ジョセフソン高速記憶回路用量子磁束転移型記憶セルの研究

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

ジョセフソン高速記憶回路用量子磁束転移型記憶セ ルの研究

田原, 修一

https://doi.org/10.11501/3054301

出版情報：Kyushu University, 1990, 工学博士, 論文博士 バージョン：

権利関係：

第 4 章 記 憶 セ ル の 動 作

前 章 ま で に 実 現 し た 量 子 磁 東 転 移 型 記 憶 セ ル の 動 作 測 定 と そ の 測 定 結 果 の 検 討 を 行 う 。 ジ ョ セ フ ソ ン デ バ イ ス は 極 低 温 と 低 雑 音 、 低 磁 場 の 測 定 環 境 が 必 要 である。 N bを 超 伝 導 材 料 と し て 用 い た 場 合 、 N b膜 の 超 伝 導 転 移 温 度 は だ い たい 9 Kで あ る の で 、 液 体 ヘ リ ウ ム 中 で の 測 定 が 簡 便 で 最 も 多 用 さ れ て い る 。 そ の 際 、 液 体 ヘ リ ウ ム 中 の 測 定 チ ッ プ か ら 室 温 の 測 定 計 器 ま で 信 号 を 入 出 力 し な け れ ば な ら な い 。 と 同 時 に ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 は 磁 場 に 対 し て 高 感 度 で あ る の で そ の ま ま で は 地 球 磁 場 (‑‑‑100mGauss)の 影 響 を 受 け て し ま う 。 そ の た め 被 測 定 チ ッ プ を 低 磁 場 下 の 環 境 に 置 く 工 夫 が 不 可 欠 で あ る 。 本 章 の 第 l

節 で は 測 定 に 用 い る チ ッ プ ホ ル ダ に つ い て ふ れ る 。

一 方 、 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 測 定 結 果 か ら は 配 線 開 の 磁 束 の 結 合 の 状 態 や レ イ ア ウ ト 上 で の 曲 が り の 部 分 で の イ ン ダ ク タ ン ス な ど の 浮 遊 の イ ン ダ ク タ

ン ス に つ い て 検 討 す る 。 今 回 の 量 子 磁 東 転 移 型 記 憶 セ ル の 特 性 測 定 は チ ッ プ 外 部 か ら 必 要 な 信 号 を 印 加 し た ス タ テ ィ ッ ク な 状 態 で の 測 定 で あ る が 、 最 後 に 超 伝 導 量 子 干 渉 計 を 用 い て 入 力 信 号 駆 動 を 行 っ た ダ イ ナ ミ ッ ク な 場 合 に つ い て も 検討する。

4.  1 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 測 定78)‑81>

図4‑1に 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 測 定 シ ス テ ム を 示 す 。 試 作 さ れ た チ ッ プ は チ ッ プ ホ ル ダ に 装 着 し 、 液 体 ヘ リ ウ ム を 充 填 し た デ ュ ワ ー の 中 に 浸 す 。 ヘ リ ウ ム デ ュ ワ ー は 磁 気 シ ー ル ド 室 に 置 か れ 、 さ ら に パ ー マ ロ イ の 3重 磁 気 シ ー ル ド が 施 さ れ て お り 、 地 球 磁 場 は 数μ Ga u s sに ま で 低 減 さ れ て い る 。 ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 は 磁 場 に 敏 感 で あ る こ と は す で に 述 べ た が 、 記 憶 セ ル は 超 伝 導 ル ー プ を 含 み と く に 磁 場 に 対 し て 感 度 が 高 い の で 地 球 磁 場 の み な ら ず 、 チ ッ プ ホ

ー 99‑

ル ダ な ど に も 磁 性 を 帯 び た 材 料 を 使 わ な い 等 の 注 意 が 必 要 で あ る 。 図 4‑2に チ ッ プ ホ ル ダ の 概 略 図 を 示 す 。 チ ッ プ ホ ル ダ は チ ッ プ 装 着 部 の プ リ ン ト 基 板 と そ の 押 さ え の 部 分 の ブ ロ ッ ク と 常 温 測 定 系 に 接 続 す る 同 軸 ケ ー ブ ル と か ら な る 。 プ ロ ッ ク の 材 料 は 黄 銅 で あ り 、 同 軸 ケ ー ブ ル の 支 柱 に は ベ ー ク ラ イ ト 材 を 用 い て い る 。 プ リ ン ト 基 板 上 の 伝 送 線 路 は ポ リ イ ミ ド 基 板 を 用 い た バ ラ ン ス 型 ス ト リ ッ プ 線 路 で あ り 、 ス ト リ ッ プ 線 路 の 先 端 に デ バ イ ス を フ ェ イ ス ダ ウ ン 式 に 装 着 す る 。 ス ト リ ッ プ 線 路 の 材 料 は B e C uで 先 端 部 は 基 板 か ら 浮 か し 、 板 バ ネ 状 の ピ ン に 加 工 し て い る 。 B e C uは 液 体 ヘ リ ウ ム 温 度 で は 硬 化 し パ ネ 性 を 失 う も の の 、 常 温 に 戻 し た 時 に は パ ネ 性 を 回 復 し て い る と い う 特 徴 を 持 つ 。 チ ッ プ 上 に は 測 定 用 の パ ッ ド が 4 4パ ッ ド 用 意 さ れ て お り 、 す べ て の パ ッ ド が 確 実 に チ ッ プ ホ ル ダ の 測 定 ピ ン と 接 触 す る た め に は パ ネ 性 は 欠 か す こ と が で き な い 。 さ ら に チ ッ プ 上 の パ ッ ド と チ ッ プ ホ ル ダ の ピ ン と の 電 気 的 接 触 を 良 く す る た め に 、 パ ッ ド 部 分 の N b膜 の 上 に は A uを 蒸 着 し 、 ピ ン に は A uメ ッ キ を 施 し て いる。

測 定 系 の ケ ー ブ ル と チ ッ プ ホ ル ダ 上 の ス ト リ ッ プ ラ イ ン と の 整 合 性 を テ ス ト す る た め に そ の 伝 送 特 性 を 調 べ た 。 図 4 ‑ 3に は T D Rで 測 定 し た イ ン ピ ー ダ

ン ス 整 合 の 様 子 が 示 さ れ て い る 。 測 定 系 の 出 力 イ ン ピ ー ダ ン ス は 500に 統 一 さ れ て お り 、 測 定 系 の ケ ー ブ ル 、 ス ト リ ッ プ ラ イ ン も 500の イ ン ピ ー ダ ン ス で あ る こ と が 望 ま し い 。 ス ト リ ッ プ ラ イ ン の 特 性 イ ン ピ ー ダ ン ス の 線 幅 依 存 性 を図 4‑4に 示 す 。 特 性 イ ン ピ ー ダ ン ス 500の 時 、 線 路 の 線 幅 は 240μm

で あ る 。 測 定 さ れ る チ ッ プ 上 で は 超 伝 導 ラ イ ン の イ ン ピ ー ダ ン ス は グ ラ ン ド プ レ ー ン か ら の 距 離 に 依 存 す る が 、 一 般 に は 500よ り も 小 さ い 。 従 っ て 、 チ ッ プ

の 入 力 線 は 500の マ ッ チ ン グ 抵 抗 が 必 要 で あ る 。 こ こ に 述 べ た イ ン ピ ー ダ ン ス 整 合 の 問 題 は ス タ テ ィ ッ ク な 測 定 の 範 囲 で は 大 き な 問 題 と は な ら な い 。 し か し な が ら 、 記 憶 回 路 の ア ク セ ス 時 間 を 測 定 す る な ど 高 速 の 信 号 を 取 り 扱 う と き に は 重 要 な 問 題 と な り 、 イ ン ピ ー ダ ン ス 不 整 合 が 有 る と 高 速 信 号 が チ ッ プ の 内 部 に は 伝 達 せ ず 非 常 に 大 き な 問 題 と な る 。

次 に 記 憶 セ ル の 測 定 シ ス テ ム に つ い て 概 説 す る 。 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル は 入 力 と し て 正 と 負 の 信 号 が 必 要 で あ る 。 従 っ て 、 実 際 の 記 憶 回 路 の 中 で は 次 章

‑100  ‑

Monitor 

Pulse  Generator 

Memory  Testor 

OutputJInput 

r ‑ ‑ ‑

ーーーー・・・・・・・・・園田・・・・・・・・ー、

，.‑‑・・・圃...・唱・・・・ーー、

Shield Room 

Sample  Magnetic  Shield 

•

図4‑ 1 .  量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 測 定 シ ス テ ム

ヘ リ ウ ム デ ュ ワ ー は パ ー マ ロ イ の 3重 シ ー ル ド を 施 さ れ 、 シ ー ル ド ル ー ム 内 に お い て 測 定 を 実 施 す る 。

サ ン プ ル 付 近 の 磁 場 は 10μG a u s s以 下 で あ る 。

‑101  ‑

BNC

コ ネ ク タ

ベ ー ク ラ イ ト

B 

e 

C 

u配 線

図4‑ 2. 

サ ン プ ル

黄 銅

チ ッ プ ホ ル ダ の 概 略 図

プ リ ン ト 基 板 : 約 4 c m X 3 c m サ ン プ ル 形 状 : 8 m m X 8 m m

‑102  ‑

コ ネ ク タ 部 分 に お け る イ ン ピ ー ダ ン ス 不 整 合

開 放 終 端 に お け る 反 射

図4‑ 3.  ス ト リ ッ プ ラ イ ン の イ ン ピ ー ダ ン ス 特 性

‑103  ‑

図4‑4. 

