FR2687012A1 - Dispositif josephson et son procede de fabrication. - Google Patents
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Abstract
Ce dispositif est constitué essentiellement d'un substrat en un matériau isolant électrique (2), d'un mur vertical (4) formé sur le substrat et s'étendant selon une direction déterminée (x), ce mur étant constitué dudit matériau isolant, un ruban en matériau supraconducteur (8) consistant en deux parties distinctes (10, 12) situées de part et d'autre du mur et en appui sur ce dernier, le ruban étant orienté selon une direction perpendiculaire à ladite direction, et de deux contacts d'interconnexion (14, 16) placés respectivement sur les deux parties du ruban.
Description
DISPOSITIF JOSEPHSON ET SON PROCEDE DE FABRICATION
DESCRIPTION
La présente invention a pour objet un dispositif Josephson ainsi que son procédé de fabrication Ce dispositif peut être utilisé dans le domaine des circuits intégrés utilisant des couches
supraconductrices ainsi que des matériaux semi-
conducteurs. En particulier, le dispositif de l'invention peut être utilisé pour la réalisation de circuits logiques rapides tels que Les dispositifs connus sous le nom de "SQUI Ds" (Superconducting quantum interferences devices en terminologie anglo-saxonne),
destinés notamment à la détection de champ magnétique.
Il existe actuellement deux techniques de
réalisation des dispositifs ou jonctions Josephson.
Elles utilisent des matériaux supraconducteurs
généralement à base d'oxyde mixte de cuivre.
La première technique est basée sur l'utilisation de jonctions naturelles existant aux joints des grains des céramiques supraconductrices fabriquées à haute température ou de jonctions artificielles, c'est-à-dire créées par constriction (ponts de Dayem, diodes à pointes par exemple) ou par brusque désorganisation cristalline du matériau supraconducteur lors d'un passage abrupte de marches
sur le substrat (jonction du type "edge junction").
Des jonctions à marches abruptes sont notamment décrites dans les documents de K P Daly et al., App L Phys Lett 58 ( 5), du 4 fevrier 1981, "Substrate step-edge Y Ba 2 Cu 307 rf SQUI Ds", pp 543-545; de R B Laibowitz et a L, App L Phys Lett 56 ( 7) du 12 février 1990, "All high Tc edge junctions and SQUI Ds", pp 686-688 et de T Nishino et a I, Japanese Journal
of Appl Phys, vol 26, n 8 d'août 1987, pp L 1320-
L 1322, "Light Detection by superconducting weak link
fabricated with high-critical-temperature oxide-
superconductor film". La seconde technique est basée sur la
réalisation d'un sandwich supraconducteur-isolant-
supraconducteur, noté aussi SIS.
Cette deuxième technique utilise en général des barrières de quelques nm d'épaisseur, épitaxiées sur des céramiques supraconductrices, dans le cas des matériaux haute température Elle donne lieu, en général, à une transition dans l'axe perpendiculaire au plan des atomes de cuivre des matériaux
supraconducteurs.
Cette technique SIS est notamment décrite dans les documents de G Koren et al, Appl Phys. Lett 58 ( 6) du 11 février 1991, "Properties of all Y Ba Cu 307 Josephson edge junctions prepared by in situ 2 37 laser ablation deposition", pp 634-636; de D K Chin et T Van Duzer, Appl Phys Lett 58 ( 7) du 18 février 1991, "Novel all-high Tc epitaxial Josephson junction",
pp 753-755; de M E Tidjani et R Gronsky, Appl.
Phys Lett 58 ( 7) du 18 février 1991, "Heteroepitaxial Y Ba Cu O - Sr Ti O -Y Ba Cu O O trilayers examined by 2 3 7-x 3 2 3 7- x
transmission electron microscopy", pp 765-767.
Ces deux techniques présentent un certain
nombre d'inconvénients.
