JP2000349356A - 超伝導−通常−超伝導ジョセフソン接合中に通常層を作製するためのイオン注入の使用 - Google Patents
超伝導−通常−超伝導ジョセフソン接合中に通常層を作製するためのイオン注入の使用Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 均一で高品質のＳＮＳジョセフソン接合を作
製する方法を提供する。 【解決手段】 ＳＮＳジョセフソン接合（１０）中に通
常層を作製するためにイオン注入を使用する方法であ
る。本方法によって得られるＳＮＳ接合（１０）は、基
板（１８）上に堆積し及びパターン形成した第１の高温
超伝導（ＨＴＳ）層（１４）を含み、これは、第１のＨ
ＴＳ層（１４）を選択的に除去して基板（１８）の上面
を露出し、並びに、基板（１８）の露出した上面に隣接
させて第１のＨＴＳ層（１４）の表面に角を成す側面
（２２）を形成したものである。イオン注入を使用し
て、非超伝導特性を有する接合領域（１２）を、第１の
ＨＴＳ層（１４）の角を成す側面（２２）に沿って形成
する。次に、第１のＨＴＳ層（１４）及び基板（１８）
の露出した上面の少なくとも一部の上に第２のＨＴＳ層
（１６）を堆積し及びパターン形成し、それによってＳ
ＮＳジョセフソン接合を形成する。
製する方法を提供する。 【解決手段】 ＳＮＳジョセフソン接合（１０）中に通
常層を作製するためにイオン注入を使用する方法であ
る。本方法によって得られるＳＮＳ接合（１０）は、基
板（１８）上に堆積し及びパターン形成した第１の高温
超伝導（ＨＴＳ）層（１４）を含み、これは、第１のＨ
ＴＳ層（１４）を選択的に除去して基板（１８）の上面
を露出し、並びに、基板（１８）の露出した上面に隣接
させて第１のＨＴＳ層（１４）の表面に角を成す側面
（２２）を形成したものである。イオン注入を使用し
て、非超伝導特性を有する接合領域（１２）を、第１の
ＨＴＳ層（１４）の角を成す側面（２２）に沿って形成
する。次に、第１のＨＴＳ層（１４）及び基板（１８）
の露出した上面の少なくとも一部の上に第２のＨＴＳ層
（１６）を堆積し及びパターン形成し、それによってＳ
ＮＳジョセフソン接合を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超伝導−通常（no
rmal）−超伝導（ＳＮＳ）ジョセフソン接合に関し、よ
り詳細には、ＳＮＳジョセフソン接合中に通常層を作製
するためにイオン注入を使用する方法に関する。
rmal）−超伝導（ＳＮＳ）ジョセフソン接合に関し、よ
り詳細には、ＳＮＳジョセフソン接合中に通常層を作製
するためにイオン注入を使用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ジョセ
フソン接合は、様々な高温超伝導体（ＨＴＳ）集積回路
において使用されている。ジョセフソン接合は、ある回
路から別の回路にわずか６psで信号をスイッチングでき
る超伝導装置である。従ってジョセフソン接合は、超伝
導電子が第１と第２の超伝導層の間を行き来してトンネ
ルする能力に依拠する。このトンネリング挙動は、通常
層材料の厚さ及びタイプを含む多くの事柄に依存する。
フソン接合は、様々な高温超伝導体（ＨＴＳ）集積回路
において使用されている。ジョセフソン接合は、ある回
路から別の回路にわずか６psで信号をスイッチングでき
る超伝導装置である。従ってジョセフソン接合は、超伝
導電子が第１と第２の超伝導層の間を行き来してトンネ
ルする能力に依拠する。このトンネリング挙動は、通常
層材料の厚さ及びタイプを含む多くの事柄に依存する。
【０００３】ＳＮＳ接合を作製するためには、ＨＴＳ材
料の薄膜を基板上に堆積し、次にフォトリソグラフィ技
術を使用してパターン形成して、第１の超伝導層（すな
わちベース電極）を作製する。絶縁性の誘電体層及び第
２の超伝導層（すなわち対向電極）を第１の超伝導層の
上に形成し、次にパターン形成して個々のＳＮＳ接合を
形成する。誘電体（すなわち通常層）が厚い程、好まし
いトンネリング挙動を実現するのが困難になる。従っ
て、均一で高品質のＳＮＳジョセフソン接合を作製する
際の主要な障害の１つは、通常層の厚さと材料のタイプ
とを正確に制御する能力である。例えば、均一に厚い通
