JPH0390920A - ジョセフソンレギュレータ回路 - 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〕 本発明は、ジョセフソン集積回路のパワーバスにバイア
ス電流を供給する電源供給回路に関し、より詳しくは外
部から供給される正弦波入力電流をジョセフソン集積回
路に最適な台形波状のバイアス電流に変換するジョセフ
ソンレギュレータ回路に関する。

〔従来の技術〕

従来、ジョセフソン集積回路のためのこのようなレギュ
レータ回路としては、複数個のジョセフソン接合を直列
に接続した回路をジョセフソン集積回路のパワーバスと
接地面間に挿入した回路が知られている。このことは、
例えば、テクニカル・ダイジェスト・オブ・ザ・インタ
ーナショナル・エレクトロン・デバイシイス・ミーティ
ング誌（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　ｔ
ｈｅ　ＩｎｔｅｒｎａｔｆｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｎ　
Ｄｅｖｉｃｅｓ　Ｍｅｅｔｉｎｇ）　、　１９７９年、
第４８９〜第４９２頁に記載されている。

第３図は、この従来の技術によるジョセフソンレギュレ
ータ回路の一例を示す回路図である。第３図を参照して
、従来のジョセフソンレギュレータ回路の動作を説明す
る。このジョセフソンレギュレータ回路は、４個の直列
接続されたジョセフソン接合と各ジョセフソン接合に磁
気的に結合するように配置された制御配線２から構成さ
れる。

ジョセフソンレギュレータは、端子ＡＣに入力した正弦
波交流電流をジョセフソン接合の非線形な電流−電圧特
性を使用して端子Ｏｕｔに接続されたジョセフソン集積
回路のパワーバスに台形波状の交流電流を送り出す回路
である。

第４図は、このジョセフソンレギュレータ回路に加える
正弦波入力波形（ａ）と台形波状の出力電流波形（制御
配線にＤＣ電流を加えない場合（ｂ）と加えた場合（Ｃ
））を示した図である。

第４図は、ジョセフソン接合の電流−電圧特性の概略図
を示した図である。

第４図及び第５図を参照してこのジョセフソンレギュレ
ータ回路の動作原理をさらに詳しく説明する。

最初に制御配線ＤＣに電流を流さない場合のジョセフソ
ンレギュレータの動作について説明する。この場合の出
力波形は、第４図（ｂ）に示したように、入力の正弦波
電流が零（Ａ点）から増大しても、その値がジョセフソ
ン接合の臨界電流値（Ｉｏ）を越えないうちは電流は全
て接合を通って接地に流れるため出力に電流は流れない
（Ａ−Ｂ点）。さらに電流が増大すると、ジョセフソン
接合は電圧状態にスイッチするため出力に電流が流れ（
０点）、さらに入力電流が増大しても動作点は接合特性
のギャップ領域（定電圧領域）にあるため出力電流値は
ほぼ一定の値に整形される（Ｃ−Ｄ点）。この間、余分
な電流分は、ジョセフソン接合を通して漏れ電流として
接地に流れている。出力電流の大きさは、接合のギャッ
プ電圧とパワーバスの付加抵抗値により決定される。ま
た、出力電流値をほぼ一定に保つためには、動作点が第
５図の接合特性のギャップ領域を出ないようにすればよ
い。このため、入力制限波電流の最大値は、ギャップ電
圧領域での最大電流値（ＩＧ　）を越えないように設計
すればよい。次に、入力の制限波電流がその最大値（Ｄ
点）から出力電流値まで減少する間は、出力電流はほぼ
一定値に保たれ（Ｄ−Ｅ点）、さらに減少すると動作点
は接合特性のサブギャップ領域に入るため、ジョセフソ
ン接合は高インピーダンス状態になり、入力電流の大部
分が出力に流れる（Ｅ−Ａ点）。負の極性部分の正弦波
入力電流に対しても、ジョセフソン接合の電流−電圧特
性が電流・電圧の極性に対して対称であるため、同様の
動作を行う。

次に、制御配線に直流電流を流した場合のジョセフソン
レギュレータの動作について説明する。

この直流電流は、ジョセフソン接合に対して磁場を発生
することにより、ジョセフソン接合の超伝導電流を除去
（抑制）している。この場合の出力波形は、第４図（Ｃ
）に示したように、入力の正弦波電流が零（Ａ点）から
出力電流値まで増大する間は、ジョセフソン接合は高イ
ンピーダンスの電圧状態になり、入力電流の大部分は出
力に流れる。入力電流が出力電流値に達すると接合特性
での動作点は、ギャップ電圧部（Ｅ点）になり、さらに
入力電流が増大しても動作点はギャップ電圧部（Ｅ−Ｄ
点）にあるため、出力には一定の電流が流れる。その後
の動作については、制御線に電流を流さない場合と同様
である。第４図（ｂ）と第４図（ｃ）を較べてわかるよ
うに、制御線に直流電流を流してジョセフソン接合に磁
場を加えた場合のほうが、出力電流が一定の領域（全領
域に対するこの部分の割合をデユーティという）が広く
なる。ジョセフソン集積回路は、バイアス電流として電
流値が一定の領域で動作させるため、この領域が広い即
ちデユーティが大きいほうが電源として望ましい。特に
ＩＧＨｚ以上のクロックで高速動作を行うためには、こ
のことは非常に重要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の技術によるジョセフソンレギュレータ回
路では、ジョセフソン接合に直接磁場を加える必要があ
り、ジョセフソン接合の面積を考慮すると、ジョセフソ
ン接合の超伝導電流を抑制するためには、制御配線に大
きな電流を流して太き磁場を発生する必要があるという
問題点があった。又、集積回路化する場合には、ジョセ
フソン接合を形成した後、さらにその上部に絶縁層を介
して制御配線を形成する必要がある。このため、素子構
造がより多層になり複雑になるという問題点があった。

本発明の目的は、これらの問題点を除去したジョセフソ
ンレギュレータ回路を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、一端がジョセフソン集積回路のパワーバスに
接続され、他端が接地に接続された少なくとも１個の、
−本の制御配線を有する磁気結合型超伝導量子干渉計を
含むレギュレータ要素回路と、前記磁気結合型超伝導量
子干渉計の前記制御配線に接続された制御信号入力端子
と、前記レギュレータ要素回路の前記ジョセフソン集積
回路のパワーバスに接続された側の一端に接続された正
弦波電流入力端子とから構成されたジョセフソンレギュ
レータ回路であって、前記磁気結合型超伝導量子干渉計
が、少なくとも２個のジョセフソン接合を含む少なくと
も１個の超伝導ループと、前記超伝導ループに磁気的に
結合するように配置された一本の制御配線とから槽底さ
れているというものである。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図（ａ）
及び（ｂ）はそれぞれこの実施例に用いる２接合超伝導
量子干渉計（２Ｊ−３ＱＵＩＤ）を示す斜視模式図及び
等価回路図である。

ｔｔ２Ｊ−ｓｑｕＩＤについて説明する。

これは、平面型の磁気結合型超伝導量子干渉計であるが
、２つのジョセフソン接合Ｊ、、Ｊ２を含む超伝導ルー
プｌａ（下部配線１ｂに接続されている）が接地面（図
示しない）に対して平行に形成されている９制御配線１
ｄをジョセフソン接合を形成する上部配線層と同じ層成
の膜で形成することができる。このことは、磁気結合型
超伝導量子干渉計では、制御配線により発生する磁場を
直接ジョセフソン接合ではなく、ジョセフソン接合を含
んだ超伝導ループに結合させればよいためである。従っ
て、従来の技術のように制御配線を形成するために新た
に層成の高い配線層を形成する必要がないため、素子構
造が簡単になり製造プロセスが容易になる。また、磁気
結合型超伝導量子干渉計では、超伝導電流を抑制するの
に必要となる直流の制御電流は、１個のジョセフソン接
合の場合に比して非常に小さくできる。

第↓図に示す実施例は、一端がジョセフソン集積回路３
のパワーバスＰＢに接続され、他端が接地に接続された
少なくとも１個の、−本の制御配線２を有する磁気結合
型超伝導量子干渉計を含むレギュレータ要素回路と、前
述の磁気結合型超伝導量子干渉計の制御配線２に接続さ
れた制御信号入力端子ＤＣと、レギュレータ要素回路の
ジョセフソン集積回路のパワーバスに接続された側の一
端に接続された正弦波電流入力端子ＡＣとから構成され
たジョセフソンレギュレータ回路であって、磁気結合型
超伝導量子干渉計が、２個のジョセフソン接合Ｊ、、Ｊ
２を含むｌ個の超伝導ループ１ａと、超伝導ループ１ａ
に磁気的に結合するように配置された一本の制御配線１
ｄとからなる表面型２Ｊ−８ＱＵ　Ｉ　Ｄであり、レギ
ュレータ要素回路はこの２Ｊ−３ＱＵＩＤを４個直列に
接続して正弦波電流入力端子ＡＣと接地間に挿入したと
いうものである。

動作については、従来例と基本的には同じである。

つまり、制御電流が零の場合、１個のジョセフソン接合
の臨界電流値工０の２倍の電流までは２Ｊ−３ＱＵＩＤ
は、零電圧状態であり、出力側にｔ流は流れない。制御
電流を加えると、ジョセフソン接合が電圧状態にスイッ
チする電流値は下がる。つまり、第４図において、Ｉｏ
→２Ｉｏとすれば、この実施例の動作に対応した図が得
られる。

従来例より小さな直流電流値で超伝導電流を抑制でき、
又、平面型であるから制御配線をジョセフソン接合を形
成する上部配線と同じ層成の膜で形成できるので製造プ
ロセスが簡単になることは前述したとうりである。

本実施例では、２接合超伝導量子干渉計を４個直列に接
続したが、任意の個数にしても同様の効果が得られる。

また、本実施例では、２接合超伝導量子干渉計を用いた
が、この代わりに３接合超伝導量子干渉計を用いても同
様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は磁気結合型超伝導量子干渉
計を用いているので、ジョセフソンゲートを用いた従来
例に比べて小さな直流電流値で超伝導電流を抑制してデ
ユーティを大きくとることができ、又、平面型の磁気結
合型超伝導量子干渉計を用いることにより製造プロセス
が簡単なジョセフソンレギュレータ回路を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す回路図、第２図＜ａ
）及び（ｂ）は本発明のジョセフソンレギュレータ回路
の磁気結合型超伝導量子干渉計（ＳＱＵＩＤ）部分の概
略を示す斜視模式図及び等価回路図、第３図は、従来の
技術によるジョセフソンレギュレータ回路の一例を示す
回路図、第４図は、ジョセフソンレギュレータ回路に加
える入力電流波形と出力電流波形を示した図、第５図は
、ジョセフソン接合の電流−電圧特性の概略材を示した
図である。 １−１〜１−４・・・２接合超伝導量子干渉計（２Ｊ−
３ＱＵＩＤ）、２・・・制御配線、３・・・ジョセフソ
ン集積回路、４・・・ジョセフソンレギュレータ、ＡＣ
・・・制限波電流入力端子、ＤＣ・・・制御信号入力端
子、Ｏｕｔ・・・出力端子、ＰＢ・・・パワーバス。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端がジョセフソン集積回路のパワーバスに接続
   され、他端が接地に接続された少なくとも１個の、１本
   の制御配線を有する磁気結合型超伝導量子干渉計を含む
   レギュレータ要素回路と、前記磁気結合型超伝導量子干
   渉計の前記制御配線に接続された制御信号入力端子と、
   前記レギュレータ要素回路の前記ジョセフソン集積回路
   のパワーバスに接続された側の一端に接続された正弦波
   電流入力端子とから構成されたジョセフソンレギュレー
   タ回路であって、前記磁気結合型超伝導量子干渉計が、
   少なくとも２個のジョセフソン接合を含む少なくとも１
   個の超伝導ループと、前記超伝導ループに磁気的に結合
   するように配置された一本の制御配線とから構成されて
   いることを特徴とするジョセフソンレギュレータ回路。
2. （２）レギュレータ要素回路は、磁気結合型超伝導量子
   干渉計が少なくとも２個直列に接続された回路から構成
   された請求項（１）記載のジョセフソンレギュレータ回
   路。
3. （３）磁気結合型超伝導量子干渉計は表面型である請求
   項（１）又は（２）記載のジョセフソンレギュレータ回
   路。