JPH055193B2 - - Google Patents

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JPH055193B2
JPH055193B2 JP60021923A JP2192385A JPH055193B2 JP H055193 B2 JPH055193 B2 JP H055193B2 JP 60021923 A JP60021923 A JP 60021923A JP 2192385 A JP2192385 A JP 2192385A JP H055193 B2 JPH055193 B2 JP H055193B2
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JP
Japan
Prior art keywords
superconductor
circuit
josephson
ground plane
magnetic flux
Prior art date
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Application number
JP60021923A
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English (en)
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JPS61182282A (ja
Inventor
Yoshifusa Wada
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/10Junction-based devices
    • H10N60/12Josephson-effect devices

Landscapes

  • 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(2.07×10-17ガウス)程
度の磁束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る必要があ
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、回路下に配置されている通常ニオブ膜
で形成された接地面に磁束量子が捕捉(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)の近辺に磁束量子がトラツプされ
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量子をトラ
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・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
面に穴をあけた構造である。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。従つて、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、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。
(発明の構成) 本発明は、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、前記接地面と第1及び第2の超伝導体の
いずれよりも高い超伝導体臨界温度を持つ第3の
超伝導体を少なくとも前記ジヨセフソン接合をは
さんで前記接地面と反対側に多数個備え、磁束量
子が接地面中に捕捉されるのを防いだことを特徴
とする磁束トラツプ防止型ジヨセフソン装置であ
る。
(構成の詳細な説明) 第1図は、本発明の原理を説明するための磁束
トラツプ防止型ジヨセフソン装置の概略図であ
る。同図aは、本発明の装置をチツプ上から見た
回路パターンのブロツク図、同図b〜eは、同図
aのAB面の断面の概略を示した図である。
本発明の装置は、接地面101上に、少くとも
第1の超伝導体と第2の超伝導体とジヨセフソン
接合から構成されるジヨセフソン回路の機能部1
02と、第3の超伝導体103が以下のように配
置される。ここで、ジヨセフソン回路の機能部1
02には、信号入力線121と信号出力線122
とが必要により多数本接続される。
第3の超伝導体103は、第1図aに示す平面
的な配置として、ジヨセフソン回路の機能部10
2を包むように、機能部102より大きい領域に
配置される。ジヨセフソン回路の機能部102に
対する第3の超伝導体の立体的配置は、第1図b
〜eに取られる。第3の超伝導体105〜110
は、図bのように機能部102の上部、図cに示
すように機能部102の上部と下部、図dに示す
ように、ジヨセフソン装置が塔載されている基板
111の裏側即ち、機能部102が配置されてい
ない側、図eに示すように基板111の裏側と機
能部102の上部にそれぞれ設けられる。図d,
eの実施例において、第3の超伝導体108〜1
10の平面寸法は、基板111(通常シリコン基
板が使用される)厚さより十分大きくとられる。
以上第3の超伝導体105〜110は、第3の
超伝導体105〜110の外側にトラツプされた
磁束からのもれ磁界がジヨセフソン回路の動作に
影響を与えないように配置される。ここで、信号
入力線121と信号出力線122は、接地面10
1と第3の超伝導体103〜110から絶縁され
ている。
第3の超伝導体105〜110は、第1の超伝
導体、第2の超伝導体、接地面101の超伝導体
より高い超伝導臨界温度Tcを持つ。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ゆく場合、第
3の超伝導体105〜110が最初に超伝導状態
へ転移する。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105〜
110が超伝導状態へ転移する時、第3の超伝導
体を貫いていた磁束量が磁束量子(2.07×10-15
ウエバ)の1/2以下であるとする。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くなる。従つて、第3
の超伝導体には磁束がトラツプされない。たとえ
ば、第3の超伝導体の素片の大きさを50ミクロン
角とすると、許容できる残留磁界の大きさ(磁束
のトラツプを生じさせない大きさ)は4ミリガウ
スである。一方、従来のニオブ接地面のみが配置
された5ミリ角のチツプの場合、許容できる残留
磁界の大きさは0.0004ミリガウス/cm2となる。即
ち、本発明により、残留磁界の許容量が4桁改善
される。4ミリガウス/cm2程度の残留磁界は、3
重磁気シールドにより容易に実現できる。
(第1の実施例) 本発明の第1の実施例の回路パターン図を第2
図に示す。
実施例の装置は、第1の超伝導体201と、第
2の超伝導体202と、第1の超伝導体201と
第2の超伝導体202の間に形成されたジヨセフ
ソン接合203,204と、制御線205から構
成される2接合スクイツドの回路パターンであ
