JP2862706B2 - 超電導素子 - Google Patents
超電導素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導近接効果を利用
した超電導素子に関する。
した超電導素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導体／常伝導体／超電導体接合に
は、これを構成する常伝導体中に両側の超電導体より及
ぼされる超電導近接効果によって、超電導電流を流すこ
とができる。このような接合を有する素子は、いわゆる
ジョセフソン素子として動作する。近年では、酸化物高
温超電導体を用いて、このような超電導電子デバイスを
作製するための研究が活発になってきている。
は、これを構成する常伝導体中に両側の超電導体より及
ぼされる超電導近接効果によって、超電導電流を流すこ
とができる。このような接合を有する素子は、いわゆる
ジョセフソン素子として動作する。近年では、酸化物高
温超電導体を用いて、このような超電導電子デバイスを
作製するための研究が活発になってきている。
【０００３】しかし、上記したような超電導体／常伝導
体／超電導体接合は、一般に臨界電流Ｉc の値は大きい
ものの、常伝導抵抗Ｒn が小さく、結果的にＩc ・Ｒn
積が小さいことから、これを超電導デバイスとして応用
することは困難であった。これを改善するためには、臨
界電流Ｉc または常伝導抵抗Ｒn を増やせばよいわけで
あるが、臨界電流密度は超電導現象の特性で最大値が決
っており、大幅に増やすことは不可能であることから、
Ｉc ・Ｒn 積を大きくするためには、常伝導抵抗Ｒn を
大きくする必要がある。
体／超電導体接合は、一般に臨界電流Ｉc の値は大きい
ものの、常伝導抵抗Ｒn が小さく、結果的にＩc ・Ｒn
積が小さいことから、これを超電導デバイスとして応用
することは困難であった。これを改善するためには、臨
界電流Ｉc または常伝導抵抗Ｒn を増やせばよいわけで
あるが、臨界電流密度は超電導現象の特性で最大値が決
っており、大幅に増やすことは不可能であることから、
Ｉc ・Ｒn 積を大きくするためには、常伝導抵抗Ｒn を
大きくする必要がある。
【０００４】この常伝導抵抗Ｒn を大きくするための方
法として、従来は、常伝導体により構成される中間層に
不純物を入れる等して、電子の不純物散乱を増やし、こ
れによって中間層の抵抗を増やす方法が試みられてき
た。しかしながら、このような方法では、中間層の抵抗
がその厚さに比例するため、中間層の厚さが厚い場合に
は有効であるものの、中間層が薄い場合には中間層の抵
抗だけでは、望むような大きな常伝導抵抗Ｒn を得るこ
とができないという問題があった。さらに、上記した方
法は、中間層内のコヒーレンス長を短くしてしまうため
に、臨界電流Ｉc の値を小さくしてしまうという問題も
あった。したがって、中間層中のコヒーレンス長がもと
もと短いような場合には、極端に臨界電流Ｉc が小さく
なるため、上記したような方法によってＩc ・Ｒn 積を
増大させることは、ほぼ不可能であった。
法として、従来は、常伝導体により構成される中間層に
不純物を入れる等して、電子の不純物散乱を増やし、こ
れによって中間層の抵抗を増やす方法が試みられてき
た。しかしながら、このような方法では、中間層の抵抗
がその厚さに比例するため、中間層の厚さが厚い場合に
は有効であるものの、中間層が薄い場合には中間層の抵
抗だけでは、望むような大きな常伝導抵抗Ｒn を得るこ
とができないという問題があった。さらに、上記した方
法は、中間層内のコヒーレンス長を短くしてしまうため
に、臨界電流Ｉc の値を小さくしてしまうという問題も
あった。したがって、中間層中のコヒーレンス長がもと
もと短いような場合には、極端に臨界電流Ｉc が小さく
なるため、上記したような方法によってＩc ・Ｒn 積を
増大させることは、ほぼ不可能であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、超電
導体／常伝導体／超電導体接合における中間層中に不純
物を入れて、常伝導抵抗Ｒn を大きくしようとする従来
の方法は、中間層が薄い場合には不向きで、さらに中間
層中のコヒーレンス長がもともと短い比較的高い温度で
の動作を考えた素子、例えば酸化物超電導体を使用し、
77K動作を考えた接合の場合には、適用できないという
問題を有していた。そこで、中間層が薄い場合にも適用
でき、また中間層中のコヒーレンス長を短くすることな
く、常伝導抵抗Ｒn を大きくする方法の開発が強く望ま
れていた。
導体／常伝導体／超電導体接合における中間層中に不純
物を入れて、常伝導抵抗Ｒn を大きくしようとする従来
の方法は、中間層が薄い場合には不向きで、さらに中間
層中のコヒーレンス長がもともと短い比較的高い温度で
の動作を考えた素子、例えば酸化物超電導体を使用し、
77K動作を考えた接合の場合には、適用できないという
問題を有していた。そこで、中間層が薄い場合にも適用
でき、また中間層中のコヒーレンス長を短くすることな
く、常伝導抵抗Ｒn を大きくする方法の開発が強く望ま
れていた。
【０００６】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、中間層が薄い場合にも適用でき、ま
た中間層中のコヒーレンス長を変えずに、接合のＩc ・
Ｒn 積を増大することが可能な超電導素子を提供するこ
とを目的としている。
になされたもので、中間層が薄い場合にも適用でき、ま
た中間層中のコヒーレンス長を変えずに、接合のＩc ・
Ｒn 積を増大することが可能な超電導素子を提供するこ
とを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明の超電導
素子は、 2つの超電導体層間に、常伝導体層を中間層と
して存在させて構成した超電導体／常伝導体／超電導体
接合を有する超電導素子において、少なくとも一方の前
記超電導体層と常伝導体層との界面に、界面抵抗を増加
させる界面層を介在させたことを特徴としている。
素子は、 2つの超電導体層間に、常伝導体層を中間層と
して存在させて構成した超電導体／常伝導体／超電導体
接合を有する超電導素子において、少なくとも一方の前
記超電導体層と常伝導体層との界面に、界面抵抗を増加
させる界面層を介在させたことを特徴としている。
【０００８】本発明における界面層は、超電導体／常伝
導体の接合部の界面抵抗を増加させる層であり、これに
よって常伝導抵抗Ｒｎを増大させるものである。このよ
うな界面層としては、トンネル現象により電予が透過で
きる程度の厚さの絶縁体層、あるいは界面層と超電導体
層もしくは常伝導体層との境界面において、電子の界面
反射を起こさせる導電性物質層が用いられる。いずれの
場合においても、接合部での電子の透過率を減少させ
て、界面抵抗を増やすことができる。
導体の接合部の界面抵抗を増加させる層であり、これに
よって常伝導抵抗Ｒｎを増大させるものである。このよ
うな界面層としては、トンネル現象により電予が透過で
きる程度の厚さの絶縁体層、あるいは界面層と超電導体
層もしくは常伝導体層との境界面において、電子の界面
反射を起こさせる導電性物質層が用いられる。いずれの
場合においても、接合部での電子の透過率を減少させ
て、界面抵抗を増やすことができる。
【０００９】
【作用】一般に、超電導体／常伝導体の界面抵抗を増や
すと、超電導体／常伝導体／超電導体接合の臨界電流が
減少するため、従来は超電導体／常伝導体の接合部では
臨界電流を減らさないよう、界面抵抗の小さい界面を作
ることが試みられてきた。しかし、図５に見られるよう
に、界面に挟む層の厚さを無視できる場合の理論計算か
らは、界面抵抗の大きさが適当な範囲内にあれば、界面
抵抗が小さい場合よりも、かえってＩc ・Ｒn 積を大き
くできることが分かる。具体的な値は、超電導体、常伝
導体の状態密度、フェルミ速度の値、常伝導体層の厚さ
によって異なるが、その傾向は同じである。
すと、超電導体／常伝導体／超電導体接合の臨界電流が
減少するため、従来は超電導体／常伝導体の接合部では
臨界電流を減らさないよう、界面抵抗の小さい界面を作
ることが試みられてきた。しかし、図５に見られるよう
に、界面に挟む層の厚さを無視できる場合の理論計算か
らは、界面抵抗の大きさが適当な範囲内にあれば、界面
抵抗が小さい場合よりも、かえってＩc ・Ｒn 積を大き
