JPH0783144B2 - 酸化物超伝導体を用いたジヨセフソン素子 - Google Patents
酸化物超伝導体を用いたジヨセフソン素子Info
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- JPH0783144B2 JPH0783144B2 JP62166829A JP16682987A JPH0783144B2 JP H0783144 B2 JPH0783144 B2 JP H0783144B2 JP 62166829 A JP62166829 A JP 62166829A JP 16682987 A JP16682987 A JP 16682987A JP H0783144 B2 JPH0783144 B2 JP H0783144B2
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/12—Josephson-effect devices
- H10N60/124—Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低消費電力化，高速化，高密度化に好適なス
イツチング素子を目的としたジヨセフソン素子に関する
ものである。
イツチング素子を目的としたジヨセフソン素子に関する
ものである。
ジヨセフソン素子は、1962年B.D.Josephson（英）によ
つて理論的に解析された（Phys.Lett,VoL.1（Jul.196
2））ジヨセフソン効果を原理とする電子素子であり、
センサ素子，整流素子，スイツチング素子等の幅広い応
用が考えられている。特に、直流ジヨセフソン効果を応
用したスイツチング素子は、消費電力が極めて小さく、
かつ高速化が可能であるため、シリコンを中心とする半
導体素子にかわる次世代素子として広く研究されてい
る。
つて理論的に解析された（Phys.Lett,VoL.1（Jul.196
2））ジヨセフソン効果を原理とする電子素子であり、
センサ素子，整流素子，スイツチング素子等の幅広い応
用が考えられている。特に、直流ジヨセフソン効果を応
用したスイツチング素子は、消費電力が極めて小さく、
かつ高速化が可能であるため、シリコンを中心とする半
導体素子にかわる次世代素子として広く研究されてい
る。
本発明は、高速化，高密度化を目指した。スイッチング
動作をするジヨセフソン素子に関するものであり、これ
から記すジヨセフソン素子とは、スイツチング素子を意
味するものとする。
動作をするジヨセフソン素子に関するものであり、これ
から記すジヨセフソン素子とは、スイツチング素子を意
味するものとする。
従来、ジヨセフソン素子に用いられていた超伝導材料,N
b3Al,Nb3Sn,Nb3Ge,NbNなどは、液体ヘリウムによつて冷
却せねばならず、ジヨセフソン素子の優れた特性にもか
かわらず、実用化は難しかつた。また、従来考案されて
いる種々のジヨセフソン素子は、安定性に欠け、製造プ
ロセスが著しく、かつ高密度化に不向きであつた。
b3Al,Nb3Sn,Nb3Ge,NbNなどは、液体ヘリウムによつて冷
却せねばならず、ジヨセフソン素子の優れた特性にもか
かわらず、実用化は難しかつた。また、従来考案されて
いる種々のジヨセフソン素子は、安定性に欠け、製造プ
ロセスが著しく、かつ高密度化に不向きであつた。
尚、この種技術については本年５月12日付毎日新聞にお
ける東京大学工学部岡部助教授による酸化物超伝導体に
よる高速素子の開発発表がある。
ける東京大学工学部岡部助教授による酸化物超伝導体に
よる高速素子の開発発表がある。
第3,4,5図を用いて、従来のジヨセフソン素子とその問
題点について説明する。
題点について説明する。
本来、ジヨセフソン素子とは、超伝導体の一部に、他の
部分に比べ超伝導性の弱い部分｛以後、弱結合部（weak
link）と記す｝を形成し、外部より磁場，電場，光等
を加え、弱結合部を超伝導状態から常伝導状態へと変
え、弱結合部をはさんだ電極間に電圧を生じさせる。こ
の電圧のある，なしでスイツチング動作をおこなうもの
である。
部分に比べ超伝導性の弱い部分｛以後、弱結合部（weak
link）と記す｝を形成し、外部より磁場，電場，光等
を加え、弱結合部を超伝導状態から常伝導状態へと変
え、弱結合部をはさんだ電極間に電圧を生じさせる。こ
の電圧のある，なしでスイツチング動作をおこなうもの
である。
以後、ジヨセフソン素子において、弱結合が超伝導状態
