JP2000022227A - 酸化物超電導体素材及び素子 - Google Patents
酸化物超電導体素材及び素子Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/12—Josephson-effect devices
- H10N60/124—Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials
-
- H—ELECTRICITY
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
- H10N60/0661—Processes performed after copper oxide formation, e.g. patterning
-
- H—ELECTRICITY
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0912—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices
- H10N60/0941—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 より簡素な構造を有する酸化物超電導素子を
提供する。 【解決手段】 基板を兼ねる要素１１は、酸化物超電導
単結晶あるいは厚膜により構成される。要素Ｈの表面１
１ａを機械的研磨処理を施して厚子サイズの平坦面を得
ることができる。この表面上に層間絶縁層１２を積層
し、その上に下部電極を構成する酸化物超電導層１３、
バリア層１４、上部電極を構成する酸化物超電導層１５
を形成して酸化物超電導素子を得ることができる。
提供する。 【解決手段】 基板を兼ねる要素１１は、酸化物超電導
単結晶あるいは厚膜により構成される。要素Ｈの表面１
１ａを機械的研磨処理を施して厚子サイズの平坦面を得
ることができる。この表面上に層間絶縁層１２を積層
し、その上に下部電極を構成する酸化物超電導層１３、
バリア層１４、上部電極を構成する酸化物超電導層１５
を形成して酸化物超電導素子を得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は酸化物超電導素子を
構成する場合に、酸化物超電導体の単結晶あるいは厚膜
を超電導電極あるいはグランドプレーンとして用いるこ
とを特徴とする。
構成する場合に、酸化物超電導体の単結晶あるいは厚膜
を超電導電極あるいはグランドプレーンとして用いるこ
とを特徴とする。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超電導体を用いたジョセフソン接
合を含む酸化物超電導素子を作製するには、絶縁性酸化
物基板の上に薄膜を重ねて、酸化物超電導体（上部電
極）／常電導体あるいは絶縁体（バリア層）／酸化物超
電導体（下部電極）の３層構造を作る。グランドプレー
ン付きの素子ではさらに絶縁体／酸化物超電導体（グラ
ンドプレーン）を基板と３層膜との間に加える必要があ
る。この手法では下部電極やグランドプレーンの酸化物
超電導層の表面の凹凸がその上に重ねる各層の平坦性に
影響を与え、とくに、１〜１０ｎｍ程度の薄いバリア層
の均一性を確保するのが非常にむずかしいという問題が
あった。
合を含む酸化物超電導素子を作製するには、絶縁性酸化
物基板の上に薄膜を重ねて、酸化物超電導体（上部電
極）／常電導体あるいは絶縁体（バリア層）／酸化物超
電導体（下部電極）の３層構造を作る。グランドプレー
ン付きの素子ではさらに絶縁体／酸化物超電導体（グラ
ンドプレーン）を基板と３層膜との間に加える必要があ
る。この手法では下部電極やグランドプレーンの酸化物
超電導層の表面の凹凸がその上に重ねる各層の平坦性に
影響を与え、とくに、１〜１０ｎｍ程度の薄いバリア層
の均一性を確保するのが非常にむずかしいという問題が
あった。
【０００３】図１１は従来の酸化物超電導素子の構造を
示す模式図である。酸化物超電導素子１は、絶縁体基板
２に酸化物超電導層（グランドプレーン）３、層間絶縁
層４を積層し、その上に酸化物超電導層（下部電極）５
／バリア層６／酸化物超電導層（上部電極）７を構成す
る。
示す模式図である。酸化物超電導素子１は、絶縁体基板
２に酸化物超電導層（グランドプレーン）３、層間絶縁
層４を積層し、その上に酸化物超電導層（下部電極）５
／バリア層６／酸化物超電導層（上部電極）７を構成す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の超電導
