JP3232733B2

JP3232733B2 - 超電導量子干渉素子

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Publication number: JP3232733B2
Application number: JP00159093A
Authority: JP
Inventors: 栄里子武田; 壽一西野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-01-08
Filing date: 1993-01-08
Publication date: 2001-11-26
Anticipated expiration: 2016-11-26
Also published as: JPH06209125A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微小な磁束を検出する超
電導量子干渉素子（以下ＳＱＵＩＤと称する）の高感度
化に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＱＵＩＤは超電導の性質を利用して、
微小な磁束を検出することのできる素子である。一般的
なＳＱＵＩＤの構造の中でＳＱＵＩＤの周囲に超電導体
が存在しない素子構造については、例えば、アイイー
イーイートランザクションズオンマグネティ
クス、第１７巻、４００頁−４０３頁、１９８１年(IEE
E Transactions on Magnetics、Mag.17、pp.400-403(19
81))に示されている。また、ＳＱＵＩＤの周囲に超電導
ループを配置した素子構造については、第２回高温超電
導デバイスに関するワークショップ予稿集（新機能素子
研究開発協会、６月７−９日、１９８９年、北海道、２
１９頁−２２２頁）（2nd Workshop on High Temperatu
re Superconducting Electronics R&D Association for
Future Electron Devices， June 7-9， 1989，in Shi
kabe， Hokkaido， Japan ， pp.219-222)に示されてい
る。図８および図９に従来技術におけるＳＱＵＩＤの上
面図を示す。従来技術においては、図９に示したよう
に、ジョセフソン素子６、および、抵抗体７を含む超電
導体で構成されたインダクタンス部分、すなわち、ワッ
シャコイル１の上部に、図には示されてはいないが絶縁
膜を介してインプットコイル３、４およびフィードバッ
クコイル２、５が配置されていた。ＳＱＵＩＤの周囲に
は図９に示すごとく、他の超電導体が配置されていない
か、もしくは図８に示すごとく線幅が５μｍ程度の細い
超電導ループ８が配置されていた。この超電導ループ８
は外部の磁場を排除するためのガードリングとして使用
されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＳＱＵＩＤを高感度化
するためには、雑音に対する信号の割合（以下Ｓ／Ｎ比
と記す）を向上させる必要がある。一般的なＳＱＵＩＤ
はピックアップコイルで検出した磁束を薄膜トランスで
ＳＱＵＩＤに伝達し、それを電圧信号に変換して出力す
る。従って、Ｓ／Ｎ比を向上させるためには、ピックア
ップコイルからＳＱＵＩＤまでの磁束の伝達率を向上さ
せること、および、磁束を電圧に変換する割合（磁束電
圧変換効率）を向上させることが必要である。ＳＱＵＩ
Ｄの磁束伝達率を向上させるためには、薄膜トランスを
形成するインプットコイルとＳＱＵＩＤのワッシャコイ
ルとの相互インダクタンスを大きくする必要がある。ワ
ッシャコイルの周囲に何も存在しない場合には、ワッシ
ャコイルの自己インダクタンスは、ワッシャコイルの開
口部の一辺の寸法によって決まる値に、さらに寄生イン
ダクタンスを付加したものになる。また、ワッシャコイ
ルの上部に螺旋上にインプットコイルを形成した場合は
両者の相互インダクタンスは上述のワッシャコイルのイ
ンダクタンスとインプットコイルの巻数の積に比例す
る。従って、相互インダクタンスを大きくして磁束伝達
率を向上させるには、ワッシャコイルのインダクタンス
を大きくするか、もしくは、インプットコイルの巻数を
多くする必要がある。しかし、ワッシャコイルのインダ
クタンスを大きくすると、磁束の変化に対するＳＱＵＩ
Ｄの臨界電流値の変化量が低下し、その結果、磁束電圧
変換効率が低下するという問題を引き起こす。また、イ
ンプットコイルの巻数を増やした場合は、ワッシャコイ
ルの面積も大きくなり、それに伴って寄生インダクタン
スの値が増加するため、結局ワッシャコイルのインダク
タンスが大きくなり、磁束電圧変換効率が低下するとい
う問題を引き起こす。従って、従来構造のＳＱＵＩＤで
は、磁束伝達率と磁束電圧変換効率を同時に向上させて
ＳＱＵＩＤを高感度化することが困難であった。

