JP2006222314A - 超電導積層体およびその製造方法、ジョセフソン接合素子、電子装置 - Google Patents
超電導積層体およびその製造方法、ジョセフソン接合素子、電子装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 超電導積層体10は、基板11と、基板11上、第1超電導膜12と、絶縁膜13と、第2超電導膜14が順次積層して構成され、第1超電導膜12および第2超電導膜14が水銀系超電導膜からなり、絶縁膜13がCeO2、SrTiO3、(LaAlO3)0.3−(SrAl0.5Ta0.5O3)0.7(LSAT)、および(SrAl0.5Ta0.5O3)0.7(SAT)から選択される。第1超電導膜12と、絶縁膜13と、第2超電導膜14は、それぞれ下地に対してエピタキシャル成長してなる。
【選択図】 図1
Description
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る超電導積層体の断面図である。
最初に、(LaAlO3)0.3−(SrAl0.5Ta0.5O3)0.7(LSAT)基板上に、第1超電導膜としての(Hg0.9Re0.1)Ba2CaCu2Oy膜を2段階法により形成した。なお、以下、(Hg0.9Re0.1)Ba2CaCu2Oy膜を(Hg,Re)−1212膜という。また、以下、実施例1および実施例第1超電導膜の(Hg,Re)−1212膜を第1(Hg,Re)−1212膜、第2超電導膜の(Hg,Re)−1212膜を第2(Hg,Re)−1212膜と略称する。
ここで、図5(A)では第1および第2(Hg,Re)−1212膜の両方の回折線が重なっている。しかし、(00l)と異なった回折線、すなわち不純物由来の回折線が現れていないため、第1(Hg,Re)−1212膜が劣化あるいは分解等していないことが分かる。
[実施例2]
実施例1において、CeO2膜を形成する際の温度条件が与える影響を調べた。具体的には、実施例1の成膜方法を用いて、第1(Hg,Re)−1212膜の加熱温度を200℃〜750℃の範囲で50℃ごとに異ならせ、9種類のCeO2膜(膜厚300nm)/第1(Hg,Re)−1212膜/LSAT基板の積層体を形成した。
(第2の実施の形態)
図11は、本発明の第2の実施の形態に係る超電導積層体の断面図である。本発明の第2の実施の形態に係る超電導積層体は、第1の実施の形態に係る超電導積層体の変形例である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
なお、第2絶縁膜23は、第1絶縁膜13aおよび第3絶縁膜13bと同様に、PLD法やスパッタ法により形成する。
(第3の実施の形態)
図12は、本発明の第3の実施の形態に係るジョセフソン接合素子の斜視図である。
(第4の実施の形態)
図13は、本発明の第4の実施の形態に係るジョセフソン接合素子の断面図である。図13は接合部の構造を強調するため厚さ方向が拡大されている。
水銀系超電導電極膜とCeO2膜からなる積層膜からなる界面改質ランプエッジ型のジョセフソン接合素子を作製した。
(第5の実施の形態)
図16(A)本発明の第5の実施の形態に係る超電導量子干渉デバイスの平面図、(B)は(A)のA−A線断面図である。なお、(A)のB−B線断面図を示していないが、(B)と同様である。
11、41、51 基板
12 第1超電導膜
12A、14A 前駆体膜
12B、14B HgO膜
13、23、33、43、53 絶縁膜
13a 第1絶縁膜
13b 第3絶縁膜
14 第2超電導膜
21 絶縁膜積層体
23 第2絶縁膜
30、40 ジョセフソン接合素子
31 バイクリスタル基板
32 粒界接合層
32a 粒界接合部
34 磁気遮蔽層
42、52 第1超電導電極膜
45、55 第2超電導電極膜
46、56A、56B 接合層
50 超電導量子干渉デバイス(SQUID)
Claims (14)
- 基板と、
前記基板上に、第1の超電導膜と、絶縁膜と、第2の超電導膜とが順次エピタキシャル成長により形成された超電導積層体であって、
前記第1の超電導膜および第2の超電導膜は、水銀、元素M、銅、および酸素を含み、元素MがBa、Sr、およびCaからなる群のうち、少なくとも1つからなり、
前記絶縁膜が、CeO2、SrTiO3、(LaAlO3)0.3(SrAl0.5Ta0.5O3)0.7、およびSrAl0.5Ta0.5O3からなる群のうち、いずれか1つからなることを特徴とする超電導積層体。 - 基板と、
前記基板上に、第1の超電導膜と、第1の絶縁膜と、第2の絶縁膜と、第3の絶縁膜と、第2の超電導膜とが順次エピタキシャル成長により形成された超電導積層体であって、
前記第1の超電導膜および第2の超電導膜は、水銀、元素M、銅、および酸素を含み、元素MがBa、Sr、およびCaからなる群のうち、少なくとも1つからなり、
前記第1の絶縁膜および第3の絶縁膜が、CeO2、SrTiO3、(LaAlO3)0.3(SrAl0.5Ta0.5O3)0.7、およびSrAl0.5Ta0.5O3からなる群のうち、いずれか1つからなり、
前記第2の絶縁膜が、BaZrO3、SrZrO3、CaZrO3、SrSnO3、MgO、イットリウム安定化ジルコニア、およびGd2Zr2O7からなる群のうち、いずれか1つからなることを特徴とする超電導積層体。 - 前記第1の超電導膜および第2の超電導膜は、(Hg、Re)X2CaCu2Oyあるいは(Hg、Re)X2Ca2Cu3Oyからなり、XがBaおよびSrのいずれかであることを特徴とする請求項1または2記載の超電導積層体。
- 前記第1の超電導膜または第2の超電導膜は、(Hg1-xa、Rexa)Ba2CaCu2Oyであることを特徴とする請求項1または2記載の超電導積層体(ただし、xaは0.0以上かつ0.3以下である。)。
- 前記第1の超電導膜または第2の超電導膜は、(Hg1-xb、Rexb)Ba2Ca2Cu3Oyからなることを特徴とする請求項1または2記載の超電導積層体(ただし、xbは0.0以上かつ0.3以下である。)
- 前記基板は、(LaAlO3)0.3(SrAl0.5Ta0.5O3)0.7、LaAlO3、およびSrTiO3からなる群のうち、いずれか1つからなることを特徴とする請求項1〜5のうち、いずれか一項記載の超電導積層体。
- 前記第1の超電導膜および第2の超電導膜は、膜面内の所定の結晶方位に沿ってX線回折法により測定したロッキングカーブの半値幅が5度以下であることを特徴とする請求項1〜5のうち、いずれか一項記載の超電導積層体。
- 第1の基板と第2に基板とを互いに所定の結晶方位をずらして接合してなる基板接合部を有するバイクリスタル基板と、
前記第1の基板および第2の基板上に、第1の超電導膜と、絶縁膜と、第2の超電導膜とが順次エピタキシャル成長により形成されてなり、
前記第1の超電導膜は、前記基板接合部に対応する位置に粒界接合部を有するジョセフソン接合を形成してなり、
前記第1の超電導膜および第2の超電導膜は、水銀、元素M、銅、および酸素を含み、元素MがBa、Sr、およびCaからなる群のうち、少なくとも1つからなり、
前記絶縁膜が、CeO2、SrTiO3、(LaAlO3)0.3(SrAl0.5Ta0.5O3)0.7、およびSrAl0.5Ta0.5O3からなる群のうち、いずれか1つからなることを特徴とするジョセフソン接合素子。 - 基板と、
前記基板上に、一側端面が傾斜面からなる第1の超電導電極膜と、
前記第1の超電導電極膜上に、前記傾斜面と連続する傾斜面が設けられた絶縁膜と、
前記第1の超電導電極膜の傾斜面の表面に形成されたトンネル障壁層と、
前記基板の表面、トンネル障壁層および絶縁膜の傾斜面を含む表面を覆う第2の超電導電極膜とを備え、
前記第1の超電導電極膜、絶縁膜、および第2超電導電極膜は、各々その下地上にエピタキシャル成長してなり、
前記第1の超電導電極膜および第2の超電導電極膜は、水銀、元素M、銅、および酸素を含み、元素MがBa、Sr、およびCaからなる群のうち、少なくとも1つからなり、
前記絶縁膜が、CeO2、SrTiO3、(LaAlO3)0.3(SrAl0.5Ta0.5O3)0.7、およびSrAl0.5Ta0.5O3からなる群のうち、いずれか1つからなることを特徴とするジョセフソン接合素子。 - 前記トンネル障壁層は、第1の超電導電極膜と同一元素を含む非超電導体からなることを特徴とする請求項9記載のジョセフソン接合素子。
- 請求項8〜10のうち、いずれか一項記載のジョセフソン接合素子を備える電子装置。
- 基板と、
前記基板上に、第1の超電導膜と、絶縁膜と、第2の超電導膜とが形成された超電導積層体であって、
前記第1の超電導膜および第2の超電導膜は、水銀、元素M、銅、および酸素を含み、元素MがBa、Sr、およびCaからなる群のうち、少なくとも1つからなり、
前記絶縁膜が、CeO2、SrTiO3、(LaAlO3)0.3(SrAl0.5Ta0.5O3)0.7、およびSrAl0.5Ta0.5O3からなる群のうち、いずれか1つからなる超電導積層体の製造方法であって、
前記基板上に第1の超電導膜を形成する第1の工程と、
前記第1の超電導膜上に絶縁膜を形成する第2の工程と、
前記絶縁膜上に第2の超電導膜を形成する第3の工程と、を備え、
前記第2の工程は、酸素雰囲気中で300℃以上でかつ600℃以下の範囲に第1の超電導膜を加熱して、前記絶縁膜を堆積することを特徴とする超電導積層体の製造方法。 - 前記第3の工程は、
絶縁膜上に前駆体膜およびHgO膜を順次形成した積層体と、水銀、元素M、銅、および酸素を主成分とする第1のペレットと、元素M、銅、および酸素を主成分とする第2のペレットとを密閉容器に真空封入し、650℃〜775℃の範囲に加熱することを特徴とする請求項12記載の超電導積層体の製造方法。 - 前記絶縁膜はパルスレーザ堆積法により堆積することを特徴とする請求項12または13記載の超電導積層体の製造方法。
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