のときをON,常伝導状態のときをOFFと記すことにする。
のときをON,常伝導状態のときをOFFと記すことにする。
従来のジヨセフソン素子は第3,4,5図に示すような構造
が主に考案されている。第3,4,5図において1,2は超伝導
体を示し、３は絶縁体を示し、４はジヨセフソン素子を
ON,OFFさせる磁場を作りだすための配線を示す。
が主に考案されている。第3,4,5図において1,2は超伝導
体を示し、３は絶縁体を示し、４はジヨセフソン素子を
ON,OFFさせる磁場を作りだすための配線を示す。
第３図は、点接触型と呼ばれるものであり、共に超伝導
材料で作つた１のピンと２の平板を接触させ、接触部分
を弱結合部とするものである。この構造は、安定性信頼
性にかけ、また、薄膜技術を用いて高密度化を進めてい
るシリコン素子に比べると、素子としての高密度性は極
端に低い。
材料で作つた１のピンと２の平板を接触させ、接触部分
を弱結合部とするものである。この構造は、安定性信頼
性にかけ、また、薄膜技術を用いて高密度化を進めてい
るシリコン素子に比べると、素子としての高密度性は極
端に低い。
第４図は、トンネル型と呼ばれるものであり、超伝導材
にはさまれた薄い絶縁体を弱結合部分とし、絶縁体を通
して流れる電流（トンネル電流）を磁場，電場，光等に
より制御して、スイツチング動作をさせるものである。
この場合、ピンホールのない、極めて薄い絶縁膜を均一
に再現性よく作ることは難しい。
にはさまれた薄い絶縁体を弱結合部分とし、絶縁体を通
して流れる電流（トンネル電流）を磁場，電場，光等に
より制御して、スイツチング動作をさせるものである。
この場合、ピンホールのない、極めて薄い絶縁膜を均一
に再現性よく作ることは難しい。
第５図は、マイクロブリツジ型と呼ばれ、超伝導材の一
部にネツク部を形成し、弱結合部としたものである。こ
の場合、ネツク部分の加工が難しい。さらに、第3,4,5
図に示した全ての素子に共通する問題点がある。通常ジ
ヨセフソン素子は、第５図に示すように弱結合部のそば
に別の配線をし、その配線部に電流を流し、周囲に磁場
を形成して、ジヨセフソン素子をON,OFFさせる。この場
合、１つの素子の端子数は、超伝導体部分の両端に２
つ、配線部分の両端に２つ、合計４端子となる。これ
は、第3,4図に示す構造でも同じである。現在のシリコ
ン素子は通常３端子である。（例えばMOS型FETであれば
ソース，ゲート，ドレインの３端子）この３端子素子に
比べるとジヨセフソン素子の４端子は配線部分も増え、
高密度化には不都合である。また、いままでの半導体の
３端子素子に比べ使いずらい。
部にネツク部を形成し、弱結合部としたものである。こ
の場合、ネツク部分の加工が難しい。さらに、第3,4,5
図に示した全ての素子に共通する問題点がある。通常ジ
ヨセフソン素子は、第５図に示すように弱結合部のそば
に別の配線をし、その配線部に電流を流し、周囲に磁場
を形成して、ジヨセフソン素子をON,OFFさせる。この場
合、１つの素子の端子数は、超伝導体部分の両端に２
つ、配線部分の両端に２つ、合計４端子となる。これ
は、第3,4図に示す構造でも同じである。現在のシリコ
ン素子は通常３端子である。（例えばMOS型FETであれば
ソース，ゲート，ドレインの３端子）この３端子素子に
比べるとジヨセフソン素子の４端子は配線部分も増え、
高密度化には不都合である。また、いままでの半導体の
３端子素子に比べ使いずらい。
上記のように、従来のジヨセフソン素子には、素子の信
頼性，高密度化，等について配慮がされていなかつた。
頼性，高密度化，等について配慮がされていなかつた。
本発明の目的は、安定性があり、より高速化，高密度化
を可能とするジヨセフソン素子を作ることにある。
を可能とするジヨセフソン素子を作ることにある。
上記目的は、薄間化技術で形成でき、かつ端子数が少な
くとも、スイッチング機能のできるジヨセフソン素子を
形成することで達成される。
くとも、スイッチング機能のできるジヨセフソン素子を
形成することで達成される。
本願第１番目の発明は、磁場、電場及び／または光を加
えることによって、超伝導状態から常伝導状態へ転移す
る超伝導特性に対し結晶異方性を有する、銅酸化物を含
む酸化物超伝導体を用い、超伝導特性の弱い結晶方位に
電子が流れる弱結合部を有することを特徴とする。
えることによって、超伝導状態から常伝導状態へ転移す
る超伝導特性に対し結晶異方性を有する、銅酸化物を含
