JP2746990B2 - Superconducting element - Google Patents

Superconducting element

Info

Publication number
JP2746990B2
JP2746990B2 JP1064131A JP6413189A JP2746990B2 JP 2746990 B2 JP2746990 B2 JP 2746990B2 JP 1064131 A JP1064131 A JP 1064131A JP 6413189 A JP6413189 A JP 6413189A JP 2746990 B2 JP2746990 B2 JP 2746990B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
oxide superconductor
insulating layer
superconducting
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP1064131A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH02244682A (en
Inventor
公一 水島
二朗 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP1064131A priority Critical patent/JP2746990B2/en
Publication of JPH02244682A publication Critical patent/JPH02244682A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2746990B2 publication Critical patent/JP2746990B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、酸化物超電導体を用いた超電導素子に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a superconducting element using an oxide superconductor.

(従来の技術) 従来から、ある温度以下でその電気抵抗が零となる超
電導物質は数多く発見されており、それらを用いて超電
導導線や超電導電子デバイスなどを実現しようとする試
みが種々検討されてきている。また、最近、液体窒素の
沸点温度以上の転移温度を有する酸化物系の高温超電導
体、たとえばY−Ba−Cu−O系で代表される酸素欠陥を
有する欠陥ペロブスカイト型の酸化物超電導体、さらに
臨界温度が高いBi−Sr−Ca−Cu−O系やTl−Ba−Ca−Cu
−O系の酸化物超電導体などが種々発見され、これら高
温超電導体を用いて高価な液体ヘリウムを必要としない
超電導素子を実現する試みが関心を呼ぶに至っている。
(Prior Art) Conventionally, many superconducting materials whose electric resistance becomes zero below a certain temperature have been discovered, and various attempts to realize a superconducting wire or a superconducting device using them have been studied. ing. Recently, an oxide-based high-temperature superconductor having a transition temperature equal to or higher than the boiling point of liquid nitrogen, for example, a defect perovskite-type oxide superconductor having an oxygen defect represented by a Y-Ba-Cu-O system, High critical temperature Bi-Sr-Ca-Cu-O system and Tl-Ba-Ca-Cu
Various -O-based oxide superconductors have been discovered, and attempts to realize a superconducting element that does not require expensive liquid helium using these high-temperature superconductors have been attracting attention.

超電導素子の多くは、ジョセフソン素子に代表される
ように、超電導層/絶縁層/超電導層、あるいは超電導
層/半導体層/超電導層による接合を基本構造として含
んでいる。ここで、上記超電導層/絶縁層/超電導層接
合における絶縁層は、充分なトンネル電流を得るため
に、10Å〜50Åと言ったように充分に薄く形成しなけれ
ばならない。
Many superconducting elements, as typified by a Josephson element, include, as a basic structure, a superconducting layer / insulating layer / superconducting layer or a junction of a superconducting layer / semiconductor layer / superconducting layer. Here, the insulating layer in the superconducting layer / insulating layer / superconducting layer junction must be formed sufficiently thin, such as 10 ° to 50 °, in order to obtain a sufficient tunnel current.

しかし、酸化物超電導体を利用して上記3層構造の接
合を形成しようとする場合、従来の合金系超電導体のよ
うに金属薄膜を酸化することによって形成される酸化膜
を絶縁層として利用することができず、また通常の絶縁
体を薄膜形成しようとする場合には、酸化物超電導体層
自体の表面平滑性を充分に向上させることが困難である
ために、表面粗さの大きい酸化物超電導体層上に充分に
薄い絶縁層を均一にかつ再現性よく形成することは非常
に困難であった。
However, when it is intended to form a junction having the above three-layer structure using an oxide superconductor, an oxide film formed by oxidizing a metal thin film like a conventional alloy-based superconductor is used as an insulating layer. When a normal insulator is to be formed as a thin film, it is difficult to sufficiently improve the surface smoothness of the oxide superconductor layer itself. It has been very difficult to form a sufficiently thin insulating layer on the superconductor layer uniformly and with good reproducibility.