【０００４】また、ＳＱＵＩＤの周囲に電位の安定した
導体が存在しないために、多チャンネル化やデジタル化
に適していなかった。また、配線にグランドプレーンを
設けていないので、配線のインダクタンスを低下させる
ことができず、配線に電流が流れることにより発生した
磁界がワッシャコイルに影響を及ぼすという恐れがあっ
た。

【０００５】一方、図８に示したごとくＳＱＵＩＤの周
囲に超電導ループが存在する場合は、ＳＱＵＩＤを常伝
導状態から超電導状態に冷却した際に超電導ループとＳ
ＱＵＩＤの間に磁束が凝集される恐れがある。その結
果、それらのトラップした磁束によりＳＱＵＩＤの特性
が変化し安定動作しにくいという問題があった。

【０００６】上述のごとく、従来技術においては高感度
で、かつ、安定動作するＳＱＵＩＤを実現するための十
分な配慮がなされていたとはいえない。

【０００７】従って、本発明では上記従来技術の持つ問
題点を解決して、第一に磁束伝達率と磁束電圧変換効率
を同時に向上させて高感度なＳＱＵＩＤを提供するこ
と、第二に磁束トラップが少なく安定動作するＳＱＵＩ
Ｄを提供すること、第三に配線のインダクタンスを低下
させること、および、第四に多チャンネル化やデジタル
化に適したＳＱＵＩＤを提供すること、を課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】磁束伝達率と磁束電圧変
換効率を同時に向上させた高感度なＳＱＵＩＤを提供す
るという本発明の第一の課題、および、磁束トラップが
少なく安定動作するＳＱＵＩＤを提供するという第二の
課題、および、配線のインダクタンスを低下させるとい
う第三の課題は、少なくとも、１つ以上のジョセフソン
接合と、前記ジョセフソン接合を含んで閉ループを構成
した超電導体より成るインダクタンス部分と、前記イン
ダクタンス部分に磁束を結合させるための超電導体より
成る入力コイル、からなる超電導量子干渉素子におい
て、前記インダクタンス部分を構成する超電導体の周囲
に、他の超電導体をそれ自身が超電導ループを形成しな
いように配置したグランドプレーンを設け、かつ、前記
超電導量子干渉素子の下部には他の超電導体が存在しな
い構造とすることによって達成できる。

【０００９】また、本発明の第四の課題は上記構成に加
えて、前記グランドプレーンを接地することによって達
成することができる。

【００１０】

【作用】本発明によるＳＱＵＩＤは、ＳＱＵＩＤの周囲
に超電導ループを形成しないようにグランドプレーンを
配置している。そのグランドプレーンが、ＳＱＵＩＤの
ワッシャコイルと磁気結合をすれば、グランドプレーン
にミラー電流が流れ、それによって発生した磁束はワッ
シャコイルによる磁束をキャンセルするように働く。そ
の結果、ワッシャコイルの自己インダクタンスは低下す
る。一方、インプットコイルはワッシャコイルが実効的
にミラー電流を作るので磁束の広がりが制御されるため
周囲のグランドプレーンとは磁気結合しない。従って、
ワッシャコイルとインプットコイルの相互インダクタン
スは、ワッシャコイルの自己インダクタンスの低下に影
響を受けない。従って、磁束伝達率を一定に保ったま
ま、ワッシャコイルの自己インダクタンスのみを低下さ
せることができるので、従来のＳＱＵＩＤに比べて磁束
の変化に対するＳＱＵＩＤの臨界電流値の変化量を大き
くすることができ、磁束電圧変換効率を向上させること
ができる。従って、磁束伝達率と磁束電圧変換効率を同
時に向上させて高感度なＳＱＵＩＤを実現することがで
きる。

