JP2798958B2 - ジョセフソン接合素子の形成方法 - Google Patents
ジョセフソン接合素子の形成方法Info
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- JP2798958B2 JP2798958B2 JP1078180A JP7818089A JP2798958B2 JP 2798958 B2 JP2798958 B2 JP 2798958B2 JP 1078180 A JP1078180 A JP 1078180A JP 7818089 A JP7818089 A JP 7818089A JP 2798958 B2 JP2798958 B2 JP 2798958B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、論理回路、光スイッチング素子、情報記録
デバイス等に用いられる、基板上に直列に接続された複
数のジョセフソン接合部を有するジョセフソン接合素子
の形成方法に関するものである。
デバイス等に用いられる、基板上に直列に接続された複
数のジョセフソン接合部を有するジョセフソン接合素子
の形成方法に関するものである。
ジョセフソン接合の形式としてはポイントコンタクト
型，サンドイッチ型（SIS型），準平面型，ブリッジ型
等さまざまな形態が提案されている。なかでもブリッジ
型ジョセフソン接合素子は素子形態が単純な構造である
ために、各種の金属超伝導薄膜およびBiPbBaO超伝導薄
膜において、さまざまな形態の検討がなされてきてい
る。（Japn.J.Appl.Phys.,22,544（1983）、特開昭59−
210678） 〔発明が解決しようとする課題〕 これらのブリッジ型ジョセフソン接合素子は、基板全
面に超伝導薄膜を形成後、エッチング等によって所望の
ブリッジを形成するのが一般的であった。しかしながら
近年発見されたセラミクス超伝導薄膜、たとえばYBa2Cu
3O7δ−,ErBa2Cu3O7δ−（０＜δ＜１）,BiSrCaCu系材
料ではその材料組成が複雑なこともあり、エッチングに
より、たとえばY,Ba,Cuなどのエッチング速度が異なる
ため、超伝導体の組成がエッチングにより変化しやすい
という問題があった。このためエッチングにより超伝導
特性を示さなくなったり、パターンの結晶性、再現性、
均一性も良くないという欠点もあった。
型，サンドイッチ型（SIS型），準平面型，ブリッジ型
等さまざまな形態が提案されている。なかでもブリッジ
型ジョセフソン接合素子は素子形態が単純な構造である
ために、各種の金属超伝導薄膜およびBiPbBaO超伝導薄
膜において、さまざまな形態の検討がなされてきてい
る。（Japn.J.Appl.Phys.,22,544（1983）、特開昭59−
210678） 〔発明が解決しようとする課題〕 これらのブリッジ型ジョセフソン接合素子は、基板全
面に超伝導薄膜を形成後、エッチング等によって所望の
ブリッジを形成するのが一般的であった。しかしながら
近年発見されたセラミクス超伝導薄膜、たとえばYBa2Cu
3O7δ−,ErBa2Cu3O7δ−（０＜δ＜１）,BiSrCaCu系材
料ではその材料組成が複雑なこともあり、エッチングに
より、たとえばY,Ba,Cuなどのエッチング速度が異なる
ため、超伝導体の組成がエッチングにより変化しやすい
という問題があった。このためエッチングにより超伝導
特性を示さなくなったり、パターンの結晶性、再現性、
均一性も良くないという欠点もあった。
本発明は上記従来技術の問題点および課題に鑑みなさ
れたものであり、新規なブリッジ形成方法により、情報
記録デバイス、各種理論回路等に有用なブリッジ型粒界
ジョセフソン接合素子を形成しようとするものである。
れたものであり、新規なブリッジ形成方法により、情報
記録デバイス、各種理論回路等に有用なブリッジ型粒界
ジョセフソン接合素子を形成しようとするものである。
本発明は、基板上に、直列に接続された複数のジョセ
フソン接合部を有するジョセフソン接合素子の形成方法
において、基板上に、マスクを用い、該マスクの形状に
応じて行間隔と列間隔とを異にして複数の無機材料膜を
行列状に形成後、該無機材料膜上および該間隔部に超伝
導材料からなる薄膜を形成し、該行間あるいは該列間に
直列に接続された複数のジョセフソン接合部を形成する
工程を有することにより、エッチング工程を経ることな
く、再現性、結晶性、均一性を向上させたジョセフソン
接合を形成しうるものである。
フソン接合部を有するジョセフソン接合素子の形成方法
において、基板上に、マスクを用い、該マスクの形状に
応じて行間隔と列間隔とを異にして複数の無機材料膜を
行列状に形成後、該無機材料膜上および該間隔部に超伝
導材料からなる薄膜を形成し、該行間あるいは該列間に
直列に接続された複数のジョセフソン接合部を形成する
工程を有することにより、エッチング工程を経ることな