一方、上記3層構造のトンネル接合に代えて、点接触
型やスリット型の接合方式による超電導素子も検討され
ているが、将来超電導素子による集積回路などを目指す
上では、上記3層構造の接合が不可欠である。
On the other hand, a superconducting element using a point contact type or a slit type joining method is also being studied in place of the above-mentioned three-layered tunnel junction. Is essential.

(発明が解決しようとする課題) 上述したように、臨界温度の高い酸化物超電導体を用
いて良好な接合特性を示す超電導層/絶縁層/超電導層
のジョセフソン接合を構成する上で、酸化物超電導体層
上に充分なトンネル電流を得ることが可能な絶縁層を再
現性よく形成することが必須条件であるが、現状の薄膜
形成技術では、酸化物超電導体層上に充分に薄い絶縁層
を均一にかつ再現性よく形成することは非常に困難を極
めている。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in forming a Josephson junction of a superconducting layer / insulating layer / superconducting layer exhibiting good junction characteristics using an oxide superconductor having a high critical temperature, oxidation is performed. It is an essential condition that an insulating layer capable of obtaining a sufficient tunnel current is formed on the superconductor layer with good reproducibility. However, with the current thin film forming technology, a sufficiently thin insulating layer is formed on the oxide superconductor layer. It is extremely difficult to form a layer uniformly and with good reproducibility.

このように、良好な接合特性を示しかつ再現性に優れ
た酸化物超電導体と絶縁体とによる積層型ジョセフソン
接合のようなトンネル接合は、今だ得られていないのが
現状である。これは、準粒子注入型3端子素子などにお
ける超電導層/絶縁層/半導体層によるトンネル接合に
おいても同様である。そして、酸化物超電導体を用いて
具体的な超電導素子を実現する上で、酸化物超電導体層
上に絶縁層を介在させることによって形成される積層型
ジョセフソン接合の接合特性や再現性を向上させること
が強く望まれている。
As described above, at present, a tunnel junction such as a stacked Josephson junction using an oxide superconductor and an insulator having good junction characteristics and excellent reproducibility has not yet been obtained. The same applies to a tunnel junction of a superconducting layer / insulating layer / semiconductor layer in a quasiparticle injection type three-terminal element or the like. In order to realize a specific superconducting element using an oxide superconductor, the junction characteristics and reproducibility of the stacked Josephson junction formed by interposing an insulating layer on the oxide superconductor layer have been improved. It is strongly desired to do so.

本発明は、このような課題に対処するためになされた
もので、絶縁層の成形技術に拘らず、再現性に優れかつ
良好な接合特性が得られる、酸化物超電導体層上に絶縁
層を介在させることによって形成される積層型ジョセフ
ソン接合を有する超電導素子を提供することを目的とし
ている。
The present invention has been made to address such a problem, and regardless of the insulating layer forming technique, an insulating layer can be formed on an oxide superconductor layer that is excellent in reproducibility and provides good bonding characteristics. It is an object of the present invention to provide a superconducting element having a stacked Josephson junction formed by intervening.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) すなわち本発明は、酸化物超電導体層上に薄膜状の絶
縁層が介在されることによって形成される積層型ジョセ
フソン接合を有する超電導素子において、前記絶縁層
は、イオン化エネルギーが5eV〜6.5eVの範囲にあり、前
記超電導素子の動作温度において絶縁体として機能す
る、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体お
よびIV族半導体から選ばれる少なくとも1種の半導体に
よって構成されていることを特徴としている。
[Means for Solving the Problems] That is, the present invention relates to a superconducting element having a laminated Josephson junction formed by interposing a thin-film insulating layer on an oxide superconducting layer. The insulating layer has an ionization energy in the range of 5 eV to 6.5 eV and functions as an insulator at the operating temperature of the superconducting element, and is selected from a group III-V compound semiconductor, a group II-VI compound semiconductor, and a group IV semiconductor. It is characterized by being constituted by at least one kind of semiconductor.

