JPS6043885A - 超伝導素子 - Google Patents
超伝導素子Info
- Publication number
- JPS6043885A JPS6043885A JP58151936A JP15193683A JPS6043885A JP S6043885 A JPS6043885 A JP S6043885A JP 58151936 A JP58151936 A JP 58151936A JP 15193683 A JP15193683 A JP 15193683A JP S6043885 A JPS6043885 A JP S6043885A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconductor
- josephson junction
- quasi
- film
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は超伝導トンネル効果を利用し周波数特性を飛
躍的に改良された電子回路の能動素子に用いる超伝導素
子に関するものである。
躍的に改良された電子回路の能動素子に用いる超伝導素
子に関するものである。
第１図は論理動作に用いられる従来の超伝導素子の構成
を示す斜視図で、ｆｌｌおよび（３）は超伝導体層、（
２）は両超伝導体Ｎ （＋Ｉ 、 （３１間に挾まれた
絶縁膜でＸおよびＹはそれぞれ超伝導体層（３）および
（１）から引き出された端子である。
を示す斜視図で、ｆｌｌおよび（３）は超伝導体層、（
２）は両超伝導体Ｎ （＋Ｉ 、 （３１間に挾まれた
絶縁膜でＸおよびＹはそれぞれ超伝導体層（３）および
（１）から引き出された端子である。
第２図はこの従来のジョセフソン接合素子の電圧・電流
特性を示す特性図で、スイッチング素子としては、端子
Ｘ−Ｙ間の電圧■ｘ−ｙが図示しきい値電圧■。以上の
準粒子トンネル状態と電圧■。
特性を示す特性図で、スイッチング素子としては、端子
Ｘ−Ｙ間の電圧■ｘ−ｙが図示しきい値電圧■。以上の
準粒子トンネル状態と電圧■。
以下の超伝導クーパ一対のトンネル状態とがあり、両状
態間のずみやかな遷移を利用するものである。
態間のずみやかな遷移を利用するものである。
従来の２端子ジョセフソン接合素子は上述のように構成
されているので、論理動作をする素子として利得を伴っ
た動作ができない。捷だ、アナログ増幅器の能動素子と
して用いることができないなどの欠点があった。
されているので、論理動作をする素子として利得を伴っ
た動作ができない。捷だ、アナログ増幅器の能動素子と
して用いることができないなどの欠点があった。
この発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、第
１のジョセフソン接合と第２のジョセフソン接合とをそ
れらの一方の超伝導体層を共有するように構成すること
によって、利得を有する超伝導素子を提供するものであ
る。
１のジョセフソン接合と第２のジョセフソン接合とをそ
れらの一方の超伝導体層を共有するように構成すること
によって、利得を有する超伝導素子を提供するものであ
る。
第３図はこの発明の一実施例の構造を示す斜視図で、（
ｌａ）、 （ｌｂ）、 （ｌｃ）、 （１ａ）は超伝導
体層、（３）は超伝導体薄膜、（２ａ）、 （２ｂ）、
（２ｃ）および（２ｄ）はそれぞれ超伝導体ＪＷ （
ｌａ）、 （ｌｂ）、 （１０）および（１ｄ）と超伝
導体薄膜（３）との間に挾捷れた絶縁膜、（４）および
（５）は超伝導体薄膜（３）の両端部にそれぞれ形成さ
れた電子（フォノン）反射板、Ｂはフォノン反射板（５
）に近い超伝導体薄膜（３）の部分から引出された端子
、Ｃ，、０２およびＣ３はそれぞれ超伝導体層（ｌｂ）
、 （ｌｃ）および（１ｄ）から引き出された端子、Ｅ
は超伝導体層（１ａ）から引出された端子である。超伝
導体層（−］−ａ）および（１１））と超伝導体薄膜（
３）との間のジョセフソン結合は２重に形成され、超伝
導体層（Ｉｃ）および（ｌｄ）と超伝導体薄膜（３）と
の間のジョセフソン結合はそれぞれの位置を空間的に変
化させ、更にその空間的変化の度合いを異をこして形成
されている。
ｌａ）、 （ｌｂ）、 （ｌｃ）、 （１ａ）は超伝導
体層、（３）は超伝導体薄膜、（２ａ）、 （２ｂ）、
（２ｃ）および（２ｄ）はそれぞれ超伝導体ＪＷ （
ｌａ）、 （ｌｂ）、 （１０）および（１ｄ）と超伝
導体薄膜（３）との間に挾捷れた絶縁膜、（４）および
（５）は超伝導体薄膜（３）の両端部にそれぞれ形成さ
れた電子（フォノン）反射板、Ｂはフォノン反射板（５
）に近い超伝導体薄膜（３）の部分から引出された端子
、Ｃ，、０２およびＣ３はそれぞれ超伝導体層（ｌｂ）
、 （ｌｃ）および（１ｄ）から引き出された端子、Ｅ
は超伝導体層（１ａ）から引出された端子である。超伝
導体層（−］−ａ）および（１１））と超伝導体薄膜（
３）との間のジョセフソン結合は２重に形成され、超伝
導体層（Ｉｃ）および（ｌｄ）と超伝導体薄膜（３）と
の間のジョセフソン結合はそれぞれの位置を空間的に変
化させ、更にその空間的変化の度合いを異をこして形成
されている。
第４図はこの実施例における端子Ｅ −０，間の電圧・
電流特性を端子Ｅ−Ｂ間の電流をパラメータとして示し
た図である。
電流特性を端子Ｅ−Ｂ間の電流をパラメータとして示し
た図である。
さて、第３図に示した実施例において、端子Ｅ−Ｂ間に
けギャップ電圧（Δ１ａ＋Δ３）／θよりはるかに大き
い（約１０〜２０倍）電圧を印加する。但し、Δ１ａお
よびΔ３はそれぞれ超伝導体ＪＶ （ｌａ）および超伝
導体薄膜（３）の物質の絶対温度零度（ＯＫ）における
ギャップエネルギー、ｅは電子の電荷で 一部る。そう
すると端子Ｅ−Ｂ間は準粒子トンネル状態となり、超伝
導体薄膜（３）のきわめて冒いエネルギーの励起状態へ
準粒子が注入されることになる。その準粒子の一部は十
分緩和しないうちに端子Ｂへ流出させる。超伝導体・薄
膜（３）を十分薄くしておけは、注入準粒子の大部分は
端子Ｃ１ヘトンネルすることになる。
けギャップ電圧（Δ１ａ＋Δ３）／θよりはるかに大き
い（約１０〜２０倍）電圧を印加する。但し、Δ１ａお
よびΔ３はそれぞれ超伝導体ＪＶ （ｌａ）および超伝
導体薄膜（３）の物質の絶対温度零度（ＯＫ）における
ギャップエネルギー、ｅは電子の電荷で 一部る。そう
すると端子Ｅ−Ｂ間は準粒子トンネル状態となり、超伝
導体薄膜（３）のきわめて冒いエネルギーの励起状態へ
準粒子が注入されることになる。その準粒子の一部は十
分緩和しないうちに端子Ｂへ流出させる。超伝導体・薄
膜（３）を十分薄くしておけは、注入準粒子の大部分は
端子Ｃ１ヘトンネルすることになる。
準粒子注入がないときには端子Ｂ −Ｃ，間の電圧・電
流特性が第４図の曲線（イ）のようになっているとする
と、準粒子注入によって、それは曲線（ロ）。
流特性が第４図の曲線（イ）のようになっているとする
と、準粒子注入によって、それは曲線（ロ）。
（つおよびに）のように変化して行くということになる
。これはトランジスタのベース電流をパラメータとした
ときのコレクタ電圧に対するコレクタ電流の変化によく
似た形となシ、利得の発生が得られる。
。これはトランジスタのベース電流をパラメータとした
ときのコレクタ電圧に対するコレクタ電流の変化によく
似た形となシ、利得の発生が得られる。
また、第５図は超伝導体薄膜（３）と超伝導体層（ｌｂ
）とで構成されるジョセフソン結合の端子ｃ１の方向を
Ｘ軸とした上記ジョセフソン接合を横切る方向に沿うギ
ャップエネルギーの変化の様子を示す図である。図にお
いて（Ｃ）は絶縁膜（２ｂ）の膜厚、（ｄ）は絶縁膜（
２ａ）の膜厚を示す。第３図の実施例の超伝導体層（１
江）−超伝導体薄膜（３）間の電圧がそのギャップ電圧
（Δ１ａ＋Δ３）／ｅより少し大きい程度では超伝導体
薄膜（３）をとおり抜けてきた準粒子は、さほど大きな
エネルギーをもっておらず、注入直後の部分（第５図で
Ｘ座標値の小さな値の所）で超伝導体層（１ｂ）のギャ
ップを少し減小させる程度で、すぐ緩和して破線（ａ）
で示すようなギャップの空間変化を与える０しがし、注
入準粒子が（Δ１ａ＋Δ３）／ｅより大きい（ＩＱ−２
０倍程度）電圧で注入されたときは超伝導体層（ｌｂ）
へ侵入した準粒子は大きなエネルギーをもっており、電
子・電子（フォノン）相互作用により、既存の超伝導体
Ｎ （ｌｂ）中のクーパ一対をこわして、更に準粒子を
自己生成するので、ギャップは減少して、曲Ｍ （ｂ）
のようになる。この曲線（ｂ）の谷の部分は注入準粒子
の注入量の微小変化によって大きく変動するので、この
電流をとり出すと、端子Ｂを流れる電流工８に対して利
得のある変動電流を得ることができる。
）とで構成されるジョセフソン結合の端子ｃ１の方向を
Ｘ軸とした上記ジョセフソン接合を横切る方向に沿うギ
ャップエネルギーの変化の様子を示す図である。図にお
いて（Ｃ）は絶縁膜（２ｂ）の膜厚、（ｄ）は絶縁膜（
２ａ）の膜厚を示す。第３図の実施例の超伝導体層（１
江）−超伝導体薄膜（３）間の電圧がそのギャップ電圧
（Δ１ａ＋Δ３）／ｅより少し大きい程度では超伝導体
薄膜（３）をとおり抜けてきた準粒子は、さほど大きな
エネルギーをもっておらず、注入直後の部分（第５図で
Ｘ座標値の小さな値の所）で超伝導体層（１ｂ）のギャ
ップを少し減小させる程度で、すぐ緩和して破線（ａ）
で示すようなギャップの空間変化を与える０しがし、注
入準粒子が（Δ１ａ＋Δ３）／ｅより大きい（ＩＱ−２
０倍程度）電圧で注入されたときは超伝導体層（ｌｂ）
へ侵入した準粒子は大きなエネルギーをもっており、電
子・電子（フォノン）相互作用により、既存の超伝導体
Ｎ （ｌｂ）中のクーパ一対をこわして、更に準粒子を
自己生成するので、ギャップは減少して、曲Ｍ （ｂ）
のようになる。この曲線（ｂ）の谷の部分は注入準粒子
の注入量の微小変化によって大きく変動するので、この
電流をとり出すと、端子Ｂを流れる電流工８に対して利
得のある変動電流を得ることができる。
以上端子Ｅ −Ｏｉ間の１組のジョセフソン接合の動作
について説明したが端子Ｅ −０２問および端子Ｅ −
０３間についても同様であって多端子素子が得られる。
について説明したが端子Ｅ −０２問および端子Ｅ −
０３間についても同様であって多端子素子が得られる。
以上説明したように、この発明では第１のジョセフソン
接合の一方の超伝導体層を薄膜として、これを共有する
形で第２のジョセフソン接合を設けたので、第１のジョ
セフソン接合にそのギャップ電圧に比して十分大きい電
圧を印加することによって、第１のジョセフソン接合を
流れる電流に対して利得を有する電流を第２のジョセフ
ソン接合から得ることができ“利得を有しアナログ素子
として用いることもできる超伝導素子が実現できる。
接合の一方の超伝導体層を薄膜として、これを共有する
形で第２のジョセフソン接合を設けたので、第１のジョ
セフソン接合にそのギャップ電圧に比して十分大きい電
圧を印加することによって、第１のジョセフソン接合を
流れる電流に対して利得を有する電流を第２のジョセフ
ソン接合から得ることができ“利得を有しアナログ素子
として用いることもできる超伝導素子が実現できる。
第１図は論理動作に用いられる従来の超伝導素子の構成
を示す斜視図、第２図はその電圧・電流特性を示す特性
図、第３図はこの発明の一実施例の構造を示す斜視図、
第４図はこの実施例の端子Ｋ −０，間の電圧・電流特
性を端子Ｅ−Ｂ間の電流をバタメータとして示す特性図
、第５図は端子Ｃが引出されたジョセフソン接合の端子
Ｃ１の方向をＸ軸としたこのジョセフソン接合を横切る
方向に沿うギャップエネルギーの変化の様子を示す図で
ある。 図において、（ｌａ）ｌ （ｌｂ）、 （ｌｃ）、 （
１ａ）は超伝導体層、（２ａ）、 （２ｂ）、 （２ｃ
）、 （２ｄ）は絶縁薄膜、（３）は共通の超伝導体薄
膜である。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 第１図 第２図 第３１′２１ 寵 第４図 ”ＩＣＵＢＣ 第５図
を示す斜視図、第２図はその電圧・電流特性を示す特性
図、第３図はこの発明の一実施例の構造を示す斜視図、
第４図はこの実施例の端子Ｋ −０，間の電圧・電流特
性を端子Ｅ−Ｂ間の電流をバタメータとして示す特性図
、第５図は端子Ｃが引出されたジョセフソン接合の端子
Ｃ１の方向をＸ軸としたこのジョセフソン接合を横切る
方向に沿うギャップエネルギーの変化の様子を示す図で
ある。 図において、（ｌａ）ｌ （ｌｂ）、 （ｌｃ）、 （
１ａ）は超伝導体層、（２ａ）、 （２ｂ）、 （２ｃ
）、 （２ｄ）は絶縁薄膜、（３）は共通の超伝導体薄
膜である。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 第１図 第２図 第３１′２１ 寵 第４図 ”ＩＣＵＢＣ 第５図
Claims (2)
- （１）第１のジョセフソン接合（超伝導トンネル接合）
とその一方の超伝導体層を共有する第２のジョセフソン
接合とを備え、上記第１のジョセフソン接合にそのギャ
ップ電圧より十分大きい電圧を供給することによって上
記第１のジョセフソン接合を流れる電流に対して利得を
有する電流を上記第２のジョセフソン接合から取り出す
ようにしたことを特徴とする超伝導素子。 - （２）１つの第１のジョセフソン接合に対して複数個の
第２のジョセフソン接合を設けたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の超伝導素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58151936A JPS6043885A (ja) | 1983-08-20 | 1983-08-20 | 超伝導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58151936A JPS6043885A (ja) | 1983-08-20 | 1983-08-20 | 超伝導素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6043885A true JPS6043885A (ja) | 1985-03-08 |
Family
ID=15529436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58151936A Pending JPS6043885A (ja) | 1983-08-20 | 1983-08-20 | 超伝導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6043885A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03274773A (ja) * | 1990-03-23 | 1991-12-05 | Toshiba Corp | 超伝導素子 |
| US5179426A (en) * | 1987-08-04 | 1993-01-12 | Seiko Epson Corporation | Josephson device |
-
1983
- 1983-08-20 JP JP58151936A patent/JPS6043885A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5179426A (en) * | 1987-08-04 | 1993-01-12 | Seiko Epson Corporation | Josephson device |
| JPH03274773A (ja) * | 1990-03-23 | 1991-12-05 | Toshiba Corp | 超伝導素子 |
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