JP2740260B2 - ジョセフソン素子 - Google Patents
ジョセフソン素子Info
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- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ビスマス系酸化物超伝導体を用い、比較的
高温で動作させることが出来るジョセフソン素子に関す
る。
高温で動作させることが出来るジョセフソン素子に関す
る。
（従来の技術） ジョセフソン接合は、二つの超伝導層を、極く薄い絶
縁物常伝導層等で隔てて形成したものであり、この接合
部の超伝導−常伝導転移が高速で生ずることから高速演
算素子としの利用が考えられている。
縁物常伝導層等で隔てて形成したものであり、この接合
部の超伝導−常伝導転移が高速で生ずることから高速演
算素子としの利用が考えられている。
このジョセフソン接合の形成方法の代表的な例として
は、例えば、鉛薄膜を蒸着した後、その表面に極く薄い
酸化膜（典型的には厚み30Å）を形成し、再び鉛薄膜を
蒸着するという様な手法（例えば、日本物理学会編「超
伝導」147頁参照）が行われている。
は、例えば、鉛薄膜を蒸着した後、その表面に極く薄い
酸化膜（典型的には厚み30Å）を形成し、再び鉛薄膜を
蒸着するという様な手法（例えば、日本物理学会編「超
伝導」147頁参照）が行われている。
一方、高い超伝導転移温度を有する酸化物超伝導体に
おけるジョセフソン効果の測定も幾つかなされている。
おけるジョセフソン効果の測定も幾つかなされている。
（発明が解決しようとする問題点）） しかし、上記高い超伝導転移温度のものにおける接合
の形態は、主に点接触型が利用されており、係る接合で
は集積度の高い実用に共し得る素子を形成することが出
来ない。
の形態は、主に点接触型が利用されており、係る接合で
は集積度の高い実用に共し得る素子を形成することが出
来ない。
又、酸化物超伝導体を利用した素子で鉛を用いた素子
の様な面接合型は、鉛の表面酸化膜の様な薄くて均一な
厚さの絶縁層を形成することが難しく、不均一な厚さの
ものでは良好な特性が得られないという欠点があり、更
には超伝導層と結晶構造の異なる材料を絶縁層に用いる
と、超伝導層の結晶性が非常に悪くなり、素子特性が良
くないという欠点がある。
の様な面接合型は、鉛の表面酸化膜の様な薄くて均一な
厚さの絶縁層を形成することが難しく、不均一な厚さの
ものでは良好な特性が得られないという欠点があり、更
には超伝導層と結晶構造の異なる材料を絶縁層に用いる
と、超伝導層の結晶性が非常に悪くなり、素子特性が良
くないという欠点がある。
従って、本発明の目的は、上記従来の欠点に鑑み、絶
縁層の厚さの不均一性及び超伝導層の結晶性の悪化を解
決し、良好な面接合を有し、優れた特性が得られるジョ
セフソン素子を提供することである。
縁層の厚さの不均一性及び超伝導層の結晶性の悪化を解
決し、良好な面接合を有し、優れた特性が得られるジョ
セフソン素子を提供することである。
更に本発明の他の目的は、ビスマス系酸化物超伝導体
を用いることにより、とりわけ、大気中での劣化が少な
く、特性の安定性の点で優れたジョセフソン素子を提供
することである。
を用いることにより、とりわけ、大気中での劣化が少な
く、特性の安定性の点で優れたジョセフソン素子を提供
することである。
（問題点を解決する為の手段） 上記目的は以下の本発明によって達成される。
即ち、本発明は、基体面に、第１の超伝導層、接合層
及び第２の超伝導層を順次積層してなるジョセフソン素
子において、上記第１及び第２の超伝導層が、周期律表
のIa、IIa、IIIa及びIVb族からなる元素群より選ばれた
少なくとも１種以上の元素をＡとし、Ib、IVa、Va、VIa
及びVIIIa族からなる元素群より選ばれた少なくとも１
種以上の元素をＢとし、且つ希土類元素より選ばれた少
なくとも１種以上の元素をＣとするとき、 ｛(Bi1-bCb)2O2｝(Cu1-aBa)2+nA3+nO(12+3n)-x で表わされ、０≦ｂ＜１、０≦ａ＜１、−１＜ｎ≦10及
