JPH06350146A - 超電導装置 - Google Patents

超電導装置

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JPH06350146A
JPH06350146A JP5141974A JP14197493A JPH06350146A JP H06350146 A JPH06350146 A JP H06350146A JP 5141974 A JP5141974 A JP 5141974A JP 14197493 A JP14197493 A JP 14197493A JP H06350146 A JPH06350146 A JP H06350146A
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JP
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envelope
cooling
superconducting
electronic cooling
sealed
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JP5141974A
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English (en)
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Terue Kataoka
照榮 片岡
Hideo Nojima
秀雄 野島
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Publication date
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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/80Constructional details
    • H10N60/81Containers; Mountings
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10S257/00Active solid-state devices, e.g. transistors, solid-state diodes
    • Y10S257/93Thermoelectric, e.g. peltier effect cooling

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 超電導素子とペルチエ効果素子を一体的にし
て不活性ガス雰囲気にて封印した超電導装置において、
冷却効率を向上させ、さらに外部の水分が外囲器上へ結
露することを防止する。 【構成】 超電導現象を示す被冷却体である超電導素子
1と、超電導素子1に絶縁層6を介して設けた冷却電極
8、冷却電極8に連結して形成されたp型およびn型半
導体層2bおよび2a、半導体層2a、2bのそれぞれ
の導電型半導体層に別々に形成された放熱電極7、放熱
電極7に絶縁層6を介して設けられた放熱板5からなる
電子冷却素子と、外部回路と超電導素子1と電子冷却素
子とをそれぞれ電気的に接続するリード線とを有し、超
電導素子1と電子冷却素子が一体的にパッケージングさ
れて第1の外囲器3内に設置され、第1の外囲器3内
が、不活性ガス雰囲気にて封印され、第1の外囲器3が
第2の外囲器4内に設置され、第2の外囲器4内が、真
空状態で封印されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導現象を示す素子
と冷却用素子を組み合わせた超電導装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来から、ある種の導電材料を低温冷却
すると電気抵抗が零になる超電導現象について、例えば
鉛やニオブ合金を液体ヘリウム温度程度の極低温に冷却
した場合に現れることが知られている。従って、このよ
うな超電導現象をスイッチング素子や高感度センサ素子
に利用した場合、電力損失を生じることなく高速、高感
度動作させることができるという非常に優れた利点を有
する。しかし、反面極低温に冷却することが必要であ
り、液体ヘリウムと液体窒素を用いたクライオスタット
と称される冷却装置内に収納して用いなければならず、
この冷却装置は、大型で複雑かつ高価であるため実用性
を著しく阻害する原因となっている。現時点では、この
問題点が解消されていないので、超電導現象が広く一般
に利用されるには至っていないというのが実情である。
【0003】近年、新たな超電導現象を示す酸化物材料
が順次出現しており、これらの材料を用いれば、より室
温に近い低温で超電導装置を構成することができるもの
と期待されている。また、集積回路又は薄膜素子の分野
において用いられている微細加工技術により、電界放出
型電子源を用いた微小電子管や薄型表示素子等の電界放
出型電子素子が製造されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、再現性
良く超電導現象を生起させ、信頼性の高い装置とするた
めには、これらの材料を用いた場合であっても相当に低
い温度まで冷却するための手段を付加することは必要不
可欠であり、装置全体の大型化及び高価格化を招来する
結果となる。
【0005】以上の問題を解決するため、本発明者は昭
和62年6月19日付で超電導素子をペルチエ効果素子の冷
却部に配置し、外囲器内に収納した構造の超電導装置を
特許出願している(特願昭62−174443号参
照)。
【0006】また、上記出願発明で、外囲器内が不活性
ガス雰囲気にて封印されることを提唱しており、不活性
ガスを用いて封印することにより信頼性が向上するが、
実際には、不活性ガスの存在により外囲器が冷却される
ため、冷却効率の低下や空気中の水分が結露して外囲器
へ付着するなどの問題点がある。
【0007】本発明は、上記のような課題を解決するも
のになされたものであって、室温に近い低温(例えば1
00K以上)で超電導現象を示す素子の冷却手段として
ペルチエ効果を利用した装置の改良を目的とする。即
ち、超電導素子とペルチエ効果素子を一体的にして不活
性ガス雰囲気にて封印した超電導装置において、冷却効
率を向上させ、さらに外部の水分が外囲器上へ結露する
ことを防止することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明では、超電導現象
を示す被冷却体と、その被冷却体に絶縁層を介して設け
た冷却用金属電極、その金属電極に連結して形成された
p型およびn型半導体層、その半導体層のそれぞれの導
電型半導体層に別々に形成された放熱用金属電極層、そ
の金属電極層に絶縁層を介して設けられた放熱板からな
る電子冷却素子と、外部回路と被冷却体と電子冷却素子
とをそれぞれ電気的に接続するリード線とを有し、冷却
体と電子冷却素子が一体的にパッケージングされて第1
の外囲器内に設置され、第1の外囲器内が、不活性ガス
雰囲気にて封印され、第1の外囲器が第2の外囲器内に
設置され、第2の外囲器内が、真空状態で封印されてな
るように超電導装置を構成している。
【0009】また、上記の超電導装置において、電子冷
却素子を少なくとも2個以上具備し、該電子冷却素子に
流れる電流により形成される磁界が、互いに相殺するよ
うに配設している。
【0010】
【作用】本発明は、超電導現象を示す被冷却体と、通電
によってペルチエ効果を呈する冷却素子を一体的に不活
性ガス雰囲気でパッケージした外囲器をさらに真空雰囲
気でパッケージして、冷却素子によって冷却された外囲
器を外部から熱的に遮断しているので、超電導装置の冷
却効率を向上させ、さらに外部の水分が外囲器上へ結露
することを防止することができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明に基づく超電導装置の一実施例
について図面を参照して説明する。図1は、本発明の一
実施例を示す超電導装置の基本構成図である。タリウ
ム、バリウム、カルシウムに銅と酸素を結合させた、比
較的高温で超電導現象を示す被冷却体である超電導素子
1が、半導体のペルチエ効果を利用した電子冷却素子を
内蔵した冷却器2上に載置されている。この超電導素子
1は、125Kで超電導特性を示し、ジョセフソン素
子、マイクロ波センサ、磁気センサ等として利用され
る。尚、上記構成以外に、電子冷却素子と熱的に連結さ
れた冷却板上に、超電導材料を半導体回路の配線として
用いた半導体装置や集積回路等を載置した構成とするこ
ともできる。
【0012】超電導素子1は、冷却器2上に絶縁体を介
して熱伝導の良好な状態で接着され、ガラスや金属等か
ら成る第1の外囲器3内でアルゴン、窒素、ネオン、ヘ
リウム等の不活性ガス雰囲気にて封止されており、さら
に第2の外囲器4で真空雰囲気で封止されている。冷却
器2は、外囲器3、4の底面内壁に固着され、リードを
介して外部通電回路と接続される。同様に、超電導素子
1にも、リードを介して外部回路と信号入出力経路が形
成されている。
【0013】冷却部2の電子冷却素子へ通電することに
より、冷却器2の温度が下がり、この冷却器2と熱的に
連結されている超電導素子1が、動作温度まで冷却され
る。このとき、第1の外囲器3の外部周辺は、第2の外
囲器4によって、真空に保持されているため、第1の外
囲器3上に結露等を生じることなく、効率良く超電導素
子1を冷却することができる。
【0014】図2は、図1の実施例に用いられる超電導
素子1と冷却器2の具体的構造を示す断面図である。外
囲器3、4の底部を構成する放熱板5上に、薄い絶縁層
6を介して電子冷却素子の放熱電極7が並設され、各放
熱電極7にペルチエ効果を得るためのn型及びp型半導
体層2a及び2b端部が、それぞれ連結されている。ま
た、双方の半導体層2a、2bの他方端には、冷却電極
8が架設されている。放熱板5には、外部接続用リード
端子9が絶縁層を介して電気的に絶縁化された状態で貫
通固定され、このリード端子9と放熱電極7とが接続さ
れて電子冷却素子が通電される。冷却電極8上には、絶
縁層6を介して超電導素子1が固着されている。超電導
素子1は、ワイヤリード10を介して第1、第2の外囲
器3、4の上部壁に貫通固定された電極素子11と電気
的に接続されており、外部回路との間で信号の入出力経
路が確保されている。尚、超電導素子1が絶縁物で被覆
されている場合には、絶縁層6は不要である。