常層を堆積するのはしばしば困難であり、というのは不
均一な被覆が特に膜成長の初期の段階で起きるからであ
る。突起（outgrowth）及び細孔のような小さな表面形
状（surface feature）もまた、通常層の均一なコーテ
ィングを妨げ得る。通常層の厚さまたは組成の不均一
は、低品質の接合を生じ得る（例えば、電気的短絡、不
均一なトンネリング等）。
料の薄膜を基板上に堆積し、次にフォトリソグラフィ技
術を使用してパターン形成して、第１の超伝導層（すな
わちベース電極）を作製する。絶縁性の誘電体層及び第
２の超伝導層（すなわち対向電極）を第１の超伝導層の
上に形成し、次にパターン形成して個々のＳＮＳ接合を
形成する。誘電体（すなわち通常層）が厚い程、好まし
いトンネリング挙動を実現するのが困難になる。従っ
て、均一で高品質のＳＮＳジョセフソン接合を作製する
際の主要な障害の１つは、通常層の厚さと材料のタイプ
とを正確に制御する能力である。例えば、均一に厚い通
常層を堆積するのはしばしば困難であり、というのは不
均一な被覆が特に膜成長の初期の段階で起きるからであ
る。突起（outgrowth）及び細孔のような小さな表面形
状（surface feature）もまた、通常層の均一なコーテ
ィングを妨げ得る。通常層の厚さまたは組成の不均一
は、低品質の接合を生じ得る（例えば、電気的短絡、不
均一なトンネリング等）。
【０００４】従って、上記に特定した課題に対処するＳ
ＮＳジョセフソン接合を作製する方法は、高温超伝導集
積回路において使用するために望ましい。
ＮＳジョセフソン接合を作製する方法は、高温超伝導集
積回路において使用するために望ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の教示によれば、
超伝導集積回路において使用するためのＳＮＳジョセフ
ソン接合が得られる。ＳＮＳ接合は、基板上に堆積し及
びパターン形成した第１の高温超伝導（ＨＴＳ）層を含
み、これは、第１のＨＴＳ層を選択的に除去して基板の
上面を露出し、並びに、基板の露出した上面に隣接させ
て第１のＨＴＳ層の表面に角を成す側面（angular side
surface）を形成したものである。イオン注入を使用し
て、非超伝導特性を有する接合領域を、第１の層の角を
成す側面に沿って形成する。次に、第１のＨＴＳ層及び
基板の露出した上面の少なくとも一部の上に第２のＨＴ
Ｓ層を堆積し及びパターン形成し、それによってＳＮＳ
ジョセフソン接合を形成する。
超伝導集積回路において使用するためのＳＮＳジョセフ
ソン接合が得られる。ＳＮＳ接合は、基板上に堆積し及
びパターン形成した第１の高温超伝導（ＨＴＳ）層を含
み、これは、第１のＨＴＳ層を選択的に除去して基板の
上面を露出し、並びに、基板の露出した上面に隣接させ
て第１のＨＴＳ層の表面に角を成す側面（angular side
surface）を形成したものである。イオン注入を使用し
て、非超伝導特性を有する接合領域を、第１の層の角を
成す側面に沿って形成する。次に、第１のＨＴＳ層及び
基板の露出した上面の少なくとも一部の上に第２のＨＴ
Ｓ層を堆積し及びパターン形成し、それによってＳＮＳ
ジョセフソン接合を形成する。
【０００６】本発明の他の目的及び利点は、以下の詳細
な説明を読みまた図面を参照することで、当業者には明
瞭になろう。
な説明を読みまた図面を参照することで、当業者には明
瞭になろう。
【０００７】
【実施例】本発明を、特定の用途のための例証となる実
施例に関連して本明細書において説明するが、本発明は
それに限定されるものでないことは理解されるはずであ
る。当業者及び本明細書において提供する教示を利用で
きる人であれば、その範囲内での追加の修正、用途及び
実施例、並びに本発明がかなりの有用性を持つと思われ
る追加の分野を認識できよう。
施例に関連して本明細書において説明するが、本発明は
それに限定されるものでないことは理解されるはずであ
る。当業者及び本明細書において提供する教示を利用で
きる人であれば、その範囲内での追加の修正、用途及び
実施例、並びに本発明がかなりの有用性を持つと思われ
る追加の分野を認識できよう。
【０００８】超伝導集積回路において使用するための超
伝導−通常−超伝導（ＳＮＳ）接合１０を図１に表わ
