【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、常温で動作する回路が出力する信号を、低温で動作する超電導素子を含む超電導信号処理回路に適合するよう変換して伝達するインタフェース回路に関する。 より詳細には、従来よりも高い電圧の信号を受けて、超電導素子を含む超電導信号処理回路に伝達することが可能なインタフェース回路に関する。 【０００２】 【従来の技術】超電導素子、超電導集積回路等を電子機器に使用する場合には、常温で動作する通常の電子回路と組み合わせて使用しなければならない。 これは、現在のところ超電導素子、超電導集積回路のみで電子機器のすべての回路を構成することが不可能であるからである。 【０００３】超電導を利用した従来の電子機器の超電導回路部分に使用される素子は、超電導回路の特性、冷却の問題等からジョセフソン接合を有するスイッチング素子およびセンサ素子、抵抗素子、コンデンサ、インダクタ等に限られている。 従って、複雑な回路を構成することは不可能であり、信号の増幅率も小さい。 このような特性を有する超電導回路に、常温で動作する電子回路から信号を伝達する場合には、従来、常温で動作する電子回路の出力する数Ｖの電圧の信号を、常温で動作する通常の半導体素子によるインタフェース回路で数ｍＶまたは数μＶの微弱電圧の信号に変換していた。 そして、インタフェース回路で変換した微弱電圧の信号を液体窒素、液体ヘリウムで冷却されている超電導回路に伝達し、超電導回路はこの微弱電圧の信号で動作していた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記従来のインタフェース回路では、常温で動作する電子回路の出力する信号を、数ｍＶまたは数μＶの微弱電圧の信号に変換して超電導回路に伝達していた。 インタフェース回路・超電導回路間の信号は微弱であるので、外部の電磁波等の影響を受けやすく、容易に攪乱される。 【０００５】上記の攪乱を受けやすい信号は、誤り率を増加させないために信号の多重化、符号化が大幅に制限される。 従って、通常の信号を伝達する場合に比較して、信号線が増大する。 さらに、上記の超電導回路は、
信号増幅率が極めて小さいので、駆動能力が不足しがちである。 超電導回路の駆動能力を補うため、さらに信号線が増大する。 【０００６】また、上記の微弱信号を安定に伝達するために、信号線の周囲に厳重な電磁シールドを設置することが必要となる。 そのために、スペースが増大し、高集積化の妨げになる。 【０００７】そこで本発明の目的は、多重化、符号化が容易で、電磁シールドも簡略化できる数Ｖの信号を、常温で動作する電子回路から伝達できる新規な超電導インタフェース回路を提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明に従うと、酸化物超電導体で構成された超電導ソース領域および超電導ドレイン領域と、該超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間に配置され、薄い酸化物超電導体層で構成された超電導チャネルと、該超電導チャネル上にゲート絶縁層を介して配置され、該超電導チャネルを流れる電流を制御するためのゲート電圧が印加されるゲート電極とを備える超電導電界効果型素子を備え、前記ゲート電極に、常温で動作する回路が出力する数Ｖの電圧を有する信号が印加されるよう構成されていることを特徴とする、常温で動作する回路が出力する信号を超電導素子を含む超電導信号処理回路に適合するよう変換して伝達するインタフェース回路が提供される。 【０００９】 【作 用】本発明の超電導インタフェース回路は、常温で動作する回路が出力する数Ｖの電圧を有する信号が、
ゲート電極に印加される超電導電界効果型素子を備えるところにその主要な特徴がある。 従来、超電導信号処理回路に伝達される信号は、常温で動作するインタフェース回路で変換していたが、本発明の超電導インタフェース回路は超電導電界効果型素子を備える超電導回路で構成されている。 即ち、本発明の超電導インタフェース回路を備える電子機器では、常温で動作する回路が出力する数Ｖの信号が、そのまま低温に冷却されている超電導回路に伝達されて変換される。 本発明の超電導インタフェース回路に使用する超電導電界効果型素子は、酸化物超電導体で構成された超電導ソース領域および超電導ドレイン領域と、該超電導ソース領域および超電導ドレイン領域間に配置され、薄い酸化物超電導体層で構成された超電導チャネルと、該超電導チャネル上にゲート絶縁層を介して配置され、該超電導チャネルを流れる電流を制御するためのゲート電圧が印加されるゲート電極とを備える。 【００１０】上記のように、本発明の超電導インタフェース回路には、常温で動作する回路の出力する数Ｖの信号が直接印加される。 この信号は、例えばＣＭＯＳ半導体素子の出力する3.3Ｖ、5.0Ｖの電圧のものが適当である。 これは、本発明の超電導インタフェース回路が、酸化物超電導体を使用した超電導電界効果型素子を備えるからである。 本発明の超電導インタフェース回路に使用できる超電導電界効果型素子としては、例えば本出願人による平成２年特許願第236534号に開示されているものを例示することができる。 この超電導電界効果型素子では、ゲート電極に５Ｖ程度の電圧が印加されることにより、酸化物超電導体で構成された５nm程度の厚さの超電導チャネルに流れる超電導電流が完全に遮断される。 また、100μｍ程度の幅の超電導チャネルには、10ｍＡ程度の電流を流すことが可能である。 【００１１】従って、上記の超電導電界効果型素子を使用した本発明の超電導インタフェース回路は、ＣＭＯＳ