【００１１】また、ワッシャコイルのインダクタンスが
低下する割合は、ワッシャコイルとグランドプレーンの
磁気結合の程度による。ワッシャコイルとグランドプレ
ーンの磁気結合度は、ワッシャコイルの幅、ワッシャコ
イルの開口部、グランドプレーンとワッシャコイルの間
の距離、グランドプレーンの大きさなどによって決ま
る。従って、これらの値を変化させることによって、ワ
ッシャコイルのインダクタンスの値を任意に設定するこ
とができる。例えば、ワッシャコイルの開口部が５０μ
ｍで幅が２００μｍであり、周囲のグランドプレーンの
幅が２００μｍの場合の、ワッシャコイルとグランドプ
レーンの間の距離とＳＱＵＩＤのインダクタンスの低下
割合の関係を図７に示す。例えば、従来構造のＳＱＵＩ
Ｄのインダクタンスに対して９０％以下に低下させたけ
れば、ワッシャコイルとグランドプレーンの間の距離を
ワッシャコイルの開口部の寸法の約２倍以下にすれば良
い。また、７５％に低下させたければ、ワッシャコイル
とグランドプレーンの間の距離をワッシャコイルの開口
部の寸法の約０．３倍以下にすれば良い。図７に示した
関係はインダクタンスの低下の割合として考えればここ
に示した特定の値に限らず一般的に成りたつことが確認
できた。通常ＳＱＵＩＤのインダクタンスの設計精度は
±５％程度であり、本発明の目的を達成するためにはイ
ンダクタンスを１０％以上の割合で低下させるように設
計する必要がある。このためにはワッシャコイルとグラ
ンドプレーンの間の距離をワッシャコイルの開口部の寸
法の約２倍以下にすれば良い。

【００１２】また、ワッシャコイルの少なくとも一部分
をグランドプレーンが覆う場合であっても、両者の磁気
結合係数が０．１以上になるようにすれば、同じ効果が
得られ、１０％以上の割合でインダクタンスを低下させ
ることができる。従って、一般的な場合でも、ワッシャ
コイルとグランドプレーンの磁気結合係数が０．１以上
になるようにすれば、本発明の目的を達成することがで
きる。

【００１３】このように、ワッシャコイルとグランドプ
レーンの間の距離を小さくすることによって、ワッシャ
コイルはそれ自身の対向部分との磁気結合に比べて、グ
ランドプレーンと強く磁気結合するようになるので、Ｓ
ＱＵＩＤのインダクタンスは低下する。ワッシャコイル
とグランドプレーンの間の磁気結合の強さは主としてワ
ッシャコイルとグランドプレーンの間の距離とワッシャ
コイルの開口部の寸法の比に依存するが、ミラー電流の
効果がインダクタンスの低下量を１０％より大きくする
ために十分であるためには、グランドプレーンを構成す
る超電導体の幅が、ワッシャコイルの幅の１／４以上、
より望ましくは１／３以上であることが必要である。こ
れはミラー電流のリターン成分の作る磁束が十分に小さ
くなるための条件である。この条件は、ワッシャコイル
の寸法の具体的な値によらず成り立つ。このため、例え
ばワッシャコイルの幅が２００μｍのＳＱＵＩＤでは、
グランドプレーンの幅は５０μｍ以上に選ぶことが望ま
しい。

【００１４】また、本発明によるＳＱＵＩＤでは、周囲
に設けたグランドプレーンは超電導ループを形成してい
ない。従って、ＳＱＵＩＤを常伝導状態から超電導状態
に冷却した際にグランドプレーンとＳＱＵＩＤの間に磁
束がトラップされることがないため、ＳＱＵＩＤの周囲
に超電導ループが存在する従来のＳＱＵＩＤに比較して
磁束トラップの影響が少なく安定動作させることができ
る。