す。超伝導体の間の薄いバリア層を通してジョセフソン
効果が実現されるが、これはジョセフソン接合として周
知である。具体的にはジョセフソン効果は、第１の高温
超伝導（ＨＴＳ）層１４と第２のＨＴＳ層１６とを分離
する薄い誘電体または金属の接合領域１２を通る電子対
のトンネリングである。
伝導−通常−超伝導（ＳＮＳ）接合１０を図１に表わ
す。超伝導体の間の薄いバリア層を通してジョセフソン
効果が実現されるが、これはジョセフソン接合として周
知である。具体的にはジョセフソン効果は、第１の高温
超伝導（ＨＴＳ）層１４と第２のＨＴＳ層１６とを分離
する薄い誘電体または金属の接合領域１２を通る電子対
のトンネリングである。
【０００９】図２〜４は、本発明による、ＳＮＳジョセ
フソン接合１０を作製するための第１の好ましい方法の
諸工程を示す。厚さ約２００ナノメートルを有する第１
のＨＴＳ層１４を、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）また
は他の周知の技術を使用して基板１８上に堆積する。第
１のＨＴＳ層（すなわちベース電極）１４は好ましくは
イットリウム−バリウム−銅−酸素（ＹＢａ2Ｃｕ
3Ｏ7）材料で構成される。しかしながら、ビスマス−ス
トロンチウム−カルシウム−銅−酸素（ＢｉＳｒＣａＣ
ｕＯ）、タリウム−バリウム−カルシウム−銅−酸素
（ＴｌＢａＣａＣｕＯ）、窒素−バリウム−銅−酸素
（ＮＢａＣｕＯ）、ガドリニウム−カルシウム−バリウ
ム−ランタン−銅−酸素（Ｇｄ0.6Ｃａ0.4Ｂａ1.6Ｌａ
0.4Ｃｕ3Ｏ7）または容易に明白な他の超伝導材料も使
用してよい。誘電体層１５（例えばチタン酸ストロンチ
ウム（ＳｒＴｉＯ3））を任意に第１のＨＴＳ層の上に
堆積して、第１のＨＴＳ層１４と第２のＨＴＳ層１６と
の間の絶縁を改良する。
フソン接合１０を作製するための第１の好ましい方法の
諸工程を示す。厚さ約２００ナノメートルを有する第１
のＨＴＳ層１４を、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）また
は他の周知の技術を使用して基板１８上に堆積する。第
１のＨＴＳ層（すなわちベース電極）１４は好ましくは
イットリウム−バリウム−銅−酸素（ＹＢａ2Ｃｕ
3Ｏ7）材料で構成される。しかしながら、ビスマス−ス
トロンチウム−カルシウム−銅−酸素（ＢｉＳｒＣａＣ
ｕＯ）、タリウム−バリウム−カルシウム−銅−酸素
（ＴｌＢａＣａＣｕＯ）、窒素−バリウム−銅−酸素
（ＮＢａＣｕＯ）、ガドリニウム−カルシウム−バリウ
ム−ランタン−銅−酸素（Ｇｄ0.6Ｃａ0.4Ｂａ1.6Ｌａ
0.4Ｃｕ3Ｏ7）または容易に明白な他の超伝導材料も使
用してよい。誘電体層１５（例えばチタン酸ストロンチ
ウム（ＳｒＴｉＯ3））を任意に第１のＨＴＳ層の上に
堆積して、第１のＨＴＳ層１４と第２のＨＴＳ層１６と
の間の絶縁を改良する。
【００１０】次に第１のＨＴＳ層１４をパターン形成し
て、超伝導集積回路の基礎を形成する構造にする。図２
は、集積回路の部分断面図を示す。第１のＨＴＳ層１４
の角を成す側面２２は基板１８の露出した上面２４に隣
接し、ＳＮＳ接合１０のための接合領域１２になる。こ
の構造を形成するためには、第１のＨＴＳ層１４の望ま
れない部分を、様々な技術を使用して物理的にエッチす
る。理解できるように、イオンミリング、反応性イオン
エッチング、プラズマエッチング、ウェットエッチング
並びに他のエッチング及びリフトオフ技術を使用してよ
い。
て、超伝導集積回路の基礎を形成する構造にする。図２
は、集積回路の部分断面図を示す。第１のＨＴＳ層１４
の角を成す側面２２は基板１８の露出した上面２４に隣
接し、ＳＮＳ接合１０のための接合領域１２になる。こ
の構造を形成するためには、第１のＨＴＳ層１４の望ま
れない部分を、様々な技術を使用して物理的にエッチす
る。理解できるように、イオンミリング、反応性イオン
エッチング、プラズマエッチング、ウェットエッチング
並びに他のエッチング及びリフトオフ技術を使用してよ
い。
【００１１】イオン注入を次に使用して、図３に示すよ
うに接合領域１２に沿って超伝導特性を変更する。接合
領域１２の結晶格子構造を維持して、第２のＨＴＳ層１
６をその上に堆積し及びパターン形成できるようにしな