半導体素子により直接駆動することが可能である。 また、上記の超電導電界効果型素子が酸化物超電導体を使用しているので、液体窒素中で動作させることができ、
酸化物超電導体を使用した超電導信号処理回路とともに冷却することが可能である。 さらに、常温で動作する回路からは数Ｖの電圧を有する信号が伝達されるので、信号が外部の電磁波等によるノイズの影響を受けにくい。
よって、信号の多重化、符号化が容易であり、信号線を減少させることが可能である。 さらに、本発明の超電導インタフェース回路で使用する超電導電界効果型素子は電流駆動能力を有するので、本発明の超電導インタフェース回路は、例えば、超電導バス、磁気結合等で接続して、従来よりも多くの超電導信号処理回路を動作させることが可能である。 【００１２】以下、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず本発明の技術的範囲をなんら制限するものではない。 【００１３】 【実施例】図１(a)に、本発明の超電導インタフェース回路を備える電子機器のブロック図を示す。 図１(a)の電子機器は、常温で動作する回路４と、超電導回路５
と、常温で動作する回路４から超電導回路５へ信号を伝達する信号線６とを具備する。 超電導回路５は、本発明の超電導インタフェース回路１と、超電導体として酸化物超電導体を使用した超電導信号処理回路２とを具備し、全体が液体窒素により冷却されている。 常温で動作する回路４は、ＣＭＯＳ半導体素子を使用した出力回路３を備え、信号線６は、正確には出力回路３と本発明の超電導インタフェース回路１とに結合されている。 また、信号線６に印加される信号は、出力回路３のＣＭＯ
Ｓ半導体素子が出力する5.0Ｖまたは3.3Ｖの電圧を有する。 従って、信号線６を伝搬する信号は外部の電磁波等により攪乱されにくい。 また、超電導回路５全体を磁気シールドすることは容易であり、スペースもそれほど要しない。 【００１４】図１(b)および(c)本発明の超電導インタフェース回路の概略配線図を示す。 図１(b)は、超電導バスにより超電導信号処理回路と接続されている本発明の超電導インタフェース回路の実施例である。 図１(b)の超電導インタフェース回路は、ゲート電極に信号線６が接続され、ドレイン電極が抵抗素子13を介して超電導バスに接続され、ソース電極がアース線16に接続されている第１の超電導電界効果型素子11と、ソース電極およびゲート電極が抵抗素子13を介して超電導バスに接続され、ドレイン電極が電源線15に接続されている第２の超電導電界効果型素子12とを具備する。 【００１５】図１(c)は、磁気結合により超電導信号処理回路と接続されている本発明の超電導インタフェース回路の実施例である。 図１(c)の超電導インタフェース回路は、抵抗素子13を介して超電導バスに接続されている代わりに、ソレノイド14により超電導信号処理回路と磁気結合されている点以外は図１(b)の超電導インタフェース回路と全く等しい構成である。 【００１６】図２に、本発明の超電導インタフェース回路に使用する超電導電界効果型素子の概念図を示す。 図２の超電導電界効果型素子20は、基板25上に配置された厚さ約５nmの酸化物超電導薄膜で構成された超電導チャネル21と、超電導チャネル21の両端にそれぞれ配置された厚さ約200nmの酸化物超電導薄膜で構成された超電導ソース領域22および超電導ドレイン領域23と、超電導チャネル21上にゲート絶縁膜27を介して配置されたゲート電極24とを具備する。 この超電導電界効果型素子20は、
超電導ソース領域22および超電導ドレイン領域23間の超電導チャネル21を流れる超電導電流をゲート電極24に印加する電圧により変調する。 尚、本発明の超電導インタフェース回路に使用する超電導電界効果型素子は、図２
に示した構成のものに限定されるわけではなく、同様な効果を有するものなら任意の構成のものが使用可能である。 【００１７】 【発明の効果】以上説明したように、本発明に従うと、
常温で動作する回路が出力する信号を、低温で動作する超電導素子を含む超電導信号処理回路に適合するよう変換して伝達する新規な構成の超電導インタフェース回路が提供される。 本発明の超電導インタフェース回路は、
常温で動作する回路が出力する数Ｖの電圧の信号を受けて超電導信号処理回路に適する信号に変換する超電導回路であり、従来のように微弱な信号を常温で動作する回路から超電導回路へ伝達する必要がない。 従って、本発明の超電導インタフェースを使用すると、常温で動作する回路から超電導回路へ伝達する信号の多重化、符号化が容易である。 また、本発明の超電導インタフェース回路は電流駆動能力を有するので、本発明の超電導インタフェース回路は、多数の超電導信号処理回路に、超電導バス、磁気結合等で接続できる。 【図面の簡単な説明】 【図１】(a)は本発明の超電導インタフェース回路を備える電子機器のブロック図であり、(b)および(c)はそれぞれ本発明の超電導インタフェース回路の一例の回路図である。 【図２】本発明の超電導インタフェース回路に使用される超電導電界効果型素子の概念図である。 【符号の説明】 １ 超電導インタフェース回路 ２ 超電導信号処理回路 ３ 出力回路 ４ 常温で動作する回路 ５ 超電導回路 ６ 信号線 |
