JPS63280471A - 温度制御法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は発熱体の温度制御法、例えば集積回路等に組
み込まれたジョセフソン素子等の超電導素子の温度制御
を発熱体の温度を制御することにより行う温度制御法に
関する。

「従来の技術」 周知のように、集積回路等に組み込まれたジョセフソン
素子等の超電導素子はその温度を臨界温度以下の一定温
度に制御する必要性がある。

従来、この温度制御法としては以下に示すものが知られ
ている。

すなわち、ジョセフソン素子の臨界温度以下の極低温雰
囲気中にヒータを設け、このヒータ上に設けられたジョ
セフソン素子の温度を温度センサにより測定し、この温
度を設定温度と比較して、制御回路によりヒータに流す
電流の大きさを制御することによりヒータの発熱量を制
御してジョセフソン素子を一定の温度に保持するように
している。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、上記温度制御法では、温度センサ、制御回路
等が必要であり、集積回路自体が複雑になるという問題
があった。

また、集積回路に温度センサ、制御回路等を組み込むに
は、ジョセフソン素子の組み込みと別のプロセスで行わ
なければならないので、集積回路の製造工程が複雑にな
るという問題があった。

「発明の目的」 この発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、温度
制御が必要なジョセフソン素子等の超電導素子が組み込
まれた集積回路、および集積回路の製造工程を簡略化す
ることができる温度制御法を提供することを目的として
いる。

「問題点を解決するための手段」 この発明の温度制御法は発熱体に酸化物系の超電導体と
電源とを電気的に接続し、温度変化に伴う超電導体の電
気抵抗値の変化により、発熱体の発熱量を制御すること
を特徴としている。

「実施例」 第１図ないし第３図はこの発明の温度制御法を集積回路
に組み込まれたジョセフソン素子の温度制御に適用した
一例を示すものであり、このジョセフソン素子の温度制
御を行うには以下のようにして行う。

すなわち、第１図に示すように石英等からなる基板ｌＯ
上に、Ｃｕ−３０％Ｎｉ合金からなるヒータ（発熱体）
１２を設け、このヒータＩ２上に、直方体（１０ｘｘ×
２０　ｘｘＸｌ　ｘｉ）をなすＬ　ａ−９ｒ−Ｃｕ−〇
系（酸化物系）の超電導体１３と、ジョセフソン素子１
４と、Ｇｅ測温素子１５とを設ける。そして、第２図に
示すように、ヒータ１２に、超電導体１３と、基板ｌＯ
外に設けられた電源１６とを直列に接続する。次いで、
ヒータ１２と、超電導体１３と、ジョセフソン素子１４
と、ＧＪＩＩ温素子１５とをグリス！７により覆い、こ
のグリス１７の外側をヘリウムガスで冷却することによ
りグリス１７内の温度を４３Ｋにする。

ここで、上記超電導体１３の温度変化に伴う電気抵抗値
の変化のグラフを第３図に示す。この図から明らかなよ
うに、超電導体Ｉ３の電気抵抗値は、超電導体１３の臨
界温度４０．４に以下でゼロ、４０．４Ｋから４６．２
Ｋまでの超電導状態から常電導状態に遷移する範囲では
温度上昇に伴って連続的に上昇し、４６．２以上の常電
導状態で一定値２にΩを示す。また、上記ヒータ１２の
電気抵抗値は４０Ｋから５０にの範囲で一定値１００Ω
を示す。したがって、ヒータＩ２に流れる電流が超電導
体１３の温度変化により変化し、よってこのヒータ１２
の発生電力（発熱量）が超電導体！３の温度変化により
以下のように変化する。

すなわち、ヒータ１２の発生電力は、超電導体１３の温
度が４０．．４に以下で約ＩＷ、４０．４Ｋから４６．
．２にの範囲で温度上昇に伴って連続的に下降し、４６
．２に以上で一定値約２ｉ＋Ｗを示す。

次に、第２図に示す回路に電源１６によりＩＯＶの電圧
をかける。この時、上記ヒータ１２上のジョセフソン素
子１４の温度は、グリス１７を介してのヘリウムガスに
よる冷却作用と、ヒータ１２による昇温作用とがつり合
って４３Ｋになっている。

