JPH0883935A - 超電導回路 - Google Patents

超電導回路

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JPH0883935A
JPH0883935A JP6217463A JP21746394A JPH0883935A JP H0883935 A JPH0883935 A JP H0883935A JP 6217463 A JP6217463 A JP 6217463A JP 21746394 A JP21746394 A JP 21746394A JP H0883935 A JPH0883935 A JP H0883935A
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JP
Japan
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superconducting
inductor
superconducting inductor
circuit
josephson junction
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Pending
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JP6217463A
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English (en)
Inventor
Tsunanori Oka
維禮 丘
Juichi Nishino
壽一 西野
Mutsumi Hosoya
睦 細谷
Hideyuki Nagaishi
英幸 永石
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 ジョセフソン接合111、超電導インダクタ
112および113で構成される第1ブランチと、ジョ
セフソン接合121、超電導インダクタ122および1
23で構成される第2ブランチと、超電導インダクタ1
61とジョセフソン接合131で構成される第3ブラン
チとを並列に接続し、超電導インダクタ161とジョセ
フソン接合131の接続点を接地し、電源線101と超
電導インダクタ112、113の間に分流抵抗141
を、電源線101と超電導インダクタ122、123の
間に分流抵抗142を挿入する。 【効果】 より大きい電源マージンのラッチ型ジョセフ
ソン回路ができ、大規模の回路をより大きい歩留まりで
高周波で動作させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ジョセフソン接合を用
いた超電導回路、特にトンネル型ジョセフソン接合を用
いた超電導デジタル回路に関する。
【0002】
【従来の技術】3つのジョセフソン接合とインダクタか
らなる量子干渉計(3JI)については、アイ・ビー・
エム・ジャーナル・オブ・リサーチ・アンド・ディベロ
プメント第24巻第2号1980年(IBM Journal of R
esearch and Development,Vol.24,No.2,1980)に詳しく
述べられている。図6にその概略回路を示す。ジョセフ
ソン接合111、超電導インダクタ112と113で構
成される第1ブランチと、ジョセフソン接合121、超
電導インダクタ122と123で構成される第2ブラン
チと、ジョセフソン接合131とは並列に接続されてい
る。超電導インダクタ112と113の接続点に分流抵
抗141が接続されており、超電導インダクタ122と
123の接続点に分流抵抗142が接続されている。分
流抵抗141と142は同じ抵抗値を有し、その接続点
に電源線101が接続されている。上記超電導インダク
タはすべて同じインダクタンス値を有し、制御入力線1
51および152と磁気的に結合している。上記ジョセ
フソン接合はトンネル型である。ジョセフソン接合11
1と121の臨界電流値は同じで、ジョセフソン接合1
31の臨界電流値の半分である。上記3JIは上記ジョ
セフソン接合の共通接続点で接地されている。
【0003】図6の3JIは一般に図7に示す構造を有
する。上記した超電導インダクタは超電導ストリップラ
イン181で構成される。すなわち、第1ブランチは、
それに含まれる超電導インダクタの接続点で折り曲げら
れている。第2ブランチも同様である。ジョセフソン接
合はこのストリップラインと上部電極182の間に構成
される。上部電極182は図7に示すようにジョセフソ
ン接合131から離れた方の片側で接地されている。図
6の3JIの電流電圧特性は典型的に図8が示すような
ものであって、超電導電流しか流れない部分と常伝導電
流も流れる部分があり、これと対応して3JIには超電
導と常伝導の2つの状態がある。電源線101から超電
導状態にある3JIに電源電流を注入すると、3JIは
電源電流が臨界電流値を超える時に常伝導状態にスイッ
チして、その後、電源電流がゼロに戻るまで超電導状態
にリセットしない。このように動作する回路はラッチ型
と呼ばれる。
【0004】図6の3JIは、制御入力線151または
制御入力線152から制御入力を印加して入力磁束をジ
ョセフソン接合を含む超電導ループに加えると、臨界電
流値が減少する。印加する制御電流と臨界電流の関係
は、一般に図9に示すようなしきい値特性で表わされ
る。このしきい値特性は『山』の部分とフロアの部分に
分けられる。フロアの部分を示す191と『山』の部分
を示す192とで画かれた曲線より下の部分では回路は
超電導状態にあり、曲線より上の部分では回路は常伝導
状態にある。3JIは超電導状態では抵抗がないが常伝
導状態ではあることを利用すればデジタル素子に使用で
きる。デジタル素子として使用される3JIはそれと並
列に負荷抵抗(図示せず)が付いている。最初超電導状
態にあるときは電源線101から臨界電流値以下のバイ
アス電流が注入されても負荷抵抗に電流が流れない。制
御入力線151か制御入力線152から入力信号が印加
され、臨界電流値がバイアス電流値より低くなると、常
伝導状態にスイッチして負荷抵抗に出力電流が流れる。
【0005】図8の電流電圧特性は常伝導状態の曲線部
分には共振ピークがある。これは3JIの超電導インダ
クタとジョセフソン接合の電気容量の共振から生じるも
のである。共振ピークが大きければ、回路が常伝導状態
にスイッチするときに共振ピークに引掛って所要の電圧
が得られない可能性がある。例えば、負荷抵抗が付いて
いる場合、スイッチした後の3JIの状態は図8に示さ
れている負荷線と電流電圧特性の交点で決まる。共振ピ
ークがなければ3JIの状態はア点にあるが、共振ピー
クがあるとイ点にある。すると、出力電圧も出力電流も
小さくなる。この問題を解決するために、図10のよう
にダンピング抵抗171とダンピング抵抗172を付け
れば、共振ピークの高さを低く抑えることができる。図
10の回路の電流電圧特性を図11に示す。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】常伝導状態にあるラッ
チ型ジョセフソン回路は、電源電流をゼロに戻してリセ
ットするため、交流電源が必要である。これは、バイア
ス電流が一定ではなく、変動することを意味する。回路
が正確に動作するバイアス電流の変動許容範囲は電源マ
ージンと呼ばれる。低周波動作では矩形波の交流電源を
用いればバイアス電流の変動は無視できるぐらい小さく
できるが、高周波動作では高周波の減衰などにより、き
れいな矩形波電源電流が得られない。このために、高周
波で動作する回路は大きい電源マージンが要求される。
大規模の回路には上記のようなスイッチング素子がたく
さん含まれるが、それぞれの素子は製造プロセスのバラ
ツキで特性が均一ではない。従って、それぞれの動作電
源電流の上限と下限がばらついていると共通に動作でき
る電源電流の範囲が狭くなる。このためにも、大きい電
源マージンを必要とする。上記3JIの電源マージン
は、下限がしきい値特性のフロア、上限が予想される最
大のノイズで誤動作しない最大のバイアス電流で決ま
る。3JIはしきい値特性の『山』の部分の傾斜が急な
ためマージンの上限が低い。
【0007】また、3JIは図7のような構造ならばジ
ョセフソン接合131と接地の間に取り除けない寄生イ
ンダクタンスLpを有し、正確には図12のように表わ
される。図13にそのしきい値特性を示す。寄生インダ
クタンスLpのもたらす影響は3つあって、(イ)しき
い値特性のフロアが高くなること、(ロ)臨界電流が低
減することと、(ハ)Lpがジョセフソン接合の電気容
量と共振することである。(イ)と(ロ)は電源バイア
スのマージンを小さくする。従って、歩留まりも低下
し、動作周波数も制限される。(ハ)は3JIの電流電
圧特性に共振ピークを生じ、誤動作やマージンの低下を
もたらす。これに対し、特開昭63−280474号公
報に記載された発明では、上部電極と超電導インダクタ
の超電導薄膜層を置き換えることによって上部電極をグ
ランドに近付かせ、寄生インダクタンスを減少させてい
るが、減少効果には限界がある。
【0008】本発明の目的は、3JIのような超電導回
路のしきい値特性を回路設計で、特に、寄生インダクタ
ンスを利用して改良し、より大きい電源マージンを有す
るラッチ型ジョセフソン回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、図12の回路においてジョセフソン接合
131のすぐ近くで接地させ、また、寄生インダクタン
スを含む回路のインダクタンスの比率を変えて、しきい
値特性を改善したものである。また、超電導インダクタ
ンスをダンピング抵抗でシャントさせ、共振ピークの高
さを下げたものである。
【0010】
【作用】上記構成により、ジョセフソン接合131が寄
生インダクタンス183を通さずに直接に接地している
ことにより、回路のしきい値特性のフロアが低くなる。
また、インダクタンスの比率を適切に変えれば、しきい
値特性の『山』の部分は頂上が広くなり、ノイズに対し
て鈍くなるため、電源マージンの上限が高くなる。ま
た、ダンピング抵抗で寄生インダクタンスLpによる共
振ピークを低減させ、誤動作やマージンの低下等の問題
を解決できる。
【0011】
【実施例】図1は本発明の第1の実施例を示す構成図で
ある。図において、101は電源線、111、121、
131はジョセフソン接合、112、113、122、
123および161は超電導インダクタ、141、14
2は分流抵抗、151は制御入力線、171、172は
ダンピング抵抗である。
【0012】図1において、超電導インダクタ161
は、図12に示した寄生インダクタンスLpに対応する
ものであり、回路はジョセフソン接合131と超電導イ
ンダクタ161の接続点で接地されている。なお、制御
入力線は符号151の1本しか示していないが、複数で
もよい。ジョセフソン接合131の臨界電流値は、ジョ
セフソン接合111とジョセフソン接合121の臨界電
流値に比べて2倍大きい。超電導インダクタ113と超
電導インダクタ161の合計インダクタンス値は超電導
インダクタ112のインダクタンス値より大きく、超電
導インダクタ123と超電導インダクタ161の合計イ
ンダクタンス値も超電導インダクタ122のインダクタ
ンス値より大きい。図2に図1の回路の一構造例を示
す。図3に図1の回路のしきい値特性を示す。これを図
13のしきい値曲線と比較すると、図3の方はフロアが
低く、『山』の部分は頂上が広くなっている。このこと
から、図1に示す回路の電源マージンの幅は下限が低
い。また、同じノイズレベルに対して回路が鈍感にな
り、上限は図13の場合と比べて高い。従って、従来の
3JIより電源マージンが一段と大きくなる。
【0013】また、図1の回路で、超電導インダクタ1
12と超電導インダクタ122がインダクタンス値が同
じで、超電導インダクタ113と超電導インダクタ12
3がインダクタンス値が同じであれば、制御電流の方向
に対して、しきい値特性が同じようになり、回路の使い
勝手が良くなる。
【0014】図4は本発明の第2の実施例を示す構成図
である。本実施例では、超電導インダクタ161と並列
にダンピング抵抗173が接続されている。超電導イン
ダクタ161とジョセフソン接合の電気容量の間に生じ
る共振は回路の動作を劣化するが、ダンピング抵抗17
3を接続し、その抵抗値を適当に選べば共振ピークの高
さを最小にすることができる。図5に図4の回路の一構
造例を示す。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、より大きい電源マージ
ンのラッチ型ジョセフソン回路ができ、大規模の回路を
より大きい歩留まりで高周波で動作させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による超電導回路の第1の実施例の構成
図である。
【図2】第1の実施例の一構造例を示す図である。
【図3】第1の実施例によるしきい値特性図である。
【図4】本発明による超電導回路の第2の実施例の構成
図である。
【図5】第2の実施例の一構造例を示す図である。
【図6】従来の超電導回路である3JI回路の一例の構
成図である。
【図7】図6の3JI回路の一構造例を示す図である。
【図8】図6の3JI回路の電流電圧特性図である。
【図9】図6の3JI回路のしきい値特性図である。
【図10】ダンピング抵抗がある3JI回路の構成図で
ある。
【図11】ダンピング抵抗がある3JI回路の電流電圧
特性図である。
【図12】寄生インダクタンスが表示されている3JI
回路の構成図である。
【図13】寄生インダクタンスの影響がある3JI回路
のしきい値特性図である。
【符号の説明】
101…電源線 111、121、131…ジョセフソン接合 112、113、122、123、161…超電導イン
ダクタ 141、142…分流抵抗 151、152…制御入力線 171、172、173…ダンピング抵抗 181…超電導ストリップライン 182…上部電極 183…寄生インダクタンス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永石 英幸 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1のジョセフソン接合、第1の超電導イ
    ンダクタおよび第2の超電導インダクタが順次直列に接
    続されてなる直列回路と、直列に接続された該第1の超
    電導インダクタおよび該第2の超電導インダクタに並列
    に接続された第1のダンピング抵抗とで構成される第1
    ブランチと、第2のジョセフソン接合、第3の超電導イ
    ンダクタおよび第4の超電導インダクタが順次直列に接
    続されてなる直列回路と、直列に接続された該第3の超
    電導インダクタおよび該第4の超電導インダクタに並列
    に接続された第2のダンピング抵抗とで構成される第2
    ブランチと、第5の超電導インダクタと第3のジョセフ
    ソン接合が直列に接続され、その接続点が接地されてい
    る第3ブランチと、一方の端子が電源線に、他の端子が
    上記第1の超電導インダクタと上記第2の超電導インダ
    クタの接続点に接続された第1の分流抵抗と、一方の端
    子が電源線に、他の端子が上記第3の超電導インダクタ
    と上記第4の超電導インダクタの接続点に接続された第
    2の分流抵抗と、上記第1の超電導インダクタ、上記第
    2の超電導インダクタ、上記第3の超電導インダクタお
    よび上記第4の超電導インダクタとそれぞれ磁気的に結
    合している制御入力線とを備え、上記第1ブランチ、上
    記第2ブランチおよび上記第3ブランチが並列に接続さ
    れた構造を有することを特徴とする超電導回路。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の超電導回路において、第
    2の超電導インダクタと第5の超電導インダクタの合計
    インダクタンス値が第1の超電導インダクタのインダク
    タンス値より大きく、第4の超電導インダクタと第5の
    超電導インダクタの合計インダクタンス値が第3の超電
    導インダクタのインダクタンス値より大きく、かつ第1
    のジョセフソン接合と第2のジョセフソン接合とが同じ
    臨界電流値を有し、第3のジョセフソン接合の臨界電流
    値が第1または第2のジョセフソン接合の臨界電流値の
    2倍であることを特徴とする超電導回路。
  3. 【請求項3】請求項2に記載の超電導回路において、第
    1の超電導インダクタ、第2の超電導インダクタが、そ
    れぞれ第3の超電導インダクタ、第4の超電導インダク
    タと同じインダクタンス値を有し、かつ第1の分流抵抗
    と第2の分流抵抗とが同じ抵抗値を有することを特徴と
    する超電導回路。
  4. 【請求項4】請求項1ないし3のいずれか1項に記載の
    超電導回路において、第5の超電導インダクタと並列に
    接続された第3のダンピング抵抗を有することを特徴と
    する超電導回路。
JP6217463A 1994-09-12 1994-09-12 超電導回路 Pending JPH0883935A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU773535B2 (en) * 1998-09-14 2004-05-27 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Superconducting device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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AU773535B2 (en) * 1998-09-14 2004-05-27 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Superconducting device

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