JP2623610B2 - ジョセフソン接合素子 - Google Patents
ジョセフソン接合素子Info
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- JP2623610B2 JP2623610B2 JP62286303A JP28630387A JP2623610B2 JP 2623610 B2 JP2623610 B2 JP 2623610B2 JP 62286303 A JP62286303 A JP 62286303A JP 28630387 A JP28630387 A JP 28630387A JP 2623610 B2 JP2623610 B2 JP 2623610B2
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- wiring
- josephson junction
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 Nb系ジョセフソン接合素子の配線構造に関し， 酸素がNb配線中へ拡散することを防止して配線の超伝
導臨界電流の低下を防止することを目的とし， ジョセフソン接合と，該ジョセフソン接合に電気的に
接続する配線を有し，該配線がニオブ（Nb）またはその
化合物層と，ニオブより酸素との結合度が強い金属層ま
たは耐酸化金属層との多層構造であるように構成する。
前記ニオブより酸素との結合度が強い金属層がアルミニ
ウム（Al）層であり，耐酸化金属層がタングステン
（Ｗ），モリブデン（Mo），タンタル（Ta），パラジウ
ム（Pd）層であるように構成する。
導臨界電流の低下を防止することを目的とし， ジョセフソン接合と，該ジョセフソン接合に電気的に
接続する配線を有し，該配線がニオブ（Nb）またはその
化合物層と，ニオブより酸素との結合度が強い金属層ま
たは耐酸化金属層との多層構造であるように構成する。
前記ニオブより酸素との結合度が強い金属層がアルミニ
ウム（Al）層であり，耐酸化金属層がタングステン
（Ｗ），モリブデン（Mo），タンタル（Ta），パラジウ
ム（Pd）層であるように構成する。
本発明はNb系ジョセフソン素子の配線構造に関する。
ジョセフソン接合素子は次期世代の梗速論理素子とし
て各所で種々研究されている 〔従来の技術〕 第２図はジョセフソン接合およびこれに接続する従来
の配線構造を説明する断面図である。
て各所で種々研究されている 〔従来の技術〕 第２図はジョセフソン接合およびこれに接続する従来
の配線構造を説明する断面図である。
図はジョセフソン接合の例としてNb/Al0x/Nbを接合す
る。
る。
図において，基板１上に形成された超伝導物質のNbよ
りなる基部電極2,Al/Al0x複合層よりなるトンネル障壁
層3,Nbよりなる対向電極４によりジョセフソン接合が構
成される。
りなる基部電極2,Al/Al0x複合層よりなるトンネル障壁
層3,Nbよりなる対向電極４によりジョセフソン接合が構
成される。
SiO2層間絶縁層５の開口部を覆い，対向電極４に接続
してNb配線６が形成される。
してNb配線６が形成される。
従来例のように配線層として通常厚さ400〜800nmのNb
層が用いられる。このNb配線の超伝導臨界電流Icは下層
の段差にも依存するが，段差被覆をよくすると２μｍ線
幅で100mA程度が得られる。
層が用いられる。このNb配線の超伝導臨界電流Icは下層
の段差にも依存するが，段差被覆をよくすると２μｍ線
幅で100mA程度が得られる。
しかしながら，配線層の被着したチップをアニール
（窒素雰囲気中で，例えば250℃で１時間）すると配線
の超伝導臨界電流は元の値の半分以下になってしまうと
いう問題があった。
（窒素雰囲気中で，例えば250℃で１時間）すると配線
の超伝導臨界電流は元の値の半分以下になってしまうと
いう問題があった。
通常,Nb/Al0x/Nb接合は250℃以上のアニールで接合特
性が劣化するが,200〜250℃のアニールは接合作製後の
臨界電流の微調整に用いられることがある。そのときに
配線の臨界電流が低下することは具合が悪い。
性が劣化するが,200〜250℃のアニールは接合作製後の
臨界電流の微調整に用いられることがある。そのときに
配線の臨界電流が低下することは具合が悪い。
また前記アニール温度は，配線工程におけるレジスト
ベーキング，表面保護絶縁層としてSiO2層の成膜等に現
在使われている温度よりやや高いが，プロセスの余裕度
を考慮にいれると200〜250℃のアニールに耐えることが
望ましい。