酸化物超電導体としては多数のものが知られている
が、本発明においては希土類元素含有のペロブスカイト
型構造を有する酸化物超電導体や、Bi−Sr−Ca−Cu−O
系酸化物超電導体、Tl−Ba−Ca−Cu−O系酸化物超電導
体などが適用される。
Many oxide superconductors are known, but in the present invention, oxide superconductors having a perovskite structure containing a rare earth element, Bi-Sr-Ca-Cu-O
An oxide-based superconductor, a Tl-Ba-Ca-Cu-O-based oxide superconductor, or the like is applied.

ここでいる希土類元素を含有しペロブスカイト型構造
を有する酸化物超電導体は、超電導状態を実現できるも
のであればよく、たとえばLnM2Cu3O7−δ系(LnはY、
La、Sc、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luなど
の希土類元素から選ばれた少なくとも1種の元素を、M
はBa、Sr、Caから選ばれた少なくとも1種の元素を、δ
は酸素欠陥を表し通常1以下の数、Cuの一部はTi、V、
Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Znなどで置換可能。)の酸化物な
どが例示される。また、Bi−Sr−Ca−Cu−O系酸化物超
電導体は、化学式 Bi2Sr2Ca2Cu3Ox ……(I) Bi2(Sr,Ca)3Cu3Ox ……(II) (式中、Biの一部はPbやSbなどで置換可能。)などで表
されるものであり、Tl−Ba−Ca−Cu−O系酸化物超電導
体は、化学式 Tl2Ba2Ca2Cu3Ox ……(III) Tl2(Ba,Ca)3Cu3Ox ……(IV) などで表されるものである。
The oxide superconductor containing a rare earth element and having a perovskite structure may be any as long as it can realize a superconducting state. For example, an LnM 2 Cu 3 O 7-δ system (Ln is Y,
At least one element selected from rare earth elements such as La, Sc, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu is represented by M
Represents at least one element selected from Ba, Sr, and Ca,
Represents an oxygen vacancy, usually 1 or less, and part of Cu is Ti, V,
Can be replaced with Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, etc. )) And the like. Furthermore, Bi-Sr-Ca-Cu -O based oxide superconductor has the formula Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 Ox ...... (I) Bi 2 (Sr, Ca) 3 Cu 3 Ox ...... (II) ( In the formula, a part of Bi can be replaced with Pb, Sb, or the like.), And the Tl—Ba—Ca—Cu—O-based oxide superconductor has a chemical formula of Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 Ox ... (III) Tl 2 (Ba, Ca) 3 Cu 3 Ox ... (IV)

また、本発明の超電導素子における絶縁層は、イオン
化エネルギーが5eV〜6.5eVの範囲にあり、超電導素子の
動作温度において絶縁体として機能する(抵抗値で1kΩ
以上)半導体によって構成される。たとえば、電気絶縁
体または超電導素子の動作温度において絶縁体として機
能する(抵抗値で1kΩ以上)半導体によって構成され
る。
The insulating layer in the superconducting element of the present invention has an ionization energy in the range of 5 eV to 6.5 eV and functions as an insulator at the operating temperature of the superconducting element (1 kΩ in resistance value).
The above is constituted by a semiconductor. For example, it is formed of a semiconductor that functions as an insulator (at a resistance value of 1 kΩ or more) at the operating temperature of an electric insulator or a superconducting element.

このような半導体材料としては、Ga1-xAlxAs、GaAs
1-xPxなどのIII−V族化合物半導体、ZnSe1-xSxなどのI
I−VI族化合物半導体、Se1-x、Tex、S1-xSexなどのVI族
半導体から選ばれる少なくとも1種が挙げられ、不純物
のドーピング量を調節することによってイオン化エネル
ギーを上記範囲内に制御することが可能である。
Such semiconductor materials include Ga 1-x Al x As, GaAs
III-V group compound semiconductors such as 1-x P x and I such as ZnSe 1-x S x
At least one selected from group VI semiconductors such as I-VI group compound semiconductors, Se 1-x , Te x , and S 1-x Se x is used, and the ionization energy is adjusted to the above range by adjusting the doping amount of impurities. It is possible to control within.

ここで、絶縁層となる半導体のイオン化エネルギーを
5eV〜6.5eVの範囲に限定したのは、以下の理由による。
Here, the ionization energy of the semiconductor to be the insulating layer is
The reason for limiting the range to 5 eV to 6.5 eV is as follows.