く、再現性、結晶性、均一性を向上させたジョセフソン
接合を形成しうるものである。
本発明において、基板上に所望によりパターン化され
て形成されている無機材料は、超伝導薄膜のネガパター
ンとなるものである。
て形成されている無機材料は、超伝導薄膜のネガパター
ンとなるものである。
すなわち、基板上の無機材料上と、該無機材料が形成
されていない基板上に、同一条件下で超伝導薄膜を成膜
した場合、該薄膜の無機材料上の超伝導特性が基板上の
特性より悪い、つまりジョセフソン接合素子として動作
させた時に、無機材料上の超伝導薄膜が超伝導特性をほ
とんど示さなくなるように該無機材料は作用する。これ
は無機材料と超伝導薄膜間における原子の拡散、格子の
ミスマッチ、結晶性の低下等によるが、この結果として
基板上の超伝導薄膜より臨界温度が低いかあるいは超伝
導性を示さなくなる。したがって、この条件を満たすも
のであれば無機材料の種類は限定されるものではない
が、種々の金属、酸化物、窒化物等を例示することがで
き、好ましいものとしては、Al,Au,SiO2,Al2O3,ZnO,AlN
等を挙げることができる。
されていない基板上に、同一条件下で超伝導薄膜を成膜
した場合、該薄膜の無機材料上の超伝導特性が基板上の
特性より悪い、つまりジョセフソン接合素子として動作
させた時に、無機材料上の超伝導薄膜が超伝導特性をほ
とんど示さなくなるように該無機材料は作用する。これ
は無機材料と超伝導薄膜間における原子の拡散、格子の
ミスマッチ、結晶性の低下等によるが、この結果として
基板上の超伝導薄膜より臨界温度が低いかあるいは超伝
導性を示さなくなる。したがって、この条件を満たすも
のであれば無機材料の種類は限定されるものではない
が、種々の金属、酸化物、窒化物等を例示することがで
き、好ましいものとしては、Al,Au,SiO2,Al2O3,ZnO,AlN
等を挙げることができる。
該無機材料の形成方法としては、マスクを使った蒸着
や、レジストパターニング等により行なうことができ、
これらの方法によれば基板上の任意の位置に形成可能で
あり、所望のネガパターンを形成することができる。
や、レジストパターニング等により行なうことができ、
これらの方法によれば基板上の任意の位置に形成可能で
あり、所望のネガパターンを形成することができる。
又、無機材料パターンは、EB露光パターニング等によ
り１μｍ以下のパターニングが可能であるので、各ジョ
セフソン接合間距離を極めて小さくすることができ、接
合数を大きくすることが可能で高集積化にも有利であ
る。尚、該無機材料の厚みとしては数十〜数千Å程度で
よい。又無機材料パターンは所望の個数のジョセフソン
接合が得られるように形成すればよいが、基板上に格子
状に配置することにより、容易に高感度の粒界ジョセフ
ソン接合アレイも形成することができる。
り１μｍ以下のパターニングが可能であるので、各ジョ
セフソン接合間距離を極めて小さくすることができ、接
合数を大きくすることが可能で高集積化にも有利であ
る。尚、該無機材料の厚みとしては数十〜数千Å程度で
よい。又無機材料パターンは所望の個数のジョセフソン
接合が得られるように形成すればよいが、基板上に格子
状に配置することにより、容易に高感度の粒界ジョセフ
ソン接合アレイも形成することができる。
上記したように無機材料のネガパターンを形成した
後、次に超伝導薄膜を作成すれば、簡単にジョセフソン
接合アレイを形成することができる。また、ジョセフソ
ン接合アレイにすることによってノーマル抵抗値RN、お
よび超伝導臨界電流値ICが大きくなり、素子に印加でき
る電圧Ｖ＝ICRNを上げることが可能となる。
後、次に超伝導薄膜を作成すれば、簡単にジョセフソン
接合アレイを形成することができる。また、ジョセフソ
ン接合アレイにすることによってノーマル抵抗値RN、お
よび超伝導臨界電流値ICが大きくなり、素子に印加でき
る電圧Ｖ＝ICRNを上げることが可能となる。
また、成膜する超伝導薄膜は、臨界ジョセフソン接合
を形成しうる超伝導物質の薄膜であれば良く、代表的に
はＹ−Ba−Cu−O,Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ等を用いることが
できるが、その化合物組成をＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄと表わすと
きＡがLa,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Sc,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tb,L
u,Bi,TlおよびＹよりなる群より選ばれた一種以上の元
素;BがBa,Ca,SrおよびPbよりなる群から選ばれた一種以
上の元素;CがV,Ti,Cr,Mn,Fe,Ni,Co,Ag,CdおよびCuより
なる群から選ばれた一種以上の元素;DがＳおよびＯより