【００１５】また、本発明によるＳＱＵＩＤでは、ＳＱ
ＵＩＤの周囲に存在するグランドプレーンの上部にＳＱ
ＵＩＤの駆動に必要な配線を配置しているため、配線の
インダクタンスを低減することができる。

【００１６】またＳＱＵＩＤを多チャンネル化したりデ
ジタル化する場合には、ＳＱＵＩＤの周囲の電位を安定
させることが必要であるが、本発明のＳＱＵＩＤでは、
ＳＱＵＩＤの周囲のグランドプレーンを接地することに
より、ＳＱＵＩＤの周囲に安定した電位を供給すること
ができる。従って、本発明のＳＱＵＩＤは多チャンネル
化やデジタル化に適した構造である。また、周囲のグラ
ンドプレーンとＳＱＵＩＤを１対１対応とすることによ
り、ＳＱＵＩＤの相互干渉を防止することができるた
め、隣接して複数のＳＱＵＩＤを配置することができ、
高集積化することができる。ＳＱＵＩＤを高集積化でき
ることは多チャンネル化やデジタル化するために有効で
ある。

【００１７】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。

【００１８】図１を用いて本発明の第１の実施例を説明
する。図１は本発明の第１の実施例によるＳＱＵＩＤの
構造を示す上面図である。この実施例では従来技術にお
けるＳＱＵＩＤの構成に加えて、その周囲に超電導体の
薄膜によって構成したグランドプレーン１１を設けたこ
とに特徴がある。このグランドプレーン１１は、厚さ約
３００ｎｍで幅が約２００μｍのＮｂ薄膜から構成して
ある。このグランドプレーン１１は、切り込み１０を設
けてあるので超電導の閉ループを構成しない。

【００１９】本実施例においてはジョセフソン素子６は
Ｎｂ／Ａｌ酸化物／Ｎｂのサンドイッチ型であり、この
素子はこれらの３つの材料をスパッタリング法によって
積層後にホトレジストをマスクとしたドライエッチング
によって加工して形成した。ジョセフソン素子を含む超
電導の閉ループを構成するワッシャコイル１には、スパ
ッタリング法によって形成し、ホトレジストをマスクと
したドライエッチングによって加工して形成した厚さ約
３００ｎｍのＮｂ薄膜を用いた。ワッシャコイル１の幅
は約２００μｍであり、中央の開口部分の一辺の長さは
約５０μｍとした。ワッシャコイル１の縁とグランドプ
レーン１１の縁とが近接する部分の間隔は約５０μｍと
した。

【００２０】フィードバックコイル２、５は、超電導体
であるＮｂ薄膜を用いて形成してあり、その厚さは約３
００ｎｍである。Ｍｏの薄膜よりなる抵抗体７はジョセ
フソン素子をシャントする目的で設けられている。実際
のＳＱＵＩＤのチップではこの他にＳｉＯ蒸着膜よりな
る層間絶縁膜が設けられているが、図には明示していな
い。入力信号をＳＱＵＩＤに伝達するために使用するイ
ンプットコイル３、４は、やはりスパッタリング法によ
って形成し、ホトレジストをマスクとしたドライエッチ
ングによって加工して形成した厚さ約３００ｎｍのＮｂ
薄膜を用いた。

【００２１】このようにして作製したＳＱＵＩＤを、液
体ヘリウムを用いて徐々に冷却したところ、グランドプ
レーン１１から掃き出された磁束は切り込み１０からグ
ランドプレーン１１の外側に確実に排除される。このた
め、グランドプレーンの内部に磁束がトラップされるこ
とがない。