ければならない。結晶格子を損傷するようなイオン注入
を使用して接合領域１２を非超伝導に転換することは、
許容できない。従って、イオン打込み種（例えばシリコ
ン、ベリリウム（berylium）、ニッケル、コバルト、カ
ルシウム、ガリウム等）を選択することで、格子構造を
断続させること無く接合領域１２の化学的及び電気的性
質を変更する。そのようなイオン注入を、本明細書にお
いて参考のために引用するShiga et alに付与された米
国特許第5,194,419号においてさらに開示する。
うに接合領域１２に沿って超伝導特性を変更する。接合
領域１２の結晶格子構造を維持して、第２のＨＴＳ層１
６をその上に堆積し及びパターン形成できるようにしな
ければならない。結晶格子を損傷するようなイオン注入
を使用して接合領域１２を非超伝導に転換することは、
許容できない。従って、イオン打込み種（例えばシリコ
ン、ベリリウム（berylium）、ニッケル、コバルト、カ
ルシウム、ガリウム等）を選択することで、格子構造を
断続させること無く接合領域１２の化学的及び電気的性
質を変更する。そのようなイオン注入を、本明細書にお
いて参考のために引用するShiga et alに付与された米
国特許第5,194,419号においてさらに開示する。
【００１２】イオンのドーズ量及びタイプは、接合領域
１２に沿って形成される通常層のタイプを制御する。そ
の上イオン注入の平均侵入深さは、打込まれるイオンの
加速エネルギーによって決まる。例えば、低い加速エネ
ルギーは浅い打込みを生じるのに反して、高い加速エネ
ルギーは深い打込みを生じる。従ってエネルギーは接合
領域１２の厚さを制御し、厚さは好ましくは約１０〜３
０ナノメートルである。
１２に沿って形成される通常層のタイプを制御する。そ
の上イオン注入の平均侵入深さは、打込まれるイオンの
加速エネルギーによって決まる。例えば、低い加速エネ
ルギーは浅い打込みを生じるのに反して、高い加速エネ
ルギーは深い打込みを生じる。従ってエネルギーは接合
領域１２の厚さを制御し、厚さは好ましくは約１０〜３
０ナノメートルである。
【００１３】理解できるように、イオン注入の最中にフ
ォトレジスト／マスク（図示せず）を使用して、変更す
る接合領域１２を回路の他の変更しない領域から区切る
（delineate）ことができる。好ましくはイオン注入
は、第１のＨＴＳ層１４の角を成す側面２２を変更し、
並びに、基板の露出した上面に接する第１の区域２６と
第１のＨＴＳ層１４の上面に接する第２の区域２８（こ
の両方とも角を成す側面２２に隣接する）を変更する。
フォトレジスト／マスクを除去した後に、第２のＨＴＳ
層１６を堆積する。
ォトレジスト／マスク（図示せず）を使用して、変更す
る接合領域１２を回路の他の変更しない領域から区切る
（delineate）ことができる。好ましくはイオン注入
は、第１のＨＴＳ層１４の角を成す側面２２を変更し、
並びに、基板の露出した上面に接する第１の区域２６と
第１のＨＴＳ層１４の上面に接する第２の区域２８（こ
の両方とも角を成す側面２２に隣接する）を変更する。
フォトレジスト／マスクを除去した後に、第２のＨＴＳ
層１６を堆積する。
【００１４】打込み後、厚さ約２５０ナノメートルを有
する第２のＨＴＳ層１６（すなわち対向電極）を、ＰＬ
Ｄまたは他の周知の技術を使用して堆積する。図４を参
照すると、次に、第２のＨＴＳ層１６を先に説明した技
術を使用してパターン形成して、ＳＮＳ接合１０を形成
する。ＳＮＳ接合１０を転移温度（Ｔｃ）未満に冷却し
た時に、第１及び第２のＨＴＳ層１４及び１６は超伝導
になるのに反して、接合領域１２は絶縁性の誘電体かま
たは金属材料のままである（すなわち通常層）。当業者
であれば、他のタイプの材料と様々な厚さとを使用し
て、ＳＮＳ接合１０を構成してよいことは、上述の検討
から容易に認識できよう。
する第２のＨＴＳ層１６（すなわち対向電極）を、ＰＬ
Ｄまたは他の周知の技術を使用して堆積する。図４を参
照すると、次に、第２のＨＴＳ層１６を先に説明した技
術を使用してパターン形成して、ＳＮＳ接合１０を形成
する。ＳＮＳ接合１０を転移温度（Ｔｃ）未満に冷却し
た時に、第１及び第２のＨＴＳ層１４及び１６は超伝導
になるのに反して、接合領域１２は絶縁性の誘電体かま
たは金属材料のままである（すなわち通常層）。当業者
であれば、他のタイプの材料と様々な厚さとを使用し
て、ＳＮＳ接合１０を構成してよいことは、上述の検討
から容易に認識できよう。
【００１５】用途によっては、第２の誘電体層（図示せ
ず）を第２のＨＴＳ層１６の上に堆積して、さらにＳＮ
Ｓ接合１０を絶縁してよく、または、金属層（例えば銀
または金材料）を第２のＨＴＳ層１６上に堆積して、Ｓ
ＮＳ接合１０との電気的接触を確立してよい。また、第
２のＨＴＳ層１６を堆積し及びパターン形成する工程の
前かまたは後にアニーリングを実行できる。アニーリン
グを使用して、イオン打込み損傷を除去し、接合領域１
２中の打込み種と酸素との間の化学結合を活性化し、打
込みしたドーパントが接合領域１２から他の未変更ＨＴ
Ｓ領域へ外方拡散するのを最小化する。
ず）を第２のＨＴＳ層１６の上に堆積して、さらにＳＮ
Ｓ接合１０を絶縁してよく、または、金属層（例えば銀
または金材料）を第２のＨＴＳ層１６上に堆積して、Ｓ
ＮＳ接合１０との電気的接触を確立してよい。また、第
２のＨＴＳ層１６を堆積し及びパターン形成する工程の
前かまたは後にアニーリングを実行できる。アニーリン
グを使用して、イオン打込み損傷を除去し、接合領域１
２中の打込み種と酸素との間の化学結合を活性化し、打
込みしたドーパントが接合領域１２から他の未変更ＨＴ
Ｓ領域へ外方拡散するのを最小化する。
【００１６】本発明の第２の好ましい方法は、熱駆動境
界拡散（thermally driven boundary diffusion）を用
いて、ＳＮＳジョセフソン接合１０を形成する。図５に
おいては、イオン注入は、第２のＨＴＳ層１６を第１の
ＨＴＳ層１４の上に堆積した後に行われる。イオンの拡
散速度は、結晶粒界に沿った場合には材料のバルクにお
ける場合よりも何桁も速いことは従来技術において周知
である。従って、打込まれたイオンは第１及び第２の層
１４及び１６の間の境界中に拡散し、それによって通常
層を形成する。高温アニール（例えばＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7
材料の場合には、酸素中で４００〜５００℃）が、イオ
ンを拡散させるために必要である。図６に示すように、
第２のＨＴＳ層１６はエッチされていないが既にパター
ン形成は済んでいる間に、エッジを封止した状態でアニ
ーリングは行われるべきである。アニーリング温度は、
接合を形成するために使用する打込み種とＨＴＳ材料と
によって変えてよいことに留意されたい。
界拡散（thermally driven boundary diffusion）を用
いて、ＳＮＳジョセフソン接合１０を形成する。図５に
おいては、イオン注入は、第２のＨＴＳ層１６を第１の
ＨＴＳ層１４の上に堆積した後に行われる。イオンの拡
散速度は、結晶粒界に沿った場合には材料のバルクにお
ける場合よりも何桁も速いことは従来技術において周知
である。従って、打込まれたイオンは第１及び第２の層
１４及び１６の間の境界中に拡散し、それによって通常
層を形成する。高温アニール（例えばＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7
材料の場合には、酸素中で４００〜５００℃）が、イオ
ンを拡散させるために必要である。図６に示すように、
第２のＨＴＳ層１６はエッチされていないが既にパター
ン形成は済んでいる間に、エッジを封止した状態でアニ
ーリングは行われるべきである。アニーリング温度は、
接合を形成するために使用する打込み種とＨＴＳ材料と
によって変えてよいことに留意されたい。
【００１７】本発明の第３の好ましい方法においては、
打込み増強（implant enhancement）（ＩＥ）層を使用
して、ＳＮＳ接合１０の形成を容易にする。一般にこの
方法は、上記に説明した任意の方法と同じ諸工程を用い
る。しかしながら図７に示すように、第１のＨＴＳ層１
４をエッチ除去して、接合の角を成す側面２２を形成し
た後、厚さ約１０〜３０ナノメートルを有するＩＥ層３
０を装置の上面の上に堆積する。ＩＥ層３０は打込み種
を集中させる効果を有し、それによってこれをＳＮＳ接
合１０のための有効な通常層に変換する。
打込み増強（implant enhancement）（ＩＥ）層を使用
