JPH09326514A - 超電導量子干渉素子回路装置 - Google Patents
超電導量子干渉素子回路装置Info
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- JPH09326514A JPH09326514A JP8142593A JP14259396A JPH09326514A JP H09326514 A JPH09326514 A JP H09326514A JP 8142593 A JP8142593 A JP 8142593A JP 14259396 A JP14259396 A JP 14259396A JP H09326514 A JPH09326514 A JP H09326514A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超電導量子干渉素子回路装置に関し、簡単な
回路構成で集積化が容易なノット回路を実現する。 【解決手段】 電極のうち少なくとも１つが超電導波動
関数の位相が角度依存性を有する超電導体１，２から構
成されるジョセフソン接合４，５を２個以上含む超電導
リングからなるノット回路を、超電導量子干渉素子回路
装置内に設ける。
回路構成で集積化が容易なノット回路を実現する。 【解決手段】 電極のうち少なくとも１つが超電導波動
関数の位相が角度依存性を有する超電導体１，２から構
成されるジョセフソン接合４，５を２個以上含む超電導
リングからなるノット回路を、超電導量子干渉素子回路
装置内に設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超電導量子干渉素子
回路装置に関するものであり、特に、ｓ−ｄ波接合を使
用したＮＯＴ回路を含む超電導量子干渉素子論理回路装
置に関するものである。
回路装置に関するものであり、特に、ｓ−ｄ波接合を使
用したＮＯＴ回路を含む超電導量子干渉素子論理回路装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、超電導回路装置を構成する各種の
超電導デバイスが開発されており、特に、その中心的デ
バイスとしてジョセフソン接合素子の研究が成されてき
たが、近年、液体窒素温度で動作可能な高温超電導体を
用いて各種の電子デバイスを形成することも試みられて
おり、医療用の超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）、デ
ジタルデバイス、或いは、高周波デバイスにおいて、従
来の半導体デバイスを凌駕する性能が期待されている。
超電導デバイスが開発されており、特に、その中心的デ
バイスとしてジョセフソン接合素子の研究が成されてき
たが、近年、液体窒素温度で動作可能な高温超電導体を
用いて各種の電子デバイスを形成することも試みられて
おり、医療用の超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）、デ
ジタルデバイス、或いは、高周波デバイスにおいて、従
来の半導体デバイスを凌駕する性能が期待されている。
【０００３】従来の金属系超電導体は、ＢＣＳ理論で記
述可能であり、このようなＢＣＳ超電導体では超電導状
態を記述する基本的パラメータである超電導ギャップが
等方的であり、即ち、超電導波動関数の位相が角度依存
性を持たず、ｓ波対称性を有していることが知られてい
る。
述可能であり、このようなＢＣＳ超電導体では超電導状
態を記述する基本的パラメータである超電導ギャップが
等方的であり、即ち、超電導波動関数の位相が角度依存
性を持たず、ｓ波対称性を有していることが知られてい
る。
【０００４】図８（ａ）及び（ｂ）参照 図８（ａ）はこの様な従来のｓ−ｓ波接合型のジョセフ
ソン接合素子を概念的に示す図であり、また、図８
（ｂ）は制御線４２に制御電流（Ｉbias）を流すことに
よって、ジョセフソン接合４１を流れる超電導臨界電流
（Ｉc ）の変化を示すもので、図から明らかな様に、制
御電流が０の０磁場において、最大の超電導電流が流
れ、制御電流、即ち、磁場を増加するに連れて超電導臨
界電流は減少し、ある特定の制御電流値で０となる。
ソン接合素子を概念的に示す図であり、また、図８
（ｂ）は制御線４２に制御電流（Ｉbias）を流すことに
よって、ジョセフソン接合４１を流れる超電導臨界電流
（Ｉc ）の変化を示すもので、図から明らかな様に、制
御電流が０の０磁場において、最大の超電導電流が流
れ、制御電流、即ち、磁場を増加するに連れて超電導臨
界電流は減少し、ある特定の制御電流値で０となる。
【０００５】さらに、制御電流を増加させると、超電導
臨界電流値は再び増加し、その後また減少する振動を繰
り返すことになり、この様な特性を利用することによっ
て、外部磁界或いは制御電流により、適当に電流をバイ
アスしたジョセフソン接合４１において、超電導−常電
導スイッチを行うことができる。
臨界電流値は再び増加し、その後また減少する振動を繰
り返すことになり、この様な特性を利用することによっ
て、外部磁界或いは制御電流により、適当に電流をバイ
アスしたジョセフソン接合４１において、超電導−常電
導スイッチを行うことができる。
【０００６】また、この様なジョセフソン接合を含む超
電導リングを構成して超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩ
Ｄ）を形成すると、超電導リング内の超電導電子対の干
渉を用いて、単一磁束量子という限界の微弱磁場を高感
度で検出できることが知られており、地磁気や生体磁気
のセンサーとして実用化されている。
電導リングを構成して超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩ
Ｄ）を形成すると、超電導リング内の超電導電子対の干
渉を用いて、単一磁束量子という限界の微弱磁場を高感
度で検出できることが知られており、地磁気や生体磁気
のセンサーとして実用化されている。
【０００７】そして、このジョセフソン接合素子或いは
ＳＱＵＩＤと、制御線との組合せは、電磁リレーと同じ
機能を持つので、これを基本素子として論理演算が可能
となり、しかも、０抵抗で外部磁場に高感度であること
から、高速低消費電力の特性が要求される将来の高速論
理素子の基本になるものと期待されている。
ＳＱＵＩＤと、制御線との組合せは、電磁リレーと同じ
機能を持つので、これを基本素子として論理演算が可能
となり、しかも、０抵抗で外部磁場に高感度であること
から、高速低消費電力の特性が要求される将来の高速論
理素子の基本になるものと期待されている。
【０００８】図９（ａ）及び（ｂ）参照 図９（ａ）はこの様な従来のｓ−ｓ波接合型のＳＱＵＩ
Ｄを用いた論理回路を概念的に示す図であり、また、図
９（ｂ）は制御線Ａ４３及び制御線Ｂ４４に制御電流
（ＩA ，ＩB ）を流した場合のジョセフソン接合４１を
流れる超電導臨界電流（Ｉc ）の変化を示すもので、図
から明らかな様に、制御電流が０の０磁場において、最
大の超電導電流が流れ、制御電流の増加に伴って振動す
る。
Ｄを用いた論理回路を概念的に示す図であり、また、図
９（ｂ）は制御線Ａ４３及び制御線Ｂ４４に制御電流
（ＩA ，ＩB ）を流した場合のジョセフソン接合４１を
流れる超電導臨界電流（Ｉc ）の変化を示すもので、図
から明らかな様に、制御電流が０の０磁場において、最
大の超電導電流が流れ、制御電流の増加に伴って振動す
る。
【０００９】したがって、ジョセフソン接合４１をバイ
アスする電流を適当に設定すると共に、制御電流ＩA ，
制御電流ＩB を適当に設定することによって、ＡＮＤ回
路或いはＯＲ回路のいずれにも使用することができる。
アスする電流を適当に設定すると共に、制御電流ＩA ，
制御電流ＩB を適当に設定することによって、ＡＮＤ回
路或いはＯＲ回路のいずれにも使用することができる。
【００１０】一方、層状構造を有する酸化物超電導体で
は、超電導ギャプが等方的でなく異方性を有すること、
即ち、超電導波動関数の位相が角度依存性を有し、ｄ波
対称性を有することが指摘されており、最近、Ｗｏｌｌ
ｍａｎ等によって、層状構造の酸化物超電導体の超電導
ギャップがｄ波対称性を有することを前提として、従来
のｓ波対称性を有する金属系超電導体との間でｓ−ｄ波
接合を形成したことが報告されている（例えば、Ｄ．
Ａ．Ｗｏｌｌｍａｎ，Ｄ．Ｊ．Ｖａｎ Ｈａｒｌｉｎｇ
ｅｎ，Ｊ．Ｇｉａｐｉｎｔｚａｋｉｓ，ａｎｄ Ｄ．
Ｍ．Ｇｉｎｓｂｅｒｇ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅ
ｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７４，Ｎｏ．５，１９９
５，ｐ．７９７−８００参照）。
は、超電導ギャプが等方的でなく異方性を有すること、
即ち、超電導波動関数の位相が角度依存性を有し、ｄ波
対称性を有することが指摘されており、最近、Ｗｏｌｌ
ｍａｎ等によって、層状構造の酸化物超電導体の超電導
ギャップがｄ波対称性を有することを前提として、従来
のｓ波対称性を有する金属系超電導体との間でｓ−ｄ波
接合を形成したことが報告されている（例えば、Ｄ．
Ａ．Ｗｏｌｌｍａｎ，Ｄ．Ｊ．Ｖａｎ Ｈａｒｌｉｎｇ
ｅｎ，Ｊ．Ｇｉａｐｉｎｔｚａｋｉｓ，ａｎｄ Ｄ．
Ｍ．Ｇｉｎｓｂｅｒｇ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅ
ｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７４，Ｎｏ．５，１９９
５，ｐ．７９７−８００参照）。
【００１１】図１０（ａ）参照 図１０（ａ）は、層状構造の酸化物超電導体であるＹＢ
ａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x （ＹＢＣＯ）単結晶のａ面にＡｕから
なるＡｕトンネル層を介してｓ波対称性を有するＰｂ膜
を設けて形成したｓ−ｄ波接合型のジョセフソン接合素
子を概念的に示す図である。
ａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x （ＹＢＣＯ）単結晶のａ面にＡｕから
なるＡｕトンネル層を介してｓ波対称性を有するＰｂ膜
を設けて形成したｓ−ｄ波接合型のジョセフソン接合素
子を概念的に示す図である。
【００１２】なお、図において、ｓ−ｄ波接合型ジョセ
フソン接合４５を表す記号は、従来のｓ−ｓ波接合型の
ジョセフソン接合と区別するために、本発明者等が考案
した新規な記号で示してある。
フソン接合４５を表す記号は、従来のｓ−ｓ波接合型の
ジョセフソン接合と区別するために、本発明者等が考案
した新規な記号で示してある。
【００１３】図１０（ｂ）参照 また、図１０（ｂ）は制御線４６に制御電流（Ｉbias）
を流すことによって、ｓ−ｄ波接合型ジョセフソン接合
４５を流れる超電導臨界電流（Ｉc ）の変化を示すもの
で、図から明らかな様に、制御電流が０の０磁場におい
て、超電導電流が最小となり、制御電流、即ち、磁場を
増加するに連れて超電導臨界電流は増加し、ある特定の
制御電流値で最大となる。
を流すことによって、ｓ−ｄ波接合型ジョセフソン接合
４５を流れる超電導臨界電流（Ｉc ）の変化を示すもの
で、図から明らかな様に、制御電流が０の０磁場におい
て、超電導電流が最小となり、制御電流、即ち、磁場を
増加するに連れて超電導臨界電流は増加し、ある特定の
制御電流値で最大となる。
【００１４】さらに、制御電流を増加させると、超電導
臨界電流値は再び減少し、その後また増加する振動を繰
り返すことになり、この様な特性を利用することによっ
て、従来のｓ−ｓ波接合のジョセフソン接合素子と同様
に超電導−常電導スイッチを行うことがでる。
臨界電流値は再び減少し、その後また増加する振動を繰
り返すことになり、この様な特性を利用することによっ
て、従来のｓ−ｓ波接合のジョセフソン接合素子と同様
に超電導−常電導スイッチを行うことがでる。
【００１５】また、この様なジョセフソン接合を利用し
てＳＱＵＩＤを構成することも提案（例えば、Ｄ．Ａ．
Ｗｏｌｌｍａｎ，Ｄ．Ｊ．Ｖａｎ Ｈａｒｌｉｎｇｅ
ｎ，Ｗ．Ｃ．Ｌｅｅ，Ｄ．Ｍ．Ｇｉｎｓｂｅｒｇ，ａｎ
ｄ Ａ．Ｊ．Ｌｅｇｇｅｔｔ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅ
ｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７１，Ｎｏ．１
３，１９９３，ｐ．２１３４−２１３７参照）されてい
るので、この様なＳＱＵＩＤを図１１を参照して説明す
る。
てＳＱＵＩＤを構成することも提案（例えば、Ｄ．Ａ．
Ｗｏｌｌｍａｎ，Ｄ．Ｊ．Ｖａｎ Ｈａｒｌｉｎｇｅ
ｎ，Ｗ．Ｃ．Ｌｅｅ，Ｄ．Ｍ．Ｇｉｎｓｂｅｒｇ，ａｎ
ｄ Ａ．Ｊ．Ｌｅｇｇｅｔｔ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅ
ｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７１，Ｎｏ．１
３，１９９３，ｐ．２１３４−２１３７参照）されてい
るので、この様なＳＱＵＩＤを図１１を参照して説明す
る。
【００１６】図１１（ａ）参照 図１１（ａ）は、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x （ＹＢＣＯ）単
結晶４７のａ面及びｂ面にＡｕからなるＡｕトンネル層
４８，４９を介してｓ波対称性を有するＰｂ膜５０を設
けて超電導リングを形成したものである。
結晶４７のａ面及びｂ面にＡｕからなるＡｕトンネル層
４８，４９を介してｓ波対称性を有するＰｂ膜５０を設
けて超電導リングを形成したものである。
【００１７】図１１（ｂ）参照 また、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示す構成の等価回
路を示すものであり、ＹＢＣＯ単結晶４７／Ａｕトンネ
ル層４８，４９／Ｐｂ膜５０からなるｓ−ｄ波接合型ジ
ョセフソン接合を符号５１，５２で示している。
路を示すものであり、ＹＢＣＯ単結晶４７／Ａｕトンネ
ル層４８，４９／Ｐｂ膜５０からなるｓ−ｄ波接合型ジ
ョセフソン接合を符号５１，５２で示している。
【００１８】図１１（ｃ）参照 さらに、図１１（ｃ）は、超電導臨界電流の磁場依存性
を示す図であり、０磁場で超電導臨界電流は最小値とな
り、このため、ｓ−ｄ波接合型ジョセフソン接合５１，
５２は低いバイアス電流値においても電圧状態となって
おり、磁場を増加するにつれて、超電導臨界電流値も増
加し、適当なバイアス電流値で超電導状態となる。
を示す図であり、０磁場で超電導臨界電流は最小値とな
り、このため、ｓ−ｄ波接合型ジョセフソン接合５１，
５２は低いバイアス電流値においても電圧状態となって
おり、磁場を増加するにつれて、超電導臨界電流値も増
加し、適当なバイアス電流値で超電導状態となる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、論理演算を行
う場合には真理表で逆の機能を有するＮＯＴ回路が必要
になるが、ジョセフソン接合素子は２端子素子であるた
め、従来のｓ−ｓ波接合のジョセフソン接合によるＳＱ
ＵＩＤを用いた論理回路においては、単純な回路構成で
はＮＯＴ回路を実現することができなかった。
う場合には真理表で逆の機能を有するＮＯＴ回路が必要
になるが、ジョセフソン接合素子は２端子素子であるた
め、従来のｓ−ｓ波接合のジョセフソン接合によるＳＱ
ＵＩＤを用いた論理回路においては、単純な回路構成で
はＮＯＴ回路を実現することができなかった。
【００２０】このため、ＮＯＴ回路を実現するために、
交流を使う動作方法や、２重配線パターン等を用いるこ
とが提案されているが、いずれも回路構成が複雑にな
り、再現性良く作製するのが困難であり、且つ、安定し
た動作も困難であった。
交流を使う動作方法や、２重配線パターン等を用いるこ
とが提案されているが、いずれも回路構成が複雑にな
り、再現性良く作製するのが困難であり、且つ、安定し
た動作も困難であった。
【００２１】また、図１１に示すＹＢＣＯ単結晶／Ａｕ
トンネル層／Ｐｂ膜を用いたｓ−ｄ波接合型ジョセフソ
ン接合の場合は、その動作温度は金属系超電導体の転移
温度で決定されるため、極低温での動作しか期待できな
いものであり、液体窒素温度（７７°Ｋ）での動作が可
能な高温超電導体を用いた他の超電導デバイスとの集積
化ができない等の問題がある。
トンネル層／Ｐｂ膜を用いたｓ−ｄ波接合型ジョセフソ
ン接合の場合は、その動作温度は金属系超電導体の転移
温度で決定されるため、極低温での動作しか期待できな
いものであり、液体窒素温度（７７°Ｋ）での動作が可
能な高温超電導体を用いた他の超電導デバイスとの集積
化ができない等の問題がある。
【００２２】さらに、図１１に示すＳＱＵＩＤの場合に
は、ｄ波対称性を有する超電導体として単結晶のＹＢＣ
Ｏを用いているので、この点でも他の薄膜超電導体を用
いた超電導デバイスとの集積化ができないという問題が
ある。
は、ｄ波対称性を有する超電導体として単結晶のＹＢＣ
Ｏを用いているので、この点でも他の薄膜超電導体を用
いた超電導デバイスとの集積化ができないという問題が
ある。
【００２３】そこで、最近、本発明者等は、金属系超電
導体の問題を解決するために、層状構造の酸化物超電導
体のみを用いることによって、ｓ−ｄ波接合型ジョセフ
ソン接合素子を形成することを提案している（例えば、
Ｙ．Ｉｓｈｉｍａｒｕ，Ｊ．Ｗｅｎ，Ｋ．Ｈａｙａｓｈ
ｉ，Ｙ．Ｅｎｏｍｏｔｏ ａｎｄ Ｎ．Ｋｏｓｈｉｚｕ
ｋａ，Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．１
１Ｂ，１９９５，ｐ．Ｌ１５３２−１５３５、及び、特
願平７−２７８５６０号参照）。
導体の問題を解決するために、層状構造の酸化物超電導
体のみを用いることによって、ｓ−ｄ波接合型ジョセフ
ソン接合素子を形成することを提案している（例えば、
Ｙ．Ｉｓｈｉｍａｒｕ，Ｊ．Ｗｅｎ，Ｋ．Ｈａｙａｓｈ
ｉ，Ｙ．Ｅｎｏｍｏｔｏ ａｎｄ Ｎ．Ｋｏｓｈｉｚｕ
ｋａ，Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．１
１Ｂ，１９９５，ｐ．Ｌ１５３２−１５３５、及び、特
願平７−２７８５６０号参照）。
【００２４】これは、（１００）面を主面とするＭｇＯ
単結晶基板上に、ＹＢＣＯ薄膜を堆積させた場合、ｃ軸
配向ＹＢＣＯ膜中にａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒が混在し、
ｃ軸配向ＹＢＣＯ膜とのａ／ｃ界面におけるａ軸配向Ｙ
ＢＣＯ結晶粒の接合面が｛００１｝面からなり、且つ、
ｃ軸配向領域の接合面が｛１１０｝面からなる結晶粒を
選択することにより、ａ／ｃ界面がｓ−ｄ波接合特性を
示すことを利用したものである。
単結晶基板上に、ＹＢＣＯ薄膜を堆積させた場合、ｃ軸
配向ＹＢＣＯ膜中にａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒が混在し、
ｃ軸配向ＹＢＣＯ膜とのａ／ｃ界面におけるａ軸配向Ｙ
ＢＣＯ結晶粒の接合面が｛００１｝面からなり、且つ、
ｃ軸配向領域の接合面が｛１１０｝面からなる結晶粒を
選択することにより、ａ／ｃ界面がｓ−ｄ波接合特性を
示すことを利用したものである。
【００２５】しかし、この様な層状構造の酸化物超電導
体を用いたｓ−ｄ波接合型ジョセフソン接合素子におい
ても、ＮＯＴ回路を含む具体的な回路構成は提案されて
おらず、依然として、簡単な回路構成による論理回路の
実現は困難であった。
体を用いたｓ−ｄ波接合型ジョセフソン接合素子におい
ても、ＮＯＴ回路を含む具体的な回路構成は提案されて
おらず、依然として、簡単な回路構成による論理回路の
実現は困難であった。
【００２６】したがって、本発明は、簡単な回路構成で
集積化が容易なノット回路の具体的構成を提供すること
を目的とする。
集積化が容易なノット回路の具体的構成を提供すること
を目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図１
（ａ）はｓ−ｄ波接合型ジョセフソン接合を用いたＳＱ
ＵＩＤの概念的構成図であり、また、図１（ｂ）はその
等価回路図であり、さらに、図１（ｃ）は上記ＳＱＵＩ
Ｄの超電導臨界電流の磁場依存性を示す図である。
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図１
（ａ）はｓ−ｄ波接合型ジョセフソン接合を用いたＳＱ
ＵＩＤの概念的構成図であり、また、図１（ｂ）はその
等価回路図であり、さらに、図１（ｃ）は上記ＳＱＵＩ
Ｄの超電導臨界電流の磁場依存性を示す図である。
【００２８】図１（ａ）及び（ｂ）参照 （１）本発明は、超電導量子干渉素子回路装置におい
て、少なくとも１つの電極が超電導波動関数の位相が角
度依存性を有する超電導体１，２から構成されるジョセ
フソン接合４，５を２個以上含む超電導リングからなる
ノット回路を有することを特徴とする。
て、少なくとも１つの電極が超電導波動関数の位相が角
度依存性を有する超電導体１，２から構成されるジョセ
フソン接合４，５を２個以上含む超電導リングからなる
ノット回路を有することを特徴とする。
【００２９】この様に、少なくとも１つの電極が超電導
波動関数の位相が角度依存性を有する超電導体１，２か
ら構成されるジョセフソン接合４，５、即ち、ｓ−ｄ波
接合型ジョセフソン接合４，５によってＳＱＵＩＤを構
成することによって、簡単にノット（ＮＯＴ）回路を構
成することができる。
波動関数の位相が角度依存性を有する超電導体１，２か
ら構成されるジョセフソン接合４，５、即ち、ｓ−ｄ波
接合型ジョセフソン接合４，５によってＳＱＵＩＤを構
成することによって、簡単にノット（ＮＯＴ）回路を構
成することができる。
【００３０】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、ジョセフソン接合４，５を構成する超電導波動関数
の位相が角度依存性を有する超電導体１，２がｃ軸配向
結晶膜からなり、且つ、超電導波動関数の位相が角度依
存性を持たない超電導体３がｃ軸配向結晶膜と同じ超電
導材料のａ軸配向結晶粒からなり、ａ軸配向結晶粒とｃ
軸配向結晶膜との間のａ／ｃ界面を接合面とすると共
に、ａ軸配向領域の接合面が｛００１｝面からなり、且
つ、ｃ軸配向領域の接合面が｛１１０｝面からなること
を特徴とする。
て、ジョセフソン接合４，５を構成する超電導波動関数
の位相が角度依存性を有する超電導体１，２がｃ軸配向
結晶膜からなり、且つ、超電導波動関数の位相が角度依
存性を持たない超電導体３がｃ軸配向結晶膜と同じ超電
導材料のａ軸配向結晶粒からなり、ａ軸配向結晶粒とｃ
軸配向結晶膜との間のａ／ｃ界面を接合面とすると共
に、ａ軸配向領域の接合面が｛００１｝面からなり、且
つ、ｃ軸配向領域の接合面が｛１１０｝面からなること
を特徴とする。
【００３１】この様に、ａ軸配向領域の接合面が｛００
１｝面からなり、且つ、ｃ軸配向領域の接合面が｛１１
０｝面からなる、ａ軸配向結晶粒とｃ軸配向結晶膜との
間のａ／ｃ界面を接合面とすることによって、簡単な製
造方法で集積化が容易なｓ−ｄ波接合を実現することが
できる。
１｝面からなり、且つ、ｃ軸配向領域の接合面が｛１１
０｝面からなる、ａ軸配向結晶粒とｃ軸配向結晶膜との
間のａ／ｃ界面を接合面とすることによって、簡単な製
造方法で集積化が容易なｓ−ｄ波接合を実現することが
できる。
【００３２】（３）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、ノット回路を構成する超電導リング
が、０磁場において超電導臨界電流が０となることを特
徴とする。
（２）において、ノット回路を構成する超電導リング
が、０磁場において超電導臨界電流が０となることを特
徴とする。
【００３３】図１（ｃ）参照 ｓ−ｄ波接合型ジョセフソン接合４，５を用いたＳＱＵ
ＩＤは、０磁場で超電導臨界電流が０となり、小さなバ
イアス電流値においてもジョセフソン接合４，５は電圧
状態となっており、磁場を増加するにつれて超電導臨界
電流値も増加して、適当なバイアス電流値において超電
導状態となるので、磁場の入力、即ち、制御電流の入力
に対して、真理表における逆の出力が得られる。
ＩＤは、０磁場で超電導臨界電流が０となり、小さなバ
イアス電流値においてもジョセフソン接合４，５は電圧
状態となっており、磁場を増加するにつれて超電導臨界
電流値も増加して、適当なバイアス電流値において超電
導状態となるので、磁場の入力、即ち、制御電流の入力
に対して、真理表における逆の出力が得られる。
【００３４】例えば、磁場が０であれば、電圧状態とな
って出力は１となり、逆に、磁場がある程度の値の時
（即ち、１の時）に、超電導状態となって出力は０とな
る。
って出力は１となり、逆に、磁場がある程度の値の時
（即ち、１の時）に、超電導状態となって出力は０とな
る。
【００３５】（４）また、本発明は、上記（１）乃至
（３）のいずれかにおいて、ノット回路を構成する超電
導リングの他に、両方の電極とも超電導波動関数の位相
が角度依存性を持たない超電導体から構成されるジョセ
フソン接合を２個以上含む超電導リングも有することを
特徴とする。
（３）のいずれかにおいて、ノット回路を構成する超電
導リングの他に、両方の電極とも超電導波動関数の位相
が角度依存性を持たない超電導体から構成されるジョセ
フソン接合を２個以上含む超電導リングも有することを
特徴とする。
【００３６】この様に、ノット回路と、両方の電極とも
超電導波動関数の位相が角度依存性を持たない超電導体
から構成されるジョセフソン接合、即ち、ｓ−ｓ波接合
型のジョセフソン接合を２個以上含む超電導リングとを
組合せることによって、ＮＡＮＤ回路等を簡単な回路構
成によって形成することができる。
超電導波動関数の位相が角度依存性を持たない超電導体
から構成されるジョセフソン接合、即ち、ｓ−ｓ波接合
型のジョセフソン接合を２個以上含む超電導リングとを
組合せることによって、ＮＡＮＤ回路等を簡単な回路構
成によって形成することができる。
【００３７】（５）また、本発明は、上記（１）乃至
（４）のいずれかにおいて、超電導波動関数の位相が角
度依存性を有する超電導体１，２及び超電導波動関数の
位相が角度依存性を持たない超電導体３として、銅系酸
化物超電導体を用いたことを特徴とする。
（４）のいずれかにおいて、超電導波動関数の位相が角
度依存性を有する超電導体１，２及び超電導波動関数の
位相が角度依存性を持たない超電導体３として、銅系酸
化物超電導体を用いたことを特徴とする。
【００３８】この様に、超電導量子干渉素子回路装置を
構成する超電導体として、ＹＢａ2Ｃｕ3 Ｏ7-x 或いは
ＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 等の銅系酸化物超電導体を用い
ることにより、液体窒素温度以上で動作する高速論理回
路の実現が可能となり、また、堆積時にａ軸配向結晶粒
がｃ軸配向結晶膜中に自然に混在して形成されることに
なる。
構成する超電導体として、ＹＢａ2Ｃｕ3 Ｏ7-x 或いは
ＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 等の銅系酸化物超電導体を用い
ることにより、液体窒素温度以上で動作する高速論理回
路の実現が可能となり、また、堆積時にａ軸配向結晶粒
がｃ軸配向結晶膜中に自然に混在して形成されることに
なる。
【００３９】
【発明の実施の形態】図２乃至図４を参照して本発明の
第１の実施の形態であるｓ−ｄ波接合型のジョセフソン
接合を用いたＳＱＵＩＤを説明することにする。まず、
図２を参照して第１の実施の形態の製造工程を説明する
が、各図における下側の図は、上側の図のＡ−Ｂを結ぶ
一点鎖線に沿った断面図である。
第１の実施の形態であるｓ−ｄ波接合型のジョセフソン
接合を用いたＳＱＵＩＤを説明することにする。まず、
図２を参照して第１の実施の形態の製造工程を説明する
が、各図における下側の図は、上側の図のＡ−Ｂを結ぶ
一点鎖線に沿った断面図である。
【００４０】図２（ａ）参照 まず、主面が（１００）面のＭｇＯ単結晶基板１１上
に、波長が２４８ｎｍのＫｒＦレーザを用いたパルスレ
ーザデポジッション法（レーザアブレーション法）によ
って、厚さ１００〜５００ｎｍ、好適には２７分間の成
長時間で３００ｎｍのＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x （ＹＢＣ
Ｏ）薄膜を堆積させる。
に、波長が２４８ｎｍのＫｒＦレーザを用いたパルスレ
ーザデポジッション法（レーザアブレーション法）によ
って、厚さ１００〜５００ｎｍ、好適には２７分間の成
長時間で３００ｎｍのＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x （ＹＢＣ
Ｏ）薄膜を堆積させる。
【００４１】なお、この場合の堆積条件は、ターゲット
としてＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 多結晶体を用い、基板温度
が７５０〜８００℃、好適には７９０℃であり、酸素分
圧が１００〜３００ｍＴｏｒｒ、好適には１００ｍＴｏ
ｒｒの酸化性雰囲気であり、さらに、レーザパワーが
１．０〜７．０Ｊ／ｃｍ2 、好適には５．０Ｊ／ｃｍ2
である。
としてＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 多結晶体を用い、基板温度
が７５０〜８００℃、好適には７９０℃であり、酸素分
圧が１００〜３００ｍＴｏｒｒ、好適には１００ｍＴｏ
ｒｒの酸化性雰囲気であり、さらに、レーザパワーが
１．０〜７．０Ｊ／ｃｍ2 、好適には５．０Ｊ／ｃｍ2
である。
【００４２】この堆積されたＹＢＣＯ薄膜は、ｃ軸配向
ＹＢＣＯ結晶粒からなるｃ軸配向ＹＢＣＯ膜１２が主体
であり、このｃ軸配向ＹＢＣＯ膜１２中に、その長軸が
ＭｇＯ単結晶基板１１の〈００１〉方向のａ軸配向ＹＢ
ＣＯ結晶粒１３、〈０１０〉方向のａ軸配向ＹＢＣＯ結
晶粒１４、及び、〈０１１〉方向のａ軸配向ＹＢＣＯ結
晶粒１５が混在している。
ＹＢＣＯ結晶粒からなるｃ軸配向ＹＢＣＯ膜１２が主体
であり、このｃ軸配向ＹＢＣＯ膜１２中に、その長軸が
ＭｇＯ単結晶基板１１の〈００１〉方向のａ軸配向ＹＢ
ＣＯ結晶粒１３、〈０１０〉方向のａ軸配向ＹＢＣＯ結
晶粒１４、及び、〈０１１〉方向のａ軸配向ＹＢＣＯ結
晶粒１５が混在している。
【００４３】なお、このａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１３〜
１５の大きさは、長軸方向の大きさが５〜２０μｍであ
り、また、短軸方向の大きさが０．０５〜０．２μｍで
あるが、この様なａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１３〜１５が
形成される理由は、堆積温度とＭｇＯ単結晶基板１１表
面に存在する１０Åオーダーの微細な段差構造によると
考えられる。
１５の大きさは、長軸方向の大きさが５〜２０μｍであ
り、また、短軸方向の大きさが０．０５〜０．２μｍで
あるが、この様なａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１３〜１５が
形成される理由は、堆積温度とＭｇＯ単結晶基板１１表
面に存在する１０Åオーダーの微細な段差構造によると
考えられる。
【００４４】図２（ｂ）参照 次いで、フォトレジストマスク（図示せず）を用いて、
引き出し電圧を３５０〜５００Ｖ、好適には４５０Ｖ、
Ａｒ圧力を０．０１〜０．１Ｐａ、好適には０．０２Ｐ
ａとした条件のＡｒイオンを用いたイオンミーリング法
によって、ＭｇＯ単結晶基板１１の〈０１１〉方向と平
行なａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１５を横切り、且つ、幅５
μｍで３０μｍ×３０μｍの大きさの超電導リングパタ
ーン１６を形成するようにＹＢＣＯ薄膜をパターニング
する。
引き出し電圧を３５０〜５００Ｖ、好適には４５０Ｖ、
Ａｒ圧力を０．０１〜０．１Ｐａ、好適には０．０２Ｐ
ａとした条件のＡｒイオンを用いたイオンミーリング法
によって、ＭｇＯ単結晶基板１１の〈０１１〉方向と平
行なａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１５を横切り、且つ、幅５
μｍで３０μｍ×３０μｍの大きさの超電導リングパタ
ーン１６を形成するようにＹＢＣＯ薄膜をパターニング
する。
【００４５】次いで、図示しないものの、メタルマスク
を用いたスパッタリング法でＡｕ膜を選択的に堆積させ
ることによって、Ａｕ電極を形成して超電導リングが完
成する。
を用いたスパッタリング法でＡｕ膜を選択的に堆積させ
ることによって、Ａｕ電極を形成して超電導リングが完
成する。
【００４６】図３（ａ）参照 図３（ａ）は、この様にして形成したＳＱＵＩＤの詳細
な構成を説明するもので、ＭｇＯ単結晶基板１１の〈０
１１〉方向と平行なａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１５を用い
ることによって、ｃ軸配向ＹＢＣＯ膜１２の（１１０）
面とａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１４の（００１）面とによ
って接合が形成され、これは、上述の本発明者等の提案
によるｓ−ｄ波接合１７，１８となっている。
な構成を説明するもので、ＭｇＯ単結晶基板１１の〈０
１１〉方向と平行なａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１５を用い
ることによって、ｃ軸配向ＹＢＣＯ膜１２の（１１０）
面とａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１４の（００１）面とによ
って接合が形成され、これは、上述の本発明者等の提案
によるｓ−ｄ波接合１７，１８となっている。
【００４７】図３（ｂ）参照 また、図３（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態の等価
回路を示すもので、図から明らかな様にｒｆ−ＳＱＵＩ
Ｄが構成されている。
回路を示すもので、図から明らかな様にｒｆ−ＳＱＵＩ
Ｄが構成されている。
【００４８】図４参照 また、図４は、第１の実施の形態に用いた試料の電気抵
抗の温度依存性を示す図であり、図から明らかなよう
に、８８Ｋ以下で超電導となっており、良質の薄膜ｒｆ
−ＳＱＵＩＤが形成されていることがわかる。
抗の温度依存性を示す図であり、図から明らかなよう
に、８８Ｋ以下で超電導となっており、良質の薄膜ｒｆ
−ＳＱＵＩＤが形成されていることがわかる。
【００４９】次に、図５を参照して本発明の第２の実施
の形態を説明する。 図５（ａ）参照 まず、上記の第１の実施の形態と全く同様な方法によっ
てＹＢＣＯ薄膜を堆積させたのち、同じく第１の実施の
形態と同様にＡｒイオンを用いたイオンミーリング法に
よって、ＭｇＯ単結晶基板１１の〈０１１〉方向と平行
なａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１５を選択し、ａ軸配向ＹＢ
ＣＯ結晶粒１５の一端に超電導リングパターン１６を形
成すると共に、他端に電極パターン１９を形成する。
の形態を説明する。 図５（ａ）参照 まず、上記の第１の実施の形態と全く同様な方法によっ
てＹＢＣＯ薄膜を堆積させたのち、同じく第１の実施の
形態と同様にＡｒイオンを用いたイオンミーリング法に
よって、ＭｇＯ単結晶基板１１の〈０１１〉方向と平行
なａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１５を選択し、ａ軸配向ＹＢ
ＣＯ結晶粒１５の一端に超電導リングパターン１６を形
成すると共に、他端に電極パターン１９を形成する。
【００５０】この場合、ａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１５
と、超電導リングパターン１６及び電極パターン１９を
構成するｃ軸配向ＹＢＣＯ膜との間にｓ−ｄ波接合１
７，１８，２０，２１が形成されるが、ｓ−ｄ波接合２
０，２１が実効的には電極として機能し、ｓ−ｄ波接合
１７，１８がジョセフソン接合と機能して超電導リング
パターン１６と共にＳＱＵＩＤを構成する。
と、超電導リングパターン１６及び電極パターン１９を
構成するｃ軸配向ＹＢＣＯ膜との間にｓ−ｄ波接合１
７，１８，２０，２１が形成されるが、ｓ−ｄ波接合２
０，２１が実効的には電極として機能し、ｓ−ｄ波接合
１７，１８がジョセフソン接合と機能して超電導リング
パターン１６と共にＳＱＵＩＤを構成する。
【００５１】図５（ｂ）参照 また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す本発明の第２の
実施の形態の等価回路を表すもので、図から明らかな様
にｄｃ−ＳＱＵＩＤが構成されている。
実施の形態の等価回路を表すもので、図から明らかな様
にｄｃ−ＳＱＵＩＤが構成されている。
【００５２】図５（ｃ）参照 また、図５（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態のｄｃ
−ＳＱＵＩＤの超電導臨界電流の磁場依存性を示す図で
あり、制御電流が０の０磁場において、超電導電流が最
小となり、制御電流、即ち、磁場を増加するにつれて超
電導臨界電流は増加し、ある特定の制御電流値で最大と
なる周期的パターンが観測され、この磁場の大きさの周
期は超電導リングの面積と単一磁束量子の関係から求め
られる値に一致する。
−ＳＱＵＩＤの超電導臨界電流の磁場依存性を示す図で
あり、制御電流が０の０磁場において、超電導電流が最
小となり、制御電流、即ち、磁場を増加するにつれて超
電導臨界電流は増加し、ある特定の制御電流値で最大と
なる周期的パターンが観測され、この磁場の大きさの周
期は超電導リングの面積と単一磁束量子の関係から求め
られる値に一致する。
【００５３】したがって、従来の０磁場において超電導
臨界電流が最大となるｓ−ｓ波接合によるＳＱＵＩＤ
と、この従来のＳＱＵＩＤと相補関係を有する本発明の
ＳＱＵＩＤとを同一基板に集積化することによって各種
の高速論理回路装置を構成することができる。
臨界電流が最大となるｓ−ｓ波接合によるＳＱＵＩＤ
と、この従来のＳＱＵＩＤと相補関係を有する本発明の
ＳＱＵＩＤとを同一基板に集積化することによって各種
の高速論理回路装置を構成することができる。
【００５４】次に、図６及び図７を参照して、本発明の
第３の実施の形態を説明する。 図６（ａ）参照 図６（ａ）は、第３の実施の形態のＮＡＮＤ回路を示す
図であり、まず、上記の第１の実施の形態と全く同様な
方法によってＹＢＣＯ薄膜を堆積させたのち、同じく第
１の実施の形態と同様にＡｒイオンを用いたイオンミー
リング法によって、ＭｇＯ単結晶基板１１の〈０１１〉
方向と平行なａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１５を用いて、超
電導リングパターン１６、それに接続する出力部２２、
及び、電極パターン２３を形成する。
第３の実施の形態を説明する。 図６（ａ）参照 図６（ａ）は、第３の実施の形態のＮＡＮＤ回路を示す
図であり、まず、上記の第１の実施の形態と全く同様な
方法によってＹＢＣＯ薄膜を堆積させたのち、同じく第
１の実施の形態と同様にＡｒイオンを用いたイオンミー
リング法によって、ＭｇＯ単結晶基板１１の〈０１１〉
方向と平行なａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１５を用いて、超
電導リングパターン１６、それに接続する出力部２２、
及び、電極パターン２３を形成する。
【００５５】この場合、超電導リングパターン１６とａ
軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１５との界面のｓ−ｄ波接合１
７，１８がＳＱＵＩＤを構成するジョセフソン接合とし
て機能し、電極パターン２３との間に形成されるｓ−ｄ
波接合２４は単に電極の一部として機能するものであ
る。
軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１５との界面のｓ−ｄ波接合１
７，１８がＳＱＵＩＤを構成するジョセフソン接合とし
て機能し、電極パターン２３との間に形成されるｓ−ｄ
波接合２４は単に電極の一部として機能するものであ
る。
【００５６】また、このｓ−ｄ波接合１７，１８を用い
たＳＱＵＩＤに隣接して、ＭｇＯ単結晶基板１１の〈０
０１〉方向と平行なａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１３を用い
て、超電導リングパターン２５、それに接続する出力部
２８、及び、電極パターン２９を形成すると共に、制御
線３１，３２を形成する。
たＳＱＵＩＤに隣接して、ＭｇＯ単結晶基板１１の〈０
０１〉方向と平行なａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１３を用い
て、超電導リングパターン２５、それに接続する出力部
２８、及び、電極パターン２９を形成すると共に、制御
線３１，３２を形成する。
【００５７】この場合、超電導リングパターン２５とａ
軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１３との界面は従来のジョセフソ
ン接合と同様のｓ−ｓ波接合２６，２７となり、したが
って、ｓ−ｓ波接合２６，２７で構成されるＳＱＵＩＤ
も従来の特性を示す。なお、電極パターン２９との間に
形成されるｓ−ｓ波接合３０も単に電極の一部として機
能するものである。
軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１３との界面は従来のジョセフソ
ン接合と同様のｓ−ｓ波接合２６，２７となり、したが
って、ｓ−ｓ波接合２６，２７で構成されるＳＱＵＩＤ
も従来の特性を示す。なお、電極パターン２９との間に
形成されるｓ−ｓ波接合３０も単に電極の一部として機
能するものである。
【００５８】図６（ｂ）参照 図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す超電導量子干渉素子回
路装置の等価回路であり、従来のＳＱＵＩＤと制御線３
１，３２とによってＡＮＤ回路、または、ＯＲ回路が構
成されており、また、ｓ−ｄ波接合１７，１８を用いた
ＳＱＵＩＤによってＮＯＴ回路が構成されている。
路装置の等価回路であり、従来のＳＱＵＩＤと制御線３
１，３２とによってＡＮＤ回路、または、ＯＲ回路が構
成されており、また、ｓ−ｄ波接合１７，１８を用いた
ＳＱＵＩＤによってＮＯＴ回路が構成されている。
【００５９】このＡＮＤ回路、または、ＯＲ回路の出力
は出力部２８を介して、ＮＯＴ回路を構成するＳＱＵＩ
Ｄの制御電流（Ａ及びＢ）或いは磁場として印加され、
超電導リングパターン１６に接続する出力部２２にから
出力（ＯＵＴ）が取り出される。なお、従来のＳＱＵＩ
Ｄと制御線３１，３２がＡＮＤ回路を構成するか、ＯＲ
回路を構成するかは、上述の図９の論理回路と同様であ
る。
は出力部２８を介して、ＮＯＴ回路を構成するＳＱＵＩ
Ｄの制御電流（Ａ及びＢ）或いは磁場として印加され、
超電導リングパターン１６に接続する出力部２２にから
出力（ＯＵＴ）が取り出される。なお、従来のＳＱＵＩ
Ｄと制御線３１，３２がＡＮＤ回路を構成するか、ＯＲ
回路を構成するかは、上述の図９の論理回路と同様であ
る。
【００６０】図７参照 図７は、図６に示す超電導量子干渉素子回路装置の動作
特性を示す図であり、制御線３１の制御電流Ａ及び制御
線３２の制御電流Ｂに対して得られる出力ＯＵＴの関係
は、（０，０）＝１、（１，１）＝０、（０，１）＝
１、及び、（１，０）＝１というＮＡＮＤの真理表の関
係が得られており、従来のｓ−ｓ波接合を用いたＳＱＵ
ＩＤがＡＮＤ回路を構成し、ｓ−ｄ波接合１７，１８を
用いたＳＱＵＩＤがＮＯＴ回路を構成していることがわ
かる。
特性を示す図であり、制御線３１の制御電流Ａ及び制御
線３２の制御電流Ｂに対して得られる出力ＯＵＴの関係
は、（０，０）＝１、（１，１）＝０、（０，１）＝
１、及び、（１，０）＝１というＮＡＮＤの真理表の関
係が得られており、従来のｓ−ｓ波接合を用いたＳＱＵ
ＩＤがＡＮＤ回路を構成し、ｓ−ｄ波接合１７，１８を
用いたＳＱＵＩＤがＮＯＴ回路を構成していることがわ
かる。
【００６１】この様に、本発明の各実施の形態によれ
ば、（１００）面のＭｇＯ単結晶基板１１上にＹＢＣＯ
薄膜を堆積した場合に自然に混在して形成されるＭｇＯ
単結晶基板１１の〈０１１〉方向と平行に延在するａ軸
配向結晶粒１５を利用したｓ−ｄ波接合のジョセフソン
接合によってＳＱＵＩＤを構成することにより、従来の
ｓ−ｓ波接合型のＳＱＵＩＤに対して相補的特性を得る
ことができ、この特性を利用することによって、従来、
簡単な回路構成で実現が困難であったＮＯＴ回路を形成
することができる。
ば、（１００）面のＭｇＯ単結晶基板１１上にＹＢＣＯ
薄膜を堆積した場合に自然に混在して形成されるＭｇＯ
単結晶基板１１の〈０１１〉方向と平行に延在するａ軸
配向結晶粒１５を利用したｓ−ｄ波接合のジョセフソン
接合によってＳＱＵＩＤを構成することにより、従来の
ｓ−ｓ波接合型のＳＱＵＩＤに対して相補的特性を得る
ことができ、この特性を利用することによって、従来、
簡単な回路構成で実現が困難であったＮＯＴ回路を形成
することができる。
【００６２】また、このＮＯＴ回路を従来のｓ−ｓ波接
合型のＳＱＵＩＤと集積化することによって、ＮＡＮＤ
回路やＮＯＲ回路等を簡単に構成することができ、全て
の論理演算が可能な高速論理回路を、液体窒素温度以上
の高温で動作させることが可能になる。
合型のＳＱＵＩＤと集積化することによって、ＮＡＮＤ
回路やＮＯＲ回路等を簡単に構成することができ、全て
の論理演算が可能な高速論理回路を、液体窒素温度以上
の高温で動作させることが可能になる。
【００６３】なお、本発明の実施の形態におけるパター
ニングは、フォトレジストマスクを用いたイオンミーリ
ング法で行っているが、設計パターンと実際のパターン
にずれが生じた場合には、集束イオンビーム装置（ＦＩ
Ｂ）を用いて、３０ｋｅＶに加速した５０ｎｍのビーム
径で０．１ｍＡのビーム電流のＧａ+ イオンビームを基
板に照射することによって、パターンを修正することも
できる。
ニングは、フォトレジストマスクを用いたイオンミーリ
ング法で行っているが、設計パターンと実際のパターン
にずれが生じた場合には、集束イオンビーム装置（ＦＩ
Ｂ）を用いて、３０ｋｅＶに加速した５０ｎｍのビーム
径で０．１ｍＡのビーム電流のＧａ+ イオンビームを基
板に照射することによって、パターンを修正することも
できる。
【００６４】また、上記の各実施の形態においては、各
ＳＱＵＩＤを構成するジョセフソン接合は２個である
が、２個に限られるものでなく、３個以上のジョセフソ
ン接合で構成されるＳＱＵＩＤを用いても良いものであ
る。
ＳＱＵＩＤを構成するジョセフソン接合は２個である
が、２個に限られるものでなく、３個以上のジョセフソ
ン接合で構成されるＳＱＵＩＤを用いても良いものであ
る。
【００６５】また、従来のｓ−ｓ波接合型のＳＱＵＩＤ
を構成する場合には、ＭｇＯ単結晶基板１１の〈００
１〉方向と平行に延在するａ軸配向結晶粒１３以外に、
〈０１０〉方向と平行に延在するａ軸配向結晶粒１４を
利用しても良いものであり、通常のｓ−ｓ波接合になる
か、ｓ−ｄ波接合になるかは、接合面を形成する結晶面
の面指数に依存するものである。
を構成する場合には、ＭｇＯ単結晶基板１１の〈００
１〉方向と平行に延在するａ軸配向結晶粒１３以外に、
〈０１０〉方向と平行に延在するａ軸配向結晶粒１４を
利用しても良いものであり、通常のｓ−ｓ波接合になる
か、ｓ−ｄ波接合になるかは、接合面を形成する結晶面
の面指数に依存するものである。
【００６６】また、上記の実施の形態の説明において
は、酸化物超電導体としてＹＢＣＯ（ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-x ）を用いているが、ＮＢＣＯ（ＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-x ）を用いてもＹＢＣＯと同様の結果が得られてお
り、このＹＢＣＯ及びＮＢＣＯ以外にも、このＹＢＣＯ
及びＮＢＣＯと同様の層状構造の高温酸化物超電導体で
ある、ＳｍＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 、ＥｕＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-x 、ＤｙＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7- x 、ＧｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-x 、ＨｏＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 、ＥｒＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-
x 、ＴｍＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 、或いは、ＹｂＢａ2 Ｃｕ
3 Ｏ7-x 等を用いても良いものである。
は、酸化物超電導体としてＹＢＣＯ（ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-x ）を用いているが、ＮＢＣＯ（ＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-x ）を用いてもＹＢＣＯと同様の結果が得られてお
り、このＹＢＣＯ及びＮＢＣＯ以外にも、このＹＢＣＯ
及びＮＢＣＯと同様の層状構造の高温酸化物超電導体で
ある、ＳｍＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 、ＥｕＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-x 、ＤｙＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7- x 、ＧｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-x 、ＨｏＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 、ＥｒＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-
x 、ＴｍＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-x 、或いは、ＹｂＢａ2 Ｃｕ
3 Ｏ7-x 等を用いても良いものである。
【００６７】また、上記の各実施の形態においては、基
板として（１００）面のＭｇＯ単結晶基板１１を用いて
いるが、（１００）面に限られるのでものではなく、
（１００）面と等価な｛１００｝面であれば良い。
板として（１００）面のＭｇＯ単結晶基板１１を用いて
いるが、（１００）面に限られるのでものではなく、
（１００）面と等価な｛１００｝面であれば良い。
【００６８】また、ａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒１３〜１５
の方位や、ａ／ｃ界面の接合面の面指数も、実施の形態
に示した結晶方位或いは結晶面指数に限られるものでは
なく、結晶学的にそれと等価な結晶方位或いは結晶面指
数であれば良い。
の方位や、ａ／ｃ界面の接合面の面指数も、実施の形態
に示した結晶方位或いは結晶面指数に限られるものでは
なく、結晶学的にそれと等価な結晶方位或いは結晶面指
数であれば良い。
【００６９】また、上記の各実施の形態においては、超
電導波動関数の位相が角度依存性を持たない超電導体
を、超電導波動関数の位相が角度依存性を有する超電導
体となるｃ軸配向結晶膜中に混在する矩形状のａ軸配向
結晶粒として説明しているが、ＹＢＣＯ等の層状構造の
酸化物超電導体においては、ａ軸とｂ軸の区別が実質的
にできないものであるので、本明細書におけるａ軸と
は、ｂ軸も含むものである。
電導波動関数の位相が角度依存性を持たない超電導体
を、超電導波動関数の位相が角度依存性を有する超電導
体となるｃ軸配向結晶膜中に混在する矩形状のａ軸配向
結晶粒として説明しているが、ＹＢＣＯ等の層状構造の
酸化物超電導体においては、ａ軸とｂ軸の区別が実質的
にできないものであるので、本明細書におけるａ軸と
は、ｂ軸も含むものである。
【００７０】
【発明の効果】本発明によれば、ｓ−ｄ波結合型のジョ
セフソン接合素子によりＳＱＵＩＤを形成したので、従
来のＳＱＵＩＤと逆位相のＳＱＵＩＤが得られ、このｓ
−ｄ波接合型のＳＱＵＩＤをＮＯＴ回路等として従来の
ｓ−ｓ波接合型のＳＱＵＩＤと一体に集積化することに
よって、各種の低消費電力の高速論理回路装置を簡単な
構成で実現することができる。
セフソン接合素子によりＳＱＵＩＤを形成したので、従
来のＳＱＵＩＤと逆位相のＳＱＵＩＤが得られ、このｓ
−ｄ波接合型のＳＱＵＩＤをＮＯＴ回路等として従来の
ｓ−ｓ波接合型のＳＱＵＩＤと一体に集積化することに
よって、各種の低消費電力の高速論理回路装置を簡単な
構成で実現することができる。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の製造工程の説明図
である。
である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の詳細な構成の説明
図である。
図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に用いた試料の電気
抵抗の温度依存性の説明図である。
抵抗の温度依存性の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の説明図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の説明図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態の動作特性の説明図
である。
である。
【図８】従来のｓ−ｓ波接合型のジョセフソン接合素子
の説明図である。
の説明図である。
【図９】従来のｓ−ｓ波接合型のＳＱＵＩＤの説明図で
ある。
ある。
【図１０】従来のｓ−ｄ波接合型のジョセフソン接合素
子の説明図である。
子の説明図である。
【図１１】従来のｓ−ｄ波接合型のＳＱＵＩＤの説明図
である。
である。
１ トンネル接合面に関して超電導波動関数の位相が角
度依存性を有する超電導体 ２ トンネル接合面に関して超電導波動関数の位相が角
度依存性を有する超電導体 ３ トンネル接合面に関して超電導波動関数の位相が角
度依存性を持たない超電導体 ４ ジョセフソン接合 ５ ジョセフソン接合 ６ ジョセフソン接合 １１ ＭｇＯ単結晶基板 １２ ｃ軸配向ＹＢＣＯ膜 １３ ａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒 １４ ａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒 １５ ａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒 １６ 超電導リングパターン １７ ｓ−ｄ波接合 １８ ｓ−ｄ波接合 １９ 電極パターン ２０ ｓ−ｄ波接合 ２１ ｓ−ｄ波接合 ２２ 出力部 ２３ 電極パターン ２４ ｓ−ｄ波接合 ２５ 超電導リングパターン ２６ ｓ−ｓ波接合 ２７ ｓ−ｓ波接合 ２８ 出力部 ２９ 電極パターン ３０ ｓ−ｓ波接合 ３１ 制御線 ３２ 制御線 ４１ ジョセフソン接合 ４２ 制御線 ４３ 制御線Ａ ４４ 制御線Ｂ ４５ ｓ−ｄ波接合型ジョセフソン接合 ４６ 制御線 ４７ ＹＢＣＯ単結晶 ４８ Ａｕトンネル層 ４９ Ａｕトンネル層 ５０ Ｐｂ膜 ５１ ｓ−ｄ波接合型ジョセフソン接合 ５２ ｓ−ｄ波接合型ジョセフソン接合
度依存性を有する超電導体 ２ トンネル接合面に関して超電導波動関数の位相が角
度依存性を有する超電導体 ３ トンネル接合面に関して超電導波動関数の位相が角
度依存性を持たない超電導体 ４ ジョセフソン接合 ５ ジョセフソン接合 ６ ジョセフソン接合 １１ ＭｇＯ単結晶基板 １２ ｃ軸配向ＹＢＣＯ膜 １３ ａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒 １４ ａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒 １５ ａ軸配向ＹＢＣＯ結晶粒 １６ 超電導リングパターン １７ ｓ−ｄ波接合 １８ ｓ−ｄ波接合 １９ 電極パターン ２０ ｓ−ｄ波接合 ２１ ｓ−ｄ波接合 ２２ 出力部 ２３ 電極パターン ２４ ｓ−ｄ波接合 ２５ 超電導リングパターン ２６ ｓ−ｓ波接合 ２７ ｓ−ｓ波接合 ２８ 出力部 ２９ 電極パターン ３０ ｓ−ｓ波接合 ３１ 制御線 ３２ 制御線 ４１ ジョセフソン接合 ４２ 制御線 ４３ 制御線Ａ ４４ 制御線Ｂ ４５ ｓ−ｄ波接合型ジョセフソン接合 ４６ 制御線 ４７ ＹＢＣＯ単結晶 ４８ Ａｕトンネル層 ４９ Ａｕトンネル層 ５０ Ｐｂ膜 ５１ ｓ−ｄ波接合型ジョセフソン接合 ５２ ｓ−ｄ波接合型ジョセフソン接合
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榎本 陽一 東京都江東区東雲１−14−３ 財団法人国 際超電導産業技術研究センター 超電導工 学研究所内 (72)発明者 石丸 喜康 東京都江東区東雲１−14−３ 財団法人国 際超電導産業技術研究センター 超電導工 学研究所内 (72)発明者 宇佐川 利幸 東京都江東区東雲１−14−３ 財団法人国 際超電導産業技術研究センター 超電導工 学研究所内 (72)発明者 田中 昭二 東京都江東区東雲１−14−３ 財団法人国 際超電導産業技術研究センター 超電導工 学研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも１つの電極が超電導波動関数
の位相が角度依存性を有する超電導体から構成されるジ
ョセフソン接合を２個以上含む超電導リングからなるノ
ット回路を有することを特徴とする超電導量子干渉素子
回路装置。 - 【請求項２】 上記ジョセフソン接合を構成する超電導
波動関数の位相が角度依存性を有する超電導体がｃ軸配
向結晶膜からなり、且つ、超電導波動関数の位相が角度
依存性を持たない超電導体が前記ｃ軸配向結晶膜と同じ
超電導材料のａ軸配向結晶粒からなり、前記ａ軸配向結
晶粒と前記ｃ軸配向結晶膜との間のａ／ｃ界面を接合面
とすると共に、ａ軸配向領域の接合面が｛００１｝面か
らなり、且つ、ｃ軸配向領域の接合面が｛１１０｝面か
らなることを特徴とする請求項１記載の超電導量子干渉
素子回路装置。 - 【請求項３】 上記ノット回路を構成する超電導リング
が、０磁場において超電導臨界電流が０となることを特
徴とする請求項１または２に記載の超電導量子干渉素子
回路装置。 - 【請求項４】 上記ノット回路を構成する超電導リング
の他に、両方の電極とも超電導波動関数の位相が角度依
存性を持たない超電導体から構成されるジョセフソン接
合を２個以上含む超電導リングを有することを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超電導量子干
渉素子回路装置。 - 【請求項５】 上記超電導波動関数の位相が角度依存性
を有する超電導体及び超電導波動関数の位相が角度依存
性を持たない超電導体として、銅系酸化物超電導体を用
いたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に
記載の超電導量子干渉素子回路装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8142593A JPH09326514A (ja) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | 超電導量子干渉素子回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8142593A JPH09326514A (ja) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | 超電導量子干渉素子回路装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09326514A true JPH09326514A (ja) | 1997-12-16 |
Family
ID=15318921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8142593A Withdrawn JPH09326514A (ja) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | 超電導量子干渉素子回路装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09326514A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002037572A1 (en) * | 2000-11-01 | 2002-05-10 | Japan Science And Technology Corporation | Point contact array, not circuit, and electronic circuit comprising the same |
| US6495854B1 (en) * | 1999-12-30 | 2002-12-17 | International Business Machines Corporation | Quantum computing with d-wave superconductors |
| CN100448049C (zh) * | 2001-09-25 | 2008-12-31 | 独立行政法人科学技术振兴机构 | 使用固体电解质的电气元件和存储装置及其制造方法 |
-
1996
- 1996-06-05 JP JP8142593A patent/JPH09326514A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6495854B1 (en) * | 1999-12-30 | 2002-12-17 | International Business Machines Corporation | Quantum computing with d-wave superconductors |
| US6649929B2 (en) | 1999-12-30 | 2003-11-18 | International Business Machines Corporation | Quantum computing with d-wave superconductors |
| WO2002037572A1 (en) * | 2000-11-01 | 2002-05-10 | Japan Science And Technology Corporation | Point contact array, not circuit, and electronic circuit comprising the same |
| US7026911B2 (en) | 2000-11-01 | 2006-04-11 | Japan Science And Technology Corporation | Point contact array, not circuit, and electronic circuit comprising the same |
| EP1662575A3 (en) * | 2000-11-01 | 2006-06-07 | Japan Science and Technology Agency | A NOT circuit |
| EP1331671B1 (en) * | 2000-11-01 | 2007-01-24 | Japan Science and Technology Agency | Point contact array and electronic circuit comprising the same |
| KR100751736B1 (ko) * | 2000-11-01 | 2007-08-27 | 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 | 포인트 컨택트 어레이, ｎｏｔ 회로, 및 이를 이용한 전자회로 |
| US7473982B2 (en) | 2000-11-01 | 2009-01-06 | Japan Science And Technology Agency | Point contact array, not circuit, and electronic circuit comprising the same |
| US7525410B2 (en) | 2000-11-01 | 2009-04-28 | Japan Science And Technology Agency | Point contact array, not circuit, and electronic circuit using the same |
| CN100448049C (zh) * | 2001-09-25 | 2008-12-31 | 独立行政法人科学技术振兴机构 | 使用固体电解质的电气元件和存储装置及其制造方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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