Pour la première méthode consistant à créer des joints de grains ou à utiliser ceux qui existent naturellement dans le matériau, on observe que les caractéristiques fonctionnelles des jonctions Josephson sont complètement dépendantes de la largeur des joints (largeurs a priori aléatoires) mais aussi de leur
évolution chimique et physico-chimique.
Concernant les joints de grains naturels, en dehors de la difficulté majeure qui consiste à les Localiser (leur répartition étant pratiquement aléatoire), il est difficile d'en obtenir des jonctions de caractéristiques reproductibles étant donné que les densités critiques sont fonction de la structure des
joints considérés.
Concernant les joints de grains créés par exemple dans les jonctions du type "edge-junction", il est important de remarquer que seules les réalisations "in-situ" permettent d'obtenir des résultats
reproductibles (voir l'article de G Koren et al).
Malheureusement, cette technique oblige à déposer les matériaux à travers des masques de définition médiocre
et de géométrie spécifique à cette technique.
L'alignement des masques est également imprécis d'o la difficulté d'obtenir des motifs de dimensions "microélectroniques". La lithographie traditionnelle peut être utilisée dans cette technique mais on travaille alors avec des couches qui voient l'air, d'o l'apparition d'impuretés et/ou de modifications de la composition des matériaux, avec des interfaces entre couches, mal contrôlées. Des adsorptions et des éventuelles réactions physico-chimique interviennent alors et aboutissent à une non reproductibilité des propriétés des jonctions
ainsi fabriquées.
Ceci est encore plus vrai si une couche isolante de quelques nm est ajoutée à cette structure comme le prévoit l'article de R B Laibowitz et al. précédent, ce qui constitue une réalisation mixte: création d'un joint de grain et d'une barrière isolante Cette barrière est réalisée par oxydation à
l'aide d'un plasma réactif.
Pour la seconde méthode utilisant des dépôts successifs de matériau supraconducteur, de matériau isolant et à nouveau de matériau supraconducteur, il faut pouvoir maîtriser parfaitement l'épaisseur de l'isolant qui doit être de l'ordre de la longueur de
cohérence caractéristique du matériau.
Dans cette direction cristalline, cette longueur de cohérence est extrêmement faible Il y a donc de grosses difficultés technologiques à résoudre dans la technique SIS, aussi bien en ce qui concerne sa métrologie et sa précision qu'en ce qui concerne sa reproductibilité (Voir à cet effet l'article de K. Hirata et al, Appl Phys Lett 56 ( 7) du 12 février
1990, "Tunneling measurements on superconductor-
insulator-superconductor junctions using single-crystal
Y Ba 2 Cu 307 x thin films", pp 683-685).
Par ailleurs, les résultats expérimentaux ont vite montré qu'il était indispensable de réaliser des jonctions supraconducteur-isolantsupraconducteur par croissance épitaxiale in situ, ceci pour éviter les adsorptions inévitables et les évolutions et irréproductibilité qu'elles provoquent Cette technique
interdit toute technologie lithographique.
En plus de tous ces problèmes actuels de non reproductibilité des dispositifs Josephson, s'ajoute la difficulté d'obtenir des courants critiques importants, c'est-à-dire directement dans le plan des atomes de cuivre du matériau supraconducteur notamment dans le cas des jonctions du type "edge-junction" Ceci diminue
l'immunité des dispositifs au bruit.
L'invention a justement pour objet un nouveau dispositif Josephson et son procédé de fabrication permettant de remédier aux différents inconvénients
mentionnés ci-dessus.
L'idée de l'invention est d'utiliser une barrière Josephson non plus disposée horizontalement ou dans un plan oblique, telle que réalisée actuellement dans l'art antérieur, mais verticalement Ainsi, la très grosse difficulté technologique à laquelle les précédentes réalisations se sont heurtées et qui consiste à réaliser un motif vertical de matériau isolant de quelques nm de largeur peut être résolue en utilisant un effet parasite qui apparait, dans certaines conditions, lors d'une pulvérisation
cathodique ou d'un bombardement ionique.
Dans le cas des matériaux supraconducteurs à haute température de transition supraconductrice, il existe une très forte anisotropie de conductivité; par exemple dans le plan des atomes de cuivre (plan cristallographique a, b) des matériaux supraconducteurs, la conductivité est beaucoup plus
grande que dans le plan perpendiculaire (axe c).
D'autre part, la longueur de cohérence est également plus importante dans le plan (a, b), ce qui facilite la fabrication de la jonction en permettant d'obtenir une barrière de plusieurs nanomètres d'épaisseur Ceci pourrait être fondamental si les modèles théoriques faisant appel à un couplage
excitonique s'avéraient applicables.
De plus, dans cette direction cristalline, les densités de courant critique sont plus importantes, ce qui permet d'envisager une plus grande immunité au
bruit des dispositifs de l'invention.
De façon plus précise, l'invention a pour objet un dispositif Josephson constitué essentiellement d'un substrat en un matériau "isolant électrique", d'un mur vertical formé sur le substrat et s'étendant selon une direction déterminée, ce mur étant constitué dudit matériau isolant, un ruban en matériau supraconducteur consistant en deux parties distinctes situées de part et d'autre du mur et en appui sur ce dernier, le ruban étant orienté selon une direction perpendiculaire à ladite direction, et de deux contacts d'interconnexion
respectivement placés sur les deux parties du ruban.
Le mur ou barrière est réalisé en un isolant stable, n'incluant aucune chimisorption éventuellement réactive Il présente une hauteur comprise entre 100 nm
et 1000 nm et une largeur inférieure à l Onm.
Par "isolant électrique", il faut comprendre t O tout matériau peu ou non conducteur électrique comme
les isolants et les semi-conducteurs.
L'invention peut s'appliquer à tout substrat isolant ou semi- conducteur compatible avec les techniques de fabrication des matériaux supraconducteurs En particulier, ce substrat peut être réalisé en Mg O, Sr Ti O 3, La Al O 3, La Ga O 3, Ga As, In P, Si, AI 203 Y S Z (oxyde de zirconium stabilisé à l'yttrium). Le matériau supraconducteur peut être un matériau à haute ou basse température de transition supraconductrice. Comme matériaux utilisables dans l'invention, on peut citer: Y Ba Cu 307 connu sous l'abréviation YBCO, 2 37 TL Ba Ca Cu 307, avec O<x< 2, Tla 2-x x 3 7 Bi Sr Ca Cu 307 O, avec O<y< 2, 2-y y 3 7
Bi Pb Sr 2 u Ca Cu 307 avec O<z< 1 et O<u< 2.
1-z z 2-u u 3 7 En particulier, le mur et le substrat sont en Mg O et le ruban supraconducteur est en: Bi Pb Sr Ca Cu 30, noté Bi Pb Sr Ca Cu O. 1-z z 2-u u 3 7 Les lignes d'interconnexion peuvent être réalisées en n'importe quel matériau conducteur et notamment en métal comme par exemple l'argent, le platine, l'or ou leurs alliages De préférence, on utilise des lignes d'interconnexion en or ou en un
alliage d'or.
L'idée développée dans l'invention consiste donc à réaliser une barrière isolante verticale au travers d'un ruban de matériau supraconducteur Ce type de motif est facilement réalisable par lithographie classique en utilisant les redépôts de flancs classiquement observés en gravure sèche Le ruban de supraconducteur est obtenu en une seule étape soit selon la technique "lift-off", soit par gravure apres
avoir réalisé la barrière isolante.
Cet aspect de la technique est important car il permet de renforcer la reproductibilité de la
technique puisque la jonction est constituée "in situ".
Cette technique permet donc d'obtenir des jonctions reproductibles dans le plan (a, b) o la longueur de cohérence est la plus importante et o le courant critique est le plus important De plus, elle permet d'utiliser toutes les techniques classiques d'intégration propres à la microélectronique puisqu'elle permet l'alignement de masques et des
lithographies de très haute définition.