して、ＳＮＳ接合１０の形成を容易にする。一般にこの
方法は、上記に説明した任意の方法と同じ諸工程を用い
る。しかしながら図７に示すように、第１のＨＴＳ層１
４をエッチ除去して、接合の角を成す側面２２を形成し
た後、厚さ約１０〜３０ナノメートルを有するＩＥ層３
０を装置の上面の上に堆積する。ＩＥ層３０は打込み種
を集中させる効果を有し、それによってこれをＳＮＳ接
合１０のための有効な通常層に変換する。
【００１８】第１及び第２のＨＴＳ層１４及び１６がイ
ットリウム−バリウム−銅−酸素材料から構成されてい
る場合、ＩＥ層をコバルトをドープしたイットリウム−
バリウム−銅−酸素材料から形成してよく、または、第
１及び第２のＨＴＳ層１４及び１６がネオジム−バリウ
ム−銅−酸素またはガドリニウム−カルシウム−バリウ
ム−ランタン−銅−酸素材料から構成されている場合、
イットリウム−バリウム−銅−酸素材料から形成してよ
い。一般に、ＩＥ層３０に使用される材料は次の点を示
す：（１）打込み種に対する高い阻止能、（２）打込み
種に対する大きな化学親和力、及び／または（３）第１
及び第２のＨＴＳ層１４及び１６のＨＴＳ材料と比較し
た場合の、打込み種の大きな拡散率。当業者には明白な
ように、他のタイプの材料及び材料の組合せも本発明の
範囲に含まれる。いったん接合領域１２が形成された
ら、上記の手法のどちらかの残りの諸工程を実行して、
図８に示すＳＮＳ接合１０の形成を完了する。
ットリウム−バリウム−銅−酸素材料から構成されてい
る場合、ＩＥ層をコバルトをドープしたイットリウム−
バリウム−銅−酸素材料から形成してよく、または、第
１及び第２のＨＴＳ層１４及び１６がネオジム−バリウ
ム−銅−酸素またはガドリニウム−カルシウム−バリウ
ム−ランタン−銅−酸素材料から構成されている場合、
イットリウム−バリウム−銅−酸素材料から形成してよ
い。一般に、ＩＥ層３０に使用される材料は次の点を示
す：（１）打込み種に対する高い阻止能、（２）打込み
種に対する大きな化学親和力、及び／または（３）第１
及び第２のＨＴＳ層１４及び１６のＨＴＳ材料と比較し
た場合の、打込み種の大きな拡散率。当業者には明白な
ように、他のタイプの材料及び材料の組合せも本発明の
範囲に含まれる。いったん接合領域１２が形成された
ら、上記の手法のどちらかの残りの諸工程を実行して、
図８に示すＳＮＳ接合１０の形成を完了する。
【００１９】前述した点は、単に本発明の模範的な実施
例を開示しまた説明するものである。当業者であれば、
様々な変更、修正及び変形を、本発明の範囲及び精神か
ら逸脱すること無くなし得ることは、上述の検討並びに
添付図面及び請求の範囲から容易に認識できよう。
例を開示しまた説明するものである。当業者であれば、
様々な変更、修正及び変形を、本発明の範囲及び精神か
ら逸脱すること無くなし得ることは、上述の検討並びに
添付図面及び請求の範囲から容易に認識できよう。
【図１】本発明による、ＳＮＳジョセフソン接合の断面
図を示す。
図を示す。
【図２】本発明による、基板上に堆積した第１のＨＴＳ
層及び誘電体層の断面図を示す。
層及び誘電体層の断面図を示す。
【図３】本発明による、イオン注入を使用して形成した
接合領域の断面図を示す。
接合領域の断面図を示す。
【図４】本発明による、ＳＮＳジョセフソン接合を形成
するために第１のＨＴＳ層上に堆積させた第２のＨＴＳ
層の断面図を示す。
するために第１のＨＴＳ層上に堆積させた第２のＨＴＳ
層の断面図を示す。
【図５】本発明による、ＳＮＳ接合の断面図を示し、こ
こで、イオン打込み物の熱駆動境界拡散を使用して接合
を形成する。
こで、イオン打込み物の熱駆動境界拡散を使用して接合
を形成する。
【図６】本発明の第２の好適な実施例による、ＳＮＳ接
合の断面図を示す。
合の断面図を示す。
【図７】本発明による、接合領域を形成するために使用
される打込み増強層の断面図を示す。
される打込み増強層の断面図を示す。
【図８】本発明の第３の好適な実施例による、ＳＮＳ接
合の断面図を示す。
合の断面図を示す。
１０ 超伝導−通常−超伝導接合 １２ 接合領域 １４ 第１の高温超伝導層 １５ 誘電体層 １６ 第２の高温超伝導層 １８ 基板 ２２ 角を成す側面 ２４ 基板１８の露出した上面 ２６ 基板の露出した上面に接する第１の区域 ２８ 第１の高温超伝導層１４の上面に接する第２の区