素子にあっては、下部電極やグランドプレーンの表面の
平坦度を確保するために、剛性が高く、機械加工により
表面の平坦度を向上することができる絶縁体基板を用い
ることが必要であった。
素子にあっては、下部電極やグランドプレーンの表面の
平坦度を確保するために、剛性が高く、機械加工により
表面の平坦度を向上することができる絶縁体基板を用い
ることが必要であった。
【０００５】そこで本発明は、下部超電導電極やグラン
ドプレーンを構成する酸化物超電導層の表面を、機械的
研磨処理により超電導性を損なうことなく平坦化するこ
とにより、均一で良質な積層構造を作製することによっ
て、従来の絶縁体基板を省略し、信頼性の高いジョセフ
ソン接合と超電導素子を提供するものである。
ドプレーンを構成する酸化物超電導層の表面を、機械的
研磨処理により超電導性を損なうことなく平坦化するこ
とにより、均一で良質な積層構造を作製することによっ
て、従来の絶縁体基板を省略し、信頼性の高いジョセフ
ソン接合と超電導素子を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】機械的研磨処理により表
面の平坦化を可能にするためには、研磨による消耗分に
耐えられるだけの厚みを持った酸化物超電導体が必要で
ある。この条件を満たすものとして酸化物超電導体の単
結晶および液相エピタキシャル法により作製した厚膜を
採用する。
面の平坦化を可能にするためには、研磨による消耗分に
耐えられるだけの厚みを持った酸化物超電導体が必要で
ある。この条件を満たすものとして酸化物超電導体の単
結晶および液相エピタキシャル法により作製した厚膜を
採用する。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は本発明の超電導素子の構造
を模式化して示す図である。超電導素子１０は、基板を
兼ねる酸化物超電導単結晶あるいは厚膜要素１１を用意
し、この酸化物超電導単結晶あるいは厚膜要素１１の表
面１１ａに機械的研磨処理を施して平坦な表面を形成す
る。
を模式化して示す図である。超電導素子１０は、基板を
兼ねる酸化物超電導単結晶あるいは厚膜要素１１を用意
し、この酸化物超電導単結晶あるいは厚膜要素１１の表
面１１ａに機械的研磨処理を施して平坦な表面を形成す
る。
【０００８】図２は要素１１として、酸化物超電導体Ｙ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘの単結晶を用意し、その表面を機械的研
磨処理をした後、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した
像を模式的に示す図である。高さ１．２ｎｍの原子面の
ステップが明瞭であり、表面は原子サイズで平坦である
ことをしめしている。
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘの単結晶を用意し、その表面を機械的研
磨処理をした後、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した
像を模式的に示す図である。高さ１．２ｎｍの原子面の
ステップが明瞭であり、表面は原子サイズで平坦である
ことをしめしている。
【０００９】同様に図３は要素１１として、酸化物超電
導体ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘの厚膜を用意し、その表面を機械
的研磨処理をした後、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察
した像を模式的に示す図である。原子面のステップが明
瞭であり、表面は原子サイズで平坦であることをしめし
ている。
導体ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘの厚膜を用意し、その表面を機械
的研磨処理をした後、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察
した像を模式的に示す図である。原子面のステップが明
瞭であり、表面は原子サイズで平坦であることをしめし
ている。
【００１０】そして、この表面１１ａが機械的研磨加工
により平坦化された要素１１上に層間絶縁層１２を積層
し、その上に下部電極を構成する酸化物超電導層１３、
バリア層１４、上部電極を構成する酸化物超電導層１５
を積層して酸化物超電導素子を構成する。
により平坦化された要素１１上に層間絶縁層１２を積層
し、その上に下部電極を構成する酸化物超電導層１３、
バリア層１４、上部電極を構成する酸化物超電導層１５
を積層して酸化物超電導素子を構成する。
【００１１】図４は酸化物超電導体ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘの
単結晶１１の表面１１ａを機械的研磨処理をした後、絶
縁体ＳｒＴｉＯ3を積層してグランドプレーン１２を構
成した素材の断面電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を模式的に示
す図である。平坦な酸化物超電導体１１の上に原子サイ
ズで平坦な絶縁体１２が成膜されているのが見られる。
単結晶１１の表面１１ａを機械的研磨処理をした後、絶
縁体ＳｒＴｉＯ3を積層してグランドプレーン１２を構
成した素材の断面電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を模式的に示
す図である。平坦な酸化物超電導体１１の上に原子サイ
ズで平坦な絶縁体１２が成膜されているのが見られる。
【００１２】図５は、上述した手段により超電導素子を
生産する具体的な工程を説明する。まず、引き上げ法で
育成した直径１３ｍｍのＹ−１２３バルク単結晶から
（００１）面ウェハを切り出しこ機械研磨と切断加工に
より８ｍｍ角で厚さが約０．５ｍｍの基板２１に仕上げ
た。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により、基板表面に約
１．２ｎｍの高さの規則正しい原子ステップが観測さ
れ、この基板が１ユニットセル程度の平坦性をもつこと
が確認された。
生産する具体的な工程を説明する。まず、引き上げ法で
育成した直径１３ｍｍのＹ−１２３バルク単結晶から
（００１）面ウェハを切り出しこ機械研磨と切断加工に
より８ｍｍ角で厚さが約０．５ｍｍの基板２１に仕上げ
た。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により、基板表面に約
１．２ｎｍの高さの規則正しい原子ステップが観測さ
れ、この基板が１ユニットセル程度の平坦性をもつこと
が確認された。
【００１３】この基板２１上に、図５（ａ）に模式的に
示すように、レーザースパッタによりそれぞれ約２００
ｎｍの厚みをもつＳｒ2ＡｌＴａＯ6（ＳＡＴ）層間絶縁
層２２、Ｎｄ−１２３超電導層２３、ＳＡＴ絶縁層２４
の３層膜を連続して全面にわたり形成した。ターゲット
にはそれぞれの材料の高密度焼結体を用い、ＫｒＦパル
スレーザー（波長２４８ｎｍ）の真空装置の入射窓位置
でのパワー密度は約２Ｊ／ｃｍ2とした。成膜中の酸素
ガス圧は２００ｍＴｏｒｒ、基板温度は７５０℃とし
た。Ｘ線回折から、それぞれの層はｃ軸配向しており、
ＹＢＣＯ（００１）面上にエピタキシャル成長している
ことが確認された。
示すように、レーザースパッタによりそれぞれ約２００
ｎｍの厚みをもつＳｒ2ＡｌＴａＯ6（ＳＡＴ）層間絶縁
層２２、Ｎｄ−１２３超電導層２３、ＳＡＴ絶縁層２４
の３層膜を連続して全面にわたり形成した。ターゲット
にはそれぞれの材料の高密度焼結体を用い、ＫｒＦパル
スレーザー（波長２４８ｎｍ）の真空装置の入射窓位置
でのパワー密度は約２Ｊ／ｃｍ2とした。成膜中の酸素
ガス圧は２００ｍＴｏｒｒ、基板温度は７５０℃とし
た。Ｘ線回折から、それぞれの層はｃ軸配向しており、
ＹＢＣＯ（００１）面上にエピタキシャル成長している
ことが確認された。
【００１４】この多層膜を、標準的なフォトリソグラフ
ィーとＡｒイオンミリングの工程により加工し、（ｂ）
に示すような傾斜（ランプ）構造３０を形成した。傾斜
角は約１０度とした。次にこれを再びレーザースパッタ
装置内に入れ、（ｃ）に示すように厚さ７．５ｎｍのＰ
ｒＢａ2Ｃｕ3Ｏｙ（Ｐｒ−１２３）からなるバリア層２
５と厚さ２５０ｎｍのＮｄ−１２３超電導層２６を連続
して積層した。成膜は下層のＮｄ−１２３と同一の条件
で行った。
ィーとＡｒイオンミリングの工程により加工し、（ｂ）
に示すような傾斜（ランプ）構造３０を形成した。傾斜
角は約１０度とした。次にこれを再びレーザースパッタ
装置内に入れ、（ｃ）に示すように厚さ７．５ｎｍのＰ
ｒＢａ2Ｃｕ3Ｏｙ（Ｐｒ−１２３）からなるバリア層２
５と厚さ２５０ｎｍのＮｄ−１２３超電導層２６を連続
して積層した。成膜は下層のＮｄ−１２３と同一の条件
で行った。
【００１５】最後に（ｄ）に示すように、フォトリソグ
ラフィーとＡｒイオンミリングの工程によりＰｒ−１２
３／Ｎｄ−１２３積層膜を電極構造に加工し、さらに電