Q) u 

巳 ト

て

。

コQ)  ト Q. 

u  + ω  ー _ト

ι iちロ^』qLJ 

= 

0

. 

³  

ト

。

ト

o 

Room Temperature 

・

^4.2K

¥ミミ m ^ミミふ

¥

. . . . . /  . . . . . . . . . . . . . .  ミミ月¥

¥合:

i 

100  200  300  400  Line  Width (μm) 

ス ト リ ッ プ ラ イ ン の イ ン ピ ー ダ ン ス の 線 幅 依 存 性 B e C u板 上 に ポ リ イ ミ ド の 絶 縁 層 を 経 て

B e C uの ス ト リ ッ プ ラ イ ン を 形 成 す る 。

‑104 ‑

で 述 べ る よ う に 極 性 切 換 型 駆 動 回 路 が 必 要 と な る 。 こ こ で は 記 憶 セ ル 単 体 の 動 作 を 詳 し く 調 べ る た め に 問 題 点 を で き る だ け 少 な く す る 目 的 で 、 入 力 信 号 は す べ て 室 温 下 の パ ル ス ジ ェ ネ レ ー タ か ら 数 10KHz'"‑数M H zの 低 周 波 で 測 定 チ ッ プ に 供 給 し て い る 。 図 4‑5に 記 憶 セ ル の 測 定 入 力 系 を 示 す 。 記 憶 セ ル に は ア ド レ ス の 選 択 、 及 び 書 き 込 み 、 読 み 出 し の 記 憶 動 作 の 制 御 を 行 う 2本 の 入 力信号 1x、 1yと デ ー タ の 読 み 出 し に 必 要 な セ ン ス 電 流 1sと 記 憶 動 作 の 原 点 を 決 め る 直 流 電 流 1d Cが 必 要 で あ る 。 1yの 入 力 電 流 線 に は 正 方 向 の パ ル ス を 発 生 す る パ ル ス ジ ェ ネ レ ー タ の 出 力 と 負 の 方 向 の パ ル ス を 発 生 す る パ ル ス ジ ェ ネ レ ー タ の 出 力 を 信 号 加 算 器 ( ア ダ ー ・ ス プ リ ッ タ :HP社 製 〉 で 加 算 し た 信 号 を 入力し、 1 xの 入 力 電 流 線 に は 1yと 同 様 に 正 パ ル ス と 負 パ ル ス を 加 算 し た 信 号 に 直 流 電 流 も 加 算 し た 信 号 を 入 力 す る 。 セ ン ス 信 号 は 正 方 向 の パ ル ス だ け が 必 要 で あ る の で パ ル ス ジ ェ ネ レ ー タ か ら の 出 力 が 入 力 さ れ る 。 書 き 込 み 、 読 み 出 し 、 あ る い は 半 選 択 状 態 な ど の パ タ ー ン は メ モ リ テ ス タ ( ア ド パ ン テ ス ト 製 〉 か ら 発 生 さ れ る 。

図4‑8に 測 定 し た 記 憶 セ ル の 機 能 テ ス ト の 結 果 を 示 す 。 パ ル ス 列 は 上 か ら X入力信号、 Y入 力 信 号 、 セ ン ス 信 号 、 出 力 パ ル ス を 示 す 。 そ れ ぞ れ の 左 か ら パ タ ー ン は デ ー タ 1" の 書 き 込 み 、 読 み 出 し 、 読 み 出 し 、 正 方 向 の 1xだ け を 加 え た 半 選 択 状 態 、 読 み 出 し 、 負 方 向 の 1xだ け を 加 え た 半 選 択 状 態 、 読 み 出 し 、 正 方 向 の 1yだ け を 加 え た 半 選 択 状 態 、 読 み 出 し 、 負 方 向 の 1xだ け を 加 え た 半 選 択 状 態 、 読 み 出 し を 示 し 、 後 半 は 同 様 の 操 作 を デ ー タ

o

" に 対 し て 行 っ た こ と を 示 し て い る 。 図 4‑8の 測 定 時 に は 直 流 電 流 Id c=O.2mAを 印 加 し て 動 作 の 原 点 を 定 め て い る 。 図 に 示 す よ う に デ ー タ 1" を 書 き 込 ん だ 後 で は 読 み 出 し 動 作 に 対 し セ ン ス ゲ ー ト が 電 圧 状 態 に ス イ ッ チ し て お り 、 ま た デ ー タ

o 

" を 書 き 込 ん だ 後 で は 読 み 出 し 動 作 の 時 に セ ン ス ゲ ー ト が ス イ ッ チ し て お ら ず 、 正 常 な 記 憶 動 作 を 行 っ て い る こ と を 示 し て い る 。 特 に す べ て の 半 選 択 状 態 に 対 し 誤 動 作 し て い な い こ と は 記 憶 回 路 と し て 記 憶 セ ル 行 列 を 構 成 し た と き に も 誤 動 作 し な い こ と を 示 し て お り 、 記 憶 セ ル の 完 全 動 作 を 示 し て い る と 言 え る 。 ま た 、 セ ン ス 電 流 は 読 み 出 し 、 書 き 込 み 、 半 選 択 状 態 い ず れ の 動 作 の 時 に も 入 力 さ れ て お り 、 こ れ も 記 憶 回 路 内 で の 記 憶 セ ル の 動 作 試 験 に 近 い 状 態 で の 測定と言える。

‑105  ‑

P G +   P Gー

アダー.

ス プ リ ッ タ

モ ニ タ ー アダー.

ス プ リ ッ タ D C  

Xア ド レ ス 入 力

P G +   P Gー

アダー.

ス プ リ ッ タ Iy  ^{試 料}

モ ニ タ ー

L .  H 

e 

P G   ^{セ ン ス 入 力}

Is  モ ニ タ ー

タ

レ

ネ

エ

ジスス ン ル ル 源

一 パ パ 電 タ の の 流 パ 正 負 直

G +

一

C

P D  

+ + + +  

図4‑5.  記 憶 セ ル へ の 入 力 信 号 系 測 定 シ ス テ ム

‑106  ‑

I s  

Vout 

図4‑6. 

‑ ο  

‑0 

‑0 

‑0 

量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 機 能 試 験 結 果

W :書き込み、 R:読み出し、 H S :半 選 択 状 態 を 示 す 。

1 

xパ ル ス の 振 幅 :

O.  2 

m 

A 

1 ^yパ ル ス の 振 幅 : O.  2 m A   1 Bパ ル ス の 振 幅 :0.15mA V ou tパ ル ス の 振 幅 :2mV

‑107 ‑

続 い て 、 記 憶 セ ル の 動 作 マ ー ジ ン の 測 定 結 果 に つ い て 述 べ る 。 前 述 し た よ う に 本 測 定 は 記 憶 回 路 を 構 成 し た 場 合 の 記 憶 セ ル の 動 作 に 近 い 状 態 で 測 定 し て い る の で 、 得 ら れ た 動 作 マ ー ジ ン は 記 憶 回 路 の 中 で も 近 い 値 が 得 ら れ る も の と 想 像 さ れ る 。 さ て 動 作 マ ー ジ ン の 測 定 方 法 は 次 の よ う で あ る 。 通 常 記 憶 セ ル へ の 入 力 は 駆 動 回 路 か ら な さ れ る の で 正 方 向 の 信 号 と 負 方 向 の 信 号 の 絶 対 値 が 異 な る 値 を 示 す こ と は な く 、 そ の 大 き さ は 駆 動 回 路 の バ イ ア ス 条 件 で 決 定 さ れ る 。 し か し な が ら 、 我 々 は 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 詳 細 な 動 作 マ ー ジ ン を 調 べ る た め に 正 方 向 の

電 流 、 負 方 向 の 電 流 の 大 き さ を 独 立 に 制 御 し て そ の 動 作 マ ー ジ ン を 調 べ た 。 ま ず デ ー タ 1" の 書 き 込 み の 時 に は 1x + ( 正 方 向 のX入 力 電 流 〉 、 1 y + (正方 向の Y入 力 電 流 〉 を 誤 動 作 し な い 範 囲 で 充 分 大 き く 設 定 し 、 1 x ‑ ( 負 方 向 の X 入力電流〉、 1 y ‑ ( 負 方 向 の Y入 力 電 流 〉 の 値 を ふ っ て 、 動 作 領 域 を 決 定 す る 。