びｘ＞０であるビスマス銅含有酸化物超伝導体からな
り、且つ接合層が、希土類元素より選ばれた１種以上の
元素をＣとし、Ca、Na、Ｋ、Ba、Sr、Pb及びPrより選ば
れた１種以上の元素をＢとし、且つNb、Ta、Fe、Sn及び
Gaより選ばれた１種以上の元素をＡとするとき、 ｛(Bi1-bCb)2O2｝+2｛(Bi1-aBa)2(Ti1-aAa)3O10｝n 2- で表わされ、０≦ｂ＜１、０≦ａ＜１、１≦ｎ≦５であ
るビスマス含有酸化物からなることを特徴とするジョセ
フソン素子である。
及び第２の超伝導層を順次積層してなるジョセフソン素
子において、上記第１及び第２の超伝導層が、周期律表
のIa、IIa、IIIa及びIVb族からなる元素群より選ばれた
少なくとも１種以上の元素をＡとし、Ib、IVa、Va、VIa
及びVIIIa族からなる元素群より選ばれた少なくとも１
種以上の元素をＢとし、且つ希土類元素より選ばれた少
なくとも１種以上の元素をＣとするとき、 ｛(Bi1-bCb)2O2｝(Cu1-aBa)2+nA3+nO(12+3n)-x で表わされ、０≦ｂ＜１、０≦ａ＜１、−１＜ｎ≦10及
びｘ＞０であるビスマス銅含有酸化物超伝導体からな
り、且つ接合層が、希土類元素より選ばれた１種以上の
元素をＣとし、Ca、Na、Ｋ、Ba、Sr、Pb及びPrより選ば
れた１種以上の元素をＢとし、且つNb、Ta、Fe、Sn及び
Gaより選ばれた１種以上の元素をＡとするとき、 ｛(Bi1-bCb)2O2｝+2｛(Bi1-aBa)2(Ti1-aAa)3O10｝n 2- で表わされ、０≦ｂ＜１、０≦ａ＜１、１≦ｎ≦５であ
るビスマス含有酸化物からなることを特徴とするジョセ
フソン素子である。
（作用） 基板上に第１の酸化物超伝導層、接合層及び第２の酸
化物超伝導層を、順次積層してなるジョセフソン素子に
おいて、上記第１及び第２の酸化物超伝導層として、層
状複合ペロブスカイト構造を有するビスマス銅含有酸化
物超伝導体を用い、且つ接合層として、同様の層状複合
ペロブスカイト構造を有するビスマス層状化合物を用い
ることによって、結晶性の良いジョセフソン素子を作成
し、且つ薄く均一な接合層を形成し、良好な特性を有す
るジョセフソン素子の提供を可能にした。
化物超伝導層を、順次積層してなるジョセフソン素子に
おいて、上記第１及び第２の酸化物超伝導層として、層
状複合ペロブスカイト構造を有するビスマス銅含有酸化
物超伝導体を用い、且つ接合層として、同様の層状複合
ペロブスカイト構造を有するビスマス層状化合物を用い
ることによって、結晶性の良いジョセフソン素子を作成
し、且つ薄く均一な接合層を形成し、良好な特性を有す
るジョセフソン素子の提供を可能にした。
更には、ビスマス銅含有酸化物超伝導体を用いている
ので、液体窒素温度以上で十分に作動し、耐湿性や耐熱
性等の点でとりわけ優れれたジョセフソン素子の提供を
可能にした。
ので、液体窒素温度以上で十分に作動し、耐湿性や耐熱
性等の点でとりわけ優れれたジョセフソン素子の提供を
可能にした。
（好ましい実施態様） 本発明において、第１及び第２の酸化物超伝導層は、
ビスマス銅含有酸化物超伝導体から形成されるが、該ビ
スマス銅含有酸化物超伝導体としては、その組成式が、
周期律表のIa、IIa、IIIa及びIVb族からなる元素群より
選ばれた少なくとも１種以上の元素をＡとし、Ib、IV
a、Va、VIa及びVIIIa族からなる元素群より選ばれた少
なくとも１種以上の元素をＢとし、希土類元素より選ば
れた少なくとも１種以上の元素をＣとするとき、一般式
（Ｉ） ｛(Bi1-bCb)2O2｝(Cu1-aBa)2+nA3+nO(12+3n)-x （０≦ｂ＜１、０≦ａ＜１、−１＜ｎ≦10、ｘ＞０）で
表わされ、又、その結晶構造としては、｛(Bi1-bCb)
2O2｝2+層（０≦ｂ＜１）の間に酸素欠損ペロブスカイ
ト層が位置する様な層状構造を有するものが挙げられ
る。
ビスマス銅含有酸化物超伝導体から形成されるが、該ビ