くできることが分かる。具体的な値は、超電導体、常伝
導体の状態密度、フェルミ速度の値、常伝導体層の厚さ
によって異なるが、その傾向は同じである。
【００１０】この現象は、次のように理解できる。ＳＮ
Ｓ接合の臨界電流Ｉc は界面抵抗の小さいうちは、ほぼ
Ｎ層の性質で決まるため、界面抵抗を増やしても臨界電
流はあまり減らず、その結果、界面抵抗を増やすことに
より、Ｉc ・Ｒn 積を増加させることができる。しか
し、ある値を超えて界面抵抗を大きくしすぎると、臨界
電流が界面により抑制されるようになり、界面抵抗を増
やしても臨界電流の減少分がまさって、結局Ｉc ・Ｒn
積は減ってしまう。
Ｓ接合の臨界電流Ｉc は界面抵抗の小さいうちは、ほぼ
Ｎ層の性質で決まるため、界面抵抗を増やしても臨界電
流はあまり減らず、その結果、界面抵抗を増やすことに
より、Ｉc ・Ｒn 積を増加させることができる。しか
し、ある値を超えて界面抵抗を大きくしすぎると、臨界
電流が界面により抑制されるようになり、界面抵抗を増
やしても臨界電流の減少分がまさって、結局Ｉc ・Ｒn
積は減ってしまう。
【００１１】これらのことから、界面層として適度の抵
抗値を有する絶縁体層を用いた場合には、Ｉc ・Ｒn 積
を大きく増加させることが可能となる。この際、超電導
体／常伝導体接合の界面に介在させる絶縁体層の厚さ
は、その抵抗が臨界電流をあまり減らさない範囲にある
ことが重要である。この条件は、絶縁体層によるキャパ
シタンスＣが絶縁体層の厚さに反比例し、絶縁体層の抵
抗Ｒ1 が絶縁体層の厚さに指数関数的に依存することに
より、ＣとＲ1 を用いて表すことができ、ジョセフソン
プラズマ周波数をωJ としたとき、Ｒ1 ・Ｃ＜1/ωJ を
満足させたときに達成される。
抗値を有する絶縁体層を用いた場合には、Ｉc ・Ｒn 積
を大きく増加させることが可能となる。この際、超電導
体／常伝導体接合の界面に介在させる絶縁体層の厚さ
は、その抵抗が臨界電流をあまり減らさない範囲にある
ことが重要である。この条件は、絶縁体層によるキャパ
シタンスＣが絶縁体層の厚さに反比例し、絶縁体層の抵
抗Ｒ1 が絶縁体層の厚さに指数関数的に依存することに
より、ＣとＲ1 を用いて表すことができ、ジョセフソン
プラズマ周波数をωJ としたとき、Ｒ1 ・Ｃ＜1/ωJ を
満足させたときに達成される。
【００１２】また、界面層として導電性物質層を用いる
場合には、界面抵抗がその導電性物質自体の抵抗に比べ
て大きくなければ、常伝導体中に不純物を入れた場合と
同様の接合となってしまう。したがって、導電性物質を
挟んでＩc ・Ｒn 積を大きくするためには、界面抵抗が
該導電性物質自体の抵抗より大きいことが必要である。
このような条件は、該導電性物質自体の抵抗をＲ2 、導
電性物質層を介在させたことによる常伝導抵抗の増加分
をＲ′n としたとき、Ｒ2 ＜Ｒ′n −Ｒ2 を満足させる
ことにより達成される。
場合には、界面抵抗がその導電性物質自体の抵抗に比べ
て大きくなければ、常伝導体中に不純物を入れた場合と
同様の接合となってしまう。したがって、導電性物質を
挟んでＩc ・Ｒn 積を大きくするためには、界面抵抗が
該導電性物質自体の抵抗より大きいことが必要である。
このような条件は、該導電性物質自体の抵抗をＲ2 、導
電性物質層を介在させたことによる常伝導抵抗の増加分
をＲ′n としたとき、Ｒ2 ＜Ｒ′n −Ｒ2 を満足させる
ことにより達成される。
【００１３】これらの方法によれば、界面抵抗が中間層
の厚さと無関係であることから、中間層の厚さが薄い場
合にも、所望とする大きさの常伝導抵抗Ｒnを得ること
が可能となる。さらに中間層のコヒーレンス長は、中間
層のフェルミ速度、電子の平均自由行程、温度により決
まっていることから、上記した界面層を介在させても、
中間層のコヒーレンス長を変化させることはない。した
がって、超電導体／常伝導体（中間層）／超電導体接合
の少なくとも一方の界面に、界面層を介在させることに
よって、中間層の厚さの制限なしに、また中間層のコヒ
ーレンス長を短くすることなしに、常伝導抵抗Ｒn 、さ
らにはＩc ・Ｒn 積を大きくすることが可能となる。
の厚さと無関係であることから、中間層の厚さが薄い場