【0015】また、放熱板5と第1の外囲器3及び第2
の外囲器4の周囲壁との接合部は、内部を気密封止する
ようにシールされている。第1の外囲器3は、さらに真
空雰囲気で第2の外囲器4に封止されている。第2の外
囲器の周囲壁は、外部からの輻射熱を防止するようにコ
ーティングされたガラス容器あるいは光沢を呈する金属
容器で構成される。
【0016】電子冷却素子の半導体層2a、2bとして
はビスマス、テルル、アンチモン等の合金で作製しても
よいが、低温での冷却効果の優れている金属の酸化物半
導体やその化合物を用いると、より一層の効果が得られ
る。
【0017】以上により、リード端子9を介して通電す
ることにより、第1の外囲器3内でペルチエ効果に基づ
いて冷却電極8が低温冷却され、この温度が超電導素子
1に伝達される。一方、放熱電極7で生ずる発熱は、放
熱板5を介して外部へ効率良く放散される。
【0018】図3は、本発明に用いられる冷却器の他の
実施例を示す構成図である。本実施例では、電子冷却素
子を二段カスケード構造に構成している。このような構
成とすることにより、冷却電極8上に絶縁層6を介して
載置された超電導素子をより一層低温にまで冷却するこ
とができる。
【0019】電子冷却素子は、n型半導体2aとp型半
導体2bを対として作製されており、一対の電子冷却素
子で約50度の冷却が容易に行われる。これ以上の冷却
を要する場合には、図3に示すごとく電子冷却素子をカ
スケード構造とし、必要に応じて多段に構成することに
より、冷却能力を適宜増強することができる。例えば、
3段あるいは4段のカスケード接続にすれば、150度
程度の冷却は容易に実現し得るので、超電導素子1の温
度を絶対温度120度程度に維持することは容易であ
る。また、この程度の低温で超電導現象を示す材料は、
これまでにタリウム−バリウム−カルシウム−銅の酸化
物において得られている。
【0020】図4は、電子冷却素子のさらに他の実施例
を示す構成図である。図4(a)に結線図として示すご
とく、2個一対の電子冷却素子のp型とn型を直列接続
して、これを図4(b)に示すごとく並置する。これに
よって、p型半導体、冷却電極及びn型半導体を介して
形成される回路で形成される磁界が互いに相殺する方向
に働くため、磁界による悪影響を解消することができ
る。このように、電子冷却素子の冷却電極8に流れる電
流の方向を隣接する相互間で逆に設定して、電子冷却素
子を順次並設することにより、冷却機能の高い冷却器が
得られる。
【0021】超電導素子1としては、前述したものの
他、スーパーショットキー接合より成る高感度センサ、
SQUIDあるいは半導体と超伝導体とからなる三端子
素子等が実用に供される。さらに、SiやGaAs等の
回路素子間を結ぶ配線として超電導材料を用いた集積回
路がある。
【0022】
【発明の効果】以上詳説したごとく、本発明によれば、
非常に簡単な構成及び制御手段により、超電導素子を動
作させることができると共に、外部の水分が外囲器上へ
結露することを防止することができ、超電導現象を示す
装置の実用化が達成される。また、構造が簡単で製作も
容易であるため、コスト的にも安価であり、装置全体と
しても小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例を示す超電導装置の基本構成
図である。
【図2】図1に示す超電導装置の冷却構造の要部詳細断
面図である。
【図3】電子冷却素子の他の実施例を示す構成図であ
る。
【図4】電子冷却素子の更に他の実施例を示す構成図で
ある。
【符号の説明】
1 超電導素子 2 冷却器 3 第1の外囲器 4 第2の外囲器 5 放熱板 6 絶縁層 7 放熱電極 8 冷却電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超電導現象を示す被冷却体と、 該被冷却体に絶縁層を介して設けた冷却用金属電極、該
    金属電極に連結して形成されたp型およびn型半導体
    層、該半導体層のそれぞれの導電型半導体層に別々に形
    成された放熱用金属電極層、該金属電極層に絶縁層を介
    して設けられた放熱板からなる電子冷却素子と、 外部回路と前記被冷却体と前記電子冷却素子とをそれぞ
    れ電気的に接続するリード線とを有する超電導装置であ
    って、 前記冷却体と前記電子冷却素子が一体的にパッケージン
    グされて第1の外囲器内に設置され、該第1の外囲器内
    が、不活性ガス雰囲気にて封印され、該第1の外囲器が
    第2の外囲器内に設置され、該第2の外囲器内が、真空
    状態で封印されてなることを特徴とする超電導装置。
  2. 【請求項2】 前記電子冷却素子を少なくとも2個以上
    具備し、該電子冷却素子に流れる電流により形成される
    磁界が、互いに相殺するように配設されていることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導装置。
JP5141974A 1993-06-14 1993-06-14 超電導装置 Pending JPH06350146A (ja)

