JP2000299507A - ジョセフソン素子の製造方法及びジョセフソン素子 - Google Patents
ジョセフソン素子の製造方法及びジョセフソン素子Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 双晶基板を用いたジョセフソン素子におい
て、人工粒界接合部への不純物の析出を防止し、良好な
超電導接合特性を有する接合部を備えたジョセフソン素
子を提供する。 【解決手段】 双晶基板１，１′の双晶粒界２近傍に、
かかる双晶粒界よりも不純物に対する吸着力の大きい析
出物吸着領域８を形成することにより、析出物吸着領域
に不純物を集中して析出させる。
て、人工粒界接合部への不純物の析出を防止し、良好な
超電導接合特性を有する接合部を備えたジョセフソン素
子を提供する。 【解決手段】 双晶基板１，１′の双晶粒界２近傍に、
かかる双晶粒界よりも不純物に対する吸着力の大きい析
出物吸着領域８を形成することにより、析出物吸着領域
に不純物を集中して析出させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジョセフソン素子
に関し、特に、双晶基板を用いてその上に酸化物系超電
導接合を形成したジョセフソン素子の製造方法及びジョ
セフソン素子に関する。
に関し、特に、双晶基板を用いてその上に酸化物系超電
導接合を形成したジョセフソン素子の製造方法及びジョ
セフソン素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、Jpn. J. Appl. Phys. Vol. ３
４ (１９９５) pp. Ｌ１３４８−Ｌ１３５１に記載され
た従来構造のジョセフソン素子の斜視図である。かかる
ジョセフソン素子の製造工程では、まず、結晶方位の異
なる２つの単結晶基板１、１’を双晶粒界２で接続した
双晶基板が準備される。続いて、スパッタリング法、レ
ーザアブレーション法等により、約２００ｎｍの膜厚の
酸化物系超電導膜３が、双晶基板上に堆積される。堆積
された酸化物系超電導膜３は、下地基板の面方位に結晶
方位が揃った状態で形成されるため、酸化物系超電導膜
３は、結晶方位の異なった２種類の単結晶が、双晶基板
の双晶粒界２の上部の人工粒界接合部４で接合された状
態で形成される。最後に、酸化物系超電導膜３をエッチ
ングして回路形状にパターニングし、電極（図示せず）
を形成することにより、図３に示すジョセフソン素子が
完成する。かかるジョセフソン素子では、人工粒界接合
部４の幅が数μｍ〜数百μｍとなり、超電導弱結合とし
て機能する。即ち、人工粒界接合部４が準粒子電流の障
壁となって非線型な電流−電圧特性をもたらしたり、超
電導電流の障壁となってジョセフソン効果を生じさせた
りする。
４ (１９９５) pp. Ｌ１３４８−Ｌ１３５１に記載され
た従来構造のジョセフソン素子の斜視図である。かかる
ジョセフソン素子の製造工程では、まず、結晶方位の異
なる２つの単結晶基板１、１’を双晶粒界２で接続した
双晶基板が準備される。続いて、スパッタリング法、レ
ーザアブレーション法等により、約２００ｎｍの膜厚の
酸化物系超電導膜３が、双晶基板上に堆積される。堆積
された酸化物系超電導膜３は、下地基板の面方位に結晶
方位が揃った状態で形成されるため、酸化物系超電導膜
３は、結晶方位の異なった２種類の単結晶が、双晶基板
の双晶粒界２の上部の人工粒界接合部４で接合された状
態で形成される。最後に、酸化物系超電導膜３をエッチ
ングして回路形状にパターニングし、電極（図示せず）
を形成することにより、図３に示すジョセフソン素子が
完成する。かかるジョセフソン素子では、人工粒界接合
部４の幅が数μｍ〜数百μｍとなり、超電導弱結合とし
て機能する。即ち、人工粒界接合部４が準粒子電流の障
壁となって非線型な電流−電圧特性をもたらしたり、超
電導電流の障壁となってジョセフソン効果を生じさせた
りする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】かかるジョセフソン素
子では、酸化物系超電導膜３の成長条件等により、超電
導接続特性が劣化し、ジョセフソン素子として要求され
る特性が得られない場合が発生した。かかる特性劣化の
原因について発明者らが検討した結果、人工粒界接合部