る。2接合スクイツド回路の機能部は、ジヨセフ
ソン接合203,204を含む破線で示した領域
206である。
第3図は、第2図の回路パターンをAB面で切
断した断面図である。本実施例は、第1図bの具
体例である。第3の超伝導体の素片302は、2
接合スクイツド回路上に配置されている。第3の
超伝導体の素片302は、制御線205に流れる
電流が作る磁界が、2接合スクイツドと高い割合
で結合するように、制御線205から十分離れた
位置に配置される。たとえば、制御線205と第
3の超伝導体の素片の間隔は、制御線205と第
1の超伝導体201の間隔の2倍以上が設置され
る。第3の超伝導体の素片302の大きさは、2
接合スクイツドより大きく設定されている。これ
により、第3の超伝導体の素片302の外側にト
ラツプされた磁束からの漏れ磁界による影響を小
さくしている。即ち、装置を冷却して行く時、超
伝導臨界温度Tcが最も高い第3の超伝導体21
0が最初に超伝導状態に転移する。この時、残留
磁界は、第3の超伝導体の外側に排除される。第
3の超伝導体の素片302を多数個チツプ上のジ
ヨセフソン装置に配置すると、チツプを貫通して
いる残留磁界は、第3の超伝導体素片間にトラツ
プされる。よつて、ジヨセフソン回路の機能部を
直接貫ぬく磁束のトラツプが除かれる。第3の超
伝導体の外側にトラツプされた磁束量子からの漏
れ磁界は、第3の超伝導体の素片302を回路の
機能部の領域より大きくし、かつ、第3の超伝導
体の素片302と回路の機能部との立体配置を近
づけることによつて小さくすることができる。
以上、本実施例により、ジヨセフソン回路の機
能部への磁束トラツプを除去することができる。
これは、又、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を緩和している。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) 第4図に本発明の第3の実施例の回路パターン
図を示す。本実施例は、第1図cを抵抗結合型パ
ルス発生回路に対して具体化した例である。第6
図は、第5図の回路パターンをAB面で切断した
時の断面図である。本実施例の回路は、第1の超
伝導体501,502と、第2の超伝導体50
3,504と、第1の超伝導体501と第2の超
伝導体503,504の間に形成されたジヨセフ
ソン接合505,506と、抵抗507,508
とが接地面601上に形成されている。第3の超
伝導体の素片510,511は抵抗結合型回路の
機能部であるジヨセフソン結合505,506を
含む領域に、かつ回路の上、下に配置されてい
る。本実施例により、抵抗結合型回路の機能部で
あるジヨセフソン結合505,506を貫ぬく磁
束トラツプが除去され、第1の実施例と同一の効
果が得られる。
(発明の効果) 以上、本発明は、ジヨセフソン回路中に用いら
れている超伝導体より高い超伝導臨界温度を持つ
第3の超伝導体で回路の機能部を包んだことを特
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除去され、
回路の誤動作を防ぐ効果が得られる。さらに、本
発明により、許容できる残留磁界の大きさが大き
くなるので、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、かつ漏れ磁界も考慮し、できるだけ細分し
た素片を多数個チツプ上に配置する程、本発明の
効果は、大きくなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の原理を説明するための本発
明の装置の概略図で図aに平面図を図b〜eに断
面図を示す。第2図は本発明の第1の実施例の回
路パターン図、第3図は本発明の第1の実施例を
示した断面図、第4図は本発明の第2の実施例の
回路パターン図、第5図は第4図の回路パターン
をAB面で切断した断面図である。 101……接地面、102……ジヨセフソン回
路の機能部、103〜107……第3の超伝導
体、201……第1の超伝導体、202……第2
の超伝導体、203,204……ジヨセフソン接
合、205……制御線、206……ジヨセフソン
回路の機能部の領域、210……第3の超伝導
体、301……接地面、302,401……第3
の超伝導体の素片、501,502……第1の超
伝導体、503,504……第2の超伝導体、5
05,506……ジヨセフソン接合、507,5
08……抵抗、510,511……第3の超伝導
体の素片、601……接地面。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 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、前記接地面と第1及び第2の超伝導体のい
    ずれよりも高い超伝導臨界温度を持つ第3の超伝
    導体を、少なくとも前記ジヨセフソン接合をはさ
    んで前記接地面と反対側に多数個備え、磁束量子
    が前記接地面中に捕捉されるのを防いだことを特
    徴とする磁束トラツプ防止型ジヨセフソン装置。
JP60021923A 1985-02-08 1985-02-08 磁束トラツプ防止型ジョセフソン装置 Granted JPS61182282A (ja)

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JP60021923A JPS61182282A (ja) 1985-02-08 1985-02-08 磁束トラツプ防止型ジョセフソン装置

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JP60021923A JPS61182282A (ja) 1985-02-08 1985-02-08 磁束トラツプ防止型ジョセフソン装置

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JPS61182282A JPS61182282A (ja) 1986-08-14
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JP60021923A Granted JPS61182282A (ja) 1985-02-08 1985-02-08 磁束トラツプ防止型ジョセフソン装置

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JP2621623B2 (ja) * 1990-09-30 1997-06-18 ダイキン工業株式会社 スクイド

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58129657U (ja) * 1982-02-24 1983-09-02 富士通株式会社 ジヨセフソン接合素子の搭載構造

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JPS61182282A (ja) 1986-08-14

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