ベーキング，表面保護絶縁層としてSiO2層の成膜等に現
在使われている温度よりやや高いが，プロセスの余裕度
を考慮にいれると200〜250℃のアニールに耐えることが
望ましい。
上記問題点の解決は，ジョセフソン接合と，該ジョセ
フソン接合に電気的に接続する配線を有し，該配線がニ
オブまたはその化合物層と，ニオブより酸素との結合度
が強い金属層または耐酸化性金属層との多層構造であり
且つ該配線の表面及び裏面はニオブまたはその化合物層
からなることを特徴とするジョセフソン接合素子により
達成される。
フソン接合に電気的に接続する配線を有し，該配線がニ
オブまたはその化合物層と，ニオブより酸素との結合度
が強い金属層または耐酸化性金属層との多層構造であり
且つ該配線の表面及び裏面はニオブまたはその化合物層
からなることを特徴とするジョセフソン接合素子により
達成される。
前記ニオブより酸素との結合度が強い金属層がアルミ
ニウム（Al）層であり，耐酸化金属層がタングステン
（Ｗ），モリブデン（Mo），タンタル（Ta），パラジウ
ム（Pd）層であるように構成する。
ニウム（Al）層であり，耐酸化金属層がタングステン
（Ｗ），モリブデン（Mo），タンタル（Ta），パラジウ
ム（Pd）層であるように構成する。
本発明者は前記超伝導臨界電流の劣化は配線の表面酸
化物の酸素がNb配線内部へ拡散することによるものであ
ることをつきとめ,Nb配線内部への酸素の拡散を防ぐた
め,Nb配線の代わりに,Nbと,Al等の酸素との結合が強い
金属層またはW,Mo,Ta,Pd等の耐酸化金属層からなる多層
構造の配線層を用いるようにした。
化物の酸素がNb配線内部へ拡散することによるものであ
ることをつきとめ,Nb配線内部への酸素の拡散を防ぐた
め,Nb配線の代わりに,Nbと,Al等の酸素との結合が強い
金属層またはW,Mo,Ta,Pd等の耐酸化金属層からなる多層
構造の配線層を用いるようにした。
ここで，配線にNb/Al,またはNb/W層等の多層構造を用
いた理由はつぎのとおりである。
いた理由はつぎのとおりである。
表面より浸透してきた酸素は，酸素との結合度が強
いAl層で消費されてしまい，さらに奥へは侵入しない。
いAl層で消費されてしまい，さらに奥へは侵入しない。
Ｗ等の耐酸化金属は200〜300℃のアニールでは殆ど
酸化が進行しない。
酸化が進行しない。
このような金属層をNbの超伝導を損なわない程度に薄
く，例えば10nm以下に挟むことにより，この層が拡散バ
リアとなってNb中への酸素の拡散を防止することができ
る。
く，例えば10nm以下に挟むことにより，この層が拡散バ
リアとなってNb中への酸素の拡散を防止することができ
る。
第１図（１），（２）はそれぞれ本発明の実施例によ
るジョセフソン接合に接続する配線構造を説明する断面
図である。
るジョセフソン接合に接続する配線構造を説明する断面
図である。
図は従来例と同様に，ジョセフソン接合の例としてNb
/Al0x/Nb接合を示す。
/Al0x/Nb接合を示す。
第１図（１）において，基板１上に形成されたNbより
なる基部電極2,Al/Al0x複合層よりなるトンネル障壁層
3,Nbよりなる対向電極４によりジョセフソン接合が構成
される。
なる基部電極2,Al/Al0x複合層よりなるトンネル障壁層
3,Nbよりなる対向電極４によりジョセフソン接合が構成
される。
SiO2層間絶縁層５の開口部を覆い，対向電極４に接続
してNb/Al/Nb配線（Nb配線6,Al層7,Nb配線８）が形成さ
れる。
してNb/Al/Nb配線（Nb配線6,Al層7,Nb配線８）が形成さ
れる。
下層のNb配線６は厚さ400〜800nm,Al層７は厚さ〜10n
m,上層のNb配線８は厚さ10〜200nmである。
m,上層のNb配線８は厚さ10〜200nmである。
ここで素子感度の点から，下層のNb配線６はあまり薄
くしない方がよい。
くしない方がよい。
ここで,Nb/Al/Nb配線の形成工程は同一真空中で連続
的に成膜し，各層の界面に酸化層ができないようにする
ことが重要である。
的に成膜し，各層の界面に酸化層ができないようにする
ことが重要である。
上層のNb層表面には自然酸化膜が形成され，アニール
するとこの層内の酸素はNb中に拡散してゆくが,Al層ま
で到達するとAl0xを生成し，下層のNb層まで拡散するこ
とはない。
するとこの層内の酸素はNb中に拡散してゆくが,Al層ま
で到達するとAl0xを生成し，下層のNb層まで拡散するこ
とはない。
実施例では，多層構造にAl層を用いたが，これの代わ
りにW,Mo,Ta,Pd等を用いても同様の効果が得られる。
りにW,Mo,Ta,Pd等を用いても同様の効果が得られる。
第１図（２）は配線層がNb層とAlまたはＷ等の金属層
を交互に重ねた３層以上の多層構造である例を示す断面
図である。
を交互に重ねた３層以上の多層構造である例を示す断面
図である。
図において,11はNb配線,12はAlまたはＷ等の金属層で
ある。
ある。
以上詳細に説明したように本発明によれば、アニール
により，酸素がNb配線中へ拡散することを防止し，配線
の超伝導臨界電流の低下を防止できる。
により，酸素がNb配線中へ拡散することを防止し，配線
の超伝導臨界電流の低下を防止できる。
第１図（１），（２）はそれぞれ本発明の実施例による
ジョセフソン接合に接続する配線構造を説明する断面
図， 第２図はジョセフソン接合に接続する従来の配線構造を
説明する断面図である。 図において， １は基板,2はNbよりなる基部電極,3はAl/Al0x複合層よ
りなるトンネル障壁層,4はNbよりなる対向電極,5はSiO2
層間絶縁層,6はNb配線,7はAl層,8はNb配線,11はNb配線,
12はAlまたはＷ等の金属層 である。
ジョセフソン接合に接続する配線構造を説明する断面
図， 第２図はジョセフソン接合に接続する従来の配線構造を
説明する断面図である。 図において， １は基板,2はNbよりなる基部電極,3はAl/Al0x複合層よ
りなるトンネル障壁層,4はNbよりなる対向電極,5はSiO2
層間絶縁層,6はNb配線,7はAl層,8はNb配線,11はNb配線,
12はAlまたはＷ等の金属層 である。
Claims (2)
- 【請求項１】ジョセフソン接合と，該ジョセフソン接合
に電気的に接続する配線を有し， 該配線がニオブまたはその化合物層と，ニオブより酸素
との結合度が強い金属層または耐酸化性金属層との多層
構造であり且つ該配線の表面及び裏面はニオブまたはそ
の化合物層からなることを特徴とするジョセフソン接合
素子。 - 【請求項２】前記ニオブより酸素との結合度が強い金属
層がアルミニウム（Al）層であり，耐酸化性金属層がタ
ングステン（Ｗ），モリブデン（Mo），タンタル（T
a），パラジウム（Pd）層であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のジョセフソン接合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62286303A JP2623610B2 (ja) | 1987-11-12 | 1987-11-12 | ジョセフソン接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62286303A JP2623610B2 (ja) | 1987-11-12 | 1987-11-12 | ジョセフソン接合素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01128481A JPH01128481A (ja) | 1989-05-22 |
| JP2623610B2 true JP2623610B2 (ja) | 1997-06-25 |
Family
ID=17702634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62286303A Expired - Lifetime JP2623610B2 (ja) | 1987-11-12 | 1987-11-12 | ジョセフソン接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2623610B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111969102B (zh) * | 2020-09-11 | 2023-10-27 | 中国科学院紫金山天文台 | 一种改善超导钛-铌薄膜接触电极的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS603796B2 (ja) * | 1982-03-12 | 1985-01-30 | 工業技術院長 | 超電導回路用コンタクト |
-
1987
- 1987-11-12 JP JP62286303A patent/JP2623610B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01128481A (ja) | 1989-05-22 |
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