域 ３０ 打込み増強層
域 ３０ 打込み増強層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ・エム・マーダック アメリカ合衆国カリフォルニア州90278, リダンド・ビーチ，ブレイズデル・アベニ ュー 3000 (72)発明者 ヒューゴ・ダブリュー−ケイ・チャン アメリカ合衆国カリフォルニア州90275, フレモント，センチネル・ドライブ 46850
Claims (15)
- 【請求項１】 第１の高温超伝導（ＨＴＳ）層を基板上
に堆積する工程と；前記第１のＨＴＳ層の一部を選択的
に除去して、基板の上面の一部を露出し、該基板の露出
した上面に隣接させて前記第１のＨＴＳ層の表面に角を
成す側面を形成する工程と；該角を成す側面に沿ってイ
オン注入を実行して、非超伝導特性を有する接合領域を
形成する工程と；該接合領域及び前記基板の露出した上
面の上に第２のＨＴＳ層を堆積し、それによってＳＮＳ
接合を形成する工程と；を含む、超伝導集積回路におい
て使用するための超伝導−通常−超伝導（ＳＮＳ）接合
を作製する方法。 - 【請求項２】 シリコン、ベリリウム、ニッケル、コバ
ルト、カルシウム、及びガリウムからなる群から選択さ
れるイオン種を使用することをさらに含む、請求項１に
記載の方法。 - 【請求項３】 前記第１のＨＴＳ層及び前記第２のＨＴ
Ｓ層は、イットリウム−バリウム−銅−酸素、ビスマス
−ストロンチウム−カルシウム−銅−酸素、タリウム−
バリウム−カルシウム−銅−酸素、ネオジム−バリウム
−銅−酸素、及びガドリニウム−カルシウム−バリウム
−ランタン−銅−酸素からなる群から選択される材料で
構成される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記第１のＨＴＳ層の一部を選択的に除
去した後に、誘電体層を前記第１のＨＴＳ層の上面の上
に堆積することをさらに含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記誘電体層はチタン酸ストロンチウム
材料で構成される、請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 前記第１のＨＴＳ層の一部を選択的に除
去した後に、打込み増強層を堆積する工程をさらに含
み、該打込み増強層中のイオン打込み物を集中させるた
めに、前記打込み増強層は前記第１のＨＴＳ層及び前記
基板の上面の上に堆積される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記打込み増強層は、イットリウム−バ
リウム−銅−酸素及びコバルトをドープしたイットリウ
ム−バリウム−銅−酸素からなる群から選択される材料
で構成される、請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 第１の高温超伝導（ＨＴＳ）層を基板上
に堆積する工程と；前記第１のＨＴＳ層の一部を選択的
に除去して、基板の上面の一部を露出し、該基板の露出
した上面に隣接させて前記第１のＨＴＳ層の表面に角を
成す側面を形成する工程と；前記第１のＨＴＳ層及び前
記基板の露出した上面の一部の上に第２のＨＴＳ層を堆
積する工程と；前記角を成す側面に沿ってイオン注入を
実行して、接合領域を形成する工程と；アニーリングし
て、前記第１のＨＴＳ層と前記第２のＨＴＳ層との間の
前記角を成す側面に沿ってイオン打込み物を拡散させ、
それによって非超伝導特性を有する前記接合領域を形成
する工程と；を含む、超伝導集積回路において使用する
ための超伝導−通常−超伝導（ＳＮＳ）接合を作製する
方法。 - 【請求項９】 イオン注入を実行する前記工程は、シリ
コン、ベリリウム、ニッケル、コバルト、カルシウム、
及びガリウムからなる群から選択されるイオン種を使用
することをさらに含む、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記第１のＨＴＳ層及び前記第２のＨ
ＴＳ層は、イットリウム−バリウム−銅−酸素、ビスマ
ス−ストロンチウム−カルシウム−銅−酸素、タリウム
−バリウム−カルシウム−銅−酸素、ネオジム−バリウ
ム−銅−酸素、及びガドリニウム−カルシウム−バリウ
ム−ランタン−銅−酸素からなる群から選択される材料
で構成される、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記第１のＨＴＳ層の一部を選択的に
除去した後に、打込み増強層を堆積する工程をさらに含
み、該打込み増強層中のイオン打込み物を集中させるた
めに、前記打込み増強層は前記第１のＨＴＳ層及び前記
基板の上面の上に堆積される、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記打込み増強層は、イットリウム−
バリウム−銅−酸素及びコバルトをドープしたイットリ
ウム−バリウム−銅−酸素からなる群から選択される材
料で構成される、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 超伝導集積回路において使用するため
に基板上に形成された超伝導−通常−超伝導（ＳＮＳ）
接合であって：前記基板上に堆積された第１のＨＴＳ層
であって、選択的に除去されて前記基板の上面の一部を
露出し、前記基板の露出した上面に隣接させて前記第１
のＨＴＳ層の表面に角を成す側面が形成される第１のＨ
ＴＳ層と；該第１のＨＴＳ層の上面及び前記基板の露出
した上面の少なくとも一部の上に堆積され及びパターン
形成された第２のＨＴＳ層と；前記角を成す側面に沿っ
てイオン注入を使用して形成された、非超伝導特性を有
する接合領域と；を備える接合。 - 【請求項１４】 イオン注入を実行するためのイオン種
は、イットリウム−バリウム−銅−酸素及びコバルトを
ドープしたイットリウム−バリウム−銅−酸素からなる
群から選択される、請求項１３に記載のＳＮＳ接合。 - 【請求項１５】 前記第１のＨＴＳ層及び前記第２のＨ
ＴＳ層は、イットリウム−バリウム−銅−酸素、ビスマ
ス−ストロンチウム−カルシウム−銅−酸素、タリウム
−バリウム−カルシウム−銅−酸素、ネオジム−バリウ
ム−銅−酸素、及びガドリニウム−カルシウム−バリウ
ム−ランタン−銅−酸素からなる群から選択される材料
で構成される、請求項１３に記載のＳＮＳ接合。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/314,774 US6188919B1 (en) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | Using ion implantation to create normal layers in superconducting-normal-superconducting Josephson junctions |
| US09/314774 | 1999-05-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000349356A true JP2000349356A (ja) | 2000-12-15 |
| JP3382588B2 JP3382588B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=23221384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000148219A Expired - Fee Related JP3382588B2 (ja) | 1999-05-19 | 2000-05-19 | 超伝導−通常−超伝導ジョセフソン接合中に通常層を作製するためのイオン注入の使用 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6188919B1 (ja) |
| JP (1) | JP3382588B2 (ja) |
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| CN107611249A (zh) * | 2011-03-30 | 2018-01-19 | 阿姆巴托雷股份有限公司 | 由极低电阻材料形成的电气、机械、计算和/或其他设备 |
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