む酸化物超伝導体を用い、超伝導特性の弱い結晶方位に
電子が流れる弱結合部を有することを特徴とする。
本願第２番目の発明は、磁場、電磁及び／または光を加
えることによって、超伝導状態から常伝導状態へ転移す
る超伝導特性に対し結晶異方性を有する超伝導体を用
い、超伝導特性の強い結晶方位に電子が流れる弱結合部
と、超伝導特性の弱い結晶方位に電子が流れる弱結合部
とを有することを特徴とする。
えることによって、超伝導状態から常伝導状態へ転移す
る超伝導特性に対し結晶異方性を有する超伝導体を用
い、超伝導特性の強い結晶方位に電子が流れる弱結合部
と、超伝導特性の弱い結晶方位に電子が流れる弱結合部
とを有することを特徴とする。
本願第３番目の発明は、磁場、電場及び／または光を加
えることによって、超伝導状態から常伝導状態へ転移す
る超伝導特性に対し結晶異方性を有する超伝導体を用
い、超伝導特性の強い結晶方位に電子が流れる弱結合部
と、超伝導特性の弱い結晶方位に電子が流れる弱結合部
とを有し、超伝導特性の強い結晶方位に電子が流れる弱
結合部がスイッチング動作せず、超伝導特性の弱い結晶
方位に電子が流れる弱結合部がスイッチング動作する強
さの磁場、電場及び／または光と、前記両弱結合部がス
イッチング動作する、より強い磁場、電場及び／または
光を加えることで、少なくとも三以上のスイッチング状
態を作りだすことを特徴とする。
えることによって、超伝導状態から常伝導状態へ転移す
る超伝導特性に対し結晶異方性を有する超伝導体を用
い、超伝導特性の強い結晶方位に電子が流れる弱結合部
と、超伝導特性の弱い結晶方位に電子が流れる弱結合部
とを有し、超伝導特性の強い結晶方位に電子が流れる弱
結合部がスイッチング動作せず、超伝導特性の弱い結晶
方位に電子が流れる弱結合部がスイッチング動作する強
さの磁場、電場及び／または光と、前記両弱結合部がス
イッチング動作する、より強い磁場、電場及び／または
光を加えることで、少なくとも三以上のスイッチング状
態を作りだすことを特徴とする。
近年、注目されている酸化物超伝導体、たとえばLa−Sr
−CuO系、Ｙ−Ba−CuO系は、それぞれ40K,90K以上で超
伝導を示す。これらの超伝導材料を用いることで、従来
のジヨセフソン素子の最大の問題点であつた液体ヘリウ
ムによる冷却はさけられる。
−CuO系、Ｙ−Ba−CuO系は、それぞれ40K,90K以上で超
伝導を示す。これらの超伝導材料を用いることで、従来
のジヨセフソン素子の最大の問題点であつた液体ヘリウ
ムによる冷却はさけられる。
また上記の酸化物超伝導体は、その超伝導特性に結晶異
方性がある。これらの酸化物超伝導材料の結晶構造は、
ペロブスカイト構造を基本としており、一部酸化の欠損
があると言われ、単位格子の形状は、斜方晶あるいは、
正方晶である。説明のために、単位格子の概略を第６図
に示す。第６図に示したa,b,cの矢印は、結晶方位を示
すものである。一例として、Ｙ−Ba−CO系では、格子定
数がａ軸、ｂ軸は約3.8Å、ｃ軸は約11.6Åである。上
記の酸化物超伝導体は、磁場、電場及び／または光を加
えることによって、超伝導状態から常伝導状態へ転移す
る超伝導特性がa,b軸を含む面内（以後、ab面と記す）
に強く、一方ｃ軸方向の超伝導特性は弱く、ab面内の超
伝導特性の数十分の一程度である。本発明は、この超伝
導特性の結晶異方性を応用しようとするものである。
方性がある。これらの酸化物超伝導材料の結晶構造は、
ペロブスカイト構造を基本としており、一部酸化の欠損
があると言われ、単位格子の形状は、斜方晶あるいは、
正方晶である。説明のために、単位格子の概略を第６図
に示す。第６図に示したa,b,cの矢印は、結晶方位を示
すものである。一例として、Ｙ−Ba−CO系では、格子定
数がａ軸、ｂ軸は約3.8Å、ｃ軸は約11.6Åである。上
記の酸化物超伝導体は、磁場、電場及び／または光を加
えることによって、超伝導状態から常伝導状態へ転移す
る超伝導特性がa,b軸を含む面内（以後、ab面と記す）
に強く、一方ｃ軸方向の超伝導特性は弱く、ab面内の超
伝導特性の数十分の一程度である。本発明は、この超伝
導特性の結晶異方性を応用しようとするものである。
ジョセフソン素子の弱結合部として超伝導特性の弱いｃ
軸方位に成長した部分を用いる。ｃ軸方向の超伝導特性
は、ab面内の数十分の一程度であるから、従来の素子の
ように、極端に線幅を狭くしてネック部を形成したり、
極めて薄い絶縁体をはさみ込むようなことをしなくと