合にも、所望とする大きさの常伝導抵抗Ｒnを得ること
が可能となる。さらに中間層のコヒーレンス長は、中間
層のフェルミ速度、電子の平均自由行程、温度により決
まっていることから、上記した界面層を介在させても、
中間層のコヒーレンス長を変化させることはない。した
がって、超電導体／常伝導体（中間層）／超電導体接合
の少なくとも一方の界面に、界面層を介在させることに
よって、中間層の厚さの制限なしに、また中間層のコヒ
ーレンス長を短くすることなしに、常伝導抵抗Ｒn 、さ
らにはＩc ・Ｒn 積を大きくすることが可能となる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１５】実施例１ 図１は、本発明の一実施例の超電導素子の要部を示す断
面図である。下部超電導体層としては、 SrTiO3 基板１
上に多元スパッタ法により成膜した Y-Ba-Cu-O系の酸化
物超電導体膜２を用いた。この Y-Ba-Cu-O系酸化物超電
導体膜２上に、界面抵抗を増大させるための絶縁体層
（バリヤ層）として、金属酸化膜３を形成した。この金
属酸化膜３は、酸化性の金属、例えばAl、Cu、Ba等の金
属薄膜を酸化物超電導体膜１上に直接形成し、その後酸
化させることにより形成したものである。このような金
属酸化膜３の厚さは、 0.5nm〜 1nm程度とした。
面図である。下部超電導体層としては、 SrTiO3 基板１
上に多元スパッタ法により成膜した Y-Ba-Cu-O系の酸化
物超電導体膜２を用いた。この Y-Ba-Cu-O系酸化物超電
導体膜２上に、界面抵抗を増大させるための絶縁体層
（バリヤ層）として、金属酸化膜３を形成した。この金
属酸化膜３は、酸化性の金属、例えばAl、Cu、Ba等の金
属薄膜を酸化物超電導体膜１上に直接形成し、その後酸
化させることにより形成したものである。このような金
属酸化膜３の厚さは、 0.5nm〜 1nm程度とした。
【００１６】さらに上記金属酸化膜３上に、常伝導体層
として、50nm程度の厚さを有するAu、Ag等の貴金属膜４
を成膜し、この貴金属膜４上に10μm ×10μm 程度の開
口部５を有する層間絶縁膜６を形成した。そして、上部
超電導体層としてスパッタ法により、上記開口部５内を
含んで50nm程度の厚さの金属超電導体膜７、例えばNb膜
やPb膜を成膜し、超電導体／常伝導体／超電導体接合を
作製した。
として、50nm程度の厚さを有するAu、Ag等の貴金属膜４
を成膜し、この貴金属膜４上に10μm ×10μm 程度の開
口部５を有する層間絶縁膜６を形成した。そして、上部
超電導体層としてスパッタ法により、上記開口部５内を
含んで50nm程度の厚さの金属超電導体膜７、例えばNb膜
やPb膜を成膜し、超電導体／常伝導体／超電導体接合を
作製した。
【００１７】このようにして得た超電導体／常伝導体／
超電導体接合を有する超電導素子の液体へリウム温度
(4.2K)におけるＩ−Ｖ特性を測定したところ、図２に示
す結果が得られた。上記接合の臨界電流Ｉc の値は1.2m
Aであり、常伝導抵抗Ｒn の大きさは 4.5×10-2Ωであ
った。したがって、上記接合では、Ｉc ・Ｒn 積として
54μV が得られている。
超電導体接合を有する超電導素子の液体へリウム温度
(4.2K)におけるＩ−Ｖ特性を測定したところ、図２に示
す結果が得られた。上記接合の臨界電流Ｉc の値は1.2m
Aであり、常伝導抵抗Ｒn の大きさは 4.5×10-2Ωであ
った。したがって、上記接合では、Ｉc ・Ｒn 積として
54μV が得られている。
【００１８】また、本発明との比較のために、金属酸化
膜３を形成することなく、 Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体
膜２上に直接、常伝導体層として貴金属層４を成膜する
以外は、上記実施例と同一条件で、超電導体／常伝導体
／超電導体接合を作製したところ、臨界電流Ｉc の値は
4.5mAで、常伝導抵抗Ｒn の大きさは 1.6×10-3Ωであ
った。したがって、この接合のＩc ・Ｒn 積は 7.2μV
であった。
膜３を形成することなく、 Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体