流端子取り出し用のＡｕパッド３１を真空蒸着とリフト
オフ工程により形成し、単結晶グランドプレーン付きの
ランプエッジ接合の作製を完了した。接合上部電極パタ
ーンの幅は５μｍとした。同時に、比較のため、レーザ
ースパッタ法で（Ｌａ，Ｓｒ）2ＡｌＴａＯ6（ＬＳＡ
Ｔ）（１００）単結晶基板上に作製した厚さ３００ｎｍ
のｃ軸配向ＹＢＣＯ薄膜をグランドプレーンとするラン
プエッジ接合も同様の工程により作製した。
ラフィーとＡｒイオンミリングの工程によりＰｒ−１２
３／Ｎｄ−１２３積層膜を電極構造に加工し、さらに電
流端子取り出し用のＡｕパッド３１を真空蒸着とリフト
オフ工程により形成し、単結晶グランドプレーン付きの
ランプエッジ接合の作製を完了した。接合上部電極パタ
ーンの幅は５μｍとした。同時に、比較のため、レーザ
ースパッタ法で（Ｌａ，Ｓｒ）2ＡｌＴａＯ6（ＬＳＡ
Ｔ）（１００）単結晶基板上に作製した厚さ３００ｎｍ
のｃ軸配向ＹＢＣＯ薄膜をグランドプレーンとするラン
プエッジ接合も同様の工程により作製した。
【００１６】このように作製したランプエッジ接合の電
流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を低温で測定した。図６には、
単結晶グランドプレーン上の接合の１２ＫにおけるＩ−
Ｖ特性を示すが、Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅｌｙ Ｓｈｕｎｔ
ｅｄ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ（ＲＳＪ）モデルで表される典
型的な弱結合ジョセフソン接合の特性になっていること
が確認された。ジョセフソン臨界電流値Ｉｃと接合抵抗
Ｒｎの積は約０．６ｍＶであった。
流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を低温で測定した。図６には、
単結晶グランドプレーン上の接合の１２ＫにおけるＩ−
Ｖ特性を示すが、Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅｌｙ Ｓｈｕｎｔ
ｅｄ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ（ＲＳＪ）モデルで表される典
型的な弱結合ジョセフソン接合の特性になっていること
が確認された。ジョセフソン臨界電流値Ｉｃと接合抵抗
Ｒｎの積は約０．６ｍＶであった。
【００１７】次に同一結晶基板上に存在する２４個の同
一の形状を有するランプエッジ接合のＩｃ値をすべて測
定しそのばらつきを評価したところ、標準偏差σとして
１５％という値が得られた。一方、薄膜グランドプレー
ン上に形成したランプエッジ接合は、同様にＲＳＩ的な
Ｉ−Ｖ特性を示したが、同一基板上の２４個の接合のＩ
ｃの平均値は単結晶基板上の接合に比べ約６０％高く、
またＩｃの標準偏差は２６％とかなり大きな値であっ
た。
一の形状を有するランプエッジ接合のＩｃ値をすべて測
定しそのばらつきを評価したところ、標準偏差σとして
１５％という値が得られた。一方、薄膜グランドプレー
ン上に形成したランプエッジ接合は、同様にＲＳＩ的な
Ｉ−Ｖ特性を示したが、同一基板上の２４個の接合のＩ
ｃの平均値は単結晶基板上の接合に比べ約６０％高く、
またＩｃの標準偏差は２６％とかなり大きな値であっ
た。
【００１８】グランドプレーンは、平坦化した表面から
超電導性を破壊する元素を打ち込み、超電導層中に絶縁
層を形成しても構成できる。すでにこの手法で超電導層
中に常電導層を形成した報告がある（ＩＥＥＥ Ｔｒａ
ｎｓ． ｏｎ Ａｐｐｌ．Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ． ７，
２１３４（１９９７））。本発明では、鉄族イオンを打
ち込み、抵抗率が１０００００オーム・ｃｍ以上の絶縁
層を得ている。酸化物超電導体と結晶構造が同じバリア
層を作製するには、酸化物超電導体ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘの
キャリアー量を調節して超電導転移温度を低くし、つい
には常電導体や半導体にする手法がある（Ｊ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｃｏｎｄｅｎｓ． Ｍａｔｔｅｒ ８，８８８９
（１９９６））。
超電導性を破壊する元素を打ち込み、超電導層中に絶縁
層を形成しても構成できる。すでにこの手法で超電導層
中に常電導層を形成した報告がある（ＩＥＥＥ Ｔｒａ
ｎｓ． ｏｎ Ａｐｐｌ．Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ． ７，
２１３４（１９９７））。本発明では、鉄族イオンを打
ち込み、抵抗率が１０００００オーム・ｃｍ以上の絶縁
層を得ている。酸化物超電導体と結晶構造が同じバリア
層を作製するには、酸化物超電導体ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘの
キャリアー量を調節して超電導転移温度を低くし、つい
には常電導体や半導体にする手法がある（Ｊ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｃｏｎｄｅｎｓ． Ｍａｔｔｅｒ ８，８８８９
（１９９６））。
【００１９】図７は、酸化物超電導体ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ
にＺｎを添加した時の電気抵抗率の温度依存性を示す。
５％上の添加で半導体的な挙動を示している。この物質
をバリア層としてＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ厚膜上に作製したジ
ョセフソン接合ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ／ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ：
Ｚｎ／ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘを構成することができる。
にＺｎを添加した時の電気抵抗率の温度依存性を示す。
５％上の添加で半導体的な挙動を示している。この物質
をバリア層としてＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ厚膜上に作製したジ
ョセフソン接合ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ／ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ：
Ｚｎ／ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘを構成することができる。
【００２０】図８は、この考えによる酸化物超電導素子
の構造を模式化して示す。すなわち、酸化物超電導体素
子５０は酸化物超電導単結晶あるいは厚膜要素５１を用
意し、その表面５１ａを機械的研磨により平坦に形成す
る。そして、平坦化された表面５１ａに、上述した手段
によりバリア層５２を形成し、バリア層５２上に酸化物
超電導層５３を積層して上部電極を構成する。酸化物超
電導単結晶あるいは厚膜要素５１は下部電極を構成する
と共に、同一物質でバリア層も形成されることとなる。
したがって、製造工程も簡素化され、低コストで酸化物
超電導体素子を生産することができる。
の構造を模式化して示す。すなわち、酸化物超電導体素
子５０は酸化物超電導単結晶あるいは厚膜要素５１を用
意し、その表面５１ａを機械的研磨により平坦に形成す
る。そして、平坦化された表面５１ａに、上述した手段
によりバリア層５２を形成し、バリア層５２上に酸化物
超電導層５３を積層して上部電極を構成する。酸化物超
電導単結晶あるいは厚膜要素５１は下部電極を構成する
と共に、同一物質でバリア層も形成されることとなる。
したがって、製造工程も簡素化され、低コストで酸化物
超電導体素子を生産することができる。
【００２１】次に、図９を用いて上述した考えを利用し
た素子の生産工程を説明する。まず、ＬＰＥ法でＭｇＯ
（１００）単結晶基板６１を作成し、この基板６１上に
形成した厚さ約１２０μｍのＹＢＣＯ厚膜６２の表面６
２ａを機械研磨し、ユニットセルレベルで平坦な厚膜を
作製した。次にＭＯＣＶＤ法を用い、図９（ａ）に示す
ように、この厚膜６２上に厚さ１０ｎｍのＹＢａ2（Ｃ
ｕ0.97Ｚｎ0.03）3Ｏｙからなるバリア層６３と厚さ６
０ｎｍのＹＢＣＯ層６４を連続して堆積した。ＭＯ原料
としてはＹ（ＤＰＭ）3、Ｂａ（ＤＰＭ）2−２Ｐｅｎｔ
ａｅｎ、Ｃｕ（ＤＰＭ）2、Ｚｎ（ＤＰＭ）2を用い、７
０−１４０℃の温度で蒸発させＡｒをキャリアガスとし
てリアクターに輸送した。リアクター中の全ガス圧、酸
素分圧はそれぞれ１０Ｔｏｒｒ、０．６Ｔｏｒｒとし、
サセプタ温度は８００℃とした。
た素子の生産工程を説明する。まず、ＬＰＥ法でＭｇＯ
（１００）単結晶基板６１を作成し、この基板６１上に
形成した厚さ約１２０μｍのＹＢＣＯ厚膜６２の表面６
２ａを機械研磨し、ユニットセルレベルで平坦な厚膜を
作製した。次にＭＯＣＶＤ法を用い、図９（ａ）に示す
ように、この厚膜６２上に厚さ１０ｎｍのＹＢａ2（Ｃ
ｕ0.97Ｚｎ0.03）3Ｏｙからなるバリア層６３と厚さ６
０ｎｍのＹＢＣＯ層６４を連続して堆積した。ＭＯ原料
としてはＹ（ＤＰＭ）3、Ｂａ（ＤＰＭ）2−２Ｐｅｎｔ
ａｅｎ、Ｃｕ（ＤＰＭ）2、Ｚｎ（ＤＰＭ）2を用い、７
０−１４０℃の温度で蒸発させＡｒをキャリアガスとし
てリアクターに輸送した。リアクター中の全ガス圧、酸
素分圧はそれぞれ１０Ｔｏｒｒ、０．６Ｔｏｒｒとし、
サセプタ温度は８００℃とした。
【００２２】この積層膜をフォトリソグラフィーとイオ
ンミリングの工程により加工し、（ｂ）に示すような１
０μｍ角のメサ構造６５を形成し、ＣｅＯ2絶縁層６６
を室温でスパッタによりセルフアライン堆積した。最後
にＡｕからなる電流端子取り出し用のＡｕパッド６７を
真空蒸着とイオンミリングにより形成し、積層型接合構
造の作製を完了した。この接合のＩ−Ｖ特性を低温で測
定したところ、バリア層のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｏは
５０Ｋで超電導転移を示した。上部電極のＹＢＣＯ層の
Ｔｃ＝８０Ｋと５０Ｋの間の温度領域では、図１０に示
すような典型的なＳＮＳ接合のＩ−Ｖ特性が観測され
た。同一基板内にある２４個の同じ面積をもつ接合のＩ
−Ｖ特性を６０Ｋの温度で測定したところ、Ｉｃのばら
つきσとして１２％の値が得られた。
ンミリングの工程により加工し、（ｂ）に示すような１
０μｍ角のメサ構造６５を形成し、ＣｅＯ2絶縁層６６
を室温でスパッタによりセルフアライン堆積した。最後
にＡｕからなる電流端子取り出し用のＡｕパッド６７を
真空蒸着とイオンミリングにより形成し、積層型接合構
造の作製を完了した。この接合のＩ−Ｖ特性を低温で測
定したところ、バリア層のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｏは
５０Ｋで超電導転移を示した。上部電極のＹＢＣＯ層の
Ｔｃ＝８０Ｋと５０Ｋの間の温度領域では、図１０に示
すような典型的なＳＮＳ接合のＩ−Ｖ特性が観測され
た。同一基板内にある２４個の同じ面積をもつ接合のＩ
−Ｖ特性を６０Ｋの温度で測定したところ、Ｉｃのばら
つきσとして１２％の値が得られた。
【００２３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
により、原子サイズで平坦な積層構造が実現でき、信頼
性の高いジョセフソン接合が再現性良く作製可能であ
る。さらに、グランドプレーンの設置により、ジョセフ
ソン接合の特性のバラツキを示す標準偏差σは１５％で
あり、従来の２０％以上の値に比べて大幅な改善がなさ
れた。また、素子のインダクタンスを小さくできるの
で、回路設計が容易になるという利点も大きい。
により、原子サイズで平坦な積層構造が実現でき、信頼
性の高いジョセフソン接合が再現性良く作製可能であ
る。さらに、グランドプレーンの設置により、ジョセフ
ソン接合の特性のバラツキを示す標準偏差σは１５％で
あり、従来の２０％以上の値に比べて大幅な改善がなさ
れた。また、素子のインダクタンスを小さくできるの
で、回路設計が容易になるという利点も大きい。
【図１】本発明の酸化物超電導素子の構造を模式的に示
す図。
す図。
【図２】酸化物超電導体の単結晶を機械的研磨した表面
の原子力間顕微鏡写真を模式的に示す図。
の原子力間顕微鏡写真を模式的に示す図。
【図３】酸化物超電導体の厚膜を機械的研磨した表面の
原子力間顕微鏡写真を模式的に示す図。
原子力間顕微鏡写真を模式的に示す図。
【図４】酸化物超電導体の単結晶の表面を機械的研磨処
理をした後、絶縁体を積層してグランドプレーンを構成
した素材の断面電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を模式的に示す
図。
理をした後、絶縁体を積層してグランドプレーンを構成
した素材の断面電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を模式的に示す
図。
【図５】本発明の酸化物超電導素子を生産する工程の説
明図。
明図。
【図６】本発明の酸化物超電導素子の特性を示す図。
【図７】酸化物超電導体に亜鉛を添加したときの電気抵
抗率の温度依存性を示す図。
抗率の温度依存性を示す図。