も、弱結合部として動作する。
軸方位に成長した部分を用いる。ｃ軸方向の超伝導特性
は、ab面内の数十分の一程度であるから、従来の素子の
ように、極端に線幅を狭くしてネック部を形成したり、
極めて薄い絶縁体をはさみ込むようなことをしなくと
も、弱結合部として動作する。
また１つの素子の内に、ab面方向に電子を流す弱結合部
と、ｃ軸方向に電子を流す弱結合部とを形成すれば、加
える磁場，電場，光の強さによつて、二つの弱結合部が
ON−ON,ON−OFF,OFF−OFFの３つのスイツチング状態を
作り出すことができる。従来のジヨセフソン素子では、
２組のジヨセフソン素子がなければ、上記のようなスイ
ツチング機能は、はたせない。
と、ｃ軸方向に電子を流す弱結合部とを形成すれば、加
える磁場，電場，光の強さによつて、二つの弱結合部が
ON−ON,ON−OFF,OFF−OFFの３つのスイツチング状態を
作り出すことができる。従来のジヨセフソン素子では、
２組のジヨセフソン素子がなければ、上記のようなスイ
ツチング機能は、はたせない。
以下、本発明の一実施例を第1,2図により説明する。
第１図において、１は酸化物超伝導体、４はジヨセフソ
ン素子をスイツチング動作させる磁場を作るための配線
である。５は基板、6,7は電極である。本実施例では、
酸化物超伝導体として、Ｙ−Ba−CuO系超伝導体を用い
た。また基板は、酸化物超伝導体がエピタキシヤル成長
しやすい、ペロブスカイト構造のBaTiO3、あるいはSrTi
O3を用いた。配線4,6,7には、Alを用いた。第２図は第
１図で示した素子の縦断面図である。第２図における矢
印a,b,cは、酸化物超伝導体１の結晶方位を示す。
ン素子をスイツチング動作させる磁場を作るための配線
である。５は基板、6,7は電極である。本実施例では、
酸化物超伝導体として、Ｙ−Ba−CuO系超伝導体を用い
た。また基板は、酸化物超伝導体がエピタキシヤル成長
しやすい、ペロブスカイト構造のBaTiO3、あるいはSrTi
O3を用いた。配線4,6,7には、Alを用いた。第２図は第
１図で示した素子の縦断面図である。第２図における矢
印a,b,cは、酸化物超伝導体１の結晶方位を示す。
素子は、超伝導特性の強いab面が基板に対して平行に配
向し、その一部に超伝導特性の弱いｃ軸方向に結晶が成
長した段差部分を形成した酸化物超伝導体薄膜と、段差
部分をはさんで超伝導体薄膜上に形成した電極6,7とジ
ヨセフソン素子をスイツチング動作させる磁場を作るた
めの配線４から成る。
向し、その一部に超伝導特性の弱いｃ軸方向に結晶が成
長した段差部分を形成した酸化物超伝導体薄膜と、段差
部分をはさんで超伝導体薄膜上に形成した電極6,7とジ
ヨセフソン素子をスイツチング動作させる磁場を作るた
めの配線４から成る。
基板は、酸化物超伝導体のab面が基板に平行に成長しや
すい結晶面が表面になるようにしておく。そのため基板
は単結晶であることが望ましいが、酸化物超伝導体のab
面が基板に平行に成長しやすい面が表面に対し平行に配
向しておればよく、必ずしも単結晶である必要はない。
すい結晶面が表面になるようにしておく。そのため基板
は単結晶であることが望ましいが、酸化物超伝導体のab
面が基板に平行に成長しやすい面が表面に対し平行に配
向しておればよく、必ずしも単結晶である必要はない。
まず、超伝導体薄膜を形成する前に基板をエツチング
し、表面に対し垂直な段差を形成する。その後、段差部
を除く基板表面に対して平行にab面を形成するように酸
化物超伝導体をエピタキシヤル成長させる。すると、段
差部分は、第２図の矢印が示すように、基板に対し垂直
方向にｃ軸方位が成長する。この段差部分は、超伝導特
性の弱いｃ軸方位に電流が流れるため、他の超伝導部分
に比べ超伝導特性が弱い。超伝導体薄膜１の形成には、
スパツタリング法を用いた。形成方法には特に制約はな
く、蒸着法,MBE法、でもよい。また、超伝導体薄膜は単
結晶が望ましいが、基板に対し、ab面が平行になるよう
に配向しておればよく、必ずしも単結晶である必要はな
い。
し、表面に対し垂直な段差を形成する。その後、段差部
を除く基板表面に対して平行にab面を形成するように酸
化物超伝導体をエピタキシヤル成長させる。すると、段
差部分は、第２図の矢印が示すように、基板に対し垂直
方向にｃ軸方位が成長する。この段差部分は、超伝導特
性の弱いｃ軸方位に電流が流れるため、他の超伝導部分
に比べ超伝導特性が弱い。超伝導体薄膜１の形成には、
スパツタリング法を用いた。形成方法には特に制約はな
く、蒸着法,MBE法、でもよい。また、超伝導体薄膜は単
結晶が望ましいが、基板に対し、ab面が平行になるよう
に配向しておればよく、必ずしも単結晶である必要はな
い。
まず、素子全体を液体窒素温度（約77K）まで冷却し、
超伝導状態を作る（ONの状態）。次に配線４に電流を流
し、周囲に磁場を形成すると、前記の段差部分の超伝導
状態が常伝導状態となり、配線6,7間に電圧を生じる（O
FFの状態）。すなわち、段差部がジヨセフソン素子の弱
結合として用いることができる。本方法によれば、複雑
な微細加工をせずとも、弱結合部を作成することができ
る。
超伝導状態を作る（ONの状態）。次に配線４に電流を流
し、周囲に磁場を形成すると、前記の段差部分の超伝導
状態が常伝導状態となり、配線6,7間に電圧を生じる（O
FFの状態）。すなわち、段差部がジヨセフソン素子の弱
結合として用いることができる。本方法によれば、複雑
な微細加工をせずとも、弱結合部を作成することができ
る。
さらに、本発明の別の一実施例を第7,8,9,10図を用いて
説明する。
説明する。
第7,8,9,10図において、1,8は酸化物超伝導体、５は基
板、6,7,9,10,11は電極、４はジヨセフソン素子のスイ
ツチング動作をさける磁場を作るための配線である。な
お、第8,9図は、第７図に示した素子の縦断面図であ
る。第10図は、比較のために第７図に示した素子と同じ
スイツチング機能をする従来のジヨセフソン素子の概略
図である。また、第8,9図に示す矢印a,b,cは、酸化物超
伝導体薄膜の結晶方位を示すものである。
板、6,7,9,10,11は電極、４はジヨセフソン素子のスイ
ツチング動作をさける磁場を作るための配線である。な
お、第8,9図は、第７図に示した素子の縦断面図であ
る。第10図は、比較のために第７図に示した素子と同じ
スイツチング機能をする従来のジヨセフソン素子の概略
図である。また、第8,9図に示す矢印a,b,cは、酸化物超
伝導体薄膜の結晶方位を示すものである。
前記の実施例と同じく酸化物超伝導体1,8にはＹ−Ba−C
uO系超伝導体を用いた。また基板５は同じくSrTiO3、あ
るいはBaTiO3を用いた。電極6,7,9、配線４にはAlを用
いた。また、前記実施例と同じく、酸化物超伝導体薄膜
はスパツタリング法を用いて形成した。形成法に制約は
なく、蒸着法,MBE法でもよい。また、酸化物超伝導体薄
膜は単結晶が望ましいが、ab面が基板に平行に配向して
おればよく、必ずしも単結晶である必要はない。
uO系超伝導体を用いた。また基板５は同じくSrTiO3、あ
るいはBaTiO3を用いた。電極6,7,9、配線４にはAlを用
いた。また、前記実施例と同じく、酸化物超伝導体薄膜
はスパツタリング法を用いて形成した。形成法に制約は
なく、蒸着法,MBE法でもよい。また、酸化物超伝導体薄
膜は単結晶が望ましいが、ab面が基板に平行に配向して
おればよく、必ずしも単結晶である必要はない。
本発明によるジヨセフソン素子は、熱伝導特性の強いab
面が基板に対して平行に配向し、線幅が絞られた弱結合
部から３方向に分かれている酸化物超伝導体薄膜と、３
方向に伸びた各々の超伝導体薄膜上に形成された電極6,
7,9、磁場を形成する配線４から成る。
面が基板に対して平行に配向し、線幅が絞られた弱結合
部から３方向に分かれている酸化物超伝導体薄膜と、３
方向に伸びた各々の超伝導体薄膜上に形成された電極6,
7,9、磁場を形成する配線４から成る。
第８図に示すように、電極６と７は超伝導特性の強いab
面に電流が流れる弱結合部によつて結ばれている。一方
第7,9図に示すように、電極６と９、および７と９は、
超伝導特性の弱いｃ軸方向に電流が流れる弱結合部によ
つて結ばれている。従つて、１つの弱結合部ではある
が、超伝導特性の結晶異方性のため、電極６と９、およ
び７と９間の超伝導特性よりも、電極６と７との間の超
伝導特性の方が強い。
面に電流が流れる弱結合部によつて結ばれている。一方
第7,9図に示すように、電極６と９、および７と９は、
超伝導特性の弱いｃ軸方向に電流が流れる弱結合部によ
つて結ばれている。従つて、１つの弱結合部ではある
が、超伝導特性の結晶異方性のため、電極６と９、およ
び７と９間の超伝導特性よりも、電極６と７との間の超
伝導特性の方が強い。
まず、素子全体を液体窒素温度（約77K）まで冷却し、