なる群から選ばれる一種以上の元素である超伝導物質に
よる薄膜は薄膜化が容易であるため本発明による形成方
法に好適である。
を形成しうる超伝導物質の薄膜であれば良く、代表的に
はＹ−Ba−Cu−O,Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ等を用いることが
できるが、その化合物組成をＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄと表わすと
きＡがLa,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Sc,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tb,L
u,Bi,TlおよびＹよりなる群より選ばれた一種以上の元
素;BがBa,Ca,SrおよびPbよりなる群から選ばれた一種以
上の元素;CがV,Ti,Cr,Mn,Fe,Ni,Co,Ag,CdおよびCuより
なる群から選ばれた一種以上の元素;DがＳおよびＯより
なる群から選ばれる一種以上の元素である超伝導物質に
よる薄膜は薄膜化が容易であるため本発明による形成方
法に好適である。
基板上への超伝導薄膜の成膜方法としては、通常のス
パッタ法，電子ビーム加熱法，抵抗加熱法,MBE法,CVD
法，イオンビーム法等が適用できるが、無機材料上と基
板状とで同一条件下で成膜できるものが好ましい。超伝
導薄膜の厚みとしては100〜10000Å程度でよい。
パッタ法，電子ビーム加熱法，抵抗加熱法,MBE法,CVD
法，イオンビーム法等が適用できるが、無機材料上と基
板状とで同一条件下で成膜できるものが好ましい。超伝
導薄膜の厚みとしては100〜10000Å程度でよい。
尚、基板上に成膜された超伝導薄膜は必要に応じて熱
処理されるが、基板は超伝導薄膜との熱膨張係数の近い
ものを選ぶことでさらにその耐久性を向上させることも
できる。
処理されるが、基板は超伝導薄膜との熱膨張係数の近い
ものを選ぶことでさらにその耐久性を向上させることも
できる。
この様に本発明に係るブリッジ形成方法によれば、超
伝導薄膜は基板上に成膜後エッチング等の処理を受けな
いため、得られるジョセフソン接合素子は再現性、結晶
性、均一性の優れたものとすることができ、又エッチン
グ等によらず、無機材料によるパターン形成によるため
EB露光パターニング等により極めて小さい接合間距離で
各ジョセフソン接合を形成でき、高感度の光スイッチン
グ素子、論理回路、情報記録デバイス等を作成すること
ができる。
伝導薄膜は基板上に成膜後エッチング等の処理を受けな
いため、得られるジョセフソン接合素子は再現性、結晶
性、均一性の優れたものとすることができ、又エッチン
グ等によらず、無機材料によるパターン形成によるため
EB露光パターニング等により極めて小さい接合間距離で
各ジョセフソン接合を形成でき、高感度の光スイッチン
グ素子、論理回路、情報記録デバイス等を作成すること
ができる。
尚、本発明における上記以外の構成については常法に
したがって行なうことができる。
したがって行なうことができる。
〔実施例〕 以下本発明を実施例によって、より具体的に説明す
る。
る。
実施例１ MgO（100）基板上にマスクを利用したRFスパッタ法で
Al2O3パターン４を第１図に示す様に20行20列作製し
た。その際Al2O3パターン４の大きさは７μｍ巾とし、
行間距離Ａを３μｍに固定し、列間距離Ｂを0.5〜２μ
ｍと変化させＢの値と応答周波数特性との関係を調べ
た。
Al2O3パターン４を第１図に示す様に20行20列作製し
た。その際Al2O3パターン４の大きさは７μｍ巾とし、
行間距離Ａを３μｍに固定し、列間距離Ｂを0.5〜２μ
ｍと変化させＢの値と応答周波数特性との関係を調べ
た。
この基板上にBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ焼結体ターゲットを
用いてマスクを用いたRFスパッタ法で成膜したところBi
−Sr−Ca−Cu−Ｏ薄膜が形成された。この時の成膜条件
は、基板温度＜100℃,Arガス圧力0.5Pa,スパッタパワー
100Wで堆積速度50Å/min,膜厚は4000Åであった。
用いてマスクを用いたRFスパッタ法で成膜したところBi
−Sr−Ca−Cu−Ｏ薄膜が形成された。この時の成膜条件
は、基板温度＜100℃,Arガス圧力0.5Pa,スパッタパワー
100Wで堆積速度50Å/min,膜厚は4000Åであった。
さらにこの基板を酸素雰囲気中で850℃,1時間の熱処
理を行い、Tc＝70Kとなる超伝導薄膜5aを作成した（第
１図）。表１にＢの変化による特性の変化を示す。
理を行い、Tc＝70Kとなる超伝導薄膜5aを作成した（第
１図）。表１にＢの変化による特性の変化を示す。
なお、２μｍ×２μｍのウィークジャンクション部１
個をもつ粒界ジョセフソン接合では、IC＝0.2mA,RN＝0.
9ΩでICRN＝0.18mVであり、本発明によりICRN積を大巾
に改善できた。
個をもつ粒界ジョセフソン接合では、IC＝0.2mA,RN＝0.
9ΩでICRN＝0.18mVであり、本発明によりICRN積を大巾
に改善できた。
以上説明したように単結晶基板上にあらかじめ無機材
料でネガ形のパターンを形成した後、超伝導薄膜を形成
するため、ネガ形パターンを制御することによって、粒
界ジョセフソン接合素子アレイのICRN積を大きくするこ
とができ、デバイス動作時の印加電圧を大きくすること
ができる。
料でネガ形のパターンを形成した後、超伝導薄膜を形成
するため、ネガ形パターンを制御することによって、粒
界ジョセフソン接合素子アレイのICRN積を大きくするこ
とができ、デバイス動作時の印加電圧を大きくすること
ができる。
また、超伝導薄膜形成後のエッチング工程を必要とし
ないため、素子の再現性、結晶性、均一性を向上させる
ことができ、品質の良い素子をつくることができる。
ないため、素子の再現性、結晶性、均一性を向上させる
ことができ、品質の良い素子をつくることができる。
第１図は実施例１において作製したジョセフソン接合素
子の構成を示す模式平面図（一部省略）である。 1:基板 2,4:無機材料 3a,5a:超伝導薄膜 3b,5b:非超伝導薄膜 A:行間距離 B:列間距離
子の構成を示す模式平面図（一部省略）である。 1:基板 2,4:無機材料 3a,5a:超伝導薄膜 3b,5b:非超伝導薄膜 A:行間距離 B:列間距離
───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献 特開 昭63−306677（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−14977（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−28384（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 39/00 H01L 39/22 H01L 39/24
Claims (2)
- 【請求項１】基板上に、直列に接続された複数のジョセ
フソン接合部を有するジョセフソン接合素子の形成方法
において、基板上に、マスクを用い、該マスクの形状に
応じて行間隔と列間隔とを異にして複数の無機材料膜を
行列状に形成後、該無機材料膜上および該間隔部に超伝
導部材からなる薄膜を形成し、該行間あるいは該列間に
直列に接続された複数のジョセフソン接合部を形成する
工程を有することを特徴とするジョセフソン接合素子の
形成方法。 - 【請求項２】前記超伝導薄膜の化合物組成をＡ−Ｂ−Ｃ
−Ｄと表わすとき、ＡがLa,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Sc,Eu,Gd,T
b,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Bi,TlおよびＹよりなる群より選
ばれた一種以上の元素;BがBa,Ca,SrおよびPbよりなる群
より選ばれた一種以上の元素;CがV,Ti,Cr,Mn,Fe,Ni,Co,
Ag,CdおよびCuよりなる群から選ばれた一種以上の元素;
DがＳおよびＯよりなる群から選ばれた一種以上の元素
である請求項１に記載のジョセフソン接合素子の形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1078180A JP2798958B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ジョセフソン接合素子の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1078180A JP2798958B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ジョセフソン接合素子の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02260475A JPH02260475A (ja) | 1990-10-23 |
| JP2798958B2 true JP2798958B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=13654769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1078180A Expired - Fee Related JP2798958B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ジョセフソン接合素子の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2798958B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63306677A (ja) * | 1987-06-08 | 1988-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超電導装置およびその製造方法 |
| JPS6414977A (en) * | 1987-07-09 | 1989-01-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Superconducting device and manufacture thereof |
| JPH0228384A (ja) * | 1988-06-15 | 1990-01-30 | Shimadzu Corp | ジョセフソン接合素子 |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP1078180A patent/JP2798958B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02260475A (ja) | 1990-10-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |