JPH0436136Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は極低温冷媒の消費が少なく、かつ被測
定常温信号伝達用常温−極低温間線路における高
周波損失が少なく、組立てが簡易で、かつ、極低
温チツプの冷却が確実な極低温信号計測処理装置
に関するものである。

（従来技術及び考案が解決しようとする問題点） 近年、常温信号でかつ立上り時間が10ps程度の
超高速信号波形やμAオーダの極微弱信号をジヨ
セフソンサンプリング法で測定する試み（１例と
して：（＊１）Mosko witz et al.；IEEE
Trans.on Mag−19，No.３，May 1983，p503等）
や、常温信号をジヨセフソン回路によつて処理す
る試みが、徐々に活発になつてきている。その場
合、通常、対象となる常温信号は、その波形を忠
実に保つたまま極低温下にあるジヨセフソンチツ
プに導入する必要がある。従つて、常温−極低温
間を結ぶ該常温信号伝達用線路としては、出来る
だけ短かい石英材料等の基体上に形成された薄膜
形ストリツプ線路等を用いることが必要である。
なお、石英材料は高周波損失の少ない材料として
知られている。しかしながら、該線路において、
この高周波損失量と常温環境下からの熱流入量は
相反関係にある。即ち、この高周波損失量は該基
体長さに反比例するため、例えば、該線路基体長
さを短かく形成すると該基体の熱抵抗が小さくな
り、常温下からの熱流入量が増大し、極低温用冷
媒（（＊１）の場合、液体ヘリウム）の消費量が
大きくなり過ぎるという問題が生ずる。

（従来例 １） 第７図は上記（＊１）の方式を図示したもので
あり、１は液体ヘリウム用デユア、２は長方形の
石英基板、３は石英基板２の上に形成された銅薄
膜ストリツプ線路、４は極低温チツプ、５は真空
排気栓、６は被測定常温チツプ、７は真空キヤビ
テイ、８は被測定常温チツプ６を昇温させるため
のヒータ、９は液体ヘリウムである。１０は液体
ヘリウム用デユア１の内容器である。なお、（＊
１）では被測定常温チツプ６は実際には装填され
ておらず、また、極低温チツプ４は低融点はんだ
（CCB；Controlled Collapsed Bonding）技術に
よりストリツプ線路３へ結合されている。また、
石英基板２の長さは約10cmと短かくし、被測定信
号のストリツプ線路３における高周波損失を出来
るだけ少なくしている。即ち、この例の場合、極
低温チツプ４は液体ヘリウム９に浸漬されている
ため、それは確実に極低温に冷却され、また、被
測定常温チツプ６および石英基板２の大部分は真
空下に設置することにより、極低温部への熱流入
量を出来るだけ減らすことが狙いとされている。
しかしながら、この場合、実際に実現出来た常温
チツプ６の温度は210Kであつた。これは、この
構造の場合、同図に示すように極低温チツプ４の
みならず石英基板２の一部も液体ヘリウム９に浸
漬する構造となつており、ヒータ８により被測定
常温チツプ６をその温度（210K）以上に昇温さ
せると、石英基板２の熱抵抗が不十分であるため
常温チツプ側からの熱流入量が大きく、従つて、
液体ヘリウム消費量が大きくなりすぎたためで、
このことは別途の実験によつて証明されている。
即ち、この目的のためには極低温チツプ４と被測
定常温チツプ６の間の石英基板２などの熱抵抗が
小さすぎることが分る。もし、この熱抵抗を大き
くするために石英基板２の長さを長くすると、被
測定信号の高周波損失量がその長さに比例して大
きくなるため、それを長くすることは出来ない。

（従来例 ２） 第８図は以上の欠点に鑑み、以前、本発明者ら
が考案した方式であつて、（従来例１）における
と同一の機能を有する部位には従来例と同一の番
号を付した。ここで、第８図イはこの装置の全体
構成図、ロ図はイ図におけるこの装置の底蓋をは
ずし、その底面より上方を眺めた図である。ここ
で、１１は石英基板２の先端に形成された貫通穴
である。なお、石英基板２は例えば幅１cm、長さ
約10cm、厚さ約１mm程度の長方状である。また、
極低温チツプ４とストリツプ線路３との間は１２
のワイアボンドでその電気的結合が行われる構造
となつている。また、極低温チツプ４と内容器１
０との間には一般に低温グリス１３を介在させ
る。即ち、ここで極低温チツプ４は内容器１０の
底面にその裏面を密着させることにより、極低温
チツプ４の極低温条件を実現する構造となつてい
る。なお、ここで、石英基板２は一般には液体ヘ
リウム用デユア１には直接接触させない。もし接
触させる場合には、イ図に示すように熱抵抗の大
きい小片１４を石英基板２と内容器１０の間に介
在させる。ところで、このような構造の場合、基
本的に極低温チツプ４の冷却と液体ヘリウム９の
消費の間に矛盾はなくなつたが、屡々極低温チツ
プ４の内容器１０への密着不良が起こり、極低温
チツプ４の冷却が不十分になるという新たな問題
が生じた。

（問題点を解決するための手段） 本考案の目的は、このような極低温信号計測処
理装置において、その常温−極低温間被測定信号
伝達系における、従来の極低温冷媒消費速度と該
信号の高周波損失の相反条件を、十分実用に供し
得る程度にまで軽減した極低温信号計測処理装置
を提供することにある。

本考案は、極低温チツプの冷却は該チツプの裏
面を、極低温冷媒用容器の外面に密着させ、か
つ、極低温冷媒容器自体の外壁で、かつ該極低温
チツプ近傍に設置された、ばね、もしくは、ねじ
等の押圧機構で該極低温チツプを直接的に押圧す
ることにより、該密着力をより強固にすることに
より、該極低温チツプの冷却をより確実にするこ
とを主要な特徴とする。

従来の技術とは、極低温チツプを極低温冷媒用
容器の外面に密着させた場合に、極低温冷媒容器
の外壁近傍に設置された、ばね、もしくは、ねじ
等の押圧機構で該極低温チツプを直接的に押圧す
ることにより、該密着力をより強固にするところ
が異なる。

以下、具体的実施例によつて詳細に説明する。

（実施例 １） 第１図は本考案の実施例を説明するための図で
あつて、従来例におけると同一の機能を有する部
位には従来例と同一の番号を付した。ここで、１
５は内容器１０の底面に設置された銅材料などの
押えばね機構である。第２図は第１図の極低温チ
ツプ近傍の拡大図である。ここで、１６は内容器
１０の底面に設置したばねガイドであり、押えば
ね１５による極低温チツプ４の押えを、より容易
にするためのものであるが、この考案に必ずしも
必要なものではない。これらの機構はいずれも極
低温チツプ４の冷却をより確実にするためのもの
である。液体ヘリウム温度4.2Kを必要とするジ
ヨセフソン素子搭載チツプを用いた実験の結果、
この押えばね１５を用いた場合、極低温チツプ４
は確実に4.2Kの極低温に冷却された。第３図は
その場合の典型的なＩ−Ｖ特性である。第４図は
押えばね１５を用いない場合にしばしばみられる
Ｉ−Ｖ特性であり、極低温チツプ４の冷却が不十
分な場合のものである。

なお、これらの系においてはいずれも、液体ヘ
リウム９の消費速度は無負荷に近い。

（実施例 ２） 第５図は押えばね１５の代りにねじ１７を用い
る場合であり、極低温チツプ付近の拡大図を示
す。この構造も、その効果は第１図の場合と全く
同様であることは勿論である。その他、この目的
を達するためには同様の種々な形態が存すること
は容易に理解出来よう。

ここで、石英基板２の材料、長さ等は（従来例
２）と同様であり、それは０〜100GHzの超広帯
域を有する極めて伝送損失の小さい線路として機
能するため、被測定信号は殆ど高周波損失を受け
ない。また、この構造の場合、極低温チツプおよ
び常温チツプの取替えが従来例の場合に比べて極
めて容易に行えるという特長がある。

なお、石英基板２に貫通穴１１は必ずしも必要
ではなく、ワイヤボンド１２の本数が少ない場合
には、例えば第６図（変更部のみ示す）に示すよ
うに、極低温チツプ４は貫通穴１１を設けずに、
それを石英基板２の先端に設置するだけでもよ
い。

また、極低温チツプとしてはジヨセフソンチツ
プに限らず、たとえばGaAsチツプなどの極低温
下で動作する他のチツプでもよいことは勿論であ
る。また、常温信号としては必ずしも常温チツプ
からのものである必要はなく、例えば外部信号源
からの出力など、一般の常温信号であつてもよい
ことは勿論である。

このように構成されているため、この装置の構
造は極低温チツプの冷却と極低温冷媒の消費量と
いう相反する２つの要素を、互いに矛盾させるこ
となしに、常温信号を極低温チツプへ導入するこ
とを可能とするものであることが判る。従つて、
この装置を例えばジヨセフソンチツプによる超高
帯域サンプリング計測ならびに超高速Ａ／Ｄ変換
器に適用してその効果大である。

（考案の効果） 叙上のように本考案によれば、真空槽１と、前
記真空槽内に設けられた極低温用冷媒用容器１０
と、前記真空槽の内部より外部に貫通して設けら
れ、かつ外部端子と真空槽内の極低温チツプとを
接続する薄形線路を有する基板２とを備えた装置
において、被測定極低温動作チツプ４を前記極低
温用冷媒用容器１０の外壁に直接接触して配置せ
しめ、かつ前記チツプを前記冷媒用容器の外壁に
押圧する手段１５を設け、これにより前記チツプ
を前記容器に密着せしめたことにより、極低温冷
媒の消費速度を十分保つたまま、冷却能率を向上
せしめて、極低温チツプの冷却を確実に行いうる
効果を有するものである。また、この構造の場
合、極低温と被測定常温チツプの両チツプの交換
が極めて容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置の１実施例、第２図は極低
温チツプ付近拡大図、第３図は本考案の実施例を
適用した場合の典型的なジヨセフソン素子のＩ−
Ｖ特性、第４図は本考案の実施例を適用しない場
合に屡々みられる典型的なジヨセフソン素子のＩ
−Ｖ特性、第５図は本考案の他の実施例の極低温
チツプ付近拡大図、第６図は本考案の他の実施
例、第７図は従来の極低温信号計測処理装置構成
例、第８図は従来の極低温信号計測処理装置の他
の構成例を示す。 １……液体ヘリウム用デユア、２……銅薄膜ス
トリツプ線路用の石英基板、３……銅薄膜ストリ
ツプ線路、４……ジヨセフソン素子などの極低温
チツプ、５……真空排気栓、６……被測定常温チ
ツプ、７……真空キヤビテイ、８……ヒータ、９
……液体ヘリウム、１０……液体ヘリウム用デユ
ア１の内容器、１１……石英基板２の先端に設け
られた極低温チツプ４装填用貫通穴、１２……ワ
イアボンド、１３……低温グリス、１４……熱抵
抗の大きい小片、１５……極低温チツプ４を押圧
するためのばね、１６……ばねガイド、１７……
極低温チツプ４を押圧するためのねじ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 真空槽１と、前記真空槽内に設けられた極低温
   用冷媒用容器１０と、前記真空槽の内部より外部
   に貫通して設けられ、かつ外部端子と真空槽内の
   極低温チツプとを接続する薄形線路を有する基板
   ２とを備えた装置において、被測定極低温動作チ
   ツプ４を前記極低温用冷媒用容器１０の外壁に直
   接接触して配置せしめ、かつ前記チツプを前記冷
   媒用容器の外壁に押圧する手段１５を設け、これ
   により前記チツプを前記容器に密着せしめたこと
   を特徴とする極低温信号計測処理装置。