たとえば超電導層/絶縁層/超電導層によるトンネル
障壁の高さは、金属系超電導体を用いた場合には、金属
の仕事関数と絶縁体の電子親和力との差によってほぼ決
定されるが、酸化物超電導体を用いた場合には、酸化物
超電導体がp型の縮退半導体であるため、酸化物超電導
体のイオン化エネルギーと絶縁層のイオン化エネルギー
との差によってほぼ決定され、この値をできるだけ小さ
くすることによって絶縁層の厚さを無視することが可能
となる。そして、酸化物超電導体のイオン化エネルギー
は、従来の遷移金属酸化物の値から5eV〜6.5eVの範囲と
推定される。したがって、絶縁層となる低温で絶縁体と
して振舞う半導体のイオン化エネルギーの値を5eV〜6.5
eVの範囲とすることによって、絶縁層の厚さを良好な膜
形成が可能な程度まで厚くしても、トンネル障壁の低い
ジョセフソン接合が得られ、充分なトンネル電流を流す
ことが可能となる。
For example, when a metal-based superconductor is used, the height of the tunnel barrier formed by the superconducting layer / insulating layer / superconducting layer is substantially determined by the difference between the work function of the metal and the electron affinity of the insulator. When a superconductor is used, since the oxide superconductor is a p-type degenerate semiconductor, it is almost determined by the difference between the ionization energy of the oxide superconductor and the ionization energy of the insulating layer, and this value is made as small as possible. This makes it possible to ignore the thickness of the insulating layer. The ionization energy of the oxide superconductor is estimated to be in the range of 5 eV to 6.5 eV from the value of the conventional transition metal oxide. Therefore, the value of the ionization energy of a semiconductor that behaves as an insulator at a low temperature to be an insulating layer is 5 eV to 6.5
By setting the range of eV, even if the thickness of the insulating layer is made thick enough to form a good film, a Josephson junction with a low tunnel barrier can be obtained, and sufficient tunnel current can flow. .

また、この際の絶縁層構成材料のイオン化エネルギー
は、酸化物超電導体のイオン化エネルギーに対して±0.
2eV程度に設定することが好ましい。
In this case, the ionization energy of the insulating layer constituting material is ± 0% of the ionization energy of the oxide superconductor.
It is preferable to set to about 2 eV.

本発明の超電導素子におけるジョセフソン接合は、た
とえばジョセフソン素子、準粒子注入型3端子素子、SQ
UID素子などにおける超電導層/絶縁層/超電導層によ
るものや、準粒子注入型3端子素子における超電導層/
絶縁層/半導体層によるものなどである。
Josephson junctions in the superconducting element of the present invention include, for example, a Josephson element, a quasiparticle-injected three-terminal element, an SQ
Superconducting layer / insulating layer / superconducting layer in UID element, etc., or superconducting layer /
For example, an insulating layer / semiconductor layer is used.

本発明の超電導素子における超電導体層および絶縁層
は、マグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ
法、クラスターイオンビーム法、分子線エピタキシ(MB
E)法、プラズマCVD法などの各種薄膜形成法によって得
ることができる。また、超電導体層の厚さは、酸化物超
電導体が超電導特性を示す厚さ、すなわち概ね1000Å以
上とすることが好ましく、絶縁層の厚さは上述したよう
に各層の形成材料のイオン化エネルギーの差によって決
定されるトンネル障壁の高さに依存し、トンネル効果を
阻害しない範囲内で良好な膜形成が可能な厚さ、たとえ
ば50Å〜100Å程度とすることが好ましい。
The superconducting layer and the insulating layer in the superconducting element of the present invention may be formed by magnetron sputtering, ion beam sputtering, cluster ion beam, molecular beam epitaxy (MB
It can be obtained by various thin film forming methods such as E) method and plasma CVD method. Further, the thickness of the superconductor layer is preferably a thickness at which the oxide superconductor exhibits superconductivity, that is, approximately 1000 mm or more, and the thickness of the insulating layer is, as described above, the ionization energy of the material forming each layer. Depending on the height of the tunnel barrier determined by the difference, it is preferable that the thickness be such that a good film can be formed within a range that does not hinder the tunnel effect, for example, about 50 ° to 100 °.

(作 用) たとえば超電導層/絶縁層/超電導層による積層型ジ
ョセフソン接合の場合、絶縁層の厚さが余り厚くなる
と、超電導体間の弱い接合が得られなくなり、充分なト
ンネル電流が得られなくなる。そこで、充分なトンネル
電流を得るためには、トンネル障壁の高さを充分に低く
することが重要である。
(Operation) For example, in the case of a stacked Josephson junction using a superconducting layer / insulating layer / superconducting layer, if the thickness of the insulating layer is too large, a weak junction between the superconductors cannot be obtained, and a sufficient tunnel current can be obtained. Disappears. Therefore, in order to obtain a sufficient tunnel current, it is important to make the height of the tunnel barrier sufficiently low.

本発明においては、酸化物超電導体層上に絶縁層が介
在して形成されるトンネル障壁の高さが、酸化物超電導
体のイオン化エネルギーと絶縁層のイオン化エネルギー
との差によってほぼ決定されることを利用し、絶縁層と
なる低温で絶縁体として振舞う半導体のイオン化エネル
ギーの値を5eV〜6.5eVと、酸化物超電導体のイオン化エ
ネルギーと同等な値に設定しているため、トンネル障壁
の高さを極力低くすることができ、よって絶縁層の厚さ
を良好な膜形成が可能な程度に多少厚くすることが可能
となる。したがって、たとえば酸化物超電導体層/絶縁
層/酸化物超電導体層による積層型ジョセフソン接合を
極めて容易にかつ再現性よく得ることができる。
In the present invention, the height of the tunnel barrier formed by the interposition of the insulating layer on the oxide superconductor layer is substantially determined by the difference between the ionization energy of the oxide superconductor and the ionization energy of the insulating layer. The value of the ionization energy of the semiconductor that behaves as an insulator at a low temperature, which becomes the insulating layer, is set to 5 eV to 6.5 eV, which is equivalent to the ionization energy of the oxide superconductor. Can be reduced as much as possible, so that the thickness of the insulating layer can be made somewhat thick enough to form a good film. Therefore, for example, a stacked Josephson junction using an oxide superconductor layer / an insulating layer / an oxide superconductor layer can be obtained extremely easily and with good reproducibility.

(実施例) 次に、この発明の実施例について説明する。(Example) Next, an example of the present invention will be described.

第1図は、本発明を適用した一実施例のジョセフソン
素子を模式的に示す図である。チタン酸ストロンチウム
(SrTiO3)基板1上には、厚さ約5000ÅのYBa2Cu3O
7−δ組成の第1の酸化物超電導体層2(転移温度=90
K)がストライプ状に形成されている。
FIG. 1 is a view schematically showing a Josephson element according to an embodiment to which the present invention is applied. On a strontium titanate (SrTiO 3 ) substrate 1, a YBa 2 Cu 3 O having a thickness of about 5000
First oxide superconductor layer 2 having a 7-δ composition (transition temperature = 90)
K) are formed in a stripe shape.

この第1の酸化物超電導体層2上のほぼ中央部には、
厚さ約50Åの絶縁層3が形成されている。この絶縁層3
はGaAs0.40.6からなるものであり、約50Kで電気絶縁
体として機能し、またイオン化エネルギーは約6eVであ
る。この絶縁層3上には、第1の酸化物超電導体層2と
直交するように、厚さ約5000ÅのYBa2Cu3O7−δ組成の
第2の酸化物超電導体4(転移温度=75K)がストライ
プ状に形成されている。
At a substantially central portion on the first oxide superconductor layer 2,
An insulating layer 3 having a thickness of about 50 ° is formed. This insulating layer 3
Is made of GaAs 0.4 P 0.6 , functions as an electrical insulator at about 50 K, and has an ionization energy of about 6 eV. On this insulating layer 3, a second oxide superconductor 4 (transition temperature = YBa 2 Cu 3 O 7-δ composition having a thickness of about 5000 °) is formed so as to be orthogonal to the first oxide superconductor layer 2. 75K) is formed in a stripe shape.

そして、第1および第2の酸化物超電導体層2、4の
それぞれの両端部上に電流電圧端子となるAu電極5、
6、7、8が形成されてジョセフソン素子が構成されて
いる。なお、第1および第2の酸化物超電導体層2、4
の形成材料であるVBa2Cu3O7−δのイオン化エネルギー
は、UPSからの推定によると約6.3eVである。
Then, on both ends of the first and second oxide superconductor layers 2, 4, an Au electrode 5, which serves as a current-voltage terminal,
6, 7, 8 are formed to constitute a Josephson element. The first and second oxide superconductor layers 2, 4
The ionization energy of VBa 2 Cu 3 O 7-δ , which is a material for forming, is about 6.3 eV as estimated from UPS.

このようなジョセフソン素子は、たとえば以下のよう
にして製造される。
Such a Josephson element is manufactured, for example, as follows.

まず、SrTiO3基板1上にレーザ蒸着法によってYBa2Cu
3O7−δ組成の酸化物超電導体膜を形成する。次に、こ
の酸化物超電導体膜上に所定の幅でMBE法によりGaAs0.4
0.6からなる半導体膜を形成した後に、半導体膜が所
定の長さだけ残存するように、ストライプ状にウエット
エッチングなどによって加工し、第1の酸化物超電導体
層2と絶縁層3とを形成する。
First, YBa 2 Cu was deposited on a SrTiO 3 substrate 1 by laser evaporation.
An oxide superconductor film of 3 O 7-δ composition is formed. Next, GaAs 0.4 is formed on the oxide superconductor film by MBE at a predetermined width.
After the semiconductor film made of P 0.6 is formed, the first oxide superconductor layer 2 and the insulating layer 3 are formed by processing in a stripe shape by wet etching or the like so that the semiconductor film remains by a predetermined length. I do.

次いで、ストライプ状に形成された第1の酸化物超電
導体層2および絶縁層3上に、直交して第2の酸化物超
電導体層4が形成されるようにマスキングを施し、再び
レーザ蒸着法によってYBa2Cu3O7−δ組成の酸化物超電
導体膜を着膜させ、第2の酸化物超電導体層4を形成す
る。
Next, masking is performed on the first oxide superconductor layer 2 and the insulating layer 3 formed in a stripe shape so that the second oxide superconductor layer 4 is formed orthogonally, and the laser vapor deposition method is performed again. Thereby, an oxide superconductor film having a composition of YBa 2 Cu 3 O 7-δ is deposited, and a second oxide superconductor layer 4 is formed.

この後、Au電極5、6、7、8を第1および第2の酸
化物超電導体層2、4の両端部に通常の蒸着法によって
形成し、ジョセフソン素子を得る。
Thereafter, Au electrodes 5, 6, 7, and 8 are formed on both ends of the first and second oxide superconductor layers 2 and 4 by a normal vapor deposition method to obtain a Josephson device.

このようにして作製した上記構成のジョセフソン素子
の電圧−電流特性を液体ヘリウム温度中で測定したとこ
ろ、第2図に示す結果が得られた。同図からも明らかな
ように、この実施例のジョセフソン素子は、大きい超電
導ギャップ(2Δ=10mV)が観測され、良好なジョセフ
ソン接合が形成されていることが確認された。
When the voltage-current characteristics of the thus-produced Josephson device were measured at a liquid helium temperature, the results shown in FIG. 2 were obtained. As is clear from the figure, in the Josephson device of this example, a large superconducting gap (2Δ = 10 mV) was observed, and it was confirmed that a good Josephson junction was formed.