４に不純物が高密度に析出し、人工粒界接合部４が超電
導弱結合として機能しなくなるためであることが分かっ
た。即ち、酸化物超電導体膜３の原料の組成比のばらつ
きや、成膜条件の変動により、組成比のずれた領域等か
らなる不純物の析出物が酸化物系超電導膜３中に析出す
るが、かかる析出物７（図４参照）は、酸化物系超電導
膜３の形成中に双晶基板の双晶粒界２に吸い寄せられる
ようにして析出する性質を有するために、双晶粒界２の
上部に形成される人工粒界接合部４に高密度の析出物７
が析出し、このために、人工粒界接合部４が超電導弱結
合として機能しにくくなるためであることが分かった。
そこで、本発明は、人工粒界接合部への不純物の析出を
防止し、良好な超電導接合特性を有する接合部を備えた
ジョセフソン素子を提供すること目的とする。
子では、酸化物系超電導膜３の成長条件等により、超電
導接続特性が劣化し、ジョセフソン素子として要求され
る特性が得られない場合が発生した。かかる特性劣化の
原因について発明者らが検討した結果、人工粒界接合部
４に不純物が高密度に析出し、人工粒界接合部４が超電
導弱結合として機能しなくなるためであることが分かっ
た。即ち、酸化物超電導体膜３の原料の組成比のばらつ
きや、成膜条件の変動により、組成比のずれた領域等か
らなる不純物の析出物が酸化物系超電導膜３中に析出す
るが、かかる析出物７（図４参照）は、酸化物系超電導
膜３の形成中に双晶基板の双晶粒界２に吸い寄せられる
ようにして析出する性質を有するために、双晶粒界２の
上部に形成される人工粒界接合部４に高密度の析出物７
が析出し、このために、人工粒界接合部４が超電導弱結
合として機能しにくくなるためであることが分かった。
そこで、本発明は、人工粒界接合部への不純物の析出を
防止し、良好な超電導接合特性を有する接合部を備えた
ジョセフソン素子を提供すること目的とする。
【０００４】そこで発明者らは鋭意研究の結果、双晶基
板上に酸化物系超電導膜を成長させ、人工粒界接合部を
形成してジョセフソン素子を作製するにあたり、双晶基
板の双晶粒界近傍に、かかる双晶粒界よりも析出物に対
する吸着力の大きい析出物吸着領域を形成することによ
り、酸化物系超電導膜中に不純物が析出した場合であっ
ても、不純物は析出物吸着領域に集中して析出すること
となる。このため、人工粒界接合部への不純物の析出を
防止することができ、良好な超電導接合特性を有するジ
ョセフソン素子を作製することができることを見出し、
本発明を完成した。
板上に酸化物系超電導膜を成長させ、人工粒界接合部を
形成してジョセフソン素子を作製するにあたり、双晶基
板の双晶粒界近傍に、かかる双晶粒界よりも析出物に対
する吸着力の大きい析出物吸着領域を形成することによ
り、酸化物系超電導膜中に不純物が析出した場合であっ
ても、不純物は析出物吸着領域に集中して析出すること
となる。このため、人工粒界接合部への不純物の析出を
防止することができ、良好な超電導接合特性を有するジ
ョセフソン素子を作製することができることを見出し、
本発明を完成した。
【０００５】即ち、本発明は、双晶粒界を有する双晶基
板上に酸化物系超電導膜を形成し、該双晶粒界の上部に
該酸化物系超電導膜の人工粒界接合部を形成するジョセ
フソン素子の製造方法であって、該双晶粒界近傍の該双
晶基板の表面に、該酸化物系超電導膜中に形成される析
出物に対する吸着力が該双晶粒界よりも大きい析出物吸
着領域を形成し、該双晶基板上に該酸化物系超電導膜を
形成し、該人工粒界接合部の近傍の該酸化物系超電導膜
中に形成される析出物を、該析出物吸着領域に吸着させ
ることを特徴とするジョセフソン素子の製造方法であ
る。このように、酸化物系超電導膜の形成に先立って、
双晶基板の表面の双晶粒界近傍に、双晶粒界よりも析出
物に対する吸着力の高い析出物吸着領域を形成して超電
導薄膜を形成するため、酸化物超電導体薄膜中に不純物
の析出物が形成されても、双晶粒界の上部の人工粒界接
続部の近傍では、人工粒界接合部ではなく析出物吸着領
域に析出物が集中することになる。このため、人工粒界
接続部における析出物の密度を大幅に低減し、又は析出
物を殆ど無くすことが可能となる。これにより、超電導
接合特性の良好なジョセフソン素子を歩留まり良く製造
することが可能となる。
板上に酸化物系超電導膜を形成し、該双晶粒界の上部に
