JPS636917A - Josephson regulator - Google Patents
Josephson regulatorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は電源からの正弦波交流電流を交流台形波にして
論理回路へ供給するためのジョセフソンレギュレータに
係り、特に大規模集積回路に好適なジョセフソンレギュ
レータに関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a Josephson regulator for converting a sinusoidal alternating current from a power supply into an alternating trapezoidal wave and supplying it to a logic circuit, and is particularly suitable for large-scale integrated circuits. Regarding the Josephson regulator.
ジョセフソン論理回路は、論理動作終了毎に電源を切断
する交流電源で駆動される。第２図は交流電力を供給す
る方法を示す図である。第２図（ａ）に示すＶ（ｔ）は
外部から供給される正弦波交流電圧であり、これを第２
図（ｂ）に示すレギュレータ１０で第２図（ｃ）に示す
Ｖ’（ｔ）の台形波にし、この台形波で論理回路を駆動
する。The Josephson logic circuit is driven by an AC power source that turns off the power every time a logic operation is completed. FIG. 2 is a diagram showing a method of supplying AC power. V(t) shown in FIG. 2(a) is a sine wave AC voltage supplied from the outside, and this is
The trapezoidal wave of V'(t) shown in FIG. 2(c) is generated by the regulator 10 shown in FIG. 2(b), and the logic circuit is driven by this trapezoidal wave.
レギュレータ１０は、第３図（ｂ）に示すようにジョセ
フソン接合１を電源バス２と接地間に接続して構成され
る。The regulator 10 is constructed by connecting a Josephson junction 1 between a power supply bus 2 and ground, as shown in FIG. 3(b).
従来の装置は、エム・ビー・ケッチエン′″ジョセフソ
ン クロス−セクショナル モデル イクスパリメント
″ジエー アプル フイズ、５７（７）、第２５５０か
ら第２５７４頁（１９８５）第１５５４頁１２図、（Ｍ
Ｂ、ＫＥＴＣＨＥＮ”Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ ｃｒｏｓｓ
−ｓｅｃｔｉｏｎｓｌ ｍｏｄｅｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅ
ｎｔ”Ｊ、Ａｐｐｌ、 ｐｈｙｓ、 ５７（７）、
ｐ ２５５０−２５７４（１９８５）ｐ２５５４ Ｆ
ｉｇ１２）に記載のように、ジョセフソン接合部１にコ
ントロール線４を１本配置してレギュレータ１０を構成
するものである。The conventional device is described in M.B.
B. KETCHEN” Josephson cross
-sectionsl model experiment
nt”J, Appl, phys, 57(7),
p 2550-2574 (1985) p 2554 F
As described in ig12), the regulator 10 is constructed by arranging one control line 4 at the Josephson junction 1.
そして、第４図に示すように論理回路５にジョセフソン
接合１を並列に接続して第１図（ａ）の交流正弦波を端
子６に印加する。３は電源バス２と論理回路５の間に設
置される電源抵抗である。Then, as shown in FIG. 4, the Josephson junction 1 is connected in parallel to the logic circuit 5, and the AC sine wave shown in FIG. 1(a) is applied to the terminal 6. 3 is a power supply resistor installed between the power supply bus 2 and the logic circuit 5.
ジョセフソンレギュレータ１ｏは、第３図に示すジョフ
ソン接合１の電圧電流特性のギャップ電圧Ｖｇの立上り
部分を利用して第２図（ｃ）に示すＶ’（ｔ）の台形波
を得るものである。The Josephson regulator 1o obtains the trapezoidal wave of V'(t) shown in FIG. 2(c) by using the rising part of the gap voltage Vg of the voltage-current characteristic of the Josephson junction 1 shown in FIG. 3. .
つまり、端子電圧が零の状態で電流が超電導臨界電流Ｉ
ｍまで増加し、超電導臨界電流Ｉｍを超えると、電圧状
態に移行し端子電圧が発生する。In other words, when the terminal voltage is zero, the current is the superconducting critical current I
When the current increases to m and exceeds the superconducting critical current Im, the state shifts to a voltage state and a terminal voltage is generated.
ギャップ電圧Ｖｇの立上り部分では電流が増加しても電
圧はＶｇＬか現われないため、第２図（ｃ）に示すよう
な台形波の平坦部が作られる。In the rising portion of the gap voltage Vg, even if the current increases, the voltage does not appear at VgL, so a flat portion of the trapezoidal wave as shown in FIG. 2(c) is created.
電流が小さくなると、電圧状態のまま端子電圧零の状態
に戻る。電源電流の極性が逆の場合も同様に動作する。When the current decreases, the terminal voltage returns to zero while remaining in the voltage state. The same operation occurs even when the polarity of the power supply current is reversed.
この時、ジョセフソン接合１の超電導臨界電流Ｉｍが大
きいと第５図（ａ）点線で示すようにスイッチするため
、台形波は第６図（ａ）のような立上りの急激な波形に
なる。急激な立上り部分は、ノイズの原因となったりす
るため、レギュレータ１ｏのジョセフソン接合１のコン
トロール線４しこ直流のコントロール電流を流してジョ
セフソン接合１に磁界を加え超電導臨界電流Ｉｍを小さ
くし、第５図（ｂ）の点線で示すようにスイッチさせ第
６図（ｂ）のような立上り部分のなめらか交流台形波を
作っている。At this time, if the superconducting critical current Im of the Josephson junction 1 is large, it switches as shown by the dotted line in FIG. 5(a), so that the trapezoidal wave becomes a waveform with a sharp rise as shown in FIG. 6(a). Since a sudden rising portion may cause noise, a DC control current is passed through the control line 4 of the Josephson junction 1 of the regulator 1o to apply a magnetic field to the Josephson junction 1 and reduce the superconducting critical current Im. , as shown by the dotted line in FIG. 5(b), to create a smooth alternating current trapezoidal wave with a rising portion as shown in FIG. 6(b).
しかし、集積回路の規模が大きくなるとジョセフソンレ
ギュレータ１０に流れる電源電流が大きくなり、レギュ
レータ１０を構成するジョセフソン接合１での発熱によ
りギャップ電圧Ｖｇの低下を招く。この発熱によるギャ
ップ電圧Ｖｇの低下を防ぐため、ジョセフソン接合１の
面積を大きくする必要があり、この結果超電導臨界電流
Ｉｍが大きくなる。これにともない超電導臨界電流Ｉｍ
を小さくするために流すコントロール電流も大きくなる
。However, as the scale of the integrated circuit increases, the power supply current flowing through the Josephson regulator 10 increases, and heat generation in the Josephson junction 1 forming the regulator 10 causes a drop in the gap voltage Vg. In order to prevent the gap voltage Vg from decreasing due to this heat generation, it is necessary to increase the area of the Josephson junction 1, and as a result, the superconducting critical current Im increases. Along with this, the superconducting critical current Im
The control current that flows in order to reduce the value also increases.
このようにコントロール線７に流れる大電流により、ジ
ョセフソン接合１近辺以外の所においてもコントロール
線７のまわりに大きな磁界を発生してしまう。このよう
な大きな磁界は、他の回路（図示せず）に影響を及ぼし
、他の周辺の回路の誤動作を招く原因となる。Due to the large current flowing through the control line 7 in this way, a large magnetic field is generated around the control line 7 even in locations other than the vicinity of the Josephson junction 1. Such a large magnetic field affects other circuits (not shown) and causes other peripheral circuits to malfunction.
本発明の目的は、大規模なジョセフソン集積回路におい
て小さなコントロール電流でジョセフソン接合部に必要
な磁界を発生させ、ジョセフソン接合部以外の周辺の回
路に与える影響を少なくしたジョセフソンレギュレータ
を提供することにある。An object of the present invention is to provide a Josephson regulator that generates a necessary magnetic field at a Josephson junction with a small control current in a large-scale Josephson integrated circuit, and reduces the influence on peripheral circuits other than the Josephson junction. It's about doing.
上記目的を達成するために、コントロール線を平面コイ
ル状にしてジョセフソン接合部に配置した。To achieve the above objective, a control wire was formed into a planar coil and placed at the Josephson junction.
このため小さなコントロール電流でもってジョセフソン
接合部に必要な磁界を発生できるので。Therefore, the required magnetic field at the Josephson junction can be generated with a small control current.
磁気ノイズの発生によるジョセフソン接合部以外の周辺
の回路に与える影響が少なくなる。The influence of magnetic noise on peripheral circuits other than the Josephson junction is reduced.
本発明の実施例を図面により説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図（ａ）は１個のジョセフソンレギュレータ１０を
構成するジョセフソン接合１に平面コイル状のコントロ
ール線４を設置したものである。FIG. 1(a) shows a Josephson junction 1 constituting one Josephson regulator 10 in which a planar coil-shaped control line 4 is installed.
第１図（ｂ）にジョセフソン接合１のＡＡ’部の断面図
を示す。ジョセフソンレギュレータ１０を構成するジョ
セフソン接合１は下部電極２０と上部電極３０と画電極
２０．３０にはさまれた層間絶縁膜４０及び障壁層５０
とからなる。このようにすると、コントロール線４に流
れる電流で発生する磁界が重なり合ってジョセフソン接
合部１に発生する磁界が大きくなる。この結果、レギュ
レータ１０を構成するジョセフソン接合１の超電導臨界
電流Ｉｍを減らすために流すコントロールＬ＠４の電流
は従来の１本のコントロール線を設けた場合に比較して
少なくてよいことになる。ここで、Ｉａｃは電源電流、
Ｉｃはコントロール電流である。FIG. 1(b) shows a cross-sectional view of the AA' portion of the Josephson junction 1. The Josephson junction 1 constituting the Josephson regulator 10 includes an interlayer insulating film 40 and a barrier layer 50 sandwiched between a lower electrode 20, an upper electrode 30, and a picture electrode 20.30.
It consists of In this way, the magnetic fields generated by the current flowing through the control line 4 overlap, and the magnetic field generated at the Josephson junction 1 increases. As a result, the current flowing through the control L@4 to reduce the superconducting critical current Im of the Josephson junction 1 constituting the regulator 10 can be reduced compared to the case where one conventional control line is provided. . Here, Iac is the power supply current,
Ic is a control current.
これまで、３’ＯｍＡの台形波電流を得るために２０〜
３０ｍＡのコントロール電流を必要としていたが、本発
明によりコントロール線の本数分の１の値例えば、第１
図の実施例では７〜１０ｍＡに減らすことができる。さ
らに減らすにはコントロール線の数を増やしてやればよ
い。Until now, in order to obtain a trapezoidal current of 3'OmA, 20~
A control current of 30 mA was required, but with the present invention, a control current of 1/1 of the number of control lines, for example, the first
In the illustrated embodiment, it can be reduced to 7-10 mA. To further reduce it, increase the number of control lines.
第７図（ａ）の実施例は、４個のジョセフソン接合１を
直列に接続してレギュレータ１０を構成し、平面コイル
状のコントロール線４の各部分に４つのジョセフソン接
合１がそれぞれ配置されるようにしたものである。第７
図（ｂ）は、（ａ）の等価回路図であり、平面コイル状
のコントロール線の配置を示したものである。Ｉａｃは
第３図の端子６から流れる電源電流であり、各ジョセフ
ソン接合部１を流れる。Ｉｃは各ジョセフソン接合部１
に配置された平面コイル状のコントロール線４に流れる
コントロール電流である。In the embodiment shown in FIG. 7(a), a regulator 10 is constructed by connecting four Josephson junctions 1 in series, and four Josephson junctions 1 are arranged in each part of a planar coil-shaped control line 4. It was designed so that 7th
Figure (b) is an equivalent circuit diagram of (a), showing the arrangement of planar coil-shaped control lines. Iac is the power supply current flowing from terminal 6 in FIG. 3 and flowing through each Josephson junction 1. Ic is each Josephson junction 1
This is the control current that flows through the planar coil-shaped control wire 4 arranged at .
２０はジョセフソン接合部の下部電極、３０は上部電極
である。ジョセフソン集積回路では、回路電流を安定に
するため交流台形波の振幅を１２ｍＶ程度に設定するの
で、ジョセフソンレギュレータ１０は１個のギャップ電
圧Ｖｇが３ｍＡ程度のジョセフソン接合１を４つ直列に
接続して構成されることが多い。20 is the lower electrode of the Josephson junction, and 30 is the upper electrode. In the Josephson integrated circuit, the amplitude of the AC trapezoidal wave is set to about 12 mV in order to stabilize the circuit current, so the Josephson regulator 10 consists of four Josephson junctions 1, each with a gap voltage Vg of about 3 mA, connected in series. Often configured by connecting.
第１図の実施例では、１つのジョセフソン接合１にコン
トロール線を平面コイル状にして配置しているため、ジ
ョセフソン接合１以外の部分にも余分にコントロール線
が配置されている領域が存在しているが、第７図の実施
例は、この余分にコントロール線が配置されている領域
を有効に利用して、この領域にもジョセフソン接合１を
設置したものである。In the embodiment shown in FIG. 1, since the control wires are arranged in a planar coil shape in one Josephson junction 1, there are areas where extra control wires are arranged in areas other than the Josephson junction 1. However, in the embodiment shown in FIG. 7, this extra area where the control line is arranged is effectively utilized, and the Josephson junction 1 is also installed in this area.
第８図（ａ）は第７図に示した４個のジョセフソン接合
１を直列に接続したレギュレータを２つ配置して、２つ
のレギュレータＩＯＡ、ＩＯＢにコントロール線４を接
続したものである。In FIG. 8(a), two regulators each having four Josephson junctions 1 shown in FIG. 7 connected in series are arranged, and a control line 4 is connected to the two regulators IOA and IOB.
第８図（ａ）は、同図（ｂ）の等価回路図を示す、この
回路図かられかるように、４つのジョセフソン接合部Ｉ
Ａで構成されるレギュレータ１０Ａと、４つのジョセフ
ソン接合部ＩＢで構成されるレギュレータＩＯＢは、同
一のコントロール電流Ｉｃで制御される。FIG. 8(a) shows an equivalent circuit diagram of FIG. 8(b). As can be seen from this circuit diagram, four Josephson junctions I
The regulator 10A made up of A and the regulator IOB made up of four Josephson junctions IB are controlled by the same control current Ic.
本発明によれば、コントロール電流が少なくてても、ジ
ョセフソン接合部に必要な磁界を発生できるため、磁気
ノイズの発生などによる周辺の回路に及ぼす影響を少な
くできるという効果がある。According to the present invention, even if the control current is small, a necessary magnetic field can be generated at the Josephson junction, so that the effect of magnetic noise on peripheral circuits can be reduced.
【図面の簡単な説明】
第１（ａ）図は、本発明の一実例のジョセフソンレギュ
レータの模式図、第１図（ｂ）はジョセフソンレギュレ
ータの断面図を示す。
第２図（ａ）は、ジョセフソンレギュレータの入力電圧
の波形図、第２図（ｂ）はジョセフソンレギュレータの
等価回路図、第２図（ｃ）は、ジョセフソンレギュレー
タの出力電圧の波形図を示す。
第３図は、ジョセフソン接合部の電圧電流特性を示す。
第４図は、ジョセフソンレギュレータ及び論理回路の等
価回路図を示す。
第５図は、ジョセフソン接合の電圧電流特性において、
超電導状態から電圧状態への遷移を示す図であり、同図
（ａ）はジョセフソン接合の超電導臨界電流Ｉｍが大き
い場合、同図（ｂ）はジョセフソン接合の超電導臨界電
流Ｉｍの小さい場合を示す。
第６図は、ジョセフソンレギュレータの出力電圧の波形
を示す図であり、同図（ａ）は第５図（ａ）に対応して
おり超電導臨界電流Ｉｍの大きい場合、同図（ｂ）は第
５図（ｂ）に対応しており、超電導臨界電流Ｉｍの小さ
い場合を示す。
第７図は、本発明の他の実施例であり、同図（ａ）はジ
ョセフソンレギュレータの模式図、同図（ｂ）はその等
価回路図を示す。
第８図は、本発明のさらに他の実施例であり、同図（ａ
）はその模式図、同図（ｂ）はその等価回路図を示す。
１・・・ジョセフソン接合、２・・・電源バス、３・・
・電源抵抗、４・・・コントロール線、５・・・論理回
路、１０・・・ジョセフソンレギュレータ、２０・・・
下部電極、３０・・・上部電極、４０・・・層間絶線膜
、５ｏ・・・障壁層。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1(a) is a schematic diagram of a Josephson regulator according to an example of the present invention, and FIG. 1(b) is a sectional view of the Josephson regulator. Figure 2 (a) is a waveform diagram of the input voltage of the Josephson regulator, Figure 2 (b) is an equivalent circuit diagram of the Josephson regulator, and Figure 2 (c) is a waveform diagram of the output voltage of the Josephson regulator. shows. FIG. 3 shows the voltage-current characteristics of a Josephson junction. FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram of the Josephson regulator and logic circuit. Figure 5 shows the voltage-current characteristics of a Josephson junction.
These are diagrams showing the transition from a superconducting state to a voltage state, in which (a) shows the case where the superconducting critical current Im of the Josephson junction is large, and (b) shows the case where the superconducting critical current Im of the Josephson junction is small. show. FIG. 6 is a diagram showing the waveform of the output voltage of the Josephson regulator. FIG. 6(a) corresponds to FIG. 5(a), and when the superconducting critical current Im is large, FIG. This corresponds to FIG. 5(b) and shows the case where the superconducting critical current Im is small. FIG. 7 shows another embodiment of the present invention, in which (a) is a schematic diagram of a Josephson regulator, and (b) is an equivalent circuit diagram thereof. FIG. 8 shows still another embodiment of the present invention, and FIG.
) shows its schematic diagram, and figure (b) shows its equivalent circuit diagram. 1...Josephson junction, 2...Power bus, 3...
・Power supply resistance, 4... Control line, 5... Logic circuit, 10... Josephson regulator, 20...
Lower electrode, 30... Upper electrode, 40... Interlayer insulation film, 5o... Barrier layer.
Claims (1)
抗して配置され、該ジョセフソン接合部に流れる超電導
臨界電流を制御するための電流を流すコントロール線と
からなるジョセフソンレギュレータにおいて、該コント
ロール線を平面コイル状にしたことを特徴とするジョセ
フソンレギュレータ。1. A Josephson regulator consisting of a Josephson junction and a control line that is placed opposite the Josephson junction and carries a current for controlling the superconducting critical current that flows through the Josephson junction. A Josephson regulator characterized by a planar coiled wire.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61148287A JPS636917A (en) | 1986-06-26 | 1986-06-26 | Josephson regulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61148287A JPS636917A (en) | 1986-06-26 | 1986-06-26 | Josephson regulator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS636917A true JPS636917A (en) | 1988-01-12 |
Family
ID=15449394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61148287A Pending JPS636917A (en) | 1986-06-26 | 1986-06-26 | Josephson regulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS636917A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS525282A (en) * | 1975-06-30 | 1977-01-14 | Ibm | Josephson junction circuit |
-
1986
- 1986-06-26 JP JP61148287A patent/JPS636917A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS525282A (en) * | 1975-06-30 | 1977-01-14 | Ibm | Josephson junction circuit |
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