JPS6051287B2 - ジョセフソン素子を用いた排他的論理和回路装置 - Google Patents
ジョセフソン素子を用いた排他的論理和回路装置Info
- Publication number
- JPS6051287B2 JPS6051287B2 JP55091371A JP9137180A JPS6051287B2 JP S6051287 B2 JPS6051287 B2 JP S6051287B2 JP 55091371 A JP55091371 A JP 55091371A JP 9137180 A JP9137180 A JP 9137180A JP S6051287 B2 JPS6051287 B2 JP S6051287B2
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- Japan
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- josephson
- counter electrode
- signal
- current
- junction
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- Expired
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-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/02—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
- H03K19/195—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using superconductive devices
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- Computing Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Logic Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、極めて簡単な構造で排他的論理和動作を行
えるようにしたジョセフソン素子利用の論理回路装置に
関する。
えるようにしたジョセフソン素子利用の論理回路装置に
関する。
ジョセフソン接合は周知のように、超伝導電子のトン
ネリングが可能な程度に薄い絶縁薄膜を介して２つの超
伝導体を接触させたものであり、第１図をに示す如き電
圧Ｖ、電流Ｉ特性を持つ。
ネリングが可能な程度に薄い絶縁薄膜を介して２つの超
伝導体を接触させたものであり、第１図をに示す如き電
圧Ｖ、電流Ｉ特性を持つ。
即ちこの接合の両端の電圧Ｖが０でも電流が流れ（詳し
くは、このとき流れる超伝導電流ｉｓはｉ。ｓｉｎ（θ
。−θ、）で表わされるから、両超伝導体の位相差θ、
、θ。が零でなければ）、そして外部電極よりこの接合
に電流を流してそれを臨界値Ｉｃ以上にすると上記の超
伝導電流ｉｓでは不足するので常伝導電流も流れること
になり、接合には電 圧が生じる。この臨界値Ｉｃは磁
場によつて増減する。そこで第１図ａに示すようにジョ
セフソン接合Ｊに図示しない定電流源よりバイアス電流
ＩＢを供給し、信号線に信号電流ＩＨを流して該電流が
生じる磁場をジョセフソン接合Ｊに加える状態を考える
に、ＩＨ■０、１Ｂ＜１ｃてあれば第１図 をに示され
るように接合両端に現われる電圧Ｖは ０であるが、信
号電流ＩＨを流して磁界を作用させ、ＩｃをＩ’ｃに下
げると１Ｂ＞１’ｃとなり、動作点は点線で示す負荷直
線に沿つて点Ｐへ飛び、接合Ｊには電圧が発生する。Ｉ
Ｈ■０従つてＩｃは不変にしてＩＢｆ！−１’Ｂに増大
させても結果は同様で、動作点はＰ’となり、電圧が発
生する。以上がジョセフソン論理ゲートの動作の概要で
ある。 通常のジョセフソン論理ゲートではジョセフソ
ン接合Ｊの回路と信号電流ＩＨの回路とは分離独立して
いるが、この形式では多層構造となり（ジ ョセフソン
接合が３層構造であり、これに絶縁層を介して信号線を
取付けると５層構造となり、こＪれに更に磁界を接合Ｊ
に有効に与えるようにするグランドプレーンと絶縁層が
加つて７層構造となる）、断線発生等、製造上難点があ
る。
くは、このとき流れる超伝導電流ｉｓはｉ。ｓｉｎ（θ
。−θ、）で表わされるから、両超伝導体の位相差θ、
、θ。が零でなければ）、そして外部電極よりこの接合
に電流を流してそれを臨界値Ｉｃ以上にすると上記の超
伝導電流ｉｓでは不足するので常伝導電流も流れること
になり、接合には電 圧が生じる。この臨界値Ｉｃは磁
場によつて増減する。そこで第１図ａに示すようにジョ
セフソン接合Ｊに図示しない定電流源よりバイアス電流
ＩＢを供給し、信号線に信号電流ＩＨを流して該電流が
生じる磁場をジョセフソン接合Ｊに加える状態を考える
に、ＩＨ■０、１Ｂ＜１ｃてあれば第１図 をに示され
るように接合両端に現われる電圧Ｖは ０であるが、信
号電流ＩＨを流して磁界を作用させ、ＩｃをＩ’ｃに下
げると１Ｂ＞１’ｃとなり、動作点は点線で示す負荷直
線に沿つて点Ｐへ飛び、接合Ｊには電圧が発生する。Ｉ
Ｈ■０従つてＩｃは不変にしてＩＢｆ！−１’Ｂに増大
させても結果は同様で、動作点はＰ’となり、電圧が発
生する。以上がジョセフソン論理ゲートの動作の概要で
ある。 通常のジョセフソン論理ゲートではジョセフソ
ン接合Ｊの回路と信号電流ＩＨの回路とは分離独立して
いるが、この形式では多層構造となり（ジ ョセフソン
接合が３層構造であり、これに絶縁層を介して信号線を
取付けると５層構造となり、こＪれに更に磁界を接合Ｊ
に有効に与えるようにするグランドプレーンと絶縁層が
加つて７層構造となる）、断線発生等、製造上難点があ
る。
そこで本出願人は先にジョセフソン接合の一方の超伝導
体（対向電極）に信号線を直結し、（対向電極それ自５
体を信号線とし）かつ該対向電極をグランドプレーンヘ
直結した（直結しないでこの部分に抵抗が入ると、信号
電流による電圧降下が該抵抗に発生し、これは出力端電
位を変えて信号電流が出力回路に漏れたことになる）対
向電極直結型ジョセフソン論理ゲートを案出した。これ
は特願昭５５−２０２１４に説明してあるが、その概要
を第１図Ｃ，ｄで説明すると１０はグランドプレーン、
１２，１４，１６がジョセフソン接合を構成する超伝導
体およびトンネリング可能な薄層、１８は絶縁層である
。対向電極直結型のジョセフソン論理ゲートでは対向電
極１６を延長してその延長部１６ａから信号電流１Ｈを
流し、他端１６ｂはグランドプレーン１０へ落とし、出
力電圧は基部電極１２から取出す。従つて等価回路は第
１図ａの如くなる。この型のジョセフソン論理ゲートは
信号線部の２層を節約てき、断線発生阻止、歩留向上に
有効てある。また信号電流回路と出力電流回路とは接合
Ｊて分離されており、入力電流が出力回路へ漏れるとい
うような問題もない。ところで周知のように論理ゲート
には論理積、論理和、排他的論理和（以下ＥＸＯＲとい
う）など種々あり、これらは半導体素子で構成されるこ
とが多い。
体（対向電極）に信号線を直結し、（対向電極それ自５
体を信号線とし）かつ該対向電極をグランドプレーンヘ
直結した（直結しないでこの部分に抵抗が入ると、信号
電流による電圧降下が該抵抗に発生し、これは出力端電
位を変えて信号電流が出力回路に漏れたことになる）対
向電極直結型ジョセフソン論理ゲートを案出した。これ
は特願昭５５−２０２１４に説明してあるが、その概要
を第１図Ｃ，ｄで説明すると１０はグランドプレーン、
１２，１４，１６がジョセフソン接合を構成する超伝導
体およびトンネリング可能な薄層、１８は絶縁層である
。対向電極直結型のジョセフソン論理ゲートでは対向電
極１６を延長してその延長部１６ａから信号電流１Ｈを
流し、他端１６ｂはグランドプレーン１０へ落とし、出
力電圧は基部電極１２から取出す。従つて等価回路は第
１図ａの如くなる。この型のジョセフソン論理ゲートは
信号線部の２層を節約てき、断線発生阻止、歩留向上に
有効てある。また信号電流回路と出力電流回路とは接合
Ｊて分離されており、入力電流が出力回路へ漏れるとい
うような問題もない。ところで周知のように論理ゲート
には論理積、論理和、排他的論理和（以下ＥＸＯＲとい
う）など種々あり、これらは半導体素子で構成されるこ
とが多い。
勿論ジョセフソン素子で作ることも可能であるが、ジョ
セフソン素子利用のＥＸＯＲは余り例を見ない。ＥＸＯ
Ｒは論理信号てはＡ４Ｂｌこれは（Ａ−Ｂ） （Ａ＋
Ｂ）または（Ａ＋Ｂ）＋（Ａ−Ｂ）と展開できるのでナ
ンド、アンド、オーア各回路の組合せまたはアンドとノ
アの組合せで構成できるが、これでは素子が相当に複雑
になる。それ故本発明は可及的に簡単な構造でＥＸＯＲ
論理を実行できるジョセフソン素子利用の論理回路！装
置を提供しようとするものであり、その特徴とする所は
グランドプレーン上に絶縁層を介してＴ字型の基部電極
を設け、該Ｔ字型の水平腕部の上を延び信号線を兼ねる
対向電極を設け、そして該水平腕部の両端において該対
向電極との間にジヨ５セフソン接合を形成させ、これら
のジョセフソン接合の中間における該対向電極の前記Ｔ
字型の垂直脚部とは逆側の突出部をグランドプレーンへ
接続し、該基部電極の垂直脚部をバイアス電流入力およ
び信号出力端、前記対向電極の両端をそれぞ４れ信号入
力端としてなる点である。
セフソン素子利用のＥＸＯＲは余り例を見ない。ＥＸＯ
Ｒは論理信号てはＡ４Ｂｌこれは（Ａ−Ｂ） （Ａ＋
Ｂ）または（Ａ＋Ｂ）＋（Ａ−Ｂ）と展開できるのでナ
ンド、アンド、オーア各回路の組合せまたはアンドとノ
アの組合せで構成できるが、これでは素子が相当に複雑
になる。それ故本発明は可及的に簡単な構造でＥＸＯＲ
論理を実行できるジョセフソン素子利用の論理回路！装
置を提供しようとするものであり、その特徴とする所は
グランドプレーン上に絶縁層を介してＴ字型の基部電極
を設け、該Ｔ字型の水平腕部の上を延び信号線を兼ねる
対向電極を設け、そして該水平腕部の両端において該対
向電極との間にジヨ５セフソン接合を形成させ、これら
のジョセフソン接合の中間における該対向電極の前記Ｔ
字型の垂直脚部とは逆側の突出部をグランドプレーンへ
接続し、該基部電極の垂直脚部をバイアス電流入力およ
び信号出力端、前記対向電極の両端をそれぞ４れ信号入
力端としてなる点である。
第２図にその実施例を示す。第２図でａは平面図、ｂは
側面図を示し、ａのＸ−Ｘ線部はｂでは断面にしてある
。
側面図を示し、ａのＸ−Ｘ線部はｂでは断面にしてある
。
１０はグランドプレーン、１８は絶縁層、１２は基部電
極である。
極である。
基部電極１２は本例ではＴ字型をしており、その水平腕
部１２ａ上に信号線を兼ねる対向電極１６が左、右に延
びている。対向電極１６は水平腕部１２ａの両端におい
て基部電極とジョセフソン接合を形成しており、１４ａ
，１４ｂがその絶縁薄膜である。対向電極の両端延長部
１６ａ，１６ｂは信号電流の入力端となり、また対向電
極１６の突出部１６ｃはグランドプレーン１０フと接続
される。Ｔ字型の基部電極の垂直脚１２ｂはバイアス電
流の入力端および信号出力端となる。これは第１図と対
比すれば明らかなように、この第１図の対向電極直結型
ジョセフソン素子を２個併設した構造をなす。この装置
の動作を説明するとバイアス電流１Ｂは基部電極１２の
垂直脚部１２ｂ、同水平腕部１２ａ１絶縁薄膜１４ａ，
１４ｂ、対向電極１６、突出部１６ｃ１グランドプレー
ン１０の経路で流れ、また信号電流１Ｈ１，ＩＨ２は対
向電極の延長部１６ａ，１６ｂ１対向電極１６、および
突出部１６Ｃ１グランドプレーンの経路で流れる。
部１２ａ上に信号線を兼ねる対向電極１６が左、右に延
びている。対向電極１６は水平腕部１２ａの両端におい
て基部電極とジョセフソン接合を形成しており、１４ａ
，１４ｂがその絶縁薄膜である。対向電極の両端延長部
１６ａ，１６ｂは信号電流の入力端となり、また対向電
極１６の突出部１６ｃはグランドプレーン１０フと接続
される。Ｔ字型の基部電極の垂直脚１２ｂはバイアス電
流の入力端および信号出力端となる。これは第１図と対
比すれば明らかなように、この第１図の対向電極直結型
ジョセフソン素子を２個併設した構造をなす。この装置
の動作を説明するとバイアス電流１Ｂは基部電極１２の
垂直脚部１２ｂ、同水平腕部１２ａ１絶縁薄膜１４ａ，
１４ｂ、対向電極１６、突出部１６ｃ１グランドプレー
ン１０の経路で流れ、また信号電流１Ｈ１，ＩＨ２は対
向電極の延長部１６ａ，１６ｂ１対向電極１６、および
突出部１６Ｃ１グランドプレーンの経路で流れる。
上記バイアス電流１Ｂの値は、信号電流１Ｈ１，ＩＨ２
が共にＯのとき、ジョセフソン接合Ｊ，，Ｊ２がいずれ
も無電圧状態であるように選ばれる。これに信号電流１
Ｈ１またはＩＨ２が流れると該電流が生じる磁界により
磁界により接合の臨界電流値は下り、ｈ〉ＩＯとなつて
接合Ｊｌ，Ｊ２は電圧状態となる。次に信号電流１Ｈ１
，ＩＨ２が共に流れると対向電極１６におけるこれらの
電流の方向は逆であるから該電流が作る磁束は打消し合
い、信号電流１Ｈ１，１Ｈ２がいずれも０である状態と
同じになつて接合Ｊｌ，Ｊ２は無電圧状態になる。今信
号電流が流れる状態を１、流れない状態を０１接合が電
圧状態であるのを１、無電圧状態てあるのをＯとすると
上記は００または１１で０，０１または１０で１となり
、ＥＸＯＲ論理動作が行なわれたことになる。なおこの
場合の臨界電流１ｃに対する信号電流の働きは第１図の
場合とは若干異なり、所詐ＰＣＳＱＵＩＤのそれと似て
いる。以上の説明から明らかなように本発明によれば極
めて簡単な構造のジョセフソン利用のＥＸＯＲゲートが
得られる。
が共にＯのとき、ジョセフソン接合Ｊ，，Ｊ２がいずれ
も無電圧状態であるように選ばれる。これに信号電流１
Ｈ１またはＩＨ２が流れると該電流が生じる磁界により
磁界により接合の臨界電流値は下り、ｈ〉ＩＯとなつて
接合Ｊｌ，Ｊ２は電圧状態となる。次に信号電流１Ｈ１
，ＩＨ２が共に流れると対向電極１６におけるこれらの
電流の方向は逆であるから該電流が作る磁束は打消し合
い、信号電流１Ｈ１，１Ｈ２がいずれも０である状態と
同じになつて接合Ｊｌ，Ｊ２は無電圧状態になる。今信
号電流が流れる状態を１、流れない状態を０１接合が電
圧状態であるのを１、無電圧状態てあるのをＯとすると
上記は００または１１で０，０１または１０で１となり
、ＥＸＯＲ論理動作が行なわれたことになる。なおこの
場合の臨界電流１ｃに対する信号電流の働きは第１図の
場合とは若干異なり、所詐ＰＣＳＱＵＩＤのそれと似て
いる。以上の説明から明らかなように本発明によれば極
めて簡単な構造のジョセフソン利用のＥＸＯＲゲートが
得られる。
なおこの装置では最初に信号を与え、その後バイアス電
流を流して出力を読むようにするのがよい。これは、特
に信号電流１Ｈ１，ＩＨ２を共に流す場合、両者に時間
差があると一方の信号電流が流れたとき電圧状態となつ
てしまい、これは保持されてしまつて他方の信号電流が
流れても解除されない（解除はリセットで行なわれる）
からである。
流を流して出力を読むようにするのがよい。これは、特
に信号電流１Ｈ１，ＩＨ２を共に流す場合、両者に時間
差があると一方の信号電流が流れたとき電圧状態となつ
てしまい、これは保持されてしまつて他方の信号電流が
流れても解除されない（解除はリセットで行なわれる）
からである。
第１図Ａ，ｂ，ｃ，ｄは対向電極接地型のジョセフソン
素子を説明する等価回路図、グラフ、断面図および概略
平面図、第２図Ａ，ｂは本発明の実施例を示す概略平面
図および側面図てある。
素子を説明する等価回路図、グラフ、断面図および概略
平面図、第２図Ａ，ｂは本発明の実施例を示す概略平面
図および側面図てある。
Claims (1)
- １ グランドプレーン上に絶縁層を介してＴ字型の基部
電極を設け、該Ｔ字型の水平腕部の上を延び信号線を兼
ねる対向電極を設け、そして該水平腕部の両端において
該対向電極との間にジヨセフソン接合を形成させ、これ
らのジョセフソン接合の中間における該対向電極の前記
Ｔ字型の垂直脚部とは逆側の突出部をグランドプレーン
へ接続し、該基部電極の垂直脚部をバイアス電流入力お
よび信号出力端、前記対向電極の両端をそれぞれ信号入
力端としてなることを特徴とするジョセフソン素子を用
いた排他的論理和回路装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55091371A JPS6051287B2 (ja) | 1980-07-04 | 1980-07-04 | ジョセフソン素子を用いた排他的論理和回路装置 |
| EP81300724A EP0035350B1 (en) | 1980-02-20 | 1981-02-20 | Superconductive logic device incorporating a josephson junction |
| DE8181300724T DE3161996D1 (en) | 1980-02-20 | 1981-02-20 | Superconductive logic device incorporating a josephson junction |
| US06/236,579 US4423430A (en) | 1980-02-20 | 1981-02-20 | Superconductive logic device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55091371A JPS6051287B2 (ja) | 1980-07-04 | 1980-07-04 | ジョセフソン素子を用いた排他的論理和回路装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5717234A JPS5717234A (en) | 1982-01-28 |
| JPS6051287B2 true JPS6051287B2 (ja) | 1985-11-13 |
Family
ID=14024511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55091371A Expired JPS6051287B2 (ja) | 1980-02-20 | 1980-07-04 | ジョセフソン素子を用いた排他的論理和回路装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6051287B2 (ja) |
-
1980
- 1980-07-04 JP JP55091371A patent/JPS6051287B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5717234A (en) | 1982-01-28 |
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