JPH0750802B2 - 超伝導磁束量子論理回路 - Google Patents
超伝導磁束量子論理回路Info
- Publication number
- JPH0750802B2 JPH0750802B2 JP3168055A JP16805591A JPH0750802B2 JP H0750802 B2 JPH0750802 B2 JP H0750802B2 JP 3168055 A JP3168055 A JP 3168055A JP 16805591 A JP16805591 A JP 16805591A JP H0750802 B2 JPH0750802 B2 JP H0750802B2
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- Japan
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- loop
- sub
- logic circuit
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- Logic Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】超伝導磁束量子論理回路は超高速
アナログ・デジタル変換器、超高速デジタル・アナログ
変換器、超高速加算器等に用いられる。特にその超高速
加算器は脳磁界計測用多チャンネルＳＱＵＩＤ磁束計の
信号処理に用いることができる。
アナログ・デジタル変換器、超高速デジタル・アナログ
変換器、超高速加算器等に用いられる。特にその超高速
加算器は脳磁界計測用多チャンネルＳＱＵＩＤ磁束計の
信号処理に用いることができる。
【０００２】
【従来技術】磁束駆動型超伝導磁束量子論理回路（特開
昭６１−３４９８６号公報参照）を図６に示す。同図で
Ｌ1 は第１の副ル−プ、Ｌ2 は第２の副ル−プ、Ｓはト
ランスの２次側、Ｐはトランスの１次側、Ｔはトランス
そしてＪ1 、Ｊ2 はジョセフソン接合である。この超伝
導磁束量子論理回路ではトランス結合とジョセフソン結
合とがスイッチ部を構成している。図８と図９とを参照
して動作を説明する。先ずトランスの１次側Ｐにクロッ
ク交流電流を流すとそれによって交番磁束が発生する。
この磁束の振幅の変化に応じてジョセフソン接合が開閉
する。ジョセフソン接合の電流・電圧特性を示す図９か
ら明らかなように、クロック交流信号がからへ変化
すると電圧はからへヒステリシスル−プを描いて変
化する。この変化の内からは電圧状態でジョセフソ
ン接合は超伝導状態にはなくスイッチ部は開いている。
このスイッチ部が開いている状態では、図８の左の図に
示すように磁束量子Φ0 ＝ｈ／２ｅ（ｈはプランクの定
数、ｅは電子の電荷量）は主ル−プ内にはあるが、左右
の副ル−プの何れにも含まれてはいない。臨界点を超
えると、電圧は零となりジョセフソン接合は超伝導状態
となり、この状態はからを経て再び臨界点を超
えるまで継続し、その間スイッチ部は閉じ、磁束量子Φ
0 は図８の右上又は左下に示すように左右何れかの副ル
−プに入る。左右どちらの副ル−プに磁束量子Φ0 を入
れるかは外的条件（入力信号）によるのであり、この外
的条件に応じて左右何れかの副ル−プに入った状態を０
もしくは１に対応させることにより超伝導磁束量子論理
回路として機能させることができる。電圧・電流特性が
ヒステリシスを持っている場合について説明したが、電
圧・電流特性のがに接近し、がに接近して
電圧・電流特性がヒステリシスを持たない場合でも全く
同様に動作することは図９から理解されよう。
昭６１−３４９８６号公報参照）を図６に示す。同図で
Ｌ1 は第１の副ル−プ、Ｌ2 は第２の副ル−プ、Ｓはト
ランスの２次側、Ｐはトランスの１次側、Ｔはトランス
そしてＪ1 、Ｊ2 はジョセフソン接合である。この超伝
導磁束量子論理回路ではトランス結合とジョセフソン結
合とがスイッチ部を構成している。図８と図９とを参照
して動作を説明する。先ずトランスの１次側Ｐにクロッ
ク交流電流を流すとそれによって交番磁束が発生する。
この磁束の振幅の変化に応じてジョセフソン接合が開閉
する。ジョセフソン接合の電流・電圧特性を示す図９か
ら明らかなように、クロック交流信号がからへ変化
すると電圧はからへヒステリシスル−プを描いて変
化する。この変化の内からは電圧状態でジョセフソ
ン接合は超伝導状態にはなくスイッチ部は開いている。
このスイッチ部が開いている状態では、図８の左の図に
示すように磁束量子Φ0 ＝ｈ／２ｅ（ｈはプランクの定
数、ｅは電子の電荷量）は主ル−プ内にはあるが、左右
の副ル−プの何れにも含まれてはいない。臨界点を超
えると、電圧は零となりジョセフソン接合は超伝導状態
となり、この状態はからを経て再び臨界点を超
えるまで継続し、その間スイッチ部は閉じ、磁束量子Φ
0 は図８の右上又は左下に示すように左右何れかの副ル
−プに入る。左右どちらの副ル−プに磁束量子Φ0 を入
れるかは外的条件（入力信号）によるのであり、この外
的条件に応じて左右何れかの副ル−プに入った状態を０
もしくは１に対応させることにより超伝導磁束量子論理
回路として機能させることができる。電圧・電流特性が
ヒステリシスを持っている場合について説明したが、電
圧・電流特性のがに接近し、がに接近して
電圧・電流特性がヒステリシスを持たない場合でも全く
同様に動作することは図９から理解されよう。
【０００３】図６の磁束駆動型超伝導磁束量子論理回路
は満足すべきものではあるが、磁束駆動型であるためト
ランス２次側のインダクタンスと、トランスの１次側と
２次側との相互インダクタンスとはある必要とする大き
さとしなければならず、このためスイッチ部のコイルの
サイズを小さくすることができず、製作の困難さとあい
まって、どうしても回路が大きくなるという問題があっ
た。
は満足すべきものではあるが、磁束駆動型であるためト
ランス２次側のインダクタンスと、トランスの１次側と
２次側との相互インダクタンスとはある必要とする大き
さとしなければならず、このためスイッチ部のコイルの
サイズを小さくすることができず、製作の困難さとあい
まって、どうしても回路が大きくなるという問題があっ
た。
【０００４】図７に従来の電流注入型のスイッチを含む
超伝導磁束量子論理回路を示す。動作にあたってはクロ
ック電流は片方の副ル−プＬ2 だけに流れる。この比較
的大きい副ル−プに流れるクロック電流は隣接する論理
回路の誤動作を生じさせる雑音磁界をつくる。
超伝導磁束量子論理回路を示す。動作にあたってはクロ
ック電流は片方の副ル−プＬ2 だけに流れる。この比較
的大きい副ル−プに流れるクロック電流は隣接する論理
回路の誤動作を生じさせる雑音磁界をつくる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上に鑑み、本発明は
微細加工技術が許す限り小さくすることができ、周囲へ
雑音磁界を漏洩させることのない超伝導磁束量子論理回
路を提供することを目的とする。
微細加工技術が許す限り小さくすることができ、周囲へ
雑音磁界を漏洩させることのない超伝導磁束量子論理回
路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の本発明の目的は電
流注入型超伝導磁束量子論理回路のスイッチ部を改良す
ることにより達成される。すなわち、図１に示すように
スイッチ部は第１の副ル−プＬ1 の第２の副ル−プＬ2
への隣接側の部分ｌ1 に直列に接続した一対のジョセフ
ソン接合Ｊ1 ，Ｊ2 と、第２の副ル−プＬ2 の第１の副
ル−プＬ1 への隣接側の部分ｌ2 に直列に接続した一対
のジョセフソン接合Ｊ3 ，Ｊ4 と、各対の２つのジョセ
フソン接合の接続点Ｃ1 ，Ｃ2 に接続したクロック信号
供給手段と、各対のジョセフソン接合と副ル−プとの接
続点を相互に接続する手段ｌ3 、ｌ4 とを含む。ここに
使用するジョセフソン接合は準平面型ジョセフソン接合
であり、図５にその構成の概略を示す。同図において１
０は超伝導体（ニオブ）であり、１２は絶縁層であり、
１１は超伝導体（ニオブ）であり、そして１３は常伝導
金属の弱結合部であり、一例としてその接合面積は２．
２×１０-11 ｃｍ2 である。このデバイスを液体ヘリウ
ム温度にすると超伝導状態となり、無電圧で有限値の電
流（クロック電流）が超伝導体１１、常伝導金属１３、
超伝導体１０を流れる。この超伝導状態でスイッチ部は
閉じ、主ル−プは２つの副ル−プに分けられ、一方の副
ル−プへ量子磁束を入れる。
流注入型超伝導磁束量子論理回路のスイッチ部を改良す
ることにより達成される。すなわち、図１に示すように
スイッチ部は第１の副ル−プＬ1 の第２の副ル−プＬ2
への隣接側の部分ｌ1 に直列に接続した一対のジョセフ
ソン接合Ｊ1 ，Ｊ2 と、第２の副ル−プＬ2 の第１の副
ル−プＬ1 への隣接側の部分ｌ2 に直列に接続した一対
のジョセフソン接合Ｊ3 ，Ｊ4 と、各対の２つのジョセ
フソン接合の接続点Ｃ1 ，Ｃ2 に接続したクロック信号
供給手段と、各対のジョセフソン接合と副ル−プとの接
続点を相互に接続する手段ｌ3 、ｌ4 とを含む。ここに
使用するジョセフソン接合は準平面型ジョセフソン接合
であり、図５にその構成の概略を示す。同図において１
０は超伝導体（ニオブ）であり、１２は絶縁層であり、
１１は超伝導体（ニオブ）であり、そして１３は常伝導
金属の弱結合部であり、一例としてその接合面積は２．
２×１０-11 ｃｍ2 である。このデバイスを液体ヘリウ
ム温度にすると超伝導状態となり、無電圧で有限値の電
流（クロック電流）が超伝導体１１、常伝導金属１３、
超伝導体１０を流れる。この超伝導状態でスイッチ部は
閉じ、主ル−プは２つの副ル−プに分けられ、一方の副
ル−プへ量子磁束を入れる。
【０００７】図１においてクロック電流はＣ1 −Ｊ2 −
l4−Ｊ4 −Ｃ2 を通り、そしてＣ1−Ｊ1 −l3−Ｊ3 −
Ｃ2 を通って流れ、いずれの副ル−プも流れることはな
く、隣接回路に対して雑音磁界を発生することはない。
又このスイッチ部は構造が簡単であり、集積回路として
作り易く、微細加工技術の限界まで小さくすることがで
き、それに従って集積度を上げることができる。
l4−Ｊ4 −Ｃ2 を通り、そしてＣ1−Ｊ1 −l3−Ｊ3 −
Ｃ2 を通って流れ、いずれの副ル−プも流れることはな
く、隣接回路に対して雑音磁界を発生することはない。
又このスイッチ部は構造が簡単であり、集積回路として
作り易く、微細加工技術の限界まで小さくすることがで
き、それに従って集積度を上げることができる。
【０００８】
【実施例】本発明の第１の実施例を図２に示し、そのス
イッチ部を図１０に示す。１０、は水晶基板（図の紙面
に相当）に形成したニオブ膜であり、Ｊ1 、Ｊ2 、
Ｊ3 、Ｊ4 は図５のジョセフソン接合であって、図５に
示すようにニオブ膜１０の上に絶縁層１２を介してニオ
ブ膜１１を形成し、常伝導金属の弱結合部１３を形成す
る。クロック電流の流れは図１０に示す。
イッチ部を図１０に示す。１０、は水晶基板（図の紙面
に相当）に形成したニオブ膜であり、Ｊ1 、Ｊ2 、
Ｊ3 、Ｊ4 は図５のジョセフソン接合であって、図５に
示すようにニオブ膜１０の上に絶縁層１２を介してニオ
ブ膜１１を形成し、常伝導金属の弱結合部１３を形成す
る。クロック電流の流れは図１０に示す。
【０００９】本発明の第２の実施例を図３に示し、第３
の実施例を図４に示す。いずれも第１の実施例に比して
製作し易い。
の実施例を図４に示す。いずれも第１の実施例に比して
製作し易い。
【００１０】
【発明の効果】本発明に従ってスイッチ部を構成するこ
とによりクロック電流は極めて限られた中心区域に流
れ、周囲への雑音源となるような広範囲に磁束を漏洩す
ることはない。又、そのスイッチ部の構成は非常に小さ
く、密度の高い集積回路の形成に有利である。
とによりクロック電流は極めて限られた中心区域に流
れ、周囲への雑音源となるような広範囲に磁束を漏洩す
ることはない。又、そのスイッチ部の構成は非常に小さ
く、密度の高い集積回路の形成に有利である。
【図１】図１は本発明の超伝導磁束量子論理回路の回路
構成を示す。
構成を示す。
【図２】図２は本発明の第１の実施例を示す。
【図３】図３は本発明の第２の実施例を示す。
【図４】図４は本発明の第３の実施例を示す。
【図５】図５は準平面型ジョセフソン接合を略図的に示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図６】図６は従来の超伝導磁束量子論理回路の回路構
成を示す。
成を示す。
【図７】図７は別の従来の超伝導磁束量子論理回路の回
路構成を示す。
路構成を示す。
【図８】図８は超伝導磁束量子論理回路の動作説明図で
ある。
ある。
【図９】図９はジョセフソン接合の電圧・電流特性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図１０】図１０は本発明の第１の実施例のスイッチ部
の拡大斜視図である。
の拡大斜視図である。
Ｊ1 、Ｊ2 、Ｊ3 、Ｊ4 はジョセフソン接合 １０、１１はニオブ膜 １２は絶縁層 １３は常伝導金属 Ｌ1 は第１の副ル−プ Ｌ2 は第２の副ル−プ ｌ1 は第１の副ル−プＬ1 の第２の副ル−プＬ2 への隣
接側の部分 ｌ2 は第２の副ル−プＬ2 の第１の副ル−プＬ1 への隣
接側の部分 Ｃ1 ，Ｃ2 は接続点 ｌ3 、ｌ4 は副ル−プとジョセフソン接合の接続点を相
互に接続する手段
接側の部分 ｌ2 は第２の副ル−プＬ2 の第１の副ル−プＬ1 への隣
接側の部分 Ｃ1 ，Ｃ2 は接続点 ｌ3 、ｌ4 は副ル−プとジョセフソン接合の接続点を相
互に接続する手段
Claims (2)
- 【請求項１】 １つの超伝導主ル−プと、この超伝導主
ル−プを２つの隣接した第１と第２の副ル−プに分割す
るスイッチ部とを備えた超伝導磁束量子論理回路におい
て、前記のスイッチ部は第１の副ル−プの第２の副ル−
プへの隣接側の部分に直列に接続した一対のジョセフソ
ン接合と、第２の副ル−プの第１の副ル−プへの隣接側
の部分に直列に接続した一対のジョセフソン接合と、各
対の２つのジョセフソン接合の接続点に接続したクロッ
ク信号供給手段と、各対のジョセフソン接合と副ル−プ
との接続点を相互に接続する手段とを含むことを特徴と
した超伝導磁束量子論理回路。 - 【請求項２】 ジョセフソン接合の電極部が酸化物高温
超伝導体である請求項１に記載の超伝導磁束量子論理回
路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3168055A JPH0750802B2 (ja) | 1991-07-09 | 1991-07-09 | 超伝導磁束量子論理回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3168055A JPH0750802B2 (ja) | 1991-07-09 | 1991-07-09 | 超伝導磁束量子論理回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0522118A JPH0522118A (ja) | 1993-01-29 |
| JPH0750802B2 true JPH0750802B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=15860997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3168055A Expired - Fee Related JPH0750802B2 (ja) | 1991-07-09 | 1991-07-09 | 超伝導磁束量子論理回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0750802B2 (ja) |
-
1991
- 1991-07-09 JP JP3168055A patent/JPH0750802B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0522118A (ja) | 1993-01-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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