このように、この実施例のジョセフソン素子において
は、酸化物超電導体からなる第1および第2の酸化物超
電導体層2、4と絶縁層3とのイオン化エネルギーが近
似しているため、絶縁層3の厚さを50Åと比較的厚くし
ているのにも拘らず、充分なトンネル電流が得られ、結
果として大きい超電導ギャップが得られている。
As described above, in the Josephson device of this embodiment, since the ionization energies of the first and second oxide superconductor layers 2 and 4 made of an oxide superconductor and the insulating layer 3 are close to each other, the insulation Despite the relatively thick layer 3 having a thickness of 50 °, a sufficient tunnel current is obtained, and as a result, a large superconducting gap is obtained.

次に、本発明の他の実施例について説明する。第3図
は、本発明の超電導素子を準粒子注入型3端子素子に適
用した実施例を示す図である。
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a view showing an embodiment in which the superconducting element of the present invention is applied to a quasiparticle injection type three-terminal element.

同図において、11はGaAsからなる半導体基板であり、
この半導体基板11上には、この3端子素子の動作温度で
絶縁体として機能するGaAs0.40.6膜12を介して、YBa2
Cu3O7−δ組成の第1の酸化物超電導体層13が形成され
ている。
In the figure, reference numeral 11 denotes a semiconductor substrate made of GaAs,
On the semiconductor substrate 11, a YBa 2 layer is formed via a GaAs 0.4 P 0.6 film 12 functioning as an insulator at the operating temperature of the three-terminal device.
A first oxide superconductor layer 13 having a composition of Cu 3 O 7-δ is formed.

この第1の酸化物超電導体層13上には、同様にGaAs
0.40.6膜14を介して、YBa2Cu3O7−δ組成の第2の酸
化物超電導体層15が形成され、準粒子注入型3端子素子
が構成されている。
On the first oxide superconductor layer 13, similarly, GaAs
A second oxide superconductor layer 15 having a composition of YBa 2 Cu 3 O 7-δ is formed via a 0.4 P 0.6 film 14 to constitute a quasiparticle-injection type three-terminal element.

この準粒子注入型3端子素子においては、GaAs0.4
0.6膜が第1の酸化物超電導体層13上と第2の酸化物超
電導体層15とをトンネル接合する絶縁層の他に、半導体
基板11から第1の酸化物超電導体膜13への準粒子注入の
ためのトンネル障壁としてもGaAs0.40.6膜が利用され
ており、それぞれにおいて良好なトンネル接合を形成し
ている。
In this quasiparticle injection type three-terminal element, GaAs 0.4 P
In addition to the insulating layer that forms a tunnel junction between the first oxide superconductor layer 13 and the second oxide superconductor layer 15, the 0.6 A GaAs 0.4 P 0.6 film is also used as a tunnel barrier for particle injection, and each forms a good tunnel junction.

[発明の効果] 以上説明したように本発明の超電導素子によれば、酸
化物超電導体層上に絶縁層を介在させることによって形
成される積層型ジョセフソン接合における優れた接合特
性を再現性よく得ることができる。したがって、酸化物
超電導体を用いたジョセフソン素子のような超電導素子
の実現に大きく貢献するものである。
[Effects of the Invention] As described above, according to the superconducting element of the present invention, excellent junction characteristics in a stacked Josephson junction formed by interposing an insulating layer on an oxide superconductor layer are reproducibly obtained. Obtainable. Therefore, it greatly contributes to the realization of a superconducting element such as a Josephson element using an oxide superconductor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例のジョセフソン素子を示す斜
視図、第2図はその電流−電圧特性を示す図、第3図は
本発明の他の実施例の準粒子注入型3端子素子の構成を
模式的に示す断面図である。 2、13……第1の酸化物超電導体層、3……化合物半導
体からなる絶縁層、4、15……第2の酸化物超電導体
層、11……半導体基板、12、14……GaAs0.40.6膜。
FIG. 1 is a perspective view showing a Josephson device according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing its current-voltage characteristics, and FIG. 3 is a quasi-particle injection type three-terminal according to another embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the structure of an element typically. 2, 13 ... first oxide superconductor layer, 3 ... insulating layer made of a compound semiconductor, 4, 15 ... second oxide superconductor layer, 11 ... semiconductor substrate, 12, 14 ... GaAs 0.4 P 0.6 film.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】酸化物超電導体層上に薄膜状の絶縁層が介
在されることによって形成される積層型ジョセフソン接
合を有する超電導素子において、 前記絶縁層は、イオン化エネルギーが5eV〜6.5eVの範囲
にあり、前記超電導素子の動作温度において絶縁体とし
て機能する、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物
半導体およびVI族半導体から選ばれる少なくとも1種の
半導体によって構成されていることを特徴とする超電導
素子。
1. A superconducting element having a laminated Josephson junction formed by interposing a thin insulating layer on an oxide superconductor layer, wherein the insulating layer has an ionization energy of 5 eV to 6.5 eV. The semiconductor device is in the range, and functions as an insulator at the operating temperature of the superconducting element, and is formed of at least one semiconductor selected from a group III-V compound semiconductor, a group II-VI compound semiconductor and a group VI semiconductor. Superconducting element.
JP1064131A 1989-03-16 1989-03-16 Superconducting element Expired - Fee Related JP2746990B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1064131A JP2746990B2 (en) 1989-03-16 1989-03-16 Superconducting element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1064131A JP2746990B2 (en) 1989-03-16 1989-03-16 Superconducting element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02244682A JPH02244682A (en) 1990-09-28
JP2746990B2 true JP2746990B2 (en) 1998-05-06

Family

ID=13249217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1064131A Expired - Fee Related JP2746990B2 (en) 1989-03-16 1989-03-16 Superconducting element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2746990B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2053549A1 (en) * 1990-11-15 1992-05-16 John A. Agostinelli Construction of high temperature josephson junction device
DE60134923D1 (en) * 2000-08-21 2008-09-04 Nat Inst For Materials Science Process for producing a high-temperature superconducting Josephson junction

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0147482B1 (en) * 1983-12-28 1987-08-19 International Business Machines Corporation Low temperature tunneling transistor
JPS63211688A (en) * 1987-02-27 1988-09-02 Hitachi Ltd Superconducting transistor
JPS6446990A (en) * 1987-08-17 1989-02-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Josephson element and manufacture thereof
JPS6451680A (en) * 1987-08-22 1989-02-27 Sumitomo Electric Industries Oxide ceramics laminated layer structure and its manufacture
JPH01102973A (en) * 1987-10-16 1989-04-20 Hitachi Ltd Photo-controlled superconducting device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH02244682A (en) 1990-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5274249A (en) Superconducting field effect devices with thin channel layer
Char et al. Study of interface resistances in epitaxial YBa2Cu3O7− x/barrier/YBa2Cu3O7− x junctions
US5627139A (en) High-temperature superconducting josephson devices having a barrier layer of a doped, cubic crystalline, conductive oxide material
EP0314484B1 (en) Superconductor element and method of manufacturing the same
US5250817A (en) Alkali barrier superconductor Josephson junction and circuit
CA2029662C (en) Tunnel junction device using compound oxide superconductor material
JP2746990B2 (en) Superconducting element
EP0701292B1 (en) Field-effect type superconducting device
JPH0834320B2 (en) Superconducting element
EP0482198B1 (en) Superconducting tunnel junction element comprising a magnetic oxide material and its use
EP0371462B1 (en) Oxide superconducting device
JPH11346010A (en) Photodetector
JP2774531B2 (en) Superconductor device
JP3011411B2 (en) Superconducting element
US5441926A (en) Superconducting device structure with Pr-Ba-Cu-O barrier layer
Dong et al. Electric field effect in Sm/sub 1-x/Ca/sub x/Ba/sub 2/Cu/sub 3/O/sub y/bicrystal junctions
JPS63299281A (en) Superconducting device
Brorsson et al. Field effect devices based on metal-insulator-YBa/sub 2/Cu/sub 3/O/sub 7-x/films
JP3076503B2 (en) Superconducting element and method of manufacturing the same
JP2829201B2 (en) Superconducting element
JP2888650B2 (en) Superconducting member manufacturing method
JP2774713B2 (en) Superconducting element
JP3034322B2 (en) Method for manufacturing superconducting junction structure
JP3155641B2 (en) Superconducting tunnel junction device
JP3207295B2 (en) Superconducting element

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees