JP2909455B1 - Superconducting element - Google Patents
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Abstract
【要約】
【課題】 酸化物超電導ジョセフソン接合を用いた集積
回路を作製するために、1つのジョセフソン接合を共有
し、かつインダクタンスの小さい超電導配線ループを実
現する。また、ジョセフソン接合の接合特性とその均質
性を高める。
【解決手段】 基板１１上にＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-δ（ＲＥ：Ｐｒを除く希土類元素、δ： 0〜 0.5）で
実質的に表される酸化物超電導体からなる下部超電導電
極層１２、酸化物層間絶縁層１３を積層する。この積層
膜を選択的にエッチングして、側面１５ｂが基板面に対
して所定の角度をなし、底面１５ａが少なくとも下部超
電導電極層１４の表面に達する凹部１５を形成し、この
凹部１５内にバリア層１６および上部超電導電極層１７
を積層してジョセフソン接合を作製する。バリア層には
ＲＥ′Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏx （ＲＥ′は酸化物超電導体電極
の希土類元素ＲＥよりイオン半径の小さい希土類元素、
ｘ： 6〜 8）組成を有し、かつ単純ペロブスカイト構造
類似の立方晶構造を有する酸化物を用いることができ
る。A superconducting wiring loop that shares one Josephson junction and has a small inductance is provided for manufacturing an integrated circuit using an oxide superconducting Josephson junction. In addition, the junction characteristics of the Josephson junction and its homogeneity are improved. SOLUTION: REBa 2 Cu 3 O is provided on a substrate 11.
A lower superconducting pole layer 12 and an oxide interlayer insulating layer 13 composed of an oxide superconductor substantially represented by 7-δ (RE: rare earth element excluding Pr, δ: 0 to 0.5) are laminated. The laminated film is selectively etched to form a recess 15 in which the side surface 15b forms a predetermined angle with respect to the substrate surface and the bottom surface 15a reaches at least the surface of the lower superconducting electrode layer 14, and a barrier is formed in the recess 15. Layer 16 and upper superconducting pole layer 17
Are laminated to form a Josephson junction. The barrier layer is made of RE'Ba 2 Cu 3 O x (RE 'is a rare earth element having a smaller ionic radius than the rare earth element RE of the oxide superconductor electrode;
x: 6 to 8) An oxide having a composition and a cubic structure similar to a simple perovskite structure can be used.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物超電導体で
構成した超電導素子に係り、特に単一磁束量子を情報媒
体とした論理回路などを構成するためのジョセフソン接
合素子に好適な超電導素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting element composed of an oxide superconductor, and more particularly to a superconducting element suitable for a Josephson junction element for constructing a logic circuit or the like using a single flux quantum as an information medium. About.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、超電導集積回路を構成する素
子として、ＰｂやＮｂなどの金属超電導体を用いて、超
電導電子対がトンネルできる程度の薄い絶縁層を挟みこ
んだ積層構造のトンネル型ジョセフソン接合が知られて
いる。このような従来のトンネル型ジョセフソン素子
は、液体へリウム温度に近い極低温動作が必要とされて
いる。また、このようなトンネル型ジョセフソン素子
は、電流−電圧特性に固有のヒステリシスを持つため、
論理回路を作製する場合に回路構成が複雑になるなどの
問題を有し、広く実用に供されるまでには至っていな
い。2. Description of the Related Art Conventionally, as a device constituting a superconducting integrated circuit, a tunnel type Joseph having a laminated structure using a metal superconductor such as Pb or Nb and sandwiching an insulating layer thin enough to allow a superconducting pair to tunnel. Son junctions are known. Such a conventional tunnel-type Josephson element requires an extremely low-temperature operation close to the liquid helium temperature. Also, such a tunnel type Josephson device has a hysteresis inherent in the current-voltage characteristic,
When a logic circuit is manufactured, it has a problem such as a complicated circuit configuration, and has not yet been widely used.
【０００３】このような状況の下で、近年、液体窒素温
度以上の高温で超電導特性を示す酸化物材料が発見され
ている。酸化物超電導体は超電導ギャップの大きさが従
来の金属超電導体に比べて 1桁程度大きく、また金属的
伝導から絶緑体まで広範囲の特性を示す酸化物材料との
積層が可能である。このため、電流−電圧特性にヒステ
リシスを持たず、かつ出力電圧の高いＳＮＳ（超電導−
常伝導−超電導）型ジョセフソン接合が実現できる。こ
のようなジョセフソン接合を用いて、単一磁束量子を情
報媒体とした集積回路を構成することができれば、従来
の金属超電導体を用いた場合に比べて、少なくとも極低
温で動作させる必要がなくなり、また大きい出力電圧に
起因してはるかに高速の動作が可能となるため、広範囲
な応用が期待される。[0003] Under such circumstances, in recent years, oxide materials exhibiting superconductivity at a high temperature equal to or higher than the temperature of liquid nitrogen have been discovered. Oxide superconductors have a superconducting gap that is about an order of magnitude larger than conventional metal superconductors, and can be laminated with oxide materials that exhibit a wide range of properties from metallic conduction to eclipse. For this reason, the SNS (superconducting-voltage) which has no hysteresis in the current-voltage characteristic and has a high output voltage.
A normal-superconducting) type Josephson junction can be realized. If such a Josephson junction can be used to construct an integrated circuit using single flux quanta as an information medium, there is no need to operate at least at extremely low temperatures as compared with the case where a conventional metal superconductor is used. Further, since a much higher speed operation is possible due to the large output voltage, a wide range of applications is expected.
【０００４】酸化物超電導体を用いたジョセフソン接合
の開発は、大きく分けて 2つの方向で進められている。
1つは酸化物超電導体薄膜内部に発生する結晶粒界がバ
リアの機能を果たすことを利用したものであり、もう 1
つは従来の金属超電導体の場合と同様に、 2つの超電導
電極間に常伝導体もしくは絶縁体の薄膜を人工的に挿入
してジョセフソン接合を形成するものである。前者はそ
の作製が比較的容易ではあるものの、不定形な結晶粒界
を用いるために接合特性の制御性が悪く、集積回路への
応用は難しい。このため、種々のバリア材料を用いた後
者の接合の開発が活発化している。[0004] The development of Josephson junctions using oxide superconductors is proceeding in two main directions.
One is to utilize the function of the grain boundary generated inside the oxide superconductor thin film as a barrier.
One is to form a Josephson junction by artificially inserting a thin film of a normal conductor or an insulator between two superconducting electrodes, as in the case of a conventional metal superconductor. The former is relatively easy to fabricate, but has poor controllability of junction characteristics due to the use of amorphous crystal grain boundaries, and is difficult to apply to integrated circuits. For this reason, the development of the latter junction using various barrier materials has been activated.
【０００５】酸化物超電導体とバリア材とを積層したジ
ョセフソン接合の 1つの構造例を図１２に示す。この接
合は、まず基板１上に下部超電導電極２となる酸化物超
電導体薄膜と層間絶縁層３とを積層形成した後、その一
方の端面２ａが基板面と所定の傾斜角αを持つようにエ
ッチングし、この傾斜端面２ａを覆うように、バリア層
４と上部超電導電極５となる酸化物超電導体薄膜とを積
層形成したものである。この接合構造を以下では傾斜型
接合と呼ぶ。FIG. 12 shows one structural example of a Josephson junction in which an oxide superconductor and a barrier material are laminated. In this bonding, first, an oxide superconducting thin film to be the lower superconducting electrode 2 and an interlayer insulating layer 3 are laminated on the substrate 1, and then one end surface 2a thereof has a predetermined inclination angle α with the substrate surface. The barrier layer 4 and the oxide superconducting thin film serving as the upper superconducting electrode 5 are laminated and formed so as to cover the inclined end face 2a by etching. This joining structure is hereinafter referred to as an inclined joining.
【０００６】傾斜型接合は、接合の 1つの寸法が下部超
電導電極２に用いた酸化物超電導体薄膜の厚さと、傾斜
端面（エッチング面）２ａの傾斜角で決まるため、微細
化が容易であると共に、上部超電導電極５となる酸化物
超電導体薄膜をそのままエッチングで露出した基板面上
まで連続させることができるため、この酸化物超電導体
薄膜をそのまま配線として用いることできるなどの特徴
を有している。これらの特徴は集積回路を作製する上で
大きな利点となるものと期待されている。In the inclined junction, one dimension of the junction is determined by the thickness of the oxide superconductor thin film used for the lower superconducting electrode 2 and the inclination angle of the inclined end face (etched surface) 2a, so that miniaturization is easy. At the same time, since the oxide superconducting thin film to be the upper superconducting electrode 5 can be continued as it is on the substrate surface exposed by etching, the oxide superconducting thin film can be used as it is as a wiring. I have. These features are expected to be of great advantage in fabricating integrated circuits.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１２
に示したような傾斜型接合で実際に単一磁束量子論理回
路（ＳＦＱ論理回路）を作製しようとした場合、以下に
詳述するように、回路構成上の重要な因子である、ルー
プ状の超電導配線の形成に制約が生じ、ループインダク
タンスを十分に小さくすることができないという問題が
発生する。However, FIG.
When an attempt is made to actually fabricate a single flux quantum logic circuit (SFQ logic circuit) with a tilted junction as shown in FIG. There is a problem in that the formation of the superconducting wiring is restricted, and the loop inductance cannot be reduced sufficiently.
【０００８】すなわち、ＳＦＱ論理回路はジョセフソン
接合と超電導配線で構成したループ内に、 1つの磁束量
子を出し入れする動作を基本としている。このため、 1
つのループのインダクタンスＬとループ内に含まれるジ
ョセフソン接合の臨界電流Ｉc との積を、磁束量子の大
きさΦ0 (=2.07×1015Wb）の 0.5〜 1.5倍程度に設計す
る必要がある。最も厳しいＬ・Ｉc ＝ 0.5Φ0 の条件を
考えると、ＬはＩc＝ 100μA に対して10pH、 1mAに対
しては 1pHでなくてはならない。That is, the SFQ logic circuit is based on the operation of taking one flux quantum in and out of a loop formed by a Josephson junction and a superconducting wiring. For this, 1
One of the product of the critical current I c of the Josephson junctions included in the inductance L and the loop of the loop, should be designed to 0.5 to 1.5 times the magnitude of the magnetic flux quantum Φ 0 (= 2.07 × 10 15 Wb) is there. Considering the strictest condition of L · I c = 0.5Φ 0 , L must be 10 pH for I c = 100 μA and 1 pH for 1 mA.
【０００９】グランドプレーン上の超電導配線の単位長
さ当たりのインダクタンスＬは、ｄを層間絶縁層の厚
さ、ｔg 、ｔs をグランドプレーン、超電導配線の厚
さ、λLをロンドン侵入距離として、 Ｌ＝μ0 ／Ｋｗ［ｄ＋λL coth（ｔg ／λL ）＋λL co
th（ｔs ／λL ）］ で計算できる。ここで、ｗは配線幅、Ｋはフリンジ係数
である。現実的な回路として、ｗ＝ 1μm 、ｄ＝ 0.2μ
m 、ｔs ＝ｔg ＝ 0.2μm 、Ｋ＝ 1.5を想定すると、Ｌ
の値は 0.6pH／μm となる。The inductance L per unit length of the superconducting wiring on the ground plane is represented by d as the thickness of the interlayer insulating layer, t g and t s as the ground plane, the thickness of the superconducting wiring, and λ L as the penetration distance into London. , L = μ 0 / Kw [d + λ L coth (t g / λ L ) + λ L co
th (t s / λ L )]. Here, w is a wiring width, and K is a fringe coefficient. As a realistic circuit, w = 1μm, d = 0.2μ
m, t s = t g = 0.2 μm, and K = 1.5, L
Is 0.6pH / μm.
【００１０】図１３は、傾斜型接合を利用して作製した
超電導ループの一例を示す平面図である。なお、図１３
においてＸはジョセフソン接合である。このような正方
形の超電導ループを想定すると、 1つのループを構成す
る配線の長さは配線幅の 6倍程度にならざるを得ない。
従って、インダクタンスの最小値は 3.6pHとなる。この
結果、ＳＦＱ回路を構成するためのジョセフソン接合の
Ｉc は0.28mA以下に設定する必要がある。FIG. 13 is a plan view showing an example of a superconducting loop manufactured by using an inclined junction. Note that FIG.
In the above, X is a Josephson junction. Assuming such a square superconducting loop, the length of the wiring that constitutes one loop must be about six times the wiring width.
Therefore, the minimum value of inductance is 3.6pH. As a result, I c of the Josephson junction for constituting the SFQ circuit needs to be set below 0.28MA.
【００１１】一方、ＳＦＱ論理回路を高温で動作させよ
うとすると、熱雑音により回路が誤動作する確率を減ら
すために、Ｉc を増加させる必要がある。一例として、
104個の接合からなる回路を温度 10Kおよび 20Kにて100
GHzクロックで動作させた場合に、誤動作確率を 1年に
1回以下とするために必要な最小臨界電流値を見積もる
と、それぞれ約0.17mA、0.33mAという値が得られる。従
って、図１３に示したような平面ループを用いた場合、
集積回路を安全に動作させることが可能な温度は 10K程
度までということになる。 10Kまで冷却を行える冷凍機
は大型、高価であるため、高温超電導体を用いる利点を
十分に生かすことはできない。Meanwhile, if it is attempted to operate the SFQ logic circuits at high temperatures, in order to reduce the probability of the circuit by thermal noise malfunctions, it is necessary to increase the I c. As an example,
10 A circuit consisting of 4 junctions at 100K at 10K and 20K
When operated with GHz clock, the probability of malfunction is one year
Estimating the minimum critical current value required to make it less than or equal to one yields values of about 0.17 mA and 0.33 mA, respectively. Therefore, when a plane loop as shown in FIG. 13 is used,
The temperature at which integrated circuits can be safely operated is up to about 10K. Refrigerators that can cool down to 10K are large and expensive, and cannot take full advantage of using high-temperature superconductors.
【００１２】傾斜型接合を用いてインダクタンスがより
小さいループを形成するためには、図１４にその断面構
造を示したような立体構成を採用することが考えられ
る。図１４の構成では、ループのインダクタンスは単位
面積当たりのインダクタンスの2倍程度にまで縮小する
ことができる。すなわち、最小インダクタンスとして1.
2pHが実現可能である。この場合、接合のＩc は0.84mA
程度にまで増加でき、集積回路の動作温度も 50Kにまで
上げられるものと期待できる。In order to form a loop having a smaller inductance by using the inclined junction, it is conceivable to adopt a three-dimensional configuration whose cross-sectional structure is shown in FIG. In the configuration of FIG. 14, the loop inductance can be reduced to about twice the inductance per unit area. That is, 1.
2pH is feasible. In this case, the junction I c is 0.84 mA
It is expected that the operating temperature of integrated circuits can be increased to 50K.
【００１３】しかし、実際の論理回路に要求されるのは
独立したループではなく、互いに連結されたループであ
るため、図１４の構成では全体の回路を構成することは
できない。最も簡単な例として、図１５に等価回路を示
す磁束量子の転送回路を考える。なお、図１５において
Ｘ1 、Ｘ2 、Ｘ3 、Ｘ4 、Ｘ5 はジョセフソン接合、Ｌ
は超電導配線のインダクタンスである。この回路では 2
つのジョセフソン接合を含む超電導ループが 1つの接合
を共有する形で連結されている。図１４に示したループ
を、 1つの接合を共有する形で連結することは不可能で
あり、図１５の回路を構成することはできない。However, since the actual logic circuit requires not independent loops but loops connected to each other, the configuration of FIG. 14 cannot form an entire circuit. As the simplest example, consider a flux quantum transfer circuit whose equivalent circuit is shown in FIG. In FIG. 15, X 1 , X 2 , X 3 , X 4 and X 5 are Josephson junctions and L
Is the inductance of the superconducting wiring. In this circuit 2
A superconducting loop containing two Josephson junctions is connected to share one junction. It is impossible to connect the loops shown in FIG. 14 by sharing one junction, and the circuit shown in FIG. 15 cannot be formed.
【００１４】上記した簡単な例で分かる通り、従来の傾
斜型接合を用いてＳＦＱ論理回路を作製するには、少な
くとも一部に平面型のループ構造を採用せざるを得ず、
この結果としてジョセフソン接合の臨界電流値の上限が
規定されるために、十分な高温動作を達成することは不
可能であった。換言すれば、酸化物超電導体で構成した
傾斜型ジョセフソン接合を用いた集積回路は、原理的に
は高い性能を発揮できると期待されるものの、現実の応
用が期待されるＳＦＱ集積回路に適用するためには、配
線ループのインダクタンスを小さくすることが可能な接
合構造が必要となる。As can be seen from the above simple example, in order to manufacture an SFQ logic circuit using a conventional inclined junction, a planar loop structure must be adopted at least in part.
As a result, the upper limit of the critical current value of the Josephson junction is defined, so that it has been impossible to achieve a sufficiently high-temperature operation. In other words, integrated circuits using graded Josephson junctions composed of oxide superconductors are expected to exhibit high performance in principle, but can be applied to SFQ integrated circuits that are expected to be used in actual applications. In order to achieve this, a bonding structure capable of reducing the inductance of the wiring loop is required.
【００１５】このように、従来のジョセフソン接合を有
する超電導素子においては、ジョセフソン接合の臨界電
流値に対する制約を取り除いて高温動作を可能とするた
めに、配線ループのインダクタンスを小さくすることが
できる接合構造およびその製造技術を開発することが課
題とされている。As described above, in the conventional superconducting element having a Josephson junction, the inductance of the wiring loop can be reduced in order to remove the restriction on the critical current value of the Josephson junction and enable high-temperature operation. It is an issue to develop a joining structure and a manufacturing technique thereof.
【００１６】一方、超電導素子のさらなる微細化などを
図るためには、接合特性そのものを向上させる必要があ
る。ジョセフソン接合の接合特性並びにその制御性を向
上させる上で、ジョセフソン接合の臨界電流Ｉc は重要
な要因となる。On the other hand, in order to further miniaturize the superconducting element, it is necessary to improve the bonding characteristics itself. In improving the junction characteristics and controllability thereof Josephson junction critical current I c of the Josephson junctions is an important factor.
【００１７】最近、ジョセフソン接合の臨界電流Ｉc を
高める手法の一つとして、ＹＢａ2Ｃｕ3 Ｏ7-δ組成の
酸化物超電導薄膜を真空に近い状態で 400℃ないし 500
℃の温度に加熱すると、その結晶構造が変化して超電導
特性を示さない立方晶系の単純ペロプスカイト構造を持
つ相が形成されることが見出され、この立方晶相をバリ
ア層として利用したジョセフソン接合が報告されてい
る。この結晶構造の変化は、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δにプ
ラズマ損傷を与えることで容易に生じるため、表面に損
傷を与えたＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ膜を熱処理して表面層
のみを立方晶相に変化させ、これをバリア層として利用
したものである(B.H.Moecklyand K.Char,Extended Abst
racts of 6th International Superconductive Electro
nics Conference(Berlin, June 1997), vol.1, p.8-p.1
0）。[0017] Recently, as one of the techniques for increasing the critical current I c of the Josephson junction, to 400 to ℃ in a state close to vacuum the oxide superconducting thin film of YBa 2 Cu 3 O 7-δ composition 500
When heated to a temperature of ℃, it was found that the crystal structure changed and a phase having a cubic simple perovskite structure without superconducting properties was formed, and this cubic phase was used as a barrier layer. Josephson junctions have been reported. This change in crystal structure, to produce easily by giving the plasma damage to the YBa 2 Cu 3 O 7-δ, the surface layer by heat-treating YBa 2 Cu 3 O 7-δ film to damage the surface only This was changed to a cubic phase and used as a barrier layer (BH Moecklyand K. Char, Extended Abst
racts of 6th International Superconductive Electro
nics Conference (Berlin, June 1997), vol.1, p.8-p.1
0).
【００１８】この方法は、酸化物超電導体を用いたジョ
セフソン接合の新しい作製方法として興味深いものであ
るが、本発明者が行った追試の結果では、プラズマ損傷
領域が表面から深さ方向に連続的に形成されてしまうた
め、熱処理後の立方晶相と超電導相の境界がはっきりと
は形成されないことが判明した。このような構造では超
電導特性が表面に向かって徐々に劣化するため、ジョセ
フソン接合としての臨界電流は低いものとなってしま
う。This method is interesting as a new method for fabricating a Josephson junction using an oxide superconductor. According to the result of the additional test performed by the present inventors, the plasma damage region is continuous from the surface in the depth direction. Therefore, it was found that the boundary between the cubic phase after the heat treatment and the superconducting phase was not clearly formed. In such a structure, the critical current as a Josephson junction becomes low because the superconductivity gradually deteriorates toward the surface.
【００１９】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、基本的にはジョセフソン接合の特性向
上を図ることを目的としており、具体的にはまず第１
に、立体構成の超電導ループを実現し、かつこのような
ループをジョセフソン接合を共有しながら連結させるこ
とによって、ジョセフソン接合の高温動作を可能にした
超電導素子を提供することを目的としている。また第２
に、ジョセフソン接合の臨界電流Ｉc を高めることによ
って、ジョセフソン接合の特性向上を図った超電導素子
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 has as its object to basically improve the characteristics of a Josephson junction.
Another object of the present invention is to provide a superconducting element that realizes a superconducting loop having a three-dimensional configuration and connects such loops while sharing a Josephson junction, thereby enabling a high-temperature operation of the Josephson junction. Also the second
To, by increasing the critical current I c of the Josephson junction, and its object is to provide a superconducting device which aimed at improving characteristics of the Josephson junction.
【００２０】[0020]
【課題を解決するための手段】本発明の第１の超電導素
子は、請求項１に記載したように、基板と、前記基板上
に直接もしくは酸化物薄膜を介して形成され、ＲＥＢａ
２Ｃｕ３Ｏ７−δ（ただし、ＲＥはＰｒを除く希土類元
素から選ばれる少なくとも１種の元素を、δは０〜０．
５の数を示す。以下同じ）で実質的に表される組成を有
する酸化物超電導体からなる下部超電導電極層と、前記
下部超電導電極層上に形成された層間絶縁層と、前記下
部超電導電極層と層間絶縁層との積層膜に設けられ、か
つ側面が前記基板面に対して所定の傾斜角をなすと共
に、底面が前記基板表面もしくは前期酸化物薄膜表面に
達する凹部と、前記凹部の側面および底面を覆うように
形成され、前記凹部の周囲を一周する形で連続する１つ
の接合を構成するバリア層と、前記バリア層上に設けら
れ、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δで実質的に表される組成
を有する酸化物超電導体からなる上部超電導電極層とを
具備することを特徴としている。According to a first aspect of the present invention, a first superconducting element is formed on a substrate and directly or via an oxide thin film on the substrate.
2 Cu 3 O 7-δ (where, RE is at least one element selected from rare earth elements other than Pr, and δ is from 0 to 0.
The number 5 is shown. The same shall apply hereinafter), a lower superconducting electrode layer made of an oxide superconductor having a composition substantially represented by the following formula, an interlayer insulating layer formed on the lower superconducting electrode layer, and the lower superconducting electrode layer and the interlayer insulating layer. And the side surface forms a predetermined inclination angle with respect to the substrate surface, and the bottom surface covers the substrate surface or the oxide thin film surface, and the side surface and the bottom surface of the concave portion are covered. One that is formed and is continuous around the periphery of the recess
And an upper superconducting pole layer made of an oxide superconductor having a composition substantially represented by REBa 2 Cu 3 O 7-δ provided on the barrier layer. It is characterized by.