スマス銅含有酸化物超伝導体としては、その組成式が、
周期律表のIa、IIa、IIIa及びIVb族からなる元素群より
選ばれた少なくとも１種以上の元素をＡとし、Ib、IV
a、Va、VIa及びVIIIa族からなる元素群より選ばれた少
なくとも１種以上の元素をＢとし、希土類元素より選ば
れた少なくとも１種以上の元素をＣとするとき、一般式
（Ｉ） ｛(Bi1-bCb)2O2｝(Cu1-aBa)2+nA3+nO(12+3n)-x （０≦ｂ＜１、０≦ａ＜１、−１＜ｎ≦10、ｘ＞０）で
表わされ、又、その結晶構造としては、｛(Bi1-bCb)
2O2｝2+層（０≦ｂ＜１）の間に酸素欠損ペロブスカイ
ト層が位置する様な層状構造を有するものが挙げられ
る。
上記一般式（Ｉ）のなかでも、とりわけ Bi2（Sr,Ca）3Cu2Ox（７≦ｘ≦９）の組成式で表され
るものが好ましい。
るものが好ましい。
更に本発明において、接合層はビスマス層状化合物か
ら形成されるが、ここで用いるビスマス層状化合物は、
その組成式が一般式（II） （０≦ｂ＜１、０≦ａ＜１、１≦ｎ≦５、Ｃは希土類よ
り選ばれた少なくとも１種以上の元素であり、ＢはCa、
Na、Ｋ、Ba、Sr、Pb及びPrより選ばれた少なくとも１種
以上の元素であり、且つＡはNb、Ta、Fe、Sn及びGaより
選ばれた少なくとも１種以上の元素である。）と表わさ
れるものである。接合層として用いるビスマス層状化合
物は、絶縁体、常伝導体又は前記ビスマス銅含有酸化物
超伝導体より臨界電流が小さいか、又は臨界温度の低い
化合物が用いられる。
ら形成されるが、ここで用いるビスマス層状化合物は、
その組成式が一般式（II） （０≦ｂ＜１、０≦ａ＜１、１≦ｎ≦５、Ｃは希土類よ
り選ばれた少なくとも１種以上の元素であり、ＢはCa、
Na、Ｋ、Ba、Sr、Pb及びPrより選ばれた少なくとも１種
以上の元素であり、且つＡはNb、Ta、Fe、Sn及びGaより
選ばれた少なくとも１種以上の元素である。）と表わさ
れるものである。接合層として用いるビスマス層状化合
物は、絶縁体、常伝導体又は前記ビスマス銅含有酸化物
超伝導体より臨界電流が小さいか、又は臨界温度の低い
化合物が用いられる。
上記一般式（II）の中でもとりわけ Bi4Ti3O12 （II−１） Bi2PbFeTi1.5Sn1.5Oy（７≦ｙ≦９） （II−２） Na0.5Bi4.5Ti4Oy （II−３） は、本発明において特に好ましく用いられる。
以上例示したビスマス銅含有酸化物超伝導体及びビス
マス層状化合物は、その結晶構造が互いに類似してい
る。
マス層状化合物は、その結晶構造が互いに類似してい
る。
即ち、本発明のジョセフソン素子において、第１及び
第２の超伝導層として用いる前記一般式（Ｉ）のビスマ
ス銅含有酸化物超伝導体は、Ｘ線回折結果より斜方晶で
あり、その格子定数はａ＝5.4Å、ｂ＝27.0Å（＝５×
ａ）、ｃ＝30.8Åであることがわかり、又、接合層とし
て用いる前記一般式（II）のビスマス層状化合物も斜方
晶であり、その格子定数はａ＝5.5Å、ｂ＝5.4Å及びｃ
＝30.2Åであることがわかる。
第２の超伝導層として用いる前記一般式（Ｉ）のビスマ
ス銅含有酸化物超伝導体は、Ｘ線回折結果より斜方晶で
あり、その格子定数はａ＝5.4Å、ｂ＝27.0Å（＝５×
ａ）、ｃ＝30.8Åであることがわかり、又、接合層とし
て用いる前記一般式（II）のビスマス層状化合物も斜方
晶であり、その格子定数はａ＝5.5Å、ｂ＝5.4Å及びｃ
＝30.2Åであることがわかる。
この様な結晶構造を有する超伝導層と接合層とを用い
てジョセフソン素子を作成した場合、両者の格子定数が
類似している為に、材料同士のミスフィットが生ぜず、
良好な特性のジョセフソン素子が得られることになる。
てジョセフソン素子を作成した場合、両者の格子定数が
類似している為に、材料同士のミスフィットが生ぜず、
良好な特性のジョセフソン素子が得られることになる。
尚、ここで良好な特性とはミリ波応答及び磁気応答等
の特性を意味している。これらの結晶構造は層状複合ペ