L'invention a donc aussi pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif Josephson tel que décrit précédemment Ce procédé consiste à former, sur un substrat approprié en matériau isolant électrique, une marche en un matériau différent de celui du substrat; usiner le substrat avec un faisceau d'ions focalisé pour former sur le flanc de la marche un mur de redépôt de matériau isolant, s'étendant selon une direction déterminée; former un ruban supraconducteur orienté perpendiculairement au mur, comportant deux parties distinctes, situées de part et d'autre du mur et en appui sur ce dernier; réaliser deux contacts d'interconnexion sur respectivement les
deux parties distinctes du ruban.
L'invention utilise un faisceau d'ions focalisé pour effectuer un redépôt du substrat sur le flanc de la marche et non un plasma réactif, non focalisé, qui réagit chimiquement avec le matériau à graver conformément à l'art antérieur. Selon une première variante de ce procédé, on réalise les étapes suivantes: a) dépôt d'une couche de résine sur un substrat approprié en matériau isolant électrique, stabilisée thermiquement; b) gravure de la résine stabilisée afin qu'elle ne masque que la région du substrat sur laquelle doit être réalisé le dispositif; c) usinage ionique du substrat masqué, entraînant la formation d'un mur de redép 8 t sur l'un au moins des flancs gravés de la résine, constitué dudit isolant, ce mur s'étendant selon une direction déterminée; d) élimination de la résine restante; e) dépôt d'un matériau supraconducteur sur l'ensemble de la structure obtenue en d) ayant une épaisseur inférieure à la hauteur du mur; f) gravure du matériau supraconducteur sous la forme d'un ruban perpendiculaire à ladite direction, et comportant deux parties distinctes situées de part et d'autre du mur et en appui sur ce dernier, et
g) réalisation de deux contacts d'inter-
connexion sur respectivement les deux parties
distinctes du ruban supraconducteur.
Dans ce mode de réalisation, l'usinage ionique du substrat entraîne généralement la formation de deux murs isolants parallèles Dans ce cas, on effectue de préférence l'élimination d'un des murs isolants. Selon une seconde variante du procédé de fabrication, on réalise Les étapes suivantes:
A) dépôt d'un premier matériau supra-
conducteur sur un substrat approprié réalisé en un matériau isolant électrique; B) réalisation d'un masque en résine stabilisée thermiquement sur le premier matériau supraconducteur masquant une partie du premier matériau supraconducteur; C) usinage ionique du premier matériau supraconducteur masqué puis du substrat sous-jacent entraînant La formation d'un mur de redépôt sur l'un des flancs gravés du premier matériau supraconducteur, constitué dudit matériau isolant, ce mur s'étendant selon une direction déterminée; D) élimination du masque de résine
E) dépôt d'un second matériau supra-
conducteur sur l'ensemble de la structure obtenue en (D) ayant une épaisseur inférieure à la hauteur du mur F) réalisation d'un ruban supraconducteur perpendiculaire à Ladite direction par gravure du second puis du premier matériau conducteur, comportant deux parties distinctes situées de part et d'autre du mur;
G) réalisation de deux contacts d'inter-
connexion sur respectivement les deux parties du ruban supraconducteur. De façon générale, le premier et le second matériaux supraconducteurs sont réalisés en un même
matériau.
Les procédés généraux de réalisation sont ceux utilisés classiquement en microélectronique En particulier, les procédés de dépôt des matériaux supraconducteurs peuvent être La pulvérisation cathodique réactive ou non, La sublimation par laser ou
tout autre procédé de dépôt.
La barrière isolante est réalisée, selon l'invention, en utilisant les redépôts isolants de flancs observés lors d'une gravure sèche à L'aide d'ions énergétiques, réactifs ou non Pour obtenir une barrière verticale, c'est-à-dire perpendiculaire au plan des couches, il est indispensable de La faire croître sur un motif vertical Ceci est obtenu avantageusement grâce à l'utilisation de la technique
multicouche lithographique.
De façon avantageuse, on effectue un nettoyage de la structure avant de déposer le matériau supraconducteur, consécutif à l'usinage ionique Ce nettoyage peut être réalisé par plasma ou usinage
ionique.
D'autres caractéristiques et avantages de
L'invention ressortiront mieux de la description qui va
suivre, donnée à titre il Lustratif et non Limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente schématiquement, en perspective, un dispositif Josephson conforme à l'invention; les figures 2 a à 2 h illustrent schématiquement les différentes étapes de fabrication d'un dispositif Josephson de l'invention, selon une première variante: les figures 2 a à 2 c et 2 e à 2 h sont des vues en coupe et la figure 2 d est une vue en perspective; les figures 3 a à 3 d représentent schématiquement une seconde variante de fabrication d'un dispositif Josephson conforme à l'invention: Les figures 3 a, 3 c et 3 d sont des vues en coupe et la
figure 3 b est une vue en perspective.
Le dispositif Josephson représenté sur La figure 1 comporte un substrat 2 en matériau isolant, par exemple en Mg O sur lequel repose un mur ou barrière vertical 4 en matériau isolant de même composition que le substrat 2 et donc en Mg O Ce mur 4 s'étend longitudinalement selon une direction x parallèle à la surface 6 du substrat 2 Il présente une hauteur h de O,7 pm environ, une épaisseur e, mesurée selon une direction perpendiculaire à la direction x, inférieure à l Onm, et une longueur L mesurée selon la direction x
de plusieurs micromètres, typiquement de 50 pm.
Le dispositif comporte encore un ruban en matériau supraconducteur 8 consistant en deux parties distinctes 10 et 12 situées de part et d'autre du mur isolant 4 et en appui sur ce dernier Le ruban supraconducteur 8 s'étend perpendiculairement à la
direction x.
Le ruban supraconducteur 8 peut être réalisé en Bi Pb Sr Ca Cu O avec O<z< 1 et O<u< 2; il a une 1-z z 2-u u 3 7 épaisseur de 300 nm environ La largeur E du ruban est en particulier choisie inférieure à la longueur L de la barrière afin d'assurer une bonne isolation électrique
des deux parties 8 et 10 supraconductrices.
Selon l'invention, le mur est situé dans un plan perpendiculaire au plan cristallographique (a, b) du matériau supraconducteur 8 et donc au plan contenant
les atomes de cuivre.
On trouve enfin sur chaque partie 10, 12 supraconductrice un contact d'interconnexion respectivement 14 et 16 réalisé en métal et en particulier en un alliage d'or et de chrome ou en un alliage de nickel et d'or Ces contacts ont une
épaisseur de 200 nm environ.
En référence aux figures 2 a à 2 h, on décrit ci-après un premier mode de fabrication de la jonction
Josephson de l'invention.
Les premières étapes de ce procédé concernent la réalisation d'un masque de résine selon la technique tricouche sur le substrat isolant A cet effet, on dépose, comme représenté sur la figure 2 a, une couche inférieure de résine photosensible positive 20 de 1 lm d'épaisseur environ sur la surface 6 du substrat 2 que l'on soumet à un recuit thermique de 1350 C à 2000 C pendant 30 à 60 minutes et éventuellement à une irradiation ultraviolette afin de stabiliser la résine thermiquement puis on la recouvre d'une couche mince de métal 22 typiquement de 100 nm d'épaisseur, par exemple
de germanium ou de Si Ox.
On dépose sur la couche de métal 22 une couche supérieure de résine positive 24 que l'on insole à travers un masque mécanique 26 masquant la région centrale de la couche de résine supérieure et donc la région du substrat sur laquelle doit être réalisée la jonction Après développement de la résine 24 on obtient la structure représentée sur la figure 2 b Le
motif de résine obtenu porte la référence 24 a.
On effectue alors une gravure ionique réactive avec des ions fluorés de la couche de germanium 22 de façon à éliminer toutes les zones de la couche de germanium non masquées par le masque de résine 24 a Le motif de métal obtenu porte la référence
22 a.
Après élimination du masque 24 a, on effectue une gravure ionique réactive de la résine inférieure 20 en atmosphère d'oxygène conduisant à l'élimination de
cette résine non masquée par le motif de germanium 22 a.
La structure obtenue est celle représentée sur la figure 2 c Le motif de résine inférieure porte la
référence 20 a.
On effectue alors, comme représenté sur la figure 2 d, un usinage ionique 28 (sous vide) du substrat 2 à l'aide d'un faisceau focalisé d'ions Ar+ ayant une énergie de 100 à 1000 e V et typiquement de 400 e V Cet usinage du substrat 2 est effectué sur une
profondeur p de 50 à 300 nm.
Dans ces conditions, on obtient, sur les flancs du masque de résine 20 a, des redépôts 30 a et 30 b du matériau isolant constituant le substrat 2, ici du Mg O Ces redépôts 30 a et 30 b ont une épaisseur inférieure à 1 Onm Ils s'étendent parallèlement à la
direction x.
On effectue alors le dégagement des murs isolants 30 a et 30 b par élimination du masque métallique 22 a par attaque chimique puis de la résine a soit par gravure ionique réactive en milieu oxygéné soit à l'aide d'un solvant tel que l'acétone La structure obtenue est celle représentée sur la figure 2 e. On effectue alors un nettoyage éventuel in situ des barrières 30 a et 30 b et du substrat 2 à l'aide
d'un plasma d'oxygène.
On réalise ensuite, comme représenté sur la figure 2 f, le dépôt sur l'ensemble de la structure obtenue d'une couche 32 d'un matériau supraconducteur par exemple de Bi Pb Sr Ca Cu O, de 300 nm d'épaisseur Ce
dépôt est effectué par ablation laser.
On forme alors, comme représenté sur la figure 2 g, um nouveau masque de résine photosensible 34 masquant la région destinée à la jonction Josephson et en particulier l'une des barrières isolantes 30 a ainsi que le matériau supraconducteur disposé de part et
d'autre de cette barrière 30 a.
On effectue alors une gravure du matériau supraconducteur 32, par exemple à l'aide d'un usinage ionique en utilisant des ions d'argon Ce masque 34 permet de définir dans le matériau supraconducteur 32
le ruban 8 (voir figure 1).
Apres élimination du masque de résine 34, on
obtient la structure représentée sur la figure 2 g.
Conformément à l'invention, l'épaisseur de la couche 32 supraconductrice et donc du ruban supraconducteur 8 doit être au plus égale ou mieux
inférieure à l'épaisseur de la barrière isolante 30 a.
On forme alors, comme représenté sur la figure 2 h, un nouveau masque de résine 36 masquant l'ensemble de la structure à l'exception de deux zones respectivement 38 et 40 fixant l'emplacement et les dimensions des contacts d'interconnexion à réaliser sur respectivement les deux parties 10 et 12
supraconductrices du ruban 8.
On effectue alors le dépôt par pulvérisation cathodique d'une couche conductrice 42 à base de
chrome-or ou de nickel-or.
On effectue alors l'élimination du masque de résine 36 ainsi que le métal recouvrant cette résine ("lift-off"), par exemple à l'aide d'un solvant La
structure obtenue est alors celle de la figure 1.
A l'aide du système de repérage de masque 31 représenté sur les figures 1 et 2 d, on effectue un alignement respectivement des masques de résine 20 a, 34
puis 36 par rapport à la barrière isolante 30 a.
En référence aux figures 3 a à 3 d, on décrit ci-après une seconde variante de fabrication de la
jonction Josephson de l'invention.
Dans cette variante, on réalise tout d'abord le dépôt d'un premier matériau supraconducteur 50, par exemple en Bl Pb Sr Ca Cu O de 300 nm d'épaisseur, sur le substrat 2 en Mg O Ce matériau 50 est déposé par
ablation laser.
On réalise alors un masque de résine 20 b stabilisée thermiquement, selon la technique tricouche décrite précédemment Ce masque 20 b a une épaisseur de 1 5 ljjm et assure le masquage d'une partie de la couche 50 supraconductrice. On effectue alors, comme représenté sur la figure 3 b, un usinage ionique 28 de la couche supraconductrice 50 puis celui du substrat 2 Les conditions de cet usinage ionique sont les mêmes que celles données précédemment On obtient ainsi le dépôt d'une barrière 4 isolante de même composition que le substrat 2 et donc en Mg O Cette barrière 4 a les mêmes caractéristiques que la barrière 30 a décrite
précédemment et est orientée selon la direction x.
On élimine ensuite par gravure ionique réactive en milieu oxygéné le masque de résine 20 b La structure obtenue est celle représentée sur la figure 3 c On effectue alors un nettoyage sous vide, par exemple avec un plasma d'oxygène, de la structure obtenue. On dépose alors, sur l'ensemble de La structure obtenue, une seconde couche de matériau supraconducteur 52 de 300 nm d'épaisseur, par exemple par pulvérisation cathodique Cette couche 52 est réalisée en particulier en Bi Pb Sr Ca Cu O comme La couche
supraconductrice supérieure 50.
On réalise ensuite le masque de résine 34 masquant en partie le matériau supraconducteur 52 et la barrière isolante 4 A l'aide de ce masque de résine 34, on réalise une gravure du matériau supraconducteur 52 puis du matériau supraconducteur 50, comme décrit
précédemment, pour former le ruban supraconducteur 8.
La structure obtenue est celle de la figure 3 d.
Sur le ruban supraconducteur 8 obtenu, constitué ici des deux parties distinctes 10 et 12 d'épaisseur différente, on réalise les deux contacts d'interconnexion respectivement 14 et 16 comme décrit
précédemment.
Au lieu de réaliser les contacts d'inter-
connexion selon la technique du "lift-off" il est possible de les réaliser classiquement par dépôt d'une couche conductrice puis gravure de celle-ci à travers un masque lithographique. De même, il est possible de réaliser le dépôt des matériaux supraconducteurs 32, 50 et 52 selon la
technique "lift-off".
Par ailleurs, au lieu d'utiliser des résines photosensibles, il est possible d'utiliser des résines électrosensibles (polyméthacrylate de méthyle par
exemple).
Claims (8)
1 Dispositif Josephson constitué essentiellement d'un substrat en un matériau "isolant électrique" ( 2), d'un mur vertical ( 4) formé sur Le substrat et s'étendant selon une direction (x) déterminée, ce mur étant constitué dudit matériau isolant, un ruban en matériau supraconducteur ( 8) consistant en deux parties distinctes ( 10, 12) situées de part et d'autre du mur et en appui sur ce dernier, le ruban étant orienté selon une direction perpendiculaire à ladite direction, et de deux contacts d'interconnexion ( 14, 16) placés respectivement sur les
deux parties du ruban.
2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat et le mur sont en Mg O, le ruban supraconducteur est en Bi Pb Sr Ca Cu O et les contacts d'interconnexion sont en or ou en un alliage à
base d'or.
3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mur présente une hauteur comprise entre 100 nm et 1000 nm et une épaisseur
inférieure à l Onm.
4 Procédé de fabrication d'un dispositif Josephson consistant à former sur un substrat approprié ( 2) en matériau isolant électrique, une marche ( 20 b, ) en un matériau différent de celui du substrat; usiner le substrat avec un faisceau d'ions focalisé pour former sur le flanc de la marche un mur ( 4) de redépôt de matériau isolant, s'étendant selon une direction déterminée (x); former un ruban supraconducteur ( 8) orienté perpendiculairement au mur, comportant deux parties distinctes ( 10, 12), situées de part et d'autre du mur et en appui sur ce dernier; réaliser deux contacts d'interconnexion ( 14, 16) sur
respectivement les deux parties distinctes du ruban.
Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) dép 8 t d'une couche de résine ( 20) sur un substrat approprié ( 2) en matériau isolant électrique, stabilisée thermiquement; b) gravure de la résine stabilisée afin qu'elle ne masque que la région du substrat sur laquelle doit être réalisé le dispositif; c) usinage ionique ( 28) du substrat masqué, entraînant la formation d'un mur ( 30 a, 30 b) de redépôt sur l'un au moins des flancs gravés de la résine, constitué dudit isolant, ce mur s'étendant selon une direction (x) déterminée; d) élimination de la résine ( 20 b) restante; e) dépôt d'un matériau supraconducteur ( 32) sur l'ensemble de la structure obtenue en d) ayant une épaisseur inférieure à La hauteur du mur; f) gravure du matériau supraconducteur sous la forme d'un ruban perpendiculaire à ladite direction, et comportant deux parties distinctes situées de part et d'autre du mur et en appui sur ce dernier, et
g) réalisation de deux contacts d'inter-
connexion ( 14, 16) sur respectivement les deux parties
distinctes du ruban supraconducteur.
6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'usinage ionique du substrat entraînant la formation de deux murs isolants ( 30 a, b) sur les flancs gravés de la résine, l'un des deux
murs ( 30 b) est éliminé au cours de l'étape (f).
7 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes:
A) dépôt d'un premier matériau supra-
conducteur ( 50) sur un substrat approprié ( 2) réalisé en un matériau isolant électrique; B) réalisation d'un masque en résine ( 20 b) stabilisée thermiquement sur le premier matériau supraconducteur masquant une partie du premier matériau supraconducteur; C) usinage ionique ( 28) du premier matériau supraconducteur masqué puis du substrat sous-jacent entraÂnant la formation d'un mur ( 4) de redépôt sur
l'un des flancs gravés du premier matériau supra-
conducteur, constitué dudit matériau isolant, ce mur s'étendant selon une direction (x) déterminée; D) élimination du masque de résine ( 20 b);
E) dépôt d'un second matériau supra-
conducteur ( 52) sur l'ensemble de la structure obtenue en (C) ayant une épaisseur inférieure à la hauteur du mur; F) réalisation d'un ruban supraconducteur perpendiculaire à ladite direction par gravure du second puis du premier matériaux conducteurs, comportant deux parties distinctes situées de part et d'autre du mur;
G) réalisation de deux contacts d'inter-
connexion ( 14, 16) sur respectivement les deux parties
du ruban supraconducteur.
8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier et second matériaux
supraconducteurs sont identiques.
9 Procédé selon l'une quelconque des
revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le substrat
est en Mg O. 10 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'usinage est réalisé avec un faisceau d'ions argon ayant une énergie de 100 à 1000 e V. 11 Procédé selon l'une quelconque des
revendications 4 à 10, caractérisé en ce que l'on
effectue un nettoyage de la structure avant le dépôt du matériau supraconducteur, consécutif à l'usinage ionique. 12 Procédé selon l'une quelconque des
revendications 4 à 11, caractérisé en ce que la marche
est formée par lithographie selon La technique tricouche. 13 Procédé selon l'une quelconque des
revendications 4 à 12, caractérisé en ce que le mur de
redépôt est perpendiculaire au plan cristallographique
(a,b) du ruban supraconducteur.
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| FR9201155A FR2687012A1 (fr) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | Dispositif josephson et son procede de fabrication. |
| US08/009,871 US5318950A (en) | 1992-02-03 | 1993-01-27 | Josephson device or junction and its production process |
| DE4302742A DE4302742A1 (fr) | 1992-02-03 | 1993-02-01 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9201155A FR2687012A1 (fr) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | Dispositif josephson et son procede de fabrication. |
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|---|---|
| FR2687012A1 true FR2687012A1 (fr) | 1993-07-30 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR9201155A Withdrawn FR2687012A1 (fr) | 1992-02-03 | 1992-02-03 | Dispositif josephson et son procede de fabrication. |
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-
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Patent Citations (1)
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Also Published As
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