膜２上に直接、常伝導体層として貴金属層４を成膜する
以外は、上記実施例と同一条件で、超電導体／常伝導体
／超電導体接合を作製したところ、臨界電流Ｉc の値は
4.5mAで、常伝導抵抗Ｒn の大きさは 1.6×10-3Ωであ
った。したがって、この接合のＩc ・Ｒn 積は 7.2μV
であった。
【００１９】このように、上記実施例による超電導素子
は、超電導体／常伝導体の界面に、絶縁体層として適度
な抵抗値を有する金属酸化膜３を介在させているため、
上記界面になにも挟まない接合と比べ、はるかに大きな
Ｉc ・Ｒn 積の値を得ることができた。ただし、超電導
体／常伝導体の界面に介在させる金属酸化膜３の抵抗は
大きすぎないことが重要で、Ｉc ・Ｒn 積を大きく増加
させるための条件は、接合のキャパシタンスをＣ、絶縁
体層（金属酸化膜３）による抵抗をＲ1 、ジョセフソン
プラズマ周波数をωJ としたとき、Ｒ1 ・Ｃ＜1/ωJ の
条件を満足させることであることを確認した。
は、超電導体／常伝導体の界面に、絶縁体層として適度
な抵抗値を有する金属酸化膜３を介在させているため、
上記界面になにも挟まない接合と比べ、はるかに大きな
Ｉc ・Ｒn 積の値を得ることができた。ただし、超電導
体／常伝導体の界面に介在させる金属酸化膜３の抵抗は
大きすぎないことが重要で、Ｉc ・Ｒn 積を大きく増加
させるための条件は、接合のキャパシタンスをＣ、絶縁
体層（金属酸化膜３）による抵抗をＲ1 、ジョセフソン
プラズマ周波数をωJ としたとき、Ｒ1 ・Ｃ＜1/ωJ の
条件を満足させることであることを確認した。
【００２０】なお、上記した実施例のように、下部超電
導体層として酸化物超電導体を用いる場合、酸化物超電
導体膜を形成した後に、酸化性金属膜（金属酸化膜）お
よび貴金属膜を大気に晒すことなく成膜することが望ま
しい。このようにすることによって、より良好な特性を
持った酸化物超電導体／貴金属常伝導体／金属超電導体
接合を得ることができる。
導体層として酸化物超電導体を用いる場合、酸化物超電
導体膜を形成した後に、酸化性金属膜（金属酸化膜）お
よび貴金属膜を大気に晒すことなく成膜することが望ま
しい。このようにすることによって、より良好な特性を
持った酸化物超電導体／貴金属常伝導体／金属超電導体
接合を得ることができる。
【００２１】実施例２ 図３は、超電導体／常伝導体／超電導体接合の各構成層
を全て酸化物で作製した超電導素子の要部断面図であ
る。下部超電導体としては、実施例１と同様に、SrTiO
3 基板１上に多元スパッタ法により成膜した Y-Ba-Cu-O
系の酸化物超電導体膜２を用いた。
を全て酸化物で作製した超電導素子の要部断面図であ
る。下部超電導体としては、実施例１と同様に、SrTiO
3 基板１上に多元スパッタ法により成膜した Y-Ba-Cu-O
系の酸化物超電導体膜２を用いた。
【００２２】次いで、この Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体
膜２上に、界面バリヤ層（絶縁体層）として、 Y-Ba-Cu
-O系酸化物超電導体の YをPrで置換した、Pr-Ba-Cu-O膜
８を1nm〜 5nm程度の厚さで成膜した。さらにその上
に、中間常伝導体層として、 Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導
体の Yの60mol%をPrで置換した、 (Pr0.6 ,Y0.4 )-Ba-C
u-O膜９を50nmの厚さで積層した後、さらにその上に上
部超電導体層として用いる 200nmの Y-Ba-Cu-O系酸化物
超電導体膜１０を成膜した。
膜２上に、界面バリヤ層（絶縁体層）として、 Y-Ba-Cu
-O系酸化物超電導体の YをPrで置換した、Pr-Ba-Cu-O膜
８を1nm〜 5nm程度の厚さで成膜した。さらにその上
に、中間常伝導体層として、 Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導
体の Yの60mol%をPrで置換した、 (Pr0.6 ,Y0.4 )-Ba-C
u-O膜９を50nmの厚さで積層した後、さらにその上に上
部超電導体層として用いる 200nmの Y-Ba-Cu-O系酸化物
超電導体膜１０を成膜した。
【００２３】この場合、 Y-Ba-Cu-O系酸化物の Yの60mo
l%をPrで置換した、 (Pr0.6 ,Y0.4 ）-Ba-Cu-O膜９は、
常伝導特性を示すことにより、上記接合は超電導体／常
伝導体／超電導体接合として動作する。この実施例で
は、 Y-Ba-Cu-O膜、(Y,Pr)-Ba-Cu-O膜等を多元スパッタ
法を用いて成膜することにより、上記接合構造を連続し
た成膜工程によって得ることができた。
l%をPrで置換した、 (Pr0.6 ,Y0.4 ）-Ba-Cu-O膜９は、
常伝導特性を示すことにより、上記接合は超電導体／常
伝導体／超電導体接合として動作する。この実施例で
は、 Y-Ba-Cu-O膜、(Y,Pr)-Ba-Cu-O膜等を多元スパッタ
法を用いて成膜することにより、上記接合構造を連続し
た成膜工程によって得ることができた。
【００２４】この後、成膜装置から取り出し、フォトレ
ジスト（図示せず）をマスクとしてイオンミリング等の
方法を用いて、上部の Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体膜１
０、(Pr0.6 ,Y0.4 )-Ba-Cu-O 膜９およびPr-Ba-Cu-O膜
８を順次エッチングし、下部超電導体層２に対する電極
を形成した。
ジスト（図示せず）をマスクとしてイオンミリング等の
方法を用いて、上部の Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体膜１
０、(Pr0.6 ,Y0.4 )-Ba-Cu-O 膜９およびPr-Ba-Cu-O膜
８を順次エッチングし、下部超電導体層２に対する電極
を形成した。
【００２５】このようにして得た接合構造を有する超電
導素子も、4.2KでのＩ−Ｖ特性は典型的な S/N/S接合特
性を示した。また、界面にPr-Ba-Cu-O膜８を挟まない接
合に比べて、Ｉc ・Ｒn 積の増加が確認された。この場
合も、界面層の抵抗は大きすぎないことが重要で、界面
バリヤ層としてのPr-Ba-Cu-O膜８のＲ1 、ＣがＲ1 ・Ｃ
＜1/ωJ の条件を満たす場合に、Ｉc ・Ｒn 積の大きな
増加が観測された。
導素子も、4.2KでのＩ−Ｖ特性は典型的な S/N/S接合特
性を示した。また、界面にPr-Ba-Cu-O膜８を挟まない接
合に比べて、Ｉc ・Ｒn 積の増加が確認された。この場
合も、界面層の抵抗は大きすぎないことが重要で、界面
バリヤ層としてのPr-Ba-Cu-O膜８のＲ1 、ＣがＲ1 ・Ｃ
＜1/ωJ の条件を満たす場合に、Ｉc ・Ｒn 積の大きな
増加が観測された。
【００２６】実施例３ 図４は、本発明の他の実施例の超電導素子の要部を示す
断面図である。この実施例では、下部超電導体層２およ
び上部超電導体層１０として、実施例２と同様に、 Y-B
a-Cu-O系酸化物超電導体膜を用いており、中間常伝導体
層として Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体の Yの60mol%をPr
で置換した (Pr0.6 ,Y0.4 )-Ba-Cu-O 膜９を用いてい
る。また、界面層としては、 Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導
体の Yの70mol%をPrで置換した、 (Pr0.7 ,Y0.3 )-Ba-C
u-O 膜１１を用いている。
断面図である。この実施例では、下部超電導体層２およ
び上部超電導体層１０として、実施例２と同様に、 Y-B
a-Cu-O系酸化物超電導体膜を用いており、中間常伝導体
層として Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体の Yの60mol%をPr
で置換した (Pr0.6 ,Y0.4 )-Ba-Cu-O 膜９を用いてい
る。また、界面層としては、 Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導
体の Yの70mol%をPrで置換した、 (Pr0.7 ,Y0.3 )-Ba-C
u-O 膜１１を用いている。
【００２７】この場合、界面層として用いられる (Pr
0.7 ,Y0.3 )-Ba-Cu-O 膜１１は、導電性物質であるが、
下部超電導体層である Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体膜２
との間でフェルミ速度に大きな差があるため、この界面
での界面反射によって電子の透過率が減少することによ
り、界面抵抗の増大が達成される。
0.7 ,Y0.3 )-Ba-Cu-O 膜１１は、導電性物質であるが、
下部超電導体層である Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体膜２
との間でフェルミ速度に大きな差があるため、この界面
での界面反射によって電子の透過率が減少することによ
り、界面抵抗の増大が達成される。
【００２８】上記したような構成の接合を有する超電導
素子においては、界面層として導電性物質を用いている
ために、この導電性物質自体の抵抗が大きい場合には、
接合のＩc を低下させ、十分なＩc ・Ｒn 積の増加が得
られない場合がある。このような実験を繰り返し行った
結果、Ｉc ・Ｒn 積の増大を得るためには、界面抵抗が
界面層として用いられた導電性物質自身の抵抗より大き
いことが必要であり、すなわちＲ2 ＜Ｒ′n −Ｒ2 なる
関係が満たされる必要があることを確認した。この実施
例においては、このような条件が満足される場合に、著
しいＩc ・Ｒn 積の増加が観測された。
素子においては、界面層として導電性物質を用いている
ために、この導電性物質自体の抵抗が大きい場合には、
接合のＩc を低下させ、十分なＩc ・Ｒn 積の増加が得
られない場合がある。このような実験を繰り返し行った
結果、Ｉc ・Ｒn 積の増大を得るためには、界面抵抗が
界面層として用いられた導電性物質自身の抵抗より大き
いことが必要であり、すなわちＲ2 ＜Ｒ′n −Ｒ2 なる
関係が満たされる必要があることを確認した。この実施
例においては、このような条件が満足される場合に、著
しいＩc ・Ｒn 積の増加が観測された。
【００２９】なお、上記各実施例では、接合の構成とし
て超電導体／常伝導体／超電導体によるものを用いてい
るが、常伝導体層として用いる材質には、素子の動作温
度よりも低温において、超電導性を示す物質であっても
よいことは当然である。また、上記実施例では、界面層
を下部超電導体層と常伝導体層との界面に形成した例を
示したが、上部超電導体層と常伝導体層との界面に形成
しても同様な効果が得られることは当然であり、さらに
双方の界面に形成した場合についても同様な効果が得ら
れた。さらに、Bi系やTl系等の他の酸化物超電導体を用
いた場合においても、同様な効果が得られた。
て超電導体／常伝導体／超電導体によるものを用いてい
るが、常伝導体層として用いる材質には、素子の動作温
度よりも低温において、超電導性を示す物質であっても
よいことは当然である。また、上記実施例では、界面層
を下部超電導体層と常伝導体層との界面に形成した例を
示したが、上部超電導体層と常伝導体層との界面に形成
しても同様な効果が得られることは当然であり、さらに
双方の界面に形成した場合についても同様な効果が得ら
れた。さらに、Bi系やTl系等の他の酸化物超電導体を用
いた場合においても、同様な効果が得られた。
【００３０】
【発明の効果】以上の説明したように、本発明の超電導
素子によれば、超電導体／常伝導体の接合面に、適度に
界面抵抗を増加させる界面層を介在させているため、中
間層が薄い接合においても、また中間層中のコヒーレン
ス長が短い接合においても、再現性よくＩc ・Ｒn 積を
増やすことが可能となる。
素子によれば、超電導体／常伝導体の接合面に、適度に
界面抵抗を増加させる界面層を介在させているため、中
間層が薄い接合においても、また中間層中のコヒーレン
ス長が短い接合においても、再現性よくＩc ・Ｒn 積を
増やすことが可能となる。
【図１】本発明の一実施例による超電導素子の要部を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】図１に示す超電導素子の液体ヘリウム温度での
Ｉ−Ｖ特性を示す図である。
Ｉ−Ｖ特性を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例による超電導素子の要部を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施例による超電導素子の
要部を示す断面図である。
要部を示す断面図である。
【図５】超電導体／常伝導体／超電導体接合における界
面抵抗を変化させた際のＩc ・Ｒn 積の変化の理論計算
値を示す図である。
面抵抗を変化させた際のＩc ・Ｒn 積の変化の理論計算
値を示す図である。
１…… SrTiO3 基板 ２、１０…… Y-Ba-Cu-O系の酸化物超電導体膜 ３……金属酸化膜 ４……貴金属膜 ７……金属超電導体膜 ８……Pr-Ba-Cu-O膜 ９…… (Pr0.6 ,Y0.4 )-Ba-Cu-O 膜 １１… (Pr0.7 ,Y0.3 )-Ba-Cu-O 膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 39/22 H01L 39/24 H01L 39/00
Claims (2)
- 【請求項１】 超電導体層間に、常伝導体層を中間層と
して存在させて構成した超電導体／常伝導体／超電導体
接合を有する超電導素子において、 少なくとも一方の前記超電導体層と常伝導体層との界面
に、界面抵抗を増加させる界面層を介在させており、か
つ前記界面層は電子がトンネル現象により透過し得る絶
縁体層からなると共に、前記接合のキャパシタンスを
Ｃ、前記絶縁体層による抵抗をＲ１、ジョセフソンプラ
ズマ周波数をωＪとしたとき、Ｒ１・Ｃ＜ｌ／ωＪを満
足することを特徴とする超電導素子。 - 【請求項２】 超電導体層間に、常伝導体層を中間層と
して存在させて構成した超電導体／常伝導体／超電導体
接合を有する超電導素子において、 少なくとも一方の前記超電導体層と常伝導体層との界面
に、界面抵抗を増加させる界面層を介在させており、か
つ 前記界面層は導電性物質層からなると共に、前記導電
性物質自体の抵抗をＲ２、該導電性物質層を介在させた
ことによる常伝導抵抗の増加分をＲ′ｎとしたとき、Ｒ
２＜Ｒ′ｎ−Ｒ２を満足することを特徴とする超電導素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3156606A JP2862706B2 (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 超電導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3156606A JP2862706B2 (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 超電導素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH057024A JPH057024A (ja) | 1993-01-14 |
| JP2862706B2 true JP2862706B2 (ja) | 1999-03-03 |
Family
ID=15631416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3156606A Expired - Fee Related JP2862706B2 (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 超電導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2862706B2 (ja) |
-
1991
- 1991-06-27 JP JP3156606A patent/JP2862706B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH057024A (ja) | 1993-01-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19981124 |
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