超伝導状態を作る。配線４に電流を流さなければ、電極
６と７間、および６と９、７と９間は超伝導状態であ
り、電位差を生じない。すなわち、両電極間ともONの状
態である。
超伝導状態を作る。配線４に電流を流さなければ、電極
６と７間、および６と９、７と９間は超伝導状態であ
り、電位差を生じない。すなわち、両電極間ともONの状
態である。
次に、配線４に、電極６と９、７と９間の超伝導状態を
常伝導状態に変え、かつ電極６と７間の超伝導状態を変
えぬ程度の磁場を形成する電流を流す。すると、電極６
と９、７と９間の弱結合部が超伝導状態から常伝導状態
へと変わり、電極６と９、７と９間に電圧が生じ、OFF
の状態となる。しかし、電極６と７間は超伝導状態であ
り電圧は生じない。すなわちONの状態である。
常伝導状態に変え、かつ電極６と７間の超伝導状態を変
えぬ程度の磁場を形成する電流を流す。すると、電極６
と９、７と９間の弱結合部が超伝導状態から常伝導状態
へと変わり、電極６と９、７と９間に電圧が生じ、OFF
の状態となる。しかし、電極６と７間は超伝導状態であ
り電圧は生じない。すなわちONの状態である。
さらに、配線４に、上記の両弱結合部の超伝導状態を常
伝導状態に変えるに十分な磁場を形成しうる電流を流せ
ば、電極６と７、および６と９、７と９間の超伝導状態
は常伝導状態となり、各電極間に電圧が生じる。すなわ
ち、各電極間がOFFの状態を作る。
伝導状態に変えるに十分な磁場を形成しうる電流を流せ
ば、電極６と７、および６と９、７と９間の超伝導状態
は常伝導状態となり、各電極間に電圧が生じる。すなわ
ち、各電極間がOFFの状態を作る。
上記のごとく、配線４に流す電流の強さ、すなわち周囲
に形成する磁場の強さによつて、電極６と７間と電極６
と９間、あるいは７と９間のスイツチング状態はON−O
N,ON−OFF,OFF−OFFの３通りの組合せのスイツチング状
態を作り出す。従来のジヨセフソン素子で、上記の３つ
以上のスイツチング動作を行うためには、第10図に示す
ごとく、２組のジヨセフソン素子が必要である。第7,8,
9図に示した本発明による素子の端子数は、電極6,7,9の
３ケ、および配線４の両端の２ケの計５端子である。第
10図に示す従来のジヨセフソン素子の場合は、４端子×
２組で計８端子である。本発明によれば端子数が大幅に
減らせる。また、本発明によれば、素子１ケの専有面積
は従来素子の半分以下となり、配線も少なくより高速化
も可能である。
に形成する磁場の強さによつて、電極６と７間と電極６
と９間、あるいは７と９間のスイツチング状態はON−O
N,ON−OFF,OFF−OFFの３通りの組合せのスイツチング状
態を作り出す。従来のジヨセフソン素子で、上記の３つ
以上のスイツチング動作を行うためには、第10図に示す
ごとく、２組のジヨセフソン素子が必要である。第7,8,
9図に示した本発明による素子の端子数は、電極6,7,9の
３ケ、および配線４の両端の２ケの計５端子である。第
10図に示す従来のジヨセフソン素子の場合は、４端子×
２組で計８端子である。本発明によれば端子数が大幅に
減らせる。また、本発明によれば、素子１ケの専有面積
は従来素子の半分以下となり、配線も少なくより高速化
も可能である。
本実施例では、弱結合部の超伝導状態を常伝導状態に変
えるのに磁場を用いたが、磁場に限らず電場，光等であ
つてもよい。
えるのに磁場を用いたが、磁場に限らず電場，光等であ
つてもよい。
加えて本実施例では、超伝導材料として、Ｙ−Ba−CuO
系を用いたが、結晶方位によつて超伝導特性の強さが異
なる超伝導材料であればよく、特に限定するものではな
い。
系を用いたが、結晶方位によつて超伝導特性の強さが異
なる超伝導材料であればよく、特に限定するものではな
い。
本発明によれば、従来のジヨセフソン素子の弱結合部形
成のために必要だつた複雑な微細加工を必要とせず、簡
単に弱結合部を形成することができ、素子の安定性，信
頼性を増し、製造コストの低下に効果がある。また、本
発明を用いれば、従来のジヨセフソン素子では２組の素
子でなければ作れなかつた３つ以上のスイツチング状態
（ON−ON,ON−OFF,OFF−OFF）を１つの素子で作ること
ができる。
成のために必要だつた複雑な微細加工を必要とせず、簡
単に弱結合部を形成することができ、素子の安定性，信
頼性を増し、製造コストの低下に効果がある。また、本
発明を用いれば、従来のジヨセフソン素子では２組の素
子でなければ作れなかつた３つ以上のスイツチング状態
（ON−ON,ON−OFF,OFF−OFF）を１つの素子で作ること
ができる。
従来のようなON−OFFのスイツチング素子と、本発明の
３つのスイツチング状態を作り出す素子とを比較する
と、高密度，情報処理能力には、大きな差がある。例え
ば、上記の２種類の素子をｎ個づつ集積化すれば、それ
ぞれの作り出すスイツチング状態は、それぞれ2n個,3n
個である。例えばｎ＝５とすれば、従来のON−OFF素子
は32通りのスイツチング状態しか作れないのに対し、本
発明の素子によれば243通りを作り出すことができる。
この差は集積する素子数を増せは増すほどに大きくな
る。
３つのスイツチング状態を作り出す素子とを比較する
と、高密度，情報処理能力には、大きな差がある。例え
ば、上記の２種類の素子をｎ個づつ集積化すれば、それ
ぞれの作り出すスイツチング状態は、それぞれ2n個,3n
個である。例えばｎ＝５とすれば、従来のON−OFF素子
は32通りのスイツチング状態しか作れないのに対し、本
発明の素子によれば243通りを作り出すことができる。
この差は集積する素子数を増せは増すほどに大きくな
る。
また、３つのスイツチング状態は、ON−OFFの組み合せ
であり、その判別はしやすく、誤動作の可能性は少な
い。
であり、その判別はしやすく、誤動作の可能性は少な
い。
従つて、本発明によれば、従来のジヨセフソン素子及び
シリコン素子に比べ、格段の高密度化，高速化を可能と
する素子を作れる。
シリコン素子に比べ、格段の高密度化，高速化を可能と
する素子を作れる。
第１図は本発明の一実施例に係るジヨセフソン素子の斜
視図、第２図は同実施例素子の縦断面図、第３図，第４
図，第５図はいずれも従来例に係るジヨセフソン素子の
斜視図、第６図は酸化物超伝導体の単位格子の概念図、
第７図は本発明の他の実施例に係るジヨセフソン素子の
斜視図、第８図，第９図はいずれも第７図の実施例素子
の縦断面図、第10図は比較例に係るジヨセフソン素子の
斜視図である。 1,8……酸化物超伝導体、５……基板、6,7,9……電極。
視図、第２図は同実施例素子の縦断面図、第３図，第４
図，第５図はいずれも従来例に係るジヨセフソン素子の
斜視図、第６図は酸化物超伝導体の単位格子の概念図、
第７図は本発明の他の実施例に係るジヨセフソン素子の
斜視図、第８図，第９図はいずれも第７図の実施例素子
の縦断面図、第10図は比較例に係るジヨセフソン素子の
斜視図である。 1,8……酸化物超伝導体、５……基板、6,7,9……電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−308975（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−65583（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−273782（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−76890（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】磁場、電場及び／または光を加えることに
よって、超伝導状態から常伝導状態へ転移する超伝導特
性に対し結晶異方性を有する、銅酸化物を含む酸化物超
伝導体を用い、超伝導特性の弱い結晶方位に電子が流れ
る弱結合部を有することを特徴とするジョセフソン素
子。 - 【請求項２】磁場、電場及び／または光を加えることに
よって、超伝導状態から常伝導状態へ転移する超伝導特
性に対し結晶異方性を有する超伝導体を用い、超伝導特
性の強い結晶方位に電子が流れる弱結合部と、超伝導特
性の弱い結晶方位に電子が流れる弱結合部とを有するこ
とを特徴とするジョセフソン素子。 - 【請求項３】磁場、電場及び／または光を加えることに
よって、超伝導状態から常伝導状態へ転移する超伝導特
性に対し結晶異方性を有する超伝導体を用い、超伝導特
性の強い結晶方位に電子が流れる弱結合部と、超伝導特
性の弱い結晶方位に電子が流れる弱結合部とを有し、超
伝導特性の強い結晶方位に電子が流れる弱結合部がスイ
ッチング動作せず、超伝導特性の弱い結晶方位に電子が
流れる弱結合部がスイッチング動作する強さの磁場、電
場及び／または光と、前記両弱結合部がスイッチング動
作する、より強い磁場、電場及び／または光を加えるこ
とで、少なくとも三以上のスイッチング状態を作りだす
ことを特徴とするジョセフソン素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62166829A JPH0783144B2 (ja) | 1987-07-06 | 1987-07-06 | 酸化物超伝導体を用いたジヨセフソン素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62166829A JPH0783144B2 (ja) | 1987-07-06 | 1987-07-06 | 酸化物超伝導体を用いたジヨセフソン素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6411376A JPS6411376A (en) | 1989-01-13 |
| JPH0783144B2 true JPH0783144B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=15838431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62166829A Expired - Lifetime JPH0783144B2 (ja) | 1987-07-06 | 1987-07-06 | 酸化物超伝導体を用いたジヨセフソン素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0783144B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2649808B2 (ja) * | 1987-10-01 | 1997-09-03 | 富士通株式会社 | 電流注入クライオトロン |
| JPH02200330A (ja) * | 1989-01-27 | 1990-08-08 | Aifuji Seiki Kk | 熱交換器の拡管装置 |
| JPH0323684A (ja) * | 1989-06-20 | 1991-01-31 | Shimadzu Corp | ジョセフソン接合素子 |
| DE69115209T2 (de) * | 1990-09-28 | 1996-08-08 | Sumitomo Electric Industries | Verfahren zur Herstellung eines Supraleitungsbauelements mit reduzierter Dicke der supraleitenden Oxidschicht und dadurch hergestelltes Supraleitungsbauelement. |
| JP2827572B2 (ja) * | 1991-05-24 | 1998-11-25 | 日本電気株式会社 | 層状超伝導体回路とその製造方法 |
| US5552374A (en) * | 1992-04-09 | 1996-09-03 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Oxide superconducting a transistor in crank-shaped configuration |
| JP2955641B2 (ja) * | 1993-09-03 | 1999-10-04 | 科学技術庁金属材料技術研究所長 | イン サイチュー型ジョセフソン接合構造 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6065583A (ja) * | 1983-09-20 | 1985-04-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ジヨセフソン接合素子及びその製法 |
| JPH0763100B2 (ja) * | 1986-05-21 | 1995-07-05 | 日本電信電話株式会社 | ジヨセフソン接合素子及びその製法 |
-
1987
- 1987-07-06 JP JP62166829A patent/JPH0783144B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6411376A (en) | 1989-01-13 |
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