【図８】酸化物超電導素子の構造を模式的に示す図。
【図９】酸化物超電導素子の生産工程を示す図。
【図１０】酸化物超電導素子の電気特性を示す図。
【図１１】従来の酸化物超電導素子の構造を模式的に示
す図。
す図。
１０ 酸化物超電導素子 １１ 酸化物超電導単結晶あるいは厚膜素子 １１ａ 機械的研磨加工により平坦化された表面 １２ 層間絶縁層 １３ 下部電極を構成する酸化物超電導層 １４ バリア層 １５ 上部電極を構成する酸化物超電導層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年６月８日（１９９９．６．８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田辺 圭一 東京都江東区東雲一丁目14番３ 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 (72)発明者 塩原 融 東京都江東区東雲一丁目14番３ 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 (72)発明者 榎本 陽一 東京都江東区東雲一丁目14番３ 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 (72)発明者 田中 昭二 東京都江東区東雲一丁目14番３ 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 Ｆターム(参考） 4M113 AA06 AA16 AA25 AA27 AA37 AD36 AD37 AD40 AD42 AD67 AD68 BA01 BA04 BA18 BA23 BB03 BB07 BC04 BC08 CA34
Claims (10)
- 【請求項１】 バリア層を挟んで下部電極及び上部電極
を構成する酸化物超電導体を積層してなる酸化物超電導
体素子において、酸化物超電導体の単結晶あるいは厚膜
を下部電極とすることを特徴とする酸化物超電導素子。 - 【請求項２】 バリア層を挟んで下部電極及び上部電極
を構成する酸化物超電導体を積層してなる酸化物超電導
体素子において、下部電極の下に層間絶縁層を介して配
設されるグランドプレーンを酸化物超電導体の単結晶あ
るいは厚膜とすることを特徴とする酸化物超電導素子。 - 【請求項３】 バリア層を挟んで下部電極及び上部電極
を構成する酸化物超電導体を積層してなる酸化物超電導
体素子において、酸化物超電導体の単結晶あるいは厚膜
を、その超電導性を損なうことなく機械的処理をして平
坦化した表面上に層間絶縁層を形成し、その絶縁層上に
ジョセフソン接合を形成し、ジョセフソン接合と平坦化
した表面とを電気的に結合したことを特徴とする酸化物
超電導素子。 - 【請求項４】 バリア層を挟んで下部電極及び上部電極
を構成する酸化物超電導体を積層してなる酸化物超電導
体素子において、酸化物超電導体の単結晶あるいは厚膜
を、その超電導性を損なうことなく機械的処理をして平
坦化した表面を超電導電極の一つとしてジョセフソン接
合を形成することを特徴とする酸化物超電導素子。 - 【請求項５】 バリア層を挟んで下部電極及び上部電極
を構成する酸化物超電導体を積層してなる酸化物超電導
体素子において、酸化物超電導体の単結晶あるいは厚膜
を、その超電導性を損なうことなく機械的処理をして平
坦化した表面から超電導性を破壊する元素を打ち込み、
超電導層中に絶縁層を形成したことを特徴とする酸化物
超電導素子素材。 - 【請求項６】 請求項５記載の素材を超電導電極の一つ
としてジョセフソン接合を形成することを特徴とする酸
化物超電導素子。 - 【請求項７】 請求項４または６記載のジョセフソン接
合の上部電極は平坦化した超電導下部電極と同一物質で
あり、バリア層は平坦化した超電導物質に微量元素を添
加して超電導転移温度を低温化するか若しくは常電導化
した物質からなることを特徴とする酸化物超電導素子。 - 【請求項８】 請求項１乃至７において、厚膜の基板が
ＭｇＯであることを特徴とする酸化物超電導素材および
素子。 - 【請求項９】 請求項１乃至７において、酸化物超電導
体がＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ（ＲＥ＝Ｙ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅ
ｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕおよび
これらの混晶）であることを特徴とする酸化物超電導素
