JPS6258724A

JPS6258724A - ジヨセフソン効果を用いたゲ−ト回路

Info

Publication number: JPS6258724A
Application number: JP19594885A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Tawara; 修一田原
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1985-09-06
Filing date: 1985-09-06
Publication date: 1987-03-14
Also published as: JPH0226417B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はジョセフソン効果を用いたゲート回路、より詳
しくは磁気結合型のＡＮＤゲート回路に関する。

ジョセフソン接合を用いたゲート回路は、その高速スイ
ッチング特性、低消費電力特性ゆえに高速論理回路、高
速記憶回路への応用が考えられる。磁界結合型の回路は
、入出力間の電気的分能が静的に完全であるため、特に
記憶回路で多用されている。記憶回路では、セルがアレ
イ状に配置され、セルを選択する時、また２進数ｌＴｌ
１ＺｔｆＱｌ＋の情報を読みとる時などにＡＮＤゲート
回路が必要となる。さらに回路が高集積化するにつれ、
このようなＡＮＤゲート回路の動作マージンを増す事が
重要になってくる。

（従来技術とその問題点）第５図は本発明の詳細な説明するための図で、第５図は
（ａ）は回路図、（ｂ）はしきい値特性を示す。図中、
３１．３２はそれぞれ臨界電流値工。１．ＩＯ２のジョ
セフソン接合、３３はインダクタンス値し。のインダク
タンス、３４はゲート電流路、３５．５０は入力線であ
る。図（ｂ）中で、横軸は入力電流、縦軸はゲート電流
、３６゜３７は動作点、３８は動作領域を示す。３９は
しきい値曲線を横軸方向に２倍拡大したものである。本
回路をＡＮＤゲート回路として用いる場合、入力線３５
゜５０に入力電流１．、％が印加され、ゲート電流路３
４にゲート電流−が印加される。本例のような回路は例
えば、記憶回路セルにおいて、ゲート電流路３４を記憶
ループの一部として、本ゲート回路を書き込みゲートと
して用いる場合等が、文献アイ・イー・イー・イー・ジ
ャーナル・オブ・ソリッド・ステート・サーキット誌（
ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　５ｏｌｉｄ　５ｔａ
ｔｅ　Ｃ１ｒｃｕｉｔｓ）Ｖｏｌ。

５Ｃ−１４（５）、ｐｐ７９４〜７９６に述べられてい
る。本回路において入力電流１８．％のうち一方が入力
された時、その動作点は３６で、２人力とも印加された
場合動作点は３７へ移る。動作点３７はしきい値曲線の
外側であり、該ゲート回路は電圧状態へ遷移する。本ゲ
ート回路のゲート電流と入力電流の動作マージンを等し
くとった時の最大動作領域は図中斜線部分の領域３８で
、例えばＩ。１＝０．１ｍＡ占２＝０．２ｍＡ、Ｌ。＝
３゜４５ｐＨとした場合約±２０％の動作マージンとな
る。

（ただし、各パラメータの製造時のバラツキはないもの
と仮定した。）このように本ゲート回路によれば、入出力分離のとれた
２人力ＡＮＤゲート回路が実現できる。さらに本回路で
り。■。積を変えずに■。を増やせば、増幅機能を拡張
する事ができる。しがしながら本ゲート回路では１人力
の時には約±４０％近くある動作マージンが２人力のゆ
えに±２０％と非常に小さくなるという欠点を有する。

（発明の目的）本発明の目的はかがる欠点を除去し磁気結合型ＡＮＤゲ
ート回路を提供する事である。

（発明の構成）本発明によれば第１の超伝導線路と、第１のジョセフソ
ン接合を含む第２及び第３の超伝導線路を直列に接続し
た直列線路とを、並列に接続してループとなし、該ルー
プの第２及び第３の超伝導線路と電磁的に結合するよう
に、１個もしくは複数の入力線を配置し、前記第１の超
伝導線路と電磁的に結合するように配置されたジョセフ
ソン接合を用いたスイッチ回路を含む、ゲート電流線路
を設けた事を特徴とするジョセフソン効果を用いたゲー
ト回路が得られる。

また、第１の超伝導線路と第１のジョセフソン接合を含
む第２の超伝導線路とを並列に接続してループとなし、
該ループの第１の接続点には入力電流の注入端子を、ま
た第２の接続点には入力電流の注出端子を設け、前記第
１の超伝導線路もしくは、前記第１及び第２の超伝導線
路と電磁的結合を生じるように配置されたジョセフソン
接合を用いたスイッチ回路を含む、ゲート電流線路を設
けた事を特徴とするジョセフソン効果を用いたゲート回
路が得られる。

（発明の構成の詳細な説明）本発明の１個のジョセフソン接合と、超伝導線路よりな
るループにおいて、該ループに磁気的に結合する、ある
いは直結する電流路に流す電流値を増加すると、ある電
流値■８でジョセフソン接合がスイッチし、該ループ内
に急激に磁束が侵入する。

該ループに磁気的に結合するようにスイッチ回路を配置
すれば、該スイッチ回路は、該ループを用いない時に電
流値■工で誘起される磁束以上の大きさの磁束と結合す
る事になる。従って本発明の回路全体でみると、入力に
対する感度が増す事になり、ゲート回路の動作マージン
を広げる事ができる。

以下本発明について実施例を示す図面を参照して説明す
る。

（実施例１）第１図は本発明の第１の実施例を説明するための図で、
本発明の回路図を示す。図中１．２．３はそれぞれ電流
値、■１．Ｉ２．■３ノショセフソン接合、４，５，６
．１０　ハ超伝導線路でそれぞれ電気的にはインダクタ
ンス値Ｌ１．Ｌ２．Ｌ３．Ｌ４をもつインダクタンスで
あられせる。

７はゲート電流路、８，９は入力線を示す。今、入力線
に入力電流Ｉｉｎが印加されるとすると、ジョセフソン
接合３のオーダーパラメータの位相差θと、Ｉｉｎとの
間には次のような関係が成り立つ。

ΦＯＬ２・１１．、＝（Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４）Ｉ３ｓｌｎθ＋
ｉ。

ただしΦ。は自然定数で２．０７ｍＡｐＨの値を持つ。

第２図はＩ、、　ｈ　ｅとの関係を示す。ここでは２本
の入力線にそれぞれ入力電流Ｉ、、Ｉ、を印加した場合
（Ｉ８＝　Ｉ５とする）に、ジョセフソン接合と、超伝
導線路５，６とからなるループ回路の動作点が第２図中
１２の点となり、１人力の場合１１の点となるようにＩ
ａ、Ｉ、を設定する。また第３図にはジョセフソン接合
１，２、超伝導線路４とから成るゲート回路のしきい値
特性を示す。

ただし、１１＝０．１ｍＡ、ｌ２＝０．２ｍＡ、Ｌ１＝
３．４５ｐＨとする。

縦軸はゲート電流路より供給されるゲート電流値Ｉ、横
軸は入力磁束Φ、ｎである。前記ループ回路の動作点が
１１．１２にある時、該ゲート回路にはそれぞれ（θ１
／（４７Ｃ））Φ０１（θ２／（４７ｃ））Φ０の磁束
が誘起され、該ゲート回路のゲート電流値をｉ、と設定
すると、該ゲート回路の動作点は１３．１４となる。こ
こで０１．θ２の意味は第２図中に示しであるとおりで
あり、また前記ルーここで本回路においてジョセフソン
接合３がスイッチする電流値をＩＹとし、またスイッチ
した時の位相を０３とする。（工７．θ３の大きさは第
２図に示す。）その時ゲート回路に誘起される磁束が第
３図に示されるΦ７となるようにＩ３．Ｌ２．Ｌ３．Ｌ
４の各パラメータを設定すれば、該ゲート回路のゲート
電流の動作マージンは±４０％が実現できる。

その時、入力電流Ｉ、、Ｉ、はＩ８＋　Ｉ、＞　ＩＹを満足しなければならない。従って入力電流の動作マー
ジンは±３３％となる。このように本実施例によれば、
静的には入出力間ならびに２本の入力間が完全に分離さ
れた、動作領域の広いＡＮＤゲート回路を実現する事が
できる。本回路は例えば記憶セルの書き込み用ゲート等
として有用である。

（実施例２）第４図は本発明の第２の実施例を説明するための回路図
である。本実施例では、第１の実施例において磁気的に
結合していた入力線８，９を、抵抗４０を介して直接結
合する入力線４１．４２とおきかえたもので、他は第１
の実施例と同一である。本実施例では入力線４１．４２
間の分離は抵抗４０によってなされる。

本回路によれば第１の実施例では入力線と磁気的に結合
していた超伝導線路６の設計が容易となり、回路の小型
化が図れる。

（発明の効果）本発明のゲート回路によれば静的には入出力分離が完全
にとれる磁気結合型ゲート回路によりＡＮＤ回路が実現
できる。さらに入力電流の動作マージン±３３％という
広い動作領域をもつゲート回路が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図は本発明の第１のおよび第２の実施例を
説明するための回路図で、第２図はジョセフソン接合の
位相差と、注入電流との関係を示し、第３図はゲート回
路のしきい値特性を示す。第５図（ａ）。（ｂ）は本発明の詳細な説明するための回路図とその制
御特性を示す図である。それぞれの図中において、１．２，３，３１．３２・・・ジョセフソン接合、４．
３３・・・超伝導線路、５．６．１０・・・第１．第２．第３の超伝導線路、３
８・・・動作領域、３９・・・しきい値開線を横軸方向に２倍拡大した曲線
、４０・・・抵抗体を示す。ニーご；９技／、ｌ＋７院長第１図第２図ｉｎ第３図１ｇ第４図ジョセフソン接合

Claims

【特許請求の範囲】１、第１の超伝導線路と、第１のジョセフソン接合の両
端に第２及び第３の超伝導線路を直列に接続した直列線
路とを、並列に接続してループとなし、該ループの第２
及び第３の超伝導線路と電磁的に結合するように、１個
もしくは複数の入力線を配置し、前記第１の超伝導線路
と電磁的に結合するように配置されたジョセフソン接合
を用いたスイッチ回路を含む、ゲート電流線路を設けた
事を特徴とするジョセフソン効果を用いたゲート回路。２、第１の超伝導線路と、第１のジョセフソン接合を含
む第２の超伝導線路とを並列に接続してループとなし、
該ループの第１の接続点には入力電流の注入端子を、ま
た第２の接続点には入力電流の注出端子を設け、前記第
１の超伝導線路もしくは、前記第１及び第２の超伝導線
路と電磁的結合を生じるように配置されたジョセフソン
接合を用いたスイッチ回路を含む、ゲート電流線路を設
けた事を特徴とするジョセフソン効果を用いたゲート回
路。