JPH10242537A - 超伝導量子干渉素子 - Google Patents
超伝導量子干渉素子Info
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- JPH10242537A JPH10242537A JP9038167A JP3816797A JPH10242537A JP H10242537 A JPH10242537 A JP H10242537A JP 9038167 A JP9038167 A JP 9038167A JP 3816797 A JP3816797 A JP 3816797A JP H10242537 A JPH10242537 A JP H10242537A
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- G01R33/035—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
- G01R33/0354—SQUIDS
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 微小な磁場、電流、電圧、電磁波などを検出
する高感度かつ低雑音の超伝導量子干渉素子において、
供給されるバイアス電流によって生じる磁束が同一基板
上に集積された他の素子に悪影響を及ぼさないような素
子構造を提供する。 【解決手段】 ＤＣ−ＳＱＵＩＤにバイアス電流を加え
るためのバイアス配線層４を設け、そのバイアス配線層
をＤＣ−ＳＱＵＩＤの超伝導リングの上層、または、下
層に配置し、バイアス配線層が超伝導リングを２等分す
る対称軸上を通るように配線する。このバイアス配線層
を設けることでバイアス電流による磁束の発生を抑制で
きる。従ってＤＣ−ＳＱＵＩＤ自身に、また、その周辺
部にもバイアス電流による干渉が生じないため、同一基
板上に集積した素子へ悪影響を与えない。特にＳＱＵＩ
Ｄアレイにおいて、構成する各ＤＣ−ＳＱＵＩＤの磁束
−電圧特性の位相が揃い易く、変調電圧の拡大に大きな
効果がある。
する高感度かつ低雑音の超伝導量子干渉素子において、
供給されるバイアス電流によって生じる磁束が同一基板
上に集積された他の素子に悪影響を及ぼさないような素
子構造を提供する。 【解決手段】 ＤＣ−ＳＱＵＩＤにバイアス電流を加え
るためのバイアス配線層４を設け、そのバイアス配線層
をＤＣ−ＳＱＵＩＤの超伝導リングの上層、または、下
層に配置し、バイアス配線層が超伝導リングを２等分す
る対称軸上を通るように配線する。このバイアス配線層
を設けることでバイアス電流による磁束の発生を抑制で
きる。従ってＤＣ−ＳＱＵＩＤ自身に、また、その周辺
部にもバイアス電流による干渉が生じないため、同一基
板上に集積した素子へ悪影響を与えない。特にＳＱＵＩ
Ｄアレイにおいて、構成する各ＤＣ−ＳＱＵＩＤの磁束
−電圧特性の位相が揃い易く、変調電圧の拡大に大きな
効果がある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は微小な磁場、電
流、電圧、電磁波などを検出する超伝導量子干渉素子に
関し、特に、高感度かつ低雑音の超伝導量子干渉素子に
関する。
流、電圧、電磁波などを検出する超伝導量子干渉素子に
関し、特に、高感度かつ低雑音の超伝導量子干渉素子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図７に従来技術を用いて形成された超伝
導量子干渉素子の一つであるＤＣ−ＳＱＵＩＤの基本構
造を示す。ワッシャーコイル２と、その両端に接続され
た一対のジョセフソン接合１により超伝導リングを形成
する。バイアス電流を供給するためのバイアスライン７
は、一対のジョセフソン接合１の間と、ワッシャーコイ
ル２の中央部に接続され、ボンディングパッド１１ａに
配線されている。ワッシャーコイル２には、スリット部
分における浮遊インダクタンスを削減するためのスリッ
トカバー３を設けている。この構造において、バイアス
ライン７はＤＣーＳＱＵＩＤの周辺を取り囲むように引
き回されている。
導量子干渉素子の一つであるＤＣ−ＳＱＵＩＤの基本構
造を示す。ワッシャーコイル２と、その両端に接続され
た一対のジョセフソン接合１により超伝導リングを形成
する。バイアス電流を供給するためのバイアスライン７
は、一対のジョセフソン接合１の間と、ワッシャーコイ
ル２の中央部に接続され、ボンディングパッド１１ａに
配線されている。ワッシャーコイル２には、スリット部
分における浮遊インダクタンスを削減するためのスリッ
トカバー３を設けている。この構造において、バイアス
ライン７はＤＣーＳＱＵＩＤの周辺を取り囲むように引
き回されている。
【０００３】ＤＣ−ＳＱＵＩＤは超伝導リング内に交錯
した磁束に対し、１磁束量子（Φ0：２．０７×１０-15
Ｗｂ）を周期として、その出力を変化させる磁束−電圧
変換素子である。そして、変調電圧が大きいほど、より
高い感度を有する。図７の構造では、バイアスライン７
を流れるバイアス電流によって磁束が発生する。その磁
束はＤＣ−ＳＱＵＩＤ自身に結合する他、その周辺にも
影響を及ぼす。バイアスライン７は、大きなリングを形
成しているため、その影響も大きくなる。
した磁束に対し、１磁束量子（Φ0：２．０７×１０-15
Ｗｂ）を周期として、その出力を変化させる磁束−電圧
変換素子である。そして、変調電圧が大きいほど、より
高い感度を有する。図７の構造では、バイアスライン７
を流れるバイアス電流によって磁束が発生する。その磁
束はＤＣ−ＳＱＵＩＤ自身に結合する他、その周辺にも
影響を及ぼす。バイアスライン７は、大きなリングを形
成しているため、その影響も大きくなる。
【０００４】図８に従来技術を使って２個のＤＣ−ＳＱ
ＵＩＤを１つの基板上に集積した超伝導量子干渉素子の
構成図を示す。ボンディングパッド１１ａは、駆動回路
との接続が容易なように、基板１２の一辺に、一列に配
列されている。２組ボンディングパッド１１ａはそれぞ
れ近接して配置されている。各ＤＣ−ＳＱＵＩＤには、
バイアスライン７からバイアス電流が加えられる。この
場合、一方のＤＣ−ＳＱＵＩＤのバイアスライン７によ
る磁束が、もう一方のＤＣ−ＳＱＵＩＤに結合する。外
部磁束を検出するＳＱＵＩＤ １は、ＳＱＵＩＤ ２の
バイアス電流による磁束も検出することになる。
ＵＩＤを１つの基板上に集積した超伝導量子干渉素子の
構成図を示す。ボンディングパッド１１ａは、駆動回路
との接続が容易なように、基板１２の一辺に、一列に配
列されている。２組ボンディングパッド１１ａはそれぞ
れ近接して配置されている。各ＤＣ−ＳＱＵＩＤには、
バイアスライン７からバイアス電流が加えられる。この
場合、一方のＤＣ−ＳＱＵＩＤのバイアスライン７によ
る磁束が、もう一方のＤＣ−ＳＱＵＩＤに結合する。外
部磁束を検出するＳＱＵＩＤ １は、ＳＱＵＩＤ ２の
バイアス電流による磁束も検出することになる。
【０００５】図９は従来技術を用いて、ＳＱＵＩＤアレ
イを構成した図である。ＳＱＵＩＤアレイは、ＤＣ−Ｓ
ＱＵＩＤの変調電圧の拡大や出力インピーダンスの拡大
を目的として用いられる。ＳＱＵＩＤアレイは、Ｎ個の
ＤＣ−ＳＱＵＩＤを一列に直列接続することによって形
成され、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ単体のＮ倍の変調電圧を得ら
れる。ＳＱＵＩＤアレイでは、各ＤＣ−ＳＱＵＩＤの超
伝導リングに交錯する磁束のオフセット成分をゼロもし
くは等しくする必要がある。超伝導リング内のオフセッ
ト磁束が等しくないと、各ＤＣ−ＳＱＵＩＤ間の磁束−
電圧特性の周期が揃わず、変調電圧を効率良く大きくす
ることができない。
イを構成した図である。ＳＱＵＩＤアレイは、ＤＣ−Ｓ
ＱＵＩＤの変調電圧の拡大や出力インピーダンスの拡大
を目的として用いられる。ＳＱＵＩＤアレイは、Ｎ個の
ＤＣ−ＳＱＵＩＤを一列に直列接続することによって形
成され、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ単体のＮ倍の変調電圧を得ら
れる。ＳＱＵＩＤアレイでは、各ＤＣ−ＳＱＵＩＤの超
伝導リングに交錯する磁束のオフセット成分をゼロもし
くは等しくする必要がある。超伝導リング内のオフセッ
ト磁束が等しくないと、各ＤＣ−ＳＱＵＩＤ間の磁束−
電圧特性の周期が揃わず、変調電圧を効率良く大きくす
ることができない。
【０００６】図９では、ボンディングパッド１１ａは、
駆動回路との接続を考慮し、近接配置されている。ＳＱ
ＵＩＤ １とＳＱＵＩＤ ２では、バイアスライン７に
よる囲まれ方が異なるため、バイアスラインによって結
合される磁束量も異なる。よって、全てのＤＣ−ＳＱＵ
ＩＤのオフセット磁束が異なり、磁束−電圧特性の位相
が揃わず、変調電圧を効率良く大きくすることが難し
い。
駆動回路との接続を考慮し、近接配置されている。ＳＱ
ＵＩＤ １とＳＱＵＩＤ ２では、バイアスライン７に
よる囲まれ方が異なるため、バイアスラインによって結
合される磁束量も異なる。よって、全てのＤＣ−ＳＱＵ
ＩＤのオフセット磁束が異なり、磁束−電圧特性の位相
が揃わず、変調電圧を効率良く大きくすることが難し
い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来技術による超伝導
量子干渉素子では、駆動回路との接続を考慮すると、Ｄ
Ｃ−ＳＱＵＩＤやＳＱＵＩＤアレイなどにバイアス電流
を供給するバイアスラインは、それらの周辺部を囲むよ
うに配線されていた。そのため、バイアスラインが大き
なループを形成し、不要な磁束をＤＣ−ＳＱＵＩＤの超
伝導リング内に結合させてしまう。その他、同一基板上
に、複数のＤＣ−ＳＱＵＩＤが集積している場合、お互
いのバイアス電流による磁束が干渉し合うという問題が
あった。
量子干渉素子では、駆動回路との接続を考慮すると、Ｄ
Ｃ−ＳＱＵＩＤやＳＱＵＩＤアレイなどにバイアス電流
を供給するバイアスラインは、それらの周辺部を囲むよ
うに配線されていた。そのため、バイアスラインが大き
なループを形成し、不要な磁束をＤＣ−ＳＱＵＩＤの超
伝導リング内に結合させてしまう。その他、同一基板上
に、複数のＤＣ−ＳＱＵＩＤが集積している場合、お互
いのバイアス電流による磁束が干渉し合うという問題が
あった。
【０００８】また、複数のＤＣ−ＳＱＵＩＤを直列接続
したＳＱＵＩＤアレイにおいては、バイアスラインによ
って結合される磁束量が各ＤＣ−ＳＱＵＩＤ間で異な
る。そのため、各々の磁束−電圧特性の周期を揃えるこ
とができず、変調電圧を効率良く大きくすることが困難
であった。
したＳＱＵＩＤアレイにおいては、バイアスラインによ
って結合される磁束量が各ＤＣ−ＳＱＵＩＤ間で異な
る。そのため、各々の磁束−電圧特性の周期を揃えるこ
とができず、変調電圧を効率良く大きくすることが困難
であった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、バイアスラインを流れるバイアス電
流による磁束の発生を抑えるため、ＤＣ−ＳＱＵＩＤを
流れるバイアス電流によって生じる磁束を打ち消すよう
にバイアス配線層を設けることとしている。そして、バ
イアス電流よる磁束の抑制は、同一基板上に複数のＤＣ
−ＳＱＵＩＤを配置する場合やＳＱＵＩＤアレイの形成
する際に、その配置を自由にすることができる。
ために、本発明は、バイアスラインを流れるバイアス電
流による磁束の発生を抑えるため、ＤＣ−ＳＱＵＩＤを
流れるバイアス電流によって生じる磁束を打ち消すよう
にバイアス配線層を設けることとしている。そして、バ
イアス電流よる磁束の抑制は、同一基板上に複数のＤＣ
−ＳＱＵＩＤを配置する場合やＳＱＵＩＤアレイの形成
する際に、その配置を自由にすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例について図
面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施例を示
すＤＣ−ＳＱＵＩＤの構成図である。ワッシャーコイル
２と、その両端に接続された一対のジョセフソン接合１
により超伝導リングを形成する。超伝導リングの下層に
は、バイアス電流を供給することを目的としたバイアス
配線層４が層間絶縁層を介して設けている。そのバイア
ス配線層４は、ワッシャーコイル２の中央部分に接続さ
れ、超伝導リングを２分割する対称軸上を通り、バイア
スライン７へと配線されている。ＤＣ−ＳＱＵＩＤへの
バイアス電流の供給は、一対のジョセフソン接合１の間
に接続されたバイアスライン７から入力される。そし
て、バイアス配線層４を通って取り出される。
面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施例を示
すＤＣ−ＳＱＵＩＤの構成図である。ワッシャーコイル
２と、その両端に接続された一対のジョセフソン接合１
により超伝導リングを形成する。超伝導リングの下層に
は、バイアス電流を供給することを目的としたバイアス
配線層４が層間絶縁層を介して設けている。そのバイア
ス配線層４は、ワッシャーコイル２の中央部分に接続さ
れ、超伝導リングを２分割する対称軸上を通り、バイア
スライン７へと配線されている。ＤＣ−ＳＱＵＩＤへの
バイアス電流の供給は、一対のジョセフソン接合１の間
に接続されたバイアスライン７から入力される。そし
て、バイアス配線層４を通って取り出される。
【００１１】本実施例では、２つのバイアス供給用ボン
ディングパッド１１ａを近接配置している。また、ＤＣ
−ＳＱＵＩＤの周辺部において、２本のバイアスライン
７を近接させて配線することができるため、バイアスラ
イン７による大きなループを形成することなく、バイア
ス電流を供給することが可能である。バイアス配線層４
は超伝導リングを２等分する対称軸上を通るため、２分
割された部分に交錯するバイアス電流による磁束は、同
じ大きさで、かつ、逆向きである。そのため、バイアス
電流がＤＣ−ＳＱＵＩＤ自身へ干渉しない。さらに、Ｄ
Ｃ−ＳＱＵＩＤを流れるバイアス電流とバイアス配線層
を流れる電流とが逆向きであるため、周辺部へ磁束の発
生を抑えている。その結果、同一基板上に複数の超伝導
素子が集積された場合でも、お互いの素子への磁束の干
渉が抑えられる。
ディングパッド１１ａを近接配置している。また、ＤＣ
−ＳＱＵＩＤの周辺部において、２本のバイアスライン
７を近接させて配線することができるため、バイアスラ
イン７による大きなループを形成することなく、バイア
ス電流を供給することが可能である。バイアス配線層４
は超伝導リングを２等分する対称軸上を通るため、２分
割された部分に交錯するバイアス電流による磁束は、同
じ大きさで、かつ、逆向きである。そのため、バイアス
電流がＤＣ−ＳＱＵＩＤ自身へ干渉しない。さらに、Ｄ
Ｃ−ＳＱＵＩＤを流れるバイアス電流とバイアス配線層
を流れる電流とが逆向きであるため、周辺部へ磁束の発
生を抑えている。その結果、同一基板上に複数の超伝導
素子が集積された場合でも、お互いの素子への磁束の干
渉が抑えられる。
【００１２】また、図１の実施例では、バイアス配線層
４の線幅をワッシャーコイル２のスリット幅より太くし
ている。その結果、バイアス配線層をワッシャーコイル
のスリット部分における浮遊インダクタンスを削減する
ためのスリットカバーとして機能させている。図１にお
いて、バイアス配線層４は超伝導リングの下層に配置さ
れているが、上層に配置させることも可能である。
４の線幅をワッシャーコイル２のスリット幅より太くし
ている。その結果、バイアス配線層をワッシャーコイル
のスリット部分における浮遊インダクタンスを削減する
ためのスリットカバーとして機能させている。図１にお
いて、バイアス配線層４は超伝導リングの下層に配置さ
れているが、上層に配置させることも可能である。
【００１３】図２は本発明の第２実施例を示すＳＱＵＩ
Ｄアレイの構成図である。また、図３は、図２の等価回
路を表した図である。ワッシャーコイル２と、その両端
に接続された一対のジョセフソン接合１により超伝導リ
ングを形成する。超伝導リングの下層には、バイアス電
流を供給することを目的としたバイアス配線層４が層間
絶縁層を介して設けている。Ｎ個のＤＣ−ＳＱＵＩＤを
直列接続することで、ＳＱＵＩＤアレイを構成し、より
大きな変調電圧を得る。バイアス配線層４はＳＱＵＩＤ
アレイの接続方向に沿って配置されている。そして、バ
イアス配線層４は、ＳＱＵＩＤアレイの端部に位置する
ＳＱＵＩＤ Ｎに接続され、各ＤＣ−ＳＱＵＩＤの超伝
導リングを２分割する対称軸を通り、バイアスライン７
へと配線されている。もう一方のバイアスライン７は、
ＳＱＵＩＤ １に接続されている。バイアス電流供給用
ボンディングパッド１１ａからＳＱＵＩＤアレイまで
間、２本のバイアスラインは近接して配線されている。
Ｄアレイの構成図である。また、図３は、図２の等価回
路を表した図である。ワッシャーコイル２と、その両端
に接続された一対のジョセフソン接合１により超伝導リ
ングを形成する。超伝導リングの下層には、バイアス電
流を供給することを目的としたバイアス配線層４が層間
絶縁層を介して設けている。Ｎ個のＤＣ−ＳＱＵＩＤを
直列接続することで、ＳＱＵＩＤアレイを構成し、より
大きな変調電圧を得る。バイアス配線層４はＳＱＵＩＤ
アレイの接続方向に沿って配置されている。そして、バ
イアス配線層４は、ＳＱＵＩＤアレイの端部に位置する
ＳＱＵＩＤ Ｎに接続され、各ＤＣ−ＳＱＵＩＤの超伝
導リングを２分割する対称軸を通り、バイアスライン７
へと配線されている。もう一方のバイアスライン７は、
ＳＱＵＩＤ １に接続されている。バイアス電流供給用
ボンディングパッド１１ａからＳＱＵＩＤアレイまで
間、２本のバイアスラインは近接して配線されている。
【００１４】本実施例では、第１実施例で示したよう
に、ＳＱＵＩＤアレイを構成するＤＣ−ＳＱＵＩＤ自身
への、バイアス電流による磁束の干渉が抑えられてい
る。そのため、各ＤＣ−ＳＱＵＩＤに交錯する磁束のオ
フセット成分をゼロにできる。その結果、磁束−電圧特
性の位相が揃い、ＳＱＵＩＤアレイの変調電圧をＤＣ−
ＳＱＵＩＤ単体のＮ倍と、効率よく大きくできる。
に、ＳＱＵＩＤアレイを構成するＤＣ−ＳＱＵＩＤ自身
への、バイアス電流による磁束の干渉が抑えられてい
る。そのため、各ＤＣ−ＳＱＵＩＤに交錯する磁束のオ
フセット成分をゼロにできる。その結果、磁束−電圧特
性の位相が揃い、ＳＱＵＩＤアレイの変調電圧をＤＣ−
ＳＱＵＩＤ単体のＮ倍と、効率よく大きくできる。
【００１５】図４は本発明の第３実施例を示すＳＱＵＩ
Ｄアレイの等価回路図である。ワッシャーコイル２と、
その両端に接続された一対のジョセフソン接合１により
超伝導リングを形成する。ＳＱＵＩＤアレイに外部から
磁束を入力するための入力ライン８とＦＬＬ回路駆動す
るための帰還変調ライン９を集積したものである。ＳＱ
ＵＩＤアレイを構成する各ＤＣ−ＳＱＵＩＤのワッシャ
ーコイル２に、入力磁束用の入力コイル５と帰還変調磁
束用の帰還変調コイル６を磁気結合させている。入力コ
イル５、帰還変調コイル６は超伝導リング同様直列接続
され、入力ライン８、帰還変調ライン９に接続されてい
る。図４では、２個の入力磁束用ボンディングパッド１
１ｂ、２個の帰還変調用ボンディングパッド１１ｃはそ
れぞれ近接配置されている。また、入力ライン５および
帰還変調ライン６における、ワッシャーコイル２と磁束
結合していない部分は、供給側と引き出し側の２本が近
接して配線されているため、その部分での磁束の発生が
抑えられている。よって、各ＤＣ−ＳＱＵＩＤにおいて
は、入力コイル５の結合係数、および、帰還変調コイル
６の結合係数は一定であり、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ間で磁束
−電圧特性の位相が揃っている。
Ｄアレイの等価回路図である。ワッシャーコイル２と、
その両端に接続された一対のジョセフソン接合１により
超伝導リングを形成する。ＳＱＵＩＤアレイに外部から
磁束を入力するための入力ライン８とＦＬＬ回路駆動す
るための帰還変調ライン９を集積したものである。ＳＱ
ＵＩＤアレイを構成する各ＤＣ−ＳＱＵＩＤのワッシャ
ーコイル２に、入力磁束用の入力コイル５と帰還変調磁
束用の帰還変調コイル６を磁気結合させている。入力コ
イル５、帰還変調コイル６は超伝導リング同様直列接続
され、入力ライン８、帰還変調ライン９に接続されてい
る。図４では、２個の入力磁束用ボンディングパッド１
１ｂ、２個の帰還変調用ボンディングパッド１１ｃはそ
れぞれ近接配置されている。また、入力ライン５および
帰還変調ライン６における、ワッシャーコイル２と磁束
結合していない部分は、供給側と引き出し側の２本が近
接して配線されているため、その部分での磁束の発生が
抑えられている。よって、各ＤＣ−ＳＱＵＩＤにおいて
は、入力コイル５の結合係数、および、帰還変調コイル
６の結合係数は一定であり、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ間で磁束
−電圧特性の位相が揃っている。
【００１６】図５は本発明の第４実施例を示したミアン
ダー状に形成したＳＱＵＩＤアレイの等価回路図であ
る。図４に示したＳＱＵＩＤアレイを２列ミアンダー状
に直列接続することにより、さらに大きな変調電圧を得
る。この場合、バイアス配線層４もＳＱＵＩＤアレイに
沿って、ミアンダー状に形成される。そして、バイアス
配線層４は、最端の位置にあるＳＱＵＩＤ ２Ｎに接続
され、各ＤＣ−ＳＱＵＩＤの超伝導リングを２分割する
対称軸上を通り、バイアスライン７へと配線されてい
る。もう一方のバイアスライン７は、ＳＱＵＩＤ １に
接続されている。バイアスライン７、入力ライン８、帰
還変調ライン９のＳＱＵＩＤアレイまで配線構造は、全
て、供給側と引き出し側の２本が近接して配線されてい
る。本実施例では、第１実施例で示したように、ＳＱＵ
ＩＤアレイを流れるバイアス電流とバイアス配線層４を
流れる電流とが逆向きであるため、周辺部へ磁束の発生
を抑えている。その結果、となりに位置するＳＱＵＩＤ
アレイ同士への磁束の干渉を抑えることが可能となり、
全てのＤＣ−ＳＱＵＩＤ内のオフセット磁束をゼロにで
きる。その結果、全ての磁束−電圧特性の位相が揃い、
ＳＱＵＩＤアレイの変調電圧を、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ単体
の２Ｎ倍と、効率よく大きくできる。本実施例では、２
列のミアンダーであったが、本発明の構造を用いること
により、ミアンダーの数に関係なくＳＱＵＩＤアレイを
形成でき、変調電圧も、期待通りのものが得られる。
ダー状に形成したＳＱＵＩＤアレイの等価回路図であ
る。図４に示したＳＱＵＩＤアレイを２列ミアンダー状
に直列接続することにより、さらに大きな変調電圧を得
る。この場合、バイアス配線層４もＳＱＵＩＤアレイに
沿って、ミアンダー状に形成される。そして、バイアス
配線層４は、最端の位置にあるＳＱＵＩＤ ２Ｎに接続
され、各ＤＣ−ＳＱＵＩＤの超伝導リングを２分割する
対称軸上を通り、バイアスライン７へと配線されてい
る。もう一方のバイアスライン７は、ＳＱＵＩＤ １に
接続されている。バイアスライン７、入力ライン８、帰
還変調ライン９のＳＱＵＩＤアレイまで配線構造は、全
て、供給側と引き出し側の２本が近接して配線されてい
る。本実施例では、第１実施例で示したように、ＳＱＵ
ＩＤアレイを流れるバイアス電流とバイアス配線層４を
流れる電流とが逆向きであるため、周辺部へ磁束の発生
を抑えている。その結果、となりに位置するＳＱＵＩＤ
アレイ同士への磁束の干渉を抑えることが可能となり、
全てのＤＣ−ＳＱＵＩＤ内のオフセット磁束をゼロにで
きる。その結果、全ての磁束−電圧特性の位相が揃い、
ＳＱＵＩＤアレイの変調電圧を、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ単体
の２Ｎ倍と、効率よく大きくできる。本実施例では、２
列のミアンダーであったが、本発明の構造を用いること
により、ミアンダーの数に関係なくＳＱＵＩＤアレイを
形成でき、変調電圧も、期待通りのものが得られる。
【００１７】図６は本発明による第５実施例を示した超
伝導量子干渉素子の等価回路図である。基板１２上に、
単体のＤＣ−ＳＱＵＩＤとＳＱＵＩＤアレイとを集積し
ている。ＤＣ−ＳＱＵＩＤは入力コイル５と帰還変調コ
イル６が集積されている。ＳＱＵＩＤアレイにも、入力
ライン８と帰還変調ライン９が集積形成されている。Ｄ
Ｃ−ＳＱＵＩＤの出力は電流変換用抵抗１０を介して、
ＳＱＵＩＤアレイの入力ラインに接続される。単体のＤ
Ｃ−ＳＱＵＩＤは磁束を検出する磁束検出用ＳＱＵＩＤ
として機能する。また、ＳＱＵＩＤアレイは磁束検出用
ＳＱＵＩＤで検出された電圧信号を増幅する超低雑音プ
リアンプとして機能する。検出用ＳＱＵＩＤは、入力コ
イル５を通して入力された磁束を電圧に変換する。変換
された電圧は、電流変換用抵抗１０により電流に変換さ
れる。そして、その電流は入力ライン８を通してＳＱＵ
ＩＤアレイに送られ、大きな出力電圧に変わる。この構
成により、ＤＣ−ＳＱＵＩＤの出力を拡大、超低雑音プ
リアンプの集積化、出力インピーダンスの拡大が可能と
なる。
伝導量子干渉素子の等価回路図である。基板１２上に、
単体のＤＣ−ＳＱＵＩＤとＳＱＵＩＤアレイとを集積し
ている。ＤＣ−ＳＱＵＩＤは入力コイル５と帰還変調コ
イル６が集積されている。ＳＱＵＩＤアレイにも、入力
ライン８と帰還変調ライン９が集積形成されている。Ｄ
Ｃ−ＳＱＵＩＤの出力は電流変換用抵抗１０を介して、
ＳＱＵＩＤアレイの入力ラインに接続される。単体のＤ
Ｃ−ＳＱＵＩＤは磁束を検出する磁束検出用ＳＱＵＩＤ
として機能する。また、ＳＱＵＩＤアレイは磁束検出用
ＳＱＵＩＤで検出された電圧信号を増幅する超低雑音プ
リアンプとして機能する。検出用ＳＱＵＩＤは、入力コ
イル５を通して入力された磁束を電圧に変換する。変換
された電圧は、電流変換用抵抗１０により電流に変換さ
れる。そして、その電流は入力ライン８を通してＳＱＵ
ＩＤアレイに送られ、大きな出力電圧に変わる。この構
成により、ＤＣ−ＳＱＵＩＤの出力を拡大、超低雑音プ
リアンプの集積化、出力インピーダンスの拡大が可能と
なる。
【００１８】以上の実施例で示したＤＣ−ＳＱＵＩＤの
ワッシャーコイルは１つのワッシャーからなるシングル
ワッシャー構造であるが、複数のワッシャーからなり、
直列、または、並列に接続されたマルチワッシャー構造
のＤＣ−ＳＱＵＩＤで構成することも可能である。
ワッシャーコイルは１つのワッシャーからなるシングル
ワッシャー構造であるが、複数のワッシャーからなり、
直列、または、並列に接続されたマルチワッシャー構造
のＤＣ−ＳＱＵＩＤで構成することも可能である。
【００１９】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載される効果を有する。ＤＣ−ＳＱＵ
ＩＤにバイアス電流を加えるためのバイアス配線層を設
け、そのバイアス配線層をＤＣ−ＳＱＵＩＤの超伝導リ
ングの上層、または、下層に配置することにより、バイ
アス電流による磁束の発生を抑えることができ、ＤＣ−
ＳＱＵＩＤ自身、および、その周辺部の素子への磁束に
よる干渉を抑制する効果を有する。
施され、以下に記載される効果を有する。ＤＣ−ＳＱＵ
ＩＤにバイアス電流を加えるためのバイアス配線層を設
け、そのバイアス配線層をＤＣ−ＳＱＵＩＤの超伝導リ
ングの上層、または、下層に配置することにより、バイ
アス電流による磁束の発生を抑えることができ、ＤＣ−
ＳＱＵＩＤ自身、および、その周辺部の素子への磁束に
よる干渉を抑制する効果を有する。
【００２０】そして、バイアス配線層をＤＣ−ＳＱＵＩ
Ｄの超伝導リングを２等分する対称軸上を通すことによ
り、バイアス電流による磁束の発生をより効果的に抑え
ることができる。また、バイアス配線層の線幅を、超伝
導リングを構成するワッシャーコイルのスリット幅より
太くすることにより、ワッシャーコイルのスリットカバ
ーを形成する工程を省くことができ、またワッシャーコ
イルのスリット部分における浮遊インダクタンスを削減
するためのスリットカバーとして機能させることもでき
る。
Ｄの超伝導リングを２等分する対称軸上を通すことによ
り、バイアス電流による磁束の発生をより効果的に抑え
ることができる。また、バイアス配線層の線幅を、超伝
導リングを構成するワッシャーコイルのスリット幅より
太くすることにより、ワッシャーコイルのスリットカバ
ーを形成する工程を省くことができ、またワッシャーコ
イルのスリット部分における浮遊インダクタンスを削減
するためのスリットカバーとして機能させることもでき
る。
【００２１】また、ＤＣ−ＳＱＵＩＤを一列に直列接続
したＳＱＵＩＤアレイにおいては、各ＤＣ−ＳＱＵＩＤ
間の磁束−電圧特性の周期を揃えることができ、変調電
圧の拡大に、特に効果がある。また、複数本のＳＱＵＩ
Ｄアレイを直列接続したミアンダー構造とする場合に
も、各ＳＱＵＩＤアレイ同士の磁束の干渉を抑制でき、
さらに大きな変調電圧を得ることも可能である。
したＳＱＵＩＤアレイにおいては、各ＤＣ−ＳＱＵＩＤ
間の磁束−電圧特性の周期を揃えることができ、変調電
圧の拡大に、特に効果がある。また、複数本のＳＱＵＩ
Ｄアレイを直列接続したミアンダー構造とする場合に
も、各ＳＱＵＩＤアレイ同士の磁束の干渉を抑制でき、
さらに大きな変調電圧を得ることも可能である。
【００２２】また、磁束検出用ＳＱＵＩＤとＳＱＵＩＤ
アレイとを同一基板上に集積することにより、ＤＣーＳ
ＱＵＩＤ単体では得られない、高いインピーダンスを持
つ超高感度磁束計を構成することができる。
アレイとを同一基板上に集積することにより、ＤＣーＳ
ＱＵＩＤ単体では得られない、高いインピーダンスを持
つ超高感度磁束計を構成することができる。
【図１】本発明の第１実施例を示すＤＣ−ＳＱＵＩＤの
構成図である。
構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示すＳＱＵＩＤアレイの
構成図である。
構成図である。
【図３】本発明の第２実施例を等価回路で表した図であ
る。
る。
【図４】本発明の第２実施例を示す入力ラインと帰還変
調ラインを設けたＳＱＵＩＤアレイの等価回路図である
調ラインを設けたＳＱＵＩＤアレイの等価回路図である
【図５】本発明の第４実施例を示すミアンダー状に形成
したＳＱＵＩＤアレイの等価回路図である。
したＳＱＵＩＤアレイの等価回路図である。
【図６】本発明の第５実施例を示す超伝導量子干渉素子
の等価回路図である。
の等価回路図である。
【図７】従来技術を用いて形成されたＤＣ−ＳＱＵＩＤ
の構成図である。
の構成図である。
【図８】従来技術を用いてＤＣ−ＳＱＵＩＤを２個集積
形成した超伝導量子干渉素子の構成図である。
形成した超伝導量子干渉素子の構成図である。
【図９】従来技術を用いて形成されたＳＱＵＩＤアレイ
の構成図である。
の構成図である。
１ ジョセフソン接合 ２ ワッシャーコイル ３ スリットカバー ４ バイアス配線層 ５ 入力コイル ６ 帰還変調コイル ７ バイアスライン ８ 入力ライン ９ 帰還変調ライン １０ 電流変換用抵抗 １１ａ、１１ｂ，１１ｃ ボンディングパッド １２ 基板
Claims (6)
- 【請求項１】 ワッシャーコイルとその両端に接続され
た一対のジョセフソン接合により超伝導リングを形成す
るＤＣ−ＳＱＵＩＤで構成され、基板上に超伝導薄膜で
集積形成される超伝導量子干渉素子において、 上記ＤＣ−ＳＱＵＩＤの超伝導リングの上層または下層
に位置し、バイアス電流を供給することを目的とするバ
イアス配線層を有することを特徴とする超伝導量子干渉
素子。 - 【請求項２】 前記バイアス配線層は、前記ＤＣ−ＳＱ
ＵＩＤの超伝導リングを２等分する対称軸上を通ること
特徴とする請求項１に記載の超伝導量子干渉素子。 - 【請求項３】 前記バイアス配線層は、その線幅が上記
ワッシャーコイルのスリット幅より太くなるように形成
されること特徴とする請求項１に記載の超伝導量子干渉
素子。 - 【請求項４】 前記ＤＣ−ＳＱＵＩＤを複数個一列に直
列接続することによりＳＱＵＩＤアレイを形成すること
を特徴とする請求項１に記載の超伝導量子干渉素子。 - 【請求項５】 前記ＳＱＵＩＤアレイを複数本ミアンダ
ー状に直列接続することによりＳＱＵＩＤアレイを形成
することを特徴とする請求項４に記載の超伝導量子干渉
素子。 - 【請求項６】 前記ＳＱＵＩＤアレイと、そのＳＱＵＩ
Ｄアレイを構成するＤＣ−ＳＱＵＩＤとは別のＤＣ−Ｓ
ＱＵＩＤをを同一基板上に集積することを特徴とする請
求項１、請求項４、および請求項５に記載の超伝導量子
干渉素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03816797A JP3254162B2 (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 超伝導量子干渉素子 |
| US09/027,093 US6285186B1 (en) | 1997-02-21 | 1998-02-20 | Superconducting quantum interference device having bias wiring layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03816797A JP3254162B2 (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 超伝導量子干渉素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242537A true JPH10242537A (ja) | 1998-09-11 |
| JP3254162B2 JP3254162B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=12517850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03816797A Expired - Fee Related JP3254162B2 (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 超伝導量子干渉素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6285186B1 (ja) |
| JP (1) | JP3254162B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023063931A (ja) * | 2021-10-25 | 2023-05-10 | 日本電気株式会社 | 超伝導回路 |
| CN118946244A (zh) * | 2024-08-20 | 2024-11-12 | 中国计量科学研究院 | 二阶梯度独立输入反馈型正反馈超导量子干涉器件 |
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|---|---|---|---|---|
| JP4820481B2 (ja) * | 2000-09-13 | 2011-11-24 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 超伝導量子干渉素子 |
| JP4132720B2 (ja) * | 2001-05-07 | 2008-08-13 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 量子干渉型磁束計の製造方法 |
| US8571614B1 (en) | 2009-10-12 | 2013-10-29 | Hypres, Inc. | Low-power biasing networks for superconducting integrated circuits |
| KR101403319B1 (ko) * | 2012-10-29 | 2014-06-05 | 한국표준과학연구원 | 저온 냉각 장치 및 초전도 양자 간섭 소자 센서 모듈 |
| US9664751B1 (en) * | 2012-11-28 | 2017-05-30 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | 2D arrays of diamond shaped cells having multiple josephson junctions |
| FR3021752B1 (fr) * | 2014-05-30 | 2016-07-01 | Thales Sa | Capteur magnetometrique |
| FR3021750B1 (fr) * | 2014-05-30 | 2016-07-01 | Thales Sa | Dispositif de detection de courant |
| US10222416B1 (en) | 2015-04-14 | 2019-03-05 | Hypres, Inc. | System and method for array diagnostics in superconducting integrated circuit |
| KR102390376B1 (ko) | 2015-12-24 | 2022-04-25 | 삼성전자주식회사 | 멀티-큐비트 소자 및 이를 포함하는 양자컴퓨터 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0640124B2 (ja) | 1987-07-16 | 1994-05-25 | 富士通株式会社 | ディジタル・スクィド |
| JPS6427671A (en) | 1987-07-23 | 1989-01-30 | Daihatsu Motor Co Ltd | Coating of motor vehicle body |
| JPH03264874A (ja) * | 1990-03-15 | 1991-11-26 | Shin Gijutsu Jigyodan | 高感度磁束計 |
| JP2812060B2 (ja) * | 1992-04-17 | 1998-10-15 | 住友電気工業株式会社 | Ｓｑｕｉｄ |
| US5625290A (en) * | 1994-02-23 | 1997-04-29 | Micontech, Inc. | Complex superconducting quantum interference device and circuit |
| JP2869776B2 (ja) | 1995-06-06 | 1999-03-10 | 株式会社超伝導センサ研究所 | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
| JP2909807B2 (ja) * | 1995-11-22 | 1999-06-23 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 超伝導量子干渉素子磁束計および非破壊検査装置 |
-
1997
- 1997-02-21 JP JP03816797A patent/JP3254162B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-02-20 US US09/027,093 patent/US6285186B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023063931A (ja) * | 2021-10-25 | 2023-05-10 | 日本電気株式会社 | 超伝導回路 |
| CN118946244A (zh) * | 2024-08-20 | 2024-11-12 | 中国计量科学研究院 | 二阶梯度独立输入反馈型正反馈超导量子干涉器件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3254162B2 (ja) | 2002-02-04 |
| US6285186B1 (en) | 2001-09-04 |
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