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EP94304279A EP0630059B1 (en) 1993-06-14 1994-06-14 Superconducting apparatus having dew-preventable peltier-effect element integrated therewith
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5714791A (en) * 1995-12-22 1998-02-03 International Business Machines Corporation On-chip Peltier cooling devices on a micromachined membrane structure
WO2002030069A1 (en) * 2000-10-06 2002-04-11 Irvine Sensors Corporation High speed multi-stage stacked layers switch
DE10132763B4 (de) * 2001-07-10 2007-10-11 Robert Bosch Gmbh Integrierte Halbleiterschaltung, Verfahren zum Kühlen eines Mikrowellenschaltungsbereiches und Verfahren zum Herstellen einer integrierten Halbleiterschaltung
KR100475010B1 (ko) * 2002-06-18 2005-03-10 주식회사 제펠 전자냉각 디바이스 검사 방법 및 시스템
US7615385B2 (en) 2006-09-20 2009-11-10 Hypres, Inc Double-masking technique for increasing fabrication yield in superconducting electronics
US8510244B2 (en) 2009-03-20 2013-08-13 ISC8 Inc. Apparatus comprising artificial neuronal assembly
CN108207097B (zh) 2018-02-09 2022-04-29 中兴通讯股份有限公司 一种隔热装置和电子产品
CN114019258B (zh) * 2022-01-07 2022-03-22 江苏浦丹光电技术有限公司 一种电场传感器用具有高灵敏度的封装盖板及其封装装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3814964A (en) * 1973-01-19 1974-06-04 Ace Sophisticates Inc External photodetector cooling techniques
US4375157A (en) * 1981-12-23 1983-03-01 Borg-Warner Corporation Downhole thermoelectric refrigerator
JPS59147472A (ja) * 1983-02-10 1984-08-23 Agency Of Ind Science & Technol 超伝導集積回路
JPS60224253A (ja) * 1984-04-20 1985-11-08 Fujitsu Ltd 半導体装置およびその製造方法
JPS6196782A (ja) * 1984-10-17 1986-05-15 Agency Of Ind Science & Technol 超電導集積回路用配線
JPH0828533B2 (ja) * 1987-07-13 1996-03-21 シャープ株式会社 超電導装置
DE3854679T2 (de) * 1987-04-22 1996-07-18 Sharp Kk Supraleitfähiges Gerät.
US5006505A (en) * 1988-08-08 1991-04-09 Hughes Aircraft Company Peltier cooling stage utilizing a superconductor-semiconductor junction
JP2681288B2 (ja) * 1988-11-02 1997-11-26 富士通株式会社 超伝導素子用パッケージ
FR2661780B1 (fr) * 1990-05-04 1994-04-29 Telemecanique Dispositif de commutation de courant.

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Publication number Publication date
EP0630059A2 (en) 1994-12-21
US5449952A (en) 1995-09-12
EP0630059A3 (en) 1995-02-01
DE69415089D1 (de) 1999-01-21
EP0630059B1 (en) 1998-12-09
DE69415089T2 (de) 1999-06-10

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