該酸化物系超電導膜の人工粒界接合部を形成するジョセ
フソン素子の製造方法であって、該双晶粒界近傍の該双
晶基板の表面に、該酸化物系超電導膜中に形成される析
出物に対する吸着力が該双晶粒界よりも大きい析出物吸
着領域を形成し、該双晶基板上に該酸化物系超電導膜を
形成し、該人工粒界接合部の近傍の該酸化物系超電導膜
中に形成される析出物を、該析出物吸着領域に吸着させ
ることを特徴とするジョセフソン素子の製造方法であ
る。このように、酸化物系超電導膜の形成に先立って、
双晶基板の表面の双晶粒界近傍に、双晶粒界よりも析出
物に対する吸着力の高い析出物吸着領域を形成して超電
導薄膜を形成するため、酸化物超電導体薄膜中に不純物
の析出物が形成されても、双晶粒界の上部の人工粒界接
続部の近傍では、人工粒界接合部ではなく析出物吸着領
域に析出物が集中することになる。このため、人工粒界
接続部における析出物の密度を大幅に低減し、又は析出
物を殆ど無くすことが可能となる。これにより、超電導
接合特性の良好なジョセフソン素子を歩留まり良く製造
することが可能となる。
【０００６】上記析出物吸着領域は、上記双晶粒界近傍
の上記双晶基板の表面に形成された凹部からなることが
好ましい。このように凹部を形成することにより、容易
に析出物吸着領域の形成が可能となるからである。
の上記双晶基板の表面に形成された凹部からなることが
好ましい。このように凹部を形成することにより、容易
に析出物吸着領域の形成が可能となるからである。
【０００７】上記凹部の形成は、上記双晶粒界近傍の上
記双晶基板の表面に収束電子ビームを照射し、該照射領
域をエッチング除去して行うものであっても良い。収束
電子ビームを用いることにより、微細な析出物吸着領域
を制御性良く形成できるからである。
記双晶基板の表面に収束電子ビームを照射し、該照射領
域をエッチング除去して行うものであっても良い。収束
電子ビームを用いることにより、微細な析出物吸着領域
を制御性良く形成できるからである。
【０００８】上記凹部の形成は、上記双晶粒界近傍の上
記双晶基板の表面をイオンミリングして行うものであっ
ても良い。析出物吸着領域を、比較的簡単で、かつ精度
良く形成できるからである。
記双晶基板の表面をイオンミリングして行うものであっ
ても良い。析出物吸着領域を、比較的簡単で、かつ精度
良く形成できるからである。
【０００９】上記凹部の形成は、上記双晶粒界近傍の上
記双晶基板の表面をウエットエッチングして行うもので
あっても良い。析出物吸着領域を、比較的安価に形成で
きるからである。
記双晶基板の表面をウエットエッチングして行うもので
あっても良い。析出物吸着領域を、比較的安価に形成で
きるからである。
【００１０】上記凹部の形成は、上記双晶粒界近傍の上
記双晶基板の表面をけがいて傷つけることにより行うも
のであっても良い。析出物吸着領域を、製造工程を増加
させずに形成でき、製造コストの増加を防止できるから
である。
記双晶基板の表面をけがいて傷つけることにより行うも
のであっても良い。析出物吸着領域を、製造工程を増加
させずに形成でき、製造コストの増加を防止できるから
である。
【００１１】また、本発明は、双晶粒界を有する双晶基
板上と、該双晶基板上に形成された酸化物系超電導膜
と、該酸化物系超電導膜の該双晶粒界上部に形成された
人工粒界接合部とを備えたジョセフソン素子であって、
該双晶粒界近傍の該双晶基板の表面に、該酸化物系超電
導膜中に形成された析出物を吸着する析出物吸着領域を
備え、該人工粒界接合部近傍の該酸化物系超電導膜中に
形成された析出物を、該析出物吸着領域に吸着させたこ
とを特徴とするジョセフソン素子でもある。かかるジョ
セフソン素子では、双晶基板を用いた場合であっても、
超電導接合部への不純物の析出を抑え、良好な超電導接
合特性を得ることができるからである。
板上と、該双晶基板上に形成された酸化物系超電導膜
と、該酸化物系超電導膜の該双晶粒界上部に形成された
人工粒界接合部とを備えたジョセフソン素子であって、
該双晶粒界近傍の該双晶基板の表面に、該酸化物系超電
導膜中に形成された析出物を吸着する析出物吸着領域を
備え、該人工粒界接合部近傍の該酸化物系超電導膜中に
形成された析出物を、該析出物吸着領域に吸着させたこ
とを特徴とするジョセフソン素子でもある。かかるジョ
セフソン素子では、双晶基板を用いた場合であっても、
超電導接合部への不純物の析出を抑え、良好な超電導接
合特性を得ることができるからである。
【００１２】上記不純靴吸着領域は、上記双晶粒界近傍
の上記双晶基板表面に形成された凹部からなることが好
ましい。凹部を形成することにより、有効に析出物を吸
着でき、超電導接合部への不純物の析出を抑えることが
できるからである。
の上記双晶基板表面に形成された凹部からなることが好
ましい。凹部を形成することにより、有効に析出物を吸
着でき、超電導接合部への不純物の析出を抑えることが
できるからである。
【００１３】
【発明の実施の形態】実施の形態１．本発明の実施の形
態１について、図１を参照しながら説明する。図１は、
本実施の形態にかかるイットリウム酸化物系超電導接合
を備えたジョセフソン素子の製造工程図である。図中、
図３と同一符号を付した部分、部材は、同一又は相当の
部分、部材を示す。
態１について、図１を参照しながら説明する。図１は、
本実施の形態にかかるイットリウム酸化物系超電導接合
を備えたジョセフソン素子の製造工程図である。図中、
図３と同一符号を付した部分、部材は、同一又は相当の
部分、部材を示す。
【００１４】本実施の形態にかかるジョセフソン素子の
製造方法では、まず、図１（ａ）に示すように、チタン
酸ストロンチウム双晶基板１０を準備する。かかる双晶
基板１０は、異なる面方位を有する２つの単結晶チタン
酸ストロンチウム基板１、１’を、双晶粒界２で熱的に
接合して形成したものである。従って、双晶基板１０で
は、双晶粒界２を境界として、基板１と基板１’との結
晶の方位（面方向）が異なっている。かかる双晶基板に
は、市販の双晶基板を用いてかまわない。
製造方法では、まず、図１（ａ）に示すように、チタン
酸ストロンチウム双晶基板１０を準備する。かかる双晶
基板１０は、異なる面方位を有する２つの単結晶チタン
酸ストロンチウム基板１、１’を、双晶粒界２で熱的に
接合して形成したものである。従って、双晶基板１０で
は、双晶粒界２を境界として、基板１と基板１’との結
晶の方位（面方向）が異なっている。かかる双晶基板に
は、市販の双晶基板を用いてかまわない。
【００１５】次に、双晶基板１０の表面に収束電子ビー
ムを照射して、基板表面の一部をエッチングすることに
より、析出物吸着領域となる凹部８を形成する。具体的
には、図１（ａ）に示すように、双晶基板の表面の双晶
粒界２から約１．５μｍ離れた位置に収束電子ビームを
照射して、長さ２μｍ、幅０．３μｍ、深さ０．１μｍ
の凹部（ピット）を、１．５μｍの間隔で周期的に形成
する。
ムを照射して、基板表面の一部をエッチングすることに
より、析出物吸着領域となる凹部８を形成する。具体的
には、図１（ａ）に示すように、双晶基板の表面の双晶
粒界２から約１．５μｍ離れた位置に収束電子ビームを
照射して、長さ２μｍ、幅０．３μｍ、深さ０．１μｍ
の凹部（ピット）を、１．５μｍの間隔で周期的に形成
する。
【００１６】次に、図１（ｂ）に示すように、ＫｒＦエ
キシマレーザをイットリウム酸化物系超電導体材料から
なるターゲットに照射するレーザーアブレーション法に
より、双晶基板１０上にイットリウム酸化物系超電導膜
３、３’を膜厚約２００ｎｍで形成する。かかる酸化物
系超電導膜３、３’は、それぞれ、結晶方位が下地基板
１、１’の面方位に依存した状態で形成される。このた
め、酸化物系超電導膜は、結晶方位の異なる酸化物系超
電導膜３、３’が、双晶基板１０の双晶粒界２の上部で
接合された状態で形成される。かかる単結晶の酸化物系
超電導膜３、３’の接合部は結晶粒界からなり、ここで
は人工粒界接合部４と呼ぶ。このような酸化物系超電導
膜３、３’の膜形成工程において、成長条件等により、
酸化物系超電導膜３、３’中に不純物の析出物７が形成
される。
キシマレーザをイットリウム酸化物系超電導体材料から
なるターゲットに照射するレーザーアブレーション法に
より、双晶基板１０上にイットリウム酸化物系超電導膜
３、３’を膜厚約２００ｎｍで形成する。かかる酸化物
系超電導膜３、３’は、それぞれ、結晶方位が下地基板
１、１’の面方位に依存した状態で形成される。このた
め、酸化物系超電導膜は、結晶方位の異なる酸化物系超
電導膜３、３’が、双晶基板１０の双晶粒界２の上部で
接合された状態で形成される。かかる単結晶の酸化物系
超電導膜３、３’の接合部は結晶粒界からなり、ここで
は人工粒界接合部４と呼ぶ。このような酸化物系超電導
膜３、３’の膜形成工程において、成長条件等により、
酸化物系超電導膜３、３’中に不純物の析出物７が形成
される。
【００１７】次に、図１（ｃ）に示すように、従来方法
と同様に、酸化物超電導体薄膜３、３’上にフォトレジ
ストを塗布し、マスクパターンを形成する（図示せ
ず）。かかるレジストパターンをエッチングマスクとし
て、Ａｒイオンを用いたイオンビームエッチングを行う
ことにより、酸化物超電導体薄膜３、３’を所定の形状
に加工する。最後に、レジストマスクを除去することに
より、人工粒界接合部４の幅が７μｍとなったブリッジ
形状領域を有する酸化物超電導体薄膜３、３’を得るこ
とができる。かかる幅７μｍの人工粒界接合部４が、超
電導弱結合として機能することなる。尚、金属電極は、
従来と同様の工程を用いることにより、適宜、形成され
る。
と同様に、酸化物超電導体薄膜３、３’上にフォトレジ
ストを塗布し、マスクパターンを形成する（図示せ
ず）。かかるレジストパターンをエッチングマスクとし
て、Ａｒイオンを用いたイオンビームエッチングを行う
ことにより、酸化物超電導体薄膜３、３’を所定の形状
に加工する。最後に、レジストマスクを除去することに
より、人工粒界接合部４の幅が７μｍとなったブリッジ
形状領域を有する酸化物超電導体薄膜３、３’を得るこ
とができる。かかる幅７μｍの人工粒界接合部４が、超
電導弱結合として機能することなる。尚、金属電極は、
従来と同様の工程を用いることにより、適宜、形成され
る。
【００１８】ここで、酸化物系超電導膜中に形成される
不純物の析出物７について考察する。図２は、双晶基板
１０に代えて、図２（ａ）に示す単結晶基板５を用い
て、その上に酸化物系超電導膜６を形成した場合であ
る。図２（ｂ）に示すように、酸化物系超電導膜６中に
形成される不純物７は、酸化物系超電導膜６内にほぼ均
一に分散している。
不純物の析出物７について考察する。図２は、双晶基板
１０に代えて、図２（ａ）に示す単結晶基板５を用い
て、その上に酸化物系超電導膜６を形成した場合であ
る。図２（ｂ）に示すように、酸化物系超電導膜６中に
形成される不純物７は、酸化物系超電導膜６内にほぼ均
一に分散している。
【００１９】これに対して、図４は、従来の方法を用い
て、双晶基板１０上に酸化物系超電導膜３、３’を形成
した場合である。図４（ａ）に示すように、酸化物系超
電導膜３、３’中に不純物の析出物７が形成されると、
かかる析出物７は双晶基板１０の双晶粒界２に吸着され
る。従って、双晶粒界２の近傍では、析出物が双晶粒界
２の方に移動して析出するため、結果的に、図４（ｂ）
に示すように、酸化物系超電導膜３、３’の人工粒界接
合部４に析出物７が集まることとなる。即ち、析出物７
は、双晶基板１０の双晶粒界２の上部の人工粒界接合部
４に集中して存在し、人工粒界接合部４の近傍にはほと
んど存在しなくなる。一方で、人工粒界接合部４から離
れた領域では、図２（ｂ）に示した単結晶基板５上の酸
化物系超電導膜６中と同程度の密度で析出物７が存在す
ることとなる。かかる基板を用いてジョセフソン素子を
作製した場合、図４（ｃ）に示すように、人工粒界接合
部４の析出物７の密度が高くなるため、かかる接合部が
超電導弱結合として機能しなくなり、超電導接合特性の
劣化を招くこととなっていた。
て、双晶基板１０上に酸化物系超電導膜３、３’を形成
した場合である。図４（ａ）に示すように、酸化物系超
電導膜３、３’中に不純物の析出物７が形成されると、
かかる析出物７は双晶基板１０の双晶粒界２に吸着され
る。従って、双晶粒界２の近傍では、析出物が双晶粒界
２の方に移動して析出するため、結果的に、図４（ｂ）
に示すように、酸化物系超電導膜３、３’の人工粒界接
合部４に析出物７が集まることとなる。即ち、析出物７
は、双晶基板１０の双晶粒界２の上部の人工粒界接合部
４に集中して存在し、人工粒界接合部４の近傍にはほと
んど存在しなくなる。一方で、人工粒界接合部４から離
れた領域では、図２（ｂ）に示した単結晶基板５上の酸
化物系超電導膜６中と同程度の密度で析出物７が存在す
ることとなる。かかる基板を用いてジョセフソン素子を
作製した場合、図４（ｃ）に示すように、人工粒界接合
部４の析出物７の密度が高くなるため、かかる接合部が