も ち ろ ん 、 入 力 電 流 1^y ‑ の 大 き さ は 読 み 出 し の 時 の 動 作 マ ー ジ ン に も 依 存 し て い る た め 、 設 計 領 域 の す べ て を こ の 方 法 で 調 べ る こ と は 不 可 能 で あ る 。 し か し 、 実 際 の パ ラ メ ー タ の 偏 差 等 を 考 慮 す る と 、 実 際 に 試 作 し た デ バ イ ス の 動 作 マ ー ジ ン は 設 計 値 よ り も 小 さ く 、 こ の 測 定 方 法 で 得 ら れ た 動 作 マ ー ジ ン は 試 作 さ れ た 記 憶 セ ル の 動 作 マ ー ジ ン を 表 し て い る も の と 考 え ら れ る 。 同 様 に し て デ ー タ

o 

" 書 き 込 み の 時 の 動 作 マ ー ジ ン は 1x ‑、 1y ‑を 充 分 大 き く し て 、 1 x +、 I

Y+を パ ラ メ ー タ と し て 記 憶 、 動 作 を 確 認 し な が ら 動 作 マ ー ジ ン を 求 め る 。 最 後 に デ ー タ の 読 み 出 し の 際 に は 1x‑、 1^y + を 充 分 大 き く し 、 デ ー タ 1" の 書 き 込 みは Iぐ だ け で も 充 分 な 領 域 に 、 デ ー タ 0"の 書 き 込 み は 1y + だ け で も 充 分 な 領 域 に 設 定 し 、 1 x +、 1y ‑を サ ン プ リ ン グ し て 各 点 で の 記 憶 動 作 を 確 認 し な が ら 動 作 マ ー ジ ン を 決 定 す る 。 図 4ー 7に 測 定 し た 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 動 作 マ ー ジ ン を 示 す 。 動 作 の 原 点 は Id c=0.2mAに 設 定 す る 。 1^x、 1^yい ず れ も の 動 作 マ ー ジ ン が 最 大 に な る よ う に 決 定 し た 動 作 領 域 を 斜 線 部 分 で 示 す 。 ま た 、 表4‑1に は そ の 動 作 マ ー ジ ン を ま と め て い る 。 動 作 マ ー ジ ン が 設 計 値 よ り も 小 さ い 原 因 は 臨 界 電 流 値 が 2 0 %小 さ く 、 イ ン ダ ク タ ン ス が 10%^{大 き}

く 設 計 値 か ら ず れ た こ と に よ る も の と 思 わ れ る 。

セ ン ス 電 流 の 動 作 マ ー ジ ン に つ い て は 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 動 作 原 理 か ら 考 え て 1^x、 1^yの 大 き さ に は 依 存 し な い 。 す な わ ち 、 量 子 磁 東 転 移 型 記 憶 セ

‑108  ‑

図

4‑7. 

Iy  (mA) 

I W  

子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 動 作 マ ー ジ ン

0印 は 測 定 に よ り 求 め ら れ た し き い 値 曲 線 を 示 し 、 正 常 動 作 の 限 界 を 示 す も の で あ る 。

‑109  ‑

表 4‑ 1 .  子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 動 作 マ ー ジ ン の ま と め

C o n d i t i o n   d a t a " l "  Write  d a t a " O "  Write  d a t a  Read  S e n s e  

R 1 a r g i n  

+33% 

+24% 

+21% 

+33% 

‑110  ‑

ル を 構 成 す る 2つ の 超 伝 導 ル ー プ の ひ と つ ル ー プ 2に 侵 入 す る 単 一 磁 束 を 感 じ て セ ン ス グ ー ト が ス イ ッ チ す る た め で あ る 。 実 験 に お い て も こ の こ と は 実 証 さ れ 、 記 憶 セ ル が 正 常 に 記 憶 動 作 を 行 っ て い る 条 件 で は セ ン ス 電 流 の 動 作 マ ー ジ ンは約土 3 3 %と 一 定 で あ っ た 。

さ て 、 記 憶 セ ル の う ち 超 伝 導 ル ー プ に 複 数 の 量 子 磁 束 を 貯 え る タ イ プ の も の は 液 体 ヘ リ ウ ム 温 度 に 冷 却 す る 際 に 、 ど の 安 定 点 に セ ル が 落 ち つ く か は 確 率 的 に 決 ま る 。 そ の た め 記 憶 動 作 を 確 実 に す る た め に 初 期 化 Clnitialize) C一 般 に は 記 憶 セ ル の 記 憶 状 態 を デ ー タ 0"を 貯 え た 状 態 に し て い る 場 合 が 多 い77

つ

が 必 要 で あ る 。 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 場 合 は 動 作 の 原 点 に お い て 、 記 憶 動 作 を 正 常 に 行 う 安 定 点 に い る 必 要 が あ る 。 す な わ ち デ ー タ 1" が 貯 え ら れ て い る か 、 デ ー タ

o

" が 貯 え ら れ て い る か の 状 態 に し て お く こ と が 望 ま し い 。 す で に 述 べ た よ う に 試 作 し た 記 憶 セ ル の パ ラ メ ー タ の 変 動 は 避 け る こ と は 困 難 で あ る た め 、 場 合 に よ っ て は 動 作 原 点 に 3つ 以 上 の 安 定 点 が 存 在 す る 場 合 が あ る 。 そ の 場 合 に は 、 本 記 憶 セ ル の 安 定 点 は デ ー タ 1" 、 デ ー タ

o

" 、 に 対 応 し た 安 定 点 が 最 も 深 く 、 印 加 す る 直 流 電 流 を 若 干 ( 例 え ば : tO.2mA""'O.

3mA程 度 ) 低 周 波 で 上 下 す る こ と で 他 の 動 作 点 に あ っ た 記 憶 セ ル も デ ー タ 1 " 、 デ ー タ

o

" に 対 応 し た 安 定 点 に 落 ち つ く 。 そ の 後 は 第 2章 で 述 べ た ダ ン ピ ン グ 条 件 を 満 た す よ う に ダ ン ピ ン グ 抵 抗 を 設 定 す る こ と に よ り 記 憶 セ ル の 誤 動 作 を 防 ぐ こ と が で き る 。

4.  2  測 定 結 果 の 検 討

量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル に 限 ら ず 超 伝 導 ル ー プ を 利 用 す る 超 伝 導 記 憶 セ ル は イ ン ダ ク タ ン ス の 制 御 が 非 常 に 重 要 と な る 。 と こ ろ が 、 超 伝 導 配 線 は す べ て イ ン ダ ク タ ン ス と し て 機 能 す る た め 、 配 線 開 を 接 続 す る コ ン タ ク ト ホ ー ル の 部 分 や 配 線 の 曲 が り の 部 分 の イ ン ダ ク タ ン ス は 正 確 な 評 価 が 難 し く 、 設 計 と の 誤 差 を 生 じ 易 い 。 こ れ ら の 不 確 定 な イ ン ダ ク タ ン ス を 調 べ る た め に イ ン ダ ク タ ン ス 評 価 用 の TE G C Test  E 1 ement Group)回 路 を 用 い た 。

111  ‑

図4‑8^のT E G回 路 は 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の ル ー プ 2と セ ン ス ゲ ー ト を 抜 き だ し た も の で あ る 。 ル ー プ 2ヘ 注 入 さ れ る 電 流 を 1^e、 ル ー プ 2に 含 ま れ る ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 J2の位相()2と の 関 係 は 第 2章 で も 説 明 し た 通 り 、 図 4 ‑ 9の よ う に な る 。 ル ー プ 2の L1^{積 は} 1φoよ り も 小 さ く 設 計 し て い る の で 1^e 

==0で は 安 定 点 は ひ と つ で あ る 。 注 入 電 流 1eを 増 し て い く と 、 A、 Cの 点 で 位 相 の 飛 び が 生 じ 、 点 E^、 Fで は そ れ ぞ れ ル ー プ 2に 量 子 磁 束 が 1^{個 ま た は} 2^個

転 移 し て い る こ と を 示 し て い る 。 こ の 量 子 磁 東 転 移 が ル ー プ 2と 磁 気 的 に 結 合 し て い る セ ン ス ゲ ー ト ( 超 伝 導 量 子 干 渉 計 〉 へ の 入 力 に 対 応 し 、 量 子 磁 束 転 移 が 起 こ る と セ ン ス ゲ ー ト が 電 圧 状 態 に ス イ ッ チ す る 。 こ の 関 係 を 示 し た も の が 図4‑10に 示 し た 図 4‑8の T E G回 路 の 制 御 特 性 で あ る 。 図 4‑10に お い て 縦 軸 は セ ン ス ゲ ー ト の ゲ ー ト 電 流 1s、 横 軸 は ル ー プ 2へ の 注 入 電 流 1eを 示す。 1eがA点 に 達 す る ま で は 図 4‑9か ら わ か る よ う に ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 の 位相は π/2 以下 (~φ0/ 4 ) の変化しかせず、センスゲートのしきい値はわ

ず か に 減 少 す る だ け で あ る 。 1eがA点 に 達 す る と 、 位 相 ( )2は E点 に ジ ャ ン プ し 、 量 子 磁 束 転 移 が 起 こ る 。 セ ン ス ゲ ー ト に 入 力 さ れ る 磁 束 は 約φ。 と な り 、 セ ン ス ゲ ー ト の し き い 値 曲 線 に も 飛 び が 見 ら れ る 。 同 様 に 、 図 4‑10の 点Aの し き い 値 の 変 化 か ら 点Dの し き い 値 の 変 化 ま で は 、 そ れ ぞ れ 図 4‑9の 点Aで の 位 相 の 飛 び か ら 点Dで の 位 相 の 飛 び に 対 応 し て い る 。 従 っ て 、 図 4‑10^の

セ ン ス ゲ ー ト の 制 御 特 性 に お け る 各 点 A、 B、 C、 Dで の 1eの 値 か ら 図 4‑9

のIe‑()2特 性 が 決 定 さ れ 、 ル ー プ 2に お け る イ ン ダ ク タ ン ス L3、 Lゎ ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 J2の 臨 界 電 流 値 12を 求 め る こ と が で き る 。 そ の 結 果 、 1 _2~ O. 

