
しかも、上記第四の超電導体に接続して設けた超電導体
が上記インダクタンスを構成する超電導体のスリットの
少なくとも一部を覆うように配置した超電導体であるこ
とを特徴とする請求項4記載の超電導量子干渉素子。
6. A superconductor provided by connecting to the first superconductor is a superconductor constituting the inductance,
Moreover, the superconductor provided so as to be connected to the fourth superconductor is a superconductor arranged so as to cover at least a part of a slit of the superconductor forming the inductance. Superconducting quantum interference device.
【請求項7】上記ダンピング抵抗が、上記第一の超電導
体に接続して設けた超電導体もしくは上記第四の超電導
体に接続して設けた超電導体によって全て覆われている
こと、もしくは、上記ダンピング抵抗の下部全体に上記
第一の超電導体に接続して設けた超電導体もしくは上記
第四の超電導体に接続して設けた超電導体が配置されて
いること、もしくは、上記ダンピング抵抗が、上記第一
の超電導体に接続して設けた超電導体もしくは上記第四
の超電導体に接続して設けた超電導体によって全て覆わ
れており、かつ、上記ダンピング抵抗の下部全体に上記
第一の超電導体に接続して設けた超電導体もしくは上記
第四の超電導体に接続して設けた超電導体が配置されて
いることを特徴とする請求項4〜請求項6記載の超電導
量子干渉素子。
7. The damping resistance is entirely covered by a superconductor provided connected to the first superconductor or a superconductor provided connected to the fourth superconductor, or The superconductor provided in connection with the first superconductor or the superconductor provided in connection with the fourth superconductor is arranged over the entire lower part of the damping resistor, or the damping resistor is The first superconductor is entirely covered with a superconductor provided in connection with the first superconductor or the superconductor provided in connection with the fourth superconductor, and is entirely covered under the damping resistor. The superconducting quantum interference device according to any one of claims 4 to 6, wherein a superconductor provided to be connected to or a superconductor provided to be connected to the fourth superconductor is arranged.
【請求項8】上記第一の超電導体及び上記第四の超電導
体がジョセフソン接合の下部電極であり、上記第二の超
電導体及び上記第三の超電導体がジョセフソン接合の上
部電極であることを特徴とする請求項4〜請求項7記載
の超電導量子干渉素子。
8. The first superconductor and the fourth superconductor are lower electrodes having a Josephson junction, and the second superconductor and the third superconductor are upper electrodes having a Josephson junction. The superconducting quantum interference device according to any one of claims 4 to 7, wherein
【請求項9】少なくとも、第一及び第二のジョセフソン
接合と、超電導体により構成されたインダクタンスとを
有する超電導量子干渉素子であって、上記第一のジョセ
フソン接合が第一の超電導体と第二の超電導体を電極と
して形成され、上記第二のジョセフソン接合が第三の超
電導体と第四の超電導体を電極として形成され、上記イ
ンダクタンスが上記第一の超電導体に接続して設けた超
電導配線と上記第四の超電導体に接続して設けた超電導
配線の間に接続され、かつ、上記第一の超電導体に接続
して設けた超電導配線と上記第四の超電導体に接続して
設けた超電導配線の間に接続されたダンピング抵抗を有
する超電導量子干渉素子において、上記ダンピング抵抗
の少なくとも一部が上記第一〜第四の超電導体に接続さ
れていない超電導体によって覆われていること、もしく
は、上記第一〜第四の超電導体に接続されていない超電
導体の少なくとも一部が上記ダンピング抵抗で覆われて
いること、もしくは、上記第一〜第四の超電導体に接続
されていない超電導体が上記ダンピング抵抗の少なくと
も一部を覆い、かつ、上記第一〜第四の超電導体に接続
されていない超電導体の少なくとも一部が上記ダンピン
グ抵抗で覆われていることを特徴とする超電導量子干渉
素子。
9. A superconducting quantum interference device having at least first and second Josephson junctions and an inductance formed of a superconductor, wherein the first Josephson junction is a first superconductor. A second superconductor is formed as an electrode, the second Josephson junction is formed by using a third superconductor and a fourth superconductor as electrodes, and the inductance is provided by connecting to the first superconductor. Connected between the superconducting wiring and the superconducting wiring provided in connection with the fourth superconductor, and connected to the superconducting wiring provided in connection with the first superconductor and the fourth superconductor. In a superconducting quantum interference device having a damping resistance connected between superconducting wirings provided as a superconducting wire, at least a part of the damping resistance is not connected to the first to fourth superconductors. Or at least a part of the superconductor not connected to the first to fourth superconductors is covered with the damping resistor, or the first to fourth superconductors. A superconductor not connected to the body covers at least a part of the damping resistance, and at least a part of the superconductor not connected to the first to fourth superconductors is covered with the damping resistance. A superconducting quantum interference device characterized by the above.
【請求項10】上記ダンピング抵抗が上記第一〜第四の
超電導体に接続されていない超電導体によって全て覆わ
れていること、もしくは、上記ダンピング抵抗の下部全
体に上記第一〜第四の超電導体に接続されていない超電
導体が配置されていること、もしくは、上記ダンピング
抵抗が上記第一〜第四の超電導体に接続されていない超
電導体によって全て覆われており、かつ、上記ダンピン
グ抵抗の下部全体に上記第一〜第四の超電導体に接続さ
れていない超電導体が配置されていることを特徴とする
請求項9記載の超電導量子干渉素子。
10. The damping resistor is entirely covered with a superconductor not connected to the first to fourth superconductors, or the entire lower portion of the damping resistor is covered with the first to fourth superconductors. A superconductor that is not connected to the body is placed, or the damping resistance is entirely covered by the superconductors that are not connected to the first to fourth superconductors, and the damping resistance is The superconducting quantum interference device according to claim 9, wherein a superconductor not connected to the first to fourth superconductors is arranged in the entire lower portion.
【請求項11】上記第一〜第四の超電導体に接続されて
いない超電導体が信号入力用の超電導体の一部分である
ことを特徴とする請求項9、10記載の超電導量子干渉
素子。
11. The superconducting quantum interference device according to claim 9, wherein the superconductor not connected to the first to fourth superconductors is a part of the signal input superconductor.
【請求項12】少なくとも、第一及び第二のジョセフソ
ン接合と、超電導体により構成されたインダクタンスと
を有する超電導量子干渉素子であって、上記第一のジョ
セフソン接合が第一の超電導体と第二の超電導体を電極
として形成され、上記第二のジョセフソン接合が第三の
超電導体と第四の超電導体を電極として形成され、上記
インダクタンスが上記第一の超電導体に接続して設けた
超電導配線と上記第四の超電導体に接続して設けた超電
導配線の間に接続され、かつ、上記第一の超電導体に接
続して設けた超電導配線と上記第四の超電導体に接続し
て設けた超電導配線の間に接続されたダンピング抵抗を
有する超電導量子干渉素子において、上記第一の超電導
体に接続して設けた超電導体もしくは上記第四の超電導
体に接続して設けた超電導体の少なくとも一部が上記ダ
ンピング抵抗で覆われており、かつ、上記ダンピング抵
抗の少なくとも一部が上記第一〜第四の超電導体に接続
されていない超電導体によって覆われていること、もし
くは、上記第一の超電導体に接続して設けた超電導体も
しくは上記第四の超電導体に接続して設けた超電導体の
少なくとも一部が上記ダンピング抵抗を覆い、かつ、上
記第一〜第四の超電導体に接続されていない超電導体の
少なくとも一部が上記ダンピング抵抗で覆われているこ
とを特徴とする超電導量子干渉素子。
12. A superconducting quantum interference device having at least first and second Josephson junctions and an inductance composed of a superconductor, wherein the first Josephson junction is a first superconductor. A second superconductor is formed as an electrode, the second Josephson junction is formed by using a third superconductor and a fourth superconductor as electrodes, and the inductance is provided by connecting to the first superconductor. Connected between the superconducting wiring and the superconducting wiring provided in connection with the fourth superconductor, and connected to the superconducting wiring provided in connection with the first superconductor and the fourth superconductor. In a superconducting quantum interference device having a damping resistance connected between the superconducting wirings provided as above, the superconducting conductor connected to the first superconductor or the fourth superconductor is connected. At least a part of the superconductor is covered with the damping resistor, and at least a part of the damping resistor is covered with a superconductor not connected to the first to fourth superconductors, or , At least a part of the superconductor provided in connection with the first superconductor or the superconductor provided in connection with the fourth superconductor covers the damping resistance, and the first to fourth A superconducting quantum interference device, wherein at least a part of a superconductor not connected to the superconductor is covered with the damping resistor.