ロブスカイト構造であり、成膜制御により容易に行うこ
とが出来、均一で薄い層を所望により形成することが出
来る。
の特性を意味している。これらの結晶構造は層状複合ペ
ロブスカイト構造であり、成膜制御により容易に行うこ
とが出来、均一で薄い層を所望により形成することが出
来る。
上記結晶構造の材料により得られる良好なジョセフソ
ン効果は、第１及び第２の超伝導層及び接合層のいずれ
もが、類似した格子定数を有しているとき十分に発揮さ
れる。
ン効果は、第１及び第２の超伝導層及び接合層のいずれ
もが、類似した格子定数を有しているとき十分に発揮さ
れる。
本発明の構成によるジョセフソン素子の電流・電圧特
性を常法に従い測定すると、第６図に示した様な特性を
示し、ある一定以上の電圧に達する迄は電流量は殆ど変
化せず、又、電圧をある一定値以下に減少させた場合に
は、電流が急激に変化するという、優れたジョセフソン
効果を発揮することがわかる。
性を常法に従い測定すると、第６図に示した様な特性を
示し、ある一定以上の電圧に達する迄は電流量は殆ど変
化せず、又、電圧をある一定値以下に減少させた場合に
は、電流が急激に変化するという、優れたジョセフソン
効果を発揮することがわかる。
尚、本発明のジョセフソン素子は常法に従い作製する
ことが出来る。即ち、組成制御の可能なスパッタリング
法、蒸着法の他、CVD法によっても行うことが出来る。
ことが出来る。即ち、組成制御の可能なスパッタリング
法、蒸着法の他、CVD法によっても行うことが出来る。
又、本発明のジョセフソン素子の第１及び第２の超伝
導層の層厚は2,000Å乃至5,000Åとされ、接合層の層厚
は10乃至500Åとされるのが好ましい。これらが積層さ
れる基体としては、例えば、MgO（100）単結晶やSrTiO3
単結晶等が好ましく用いられる。
導層の層厚は2,000Å乃至5,000Åとされ、接合層の層厚
は10乃至500Åとされるのが好ましい。これらが積層さ
れる基体としては、例えば、MgO（100）単結晶やSrTiO3
単結晶等が好ましく用いられる。
（実施例） 次に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
実施例１ 第１図示の様なジョセフソン接合を次の様に形成した
（図で１はMgO基板、２は第１の超伝導層であるビスマ
ス銅含有酸化物超伝導体のスパッタ膜、３はビスマス層
状化合物膜、４は第２の超伝導層であるビスマス銅含有
酸化物超伝導体のスパッタ膜、５は電極である）。
（図で１はMgO基板、２は第１の超伝導層であるビスマ
ス銅含有酸化物超伝導体のスパッタ膜、３はビスマス層
状化合物膜、４は第２の超伝導層であるビスマス銅含有
酸化物超伝導体のスパッタ膜、５は電極である）。
先ず、MgO基板１上にビスマス１、ストロンチウム
１、カルシウム１及び銅２の組成によりなる焼結体をタ
ーゲットとして用い、高周波マグネトロンスパッタ法で
3,000Åの厚さに第１の超伝導層２を形成した（第２
図）。プラズマ発光分光法によりその膜の組成を分析し
たところ、ビスマス２、ストロウチウム1.48、カルシウ
ム1.50及び銅2.0の組成であった。基板温度は700℃と
し、アルゴンと酸素との混合ガスで、ガス圧は５×10-2
Torrとし、酸素分圧は５×10-3Torrとした。
１、カルシウム１及び銅２の組成によりなる焼結体をタ
ーゲットとして用い、高周波マグネトロンスパッタ法で
3,000Åの厚さに第１の超伝導層２を形成した（第２
図）。プラズマ発光分光法によりその膜の組成を分析し
たところ、ビスマス２、ストロウチウム1.48、カルシウ
ム1.50及び銅2.0の組成であった。基板温度は700℃と
し、アルゴンと酸素との混合ガスで、ガス圧は５×10-2
Torrとし、酸素分圧は５×10-3Torrとした。
上記第１の超伝導層２を形成後、熱処理（条件は酸素
１気圧中で840℃、6hr）を行い、その後毎分３℃の速度
で徐冷した。
１気圧中で840℃、6hr）を行い、その後毎分３℃の速度
で徐冷した。