08 _{mA 、 L3~7.} 5 p H、 L_4~ 1.  5 p Hが 得 ら れ た 。

超 伝 導 配 線 開 の コ ン タ ク ト ホ ー ル 部 分 や 配 線 の 曲 が り の 部 分 の イ ン ダ ク タ ン ス を 調 べ る た め に 図 4‑ 1 1に 等 価 回 路 を し め す T E G回 路 を 測 定 し た 。 こ の T E G回 路 は 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル に お け る ル ー プ 1と 同 じ 形 状 の 超 伝 導 ル ー プ を 持 つ 超 伝 導 量 子 干 渉 計 の し き い 値 特 性 を 評 価 し た も の で ル ー プ lに 含 ま れ る コ ン タ ク ト ホ ー ル 等 の 計 算 で き な い イ ン ダ ク タ ン ス を 評 価 す る と 共 に 、 必 要 な イ ン ダ ク タ ン ス の 設 計 値 と の 誤 差 を 調 べ る こ と が で き る 。 こ の T E G回 路 には 2つ の 超 伝 導 量 子 干 渉 計 (a) (b)が 含 ま れ て い る 。 (a ) は 記 憶 セ ル と 同 様 の 形 状 で 制 御 線 を 設 け 、 超 伝 導 ル ー プ と 制 御 線 と の 相 互 イ ン ダ ク タ ン ス

‑112  ‑

I e  

L4 

J 3  

L3 

J 4  

図

4‑8. TEG

回 路 の 等 価 回 路

( 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の ル ー プ 2と セ ン ス ゲ ー ト 部 分 〉

‑113  ‑

I e  (mA)  0 . 6  

0 . 4 ‑ : : :  

︐AU 

ハU

AU

 

π  2 π   3 π   ^{4 0 2}   _π 

図4‑ 8.  ル ー プ 2へ の 入 力 電 流 1e. vs. 

ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 J2の 位 相 82 

点 A"、 B"及 び C"、 D"に お い て 量 子 磁 束 転 移 が 発 生 し て い る 。

‑114  ‑

図4‑ 1 

o .  

量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の セ ン ス ゲ ー ト の 制 御 特 性 ( 縦 軸 : セ ン ス ゲ ー ト の ゲ ー ト 電 流 (1B: O.lmA/div.) 

横 軸 : ル ー プ 2へ の 入 力 電 流 (1

e :  

O.2mA/div.)  ) 

‑115  ‑

を 調 べ る こ と を 目 的 と す る 。 と く に こ の 相 互 イ ン ダ ク タ ン ス の 値 は 駆 動 電 流 の 大 き さ を 設 計 す る 上 で 重 要 な パ ラ メ ー タ と な る 。 (b ) は 制 御 線 と 磁 気 的 に 結 合 し て い る 部 分 の 自 己 イ ン ダ ク タ ン ス を 調 べ る た め に 制 御 電 流 を 注 入 、 注 出 す る 端 子 を ル ー プ 2の 一 部 ( 制 御 線 と 結 合 し て い る と 考 え ら れ る 部 分 〉 に 設 け た 。 こ の 方 法 は 相 互 イ ン ダ ク タ ン ス が 完 全 に 自 己 イ ン ダ ク タ ン ス と 等 し い 理 想 的 な 場 合 と 考 え る こ と が で き る 。 こ れ に よ り ル ー プ 1の 設 計 値 と の 誤 差 を 知 る こ と が で き る 。 こ れ ら の 結 果 か ら コ ン タ ク ト ホ ー ル や ジ ョ セ フ ソ ン 接 合 部 分 の カ ウ ン タ 電 極 等 の イ ン ダ ク タ ン ス を 評 価 す る こ と が で き る 。 こ れ ら の 一 連 の 超 伝 導 量 子 干 渉 計 の 測 定 結 果 と 前 述 の セ ン ス ゲ ー ト の 制 御 特 性 の 結 果 か ら 図 4‑ 1 2 

に 示 す よ う な パ ラ メ ー タ が 得 ら れ た 。 こ こ で 特 徴 的 な こ と は 浮 遊 の イ ン ダ ク タ ン ス の 値 は 1. 5 p Hと 決 し て 無 視 で き る 値 で は な い こ と と 、 制 御 線 と の 相 互 イ ン ダ ク タ ン ス が 設 計 値 か ら 大 き く ず れ て い る こ と で あ る 。 相 互 イ ン ダ ク タ ン ス の 問 題 は 本 記 憶 セ ル の よ う に 制 御 線 の 線 幅 1. 5 μ mに 対 し 、 結 合 さ れ る ル ープ lの 線 幅 は 5. 5 μ mと か な り 広 い よ う な 場 合 の フ リ ン ジ ン グ 係 数82)の 計 算 の 方 法 に 検 討 の 余 地 が あ る こ と を 示 唆 し て い る 。

こ れ ら の 測 定 結 果 か ら 得 ら れ た パ ラ メ ー タ を 用 い て 算 出 し た 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の し き い 値 特 性 の 一 部 を 図 4‑ 1 3に 示 す 。 図 の 中 で の

O

^{印 は 実 験 か}

ら 得 ら れ た し き い 値 で あ り 、 比 較 的 良 い 一 致 を 示 し て い る 。 こ の こ と は 図 4‑

1 2の 回 路 パ ラ メ ー タ の 正 確 さ を 裏 付 け て い る 。

x

信 号 の 制 御 線 と 記 憶 セ ル の 磁 気 的 な 結 合 が 設 計 よ り も 小 さ い た め に X軸 方 向 に 広 が っ た し き い 値 特 性 と な っ て い る 。 記 憶 回 路 の 設 計 に お い て 駆 動 回 路 の 設 計 に 注 意 が 必 要 で あ る こ と が わかる。

記 憶 回 路 の サ イ ク ル 時 間 の 高 速 化 の た め に は 記 憶 セ ル の 入 力 信 号 に い か な る タ イ ミ ン グ シ ー ケ ン ス が 発 生 し で も 望 ま し く な い 。 す な わ ち 入 力 信 号 の 加 え る 順 序 、 あ る い は 信 号 を 立 ち さ げ る 順 序 が 記 憶 動 作 に 影 響 を 与 え る 場 合 に は 、 記 憶 動 作 を 正 常 に 行 う た め 充 分 な タ イ ミ ン グ マ ー ジ ン を と っ て 信 号 を 入 力 す る 必 要 が あ り 、 高 速 化 の 妨 げ と な る 。 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 2つ の 入 力 信 号 I

I yは 、 記 憶 セ ル か ら み る と 質 的 に 差 異 は な い た め 、 入 力 信 号 Ix、 I yの 聞 に タ イ ミ ン グ シ ー ケ ン ス は 必 要 と し な い 。 図 4‑14(a)か ら (d ) に は そ の こ と を 実 証 す る た め に 行 っ た 実 験 結 果 を 示 す 。 図 4‑14(a)で は 入 力 信

‑116 ‑

I g  

( a )  

I g   I c  

L= M 

︑

EEノ

hu

 

/ ' 置 ︑

図

4‑1  1  . 

イ ン ダ ク タ ン ス 評 価 用

SQUID

ゲート

( a)上 部 配 線 ( 制 御 線 ) と 下 部 配 線 ( 記 憶 セ ル の 超 伝 導 ル ー プ の 一 部 〉 と の 相 互 イ ン ダ ク タ ン ス の 評 価

( b)下 部 配 線 の 自 己 イ ン ダ ク タ ン ス の 評 価

図 に お い て 左 は 等 価 回 路 、 右 は レ イ ア ウ ト 図 を 示 す 。

一117‑

1 . 5 

pH 

I y  

5 . 5 p H 4 . 5 p H  

0 . 1 6 mA    1 &   7 . 5 p H  

1

. 5pH 

0.08mA 

図4‑12. T E G回 路 に よ り 評 価 さ れ た 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 各 パ ラ メ ー タ

‑118  ‑

Iy  ( m A )  

0.5 

‑0.5 

図 4‑ 1 3 . 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の し き い 値 特 性

(0

印 は 測 定 結 果 〉

I x  ( m A )  

実 線 は 一 連 の T E G回 路 か ら 得 ら れ た パ ラ メ ー タ を 用 い て 計 算 さ れ た し き い 値 特 性

‑119  ‑

号 の 立 ち 上 が り 、 立 ち 下 が り 、 い ず れ も 1xの 方 が 1Yよ り も 早 い 場 合 を 示 し 、 デ ー タ 1" の 書 き 込 み 、 読 み 出 し 、 読 み 出 し 、 データ

o

" の 書 き 込 み 、 読 み 出 し 、 読 み 出 し が 行 わ れ て い る 。 デ ー タ 1" 書 き 込 み の 後 の 読 み 出 し の 時 に だ け 、 セ ン ス ゲ ー ト が 電 圧 状 態 に ス イ ッ チ し て お り 、 正 常 に 非 破 嬢 読 み 出 し 動 作 が 行 わ れ て い る こ と を 示 し て い る 。 図 4‑14 (b)で は 図 4‑14(a) 

と は 反 対 に 入 力 信 号 の 立 ち 上 が り も 立 ち 下 が り も 1Yの 方 が 1xよ り も 早 い 場 合 を 示 し て い る 。 図 4‑14(c)で は 立 ち 上 が り は 1Yの 方 が 1xよ り も 早 く 入 力 さ れ る が 、 立 ち 下 が り は 1xの 方 が 1Yよ り も 早 い 場 合 で 、 図 4‑14 (d) 

は そ の 反 対 の タ イ ミ ン グ シ ー ケ ン ス の 場 合 で あ る 。 い ず れ の タ イ ミ ン グ で 信 号 を 入 力 し で も 正 常 に 非 破 壊 読 み 出 し 動 作 が 行 わ れ て い る こ と が 示 さ れ た 。

次 に 高 速 に 入 力 信 号 を 印 加 し た 場 合 の 動 作 の 安 定 性 に つ い て 議 論 す る 。 既 に 述 べ た よ う に 、 こ れ ま で の 実 験 で の 入 力 信 号 は 室 温 下 の 測 定 機 器 か ら 低 速 の 信 号 が 送 ら れ て き た 。 し か し な が ら 、 第 2章 も 述 べ た と お り 、 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 動 作 は あ る ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ ー の 安 定 点 か ら 、 他 の 安 定 点 へ 動 作 点 が 移 動 す る こ と に よ り 実 現 す る 。 従 っ て 、 こ の 移 動 す る 速 度 が 記 憶 動 作 の 安 定 性 に 影 響 を 与 え る こ と は 考 慮 す べ き 点 の ひ と つ で あ る 。 力 学 的 モ デ ル で 考 え る と 外 部 か ら 印 加 さ れ る 信 号 は ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ ー の 傾 斜 を 傾 け る 速 度 に 相 当 し 、 質 点 が 次 の ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ ー の 安 定 点 に と ど ま れ る か ど う か に 影 響 を 与 え る 。 そ の た め 、 そ の 影 響 を 少 な く す る た め に ダ ン ピ ン グ 抵 抗 ( 力 学 的 モ デ ル で は 質 点 と ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ 一 面 と の 摩 擦 力 に 相 当 す る 〉 を 設 け る 必 要 が あ る こ と は 既 に 述 べ た 。 こ こ で は 1xと1Yの2つ の 入 力 の 前 段 に 超 伝 導 量 子 干 渉 計 を 挿 入 す る こ と に よ り 、 1 x、 1Y へ の 入 力 信 号 の 立 ち 上 が り の ス ピ ー ド を 早 め る こ と に よ り ダ ン ピ ン グ 抵 抗 の 効 果 を 調 べ た 。 本 測 定 回 路 に お い て 超 伝 導 量 子 干 渉 計 の 負 荷 イ ン ダ ク タ ン ス と 負 荷 抵 抗 は そ れ ぞ れ 約 3 0 p H、 5 Qで 設 計 さ れ て お り 、 超 伝 導 量 子 干 渉 計 の 立 ち 上 が り 時 聞 は 約 8p s e cと 非 常 に 高 速 で あ る 。 こ の 測 定 結 果 を 図 4‑15に 示 す 。 図 に お い て 16 X、 1o5Y 

は 超 伝 導 量 子 干 渉 計 の ゲ ー ト 電 流 、 1 ¹ n X、 1¹ n Yは 超 伝 導 量 子 干 渉 計 の 入 力 電 流、 1rは 超 伝 導 ル ー プ で あ るX、Y信 号 線 か ら 信 号 を リ セ ッ ト す る た め の リ セ

ット信号、 1 8は セ ン ス ゲ ー ト の ゲ ー ト 電 流 で あ る 。 セ ン ス ゲ ー ト の 出 力 電 圧V

outに オ フ セ ッ ト 電 圧 が 見 ら れ る の は セ ン ス ゲ ー ト に お け る コ ン タ ク ト ホ ー ル の 一120‑

• •

•

‑圃・圃圃・回' ー・・・圃圃・ ・・圃・圃圃・ 司 圃 ・ 回 ' 田 ‑ 聞 ・ 回 司 胃

・圃・圃陪咽圃圃圃圃齢 帽 圃 圃 岡 町 ・ ・ ・ ・ ー ー・・・・・ 司圃圃圃圃，

•

'圃胴圃刷陶=‑=・・圃圃圃・ ・圃圃圃陶幽・ ・圃圃圃薗圃b ・圃由胴聞輔ー

圃帽圃圃圃勘 岨岨圃岨圃~園町圃・圃圃 岨咽圃聞圃骨 咽圃圃圃・ー

•

一一一 一一ー

一

一

^{自 ;̲:̲: -~ ー ー ー =  由 喧}

•

• •

•

• •

• • • • ^lJ  H  • ^[̲J 

~‘

•

ー圃・圃・ ・田園圃・ ・・圃・・ ・圃・・・ ・・・圃酢 圃 剛 圃 圃 脚瞳 圃 圃 圃 圃 圃・ 回 = = ‑ = . l 恒 帽 圃 圃 圃 ・

四

ー・圃圃圃圃・a由圃圃圃圃圃・圃園田圃・圃圃~圃圃圃園町咽園田園・圃'"

•

自 四 ー ー

一

^{ー ー ー 由 自 ー ‑・・ ー}

•

•

⁵ 

•

•

図 4‑ 1 4.  記 憶 セ ル へ の 入 力 信 号 の 順 序 を 変 え た 時 の 記 憶 セ ル の 記 憶 動 作 測 定 結 果

( a ) 入 力 信 号 の セ ッ ト の 順 序 1 ^x→1 ^y 

入 力 信 号 の リ セ ッ ト の 順 序 1 ^x→1 ^y  ( b ) 入 力 信 号 の セ 、 ソ ト の 順 序 1 ^y→1 x 

入 力 信 号 の リ セ ッ ト の 順 序 1 ^y→1 x 

( c ) 入 力 信 号 の セ ッ ト の 順 序 1 ^y→1 ^x 

入 力 信 号 の リ セ ッ ト の1)慎序 1 x→1 ^y  ( d ) 入 力 信 号 の セ ッ ト の 順 序 1 ^x→1 ^y 

入 力 信 号 の リ セ ッ ト の 順 序 1 ^y→1 ^x 

121  ‑

1 H  H  H  H  O  H  H  H  H  W RR S R S R S R S RWR R S R S R S R S R  Igy 

Igx 

liny  linx 

Is  Vout 

図4‑15. D C S Q U 1 Dゲ ー ト に よ り 入 力 信 号 を 駆 動 し た 時 の 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 動 作 測 定 結 果

W :書き込み、 R:読み出し、 H S :半 選 択 状 態 16 y， 16 x， 11n1， 11n2， 1r: O.  2 m A   1e: O.  1 m A  

Vout : 2.  5 m V  

‑122  ‑

不 良 に よ る 出 力 で あ り 、 記 憶 セ ル の 動 作 に は 影 響 を 与 え な い 。 こ の 記 憶 セ ル に 必 要 な 正 方 向 と 負 方 向 の 制 御 は 超 伝 導 量 子 干 渉 計 の ゲ ー ト 電 流 1~ ^x、 1~y によ り 行 っ た 。 図 に 示 さ れ て い る と お り 、 正 常 に 非 破 嬢 読 み 出 し 動 作 を 行 っ て お り 、 本 記 憶 セ ル の ダ ン ピ ン グ 抵 抗 の 効 果 を 確 認 す る こ と が で き た 。

4.  3  結 論

量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 測 定 結 果 と そ の 検 討 を 述 べ た 。 本 章 で 得 ら れ た 結 論 は 以 下 の 通 り で あ る 。

( 1 )  量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル に 限 ら ず 、 ジ ョ セ フ ソ ン デ バ イ ス は 磁 場 や 雑 音 に 敏 感 で あ る た め に 測 定 装 置 に 注 意 を 払 う こ と が 必 要 で あ る 。 そ の た め に ま ず 測 定 シ ス テ ム の 確 立 を 図 っ た 。 測 定 チ ッ プ は 液 体 ヘ リ ウ ム に 漫 し 、 4. 2 K  の 環 境 で 測 定 す る 。 液 体 ヘ リ ウ ム デ ュ ワ ー は 3重 の 磁 気 遮 へ い を 施 し 、 チ ッ プ ホ ル ダ に も 非 磁 性 の 材 料 を 用 い て 極 力 地 球 磁 場 を 低 減 さ せ る 。 チ ッ プ ホ ル ダ 上 に は プ リ ン ト 基 板 上 に 作 成 し た 500の ス ト リ ッ プ ラ イ ン を 配 置 し 、 チ ッ プ は そ の ス ト リ ッ プ ラ イ ン と フ ェ イ ス ダ ウ ン 状 に 接 触 さ せ る 。 こ の 方 式 で は 接 触 点 で の イ ン ピ ー ダ ン ス 不 整 合 も 小 さ く 、 接 触 抵 抗 も 小 さ く で き る こ と を 確 認 し た 。

(2 )  前 章 の 試 作 プ ロ セ ス を 用 い て 作 成 し た 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル を 測 定 し た 結 果 、 デ ー タ 1" 書 き 込 み 、 デ ー タ 0"書 き 込 み 、 デ ー タ の 読 み 出 し の時、それぞれ:t3 3 %、 土 2 4 %、:t2 1 %の 動 作 マ ー ジ ン を 得 た 。 ま た 、 セ ン ス グ ー ト の 動 作 マ ー ジ ン は : t3 3 %で あ っ た 。 動 作 マ ー ジ ン が 設 計 値 よ り や や 小 さ く な っ て い る 原 因 は 、 接 合 お よ び イ ン ダ ク タ ン ス の 偏 差 に よ る も の と 考えられる。

( 3 )  記 憶 セ ル の 超 伝 導 ル ー プ に は 設 計 上 、 計 算 す る こ と が 困 難 な イ ン ダ ク タ ン ス 、 例 え ば コ ン タ ク ト ホ ー ル の 部 分 や 配 線 の 曲 が り の 部 分 な ど 、 が 含 ま れ る 。 そ れ ら の 評 価 用 の

TEG

回 路 を 用 い て 部 分 的 に イ ン ダ ク タ ン ス を 評 価 し た 。 そ の 結 果 、 イ ン ダ ク タ ン ス は 場 所 に よ っ て も 異 な る が 、 約 1 0 %大 き め の 値 を 示 し た 。 一 方 、 制 御 線 と の 相 互 イ ン ダ ク タ ン ス は 約 2 0 %程 小 さ く 、 フ リ ン ジ

ー 123‑

ン グ 係 数 の 評 価 の 必 要 性 が 示 さ れ た 。 こ れ ら の 得 ら れ た 値 を 用 い て 得 ら れ た 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の し き い 値 特 性 は 実 験 結 果 と 良 く 一 致 す る こ と を 示 し た 。

(4 )  記 憶 回 路 の サ イ ク ル 時 間 の 高 速 化 の た め に は 記 憶 セ ル の 入 力 信 号 に い か な る タ イ ミ ン グ シ ー ケ ン ス が 発 生 し て も 望 ま し く な い 。 タ イ ミ ン グ シ ケ ン ス が 必 要 な 場 合 に は 充 分 な タ イ ミ ン グ マ ー ジ ン を と っ て 信 号 を 入 力 す る 必 要 が あ り 、 高 速 化 の 妨 げ と な る 。 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル は そ の 動 作 原 理 か ら 考 え て

2つ の 入 力 信 号 1x、 1yの 問 に タ イ ミ ン グ シ ー ケ ン ス は 必 要 と し な い 。 本 章 で は2つ の 入 力 信 号 1x、 1yの 聞 の す べ て の 立 ち 上 が り 、 立 ち 下 が り の 順 番 の 組 み 合 わ せ に 対 し 、 記 憶 セ ル が 正 常 に 動 作 す る こ と を 確 認 し た 。

( 5 )  最 後 に 高 速 に 入 力 信 号 を 印 加 し た 場 合 の 動 作 の 安 定 性 に つ い て 述 べ た 。 第2章 も 述 べ た と お り 、 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル の 動 作 は あ る ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ ー の 安 定 点 か ら 、 他 の 安 定 点 ヘ 動 作 点 が 移 動 す る こ と に よ り 実 現 す る 。 従 っ て 、 こ の 移 動 す る 速 度 が 記 憶 動 作 の 安 定 性 に 影 響 を 与 え る こ と は 考 慮 す べ

き 点 の ひ と つ で あ る 。 力 学 的 モ デ ル で 考 え る と 外 部 か ら 印 加 さ れ る 信 号 は ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ ー の 傾 斜 を 傾 け る 速 度 に 相 当 し 、 質 点 が 次 の ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ ー の 安 定 点 に と ど ま れ る か ど う か に 影 響 を 与 え る 。 そ の た め に そ の 影 響 を 少 な く す る た め に ダ ン ピ ン グ 抵 抗 ( 力 学 的 モ デ ル で は 質 点 と ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ 一 面 と の 摩 擦 力 に 相 当 す る 〉 を 設 け る 必 要 が あ る こ と は 既 に 述 べ た 。 実 験 で は 入 力 信 号 を そ れ ぞ れ 超 伝 導 量 子 干 渉 計 の 出 力 と す る こ と で 、 高 速 の 信 号 を 入 力 し 、 ダ ン ピ ン グ 抵 抗 の 効 果 を 調 べ た 。 そ の 結 果 、 記 憶 セ ル が 正 常 に 動 作 す る こ と を 確 認 し た 。 す な わ ち 設 計 さ れ た ダ ン ピ ン グ 抵 抗 が 期 待 通 り の 効 果 を 持 っ て い る こ と が 示 さ れ た 。

‑124  ‑

第5 章 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル を 用いた集積記憶回路の設計

量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル は 高 速 記 憶 回 路 用 の 記 憶 セ ル と し て 研 究 開 発 さ れ た も の で あ る 。 本 章 で は 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル を 用 い て 記 憶 回 路 を 構 成 す る 場 合 に つ い て 考 察 す る 。 記 憶 回 路 は そ の 性 質 上 、 高 集 積 度 を 必 要 と す る 。 た と え 論 理 回 路 と デ ー タ の や り と り を 行 う た め の 高 速 記 憶 回 路 で あ っ て も 、 あ る 程 度 の 集 積 度 が 要 求 さ れ る 。 こ こ で は 4 K b i tの 記 憶 回 路 を 想 定 し て 、 設 計 を 行

つ 。

記 憶 回 路 は 記 憶 セ ル 行 列 、 デ コ ー ダ 回 路 、 駆 動 回 路 、 セ ン ス 回 路 の 各 回 路 よ り 構 成 さ れ る 。 記 憶 回 路 の 高 速 化 の た め に は 、 構 成 要 素 す べ て を 高 速 に 動 作 さ せ る 必 要 が あ る 。 記 憶 回 路 の ア ク セ ス 時 聞 は デ コ ー ダ 回 路 の 動 作 時 間 と 駆 動 回 路 の 記 憶 セ ル 駆 動 時 間 、 セ ン ス 回 路 の 動 作 時 間 か ら な る 。 記 憶 回 路 の 高 速 化 に 必 要 な ポ イ ン ト は 1. 記 憶 セ ル の 小 型 化 、 2.周 辺 回 路 の 高 速 化 、 3.複 雑 な タ イ ミ ン グ シ ー ケ ン ス の 不 必 要 な ア ー キ テ ク チ ュ ア 、 で あ る 。 記 憶 セ ル の 小 型 化 の 点 で は 貯 蔵 量 子 磁 束 数 の 減 少 と 物 理 的 な 大 き さ の 縮 小 の 両 面 か ら 考 え る 必 要 が あ る 。 前 章 ま で に 述 べ て き た 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル は こ の 要 請 を 満 た し た も の と 言 え る 。 ジ ョ セ フ ソ ン デ バ イ ス は 電 流 駆 動 型 の 素 子 で あ り 、 記 憶 セ ル 列 は 大 き な イ ン ダ ク タ ン ス と な る 。 従 っ て 、 駆 動 回 路 が 記 憶 セ ル を 駆 動 す る 時 間tは 駆 動 電 流 I、 被 駆 動 線 路 の イ ン ダ ク タ ン ス L、 被 駆 動 セ ル の ピ ッ ト 数m、 記 憶 セ ル 当 た り の 貯 蔵 量 子 磁 東 数n、 駆 動 電 圧 Vdより

t=I.L/Vd=αmnφ

。

/Vd (5 ‑ 1 ) 

と 与 え ら れ る (α は 浮 遊 イ ン ダ ク タ ン ス や 結 合 係 数 に よ り 決 ま る 比 例 定 数 で あ る ) 。 貯 蔵 量 子 磁 束 数 を 減 ら す こ と は nの 値 を 減 ら す こ と で あ り 、 面 積 の 小 型 化 は 浮 遊 イ ン ダ ク タ ン ス を 減 ら し αを 小 さ く す る こ と に つ な が る 。 ま た 平 坦 化 技 術 は プ ロ セ ス の 信 頼 性 を 高 め る だ け で は な く 、 結 合 係 数 を 高 め 駆 動 時 間 の 短 縮 の 面 で も 重 要 で あ る 。 タ イ ミ ン グ シ ー ケ ン ス が 必 要 な 場 合 と は 例 え ばX、Y

の ア ド レ ス 信 号 の 入 力 に 際 し て 加 え る 順 序 が 記 憶 セ ル の 動 作 に 影 響 を 与 え る よ 一125‑

う な 場 合 の こ と で あ る 。 従 来 良 く 採 用 さ れ 、 開 発 さ れ て き たHenkels型 の 記 憶 セ

ル

33)、34)な ど は 信 号 の 立 ち 上 が り に は タ イ ミ ン グ シ ー ケ ン ス が 不 必 要 で も 立 ち 下 が り 時 に は タ イ ミ ン グ シ ー ケ ン ス が 必 要 で あ る 。 誤 動 作 を 避 け る た め に は 充 分 な 時 間 的 マ ー ジ ン が 必 要 で あ り 、 高 速 化 特 に サ イ ク ル 時 間 の 短 縮 に は 大 き な 障 害 と な る 。 周 辺 回 路 の 高 速 化 の た め に は タ イ ミ ン グ 信 号 の 不 用 な デ コ ー ダ 回 路85)、 セ ン ス 回 路86)、87)が 開 発 さ れ て い る 。 デ コ ー ダ 回 路 、 セ ン ス 回 路 に は 抵 抗 結 合 型 ジ ョ セ フ ソ ン 論 理 回 路 (R C J L) ¹³⁾を 基 本 ゲ ー ト と し て ゲ ー ト の 高 速 化 を 図 り 、 ま た

AC

駆 動 す る こ と に よ り タ イ ミ ン グ シ ー ケ ン ス を 不 用 と し て い る 。 ま た そ れ ぞ れ の 回 路 を 構 成 す る ゲ ー ト 回 路 の 設 計 と で き る だ け 余 分 な 配 線 遅 延 の な い レ イ ア ウ ト が 鍵 と な る 。 周 辺 回 路 は 4K b i t規 模 の 記 憶 回 路 を 想 定 す る と 約

