JPS603795B2 - ジヨゼフソン接合への磁界バイアス方式 - Google Patents

ジヨゼフソン接合への磁界バイアス方式

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JPS603795B2
JPS603795B2 JP56176939A JP17693981A JPS603795B2 JP S603795 B2 JPS603795 B2 JP S603795B2 JP 56176939 A JP56176939 A JP 56176939A JP 17693981 A JP17693981 A JP 17693981A JP S603795 B2 JPS603795 B2 JP S603795B2
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JP
Japan
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junction
bias
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JP56176939A
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JPS5878477A (ja
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昭彦 八木
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/195Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using superconductive devices
    • H03K19/1952Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using superconductive devices with electro-magnetic coupling of the control current

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  • Mathematical Physics (AREA)
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  • Logic Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はジョゼフソン接合への磁界バイアス方式の改良
に関する。
ジョゼフソン接合をスイッチング機能部として含む回路
は様々に考えられるが、例えばジョゼフソン接合ゲート
中の当該ジョゼフソン接合に磁界バイアスする場合、従
来は第1図示のようなバイアス回路1によっていた。
即ち、ジョゼフソン接合2を電流源Pでバィアスし当該
接合のギャップ電圧である一定電圧Vgより、抵抗Rを
介して必要なバイアス用電流IBを各ゲートGi(i=
1、2、……………、n)に供給していた。
しかして、各ゲート中に模式的に示したバイアスの対象
となるジョゼフソン接合3とバイアス回路1のバイアス
線路4とは誘導結合によるため分離されてはいるが、実
際上はこうした従来方式では配線上の制約から結合する
ゲート数は制限されてしまう。従って、高密度集積回路
ではバイアス回路の数を増さねばならないが、これ等の
回路は極低温中で動作させるため、数が増すに従いその
電力損失IB・Vgが問題となってくる。
また、バイアス電流18は抵抗Rによって決まるのに対
し、各ゲートの接合3の臨界電流iJの値は設計値から
ずれることがあり得、これに伴い各ゲートの闇値特性も
ずれるが、この従来法ではこれを補正することができな
い。
本発明は以上に鑑てなされたもので、原理的に電力損失
を伴わずにジョゼフソン接合へバイアス電流を供給でき
る方式を提供せんとするものである。
そしてまた、望ましくはiJの設計値からのずれに依存
しないでゲートの動作点を決めることのできる回路構成
の提供を付随的な目的としている。以下、本発明の実施
例を第2図以降に即して説明するが、先づ第2図a,b
に示す基本的乃至原理的実施例は、第1図示の従来例の
ように、バイアスされるべきジョゼフソン接合3を持つ
ゲートGi群へ本発明を適用した場合を示している。
本発明を端的に言えば、超伝導ループ10による永久電
流iLによって先に第1図に即して述べたバイアス電流
IBを発生させる回路方式であると言える。バイアス電
流が流れるループ10は大型のSQUmをなしており、
制御信号源11から制御信号1を与えることにより、永
久電流をループに流し続けることができる。このSQU
mの接合面積は所要の電流値に応じて適宜決める。尚、
第2図aはループ10内に一つのジョゼフソン薮合12
を持つ一接合型、第2図bは二接合型である。実践的に
見ると、バイアスされるゲートGiとこのSQUIDI
Oとは同一チップに作られるのが普通であるので、両者
の接合のiJの値は比例関係にあると考えられる。
従ってiJの値が設計値より変っても、回路パラメータ
を適当に選ぶことによって、ゲートの動作点がこれに影
響されないようになる。第2図aに示す一接合SQUI
Dによるバイアス電流供給回路の動作について説明する
と、第3図はこの一接合SQUIDIOの等価回路を示
している。
即ち、ループ10中のジョゼフソン接合12はJの部分
と抵抗R、容量Cが並列になって構成されている。Lは
ループ10のインダクタンスである。Jの部分の電圧・
電流関係は次の{1}、‘21式、また接合12の動作
を支配するパラメタBは(3ー式である。1s=iJS
m○・・・‐…・・……【1}し=(h/を)d■/d
t…..・..・……(2ー8=(友/h)iJCR2
…・・…・・・・・・・{3’このループ乃至SQUI
DI川こ磁束のexを誘導結合させた時の当該のexと
内部磁束のの静的な関係は第4図a,bに示すようにな
る。
同図aはL・iJ/の。が小の時の特性、同図bはL・
iJ/の。が大の時の特性である。しかして、第2図に
おける制御電流1はのexに比例し、ィンダクタLに流
れる電流iLはのに比例するので、この第4図a,bも
こよって1とiLとの関係を考えることができる。
第4図Cのように正方向に充分大きな1を印加した後に
、これを0とすると、SQUIDの接合の上記{3}式
による3が小さければ、永久電流iL。
は第4図a,bの各A点の値となる。iLoの値を確定
するためには、ジョゼフソン接合の位相?が多重遷移を
起こさぬ程度に8を小さく設計すれば良い。
4iL。の値はSQUI
Dループ10のィンダクタンスLの値に依存するが、第
4図bのようにLが大のとき、iLoはiJの程度とな
る。バイアスされるゲート数が多いと、このSQUID
ループのLは大となり、この場合に相当する。iLoを
0にするには第4図cに示すように負方向の制御電流1
をSQUIDに印加する。
第4図a,b中、iLo:0のB点に遷移させるには1
の負方向パルスの振幅を所要のレベルにする必要がある
。第4図bのLが大の場合ではパルス振幅の制限が厳し
くなるので、現実的でないが、iL。が負の点に遷移す
ればゲートのバイアス磁界としては充分に機能する。磁
界バイアスされる各ゲートGiの電流変化の反作用がS
QUIDループ10の動作に影響を与えないようにする
には、各ゲートとSQUIDループとの相互インダクタ
ンスがSQUIDループのインダクタンスLに比べて、
充分に小となるようにすれば良い。
第2図bの二接合のDC・SQUIDIO‘こついても
上述の説明は同様に適用できる。
以上が本発明の原理的実施例であるが、一般的に考える
と、一つのバイアス用SQUIDIOではバイアスでき
るジョゼフソン接合3の数(ゲートGiの数)は実際に
は制限されてくる。
また配線が長くなると上述のィンダクタンスLが大きく
なってくる。このような場合には、第5図示の実施例の
ように、ゲートをいくつかの群(図示の場合は三つの群
G,〜Gn,G,′〜Gn′,G,″〜Gn″)に分け
、夫々に上述したSQUIDループ10,10′,10
″を配し、これ等をループ間分離抵抗13,13′を介
して直列に接続すれば、制御信号源11は一つで済ませ
ながらもLを増大させることなく多数のジョゼフソン接
合3,3′,3″(乃至ゲートGi,Gi′,Gi″:
i=1、2、・・・・・・・・・・・・・・・、n)へ
バイアスをかけることができる。
次に、より具体的な本発明の実施例を挙げる。
一般に、多入力論理回路をジョゼフソン接合で実現する
場合、DC・SQUIDは、閥値特性の磁界に対する周
期性のために簡単な回路構成では実現できない。そこで
、従来からも、ジョゼフソン接合に磁気結合する方法が
考えられ、一応、この機能の実現に有効であると見られ
ているが、電流感度が悪い点に問題がある。第6図には
こうした回路の一例として多入力○Rゲ−トGoRを示
し、これに本発明を適用した場合を示している。
入力IN,〜Innを持つ入力ラインは部分14でジョ
ゼフソン接合3に磁気的に結合しており、この接合3に
は負荷抵抗RLが並列に付され、この両端から出力OU
Tが採られている。
従って、このゲートは、零入力に対して零電圧状態、有
為の入力電流lcに対して電圧状態となるように図られ
ているが、そのままではこのゲートの閥値特性は第7図
示のようになって、既述したように入力電流lcに対す
る感度が悪い。そこで、本発明の思想を適用して、先に
述べたと同様のSQUIDループ10‘こより永久電流
によるバイアス電流lc=lcoを第7図に併示のよう
に供給すれば、この比較的大きなバイアス電流lcoが
静的には電力損失なしで供給でき、この多入力ゲートの
電流感度を実効的に増大することができる。
尚、既に述べたように、同一チップ内で作られる多入力
ゲートのiJとバイアス用SQUIDIOのiJとは比
例関係にあるので、バイアスされた多入力ゲートの動作
点はiJの値に影響されない。
また、入力数は任意である。次に、ジョゼフソン接合ゲ
ートのリセット用電流供給回路に本発明を適用できる例
に就き説明する。
一般にジョゼフソン接合ゲートの動作は、6が大のラツ
チング動作である。
そこで、第8図示のように各ゲートGiにはリセット用
パルス電流ig,〜ignを供給することにより、ラッ
チした各ゲートを超伝導状態にリセットする必要がある
。従来は、このパルス電流は同図示のように、パルス電
圧源15から抵抗を介して、各ゲートに供給されている
。従って、ゲートの個数が大きい場合、パルス電圧源の
電流容量IGを大きくなり、極低温中での集積回路にお
いては実際上、問題となる。これに対し、このパルス電
源の容量を減らす目的で、本バイアス方式を用いること
ができ、そうしたリセット用電流供給回路の一構成例を
第9図に示す。
直流電流が加えられた各接合3……………3′・・・…
・・・・・…・等に既に説明した本発明バイアス方式に
よる永久電流でバイアスする。
制御電流1によって一接合SQUIDI0に流れるこの
永久電流を制御する。この実施例では、既述のように、
多数の接合3・・・・・・・・・・・・・・・,3′・
・・・・…・・・・・・・のーグループ毎にSQUID
I0,10′をおいた構成であるので、小電流容量の制
御電流1で多数の接合3・・・・・・・・・・・・・・
・,3′・・…・・・・・・・・・・にパルス電流を供
給でき、電源回路の設計製作が実際上容易になる。第9
図bのように正方向の制御電流パルスによって、SQU
mループ内に永久電流iLoを流すと「各接合3・・・
・・・・・・・・・・・・,3′・……・・・・・・・
・のjJが下げられ、し.〜しn,し,〜レn′が発生
し抵抗を介してリセツト電流ig,〜・gn, ig,
′〜ign′が各ゲートG,〜Gn,0,′〜Gn′に
供給される。負の制御電流パルスによって、永久電流の
値は負となる。各接合3・・・・・・…・・…・,3′
・・・・・・・…・・・・・の形状、磁気結合の方法を
適当に設計すると、この時v,〜vn,v,′〜vn′
が第9図bのように零となるようにすることができる。
各接合3,3′は非ラッチング動作とするため、8を小
さく設計する。しかし、この接合3,3′は高インピー
ダンスでig,〜・gn, ig,′〜ign′を各ゲ
ートGi,G2′に供給する必要があるから、これを満
たすためには、接合の容量を小さくし、電圧を大きくす
る等する。尚、谷藤合の8は閥値特性とも関連する。ま
た、各接合の状態変化による反作用がSQUIDループ
10,10′に及ばないように、結合は疎になるように
図る。第9図bの1,iL等の波形においてv,,v2
等の1週期はゲート群の演算クロツク時間である。
SQUIDループの応答はゲートの応答よりは遅くてよ
い。SQUIDの8は小さくするので、SQUIDoル
ープの応答は悪化しない。以上詳記のように、本発明の
バイアス方式によると多数のゲートへの磁界バイアスが
静的には無電力損失で供給でき、集積化ジョゼフソン回
路では発熱の点から有利である。
さらに、このバィアタス方式により簡単な回路で多入力
ORゲートが構成でき、また多数のゲートをリセットす
るためのりセット用電源の設計・製作も容易となる等の
付帯的効果も大きい。本発明はこのようにジョゼフソン
接合回路の集0積化における基本問題に解決を支えるも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図は多数のゲート中に含まれる各ジョゼフソン接合
への従来のバイアス回路の構成図、第2図a,bは夫々
、本発明の基本的実施例の構成図、第3図は第2図aの
回路の等価回路図、第4図a,b,cはSQUIDルー
プ内磁束と外部印加磁束、制御電流とループ電流との各
関係説明図、第5図及び第6図は、それぞれ、本発明の
他の実施例の構成図、第7図は第6図における多入力O
Rゲートの閥値特性図、第8図は従来のゲートリセツト
用電流供聯合回路の構成図、第9図aは本発明を適用し
たりセット用電流供給回路の一例の構成図、同第9図b
はその動作に関与する各部電流、電圧の説明図、である
。 図中、3はバイアスの対象となるジョゼフソン接合、1
0はSQUIDループ、12は該ループ内のジョゼフソ
ン接合、である。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図 図 〇 蛇

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 バイアスすべきジヨゼフソン接合に対してSQUI
    Dのループ部分を磁気的に結合し、該SQUIDに永久
    電流を流すことにより上記ジヨゼフソン接合への磁界バ
    イアスを得ることを特徴とするジヨゼフソン接合への磁
    界バイアス方式。
JP56176939A 1981-11-04 1981-11-04 ジヨゼフソン接合への磁界バイアス方式 Expired JPS603795B2 (ja)

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JPS5878477A JPS5878477A (ja) 1983-05-12
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