JPS6334602B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ジヨゼフソン電圧標準装置等に用い
られ液体ヘリウム温度において温度係数が極めて
小さく安定した分圧比を供給する薄膜抵抗分圧器
に関する。

一般に、ジヨセフソン電圧標準装置において
は、標準電池電圧（約1V）とジヨゼフソン電圧
を比較するために、室温で動作する分圧器が使用
されている。第１図は、このような分圧器の従来
例としてのいわゆるHamon分圧器が、構成部品
の１つとして使用されているジヨゼフソン電圧標
準装置の構成説明図であり、図中、１は液体ヘリ
ウムが入つたクライオスタツトCS中に置かれ超
電導状態に維持されているジヨゼフソン接合部、
２は該ジヨゼフソン接合部に周波数foのマイクロ
波を照射しているマイクロ波発振器、３は
Hamon抵抗H₁，H₂を有するいわゆるHamon分
圧器、４，４′はガルバノメータ、E₁，E₂は直流
電源、Exは被測定電圧である。また、Hamon抵
抗H₁，H₂はｒ個の要素抵抗Reが夫々直列接続お
よび並列接続されて構成されており、分圧比如何
によつて要素抵抗Reの必要数が決定されている。
上記構成からなる従来例において、ジヨゼフソン
接合部１に直流電源E₁から電流I₁が供給される
と、該接合部１の電圧はシヤピロステツプと呼ば
れる階段状の電流・電圧特性を示して変化する。
このとき、１ステツプの電圧Voと上記マイクロ
波の周波数foとの間には下式(1)に示すような関係
が成立している。

Vo＝hfo／2e (1) 但し、ｈ：ブランク定数、ｅ：電子の電荷 また、上記ステツプのｎ番目の電圧はnVoで表
わされ、このnVoで表わされる標準電圧はガルバ
ノメータ４′を介してHamon抵抗H₂の両端に与
えられている。一方、被測定電圧Exは、ガルバ
ノメータ４を介してHamon抵抗H₁の両端に与え
られるとともに、上記Hamon抵抗H₁，H₂は直列
接続されており、この直列回路には直流電源E₂
から電流I₂が供給されている。この状態で、ガル
バノメータ４，４′の平衡がとれるようにマイク
ロ波の周波数foを調整すると、下式(2)および(3)が
成立し、これから被測定電圧Exが下式(4)のよう
に求められる。

I₁・R₁＝Ex ……(2) 但し、R₁はHamon抵抗H₁の合成抵抗 I₁・R₂＝nVo＝ｎ・hfo／2e ……(3) 但し、R₂はHamon抵抗H₂の合成抵抗 Ex＝R₁／R₂・ｎ・hfo／2e ……(4) 上述のようにして求められた被測定電圧Exは、
上記Hamon分圧器の分圧比が精度も安定性も優
れているために、高精度かつ比較的安定した値と
して検出される。

然し乍ら、上記Hamon分圧器は複数個の要素
抵抗Reを有するため精密に製作ことが難かしく
装置も大型化するという欠点があつた。

本発明は、かかる欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、ジヨゼフソン電圧標準装置等
に用いられ液体ヘリウム温度において温度係数が
極めて小さく安定した分圧比を供給する小型の薄
膜抵抗分圧器を提供することにある。

以下、本発明について図を用いて詳細に説明す
る。第２図は、本発明実施例の構成説明図であ
り、図中、５は熱伝導率の高いサフアイア等でな
る基板、６は所定の幅を有し例えば蛇行状等の所
望のパターンに形成されてなるとともに基板５上
においてP_t膜がCr膜に重ねて被着されてなる薄
膜抵抗、７は例えば薄膜抵抗６の幅より小さい所
定の幅を有し該薄膜抵抗６と所定の間隔を保ちな
がら該薄膜抵抗６のパターンに沿つたパターンで
形成されるとともに基板５上においてP_t膜がCr
膜に重ねて被着されてなる薄膜抵抗である。Pt
膜がCr膜に重ねて被覆されているのは、Pt−Cr
の稀薄合金がいわゆる近藤効果を示すことを利用
するためと、Pt膜を基板に付着させる付着強度
を上げるためである。この場合、Crは強磁性体
であつていわば糊の役割を果たし、Ptは化学的
に安定で経験変化がなくしかも温度変化に強い抵
抗体の役割を果たしている。また、上記構成から
なる本発明の実施例は、例えば以下のような方法
で製造される。すなわち、初めサフアイア等でな
る基板上においてCr膜に重ねてP_t膜を被着させ
る。次に、該P_t膜上にレジスト層を被着させての
ちフオトリソグラフイ技術によつて上記レジスト
層を所望のパターンに食刻する。その後、ケミカ
ルエツチング技術等によつて、上記食刻されたレ
ジストパターンに沿つて前記P_t膜およびCr膜を
エツチングする。最後に、上記食刻されたレジス
トパターンを除去してのち全体を高温で熱処理す
る。

以上、詳しく説明したような本発明の実施例
は、薄膜抵抗６，７の両端部に接続されたリード
線等（図示せず）を介して、第１図のHamon抵
抗器３の代わりに、ジヨゼフソン電圧標準装置等
に使用される。而して、上記Hamon抵抗器３に
比して本発明実施例の抵抗器が小型であるため、
ジヨゼフソン電圧標準装置全体が小形化するとい
う利点を有する。また、本発明実施例の抵抗器は
液体ヘリウムにおける温度係数が数ppm／℃であ
るため、分圧比の温度係数が極めて小さく安定し
ているという利点も有する。更に、第２図の薄膜
抵抗６，７は幅が異なつていて抵抗値が異なると
ともに互いに接近して設けられているため、前記
Hamon抵抗器３の場合に比して、薄膜抵抗６，
７の組成が極めて近いものが得られるという利点
を有する。更にまた、本発明の実施例において、
基板５として熱伝導率の高いものを使用すること
により、薄膜抵抗６，７の温度差を小さくできる
という利点も有する。

また、第３図は本発明の他の実施例を示す構成
説明図であり、図中、８は所定の材料でなる基
板、９ａ〜９ｆは基板８の所定部分に着設された
同一形状のサフアイア等でなる基板、１０ａ〜１
０ｆは所定の幅を有し例えば蛇行状等の所望のパ
ターンに形成されてなるとともに基板９ａ〜９ｆ
上においてP_t膜がCr膜に重ねて被着されてなり
同一抵抗値を示す薄膜抵抗、１１ａ〜１１ｆおよ
び１１a′〜１１f′は夫々薄膜抵抗１０ａ〜１０ｆ
の両端部であつて後記リード線１２ａ〜１２ｆが
接続されるときはP_tの膜の上に超電導材料が被着
されてなる接続部、１２ａ〜１２ｆは薄膜抵抗１
０ａ〜１０ｆを直列若しくは並列に接続する超伝
導線でなるリード線である。尚、基板８と基板９
ａ〜９ｆは同一材料であつてもよく、基板９ａ〜
９ｆおよび薄膜抵抗１０ａ〜１０ｆ等の数も６個
に限定されるものではなく、複数個であればよい
ものとする。

上記構成からなる本発明の他の実施例は、薄膜
抵抗１０ａ〜１０ｃが直列接続され薄膜抵抗１０
ｄ〜１０ｆが並列接続されているため、分圧比
９：１を出力する分圧器となる。また、薄膜抵抗
１０ａ〜１０ｆを２分するとともに２分された各
薄膜抵抗を直列若しくは並列に接続することによ
つて種々の分圧比を出力する分圧器となすことも
できる。

以上、詳しく説明した本発明の他の実施例によ
れば、リード線１２ａ〜１２ｆが超伝導線からな
るとともに上記接続部においてP_t膜上に超電導材
料が被着されているために、リード線１２ａ〜１
２ｆを薄膜抵抗１０ａ〜１０ｆへ接続することに
よつて生ずる誤差を大幅に削減できるという利点
を有する。また、本発明の他の実施例においても
薄膜抵抗が用いられているため、前述の本発明実
施例の利点はそのまま保たれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来例の分圧器が使用されているジ
ヨゼフソン電圧標準装置の構成説明図、第２図
は、本発明実施例の構成説明図、第３図は、本発
明の他の実施例の構成説明図である。 １……ジヨゼフソン接合部、２……マイクロ波
発振器、３……分圧器、４，４′……カルバノメ
ータ、５，８，９ａ〜９ｆ……基板、６，７，１
０ａ〜１０ｆ……薄膜抵抗、１１ａ〜１１ｆ，１
１a′〜１１f′……接続部、１２ａ〜１２ｆ……リ
ード線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液体ヘリウム温度で使用される薄膜抵抗分圧
   器において、基板と、一定の幅を有し一定のパタ
   ーンに形成されると共に前記基板上においてPt
   膜がCr膜に重ねて被覆されてなる第１の薄膜抵
   抗と、前記幅よりも小さな一定の幅を有し前記第
   １の薄膜抵抗と一定の間隔を保ちながら前記パタ
   ーンに沿つて一定のパターンで形成される共に前
   記基板上においてPt膜がCr膜に重ねて被着され
   てなる第２の薄膜抵抗とを具備することを特徴と
   する薄膜抵抗分圧器。