そして、何等かの原因によりジョセフソン素子１４の温
度が上昇すると、それに伴いグリス１７内の温度が上昇
して、超電導体１３の温度が上昇する。これにより、超
電導体１３の電気抵抗値が上昇してヒータ１２からの発
生電力が減少する。

したがって、上記ヘリウムガスによる冷却作用がヒータ
Ｉ２による昇温作用に勝るので、ジョセフソン素子１４
の温度が下降する。また、これとは逆に、ジョセフソン
素子１４の温度が下降すると、超電導体１３の電気抵抗
値が下降してヒータ１２からの発生電力が増加する。し
たがって、ヒータ１２よる昇温作用がヘリウムガスによ
る冷却作用に勝るので、ジョセフソン素子１４の温度が
上昇する。

このようにして、ジョセフソン素子１４の設定温度に対
する温度の変化を自動的に防止すなわち制御する。そし
て、温度制御がされたジョセフソン素子１４の温度を上
記Ｇｅ測温素子１５により測定したところ４３±０．５
にで一定であった。

上記温度制御法によれば、温度センサ、制御回路等が不
要であるので、集積回路自体を簡略化することができる
。

また、上記超電導体１３を、ジョセフソン素子１２と同
一のプロセスで製作できるので、集積回路の製造工程を
簡略化できる。

さらに、超電導体１３がＬ　ａ−Ｓ　ｒ−Ｃｕ−０系（
酸化物系）のものであるので、それぞれの元素の組成比
等を調整することにより、超電導体１３の臨界温度、超
電導遷移幅等を広い範囲で容易にコントロールすること
ができ、よって目的とする設定温度、温度変化の幅等を
容易に制御することができる。

加えて、超電導体１３が酸化物系のものであるので、常
電導抵抗値が高く、よって高温時におけるヒータ１２の
発生電力を極力小さくすることができる。したがって、
ジョセフソン素子１４の温度上昇を効果的に押さえるこ
とができるので、温度の制御性に優れる。

なお、上記実施例では、ヒータ１２に、超電導体１３と
電源２とを直列に接続したが、並列に接続してもよい。

この場合、ヒータ１２に流れる電流と、超電導体１３に
流れる電流との和を一定にすることにより、ヒータ１２
に流れる電流を超電導体１３の電気抵抗値の変化に対応
させて変化させればよい。

また、上記実施例では、この発明をジョセフソン素子の
温度制御に適用したが、これに限ることなく、低温で使
用される実験用の保温室、冷蔵庫等の温度制御にも適用
でき、さらに、超電導体の臨界温度が常温程度に上昇す
れば、この発明の適用範囲の拡大が期待できる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明の温度制御法は、発熱体
に酸化物系の超電導体と電源とを電気的に接続し、温度
変化に伴う超電導体の電気抵抗値の変化により、発熱体
の発熱量を制御するものである。したがって、この温度
制御法を集積回路に組み込まれたジョセフソン素子の温
度制御に適用すれば、従来のような温度制御に要する温
度センサ、制御回路等といったものが不要であるので、
集積回路自体を簡略化することができる。

また、超電導体を、ジョセフソン素子と同一のプロセス
で製作できるので、集積回路の製造工程を簡略化できる
。

さらに、超電導体が酸化物系のものであるので、それぞ
れの元素の組成比等を調整することにより、超電導体の
臨界温度、超電導遷移幅等を広い範囲で容易にコントロ
ールすることができ、よって目的とする設定温度、温度
変化の幅等を容易に制御することができる。

加えて、超電導体が酸化物系のものであるので、常電導
抵抗値が高く、よって高温時における発熱体の発生電力
を極力小さくすることができる。したがって、ジョセフ
ソン素子の温度上昇を効果的に押さえることができるの
で、温度の制御性に優れる。

【図面の簡単な説明】 第１図ないし第３図はこの発明の一実施例を示すもので
あり、第１図は発熱体と超電導体を示す概略構成図、第
２図は発熱体に超電導体と電源とを接続した回路図、第
３図は超電導体の温度変化に伴う電気抵抗値の変化を示
す図である。 １２・・・・・・ヒータ（発熱体）、！３・・・・・・
超電導体、１６・・・・・・電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　発熱体に酸化物系の超電導体と電源とを電気的に接続
   し、温度変化に伴う上記超電導体の電気抵抗値の変化に
   より、上記発熱体の発熱量を制御することを特徴とする
   温度制御法。