2 K

グ ー ト の 集 積 規 模 と な る の で 高 速 化 と と も に 広 い 動 作 マ ー ジ ン を 有 す る こ と が 重 要 で あ る 。

す で に 述 べ た よ う に 記 憶 セ ル は 記 憶 回 路 の 基 本 と な る も の で 、 そ の 動 作 原 理 か ら 周 辺 回 路 の ア ー キ テ ク チ ュ ア が 決 定 さ れ る ば か り で な く 、 記 憶 セ ル の 設 計 値 か ら 周 辺 回 路 の 動 作 電 流 、 あ る い は 各 回 路 パ ラ メ ー タ 値 が 決 定 さ れ る 。 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル は 単 一 量 子 磁 束 を 記 憶 媒 体 と し て 高 速 動 作 を 可 能 と し 、 広 い 動 作 マ ー ジ ン を 持 つ こ と を 特 長 と す る 。 ま た そ の 動 作 に は タ イ ミ ン グ シ ー ケ ン ス を ま っ た く 必 要 と し な い た め サ イ ク ル 時 間 の 短 縮 に も 効 果 的 で あ る 。

本 記 憶 セ ル は そ の 入 力 信 号 に お い て 信 号 の 有 無 だ け で な く 方 向 性 に も 情 報 を 含 ん で い る 。 そ の た め 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル を 駆 動 す る た め に は 新 し い 駆 動 回 路 が 必 要 で あ る 。 本 記 憶 回 路 の 駆 動 回 路 に は 両 極 性 の 入 力 信 号 を 駆 動 す る 極 性 切 換 型 の 駆 動 回 路 を 提 案 す る 83)。

5.  1 回 路 構 成

図5‑ 1に 本 4K b i t高 速 記 憶 回 路 の 構 成 概 略 図 を 示 す84)。 ジ ョ セ フ ソ ン 記 憶 回 路 の 構 成 要 素 は 基 本 的 に 半 導 体 記 憶 回 路 の そ れ と 大 き な 違 い は な く 、 記 憶 セ ル 行 列 、 デ コ ー ダ 回 路 、 駆 動 回 路 、 セ ン ス 回 路 か ら 成 る 。 記 憶 セ ル は す で

‑126  ‑

に 述 べ た よ う に 、 量 子 磁 束 転 移 型 記 憶 セ ル を 用 い 、 84 b i t x 8 4 b i tの 記 憶 セ ル 行 列 を 構 成 す る 。

5.  1.  1 極 性 切 換 型 駆 動 回 路83)

極 性 切 換 型 駆 動 回 路 の 基 本 的 動 作 は 図 5‑2に 示 す よ う な 回 路 構 成 で 実 現 す る こ と が 出 来 る 。 図 に 示 す 様 に 駆 動 す る セ ル ア レ イ の 両 端 に 設 け た 駆 動 ゲ ー ト 回路 G 1、 G 2に よ り 、 駆 動 電 流 11、 12を 制 御 す る も の で あ る 。 す な わ ち 、 ゲ ー ト 回 路G 1が 選 択 さ れ た 時 に は 、 駆 動 電 流 11が 流 れ、 ゲ ー ト 回 路 G 2が 選 択 さ れ た 時 に は 、 駆 動 電 流 12が 流 れ る 。 従 来 、 と の 原 理 に よ り い く つ か 駆 動 回 路 が 提 案 さ れ て い る 88)、89)。 し か し な が ら 、 従 来 の 極 性 切 換 型 駆 動 回 路 に は 、 次 の よ う な 問 題 点 が あ る 。 す な わ ち 、 ス イ ッ チ し て い な い ゲ ー ト 回 路 に は 、 駆 動 電 流 と ゲ ー ト 電 流 が 重 畳 さ れ る こ と に な り 、 ゲ ー ト 回 路 の 動 作 マ ー ジ ン が 著 し く 損 な わ れ て し ま う 。 従 っ て 、 動 作 マ ー ジ ン ま で 考 慮 し て 極 性 切 換 型 駆 動 回 路 を 現 実 の も の と す る に は 図 5‑2の 回 路 構 成 で は 不 十 分 で あ る 。

一 方 、 記 憶 回 路 の ア ク セ ス 時 間 の な か で 駆 動 回 路 の 駆 動 時 聞 は 大 き な 割 合 を 占 め る 。 式 (5‑ 1 ) に よ れ ばnφ 。 の 量 子 磁 束 が 蓄 え ら れ て い る 記 憶 セ ル を 用 いたmb i tの セ ル ア レ イ を 駆 動 す る 時 間 tは、 t:::::::::mnφ。/ V6  と 見 積 も ら れ る 。 駆 動 回 路 の 駆 動 電 流 を 1d、 負 荷 イ ン ダ ク タ ン ス を Lと す る と 、 駆 動 時 聞は、 t:::::::::L.  I_d/ V₆:::::::::L/Rと 書 き 換 え る こ と が 出 来 る 。 こ こ で 、 Rは 駆 動 回 路 の 出 力 イ ン ピ ー ダ ン ス な ど 回 路 の 構 成 に よ り 決 定 さ れ る 抵 抗 値 で あ る 。 高 速 化 の た め に は Lを 小 さ く す る と 共 に 、 Rを 大 き く す る こ と が 重 要 で あ る 。 ま た 、 別 の 重 要 な 問 題 と し て 、 セ ル に 流 れ る 電 流 の 安 定 性 の 問 題 が あ る 。 セ ル ア レ イ は

LC

回 路 と し て 考 え る こ と が 出 来 、 駆 動 電 流 は 発 振 状 態 に 陥 り や す く 、 記 憶 セ ル の 誤 動 作 を 誘 発 し や す い 。 従 っ て 、 駆 動 電 流 の 発 振 を い か に し て 押 さ え る か が 重 要 な 問 題 と な る 。

一 般 に 記 憶 回 路 の 駆 動 方 式 に は 、 イ ン ダ ク タ ン ス 負 荷 型 と 、 抵 抗 負 荷 型 と が あ る 。 前 者 は D C電 波 、 で 駆 動 す る こ と が で き る と い う 利 点 を 有 す る が 、 リセッ

ー 127‑

Y‑ADDRESS  INPUTS 

AC 

POWER  TRIGGER 

INPUT 

POWER  AC 

ω

ト

コ

a z

一

ω ω

凶広

Q Q︽l

×

4 k b i t  

MEMORY  ARRAY 

DATA  OUTPUT 

図5‑1. 4Kb i t記 憶 回 路 の ブ ロ ッ ク 図

‑128 ‑

M e m o r y  C e l l  a r r a y  

I 9

₁ 

₁

1 

1 9

₂ 

GI 

図5‑2.  極 性 切 換 型 駆 動 回 路 の 原 理 図

‑129  ‑

ト の た め の ゲ ー ト 回 路 が 必 要 で あ る こ と や 、 動 的 動 作 が ダ ン ピ ン グ 条 件 で 決 定 さ れ 、 出 力 電 流 の 制 御 が 難 し い こ と や 、 ま た 、 記 憶 回 路 の よ う に 負 荷 イ ン ダ ク タ ン ス が 大 き い 場 合 は 出 力 電 流 の 発 振 の た め に 誤 動 作 が 誘 発 さ れ 易 い こ と な ど の 問 題 が あ る 。 一 方 、 後 者 の 場 合 は 、 A C電 源 が 必 要 で あ る が 、 出 力 電 流 は 負 荷 抵 抗 で 決 定 さ れ 制 御 が 容 易 で あ る こ と や 、 ま た 、 線 路 と の イ ン ピ ー ダ ン ス 整 合 を と る こ と で 高 速 化 が 図 れ る な ど の 利 点 を 有 す る 。

こ こ で は 抵 抗 負 荷 型 の 駆 動 回 路 を 採 用 し 、 以 下 そ の 設 計 に つ い て 述 べ る 。 図

5‑3に は 抵 抗 負 荷 型 の 駆 動 回 路 の 等 価 回 路 を 示 す 。 図 に 示 す よ う に 抵 抗 負 荷 型 の 駆 動 回 路 は 4個 の ゲ ー ト 回 路 と 、 3個 の 抵 抗 体 よ り 構 成 さ れ る 。 時 計 回 り 方 向 に 出 力 信 号 を 発 生 さ せ る と き は 、 入 力 信 号 11 n 1に よ り ゲ ー ト 回 路 G 1及 び

03が ス イ ッ チ し 、 ゲ ー ト 電 流 1& 1が 時 計 四 り 方 向 に セ ル ア レ イ に 流 れ る こ と

に な る 。 反 対 に 反 時 計 四 り 方 向 に 出 力 信 号 を 発 生 さ せ る と き に は 、 入 力 信 号 I

1n2に よ り ゲ ー ト 回 路 G2及 び G4が ス イ ッ チ し 、 ゲ ー ト 電 流 1& 2が 反 時 計 回 り 方 向 に セ ル ア レ イ に 流 れ る こ と に な る 。 抵 抗 の 値 は 次 の よ う に し て 決 定 さ れ る 。 ゲ ー ト 回 路G1 J  G 3は ほ と ん ど 同 時 に ス イ ッ チ す る が 、 そ の 後 G1 J  G 3が 高 抵 抗 状 態 を 保 ち リ ー ク 電 流 を で き る だ け 少 な く す る た め に 、 ゲ ー ト 回 路 G 1 J 

03の 負 荷 抵 抗Rl+R3、 及 び R3は 、 そ れ ぞ れ 11・(Rl+R3)壬V6、 及び 13 ・ R3~V& (1₁、 1_{3 :}そ れ ぞ れ G1、 G3の 臨 界 電 流 値 、 V& :駆動 回 路 の 出 力 ゲ ー ト の ギ ャ ッ プ 電 圧 ) を 満 た す 様 に 設 定 す る 。 一 方 、 駆 動 時 間 を 短 く す る た め に は 負 荷 抵 抗R3は 出 来 る だ け 大 き な 方 が 望 ま し い 。 従 っ て 、 こ れ ら の 条 件 を で き る だ け 満 足 す る よ う に R3及 び R1は 決 定 さ れ る 。 各 回 路 パ ラ メ ー タ は 表 5‑ 1に示す。

続 い て 、 出 力 電 流 の 安 定 性 を 調 べ る た め 、 セ ル ア レ イ を LC分 布 定 数 回 路 で 等 価 的 に 置 き 換 え て 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り 検 討 を 加 え る 。 図 5‑4

は 抵 抗 負 荷 型 駆 動 回 路 の 出 力 電 流 値 を 示 し て い る 。 パ ラ メ ー タ は 抵 抗 R 1 ^J  R  2 ^J  R 3の 値 で あ る 。 出 力 電 流 値 は ゲ ー ト 電 流 値 と 抵 抗 値 (Rl+R3)によ っ て 決 定 さ れ て い る 。 (G2、 G4が ス イ ッ チ し た 時 に は 抵 抗 値 (R2+R3)

に よ っ て 決 定 さ れ る 。 ) そ の 最 大 値 は V&/ (Rl+R2) ( も し く は V&/

(R2+R3) ) で 制 限 さ れ て い る 。 こ の よ う に 駆 動 回 路 の 出 力 電 流 値 は 駆 動 回 路 の バ イ ア ス 電 流 と は 独 立 に 設 定 で き る の で 駆 動 回 路 の 動 作 マ ー ジ ン は 記 憶

‑130  ‑

Igl 

Rl  Cell 

A r r a y  

Ig2 

図5‑3.  極 性 切 換 型 駆 動 回 路 の 等 価 回 路

GI‑‑G4は2接 合 超 伝 導 量 子 干 渉 計 で 構 成 さ れ る 。

‑131 ‑

表5‑ 1 .  極 性 切 換 型 駆 動 回 路 の 各 回 路 パ ラ メ ー タ

パ ラ メ ー タ X ド ラ イ パ Y ド ラ イ パ

o .  

2 4 m  A 

o .  

3 m A   O . 2 4 m A   O.  3 m A   O.  2 4 m A   O.  3 m A   1 4  O.  2 4 m A   O.  3 m A  

R 1  5 0   4 0  

R 2   5 0   4 0  

R 3   8 Q   7 0  

(1

1

‑ ‑ ‑ 1

4 : 

GI‑‑‑G4

の臨界電流値〉

‑132 ‑

R3  5  8  8  R2 

5  5  8 

RI 

5  5  8 

ム

x 

。

X〆~

90  100  80 

( O / o )   biαs 

70 

g a t e  

℃ーそ; 60  0.3 

( ︽

ε )

0 . 2  

↑ c ω

﹂﹂コ

υ

↑ コ ハ 凶

↑ コ

O

極 性 切 換 型 駆 動 回 路 の 出 力 電 流 値 図5‑4. 

R 3を パ ラ メ ー タ と し た と き の 出 力 電 流 値 の パ イ ア ス 電 流 依 存 性 を 示 す 。

‑133  ‑ R 2 ， 

R 1 ， 

セ ル の 動 作 マ ー ジ ン に 影 響 さ れ な い と 言 う 利 点 を 持 つ 。

次 に 駆 動 回 路 に 入 力 信 号 11 n 1が 印 加 さ れ た 場 合 の 各 抵 抗 及 び 各 ゲ ー ト 回 路 に 流 れ る 電 流 の 様 子 を 図 5‑5に 示 す 。 上 か ら 抵 抗 R1， R 3、 ゲ ー ト 回 路 G3、

G4に 流 れ る 電 流 で あ る 。 特 徴 的 な こ と は 出 力 電 流 で あ る R 3に 流 れ る 電 流 よ り グ ー ト 回 路 G 4に 流 れ る 電 流 の ほ う が 大 き な 発 振 を 起 こ し て い る こ と で あ る 。 この原因としては、 G 4の と こ ろ で グ ラ ン ド に 終 端 さ れ て い る た め に 起 こ っ て い る 反 射 の 影 響 が 考 え ら れ る 。 発 振 の 周 期 は お よ そ Y L ; で (L : 負 荷 イ ン ダ ク タンス、 C:負 荷 容 量 〉 で あ る 。

試 作 プ ロ セ ス は 記 憶 セ ル の 試 作 プ ロ セ ス と 同 様 で あ り 、 第 3章 に 詳 し く 述 べ ら れ て い る の で こ こ で は 省 略 す る 。 周 辺 回 路 は 記 憶 セ ル 行 列 と 同 平 面 に 配 置 さ れ る の で 当 然 の こ と で は あ る が 、 記 憶 セ ル の 試 作 プ ロ セ ス と 同 様 の プ ロ セ ス で な け れ ば な ら な い 。 N bを 超 伝 導 配 線 に 用 い て 、 平 坦 化 技 術 を 採 用 し て い る 。

図5‑8に 本 駆 動 回 路 の 測 定 結 果 を 示 す 。 準 静 的 な パ ル ス 入 力 に よ る フ ァ ン ク シ ョ ン テ ス ト の 結 果 で あ る 。 パ ル ス 列 の 上 よ り 、 ゲ ー ト 電 流 1& 1、 1& 2、 入 力 信 号 11 n 1、 11 n 2、 負 荷 抵 抗 R l，R 2， R 3の 両 端 の 電 圧 で あ る 。 入 力 電 流11 n 1が 印 加 さ れ た と き に は 、 ゲ ー ト 回 路 G 1， G 3が ス イ ッ チ し て 負 荷 抵 抗 R 1， R 3に 電 流 が 流 れ て い る こ と が 示 さ れ て い る 。 反 対 に 入 力 電 流 11 n 2が 印 加 さ れ た と き に は 、 ゲ ー ト 回 路G 2， G 4が ス イ ッ チ し て 負 荷 抵 抗 R 2， R 3  に 電 流 が 流 れ て い る 。 図 に 示 す よ う に 入 力 信 号 に よ り 極 性 が 反 転 し た 出 力 電 流 が 負 荷 抵 抗R 3に あ ら わ れ て お り 、 正 常 に 動 作 し て い る こ と が 示 さ れ て い る 。 続 い て 、 本 回 路 の 動 作 マ ー ジ ン を 図 5‑7に 示 す 。 通 常 、 記 憶 回 路 に お い て 駆 動 回 路 の 入 力 信 号 は デ コ ー ダ 回 路 の 出 力 信 号 が 印 加 さ れ 、 ゲ ー ト 電 流 と は 独 立 で あ る 。 従 っ て 、 図 に 示 す 様 に グ ー ト 電 流 の 動 作 マ ー ジ ン は 1& 1、 1& 2と も に 約:t4 3 %となる。

5.  1.  2  デ コ ー ダ 回 路

ア ド レ ス 信 号 を 発 生 す る デ コ ー ダ 回 路 は 論 理 回 路 で あ り 、 加 算 器 、 乗 算 器 な

ー 134‑

(psec)  (d

E}

︿F

江 ) 一 {d E} (の 江 ) 一

( psec) 

ゲ ー ト に 流 れ る 電 流 波 形 (psec) 

(psec)  500 

極 性 切 換 型 駆 動 回 路 の 各 抵 抗 、 図 5‑5. 

。 。

( q E } ( の ︒

﹀ 一 ( q E }

( 寸

O)

一

G4に 流 れ る 電 流 を ( 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る 〉

ゲ ー ト 回 路 G 3、 R 2、

上 よ り 抵 抗 R 1、

示す。

135  ‑

I g  1  I g 2   l i n  1  l i n 2   V(R 1 )   V(R2)  V(R3) 

I g  1  ， lg2:0.2mA/ d i v .   l i n  1  ， lin2:0.5mA/ d i v .   V:2mV  / d i v .  

図5‑ 8.  極 性 切 換 型 駆 動 回 路 の 測 定 結 果

出 力 電 圧 は 各 抵 抗 の 両 端 を 差 動 増 幅 器 を 用 い て 測 定 し た も の で ある。

‑136  ‑

0.3 

0 . 1  

( ︽ ε ) { ω J O H }

を ω υ ω と コ

↑ 0

0

0 . 5   0 . 4  

0 . 3   O .  1  0.2 

。

A  m 

'E

・

E

・ ‑

2  n 

'E 4 

PE E‑ L 

+ z  

n  e 

v '  

v '  

u  c 

争E

u 

n v  

n 

'E A 

極 性 切 換 型 駆 動 回 路 の 動 作 マ ー ジ ン 斜 線 部 分 が 動 作 領 域 を 示 す 。

図 5‑7. 

‑137  ‑