【００２２】このＳＱＵＩＤの自己インダクタンスは、
周囲にグランドプレーン１１を設けたために、周囲にグ
ランドプレーン１１が無い場合に比べて約８５％に減少
した。その結果として磁束を印加した場合の電流−電圧
特性の変調度は、周囲にグランドプレーン１１が無い場
合に比べて約５％増加した。これによって、ＳＱＵＩＤ
の出力電圧も５０％以上改善された。本発明のＳＱＵＩ
Ｄでは、ＳＱＵＩＤ自体の雑音の大きさは周囲にグラン
ドプレーン１１が無い場合とほぼ同じであるのに対し
て、出力電圧が５０％以上改善されているので、その結
果、信号のＳ／Ｎ比を１．５倍以上に改善することがで
きた。

【００２３】一方、インプットコイル３とグランドプレ
ーン１１との間には殆ど磁気的な結合が無いために入力
磁束の伝達率はグランドプレーンが無い場合と殆ど変わ
らなかった。従って、本発明のＳＱＵＩＤによれば磁束
伝達率を最高に保ったまま、出力電圧を大きくして磁束
電圧変換率を向上させて、Ｓ／Ｎ比のより大きな高感度
なＳＱＵＩＤを実現することができた。

【００２４】本実施例においては、ワッシャコイル１の
幅とグランドプレーン１１の幅をほぼ同じに選んだが、
グランドプレーン１１にミラー電流が十分に流れる程度
の幅をグランドプレーン１１が持てば良いので、グラン
ドプレーン１１の幅はワッシャコイル１の幅の約１／４
以上である必要があり、より好ましくは本実施例のごと
く１倍程度の幅を持つことが発明の目的を達するために
必要である。実際のグランドプレーン１１の幅はこの範
囲に選んでおけば良く、ここに示した値に限定されるも
のではない。

【００２５】また、本実施例ではＳＱＵＩＤの配線は全
てグランドプレーンの上に、絶縁膜を介して設けられて
おり、グランドプレーンはＳＱＵＩＤの駆動用の電流を
供給するための配線のアース面として働く。すなわち配
線はマイクロストリップラインの形状を有している。こ
のため配線のインダクタンスはグランドプレーンが無い
場合に比べて半分以下の安定した値に作製できる。ま
た、電流が発生する磁束による干渉やクロストークによ
るＳＱＵＩＤの誤動作といった問題をなくすことができ
る。

【００２６】次に、図２を用いて第２の実施例を説明す
る。図２は本発明の実施例によるＳＱＵＩＤの上面図で
ある。この実施例では図１に示したＳＱＵＩＤとは異な
り、グランドプレーン１１とワッシャコイル１が空間的
な重なり部分３１を持つことが特徴である。ｄｃＳＱＵ
ＩＤそのものやグランドプレーン１１の形成方法は図１
に示したＳＱＵＩＤと同じで良い。図３は図２に示した
ＳＱＵＩＤのＡＡ断面を示す断面図である。この図から
わかるようにＳｉ単結晶からなる厚さ４５０μｍの基板
３０の上に、グランドプレーン１１とワッシャコイル１
が空間的な重なり部分３１を持って配置されている。図
３にはインプットコイルを明示していない。重なり部分
３１の大きさおよびその範囲は、グランドプレーン１１
とインプットコイル３が磁気的な結合を持たない程度に
選べば良く、具体的にはグランドプレーン１１とインプ
ットコイル３の間の距離を、ワッシャコイル１とインプ
ットコイル３の層間絶縁膜厚の３倍以上、より好ましく
は５倍以上に選べば発明の目的を達することができる。
本実施例においても、ＳＱＵＩＤの冷却時にはグラン
ドプレーン１１から掃き出された磁束は切り込み１０か
らグランドプレーン１１の外側に確実に排除される。こ
のため、グランドプレーンの内部に磁束がトラップされ
ることがない。

【００２７】このＳＱＵＩＤの自己インダクタンスは、
周囲にグランドプレーン１１を設けたために、周囲にグ
ランドプレーン１１が無い場合に比べて約６５％に減少
した。その結果として磁束を印加した場合の電流−電圧
特性の変調度は、周囲にグランドプレーン１１が無い場
合に比べて約３０％増加した。これによって、ＳＱＵＩ
Ｄの出力電圧は８０％以上改善された。本発明のＳＱＵ
ＩＤでは、ＳＱＵＩＤ自体の雑音の大きさは周囲にグラ
ンドプレーン１１が無い場合とほぼ同じであるのに対し
て、出力電圧が８０％以上改善されているので、その結
果信号のＳ／Ｎ比が１．８倍以上に改善することができ
た。

【００２８】一方、インプットコイル３とグランドプレ
ーン１１との間には殆ど磁気的な結合が無いために入力
磁束の伝達率はグランドプレーンが無い場合と殆ど変わ
らなかった。従って、本発明のＳＱＵＩＤによれば磁束
伝達率を最高に保ったまま、出力電圧を大きくして磁束
電圧変換率を向上させて、Ｓ／Ｎ比のより大きな高感度
なＳＱＵＩＤを実現することができた。

【００２９】本実施例では、重なり部分３１はワッシャ
コイル１の周囲のほぼ全体に設けたが、これを一部分の
みにしても、本発明の目的を達することができる。その
際には、ＳＱＵＩＤのインダクタンスの対称性を保つよ
うに線対称、もしくは点対称の配置になるように重なり
部分３１を設けることがのぞましい。

【００３０】つぎに、図４を用いて本発明の第３の実施
例を説明する。図４は本発明の実施例によるＳＱＵＩＤ
の上面図である。この実施例では図１に示したＳＱＵＩ
Ｄとは異なり、グランドプレーン１１に２つの切り込み
１０を設けたことが特徴である。作製方法等は本発明の
最初の実施例と同じで良い。

【００３１】このようにして作製したＳＱＵＩＤを、液
体ヘリウムを用いて徐々に冷却したところ、グランドプ
レーン１１から掃き出された磁束は切り込み１０からグ
ランドプレーン１１の外側に確実に排除される。このた
め、グランドプレーンの内部に磁束がトラップされるこ
とがない。

【００３２】このＳＱＵＩＤの自己インダクタンスは、
周囲にグランドプレーン１１を設けたために、周囲にグ
ランドプレーン１１が無い場合に比べて約８５％に減少
した。その結果として磁束を印加した場合の電流−電圧
特性の変調度は、周囲にグランドプレーン１１が無い場
合に比べて約５％増加した。これによって、ＳＱＵＩＤ
の出力電圧も５０％以上改善された。本発明のＳＱＵＩ
Ｄでは、ＳＱＵＩＤ自体の雑音の大きさは周囲にグラン
ドプレーン１１が無い場合とほぼ同じであるのに対し
て、出力電圧が５０％以上改善されているので、その結
果、信号のＳ／Ｎ比を１．５倍以上に改善することがで
きた。これらの改善は本発明の最初の実施例と殆ど同じ
である。つまり、ワッシャコイル１の周囲に設けるグラ
ンドプレーン１１の配置は必ずしも全体である必要は無
く、これを一部分のみにしても、本発明の目的を達する
ことができる。その際には、ＳＱＵＩＤのインダクタン
スの対称性を保つように線対称、もしくは点対称の配置
になるように切り込み１０を設けることがのぞましい。

【００３３】一方、インプットコイル３とグランドプレ
ーン１１との間には殆ど磁気的な結合が無いために入力
磁束の伝達率はグランドプレーンが無い場合と殆ど変わ
らなかった。従って、本発明のＳＱＵＩＤによれば磁束
伝達率を最高に保ったまま、出力電圧を大きくして磁束
電圧変換率を向上させて、Ｓ／Ｎ比のより大きな高感度
なＳＱＵＩＤを実現することができた。

【００３４】本実施例においては、ワッシャコイル１の
幅とグランドプレーン１１の幅をほぼ同じに選んだが、
グランドプレーン１１にミラー電流が十分に流れる程度
の幅をグランドプレーン１１が持てば良いので、グラン
ドプレーン１１の幅はワッシャコイル１の幅の約１／４
以上である必要があり、より好ましくは本実施例のごと
く１倍程度の幅を持つことが発明の目的を達するために
必要である。実際のグランドプレーン１１の幅はこの範
囲に選んでおけば良く、ここに示した値に限定されるも
のではない。

【００３５】つぎに、図５を用いて本発明の第４の実施
例を説明する。この実施例では図４に示したＳＱＵＩＤ
を４個並べて配置してあることが特徴である。その際、
個々のワッシャコイル５１〜５４にはそれぞれグランド
プレーン５５〜５８がそれぞれ１対１に対応するように
設けてあり、電気的には接続しないような形状に選んで
ある。これは、グランドプレーンに流れる磁気遮蔽電流
によって別のＳＱＵＩＤ同士が磁気的に結合して、特性
が変化してしまうことを防止する効果がある。このよう
な構成をとることによって、高感度なＳＱＵＩＤを多数
並べて集積化して使用することができる。また、ＳＱＵ
ＩＤの配線は全てグランドプレーンの上に、絶縁膜を介
して設けられており、マイクロストリップラインの形状
を有している。このため配線のインダクタンスはグラン
ドプレーンが無い場合に比べて半分以下の安定した値に
作製できる。また、電流の発生する磁束による干渉やク
ロストークによるＳＱＵＩＤの誤動作といった問題をな
くすことができる。

【００３６】つぎに、図６を用いて本発明の第５の実施
例を説明する。図６は本発明の実施例によるＳＱＵＩＤ
の上面図である。この実施例では図１に示したＳＱＵＩ
Ｄとは異なり、ワッシャコイル１を二つ有するダブルワ
ッシャタイプのＳＱＵＩＤによって本発明を実施してい
る。作製方法等は本発明の最初の実施例と同じで良い。
その際、個々のワッシャコイル１にはそれぞれグランド
プレーン１１が１対１に対応するように設けてあり、し
かも切り込み１０によってそれらは電気的には接続しな
いような形状に選んである。これは、グランドプレーン
に流れる磁気遮蔽電流によって別のワッシャコイル同士
が磁気的に結合して、正しい測定ができなくなることを
防止する効果がある。このような構成をとることによっ
て、高感度なＳＱＵＩＤを多数並べて集積化して使用す
ることができる。また、本実施例でもＳＱＵＩＤの配線
は全てグランドプレーンの上に、絶縁膜を介して設けら
れており、マイクロストリップラインの形状を有してい
る。このため配線のインダクタンスはグランドプレーン
が無い場合に比べて半分以下の安定した値に作製でき
る。また、電流の発生する磁束による干渉やクロストー
クによるＳＱＵＩＤの誤動作といった問題をなくすこと
ができる。

【００３７】以上に述べた本実施例では超電導体として
Ｎｂを用いたがこれに限るものではなく、Ｎｂの金属間
化合物、ＮｂＮ、Ｐｂ−５ｗｔ％Ｉｎ合金等のＰｂ合
金、あるいは酸化物超電導材料等を用いても良いことは
言うまでもない。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、磁束
伝達率と磁束電圧変換効率を同時に向上させた高感度な
ＳＱＵＩＤを提供すること、多チャンネル化やデジタル
化に適したＳＱＵＩＤを提供すること、磁束トラップが
無く安定に動作するＳＱＵＩＤを提供すること、および
配線のインダクタンスを低下させることのできる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＳＱＵＩＤの構造を示す上面図であ
る。

【図２】本発明のＳＱＵＩＤの構造を示す上面図であ
る。

【図３】ＳＱＵＩＤのＡＡ断面図である。

【図４】本発明のＳＱＵＩＤの構造を示す上面図であ
る。

【図５】本発明のＳＱＵＩＤの構造を示す上面図であ
る。

【図６】本発明のＳＱＵＩＤの構造を示す上面図であ
る。

【図７】ワッシャコイルとグランドプレーンの間の距離
とＳＱＵＩＤのインダクタンスの関係である。

【図８】従来のＳＱＵＩＤの構造を示す上面図である。

【図９】従来のＳＱＵＩＤの構造を示す上面図である。

【符号の説明】

１ワッシャコイル、２フィードバックコイル、３
インプットコイル、４インプットコイル、５フィー
ドバックコイル、６ジョセフソン素子、７抵抗体、
８ガードリング、１０切り込み１１グランドプレーン、３０基板、３１重なり部
分、５１〜５４ワッシャコイル、５５〜５８グラン
ドプレーン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 39/22 - 39/24 H01L 39/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、１つ以上のジョセフソン接合
と、前記ジョセフソン接合を含んで閉ループを構成した
超電導体より成るインダクタンス部分と、前記インダク
タンス部分に磁束を結合させるための超電導体より成る
入力コイルとからなる超電導量子干渉素子において、前
記インダクタンス部分を構成する超電導体の周囲に、他
の超電導体をそれ自身が超電導ループを形成しないよう
に配置したグランドプレーンを設け、かつ、前記超電導
量子干渉素子の下部には他の超電導体が存在しない構造
とし、前記インダクタンス部分と前記グランドプレーン
は磁気結合係数が０．１以上で磁気結合していることを
特徴とする超電導量子干渉素子。
【請求項２】少なくとも、１つ以上のジョセフソン接合
と、前記ジョセフソン接合を含んで閉ループを構成した
超電導体より成るインダクタンス部分と、前記インダク
タンス部分に磁束を結合させるための超電導体より成る
入力コイルとからなる超電導量子干渉素子において、前
記インダクタンス部分を構成する超電導体の周囲に、他
の超電導体をそれ自身が超電導ループを形成しないよう
に配置したグランドプレーンを設け、かつ、前記超電導
量子干渉素子の下部には他の超電導体が存在しない構造
とし、前記インダクタンス部分と前記グランドプレーン
間の距離は、前記インダクタンス部分の構成する閉ルー
プの径の２倍以下であることを特徴とする超電導量子干
渉素子。
【請求項３】少なくとも、１つ以上のジョセフソン接合
と、前記ジョセフソン接合を含んで閉ループを構成した
超電導体より成るインダクタンス部分と、前記インダク
タンス部分に磁束を結合させるための超電導体より成る
入力コイルとからなる超電導量子干渉素子において、前
記インダクタンス部分を構成する超電導体の周囲に、他
の超電導体をそれ自身が超電導ループを形成しないよう
に配置したグランドプレーンを設け、かつ、前記超電導
量子干渉素子の下部には他の超電導体が存在しない構造
とし、前記超電導量子干渉素子を構成する前記インダク
タンス部分が少なくとも２つ以上の主要なインダクタン
ス部分に分けて構成されており、前記それぞれのインダ
クタンス部分の中央を基準として、線対称、または点対
称となるように前記グランドプレーンを配置したことを
特徴とする超電導量子干渉素子。
【請求項４】少なくとも、１つ以上のジョセフソン接合
と、前記ジョセフソン接合を含んで閉ループを構成した
超電導体より成るインダクタンス部分と、前記インダク
タンス部分に磁束を結合させるための超電導体より成る
入力コイルとからなる超電導量子干渉素子において、前
記インダクタンス部分を構成する超電導体の周囲に、他
の超電導体をそれ自身が超電導ループを形成しないよう
に配置したグランドプレーンを設け、かつ、前記超電導
量子干渉素子の下部には他の超電導体が存在しない構造
とし、前記超電導量子干渉素子と前記グランドプレーン
は１対１対応となるように組み合わせて構成され、さら
にその周囲に複数の前記超電導量子干渉素子を並べて配
置したことを特徴とする超電導量子干渉素子。