超電導弱結合として機能しなくなり、超電導接合特性の
劣化を招くこととなっていた。
【００２０】これに対して、本実施の形態にかかる製造
方法では、図１（ａ）に示すように、酸化物系超電導膜
３、３’の形成に先立って、双晶基板１０の表面の双晶
粒界２近傍に、双晶粒界２よりも析出物７に対する吸着
力の高い析出物吸着領域８を形成してから超電導薄膜を
形成するため、酸化物超電導体薄膜３、３’中に不純物
の析出物７が形成されても、双晶粒界２の上部の人工粒
界接続部４の近傍では、人工粒界接合部４ではなく析出
物吸着領域８に析出物７が集中することになる。このた
め、人工粒界接続部４における析出物７の密度を大幅に
低減、又は析出物７を殆ど無くすことができる。
方法では、図１（ａ）に示すように、酸化物系超電導膜
３、３’の形成に先立って、双晶基板１０の表面の双晶
粒界２近傍に、双晶粒界２よりも析出物７に対する吸着
力の高い析出物吸着領域８を形成してから超電導薄膜を
形成するため、酸化物超電導体薄膜３、３’中に不純物
の析出物７が形成されても、双晶粒界２の上部の人工粒
界接続部４の近傍では、人工粒界接合部４ではなく析出
物吸着領域８に析出物７が集中することになる。このた
め、人工粒界接続部４における析出物７の密度を大幅に
低減、又は析出物７を殆ど無くすことができる。
【００２１】このように、本実施の形態にかかる製造方
法を用いて作製したジョセフソン素子では、図１（ｃ）
に示すように、人工粒界接合部４（超電導接合部）に不
純物の析出物７を殆ど含まない。従って、かかるジョセ
フソン素子では、超電導接合部の臨界電流密度は、１５
ｋＡ／ｃｍ2、規格化接合抵抗は、２．９×１０-7Ω・
ｃｍ2となり、良好な超電導接合特性を示すこととな
り、図４（ｃ）に示す従来構造のジョセフソン素子に比
べて、特性の向上を図ることが可能となる。例えば、臨
界電流密度の値は、従来の素子の数倍程度の値となり、
これまで不可能であった接合作製後の臨界電流密度の増
加が初めて可能になった。また、かかる製造方法を用い
ることにより、良好な特性を有する人工粒界接続部４
（超電導接合部）を得ることができ、かかる接合部４を
有するジョセフソン素子を、歩留りよく製造することが
可能となる。
法を用いて作製したジョセフソン素子では、図１（ｃ）
に示すように、人工粒界接合部４（超電導接合部）に不
純物の析出物７を殆ど含まない。従って、かかるジョセ
フソン素子では、超電導接合部の臨界電流密度は、１５
ｋＡ／ｃｍ2、規格化接合抵抗は、２．９×１０-7Ω・
ｃｍ2となり、良好な超電導接合特性を示すこととな
り、図４（ｃ）に示す従来構造のジョセフソン素子に比
べて、特性の向上を図ることが可能となる。例えば、臨
界電流密度の値は、従来の素子の数倍程度の値となり、
これまで不可能であった接合作製後の臨界電流密度の増
加が初めて可能になった。また、かかる製造方法を用い
ることにより、良好な特性を有する人工粒界接続部４
（超電導接合部）を得ることができ、かかる接合部４を
有するジョセフソン素子を、歩留りよく製造することが
可能となる。
【００２２】実施の形態２．本実施の形態では、析出物
吸着領域を形成する方法として、レジストマスクを用い
たイオンミリングを使用する。即ち、双晶基板１０上に
レジストマスクを形成し、レジストマスクの析出物吸着
領域形成部を開口し、かかるマスクを用いて、Ａｒイオ
ン等のイオンミリングを行うことにより、双晶基板１０
の所定個所にエッチング凹部を形成し、これを析出物吸
着領域として用いる。
吸着領域を形成する方法として、レジストマスクを用い
たイオンミリングを使用する。即ち、双晶基板１０上に
レジストマスクを形成し、レジストマスクの析出物吸着
領域形成部を開口し、かかるマスクを用いて、Ａｒイオ
ン等のイオンミリングを行うことにより、双晶基板１０
の所定個所にエッチング凹部を形成し、これを析出物吸
着領域として用いる。
【００２３】実施の形態３．本実施の形態では、析出物
吸着領域を形成する方法として、レジストマスクを用い
たウェットエッチングを使用する。即ち、実施の形態２
では、レジストマスク形成後にイオンミリングを行った
が、本実施の形態では、エッチング溶液を準備し、レジ
ストマスクを用いて双晶基板１０をウエットエッチング
することにより、双晶基板１０の所定個所にエッチング
凹部を形成し、これを析出物吸着領域として用いる。
吸着領域を形成する方法として、レジストマスクを用い
たウェットエッチングを使用する。即ち、実施の形態２
では、レジストマスク形成後にイオンミリングを行った
が、本実施の形態では、エッチング溶液を準備し、レジ
ストマスクを用いて双晶基板１０をウエットエッチング
することにより、双晶基板１０の所定個所にエッチング
凹部を形成し、これを析出物吸着領域として用いる。
【００２４】実施の形態４．本実施の形態では、析出物
吸着領域を形成する方法として、例えば、ダイヤモンド
針等を用いて双晶基板をけがいて、析出物吸着領域を形
成する。即ち、双晶基板の所定個所を、例えば、ダイヤ
モンド針等を用いてけがくことにより傷部（凹部）を形
成し、かかる傷部を析出物吸着領域として用いる。工程
が最も間単であり、析出物吸着領域の形成に伴う製造工
程の増加、製造コストに増加を抑えることが可能であ
る。
吸着領域を形成する方法として、例えば、ダイヤモンド
針等を用いて双晶基板をけがいて、析出物吸着領域を形
成する。即ち、双晶基板の所定個所を、例えば、ダイヤ
モンド針等を用いてけがくことにより傷部（凹部）を形
成し、かかる傷部を析出物吸着領域として用いる。工程
が最も間単であり、析出物吸着領域の形成に伴う製造工
程の増加、製造コストに増加を抑えることが可能であ
る。
【００２５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のジョセフソン素子の製造方法を用いることにより、双
晶基板を用いた場合であっても析出物を殆ど含まない超
電導接合部を得ることができ、超電導接合特性の良好な
ジョセフソン素子を歩留まり良く製造することが可能と
なる。
のジョセフソン素子の製造方法を用いることにより、双
晶基板を用いた場合であっても析出物を殆ど含まない超
電導接合部を得ることができ、超電導接合特性の良好な
ジョセフソン素子を歩留まり良く製造することが可能と
なる。
【００２６】また、本発明にかかるジョセフソン素子で
は、双晶基板を用いた場合であっても、良好な超電導接
合特性を得ることが可能となる。
は、双晶基板を用いた場合であっても、良好な超電導接
合特性を得ることが可能となる。
【図１】 本発明の実施の形態にかかる双晶基板を用い
たジョセフソン素子の製造工程図である。
たジョセフソン素子の製造工程図である。
【図２】 単結晶基板を用いたジョセフソン素子の製造
工程図である。
工程図である。
【図３】 従来のジョセフソン素子の斜視図である。
【図４】 従来の双晶基板を用いたジョセフソン素子の
製造工程図である。
製造工程図である。
１、１’ 双晶基板、２ 双晶粒界、３、３’ 酸化物
系超電導膜、４ 人工粒界接合部、５ 単結晶基板、６
酸化物系超電導膜、７不純物の析出物、８ 析出物吸
着領域、１０双晶基板。
系超電導膜、４ 人工粒界接合部、５ 単結晶基板、６
酸化物系超電導膜、７不純物の析出物、８ 析出物吸
着領域、１０双晶基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高見 哲也 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4M113 AA55 AD36 AD40 BA01 BA04 BB07 BC04 CA34
Claims (8)
- 【請求項１】 双晶粒界を有する双晶基板上に酸化物系
超電導膜を形成し、該双晶粒界の上部に該酸化物系超電
導膜の人工粒界接合部を形成するジョセフソン素子の製
造方法であって、 該双晶粒界近傍の該双晶基板の表面に、該酸化物系超電
導膜中に形成される析出物に対する吸着力が該双晶粒界
よりも大きい析出物吸着領域を形成し、 該双晶基板上に該酸化物系超電導膜を形成し、 該人工粒界接合部の近傍の該酸化物系超電導膜中に形成
される析出物を、該析出物吸着領域に吸着させることを
特徴とするジョセフソン素子の製造方法。 - 【請求項２】 上記析出物吸着領域が、上記双晶粒界近
傍の上記双晶基板の表面に形成された凹部からなること
を特徴とする請求項１に記載のジョセフソン素子の製造
方法。 - 【請求項３】 上記凹部の形成を、上記双晶粒界近傍の
上記双晶基板の表面に収束電子ビームを照射し、該照射
領域をエッチング除去して行うことを特徴とする請求項
２に記載のジョセフソン素子の製造方法。 - 【請求項４】 上記凹部の形成を、上記双晶粒界近傍の
上記双晶基板の表面をイオンミリングして行うことを特
徴とする請求項２に記載のジョセフソン素子の製造方
法。 - 【請求項５】 上記凹部の形成を、上記双晶粒界近傍の
上記双晶基板の表面をウエットエッチングして行うこと
を特徴とする請求項２に記載のジョセフソン素子の製造
方法。 - 【請求項６】 上記凹部の形成を、上記双晶粒界近傍の
上記双晶基板の表面をけがいて傷つけることにより行う
ことを特徴とする請求項２に記載のジョセフソン素子の
製造方法。 - 【請求項７】 双晶粒界を有する双晶基板上と、該双晶
基板上に形成された酸化物系超電導膜と、該酸化物系超
電導膜の該双晶粒界上部に形成された人工粒界接合部と
を備えたジョセフソン素子であって、 該双晶粒界近傍の該双晶基板の表面に、該酸化物系超電
導膜中に形成された析出物を吸着する析出物吸着領域を
備え、 該人工粒界接合部近傍の該酸化物系超電導膜中に形成さ
れた析出物を、該析出物吸着領域に吸着させたことを特
徴とするジョセフソン素子。 - 【請求項８】 上記析出物吸着領域が、上記双晶粒界近
傍の上記双晶基板表面に形成された凹部からなることを
特徴とする請求項７に記載のジョセフソン素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11107767A JP2000299507A (ja) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | ジョセフソン素子の製造方法及びジョセフソン素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11107767A JP2000299507A (ja) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | ジョセフソン素子の製造方法及びジョセフソン素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000299507A true JP2000299507A (ja) | 2000-10-24 |
Family
ID=14467497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11107767A Pending JP2000299507A (ja) | 1999-04-15 | 1999-04-15 | ジョセフソン素子の製造方法及びジョセフソン素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000299507A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005109180A (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 薄膜形成部品及びその製作方法 |
| CN115216675A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-10-21 | 吉林大学 | 一种在铝合金表面制备超细层状孪晶结构的方法 |
-
1999
- 1999-04-15 JP JP11107767A patent/JP2000299507A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005109180A (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 薄膜形成部品及びその製作方法 |
| JP4586161B2 (ja) * | 2003-09-30 | 2010-11-24 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 薄膜形成部品及びその製作方法 |
| CN115216675A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-10-21 | 吉林大学 | 一种在铝合金表面制备超细层状孪晶结构的方法 |
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