【請求項13】上記ダンピング抵抗が上記第一の超電導
体に接続して設けた超電導体もしくは上記第四の超電導
体に接続して設けた超電導体によって全て覆われてお
り、かつ、上記ダンピング抵抗の下部全体に上記第一〜
第四の超電導体に接続されていない超電導体が配置され
ていること、もしくは、上記ダンピング抵抗が上記第一
〜第四の超電導体に接続されていない超電導体によって
全て覆われており、かつ、上記ダンピング抵抗の下部全
体に上記第一の超電導体に接続して設けた超電導体もし
くは上記第四の超電導体に接続して設けた超電導体が配
置されていることを特徴とする請求項12記載の超電導
量子干渉素子。
13. The damping resistance is entirely covered by a superconductor provided connected to the first superconductor or a superconductor provided connected to the fourth superconductor, and the damping resistance is provided. Above the entire bottom of the first ~
A superconductor that is not connected to the fourth superconductor is arranged, or the damping resistance is entirely covered by the superconductor that is not connected to the first to fourth superconductors, and, 13. A superconductor provided in connection with the first superconductor or a superconductor provided in connection with the fourth superconductor is disposed on the entire lower part of the damping resistor. Superconducting quantum interference device.
【請求項14】上記第一〜第四の超電導体に接続されて
いない超電導体が信号入力用の超電導体の一部分である
ことを特徴とする請求項12、13記載の超電導量子干
渉素子。
14. The superconducting quantum interference device according to claim 12, wherein the superconductor not connected to the first to fourth superconductors is a part of the signal input superconductor.
【請求項15】少なくとも、第一及び第二のジョセフソ
ン接合と、超電導体により構成されたインダクタンスと
を有する超電導量子干渉素子であって、上記第一のジョ
セフソン接合が第一の超電導体と第二の超電導体を電極
として形成され、上記第二のジョセフソン接合が第三の
超電導体と第四の超電導体を電極として形成され、上記
インダクタンスが上記第一の超電導体に接続して設けた
超電導配線と上記第四の超電導体に接続して設けた超電
導配線の間に接続され、かつ、上記第一の超電導体に接
続して設けた超電導配線と上記第四の超電導体に接続し
て設けた超電導配線の間に接続されたダンピング抵抗を
有する超電導量子干渉素子において、少なくとも上記ダ
ンピング抵抗の一部または全部が超電導体によって覆わ
れているか、または、超電導体を覆っていて、該超電導
体が上記第二の超電導体及び上記第三の超電導体にジョ
セフソン接合を介することなく接続している超電導体以
外の超電導体であることを特徴とする超電導量子干渉素
子。
15. A superconducting quantum interference device having at least first and second Josephson junctions and an inductance composed of a superconductor, wherein the first Josephson junction is a first superconductor. A second superconductor is formed as an electrode, the second Josephson junction is formed by using a third superconductor and a fourth superconductor as electrodes, and the inductance is provided by connecting to the first superconductor. Connected between the superconducting wiring and the superconducting wiring provided in connection with the fourth superconductor, and connected to the superconducting wiring provided in connection with the first superconductor and the fourth superconductor. In the superconducting quantum interference device having a damping resistance connected between the superconducting wirings provided as described above, at least a part or all of the damping resistance is covered with a superconductor, or A superconductor other than the superconductor that covers the superconductor and is connected to the second superconductor and the third superconductor without a Josephson junction. Superconducting quantum interference device.
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