次にこのビスマス銅含有酸化物超伝導層２上に第３図
示の様にビスマス層状化合物（Bi4Ti3O12）からなる接
合層３を形成した。成膜方法はイオンビーム蒸着法によ
り、ビスマス原子を含む原料物質としてBi2O3を、チタ
ン原子を含む原料物質として金属チタンを使用した。基
板温度を200℃とし、酸素ガスを導入し（９乃至10ml/se
c.）、チタン成分を加速電圧2KV及びイオン化電流100mA
としてイオン化及び加速した。一方、ビスマス原子を含
む原料物質から発生した蒸発物質は抵抗加熱法で蒸着し
た。
示の様にビスマス層状化合物（Bi4Ti3O12）からなる接
合層３を形成した。成膜方法はイオンビーム蒸着法によ
り、ビスマス原子を含む原料物質としてBi2O3を、チタ
ン原子を含む原料物質として金属チタンを使用した。基
板温度を200℃とし、酸素ガスを導入し（９乃至10ml/se
c.）、チタン成分を加速電圧2KV及びイオン化電流100mA
としてイオン化及び加速した。一方、ビスマス原子を含
む原料物質から発生した蒸発物質は抵抗加熱法で蒸着し
た。
ビスマス及びチタン成分の蒸着速度は２乃至３Å/se
c.であり、得られたBi4Ti3O12薄膜３の厚さは30Åの層
状の膜となっていた。
c.であり、得られたBi4Ti3O12薄膜３の厚さは30Åの層
状の膜となっていた。
この上に再度高周波マグネトロンスパッタ法により、
ビスマス銅含有酸化物超伝導体からなる第２の超伝導層
４を形成した（第４図）。成膜速度は５Å/sec.とし、
この層４については一層目の膜２の様な熱処理は行わな
かった。この膜４の膜厚は2,400Åであった。
ビスマス銅含有酸化物超伝導体からなる第２の超伝導層
４を形成した（第４図）。成膜速度は５Å/sec.とし、
この層４については一層目の膜２の様な熱処理は行わな
かった。この膜４の膜厚は2,400Åであった。
次にアルゴンイオンシリングにより、膜の一部を除去
し、第５図示の様な状態とし、続いて金を真空蒸着して
電極５を形成し、第１図に示した本発明のジョセフソン
素子を形成した。この素子の臨界温度を測定したところ
105Kであった。
し、第５図示の様な状態とし、続いて金を真空蒸着して
電極５を形成し、第１図に示した本発明のジョセフソン
素子を形成した。この素子の臨界温度を測定したところ
105Kであった。
このジョセフソン素子の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を
四端子法により60Kで測定した。その結果、第６図に示
す様な特性が得られ、良好な接合が形成されているのが
わかった。
四端子法により60Kで測定した。その結果、第６図に示
す様な特性が得られ、良好な接合が形成されているのが
わかった。
実施例２ ビスマス銅含有酸化物超伝導層からなる第１の超伝導
層２及び第２の超伝導層４をスパッタ法で形成する時に
使用するターゲット材を、ビスマス0.9、鉛0.1、ストロ
ンチウム１、カルシウム１及び銅２の組成のものを用い
た以外は、実施例１と同様にして、本発明のジョセフソ
ン素子を形成した。プラズマ発光分光法により成膜後の
層２及び４の組成を分析したところ、ビスマス２、鉛
１、ストロンチウム３、カルシウム２及び銅５の組成比
であった。又、この素子の臨界温度は92Kであり、60Kに
おいてＩ−Ｖ特性の測定を行ったところ、実施例１とほ
ぼ同様の結果が得られた。
層２及び第２の超伝導層４をスパッタ法で形成する時に
使用するターゲット材を、ビスマス0.9、鉛0.1、ストロ
ンチウム１、カルシウム１及び銅２の組成のものを用い
た以外は、実施例１と同様にして、本発明のジョセフソ
ン素子を形成した。プラズマ発光分光法により成膜後の
層２及び４の組成を分析したところ、ビスマス２、鉛
１、ストロンチウム３、カルシウム２及び銅５の組成比
であった。又、この素子の臨界温度は92Kであり、60Kに
おいてＩ−Ｖ特性の測定を行ったところ、実施例１とほ
ぼ同様の結果が得られた。
実施例３ ビスマス銅含有酸化物超伝導体からなる第１及び第２
の超伝導層２及び４をスパッタ法で形成する時に使用す
るターゲット材を、ビスマス１、ストロンチウム１、カ
ルシウム１、銅1.8及びチタン0.2の組成のものを用いた
以外は実施例１と同様にして本発明のジョセフソン素子
を形成した。成膜後、層２及び４の組成をプラズマ発光
法により分析したところ、ビスマス１、ストロンチウム
1.5、カルシウム1.5、銅1.5及びチタン0.5の組成比であ
った。又、この素子の臨界温度は60Kであった。
の超伝導層２及び４をスパッタ法で形成する時に使用す
るターゲット材を、ビスマス１、ストロンチウム１、カ
ルシウム１、銅1.8及びチタン0.2の組成のものを用いた
以外は実施例１と同様にして本発明のジョセフソン素子
を形成した。成膜後、層２及び４の組成をプラズマ発光
法により分析したところ、ビスマス１、ストロンチウム
1.5、カルシウム1.5、銅1.5及びチタン0.5の組成比であ
った。又、この素子の臨界温度は60Kであった。
20Kにおいてこの素子のＩ−Ｖ特性の測定を行ったと
ころ、実施例１とほぼ同様の結果が得られた。
ころ、実施例１とほぼ同様の結果が得られた。
実施例４ ビスマス銅含有酸化物超伝導体からなる第１及び第２
の超伝導層２及び４は実施例１と同様に、接合層３とし
てのビスマス層状化合物として、Na0.5Bi4.5Ti4O7を用
いた。成膜方法は実施例１と同様にイオンビーム蒸着法
により行った。原料物質はナトリウム、チタン及びBi2O
3を使用した。基板温度は600℃に加熱し、酸素ガスを10
乃至20ml/min.の割合導入しながら、前記の組成比で蒸
着した。
の超伝導層２及び４は実施例１と同様に、接合層３とし
てのビスマス層状化合物として、Na0.5Bi4.5Ti4O7を用
いた。成膜方法は実施例１と同様にイオンビーム蒸着法
により行った。原料物質はナトリウム、チタン及びBi2O
3を使用した。基板温度は600℃に加熱し、酸素ガスを10
乃至20ml/min.の割合導入しながら、前記の組成比で蒸
着した。
蒸着速度は夫々0.5乃至３Å/sec.とし、膜厚は30Åで
あった。
あった。
他は実施例１と同様にして、本発明のジョセフソン素
子を形成した。この素子の臨界温度及びＩ−Ｖ特性共に
実施例１と同様の結果であった。
子を形成した。この素子の臨界温度及びＩ−Ｖ特性共に
実施例１と同様の結果であった。
実施例５ 第１及び第２の超伝導層としてのビスマス銅含有酸化
物超伝導層は、実施例１と同様に、接合層としてのビス
マス層状化合物として、Bi2PbFeTi1.5Sn1.5O7を用い
た。成膜方法は実施例１と同様にイオンビーム蒸着法に
より行った。原料物質は鉛、鉄、チタン、錫及びBi2O3
を使用した。基板温度は600℃に加熱し、酸素ガスを10
乃至20ml/min.の割合導入しながら、前記の組成比で蒸
着した。
物超伝導層は、実施例１と同様に、接合層としてのビス
マス層状化合物として、Bi2PbFeTi1.5Sn1.5O7を用い
た。成膜方法は実施例１と同様にイオンビーム蒸着法に
より行った。原料物質は鉛、鉄、チタン、錫及びBi2O3
を使用した。基板温度は600℃に加熱し、酸素ガスを10
乃至20ml/min.の割合導入しながら、前記の組成比で蒸
着した。
蒸着速度は夫々0.5乃至３Å/sec.とし、膜厚は30Åで
あった。
あった。
他は実施例１と同様にして、本発明のジョセフソン素
子を形成した。この素子の臨界温度及びＩ−Ｖ特性共に
実施例１と同様の結果であった。
子を形成した。この素子の臨界温度及びＩ−Ｖ特性共に
実施例１と同様の結果であった。
（発明の効果） 以上の如き本発明によれば、基板上に第１の酸化物超
伝導層、接合層及び第２の酸化物超伝導層を、順次積層
してなるジョセフソン素子において、上記第１及び第２
の酸化物超伝導層として、層状複合ペロブスカイト構造
を有する上記一般式（Ｉ）のビスマス銅含有酸化物超伝
導体を用い、且つ接合層として、同様の層状複合ペロブ
スカイト構造を有する上記一般式（II）のビスマス層状
化合物を用いることによって、結晶性の良いジョセフソ
ン素子を作成し、且つ薄く均一な接合層を形成し、良好
な特性を有するジョセフソン素子が提供される。
伝導層、接合層及び第２の酸化物超伝導層を、順次積層
してなるジョセフソン素子において、上記第１及び第２
の酸化物超伝導層として、層状複合ペロブスカイト構造
を有する上記一般式（Ｉ）のビスマス銅含有酸化物超伝
導体を用い、且つ接合層として、同様の層状複合ペロブ
スカイト構造を有する上記一般式（II）のビスマス層状
化合物を用いることによって、結晶性の良いジョセフソ
ン素子を作成し、且つ薄く均一な接合層を形成し、良好
な特性を有するジョセフソン素子が提供される。
更には、ビスマス銅含有酸化物超伝導体を用いている
ので、液体窒素温度以上で十分に作動し、耐湿性や耐熱
性等の点でとりわけ優れれたジョセフソン素子が提供さ
れる。
ので、液体窒素温度以上で十分に作動し、耐湿性や耐熱
性等の点でとりわけ優れれたジョセフソン素子が提供さ
れる。
第１図は、本発明のジョセフソン素子の一例を示す図。 第２図は、基板上に第１の超伝導層としてビスマス銅含
有酸化物超伝導層を形成した状態を示す図。 第３図は、第１の超伝導層上に接合層としてビスマス含
有酸化物を形成した状態を示す図。 第４図は接合層上に更に第２の超伝導層としてビスマス
銅含有酸化物超伝導層を形成した状態を示す図。 第５図は電極形成の為、積層膜の一部を除去した状態を
示す図。 第６図は本発明により得られたジョセフソン素子の電流
−電圧特性を示す図。 １……MgO基板 ２……第１の超伝導層 ３……接合層 ４……第２の超伝導層 ５……電極
有酸化物超伝導層を形成した状態を示す図。 第３図は、第１の超伝導層上に接合層としてビスマス含
有酸化物を形成した状態を示す図。 第４図は接合層上に更に第２の超伝導層としてビスマス
銅含有酸化物超伝導層を形成した状態を示す図。 第５図は電極形成の為、積層膜の一部を除去した状態を
示す図。 第６図は本発明により得られたジョセフソン素子の電流
−電圧特性を示す図。 １……MgO基板 ２……第１の超伝導層 ３……接合層 ４……第２の超伝導層 ５……電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 典夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 新妻 清純 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−50122（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−21677（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】基体面に、第１の超伝導層、接合層及び第
２の超伝導層を順次積層してなるジョセフソン素子にお
いて、上記第１及び第２の超伝導層が、周期律表のIa、
IIa、IIIa及びIVb族からなる元素群より選ばれた少なく
とも１種以上の元素をＡとし、Ib、IVa、Va、VIa及びVI
IIa族からなる元素群より選ばれた少なくとも１種以上
の元素をＢとし、且つ希土類元素より選ばれた少なくと
も１種以上の元素をＣとするとき、 ｛(Bi1-bCb)2O2｝(Cu1-aBa)2+nA3+nO(12+3n)-x で表わされ、０≦ｂ＜１、０≦ａ＜１、−１＜ｎ≦10及
びｘ＞０であるビスマス銅含有酸化物超伝導体からな
り、且つ接合層が、希土類元素より選ばれた１種以上の
元素をＣとし、Ca、Na、Ｋ、Ba、Sr、Pb及びPrより選ば
れた１種以上の元素をＢとし、且つNb、Ta、Fe、Sn及び
Gaより選ばれた１種以上の元素をＡとするとき、 ｛(Bi1-bCb)2O2｝+2｛(Bi1-aBa)2(Ti1-aAa)3O10｝n 2- で表わされ、０≦ｂ＜１、０≦ａ＜１、１≦ｎ≦５であ
るビスマス含有酸化物からなることを特徴とするジョセ
フソン素子。
Applications Claiming Priority (4)
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|---|---|---|---|
| JP63-112647 | 1988-05-11 | ||
| JP11264788 | 1988-05-11 | ||
| JP1-28568 | 1989-02-09 | ||
| JP2856889 | 1989-02-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP2740260B2 true JP2740260B2 (ja) | 1998-04-15 |
Family
ID=26366698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1116181A Expired - Fee Related JP2740260B2 (ja) | 1988-05-11 | 1989-05-11 | ジョセフソン素子 |
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| US5151409A (en) * | 1989-01-27 | 1992-09-29 | Hitachi, Ltd. | Superconducting composition comprising ln-th-cu-o, wherein ln is pr, nd, pm, sm, eu, gd, er or mixtures thereof |
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| EP0533568A1 (en) * | 1991-09-17 | 1993-03-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Superconducting thin film formed of oxide superconductor material, superconducting device utilizing the superconducting thin film and method for manufacturing thereof |
| DE69718718T2 (de) * | 1996-07-09 | 2003-08-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Supraleitendes Tunnel-Sperrschichtelement und supraleitende Vorrichtung |
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-
1989
- 1989-05-11 JP JP1116181A patent/JP2740260B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1989-05-11 DE DE68923325T patent/DE68923325T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-05-11 EP EP89304790A patent/EP0342038B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE68923325D1 (de) | 1995-08-10 |
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| DE68923325T2 (de) | 1995-11-23 |
| EP0342038B1 (en) | 1995-07-05 |
| EP0342038A3 (en) | 1990-01-10 |
| JPH03218686A (ja) | 1991-09-26 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |