JPS63244690A - 超電導集積回路 - Google Patents

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〕 この発明は、超電導集積回路が臨界点を越えな°い範囲
内で超電導状態を保持しつつ集積回路としての機能を発
揮しているかを監視するための手段を備えた超電導集積
回路に関する。

〔従来の技術〕

近年、種々の超電導材料の開発によって、絶対温度（−
２７３℃）付近でなくそれによりはるかに高い温度で超
電導を利用することが可能となっている。より常温に近
い状態でこの超電導を応用することにより、ジョセフソ
ン素子等のデバイスを集積した回路（以下ｔＣと略称す
る）がコンビエータ等に利用できる。

かかる超電導ＩＣの素子を構成する超電導材料は超電導
領域にある時にのみＩＣとしての′−能を発揮できる。

しかもこの超電導材料は、一般にそれぞれ材料によって
決まる臨界温度（Ｔｃ）　、臨界磁界（Ｈｅ）　、臨界
電流密度（ＪＣ）以下の条件のもとでしか超電導状態を
示さない（第２図参照）、従って、上記の３つの条件の
うちいずれか１つでも条件がくずれると超電導状態でな
くなり、超電導ＩＣは機能しなくなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに従来の超゛電導ＩＣでは、上記３つの条件を所
定範囲内に制御するため、温度、磁界、電流密度をこの
超電導ＩＣを取り囲む例えばクライオスタンド等の外的
な条件を与える装置等により制御していたが、超電導Ｉ
Ｃに上記３つの条件を検知する装置は設けられていない
、従って、超電導ＩＣが臨界状態の境界付近にあるかど
うか直接知ることができなかった。この臨界状態の境界
付近を予め検知できるようにすることは次のような理由
から極めて重要な問題で、ある。

素子内を流れる電門についてはｔＣ設計の段階で規定で
きるので電流値を抑制することによって臨界電流密度Ｕ
ｃ）以上の電流が素子に流れ超電導がくずれることはほ
とんど無いが、温度、磁界についてはＩＣの使用環境に
よって外乱が入ることがあり得る。したがって、電流値
が所定範囲内にありでも温度、磁界の状態によっては超
電導状態がくずれることがある。

この発明は、かかる超電導ＩＣの現状に鑑みてなされた
ものであり、超電導集積回路に対しその超電導状態での
作動が臨界状態に移行するのを予め検知し、監視する手
段を設け、超電導集積回路を常に超電導状態で機能せし
めることができるようにした超電導集積回路を提供する
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するための手段として、この発明では
、超電導集積回路のチップ上に直接臨界条件の異なる超
電導監視センサを設け、超電導集積回路の各素子が超電
導状態にあることを検知するようにした構成を採用した
のである。

Ｃ作用〕 超電導集積回路の臨界条件は、超電導監視センサのそれ
と例えば第２図に示すように超電導集積回路材料特性の
範囲より内側に超電導監視センサの材料特性を選択する
ことによって異ならせることができる。なお、臨界条件
が異なるとは材料が異なる場合と、最大電流密度Ｊｍａ
ｘが異なる場合の両方の場合を含むものとする。第２図
においては超電導監視センサの材料特性３′を点線で、
超電導集積回路の材料特性１′を実線で示している。

各材料特性の座標軸との交点はそれぞれ臨界電流密度Ｊ
ｃ、臨界温度ＴＣ％臨界磁界Ｈｃを表わす。

超電導集積回路の素子内の最大電流密度Ｊｓａ、ｘは通
常ｔＣの設計時に定砧られ、従って一般に回路に流され
る電流密度がｈａ＠ｘを越えることはない、このため超
電導集積回路の環境としては図の斜線の領域内にあるこ
とが必要となる。これを平面的に表わしたのが第３図で
ある。

ところで、超電導集積回路を超電導状態で作動させると
きは当然に、第２図の臨界電流密度Ｊｃ、臨界温度Ｔｃ
ｓ臨界磁界Ｈｃの各頂点を結ぶ曲面内よりもっと小さい
材料特性領域で使用されるから、電流密度が第２図で表
わされる最大電流密度Ｊ■ｐｘであるとすると、温度、
磁界の条件は第２図の超電導集積回路の材料特性の実線
で表わされた曲線よりもずっと内側の状態であることに
なる。！ニジてこれら温度、磁界の条件が外乱のために
大きくなるとまず点線で表わされた超電導監視センサの
材料特性的１３’に近づくことになる。さらに超電導監
視センサの材料特性曲線のいずれかの点に温度、磁界の
条件が合致すると超電導監視センサの超電導状態がくず
れ、超電導監視センサに電気抵抗が生じる。従って、こ
の超電導監視センサの電気抵抗の変化を直接に測定する
か、あるいは超電導監視センサに流れる電流の変化を測
定し、一定値以上の変化を測定するとその変化を例えば
電気信号として取り出し、これを温度条件、磁気条件の
制御をする制御装置に予め制御信号として与えることに
より超電導回路の超電導状態がぐすれ、るのを監視し、
これを防止することができる。

第３図の点線で表わされる材料特性を有する適当な超電
導監視センサの材料が得られない場合は、第４図に示す
ように超電導監視センサを流す最大電流密度Ｊａ＋ａｘ
の値を許容される範囲内で臨界点が、小さくなる領域に
移動させ、従ってＪｍａｘの値を増大させると温度、磁
界ともに小さい値で超電導の状態がくずれることになる
から、このような状態になるように超電導監視センサの
材料特性を必ず選択することができる。

（実施例） 以下この発明の実施例について添付図を参照して詳細に
説明する。

第１図はこの発明による集積回路機能監視手段を備えた
超電導集積回路の平面図である。符号１は超電導集積回
路（以下ＩＣと略称する）であり、このＩＣ上に直接、
超電導監視センサ２が形成されている。この超電導監視
センサ２の形成は、スパッタリング蒸着法、その他適宜
方法を用いることができる。

また、超電導監視、センサ２はその臨界温度又は臨界磁
界が超電導ＩＣの素子を構成する超電導材料のそれより
低い材料から選択している。

次に上記のように構成したこの実施例の作用について説
明する。

超電導ＩＣは、これに設けた超電導監視センサ２により
次のようにして超電導状態を予め検知し、これを監視す
ることかできる。第１図の超電導監視センサ２の適宜２
点に端子を設け、この端子間に超電導ＩＣの素子最大電
流密度Ｊ■ａｘの電流を流し、両端子間の電気抵抗を測
定するか、あるいはその間の電圧降下を計測する。

超電導監視センサ２に流される電流は超電導ＩＣの素子
最大電流密度Ｊｓ＋ａχと同じであり、この状態で超電
導監視センサ２の臨界温度、臨界磁界は超電導ＩＣのそ
れよりも低い材料特性を有する。そして超電導ＩＣを超
電導状態に保持するには一般にこれらいずれの臨界温度
、臨界磁界特性よりも小さい領域で作動させる。しかし
、これらの条件が臨界条件に近づくと、まず超電導監視
センサ２の超電導状態がくずれる。従って、これによる
変化を上記測定によって検知し、超電導ＩＣの超電導状
態がくずれるのを監視し、これを防止できる。

〔効果〕

以上のようにこの発明では、超電導ＩＣとその上に直接
設けた超電導監視センサの材料特性を異ならせるように
構成したから、例えば超電導監視センサの材料特性を超
電導ｒｃの素子を構成する超電導材料の特性よりも小さ
い領域にくるように選択することによって、超電導状態
の臨界状態への移行を予め超電導監視センサに生ずる変
化から検知して超電導ＩＣが超電導状態から（ずれるの
を監視し、これを防止することができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による集積回路ｍ能監視手段を備えた
超電導集積回路の平面図、第２図は超電導集積回路及び
超電導監視センサの材料特性を説明する図、第３図は集
積回路に流れる電流が最大電流密度Ｊｍａｘであるとき
の材料特性を説明する図、第４図はＪｗａｘより大きい
電流による同材料で作られた超電導監視センサの特性を
説明する図である。 １・・・・・・超電導集積回路、２・・・・・・超電導
監視センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）超電導集積回路チップ上に直接臨界条件の異なる
   超電導監視センサを設け、超電導集積回路の各素子が超
   電導状態にあることを検知することを特徴とする超電導
   集積回路。（２）前記超電導監視センサを、超電導集積
   回路内の素子を構成する超電導材料の臨界温度より低い
   臨界温度の超電導素子から成る温度センサとしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超電導集積回
   路。 （３）前記超電導監視センサを、超電導集積回路内の素
   子を構成する超電導材料の臨界磁界より低い臨界磁界の
   超電導素子から成る磁気センサとしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の超電導集積回路。