材および素子。 - 【請求項１０】 請求項１乃至７において、厚膜の作製
方法が液相エピタキシャル法であることを特徴とする酸
化物超電導素材および素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10189209A JP2000022227A (ja) | 1998-07-03 | 1998-07-03 | 酸化物超電導体素材及び素子 |
| EP99112795A EP0971422A1 (en) | 1998-07-03 | 1999-07-02 | Oxide superconducting element and material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10189209A JP2000022227A (ja) | 1998-07-03 | 1998-07-03 | 酸化物超電導体素材及び素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000022227A true JP2000022227A (ja) | 2000-01-21 |
Family
ID=16237376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10189209A Pending JP2000022227A (ja) | 1998-07-03 | 1998-07-03 | 酸化物超電導体素材及び素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0971422A1 (ja) |
| JP (1) | JP2000022227A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008078639A (ja) * | 2006-08-23 | 2008-04-03 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | ジョセフソン接合素子、その形成方法、および超電導接合回路 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI509850B (zh) * | 2014-05-16 | 2015-11-21 | Ind Tech Res Inst | 超導膜元件及超導膜元件之製備方法 |
| CN110148664B (zh) * | 2019-05-13 | 2021-01-19 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 约瑟夫森结的制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5250817A (en) * | 1992-08-12 | 1993-10-05 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Alkali barrier superconductor Josephson junction and circuit |
| US5831278A (en) * | 1996-03-15 | 1998-11-03 | Conductus, Inc. | Three-terminal devices with wide Josephson junctions and asymmetric control lines |
-
1998
- 1998-07-03 JP JP10189209A patent/JP2000022227A/ja active Pending
-
1999
- 1999-07-02 EP EP99112795A patent/EP0971422A1/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008078639A (ja) * | 2006-08-23 | 2008-04-03 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | ジョセフソン接合素子、その形成方法、および超電導接合回路 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0971422A1 (en) | 2000-01-12 |
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