【００２１】第１の超電導素子においては、下部超電導
電極層と層間絶縁層との積層膜に設けた凹部内に、バリ
ア層と上部超電導電極層とを形成している。このような
凹部内ではその周囲を一周する形で接合が連続して形成
されており、全体として１つのジョセフソン接合を構成
している。従って、複数の凹部を直線状に配置して形成
することによって、立体構造の超電導ループが１つの接
合を共有して連結した回路を実現することができる。そ
して、立体構造の超電導ループによれば、１つのループ
のインダクタンスを十分に小さくすることができるた
め、液体ヘリウム温度に比べて十分に高温で動作させ得
る超電導回路を実現することが可能となる。 本発明の
第２の超電導素子は、請求項２に記載したように、基板
と、前記基板上に直接もしくは酸化物薄膜を介して形成
され、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δで実質的に表される組
成を有する酸化物超電導体からなる下部超電導電極層
と、前記下部超電導電極層上に形成された層間絶縁層
と、前記下部超電導電極層と層間絶縁層との積層膜に設
けられ、かつ側面が前記基板面に対して所定の傾斜角を
なすと共に、底面が前記下部超電導電極層に食い込むよ
うに形成された凹部と、前記凹部の側面および底面を覆
うように形成され、前記凹部の周囲を一周する形で連続
する１つの接合を構成するバリア層と、前記バリア層上
に設けられ、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δで実質的に表さ
れる組成を有する酸化物超電導体からなる上部超電導電
極層とを具備することを特徴としている。In the first superconducting element, a barrier layer and an upper superconducting electrode layer are formed in a recess provided in a laminated film of a lower superconducting electrode layer and an interlayer insulating layer. In such a concave portion, the junction is continuously formed so as to make a round around the periphery, and constitutes one Josephson junction as a whole. Therefore, by forming a plurality of concave portions arranged linearly, it is possible to realize a circuit in which superconducting loops having a three-dimensional structure share one junction and are connected. According to the superconducting loop having the three-dimensional structure, the inductance of one loop can be sufficiently reduced, so that it is possible to realize a superconducting circuit that can operate at a temperature sufficiently higher than the temperature of liquid helium. The second superconducting element of the present invention is formed on a substrate and directly or via an oxide thin film on the substrate and substantially expressed by REBa 2 Cu 3 O 7-δ. A lower superconducting electrode layer made of an oxide superconductor having a composition to be provided, an interlayer insulating layer formed on the lower superconducting electrode layer, and a laminated film of the lower superconducting electrode layer and the interlayer insulating layer, and The side surface forms a predetermined angle of inclination with respect to the substrate surface, and the bottom surface bites into the lower superconducting electrode layer .
Formed so as to cover the side surface and the bottom surface of the concave portion, and continuously around the concave portion.
And a top superconducting pole layer made of an oxide superconductor having a composition substantially represented by REBa 2 Cu 3 O 7-δ provided on the barrier layer. It is characterized by doing.
【００２２】第２の超電導素子においても同様に、凹部
内には全体として 1つのジョセフソン接合が形成される
ため、複数の凹部を直線状に配置することによって、第
１の超電導素子と同様に、立体構造の超電導ループが 1
つの接合を共有して連結した回路を実現することができ
る。Similarly, in the second superconducting element, one Josephson junction is formed as a whole in the recess. Therefore, by arranging a plurality of recesses in a straight line, the same as in the first superconducting element. , Three-dimensional superconducting loop 1
A circuit in which two junctions are shared and connected can be realized.
【００２３】さらに、第２の超電導素子では、底面が下
部超電導電極層に一部食い込むように凹部が形成されて
いるため、凹部の底面に形成されたサンドイッチ型の接
合部と側面に形成された傾斜型と類似の接合部とを共存
させることができる。この場合、ジョセフソン電流は主
として傾斜側面の接合部で担われ、常伝導コンダクタン
スにはサンドイッチ型接合部の寄与が加わった特性を実
現することができる。従って、電流−電圧特性にヒステ
リシスが発生することを抑制することが可能となる。 Further, in the second superconducting element, a concave portion is formed such that the bottom surface partially bites into the lower superconducting electrode layer.
Therefore, a sandwich-type joint formed on the bottom surface of the concave portion and a joint similar to the inclined type formed on the side surface can coexist. In this case, the Josephson current is mainly carried by the junction on the inclined side surface, and a characteristic in which the contribution of the sandwich junction is added to the normal conductance can be realized. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of hysteresis in the current-voltage characteristics .
【００２４】本発明の第３の超電導素子は、基板と、前
記基板上に直接もしくは酸化物薄膜を介して形成され、
ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δで実質的に表される組成を有す
る酸化物超電導体からなる下部超電導電極層と、前記下
部超電導電極層の少なくとも一部を覆うように形成さ
れ、前記酸化物超電導体に用いた希土類元素ＲＥよりイ
オン半径の小さい希土類元素ＲＥ′を含む、ＲＥ′Ｂａ
2 Ｃｕ3 Ｏx （ただし、ＲＥ′は希土類元素から選ばれ
る少なくとも 1種の元素であって、前記希土類元素ＲＥ
よりイオン半径の小さい希土類元素を表し、ｘは 6〜 8
の数を示す）で実質的に表される組成を有する酸化物か
らなり、かつ単純ペロブスカイト構造類似の立方晶構造
を有するバリア層と、前記バリア層上に設けられ、ＲＥ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δまたはＲＥ′Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δで
実質的に表される組成を有する酸化物超電導体からなる
上部超電導電極層とを具備することを特徴としている。A third superconducting element of the present invention is formed on a substrate and directly or via an oxide thin film on the substrate.
A lower superconducting electrode layer comprising an oxide superconductor having a composition substantially represented by REBa 2 Cu 3 O 7-δ ; and a lower superconducting electrode layer formed so as to cover at least a part of the lower superconducting electrode layer. RE'Ba containing a rare earth element RE 'having a smaller ionic radius than the rare earth element RE used for the body
2 Cu 3 O x (where RE ′ is at least one element selected from rare earth elements, and the rare earth element RE
Represents a rare earth element with a smaller ionic radius, x is 6 to 8
And a barrier layer having a cubic structure similar to a simple perovskite structure, which is composed of an oxide having a composition substantially represented by the formula:
And an upper superconducting electrode layer made of an oxide superconductor having a composition substantially represented by Ba 2 Cu 3 O 7-δ or RE′Ba 2 Cu 3 O 7-δ .
【００２５】ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ組成を持つ超電導
体は、希土類元素のイオン半径が大きくなるほど、低酸
素濃度雰囲気下での安定性が増す性質を有する。超電導
性を示す層状ペロブスカイト構造から超電導性を示さな
い立方晶構造への結晶構造の変換は、一定範囲の温度領
域において、層状ペロプスカイト構造が不安定となる低
酸素濃度雰囲気下に材料を放置したときに生じるもので
ある。従って、温度と酸素濃度を適宜設定することによ
って、イオン半径の小さい希土類元素ＲＥ′を構成要素
とする酸化物層のみを選択的に単純ペロブスカイト構造
類似の立方晶構造とすることができる。そして、立方晶
層のバリア層と下部超電導電極層との間には、希土類元
素のイオン半径の差に基づいて明確な境界を存在させる
ことができるため、高性能なジョセフソン接合を再現性
よく得ることが可能となる。The superconductor having the REBa 2 Cu 3 O 7-δ composition has such a property that as the ionic radius of the rare earth element increases, the stability in a low oxygen concentration atmosphere increases. The conversion of the crystal structure from a layered perovskite structure showing superconductivity to a cubic structure not showing superconductivity was performed by leaving the material in a low-oxygen concentration atmosphere where the layered perovskite structure was unstable in a certain temperature range. What happens sometimes. Accordingly, by appropriately setting the temperature and the oxygen concentration, only the oxide layer containing the rare-earth element RE ′ having a small ionic radius as a constituent element can be selectively made to have a cubic structure similar to a simple perovskite structure. Since a clear boundary can exist between the barrier layer of the cubic layer and the lower superconducting electrode layer based on the difference in the ionic radius of the rare earth element, a high-performance Josephson junction can be formed with good reproducibility. It is possible to obtain.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【００２７】図１は本発明の第１の超電導素子の一実施
形態の構造を示す図であり、図１（ａ）は超電導素子の
平面図、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ線に沿った断面図であ
る。同図において、１１は基板であり、この基板１１上
には下部超電導電極層１２として酸化物超電導体層が形
成されている。なお、基板１１上にはまずグランドプレ
ーンとしての酸化物超電導体層および酸化物絶縁体から
なる薄膜を順に設け、この絶縁層としての酸化物薄膜上
に下部超電導電極層１２を形成してもよい。FIG. 1 is a view showing the structure of an embodiment of the first superconducting element of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view of the superconducting element, and FIG. It is sectional drawing along. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a substrate, on which an oxide superconductor layer is formed as a lower superconducting electrode layer 12. Note that an oxide superconductor layer serving as a ground plane and a thin film made of an oxide insulator are provided in this order on the substrate 11, and the lower superconducting pole layer 12 may be formed on the oxide thin film serving as the insulating layer. .
【００２８】酸化物超電導体層からなる下部超電導電極
層１２上には、酸化物絶縁体などからなる層間絶縁層１
３が形成されている。そして、この下部超電導電極層１
２と層間絶縁層１３との積層膜１４には、底面１５ａが
基板１１の表面（もしくは酸化物薄膜の表面）に達する
凹部１５が設けられている。凹部１５の各側面１５ｂ
は、基板１１の表面に対して所定の角度、例えば15〜30
°程度の角度で傾斜されている。言い換えると、下部超
電導電極層１２の凹部１５に露出した各端面はそれぞれ
傾斜端面とされている。On the lower superconducting electrode layer 12 composed of an oxide superconductor layer, an interlayer insulating layer 1 composed of an oxide insulator or the like is formed.
3 are formed. The lower superconducting electrode layer 1
A concave portion 15 whose bottom surface 15 a reaches the surface of the substrate 11 (or the surface of the oxide thin film) is provided in the laminated film 14 of the second and the interlayer insulating layers 13. Each side surface 15b of the recess 15
Is at a predetermined angle with respect to the surface of the substrate 11, for example, 15 to 30.
It is inclined at an angle of about °. In other words, each end face exposed to the concave portion 15 of the lower superconducting electrode layer 12 is an inclined end face.
【００２９】上記したような凹部１５は、例えばレジス
トのような適当なマスクを用いたイオンミリングなどに
より形成することができる。すなわち、下部超電導電極
層１２と層間絶縁層１３との積層膜１４に、基板面に対
して適当な角度で傾けたイオンを照射してエッチングを
行う。この際、基板１１を回転させることによって、凹
部１５は各側面１５ｂを傾斜面とすることができる。凹
部１５の切頭角錐状であってもよいし、また切頭円錐状
であってもよい。The above-mentioned concave portion 15 can be formed by ion milling using an appropriate mask such as a resist, for example. That is, etching is performed by irradiating the laminated film 14 of the lower superconducting electrode layer 12 and the interlayer insulating layer 13 with ions inclined at an appropriate angle with respect to the substrate surface. At this time, by rotating the substrate 11, each side surface 15b of the recess 15 can be an inclined surface. The recess 15 may have a truncated pyramid shape or a truncated cone shape.
【００３０】凹部１５の底面１５ａおよび側面１５ｂ
は、それぞれバリア層１６で覆われている。言い換える
と、下部超電導電極層１２と層間絶縁層１３との積層膜
１４上には、凹部１５内を含めてバリア層１６が形成さ
れており、このバリア層１６上には酸化物超電導体から
なる上部超電導電極層１７が形成されている。これらに
よって、凹部１５の周囲に形成されたジョセフソン接合
を有する超電導素子１８が構成されている。Bottom surface 15a and side surface 15b of recess 15
Are each covered with a barrier layer 16. In other words, a barrier layer 16 is formed on the laminated film 14 including the lower superconducting electrode layer 12 and the interlayer insulating layer 13, including the inside of the recess 15, and the barrier layer 16 is made of an oxide superconductor. An upper superconducting pole layer 17 is formed. These form a superconducting element 18 having a Josephson junction formed around the recess 15.
【００３１】下部超電導電極層１２および上部超電導電
極層１７は、 一般式：ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ （式中、ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙ
ｂ、ＬｕなどのＰｒを除く希土類元素から選ばれる少な
くとも 1種の元素を、δは 0〜 0.5の数を示す）で実質
的に表される組成を有する酸化物超電導体により構成さ
れたものである。ここで、希土類元素のうちＰｒを除く
理由は、ＲＥが全てＰｒで占められている物質は超電導
特性を示さないためである。The lower superconducting electrode layer 12 and the upper superconducting electrode layer 17 are represented by a general formula: REBa 2 Cu 3 O 7-δ (where RE is Y, La, Nd, Eu, Gd, Tb, Y
b, at least one element selected from rare earth elements other than Pr, such as Lu, where δ is a number from 0 to 0.5). is there. The reason why Pr is excluded from the rare earth elements is that a substance in which RE is entirely occupied by Pr does not exhibit superconductivity.
【００３２】また、バリア層１６は、絶縁体および常伝
導体のいずれで構成してもよい。バリア層１６の構成材
料には、下部超電導電極層１２から上部超電導電極層１
７までをエピタキシャル的に成長させ、良好な特性を持
つジョセフソン接合を得る上で、酸化物材料を使用する
ことが好ましい。The barrier layer 16 may be composed of any of an insulator and a normal conductor. The constituent materials of the barrier layer 16 include the lower superconducting electrode layer 12 to the upper superconducting electrode layer 1.
It is preferable to use an oxide material for epitaxially growing up to 7 to obtain a Josephson junction having good characteristics.
【００３３】特に、超電導特性を持たない層状ペロブス
カイト酸化物であるＰｒＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δや、Ｃｏな
どの不純物元素をドーピングすることで超電導特性を弱
めたＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ、さらには下部超電導電極
層２と擬似的に格子整合するＳｒＴｉΟ3 のような絶縁
性酸化物やＣａＲｕＯ3 のような導電性酸化物などの非
超電導酸化物を用いることが好ましい。さらには、後述
する本発明の第３の超電導素子による、ＲＥ′Ｂａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏx で実質的に表される組成を有し、かつ単純ペロ
ブスカイト構造類似の立方晶構造を有する酸化物をバリ
ア層１６に適用することができる。[0033] Particularly, PrBa 2 Cu 3 O 7-δ is a layered perovskite oxide having no superconducting properties, REBa weakened superconductivity by doping an impurity element such as Co 2 Cu 3 O 7-δ , Furthermore it is preferred to use a non-superconducting oxide such as lower superconducting electrode layer 2 and the conductive oxide such as insulating oxide and CaRuO 3, such as the pseudo-SrTiomikuron 3 lattice-matched. Further, RE'Ba 2 C by a third superconducting element of the present invention described later.
An oxide having a composition substantially represented by u 3 O x and having a cubic structure similar to a simple perovskite structure can be applied to the barrier layer 16.
【００３４】この実施形態の超電導素子１８は、一見図
１（ｂ）からは 2つの傾斜型接合が相対して形成された
だけに見えるが、従来の傾斜型接合との根本的な相違
は、バリア層１６を介した接合構造が凹部１５の周囲を
一周する形で連続して形成されている点である。この凹
部１５の周囲を一周する形で連続して形成された接合
は、全体として 1つのジョセフソン接合を構成してい
る。従来の傾斜型接合とは異なる第２の点は、上部超電
導電極層１７が基板面もしくはグランドプレーン上の層
間絶縁層表面に自動的には延長されておらず、下部超電
導電極層１２上の層間絶縁層１３上だけで終端させるこ
とができることにある。At first glance, the superconducting element 18 of this embodiment can be seen from FIG. 1B only as having two inclined junctions formed opposite to each other, but the fundamental difference from the conventional inclined junction is as follows. The point is that the joining structure with the barrier layer 16 interposed therebetween is continuously formed around the recess 15. The joint formed continuously around the periphery of the concave portion 15 constitutes one Josephson junction as a whole. The second point different from the conventional inclined junction is that the upper superconducting electrode layer 17 is not automatically extended to the surface of the interlayer insulating layer on the substrate surface or the ground plane, and the upper superconducting electrode layer 17 The termination can be achieved only on the insulating layer 13.
【００３５】図１に構造を示したジョセフソン接合を用
いることによって、ループインダクタンスの小さい回路
を容易に形成することができる。図２は図１に構造を示
したジョセフソン接合を直線状に配置して形成した磁束
量子転送回路の構造を模式的に示す断面図である。By using the Josephson junction whose structure is shown in FIG. 1, a circuit having a small loop inductance can be easily formed. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a magnetic flux quantum transfer circuit formed by arranging the Josephson junctions shown in FIG. 1 in a straight line.
【００３６】図２に示す回路構造は、下部超電導電極層
１２と層間絶縁層１３との積層膜１４に複数の凹部１５
（１５-1、１５-2、１５-3…）を直線状に配置して形成
し、これら各凹部１５-1、１５-2、１５-3…内を含めて
積層膜１４上に、共通のバリア層１６と上部超電導電極
層１７を順に形成したものである。The circuit structure shown in FIG. 2 is such that a plurality of recesses 15 are formed in a laminated film 14 of a lower superconducting
(15-1, 15-2, 15-3...) Are linearly arranged and formed on the laminated film 14 including the inside of each of the recesses 15-1, 15-2, 15-3. The barrier layer 16 and the upper superconducting electrode layer 17 are sequentially formed.
【００３７】このような構造の超電導回路において、各
凹部１５-1、１５-2、１５-3の各側面（下部超電導電極
層１２の凹部に露出した傾斜端面）にはジョセフソン接
合が形成され、隣り合う凹部（１５-1と１５-2、および
１５-2と１５-3）の間にはそれぞれ 2つのジョセフソン
接合を含む超電導ループＺ1 、Ｚ2 …が形成される。こ
こで、各凹部１５に形成される接合は、上述したように
凹部全体として 1つのジョセフソン接合を構成している
ため、各超電導ループＺ1 、Ｚ2 は図３の等価回路に示
すように、 1つのジョセフソン接合を共有する形で連結
している。In the superconducting circuit having such a structure, a Josephson junction is formed on each side surface of each of the concave portions 15-1, 15-2, and 15-3 (the inclined end surface exposed to the concave portion of the lower superconducting electrode layer 12). each superconducting loop Z 1 comprising two Josephson junctions, Z 2 ... are formed between adjacent recesses (15-1 and 15-2, and 15-2 and 15-3). Here, since the junction formed in each recess 15 constitutes one Josephson junction as the whole recess as described above, each superconducting loop Z 1 , Z 2 is formed as shown in the equivalent circuit of FIG. A single Josephson junction is shared and connected.
【００３８】なお、図１５において、Ｌ1 、Ｌ2 …は超
電導配線のインダクタンス、Ｘ1 、Ｘ2 、Ｘ3 …はジョ
セフソン接合であり、接合Ｘ1 は凹部１５-1に対応し、
接合Ｘ2 は凹部１５-2、接合Ｘ3 は凹部１５-3に対応す
る。In FIG. 15, L 1 , L 2 ... Are the inductances of the superconducting wirings, X 1 , X 2 , X 3 are the Josephson junctions, and the junction X 1 corresponds to the recess 15-1.
Bonding X 2 are recesses 15-2, bonding X 3 corresponds to the recess 15-3.
【００３９】上述したように、下部超電導電極層１２と
層間絶縁層１３との積層膜１４に複数の凹部１５-1、１
５-2、１５-3…を直線状に配置して形成すると共に、各
凹部１５-1、１５-2、１５-3…内を含めて共通の上部超
電導電極層１７を形成するだけで、立体構造の超電導ル
ープＺ1 、Ｚ2 …が 1つの接合を共有して連結した回路
を実現することができる。そして、立体構造の超電導ル
ープＺ1 、Ｚ2 によれば、 1つのループのインダクタン
スを十分に小さくすることができるため、液体ヘリウム
温度に比べ十分に高温で動作させることが可能な超電導
回路、例えば単一磁束量子を情報媒体とした超高速の論
理回路（ＳＦＱ論理回路）などを実現することが可能と
なる。As described above, the plurality of recesses 15-1, 1-5 are formed in the laminated film 14 of the lower superconducting electrode layer 12 and the interlayer
5-2, 15-3... Are arranged linearly, and a common upper superconducting pole layer 17 including the inside of each recess 15-1, 15-2, 15-3. It is possible to realize a circuit in which three-dimensional superconducting loops Z 1 , Z 2, ... Share one junction and are connected. Then, according to the superconducting loops Z 1 and Z 2 having a three-dimensional structure, the inductance of one loop can be sufficiently reduced, so that a superconducting circuit capable of operating at a temperature sufficiently higher than the liquid helium temperature, for example, An ultra-high-speed logic circuit (SFQ logic circuit) using a single magnetic flux quantum as an information medium can be realized.
【００４０】次に、本発明の第２の超電導素子の実施形
態について、図４および図５を参照して説明する。Next, an embodiment of the second superconducting element of the present invention will be described with reference to FIGS.
【００４１】図４に示す超電導素子１９は、図１に示し
た超電導素子１８と同様に、基板１１上に下部超電導電
極層１２および層間絶縁層１３が順に積層形成され、こ
れらの積層膜１４に凹部２０が形成されている。ここ
で、この実施形態における凹部２０は、各側面２０ｂが
基板面に対して所定の角度（例えば１５〜３０°程度）
で傾斜されている点は図１に示した凹部１５と異なり、
下部超電導電極層１２に食い込むように設けられてい
る。In the superconducting element 19 shown in FIG. 4, a lower superconducting electrode layer 12 and an interlayer insulating layer 13 are sequentially formed on a substrate 11 in the same manner as the superconducting element 18 shown in FIG. A recess 20 is formed. Here, in the concave portion 20 in this embodiment, each side surface 20b has a predetermined angle (for example, about 15 to 30 °) with respect to the substrate surface.
Is different from the concave portion 15 shown in FIG.
It is provided so as to bite into lower superconducting electrode layer 12.
【００４２】なお、凹部２０の形状以外の構成、例えば
各層の形状や構成材料などについては、図１に示した超
電導素子１８と同様とされている。The tail, configurations other than the shape of the recess 20, for example for such each layer of the shape and the material, which is similar to the superconducting device 18 shown in FIG.
【００４３】図４（ｂ）に示したように、底面２０ａが
下部超電導電極層１２に一部食い込むように形成された
凹部２０を有する超電導素子１９においては、図６に示
すように、凹部２０の底面２０ａに形成されたサンドイ
ッチ型の接合部ＸA と、側面２０ｂに形成された傾斜型
と類似の接合部ＸB とが共存している。すなわち、図１
に示した構造とは異なり、ジョセフソン接合が凹部２０
の側面２０ｂに沿ってのみならず、底面２０ａにも形成
されている。As shown in FIG. 4B, in the superconducting element 19 having the recess 20 formed so that the bottom surface 20a partially penetrates into the lower superconducting electrode layer 12, as shown in FIG. a junction X a sandwich type formed on the bottom surface 20a of the inclined and the similar junction X B coexist formed on the side surface 20b. That is, FIG.
In contrast to the structure shown in FIG.
Is formed not only along the side surface 20b, but also on the bottom surface 20a.
【００４４】例えば、ＳＦＱ論理回路では超電導電極層
のロンドン侵入深さを小さくするために、ｃ軸配向（結
晶軸のｃ軸が基板面に直立した結晶配向）の酸化物超電
導体層を用いる必要がある。このような超電導層上にサ
ンドイッチ型の接合を作製した場合、伝導の異方性のた
めに、バリア層を十分に薄くしないとジョセフソン接合
として大きい臨界電流密度は得られない。一方、サンド
イッチ型の接合の場合、常伝導コンダクタンスは比較的
大きい。For example, in the SFQ logic circuit, it is necessary to use an oxide superconductor layer having a c-axis orientation (a crystal orientation in which the c-axis of the crystal axis stands upright on the substrate surface) in order to reduce the London penetration depth of the superconducting pole layer. There is. When a sandwich-type junction is formed on such a superconducting layer, a large critical current density cannot be obtained as a Josephson junction unless the barrier layer is made sufficiently thin due to conduction anisotropy. On the other hand, in the case of a sandwich type junction, the normal conductance is relatively large.
【００４５】底面２０ａのサンドイッチ型接合部ＸA と
側面２０ｂの傾斜型類似の接合部ＸB とを共存させたジ
ョセフソン接合では、ジョセフソン電流は主として傾斜
側面２０ｂの接合部ＸB で担われ、常伝導コンダクタン
スにはサンドイッチ型接合部ＸA の寄与が加わった特性
を実現することができる。このような接合ではマッカン
バー係数が小さくなるため、電流−電圧特性にヒステリ
シスが発生することはない。これはＳＦＱ論理回路の作
製を容易にする。[0045] In the inclined similar Josephson junctions are allowed to coexist and junction X B sandwich type junction X A and the side surface 20b of the bottom surface 20a, the Josephson current is mainly borne by the junction X B of the inclined side surface 20b , the normal conducting conductance can be achieved is applied properties contributed sandwich type junction X a. In such a junction, since the McCumber coefficient is small, no hysteresis occurs in the current-voltage characteristics. This facilitates the fabrication of SFQ logic circuits.
【００４６】なお、底面２０ａの接合部ＸA と側面２０
ｂの接合部ＸB とを共存させたジョセフソン接合につい
ても、図１に示した接合と同様に、凹部全体として 1つ
のジョセフソン接合を構成しているため、立体構造の超
電導ループが 1つの接合を共有して連結した回路を実現
することできる。従って、液体ヘリウム温度に比べ十分
に高温で動作させ得るＳＦＱ論理回路などを実現するこ
とが可能となる。[0046] The bonding portion of the bottom surface 20a X A and the side 20
For even b Josephson junctions are allowed to coexist and junction X B of, similarly to the joint shown in FIG. 1, for constituting the single Josephson junction as a whole recess, superconducting loop conformation is one A circuit connected by sharing a junction can be realized. Therefore, it is possible to realize an SFQ logic circuit or the like that can operate at a temperature sufficiently higher than the liquid helium temperature.
【００４７】一方、図５に示したように、底面２０ａが
下部超電導電極層１２の表面と一致するように、精密に
制御して凹部２０を形成した超電導素子１９′では、図
７に示すように側面２０ｂの接合は形成されず、底面２
０ａのサンドイッチ型接合部ＸA のみとなる。 On the other hand, as shown in FIG. 5, in the superconducting element 19 'in which the concave portion 20 is formed by precisely controlling the bottom surface 20a to coincide with the surface of the lower superconducting electrode layer 12, as shown in FIG. Is not formed on the bottom surface 2b.
Only becomes sandwich joint X A of 0a.
【００４８】[0048]
【００４９】[0049]
【００５０】次に、本発明の第３の超電導素子の実施形
態について、図８の製造工程図を参照して説明する。Next, an embodiment of the third superconducting element of the present invention will be described with reference to the manufacturing process diagram of FIG.
【００５１】まず、図８（ａ）に示すように、基板２１
上もしくはグランドプレーン２２としての酸化物超電導
体層上に形成された層間絶縁層２３としての酸化物薄膜
上に、下部超電導電極層２４を形成する。下部超電導電
極層２４は、前述した実施形態と同様に、 一般式：ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ （式中、ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙ
ｂ、ＬｕなどのＰｒを除く希土類元素から選ばれる少な
くとも 1種の元素を、δは 0〜 0.5の数を示す）で実質
的に表される組成を有する酸化物超電導体により構成さ
れる。First, as shown in FIG.
A lower superconducting electrode layer 24 is formed on an oxide thin film as an interlayer insulating layer 23 formed on the oxide superconducting layer as the ground plane 22. The lower superconducting electrode layer 24 has a general formula: REBa 2 Cu 3 O 7-δ (where RE is Y, La, Nd, Eu, Gd, Tb, Y), as in the above-described embodiment.
b, at least one element selected from rare earth elements other than Pr such as Lu, and δ is a number of 0 to 0.5).
【００５２】次に、下部超電導電極層２４の少なくとも
一部を覆うように、熱処理後にバリア層となる酸化物層
２５を形成する。ここで、酸化物層２５は下部超電導電
極層２４として用いた酸化物超電導体中の希土類元素Ｒ
Ｅよりイオン半径の小さい希土類元素ＲＥ′を含む、 一般式：ＲＥ′Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ （式中、ＲＥ′はＹを含む希土類元素から選ばれる少な
くとも 1種の元素であって、希土類元素ＲＥよりイオン
半径の小さい希土類元素である）で実質的に表される組
成を有する酸化物からなるものである。Next, an oxide layer 25 serving as a barrier layer after heat treatment is formed so as to cover at least a part of the lower superconducting electrode layer 24. Here, the oxide layer 25 is a rare earth element R in the oxide superconductor used as the lower superconducting electrode layer 24.
A rare earth element RE 'having a smaller ionic radius than E, a general formula: RE'Ba 2 Cu 3 O 7-δ (wherein RE' is at least one element selected from rare earth elements containing Y, (It is a rare earth element having an ionic radius smaller than that of the rare earth element RE)).
【００５３】例えば、下部超電導電極層２４にＮｄＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7-δを用いた場合、Ｎｄよりイオン半径が小
さいＹを希土類元素ＲＥ′として含むＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-δにより酸化物層２５を形成する。このような積層構
造に対して、酸化物層２５の結晶構造を層状ペロブスカ
イト構造から立方晶を有する単純ペロブスカイト構造類
似の構造に変換するための熱処理を施す。For example, if the lower superconducting electrode layer 24 is made of NdBa
When 2 Cu 3 O 7-δ is used, YBa 2 Cu 3 O containing Y having a smaller ionic radius than Nd as the rare earth element RE ′ is used.
The oxide layer 25 is formed by 7-δ . Such a stacked structure is subjected to heat treatment for converting the crystal structure of the oxide layer 25 from a layered perovskite structure to a structure similar to a simple perovskite structure having a cubic structure.
【００５４】一般に、ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ組成を持
つ超電導体は、希土類元素ＲＥのイオン半径が大きくな
るほど、低酸素濃度雰囲気下での安定性が増す性質を有
する。超電導性を示す層状ペロブスカイト構造から立方
晶構造への結晶構造の変換は、一定範囲の温度領域にお
いて、層状ペロプスカイト構造が不安定となる低酸素濃
度雰囲気下に材料を放置したときに生じるものである。
従って、温度と酸素濃度を適宜設定することによって、
イオン半径の小さい希土類元素ＲＥ′を構成要素とする
酸化物層２５、すなわちＲＥ′Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ層は
不安定となるものの、下部超電導電極層２４としてのＲ
ＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δは安定に保つことができる。In general, a superconductor having a REBa 2 Cu 3 O 7-δ composition has such a property that the stability under a low oxygen concentration atmosphere increases as the ionic radius of the rare earth element RE increases. The conversion of the superconducting layered perovskite structure from a layered perovskite structure to a cubic structure occurs when a material is left under a low oxygen concentration atmosphere where the layered perovskite structure becomes unstable in a certain temperature range. is there.
Therefore, by appropriately setting the temperature and the oxygen concentration,
Although the oxide layer 25 containing the rare earth element RE 'having a small ionic radius as a component, that is, the RE'Ba 2 Cu 3 O 7-δ layer becomes unstable, the R as the lower superconducting electrode layer 24 becomes unstable.
EBa 2 Cu 3 O 7-δ can be kept stable.
【００５５】本発明はこのような酸化物超電導体の特性
を利用したものであり、上記したような温度と酸素濃度
を制御した熱処理工程を実施することによって、図８
（ｂ）に示すように、ＲＥ′Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ層のみ
を超電導特性を示さない単純ペロブスカイト構造類似の
立方晶構造を有するバリア層２６、すなわち 一般式：ＲＥ′Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏx （式中、ｘは 6〜 8の数を示す）で実質的に表される組
成を有し、立方晶構造の酸化物からなるバリア層２６と
することができる。なお、バリア層２６を構成する酸化
物は、層状ペロブスカイト構造から立方晶に相転移する
際に酸素量が変動する場合があり、ｘの値は 6〜8の範
囲となる。またこの場合、立方晶構造に変換する領域の
厚さは元の酸化物層２５の厚さ、すなわちＲＥ′Ｂａ2
Ｃｕ3 Ｏ7-δ層の厚さで決定され、立方晶層とその下の
ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ層からなる下部超電導電極層２
４との間には明確な境界が存在することになる。The present invention utilizes such characteristics of the oxide superconductor. By performing the heat treatment step in which the temperature and the oxygen concentration are controlled as described above, FIG.
As shown in (b), only the RE'Ba 2 Cu 3 O 7-δ layer is a barrier layer 26 having a cubic structure similar to a simple perovskite structure which does not exhibit superconducting properties, that is, the general formula: RE'Ba 2 Cu 3 The barrier layer 26 has a composition substantially represented by O x (where x represents a number of 6 to 8) and is made of an oxide having a cubic structure. The amount of oxygen in the oxide constituting the barrier layer 26 may fluctuate during the phase transition from the layered perovskite structure to the cubic crystal, and the value of x is in the range of 6 to 8. In this case, the thickness of the region to be converted to the cubic structure is the thickness of the original oxide layer 25, that is, RE'Ba 2
The lower superconducting electrode layer 2 is determined by the thickness of the Cu 3 O 7-δ layer, and is composed of a cubic layer and a REBa 2 Cu 3 O 7-δ layer thereunder.
4, there will be a clear boundary.
【００５６】この後、立方晶構造を有するバリア層２６
上に、図８（ｃ）に示すように、ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-δまたはＲＥ′Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δで実質的に表され
る組成を有する酸化物超電導体からなる上部超電導電極
層２７を形成することによって、サンドイッチ型のジョ
セフソン接合を有する超電導素子２８が得られる。接合
構造は単純な積層構造に限らず、当然ながら傾斜型接合
に対しても適用することが可能である。Thereafter, barrier layer 26 having a cubic structure is formed.
As shown in FIG. 8C, REBa 2 Cu 3 O
By forming the upper superconducting pole layer 27 made of an oxide superconductor having a composition substantially represented by 7-δ or RE'Ba 2 Cu 3 O 7-δ , the superconducting layer having a sandwich type Josephson junction is formed. An element 28 is obtained. The joining structure is not limited to a simple laminated structure, but can naturally be applied to an inclined joining.
【００５７】従来のＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ層の表面にプ
ラズマ損傷を与えた後に熱処理を施して、表面層のみを
立方晶相に変化させてバリア層を形成したジョセフソン
接合では、前述したように、プラズマ損傷領域が表面か
ら深さ方向に連続的に形成されてしまうため、熱処理後
の立方晶相と超電導相の境界がはっきりとは形成され
ず、超電導特性が表面に向かって徐々に劣化するため、
ジョセフソン接合としての臨界電流は低いものとなって
しまう。In a conventional Josephson junction in which a barrier layer is formed by subjecting the surface of a conventional YBa 2 Cu 3 O 7-δ layer to a plasma treatment after applying plasma damage to change only the surface layer to a cubic phase, As described above, since the plasma damage region is formed continuously from the surface in the depth direction, the boundary between the cubic phase and the superconducting phase after heat treatment is not clearly formed, and the superconducting characteristics gradually increase toward the surface. To deteriorate,
The critical current as a Josephson junction is low.
【００５８】これに対して、この実施形態ではＲＥＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ組成の酸化物超電導体中の希土類元素の
イオン半径に基づく低酸素濃度雰囲気下での安定性の差
に基づいて、ＲＥ′Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ層のみを超電導
特性を示さない単純ペロブスカイト構造類似の立方晶構
造に変換しているため、バリア層２６と下部超電導電極
層（立方晶構造のＲＥ′Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏx 層）２４との
間に明確な境界を存在させることができる。従って、良
好な臨界電流を有するジョセフソン接合を得ることが可
能となる。On the other hand, in this embodiment, REBa
2 Cu 3 O 7-δ on the basis of the difference in stability under low oxygen concentration atmosphere based upon the ionic radius of the rare earth element of the oxide superconductor in composition, only RE'Ba 2 Cu 3 O 7-δ layer Since the structure is converted to a cubic structure similar to a simple perovskite structure that does not exhibit superconductivity, a clear structure is formed between the barrier layer 26 and the lower superconducting electrode layer (RE′Ba 2 Cu 3 O x layer having a cubic structure) 24. Boundaries can exist. Therefore, it becomes possible to obtain a Josephson junction having a good critical current.
【００５９】また、一旦立方晶構造に変換した領域は極
めて安定であり、その上に超電導特性を示すＲＥＢａ2
Ｃｕ3 Ｏ7-δ膜を堆積する工程を経ても、構造が破壊さ
れることはない。このため、上部超電導電極層２７とな
る超電導体には、下部超電導電極層２４に用いたＲＥＢ
ａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δと同じ材料を用いてもよいし、また下
部超電導電極層２４とは構成する希土類元素が異なる材
料、例えばＲＥ′Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δを採用してもよ
い。The region once converted to the cubic structure is extremely stable, and furthermore, REBa 2, which exhibits superconducting characteristics, is formed thereon.
The structure is not destroyed even after the step of depositing the Cu 3 O 7-δ film. For this reason, the superconductor serving as the upper superconducting electrode layer 27 includes the REB used for the lower superconducting electrode layer 24.
The same material as a 2 Cu 3 O 7-δ may be used, or a material having a different rare earth element from the lower superconducting electrode layer 24, for example, RE′Ba 2 Cu 3 O 7-δ may be used. Good.
【００６０】[0060]
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described.
【００６１】実施例１ 図９は、本発明の第１の超電導素子を適用して作製した
集積回路の要部構造を一部断面で示す斜視図である。同
図において、３１はＳｒＴｉＯ3 単結晶からなる基板で
あり、その表面は (100)面に一致している。このＳｒＴ
ｉＯ3 単結晶基板３１上には、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δで
組成が実質的に表される酸化物超電導体からなる厚さ 2
50nmのグランドプレーン３２が、その結晶構造のｃ軸が
基板表面に直立するような配向（ｃ軸配向）で形成され
ている。Embodiment 1 FIG. 9 is a perspective view showing a partial cross section of a main part structure of an integrated circuit manufactured by applying the first superconducting element of the present invention. In the figure, reference numeral 31 denotes a substrate made of a single crystal of SrTiO 3 , the surface of which is coincident with the (100) plane. This SrT
On the iO 3 single-crystal substrate 31, a thickness 2 composed of an oxide superconductor whose composition is substantially represented by YBa 2 Cu 3 O 7-δ
The 50 nm ground plane 32 is formed in an orientation (c-axis orientation) such that the c-axis of the crystal structure stands upright on the substrate surface.
【００６２】グランドブレーン３２上には、厚さ 250nm
のＳｒＴｉＯ3 薄膜からなる酸化物絶縁体層３３を形成
した。これらの層を形成するにあたっては、多元スパッ
タ法を用い、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ膜はＡｒ／Ｏ2 混合
ガス 20mTorrの雰囲気下で基板温度 800℃で作製し、Ｓ
ｒＴｉＯ3 膜はＡｒ／Ｏ2 混合ガス 10mTorrの雰囲気下
で基板温度 680℃の条件で作製した。On the ground plane 32, a thickness of 250 nm
The oxide insulator layer 33 made of the SrTiO 3 thin film was formed. In forming these layers, a multi - source sputtering method was used, and a YBa 2 Cu 3 O 7-δ film was formed at a substrate temperature of 800 ° C. in an atmosphere of an Ar / O 2 mixed gas of 20 mTorr.
The rTiO 3 film was formed under a condition of a substrate temperature of 680 ° C. in an atmosphere of an Ar / O 2 mixed gas of 10 mTorr.
【００６３】次に、上述した条件と同一の製膜条件を用
いて、下部超電導電極層３４となる厚さ 200nmのＹＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ膜とその上の層間絶縁層３５となるＳｒ
ＴｉＯ3 膜を順に積層形成した。層間絶縁層３５となる
ＳｒＴｉＯ3 膜の厚さは 250nmとした。Next, using the same film forming conditions as those described above, a 200 nm-thick YBa to be the lower superconducting electrode layer 34 is formed.
Sr serving as 2 Cu 3 O 7-δ film and interlayer insulating layer 35 thereon
TiO 3 films were sequentially formed. The thickness of the SrTiO 3 film serving as the interlayer insulating layer 35 was 250 nm.
【００６４】この後、上述した積層膜をスパッタ装置か
ら取り出し、通常の光学露光法でポジ型レジストのパタ
ーンを所定位置に形成し、このレジストをマスクとして
イオンミリング法で、層間絶縁層３５と下部超電導電極
層３４を、グランドプレーン３２上の絶縁体層３３の表
面が露出するまで連続的にエッチングして、側面が基板
面に対して25度の角度をなす、一辺が 1μm の正方形の
形状を持った微小な穴（凹部）３６を形成した。Thereafter, the above-mentioned laminated film is taken out of the sputtering apparatus, a pattern of a positive resist is formed at a predetermined position by an ordinary optical exposure method, and the interlayer insulating layer 35 and the lower part of the interlayer insulating layer 35 are formed by ion milling using the resist as a mask. The superconducting electrode layer 34 is continuously etched until the surface of the insulator layer 33 on the ground plane 32 is exposed, so that the side surface forms an angle of 25 degrees with respect to the substrate surface, and a square shape of 1 μm on a side. A small hole (recess) 36 was formed.
【００６５】イオンミリングは基板面に対してＡｒイオ
ンを50度の角度で入射し、エッチング中には基板を一定
速度で回転させた。このエッチング工程により形成され
る凹部３６の側面が基板面に対して比較的緩い角度をな
すのは、ミリング時にレジストマスクもエッチングされ
て後退するためであり、傾斜角はＡｒイオンの入射角を
変えることで制御することができる。In ion milling, Ar ions were incident on the substrate surface at an angle of 50 degrees, and the substrate was rotated at a constant speed during etching. The reason that the side surface of the concave portion 36 formed by this etching process forms a relatively gentle angle with respect to the substrate surface is that the resist mask is also etched and receded during milling, and the inclination angle changes the incident angle of Ar ions. Can be controlled.
【００６６】エッチイングの終了後、有機溶媒によって
マスクとしたレジストを除去し、次いでＡｒイオンを 1
00eV程度の加速電圧で10分間照射し、エッチング端面の
清浄化を行った。この後、再び多元スパッタ装置に試料
を装着し、バリア層３７となるＰｒＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ
膜と、上部超電導電極層３８となるＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-δ膜を連続して積層した。バリア層３７の厚さは10n
m、上部超電導電極層３８の厚さは 300nmである。After the completion of the etching, the resist used as a mask with an organic solvent is removed.
Irradiation was performed at an accelerating voltage of about 00 eV for 10 minutes to clean the etched end face. Thereafter, the sample is mounted again on the multi-source sputtering apparatus, and PrBa 2 Cu 3 O 7-δ serving as the barrier layer 37 is provided.
Film and YBa 2 Cu 3 O to be the upper superconducting electrode layer 38
The 7-δ films were continuously laminated. The thickness of the barrier layer 37 is 10n
m, and the thickness of the upper superconducting electrode layer 38 is 300 nm.
【００６７】上述した積層膜の形成後に、通常の光学露
光法でポジ型レジストのパターンを所定位置に形成し、
このレジストをマスクとしてイオンミリング法で、上部
超電導電極層３８とバリア層３７を、層間絶縁層３５の
表面が露出するまでエッチングして、図９の素子構造を
完成させた。After the formation of the above-mentioned laminated film, a pattern of a positive resist is formed at a predetermined position by an ordinary optical exposure method,
Using the resist as a mask, the upper superconducting electrode layer 38 and the barrier layer 37 were etched by ion milling until the surface of the interlayer insulating layer 35 was exposed, thereby completing the device structure shown in FIG.
【００６８】このようにして作製した多数個の接合の電
気特性を評価した結果、いずれの接合も温度4.2Kと 60K
の間で明確なジョセフソン接合の特性を示し、接合の性
能を表す指標であるＩc ・Ｒn 積は、4.2Kでは 1.5mV程
度、 50Kにおいても 0.3mV程度に達した。また、同一ウ
ェハー上に作製した48個の接合はＩc およびＲn 共に分
布は小さく、標準偏差として 10%程度に収まることが確
認された。As a result of evaluating the electrical characteristics of a large number of junctions manufactured as described above, it was found that all
The characteristic of the Josephson junction was clearly shown between the above, and the I c · R n product, which is an index indicating the performance of the junction, reached about 1.5 mV at 4.2 K and about 0.3 mV even at 50 K. Also, the 48 junctions fabricated on the same wafer I c and R n together distribution is small, it was confirmed that fit in about 10% as the standard deviation.
【００６９】実施例２ 図１０は、本発明の第２の超電導素子を適用して作製し
た集積回路の要部構造を一部断面で示す斜視図である。
実施例２に用いたジョセフソン接合は、前述した実施例
１とは異なり、下部超電導電極層３４、バリア層３７お
よび上部超電導電極層３８が垂直方向に積層されたサン
ドイッチ型の接合を含むものである。Embodiment 2 FIG. 10 is a perspective view showing a partial cross section of a main structure of an integrated circuit manufactured by applying the second superconducting element of the present invention.
The Josephson junction used in the second embodiment is different from the first embodiment in that it includes a sandwich type junction in which a lower superconducting electrode layer 34, a barrier layer 37, and an upper superconducting electrode layer 38 are vertically stacked.
【００７０】この実施例２の素子の作製にも、実施例１
と同様に、多元スパッタ法による製膜とＡｒイオンによ
るエッチングを用いた。まず、ＳｒＴｉＯ3 単結晶基板
３１上に、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δで組成が実質的に表さ
れる酸化物超電導体からなる厚さ 250nmのグランドプレ
ーン３２、厚さ 250nmのＳｒＴｉＯ3 膜からなる酸化物
絶縁体層３３、および下部超電導電極層３４となる厚さ
200nmのＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ膜を同一のスパッタ装置
を用いて連続的に積層した。The fabrication of the device of the second embodiment is similar to that of the first embodiment.
Similarly to the above, film formation by multi-source sputtering and etching by Ar ions were used. First, a 250 nm-thick ground plane 32 made of an oxide superconductor whose composition is substantially represented by YBa 2 Cu 3 O 7-δ and a 250 nm-thick SrTiO 3 film are formed on a SrTiO 3 single crystal substrate 31. Thickness to become oxide insulator layer 33 and lower superconducting electrode layer 34
A 200 nm YBa 2 Cu 3 O 7-δ film was continuously laminated using the same sputtering apparatus.
【００７１】次いで、層間絶縁層３５の一部を構成する
ことになるＳｒＴｉＯ3 薄膜を50nmだけ堆積し、試料を
真空装置から取り出した。これら各層の形成条件は、前
述した実施例１と同一とした。薄いＳｒＴｉＯ3 膜は、
この後のウェハー上の下部超電導電極層をいくつかの島
状領域に分離する工程において、下部超電導電極層３４
が劣化するのを防止するために用いるものである。Next, a 50 nm thick SrTiO 3 thin film which is to constitute a part of the interlayer insulating layer 35 was deposited, and the sample was taken out of the vacuum apparatus. The conditions for forming these layers were the same as those in Example 1 described above. Thin SrTiO 3 film
In the subsequent step of separating the lower superconducting electrode layer on the wafer into several island regions, the lower superconducting electrode layer 34
Is used to prevent the deterioration of.
【００７２】次に、上述した積層膜上に、通常の光学露
光法でポジ型レジストのパターンを所定位置に形成し、
このレジストをマスクとしてイオンミリング法で、薄い
ＳｒＴｉＯ3 膜と下部超電導電極層３４を、グランドプ
レーン３２上の絶縁体層３３の表面が露出するまでエッ
チングして、下部超電導電極層３４をいくつかの島状の
領域に分離した。この後、厚さ 250nmのＳｒＴｉＯ3 膜
をウエハー全面に堆積して、層間絶縁層３５を形成し
た。Next, a pattern of a positive resist is formed at a predetermined position on the above-mentioned laminated film by a usual optical exposure method.
Using this resist as a mask, the thin SrTiO 3 film and the lower superconducting electrode layer 34 are etched until the surface of the insulator layer 33 on the ground plane 32 is exposed by ion milling. It separated into island-like areas. Thereafter, an SrTiO 3 film having a thickness of 250 nm was deposited on the entire surface of the wafer to form an interlayer insulating layer 35.
【００７３】次いで、やはり通常の光学露光法を用いて
ポジ型レジストのパターンを形成し、このレジス卜をマ
スクとしてイオンミリング法で、側面が基板面に対して
約25度の角度をなす、一辺が 2μm の正方形の形状を持
った微小な穴（凹部）３９を層間絶縁層３５の中に形成
した。このエッチング工程においても、Ａｒイオンは基
板面に対して50度の角度を成すように入射し、エッチン
グ中には基板を一定速度で回転させた。このエッチング
工程は下部超電導電極層３４の表面が露出するまで行
い、エッチング後のレジストマスクは有機溶媒によって
除去した。Next, a pattern of a positive resist is formed also by the usual optical exposure method, and the side surface forms an angle of about 25 degrees with respect to the substrate surface by ion milling using the resist as a mask. A small hole (recess) 39 having a square shape of 2 μm was formed in the interlayer insulating layer 35. Also in this etching step, Ar ions were incident at an angle of 50 degrees with respect to the substrate surface, and the substrate was rotated at a constant speed during the etching. This etching process was performed until the surface of the lower superconducting electrode layer 34 was exposed, and the resist mask after the etching was removed with an organic solvent.
【００７４】次に、 100eVに加速したＡｒイオンを10分
間照射して、エッチング端面の清浄化を行い、この後多
元スパッタ装置を用いて、バリア層３７となるＰｒＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ膜と上部超電導電極層３８となるＹＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ膜を連続して積層した。バリア層３７の
厚さは10nm、上部超電導電極層３８の厚さは 300nmとし
た。Next, the etching end face is cleaned by irradiating Ar ions accelerated to 100 eV for 10 minutes, and thereafter, PrBa serving as a barrier layer 37 is formed by using a multi-source sputtering apparatus.
YBa to be 2 Cu 3 O 7-δ film and upper superconducting electrode layer 38
2 Cu 3 O 7-δ films were continuously laminated. The thickness of the barrier layer 37 was 10 nm, and the thickness of the upper superconducting electrode layer 38 was 300 nm.
【００７５】最後に、通常の光学露光法とイオンミリン
グによって、上部超電導電極層３８を所定パターンに加
工して、図１０に示す超電導回路を完成させた。図１０
において、異なった島状領域の下部超電導電極層３４上
に形成された一部の接合構造は、上部超電導電極層３８
を共通とすることで連結されている。Finally, the upper superconducting electrode layer 38 was processed into a predetermined pattern by a usual optical exposure method and ion milling to complete the superconducting circuit shown in FIG. FIG.
In the above, a part of the junction structure formed on the lower superconducting electrode layer
Are connected in common.
【００７６】このようにして作製したジョセフソン接合
は、温度4.2Kで約 1mVのＩc ・Ｒn積を示した。この値
は前述した実施例１の素子と比較するとやや低いもので
あったが、一方ウェハー内の48個の接合の特性分布は、
標準偏差として8%と小さく、極めて均質なジョセフソン
接合を得ることができることが確認された。The Josephson junction thus manufactured exhibited an I c · R n product of about 1 mV at a temperature of 4.2 K. This value was slightly lower than that of the device of Example 1 described above, while the characteristic distribution of the 48 junctions in the wafer was:
It was confirmed that a very uniform Josephson junction could be obtained with a small standard deviation of 8%.
【００７７】実施例３ 図１１は、本発明の第３の超電導素子の一実施形態の製
造工程および構造を示す断面図である。なお、図１１は
本発明の第３の超電導素子を第１の超電導素子と組み合
わせた素子構造の製造工程を順に示したものである。こ
の実施例３における超電導素子の製造の手順は以下の通
りである。Example 3 FIG. 11 is a sectional view showing a manufacturing process and a structure of an embodiment of the third superconducting element of the present invention. FIG. 11 shows, in order, manufacturing steps of an element structure in which the third superconducting element of the present invention is combined with the first superconducting element. The procedure of manufacturing the superconducting element in the third embodiment is as follows.
【００７８】まず、図１１（ａ）に示すように、ＳｒＴ
ｉＯ3 単結晶基板４１上に多元スパッタ法によって、Ｎ
ｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δで組成が実質的に表される酸化物
超電導体からなる厚さ 250nmのグランドプレーン層４２
を形成し、次いで厚さ50nmのＳｒＴｉＯ3 層、厚さ 200
nmのＰｒＢａ2 Ｃｏ0.2 Ｃｕ2.8 Ｏ7-δ層、厚さ50nmの
ＳｒＴｉＯ3 層の 3層積層構造からなる層間絶縁層４３
を積層した。First, as shown in FIG.
The N 3 is deposited on the iO 3 single crystal substrate 41 by multi-source sputtering.
250 nm-thick ground plane layer 42 made of an oxide superconductor whose composition is substantially represented by dBa 2 Cu 3 O 7-δ
And then a 50 nm thick SrTiO 3 layer, 200 mm thick
An interlayer insulating layer 43 having a three-layer structure of a PrBa 2 Co 0.2 Cu 2.8 O 7-δ layer having a thickness of 50 nm and a SrTiO 3 layer having a thickness of 50 nm.
Were laminated.
【００７９】この層間絶縁層４３の中間に用いたＰｒＢ
ａ2 Ｃｏ0.2 Ｃｕ2.8 Ｏ7-δ層は、通常のＰｒＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏ7-δのＣｕの一部をＣｏで置換したものであり、
ＰｒＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δに比べて抵抗率の高い絶縁体で
ある。ＰｒＢａ2 Ｃｏ0.2 Ｃｕ2.8 Ｏ7-δは低温で30程
度の比較的小さい比誘電率を持つ材料であるため、信号
伝播速度の大きい伝送線路を作製するためには都合が良
い。この実施例３において、層間絶縁層４３を 3層積層
構造としたのは、ＰｒＢａ2 Ｃｏ0.2 Ｃｕ2.8Ｏ7-δの
小さい誘電率を利用した上で、直流的なリーク電流を十
分に小さい値に保つためである。The PrB used in the middle of the interlayer insulating layer 43
The a 2 Co 0.2 Cu 2.8 O 7-δ layer is made of ordinary PrBa 2 C
a part of Cu of u 3 O 7-δ substituted with Co,
It is an insulator having a higher resistivity than PrBa 2 Cu 3 O 7-δ . Since PrBa 2 Co 0.2 Cu 2.8 O 7-δ is a material having a relatively small relative dielectric constant of about 30 at a low temperature, it is convenient for producing a transmission line having a high signal propagation speed. In the third embodiment, the interlayer insulating layer 43 has a three-layer laminated structure because a small dielectric constant of PrBa 2 Co 0.2 Cu 2.8 O 7-δ is used and the DC leakage current is reduced to a sufficiently small value. In order to keep.
【００８０】層間絶縁層４３上には同一のスパッタ装置
を用いて、下部超電導電極層４４となる厚さ 200nmのＮ
ｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ膜と層間絶縁層４５となるＳｒＴ
ｉＯ3 膜を順に積層した。後述する工程を考慮して、こ
の実施例３においてはＳｒＴｉＯ3 絶縁層４５の厚さは
500nmとした。On the interlayer insulating layer 43, the same sputtering apparatus is used to form a 200 nm thick N
SrT serving as dBa 2 Cu 3 O 7-δ film and interlayer insulating layer 45
iO 3 films were sequentially laminated. In consideration of the process described later, in the third embodiment, the thickness of the SrTiO 3 insulating layer 45 is
500 nm.
【００８１】上述した積層膜を形成した後、試料をスパ
ッタ装置の真空容器から取り出し、図１１（ｂ）に示す
ように、接合を形成する場所に窓を開けたポジレジスト
４６のパターンを通常の光学露光法により作製した。こ
の実施例３においては、窓は一辺が 1.5μm の正方形の
形状とした。After the above-mentioned laminated film is formed, the sample is taken out of the vacuum vessel of the sputtering apparatus, and as shown in FIG. It was produced by an optical exposure method. In Example 3, the window had a square shape with a side of 1.5 μm.
【００８２】次に、このレジスト４６をマスクとして、
Ａｒイオンを基板面に対して50度の角度で照射し、層間
絶縁層４５をエッチングした。このエッチングの際に基
板は回転させ、エッチング後の側面の基板面に対して成
す角度が25度となるようにした。このエッチングは窓部
の層間絶縁層４５が完全になくなるまでは行わず、約50
nmの厚さのＳｒＴｉＯ3 層が残るところで終了させ、残
ったレジストを溶剤で除去して、図１１（ｃ）に示すよ
うな構造を作製した。Next, using this resist 46 as a mask,
The substrate surface was irradiated with Ar ions at an angle of 50 degrees to etch the interlayer insulating layer 45. At the time of this etching, the substrate was rotated so that the angle formed by the side surface after etching with respect to the substrate surface was 25 degrees. This etching is not performed until the interlayer insulating layer 45 in the window portion is completely removed.
The process was terminated when the SrTiO 3 layer having a thickness of nm remained, and the remaining resist was removed with a solvent to produce a structure as shown in FIG. 11C.
【００８３】この後、ウェハー全面に、基板面に対して
40度の角度でＡｒイオンを照射し、図１１（ｃ）の表面
形状をほぼ保った形で全面にエッチングを施した。最初
のエッチング工程によって、予めＳｒＴｉＯ3 絶縁層４
５が薄くされた領域では、その下の下部超電導電極層４
４までエッチングが進み、図１１（ｄ）に示すような構
造が形成できる。この実施例３でエッチング工程を 2段
階に分けたのは、エッチングによって露出した下部超電
導電極層４４の側面が、レジスト除去のための有機溶剤
によって汚染されることを防ぐためである。Thereafter, the entire surface of the wafer is
Ar ion irradiation was performed at an angle of 40 degrees, and etching was performed on the entire surface while substantially maintaining the surface shape of FIG. By the first etching step, the SrTiO 3 insulating layer 4
In the region where 5 is thinned, the lower superconducting electrode layer 4
Etching proceeds to 4, and a structure as shown in FIG. 11D can be formed. The reason why the etching process is divided into two stages in the third embodiment is to prevent the side surface of the lower superconducting electrode layer 44 exposed by the etching from being contaminated by the organic solvent for removing the resist.
【００８４】次に、ウェハーを再びスパッタ装置に装着
し、バリア層を作るための厚さ10nmのＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-δ層４７をウェハー全面に堆積した（図１１
（ｅ））。この後、同じスパッタ装置内で試料を酸素分
圧 1×10-5Torr、基板温度 480℃の条件下で45分間熱処
理し、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ層４７を立方晶構造のバリ
ア層４８に変換した（図１１（ｆ））。この熱処理条件
においては、下部超電導電極層４４およびグランドプレ
ーン４２としてのＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ層は安定であ
るために、結晶構造の変化は生じない。Next, the wafer is mounted on the sputtering apparatus again, and YBa 2 Cu 3 O having a thickness of 10 nm for forming a barrier layer.
A 7-δ layer 47 was deposited on the entire surface of the wafer (FIG. 11).
(E)). Thereafter, the sample is heat-treated in the same sputtering apparatus under the conditions of an oxygen partial pressure of 1 × 10 −5 Torr and a substrate temperature of 480 ° C. for 45 minutes to form the YBa 2 Cu 3 O 7-δ layer 47 into a cubic barrier layer. 48 (FIG. 11F). Under these heat treatment conditions, since the lower superconducting electrode layer 44 and the NdBa 2 Cu 3 O 7-δ layer as the ground plane 42 are stable, the crystal structure does not change.
【００８５】スパッタ装置内の圧力をＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-δ薄膜を作製する条件に変更し、図１１（ｇ）に示す
ように、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δで組成が実質的に表され
る上部超電導電極層４９をウェハー全面に形成した後、
上部超電導電極層４９を光学露光法とイオンミリングに
より加工することで、図１１（ｈ）に示した素子構造を
完成させた。The pressure in the sputtering apparatus was set to YBa 2 Cu 3 O
The conditions for forming the 7-δ thin film were changed, and as shown in FIG. 11 (g), an upper superconducting electrode layer 49 whose composition was substantially represented by YBa 2 Cu 3 O 7-δ was formed on the entire surface of the wafer. rear,
The element structure shown in FIG. 11H was completed by processing the upper superconducting electrode layer 49 by an optical exposure method and ion milling.
【００８６】実施例３で作製したジョセフソン接合で
は、温度4.2KにおけるＩc ・Ｒn 積が1.8mVと大きく、
また同一ウェハー内の48個の接合において、Ｉc の分布
は標準偏差が5%程度と極めて小さいことが確認された。In the Josephson junction fabricated in Example 3, the product of I c · R n at a temperature of 4.2 K was as large as 1.8 mV,
In 48 of the joint in the same wafer, the distribution of I c is the standard deviation is very small as about 5% has been confirmed.
【００８７】この特性の均一性は、集積度の高い論理回
路を実現するためには十分なものであるが、温度 20K以
下では電流−電圧特性に若干のヒステリシス特性が認め
られ、ＳＦＱ回路に適用するためには、接合の常伝導コ
ンダクタンスを増加させる必要があることが示唆され
た。このような接合コンダクタンスは、この実施例で記
載したバリア層の製造方法を用いて、本発明の第２の超
電導素子を作製することで調整することができる。This uniformity of characteristics is sufficient for realizing a highly integrated logic circuit. However, at a temperature of 20 K or less, a slight hysteresis characteristic is observed in the current-voltage characteristic, and the characteristic is applied to the SFQ circuit. It is suggested that the normal conductance of the junction needs to be increased in order to achieve this. Such a junction conductance can be adjusted by manufacturing the second superconducting element of the present invention using the method for manufacturing a barrier layer described in this embodiment.
【００８８】[0088]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の第１お
よび第２の超電導素子によれば、インダクタンス値の小
さい立体構成の超電導配線ループを、 1つのジョセフソ
ン接合を共有する形で連結して作製することができる。
従って、液体へリウム温度に比べて十分に高温で動作す
る、例えば単一磁束量子を情報媒体とした超高速の論理
回路を実現することが可能となる。また、本発明の第３
の超電導素子によれば、Ｉc ・Ｒn 値が高く、またウェ
ハー内での特性分布が極めて少ないジョセフソン接合を
作製することができ、集積度の高い論理回路の実現も可
能となる。As described above, according to the first and second superconducting elements of the present invention, a superconducting wiring loop having a three-dimensional configuration having a small inductance value is connected by sharing one Josephson junction. Can be manufactured.
Therefore, it is possible to realize an ultra-high-speed logic circuit that operates at a sufficiently high temperature as compared with the liquid helium temperature, for example, using a single flux quantum as an information medium. Further, the third aspect of the present invention
According to this superconducting element, a Josephson junction having a high I c · R n value and an extremely small characteristic distribution in a wafer can be manufactured, and a highly integrated logic circuit can be realized.
【図１】 本発明の第１の超電導素子の一実施形態の要
部構造を示す図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）
は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。FIG. 1 is a diagram showing a main structure of an embodiment of a first superconducting element of the present invention, wherein (a) is a plan view thereof and (b)
FIG. 3A is a cross-sectional view along the line AA in FIG.
【図２】 図１に示す超電導素子を用いた超電導回路の
一構成例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing one configuration example of a superconducting circuit using the superconducting element shown in FIG.
【図３】 図２に示す超電導回路の等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the superconducting circuit shown in FIG.
【図４】 本発明の第２の超電導素子の一実施形態の要
部構造を示す図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）
は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。FIGS. 4A and 4B are diagrams showing a main part structure of an embodiment of the second superconducting element of the present invention, wherein FIG. 4A is a plan view thereof and FIG.
FIG. 3A is a cross-sectional view along the line AA in FIG.
【図５】 本発明の第２の超電導素子の他の実施形態の
要部構造を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a main structure of another embodiment of the second superconducting element of the present invention.
【図６】 図４に示す超電導素子における接合の形成状
態を説明するための図である。6 is a diagram for explaining a state of formation of a junction in the superconducting element shown in FIG.
【図７】 図５に示す超電導素子における接合の形成状
態を説明するための図である。FIG. 7 is a view for explaining a state of formation of a junction in the superconducting element shown in FIG.
【図８】 本発明の第３の超電導素子の一実施形態の製
造工程および要部構造を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a manufacturing process and a main part structure of an embodiment of the third superconducting element of the present invention.
【図９】 本発明の実施例１による超電導集積回路の構
造を模式的に示す一部断面斜視図である。FIG. 9 is a partial cross-sectional perspective view schematically illustrating the structure of the superconducting integrated circuit according to the first embodiment of the present invention.
【図１０】 本発明の実施例２による超電導集積回路の
構造を模式的に示す一部断面斜視図である。FIG. 10 is a partially sectional perspective view schematically showing a structure of a superconducting integrated circuit according to a second embodiment of the present invention.
【図１１】 本発明の実施例３による超電導素子の製造
工程を模式的に示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process of the superconducting element according to the third embodiment of the present invention.
【図１２】 従来の傾斜型ジョセフソン接合の構造を模
式的に示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a conventional inclined Josephson junction.
【図１３】 従来の傾斜型接合を適用した超電導配線ル
ープの一構造例を模式的に示す平面図である。FIG. 13 is a plan view schematically showing one structural example of a superconducting wiring loop to which a conventional inclined junction is applied.
【図１４】 従来の傾斜型接合を適用した超電導配線ル
ープの他の構造例を模式的に示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing another structural example of a superconducting wiring loop to which a conventional inclined junction is applied.
【図１５】 単一磁束量子論理回路において磁束量子の
転送のために用いられる回路の等価回路図である。FIG. 15 is an equivalent circuit diagram of a circuit used for transferring a flux quantum in a single flux quantum logic circuit.
１１、２１……基板 １２、２４……下部超電導電極層 １３……層間絶縁層 １５、２０……凹部 １６……バリア層 １７、２７……上部超電導電極層 １８、１９、１９′、２８……超電導素子 ２６……立方晶構造を有する酸化物からなるバリア層 11, 21 ... substrate 12, 24 ... lower superconducting electrode layer 13 ... interlayer insulating layer 15, 20 ... recess 16 ... barrier layer 17, 27 ... upper superconducting electrode layer 18, 19, 19 ', 28 ... ... Superconducting element 26 ... Barrier layer made of oxide having cubic structure
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 39/00 ZAA H01L 39/22 ZAA H01L 39/24 ZAA ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 39/00 ZAA H01L 39/22 ZAA H01L 39/24 ZAA
Claims (3)
れ、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（ただし、ＲＥはＰｒを
除く希土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素を、
δは０〜０．５の数を示す）で実質的に表される組成を
有する酸化物超電導体からなる下部超電導電極層と、 前記下部超電導電極層上に形成された層間絶縁層と、 前記下部超電導電極層と層間絶縁層との積層膜に設けら
れ、かつ側面が前記基板面に対して所定の傾斜角をなす
と共に、底面が前記基板表面もしくは前記酸化物薄膜表
面に達する凹部と、 前記凹部の側面および底面を覆うように形成され、前記
凹部の周囲を一周する形で連続する１つの接合を構成す
るバリア層と、 前記バリア層上に設けられ、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ
で実質的に表される組成を有する酸化物超電導体からな
る上部超電導電極層とを具備することを特徴とする超電
導素子。1. A substrate, and REBa 2 Cu 3 O 7-δ formed directly on the substrate or via an oxide thin film, wherein RE is at least one element selected from rare earth elements other than Pr. ,
δ represents a number from 0 to 0.5), a lower superconducting electrode layer made of an oxide superconductor having a composition substantially represented by the formula: an interlayer insulating layer formed on the lower superconducting electrode layer; A concave portion provided on the laminated film of the lower superconducting electrode layer and the interlayer insulating layer, and having a side surface forming a predetermined inclination angle with respect to the substrate surface, and a bottom surface reaching the substrate surface or the oxide thin film surface; is formed to cover the side and bottom surfaces of the recess, the
Construct one continuous joint around the periphery of the concave part
A barrier layer provided on the barrier layer, wherein REBa 2 Cu 3 O 7-δ
And an upper superconducting electrode layer made of an oxide superconductor having a composition substantially represented by the following formula:
れ、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（ただし、ＲＥはＰｒを
除く希土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素を、
δは０〜０．５の数を示す）で実質的に表される組成を
有する酸化物超電導体からなる下部超電導電極層と、 前記下部超電導電極層上に形成された層間絶縁層と、 前記下部超電導電極層と層間絶縁層との積層膜に設けら
れ、かつ側面が前記基板面に対して所定の傾斜角をなす
と共に、底面が前記下部超電導電極層に食い込むように
形成された凹部と、 前記凹部の側面および底面を覆うように形成され、前記
凹部の周囲を一周する形で連続する１つの接合を構成す
るバリア層と、 前記バリア層上に設けられ、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ
で実質的に表される組成を有する酸化物超電導体からな
る上部超電導電極層とを具備することを特徴とする超電
導素子。2. A substrate, and REBa 2 Cu 3 O 7-δ formed directly or via an oxide thin film on the substrate, wherein RE is at least one element selected from rare earth elements other than Pr. ,
δ represents a number from 0 to 0.5), a lower superconducting electrode layer made of an oxide superconductor having a composition substantially represented by the formula: an interlayer insulating layer formed on the lower superconducting electrode layer; The lower superconducting electrode layer and the interlayer insulating layer are provided on a laminated film, and the side surface forms a predetermined angle of inclination with respect to the substrate surface, and the bottom surface cuts into the lower superconducting electrode layer.
A recess formed, and formed to cover side and bottom surfaces of the recess ,
Construct one continuous joint around the periphery of the concave part
A barrier layer provided on the barrier layer, wherein REBa 2 Cu 3 O 7-δ
And an upper superconducting electrode layer made of an oxide superconductor having a composition substantially represented by the following formula:
れ、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（ただし、ＲＥはＰｒを
除く希土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素を、
δは０〜０．５の数を示す）で実質的に表される組成を
有する酸化物超電導体からなる下部超電導電極層と、 前記下部超電導電極層の少なくとも一部を覆うように形
成され、前記酸化物超電導体に用いた希土類元素ＲＥよ
りイオン半径の小さい希土類元素ＲＥ′を含む、ＲＥ′
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ（ただし、ＲＥ′は希土類元素から選
ばれる少なくとも１種の元素であって、前記希土類元素
ＲＥよりイオン半径の小さい希土類元素を表し、ｘは６
〜８の数を示す）で実質的に表される組成を有する酸化
物からなり、かつ単純ペロブスカイト構造類似の立方晶
構造を有するバリア層と、 前記バリア層上に設けられ、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ
またはＲＥ′Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−δで実質的に表される
組成を有する酸化物超電導体からなる上部超電導電極層
とを具備することを特徴とする超電導素子。3. A substrate, which is formed directly or via an oxide thin film on the substrate, and wherein REBa 2 Cu 3 O 7-δ (where RE is at least one element selected from rare earth elements other than Pr) ,
δ represents a number from 0 to 0.5), a lower superconducting electrode layer made of an oxide superconductor having a composition substantially represented by: and formed so as to cover at least a part of the lower superconducting electrode layer; RE 'including a rare-earth element RE' having an ionic radius smaller than that of the rare-earth element RE used for the oxide superconductor.
Ba 2 Cu 3 O x (where RE ′ is at least one element selected from rare earth elements and represents a rare earth element having an ionic radius smaller than that of the rare earth element RE, and x is 6
And a barrier layer made of an oxide having a composition substantially represented by the formula: and a cubic structure similar to a simple perovskite structure, and a REBa 2 Cu 3 O provided on the barrier layer. 7-δ
Alternatively, a superconducting element comprising: an upper superconducting electrode layer made of an oxide superconductor having a composition substantially represented by RE′Ba 2 Cu 3 O 7-δ .
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| JP5054463B2 (en) * | 2006-08-23 | 2012-10-24 | 中国電力株式会社 | Josephson junction element, formation method thereof, and superconducting junction circuit |
-
1998
- 1998-02-24 JP JP10042617A patent/JP2909455B1/en not_active Expired - Lifetime
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