JP3085492B2 - マイクロブリッジ型ジョセフソン素子及び積層型ジョセフソン素子 - Google Patents
マイクロブリッジ型ジョセフソン素子及び積層型ジョセフソン素子Info
- Publication number
- JP3085492B2 JP3085492B2 JP05028446A JP2844693A JP3085492B2 JP 3085492 B2 JP3085492 B2 JP 3085492B2 JP 05028446 A JP05028446 A JP 05028446A JP 2844693 A JP2844693 A JP 2844693A JP 3085492 B2 JP3085492 B2 JP 3085492B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- josephson device
- film
- oxide
- barrier layer
- elements
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】（第一の発明） 本発明は、超電導を応用したセンサー、コンピュータ
ー、医療機器等の各種分野で利用可能なマイクロブリッ
ジ型ジョセフソン素子に関する。 （第二の発明） 本発明は、超電導を応用したセンサー、コンピュータ
ー、医療機器等の各種分野で利用可能な積層型ジョセフ
ソン素子に関する。
ー、医療機器等の各種分野で利用可能なマイクロブリッ
ジ型ジョセフソン素子に関する。 （第二の発明） 本発明は、超電導を応用したセンサー、コンピュータ
ー、医療機器等の各種分野で利用可能な積層型ジョセフ
ソン素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】（第一の発明） 従来、マイクロブリッジ型ジョセフソン素子は、超電導
転移温度（以下Ｔｃと略す）が、２０Ｋ程度以下のＮｂ
系の超電導材料で形成されていた。近年、銅を含む酸化
物でＴｃの高い超電導材料が発見され、これらを用いて
マイクロブリッジ型ジョセフソン素子を作成することが
試みられている。代表的な材料としては、YBa2Cu3O7-x
（以下ＹＢＯＣＯと略す）、Bi2Sr2CanCun+1Oy（以下Ｂ
ｉ系と略す）及びTl2Ba2CanCun+1Oy（以下Ｔｌ系と略
す）等が知られている。
転移温度（以下Ｔｃと略す）が、２０Ｋ程度以下のＮｂ
系の超電導材料で形成されていた。近年、銅を含む酸化
物でＴｃの高い超電導材料が発見され、これらを用いて
マイクロブリッジ型ジョセフソン素子を作成することが
試みられている。代表的な材料としては、YBa2Cu3O7-x
（以下ＹＢＯＣＯと略す）、Bi2Sr2CanCun+1Oy（以下Ｂ
ｉ系と略す）及びTl2Ba2CanCun+1Oy（以下Ｔｌ系と略
す）等が知られている。
【０００３】（第二の発明） 従来、積層型ジョセフソン素子は、超電導転移温度（以
下Ｔｃと略す）が、２０Ｋ程度以下のＮｂ系の超電導材
料で形成されていた。近年、銅を含む酸化物でＴｃの高
い超電導材料が発見され、これらを用いて積層型ジョセ
フソン素子を作成することが試みられている。代表的な
材料としてははYBa2Cu3O7-x（以下ＹＢＯＣＯと略
す）、Bi2Sr2CanCun+1Oy（以下Ｂｉ系と略す）及びTl2B
a2CanCun+1Oy（以下Ｔｌ系と略す）等が知られている。
下Ｔｃと略す）が、２０Ｋ程度以下のＮｂ系の超電導材
料で形成されていた。近年、銅を含む酸化物でＴｃの高
い超電導材料が発見され、これらを用いて積層型ジョセ
フソン素子を作成することが試みられている。代表的な
材料としてははYBa2Cu3O7-x（以下ＹＢＯＣＯと略
す）、Bi2Sr2CanCun+1Oy（以下Ｂｉ系と略す）及びTl2B
a2CanCun+1Oy（以下Ｔｌ系と略す）等が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】（第一の発明） 上記Ｔｃが２０Ｋ以下の金属、合金系超電導材料を用い
たマイクロブリッジ型ジョセフソン素子は素子特性も安
定し信頼性が高い。しかしながら、これらの材料はＴｃ
が低い為に液体ヘリウムで冷却する必要がある。更に液
体ヘリウムの沸点（４．２Ｋ）とＴｃの差が小さく、十
分な性能を引き出す為には、素子の冷却にかなりの注意
が必要であった。
たマイクロブリッジ型ジョセフソン素子は素子特性も安
定し信頼性が高い。しかしながら、これらの材料はＴｃ
が低い為に液体ヘリウムで冷却する必要がある。更に液
体ヘリウムの沸点（４．２Ｋ）とＴｃの差が小さく、十
分な性能を引き出す為には、素子の冷却にかなりの注意
が必要であった。
【０００５】一方、酸化物超電導材料のＢｉ系及びＴｌ
系を用いた素子の場合、材料中にＢｉやＴｌを含む為、
毒性に対する製造装置上の安全対策が必要となる。更に
Ｂｉ系及びＴｌ系は幾つかの結晶構造が共存し易く、単
一構造にするのが難しい。従って、単一な超電導特性を
得にくい為にマイクロブリッジ型ジョセフソン素子を作
成しても素子特性の再現性が得られないと云う問題があ
った。
系を用いた素子の場合、材料中にＢｉやＴｌを含む為、
毒性に対する製造装置上の安全対策が必要となる。更に
Ｂｉ系及びＴｌ系は幾つかの結晶構造が共存し易く、単
一構造にするのが難しい。従って、単一な超電導特性を
得にくい為にマイクロブリッジ型ジョセフソン素子を作
成しても素子特性の再現性が得られないと云う問題があ
った。
【０００６】又、ＹＢＣＯ系は材料中の酸素量によって
Ｔｃが変化する。更に水分や炭酸ガス等との反応性が高
いのでBaCO3やCuOに分解し易い材料である。その為に素
子製造の際、湿式プロセスを導入しにくいという問題が
あった。又、このＹＢＣＯ系は、乾式プロセスでも材料
中の酸素量が変化し易く、製造した素子の特性に再現性
がないという問題もある。
Ｔｃが変化する。更に水分や炭酸ガス等との反応性が高
いのでBaCO3やCuOに分解し易い材料である。その為に素
子製造の際、湿式プロセスを導入しにくいという問題が
あった。又、このＹＢＣＯ系は、乾式プロセスでも材料
中の酸素量が変化し易く、製造した素子の特性に再現性
がないという問題もある。
【０００７】（第二の発明） 上記Ｔｃが２０Ｋ以下の金属、合金系超電導材料を用い
た積層型ジョセフソン素子は素子特性も安定し信頼性が
高い。しかしながら、これらの材料はＴｃが低い為に液
体ヘリウムで冷却する必要がある。更に、液体ヘリウム
の沸点（４．２Ｋ）とＴｃの差が小さく、十分な性能を
引き出す為には、素子の冷却にかなりの注意が必要であ
った。
た積層型ジョセフソン素子は素子特性も安定し信頼性が
高い。しかしながら、これらの材料はＴｃが低い為に液
体ヘリウムで冷却する必要がある。更に、液体ヘリウム
の沸点（４．２Ｋ）とＴｃの差が小さく、十分な性能を
引き出す為には、素子の冷却にかなりの注意が必要であ
った。
【０００８】一方、酸化物超電導材料のＢｉ系及びＴｌ
系を用いた素子の場合、材料中にＢｉやＴｌを含む為、
毒性に対する製造装置上の安全対策が必要となる。更に
Ｂｉ系及びＴｌ系は幾つかの結晶構造が共存し易く、単
一構造にするのが難しい。従って、単一な超電導特性を
得にくい為に積層型ジョセフソン素子を作成しても素子
特性の再現性が得られないと云う問題があった。
系を用いた素子の場合、材料中にＢｉやＴｌを含む為、
毒性に対する製造装置上の安全対策が必要となる。更に
Ｂｉ系及びＴｌ系は幾つかの結晶構造が共存し易く、単
一構造にするのが難しい。従って、単一な超電導特性を
得にくい為に積層型ジョセフソン素子を作成しても素子
特性の再現性が得られないと云う問題があった。
【０００９】又、ＹＢＣＯ系は材料中の酸素量によって
Ｔｃが変化する。更にＹＢＣＯ系は水分や炭酸ガス等と
の反応性が高いのでBaCO3やCuOに分解し易い材料であ
る。その為に素子製造の際、加工プロセス中に膜表面が
変質し易くなる。従って積層膜を作成する際、上層膜の
成膜プロセス中のダメージによって、下層のＹＢＣＯは
劣化することが多かった。この為積層型ジョセフソン素
子を作成してもピンホール等が発生し易く、リーク電流
が流れたり、表面変質によるバリア層の実質的な変化が
生じたり、更には超電導性が低下する等、安定した素子
を作成することが出来なかった。
Ｔｃが変化する。更にＹＢＣＯ系は水分や炭酸ガス等と
の反応性が高いのでBaCO3やCuOに分解し易い材料であ
る。その為に素子製造の際、加工プロセス中に膜表面が
変質し易くなる。従って積層膜を作成する際、上層膜の
成膜プロセス中のダメージによって、下層のＹＢＣＯは
劣化することが多かった。この為積層型ジョセフソン素
子を作成してもピンホール等が発生し易く、リーク電流
が流れたり、表面変質によるバリア層の実質的な変化が
生じたり、更には超電導性が低下する等、安定した素子
を作成することが出来なかった。
【００１０】（第一の発明） 従って、第一の本発明の目的は、液体ヘリウムの沸点よ
りも十分にＴｃが高い超電導材料を用いて、従来から用
いられている素子製造技術によって素子特性が安定した
信頼性の高いマイクロブリッジ型ジョセフソン素子を提
供することにある。
りも十分にＴｃが高い超電導材料を用いて、従来から用
いられている素子製造技術によって素子特性が安定した
信頼性の高いマイクロブリッジ型ジョセフソン素子を提
供することにある。
【００１１】（第二の発明） 従って、第二の本発明の目的は、液体ヘリウムの沸点よ
りも十分にＴｃが高い超電導材料を用いて、従来から用
いられている素子製造技術によって素子特性が安定した
信頼性の高い積層型ジョセフソン素子を提供することに
ある。
りも十分にＴｃが高い超電導材料を用いて、従来から用
いられている素子製造技術によって素子特性が安定した
信頼性の高い積層型ジョセフソン素子を提供することに
ある。
【００１２】
【問題点を解決する為の手段】上記目的は以下の本発明
によって達成される。即ち、本発明の第一の発明は、酸
化物超電導膜を有するマイクロブリッジ型ジョセフソン
素子において、上記酸化物超電導膜の組成式をLn a Sr b Cu
3-x M x O c と表すとき、ＬｎがＹ元素及びランタノイド元
素から選ばれた１種類以上の元素とＣａ元素からなり、
ＭがＴｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及
びＲｅの元素群から選ばれた１種類以上の元素であり、
且つ２．７≦ａ＋ｂ≦３．３、０．８≦ａ≦１．２、
２．６≦ｃ≦９及び０．０５≦ｘ≦０．７であることを
特徴とするマイクロブリッジ型ジョセフソン素子、又
は、上記ＬｎがＹ元素、Ｃａ元素及びランタノイド元素
から選ばれた１種類以上の元素、ＭがＲｅ元素であり、
且つ２．７≦ａ＋ｂ≦３．３、０．８≦ａ≦１．２、
２．６≦ｃ≦９及び０．０５≦ｘ≦０．７であることを
特徴とするマイクロブリッジ型ジョセフソン素子であ
り、第二の発明は、基板上の酸化物超電導膜Ａ、該酸化
物超電導膜Ａ上のバリア層、そのバリア層の上の酸化物
超電導膜Ｂを有する積層型ジョセフソン素子において、
前記酸化物超電導膜Ａの組成式をLn a Sr b Cu 3-x M x O c と表
すとき、ＬｎがＹ元素及びランタノイド元素から選ばれ
た１種類以上の元素とＣａ元素からなり、ＭがＴｉ、
Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅの元
素群から選ばれた１種類以上の元素であり、且つ２．７
≦ａ＋ｂ≦３．３、０．８≦ａ≦１．２、２．６≦ｃ≦
９及び０．０５≦ｘ≦０．７であることを特徴とする積
層型ジョセフソン素子、又は上記ＬｎがＹ元素、Ｃａ元
素及びランタノイド元素から選ばれた１種類以上の元
素、ＭがＲｅ元素であり、且つ２．７≦ａ＋ｂ≦３．
３、０．８≦ａ≦１．２、２．６≦ｃ≦９及び０．０５
≦ｘ≦０．７であることを特徴とする積層型ジョセフソ
ン素子である。
によって達成される。即ち、本発明の第一の発明は、酸
化物超電導膜を有するマイクロブリッジ型ジョセフソン
素子において、上記酸化物超電導膜の組成式をLn a Sr b Cu
3-x M x O c と表すとき、ＬｎがＹ元素及びランタノイド元
素から選ばれた１種類以上の元素とＣａ元素からなり、
ＭがＴｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及
びＲｅの元素群から選ばれた１種類以上の元素であり、
且つ２．７≦ａ＋ｂ≦３．３、０．８≦ａ≦１．２、
２．６≦ｃ≦９及び０．０５≦ｘ≦０．７であることを
特徴とするマイクロブリッジ型ジョセフソン素子、又
は、上記ＬｎがＹ元素、Ｃａ元素及びランタノイド元素
から選ばれた１種類以上の元素、ＭがＲｅ元素であり、
且つ２．７≦ａ＋ｂ≦３．３、０．８≦ａ≦１．２、
２．６≦ｃ≦９及び０．０５≦ｘ≦０．７であることを
特徴とするマイクロブリッジ型ジョセフソン素子であ
り、第二の発明は、基板上の酸化物超電導膜Ａ、該酸化
物超電導膜Ａ上のバリア層、そのバリア層の上の酸化物
超電導膜Ｂを有する積層型ジョセフソン素子において、
前記酸化物超電導膜Ａの組成式をLn a Sr b Cu 3-x M x O c と表
すとき、ＬｎがＹ元素及びランタノイド元素から選ばれ
た１種類以上の元素とＣａ元素からなり、ＭがＴｉ、
Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅの元
素群から選ばれた１種類以上の元素であり、且つ２．７
≦ａ＋ｂ≦３．３、０．８≦ａ≦１．２、２．６≦ｃ≦
９及び０．０５≦ｘ≦０．７であることを特徴とする積
層型ジョセフソン素子、又は上記ＬｎがＹ元素、Ｃａ元
素及びランタノイド元素から選ばれた１種類以上の元
素、ＭがＲｅ元素であり、且つ２．７≦ａ＋ｂ≦３．
３、０．８≦ａ≦１．２、２．６≦ｃ≦９及び０．０５
≦ｘ≦０．７であることを特徴とする積層型ジョセフソ
ン素子である。
【００１３】
【作用】（第一の発明） 本発明の目的は、少なくともＴｃが３０Ｋ以上であり、
化学的に安定で従来の製造方法、即ち各種薄膜作成技術
や微細加工技術を容易に導入することが出来る超電導材
料を使用することで達成される。本発明に使用する超電
導材料は、組成式をLnaSrbCu3-xMxOcと表すとき、Ｌｎ
がＹ元素及びランタノイド元素から選ばれた１種類以上
の元素とＣａ元素からなり、ＭがＴｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅの元素群から選ば
れた１種類以上の元素であり、且つ２．７≦ａ＋ｂ≦
３．３、０．８≦ａ≦１．２、２．６≦ｃ≦９及び０．
０５≦ｘ≦０．７である材料、又は、上記ＬｎがＹ元
素、Ｃａ元素及びランタノイド元素から選ばれた１種類
以上の元素、ＭがＲｅ元素であり、且つ２．７≦ａ＋ｂ
≦３．３、０．８≦ａ≦１．２、２．６≦ｃ≦９及び
０．０５≦ｘ≦０．７である材料である。
化学的に安定で従来の製造方法、即ち各種薄膜作成技術
や微細加工技術を容易に導入することが出来る超電導材
料を使用することで達成される。本発明に使用する超電
導材料は、組成式をLnaSrbCu3-xMxOcと表すとき、Ｌｎ
がＹ元素及びランタノイド元素から選ばれた１種類以上
の元素とＣａ元素からなり、ＭがＴｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅの元素群から選ば
れた１種類以上の元素であり、且つ２．７≦ａ＋ｂ≦
３．３、０．８≦ａ≦１．２、２．６≦ｃ≦９及び０．
０５≦ｘ≦０．７である材料、又は、上記ＬｎがＹ元
素、Ｃａ元素及びランタノイド元素から選ばれた１種類
以上の元素、ＭがＲｅ元素であり、且つ２．７≦ａ＋ｂ
≦３．３、０．８≦ａ≦１．２、２．６≦ｃ≦９及び
０．０５≦ｘ≦０．７である材料である。
【００１４】（第二の発明） 本発明の目的は、少なくともＴｃが３０Ｋ以上であり、
化学的に安定で従来の製造方法で容易に作成することが
出来る超電導材料及びバリア層材料を使用することで達
成される。即ち、表面の安定な材料を用いて良好なトン
ネル接合を形成することで、良好な積層型ジョセフソン
素子を提供することが出来る。本発明に使用する超電導
材料は、組成式をLnaSrbCu3-xMxOcと表すときＬｎがＹ
元素及びランタノイド元素から選ばれた１種類以上の元
素とＣａ元素からなり、ＭがＴｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇ
ａ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅの元素群から選ばれた１
種類以上の元素であり、且つ２．７≦ａ＋ｂ≦３．３、
０．８≦ａ≦１．２、２．６≦ｃ≦９及び０．０５≦ｘ
≦０．７である材料、又は上記ＬｎがＹ元素、Ｃａ元素
及びランタノイド元素から選ばれた１種類以上の元素、
ＭがＲｅ元素であり、且つ２．７≦ａ＋ｂ≦３．３、
０．８≦ａ≦１．２、２．６≦ｃ≦９及び０．０５≦ｘ
≦０．７である材料である。
化学的に安定で従来の製造方法で容易に作成することが
出来る超電導材料及びバリア層材料を使用することで達
成される。即ち、表面の安定な材料を用いて良好なトン
ネル接合を形成することで、良好な積層型ジョセフソン
素子を提供することが出来る。本発明に使用する超電導
材料は、組成式をLnaSrbCu3-xMxOcと表すときＬｎがＹ
元素及びランタノイド元素から選ばれた１種類以上の元
素とＣａ元素からなり、ＭがＴｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇ
ａ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅの元素群から選ばれた１
種類以上の元素であり、且つ２．７≦ａ＋ｂ≦３．３、
０．８≦ａ≦１．２、２．６≦ｃ≦９及び０．０５≦ｘ
≦０．７である材料、又は上記ＬｎがＹ元素、Ｃａ元素
及びランタノイド元素から選ばれた１種類以上の元素、
ＭがＲｅ元素であり、且つ２．７≦ａ＋ｂ≦３．３、
０．８≦ａ≦１．２、２．６≦ｃ≦９及び０．０５≦ｘ
≦０．７である材料である。
【００１５】更に、バリア層として金属酸化物を用いる
ことで安定した素子特性が得られる。又、バリア層をＭ
ｇ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ及びＳｉの元素群から選ばれた１種
類以上の元素を含む金属酸化物、或はLiNbO3、SrTiO3、
Bi4Ti3O12、LaGaO3、LaAlO3、MgWO3及びこれらに含まれ
る少なくとも１種類以上の金属元素が、他の１種類以上
の元素で一部或は全量置換された、ペロブスカイト型構
造を有する金属酸化物を用いて形成することで、膜界面
の密着性及び平坦性も良好な積層型ジョセフソン素子を
提供することが出来る。
ことで安定した素子特性が得られる。又、バリア層をＭ
ｇ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ及びＳｉの元素群から選ばれた１種
類以上の元素を含む金属酸化物、或はLiNbO3、SrTiO3、
Bi4Ti3O12、LaGaO3、LaAlO3、MgWO3及びこれらに含まれ
る少なくとも１種類以上の金属元素が、他の１種類以上
の元素で一部或は全量置換された、ペロブスカイト型構
造を有する金属酸化物を用いて形成することで、膜界面
の密着性及び平坦性も良好な積層型ジョセフソン素子を
提供することが出来る。
【００１６】
【実施例】次に例を挙げて本発明を更に具体的に説明す
る。 （第一の発明）例 １ 図１はマイクロブリッジ型ジョセフソン素子の概略図を
示す。基板１上に酸化物超電導膜２が形成される。ここ
で基板１としてはＭｇＯを、酸化物超電導膜２としては
YSr2Cu2.85W0.15Oyを用いた。先ず、基板１上にＲＦマ
グネトロンスパッタ法で酸化物超電導膜を形成し、フォ
トリソグラフィー及び湿式ケミカルエッチング技術によ
って酸化物超電導膜２を作成した。膜厚は８００ｎｍ、
ブリッジ部３は４μｍ×４μｍである。この超電導材料
はＴｃが４５Ｋであるが、素子に加工後もＴｃは変化し
なかった。１０個の素子中でＴｃのバラツキは１Ｋ以内
で一致した。
る。 （第一の発明）例 １ 図１はマイクロブリッジ型ジョセフソン素子の概略図を
示す。基板１上に酸化物超電導膜２が形成される。ここ
で基板１としてはＭｇＯを、酸化物超電導膜２としては
YSr2Cu2.85W0.15Oyを用いた。先ず、基板１上にＲＦマ
グネトロンスパッタ法で酸化物超電導膜を形成し、フォ
トリソグラフィー及び湿式ケミカルエッチング技術によ
って酸化物超電導膜２を作成した。膜厚は８００ｎｍ、
ブリッジ部３は４μｍ×４μｍである。この超電導材料
はＴｃが４５Ｋであるが、素子に加工後もＴｃは変化し
なかった。１０個の素子中でＴｃのバラツキは１Ｋ以内
で一致した。
【００１７】以上の様にして作成したマイクロブリッジ
型ジョセフソン素子に５０ＧＨｚのミリ波を照射したと
ころ、図２に示す様にシャピロステップを観測した。こ
の特性は、素子を大気中に３か月間以上放置しても変化
しなかった。この様な素子の安定性は、使用した超電導
材料が、水分等に対して極めて安定であることによるも
のである。これを示した結果を図３に示す。図３は、使
用した超電導材料の粉末を、４０℃の飽和水蒸気中で放
置し、耐水性能を調べた結果である。１か月間の耐水性
試験ではＸ線回折図形に変化は認められなかった。この
ことが、素子の化学的安定性として反映されている。本
例と同様な結果を得ることが出来る超電導材料の一例を
下記表１に示した。
型ジョセフソン素子に５０ＧＨｚのミリ波を照射したと
ころ、図２に示す様にシャピロステップを観測した。こ
の特性は、素子を大気中に３か月間以上放置しても変化
しなかった。この様な素子の安定性は、使用した超電導
材料が、水分等に対して極めて安定であることによるも
のである。これを示した結果を図３に示す。図３は、使
用した超電導材料の粉末を、４０℃の飽和水蒸気中で放
置し、耐水性能を調べた結果である。１か月間の耐水性
試験ではＸ線回折図形に変化は認められなかった。この
ことが、素子の化学的安定性として反映されている。本
例と同様な結果を得ることが出来る超電導材料の一例を
下記表１に示した。
【００１８】
【表１】
【００１９】一方、従来の代表的な酸化物超電導体であ
るYBa2Cu3O7-x材料で同様に図１のマイクロブリッジ型
ジョセフソン素子を作成した。この素子の加工前のＴｃ
のばらつきは９０Ｋ程度であったが、加工後の素子のＴ
ｃは３０〜８０Ｋと大きくバラツキ、再現性が悪かっ
た。ミリ波照射しても図２に示す様なシャピロステップ
を観測したのは、素子１０個中で２個のみであった。こ
れらの素子を大気中に放置したところ、２日後にはミリ
波応答しなくなった。この材料についても４０℃の飽和
水蒸気中で耐水性試験を行った。その結果を図４に示
す。３日後にはほぼ完全に分解し、BaCO3やCuO等が生成
していた。YBa2Cu3Oy材料のこの水分に対する不安定性
が素子加工したときのＴｃの低下の主な原因であり、
又、素子としての劣化原因にもなっている。
るYBa2Cu3O7-x材料で同様に図１のマイクロブリッジ型
ジョセフソン素子を作成した。この素子の加工前のＴｃ
のばらつきは９０Ｋ程度であったが、加工後の素子のＴ
ｃは３０〜８０Ｋと大きくバラツキ、再現性が悪かっ
た。ミリ波照射しても図２に示す様なシャピロステップ
を観測したのは、素子１０個中で２個のみであった。こ
れらの素子を大気中に放置したところ、２日後にはミリ
波応答しなくなった。この材料についても４０℃の飽和
水蒸気中で耐水性試験を行った。その結果を図４に示
す。３日後にはほぼ完全に分解し、BaCO3やCuO等が生成
していた。YBa2Cu3Oy材料のこの水分に対する不安定性
が素子加工したときのＴｃの低下の主な原因であり、
又、素子としての劣化原因にもなっている。
【００２０】例２ 図５はマイクロブリッジ型ジョセフソン素子の概略図を
示す。ここでは基板１としてSrTiO3、酸化物超電導膜２
としてYSr2Cu2.7Ti0.3O7を用いた。先ず、基板１上にレ
ーザーアブレーション法で酸化物超電導膜２を形成し
た。膜厚は４００ｎｍ、ＴＣは３５Ｋであった。この膜
の中央部に電子線描画法で、大きさ２μｍ×２μｍのブ
リッジ部３を形成した。
示す。ここでは基板１としてSrTiO3、酸化物超電導膜２
としてYSr2Cu2.7Ti0.3O7を用いた。先ず、基板１上にレ
ーザーアブレーション法で酸化物超電導膜２を形成し
た。膜厚は４００ｎｍ、ＴＣは３５Ｋであった。この膜
の中央部に電子線描画法で、大きさ２μｍ×２μｍのブ
リッジ部３を形成した。
【００２１】以上の様にして作成したマイクロブリッジ
型ジョセフソン素子に例１と同様にミリ波を照射したと
ころ、図２に示す様にシャピロステップを観測した。本
例のマイクロブリッジ型ジョセフソン素子も極めて安定
である。又、素子加工の再現性も良好で、素子２０個中
のＴｃのバラツキは２Ｋ以内であった。尚、以上の例で
は基板として酸化物を用いたが、Ｓｉ等の半導体基板や
酸化物薄膜等のバッファー層が形成された基板、各種の
素子が形成された基板等を用いてもマイクロブリッジ型
ジョセフソン素子の形成は可能である。更に、ブリッジ
部の大きさ、形状は特に限定されるものではなく、素子
の仕様によって任意に設計される。又、超電導薄膜作成
方法や微細加工方法についても、上記の例に限定される
ものではない。
型ジョセフソン素子に例１と同様にミリ波を照射したと
ころ、図２に示す様にシャピロステップを観測した。本
例のマイクロブリッジ型ジョセフソン素子も極めて安定
である。又、素子加工の再現性も良好で、素子２０個中
のＴｃのバラツキは２Ｋ以内であった。尚、以上の例で
は基板として酸化物を用いたが、Ｓｉ等の半導体基板や
酸化物薄膜等のバッファー層が形成された基板、各種の
素子が形成された基板等を用いてもマイクロブリッジ型
ジョセフソン素子の形成は可能である。更に、ブリッジ
部の大きさ、形状は特に限定されるものではなく、素子
の仕様によって任意に設計される。又、超電導薄膜作成
方法や微細加工方法についても、上記の例に限定される
ものではない。
【００２２】（第二の発明）例 １ 図６は、積層型ジョセフソン素子の一例を示す概略図で
ある。基板１上に酸化物超電導膜２、バリア層３を挟ん
で酸化物超電導膜４が形成された構造を採る。ここで基
板１としてはMgOを、酸化物超電導膜２及び４としてはY
Sr2Cu2.7Ti0.3Oyを、バリア層３としてMgOを用いた。先
ず、基板１上にマグネトロンスパッタ法で超電導膜を形
成し、フォトリソグラフィー及びケミカルエッチング技
術によって酸化物超電導膜２を作成した。次に酸化物超
電導膜２上にレジストマスクでパターニング後、マグネ
トロンスパッタ法でバリア層３を形成した。
ある。基板１上に酸化物超電導膜２、バリア層３を挟ん
で酸化物超電導膜４が形成された構造を採る。ここで基
板１としてはMgOを、酸化物超電導膜２及び４としてはY
Sr2Cu2.7Ti0.3Oyを、バリア層３としてMgOを用いた。先
ず、基板１上にマグネトロンスパッタ法で超電導膜を形
成し、フォトリソグラフィー及びケミカルエッチング技
術によって酸化物超電導膜２を作成した。次に酸化物超
電導膜２上にレジストマスクでパターニング後、マグネ
トロンスパッタ法でバリア層３を形成した。
【００２３】レジストマスク除去後、このサンプルの１
個を取り出し、室温から液体ヘリウム温度の範囲で４端
子による電気抵抗率の測定を行った。結果を図８に示
す。この材料はＴｃ＝３５Ｋの超電導体であるが、バリ
ア層形成後もＴｃは変化しなかった。最後にバリア層３
上に酸化物超電導膜４を形成し、図６の積層型ジョセフ
ソン素子を完成した。以上の様にして作成した素子は、
液体ヘリウム温度で図７に示す様な電流−電圧特性を示
し、ジョセフソン素子として良好に動作した。本例と同
様な結果を得ることが出来る超電導材料の一例を下記表
２に示した。
個を取り出し、室温から液体ヘリウム温度の範囲で４端
子による電気抵抗率の測定を行った。結果を図８に示
す。この材料はＴｃ＝３５Ｋの超電導体であるが、バリ
ア層形成後もＴｃは変化しなかった。最後にバリア層３
上に酸化物超電導膜４を形成し、図６の積層型ジョセフ
ソン素子を完成した。以上の様にして作成した素子は、
液体ヘリウム温度で図７に示す様な電流−電圧特性を示
し、ジョセフソン素子として良好に動作した。本例と同
様な結果を得ることが出来る超電導材料の一例を下記表
２に示した。
【００２４】
【表２】 次に例１と同様にしてYBa2Cu3Oy膜で積層型ジョセフソ
ン素子を作成したところ、ジョセフソン電流は観測され
なかった。これは結果的に良好なジョセフソン接合が形
成されなかった為であると考えられる。
ン素子を作成したところ、ジョセフソン電流は観測され
なかった。これは結果的に良好なジョセフソン接合が形
成されなかった為であると考えられる。
【００２５】例４例 １と同様に、図６の構造で積層型ジョセフソン素子を
作成した。ここでは基板１としてSrTiO3を、酸化物超電
導膜２としてYSr2Cu2.85W0.15Oyを、接合層３としてZrO
2を、酸化物超電導膜４としてYSr2Cu2.85Mo0.15Oyを用
いた。先ず、基板１上にレーザーアブレーション法で酸
化物超電導膜２を形成後、マグネトロンスパッタ法で接
合層３及び酸化物超電導膜４を作成した。以上の様にし
て作成した積層型ジョセフソン素子は、図７に示す様に
電流−電圧特性を示しジョセフソン素子として良好に動
作した。
作成した。ここでは基板１としてSrTiO3を、酸化物超電
導膜２としてYSr2Cu2.85W0.15Oyを、接合層３としてZrO
2を、酸化物超電導膜４としてYSr2Cu2.85Mo0.15Oyを用
いた。先ず、基板１上にレーザーアブレーション法で酸
化物超電導膜２を形成後、マグネトロンスパッタ法で接
合層３及び酸化物超電導膜４を作成した。以上の様にし
て作成した積層型ジョセフソン素子は、図７に示す様に
電流−電圧特性を示しジョセフソン素子として良好に動
作した。
【００２６】例５例 １と同様に図６の構造で本願発明の積層型ジョセフソ
ン素子を作成した。ここでは基板１としてMgO、酸化物
超電導膜２及び４としてYSr2Cu2.75Re0.25Oyを、接合層
３としてBi4Ti3O12を用いた。先ず、基板１上にマグネ
トロンスパッタ法で酸化物超電導膜２を形成後、クラス
ターイオンビーム法で接合層３を形成し、更に酸化物超
電導膜４を作成した。以上の様にして作成した積層型ジ
ョセフソン素子は、図７に示す様に電流−電圧特性を示
しジョセフソン素子として良好に動作した。
ン素子を作成した。ここでは基板１としてMgO、酸化物
超電導膜２及び４としてYSr2Cu2.75Re0.25Oyを、接合層
３としてBi4Ti3O12を用いた。先ず、基板１上にマグネ
トロンスパッタ法で酸化物超電導膜２を形成後、クラス
ターイオンビーム法で接合層３を形成し、更に酸化物超
電導膜４を作成した。以上の様にして作成した積層型ジ
ョセフソン素子は、図７に示す様に電流−電圧特性を示
しジョセフソン素子として良好に動作した。
【００２７】次に例３と同様にしてYBa2Cu3Oy膜で積層
型ジョセフソン素子を作成したところ、図９に示される
様な電流−電圧特性を示した。これはバリア層が劣悪で
これを挟む上下のYBa2Cu3Oy膜が繋がってしまった為と
考えられる。尚、以上の例では基板として酸化物を用い
たが、Ｓｉ等の半導体基板や酸化物薄膜等のバッファー
層が形成された基板、各種の素子が形成された基板等を
用いても積層型ジョセフソン素子の形成は可能である。
更に、超電導薄膜作成方法や微細加工方法についても、
上記の例に限定されるものではない。
型ジョセフソン素子を作成したところ、図９に示される
様な電流−電圧特性を示した。これはバリア層が劣悪で
これを挟む上下のYBa2Cu3Oy膜が繋がってしまった為と
考えられる。尚、以上の例では基板として酸化物を用い
たが、Ｓｉ等の半導体基板や酸化物薄膜等のバッファー
層が形成された基板、各種の素子が形成された基板等を
用いても積層型ジョセフソン素子の形成は可能である。
更に、超電導薄膜作成方法や微細加工方法についても、
上記の例に限定されるものではない。
【００２８】
【発明の効果】（第一の発明） 以上説明した様に、本発明のマイクロブリッジ型ジョセ
フソン素子は湿式、乾式いずれの微細加工技術により素
子を作成しても、素子特性が極めて安定している。又、
特別な保護膜や保護容器に入れなくても素子の劣化が極
めて少ない。
フソン素子は湿式、乾式いずれの微細加工技術により素
子を作成しても、素子特性が極めて安定している。又、
特別な保護膜や保護容器に入れなくても素子の劣化が極
めて少ない。
【００２９】（第二の発明） 以上説明した様に、本発明により液体ヘリウムの沸点よ
りも十分に高い温度で動作可能であり、且つ良好なトン
ネル接合を形成することが出来る、表面の安定な超電導
材料と、それに適したバリア層材料を用いることによっ
て、素子特性の安定な積層型ジョセフソン素子を提供す
ることが出来る。
りも十分に高い温度で動作可能であり、且つ良好なトン
ネル接合を形成することが出来る、表面の安定な超電導
材料と、それに適したバリア層材料を用いることによっ
て、素子特性の安定な積層型ジョセフソン素子を提供す
ることが出来る。
【図面の簡単な説明】（第一の発明）
【図１】マイクロブリッジ型ジョセフソン素子の一例を
示す概略図。
示す概略図。
【図２】マイクロブリッジ型ジョセフソン素子のミリ波
応答を示す図。
応答を示す図。
【図３】例１に用いた酸化物超電導材料のＸ線回折図
形。
形。
【図４】YBa2Cu3O7-x超伝導材料のＸ線回折図形。
【図５】例２のマイクロブリッジ型ジョセフソン素子の
概略図。（第二の発明）
概略図。（第二の発明）
【図６】積層型ジョセフソン素子の一例を示す概略図。
【図７】例１の積層型ジョセフソン素子の電流−電圧特
性を示す図。
性を示す図。
【図８】例１の電気抵抗率の温度依存性を示す図。
【図９】YBa2Cu3Oy膜を用いた例３の積層型ジョセフソ
ン素子の電流−電圧特性を示す図。
ン素子の電流−電圧特性を示す図。
（第一の発明） １：基板 ２：酸化物超電導膜 ３：ブリッジ部 （第二の発明） １：基板 ２：酸化物超電導膜 ３：接合層 ４：酸化物超電導膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−113682（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−313976（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−99269（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−129481（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−14976（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−277275（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/22 H01L 39/24 H01L 39/00
Claims (7)
- 【請求項１】 酸化物超電導膜を有するマイクロブリッ
ジ型ジョセフソン素子において、上記酸化物超電導膜の
組成式をLn a Sr b Cu 3-x M x O c と表すとき、ＬｎがＹ元素及
びランタノイド元素から選ばれた１種類以上の元素とＣ
ａ元素からなり、ＭがＴｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇ
ｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅの元素群から選ばれた１種類以
上の元素であり、且つ２．７≦ａ＋ｂ≦３．３、０．８
≦ａ≦１．２、２．６≦ｃ≦９及び０．０５≦ｘ≦０．
７であることを特徴とするマイクロブリッジ型ジョセフ
ソン素子。 - 【請求項２】 酸化物超伝導膜を有するマイクロブリッ
ジ型ジョセフソン素子において、上記酸化物超電導膜の
組成式をLnaSrbCu3-xMxOcと表すとき、ＬｎがＹ元素、
Ｃａ元素及びランタノイド元素から選ばれた１種類以上
の元素、ＭがＲｅ元素であり、且つ２．７≦ａ＋ｂ≦
３．３、０．８≦ａ≦１．２、２．６≦ｃ≦９及び０．
０５≦ｘ≦０．７であることを特徴とするマイクロブリ
ッジ型ジョセフソン素子。 - 【請求項３】 基板上の酸化物超電導膜Ａ、該酸化物超
電導膜Ａ上のバリア層、そのバリア層の上の酸化物超電
導膜Ｂを有する積層型ジョセフソン素子において、前記
酸化物超電導膜Ａの組成式をLn a Sr b Cu 3-x M x O c と表すと
き、ＬｎがＹ元素及びランタノイド元素から選ばれた１
種類以上の元素とＣａ元素からなり、ＭがＴｉ、Ｖ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅの元素群か
ら選ばれた１種類以上の元素であり、且つ２．７≦ａ＋
ｂ≦３．３、０．８≦ａ≦１．２、２．６≦ｃ≦９及び
０．０５≦ｘ≦０．７であることを特徴とする積層型ジ
ョセフソン素子。 - 【請求項４】 基板上の酸化物超電導膜Ａ、該酸化物超
電導膜Ａ上のバリア層、そのバリア層の上の酸化物超電
導膜Ｂを有する積層型ジョセフソン素子において、前記
酸化物超電導膜Ａの組成式をLnaSrbCu3-xMxOcと表すと
き、ＬｎがＹ元素、Ｃａ元素及びランタノイド元素から
選ばれた１種類以上の元素、ＭがＲｅ元素であり、且つ
２．７≦ａ＋ｂ≦３．３、０．８≦ａ≦１．２、２．６
≦ｃ≦９及び０．０５≦ｘ≦０．７であることを特徴と
する積層型ジョセフソン素子。 - 【請求項５】 バリア層が金属酸化物からなる請求項３
又は４に記載の積層型ジョセフソン素子。 - 【請求項６】 バリア層がＭｇ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ及びＳ
ｉの元素群から選ばれた１種類以上の元素を含む金属酸
化物からなる請求項５に記載の積層型ジョセフソン素
子。 - 【請求項７】 バリア層がLiNbO3、SrTiO3、Bi4Ti
3O12、LaGaO3、LaALO3、MgWO3及びこれらに含まれる少
なくとも１種類以上の金属元素が他の１種類以上の元素
で一部或は全量置換されたペロブスカイト型構造を有す
る金属酸化物である請求項５に記載の積層型ジョセフソ
ン素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05028446A JP3085492B2 (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | マイクロブリッジ型ジョセフソン素子及び積層型ジョセフソン素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05028446A JP3085492B2 (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | マイクロブリッジ型ジョセフソン素子及び積層型ジョセフソン素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224479A JPH06224479A (ja) | 1994-08-12 |
| JP3085492B2 true JP3085492B2 (ja) | 2000-09-11 |
Family
ID=12248906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05028446A Expired - Fee Related JP3085492B2 (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | マイクロブリッジ型ジョセフソン素子及び積層型ジョセフソン素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3085492B2 (ja) |
-
1993
- 1993-01-26 JP JP05028446A patent/JP3085492B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06224479A (ja) | 1994-08-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0329603B1 (en) | Grain boundary junction devices using high-tc superconductors | |
| JPH08501416A (ja) | 酸化物超伝導体装置及び回路のための改善されたバリア層 | |
| US5719105A (en) | Superconducting element | |
| JP3278638B2 (ja) | 高温超伝導ジョセフソン接合およびその製造方法 | |
| US5821556A (en) | Superconductive junction | |
| JPH0287688A (ja) | 超電導素子及びその製造方法 | |
| JP3085492B2 (ja) | マイクロブリッジ型ジョセフソン素子及び積層型ジョセフソン素子 | |
| EP0422641B1 (en) | Superconductor device | |
| JPH0221676A (ja) | 超伝導体のトンネル接合 | |
| JP4818614B2 (ja) | 超電導積層体およびその製造方法、ジョセフソン接合素子、電子装置 | |
| JPH0272685A (ja) | 超伝導弱結合部の形成方法 | |
| JP3473201B2 (ja) | 超伝導素子 | |
| JP3058515B2 (ja) | 超電導ジョセフソン素子およびその製法 | |
| JP2544390B2 (ja) | 酸化物超電導集積回路 | |
| JP2976427B2 (ja) | ジョセフソン素子の製造方法 | |
| JP2517081B2 (ja) | 超伝導素子およびその製造方法 | |
| JP2909455B1 (ja) | 超電導素子 | |
| JPH09232641A (ja) | 超電導素子 | |
| JP2776004B2 (ja) | ジョセフソン素子の製造方法 | |
| JPH10178220A (ja) | トンネル型超伝導接合素子 | |
| JPH05190924A (ja) | 電界効果素子用積層薄膜および該積層薄膜を用いた電界効果トランジスター | |
| JPH04188881A (ja) | 超伝導素子 | |
| JPH01283885A (ja) | ジョセフソン素子およびその製造方法 | |
| JPH03295282A (ja) | 超伝導素子 | |
| JPH08321639A (ja) | 超電導接合及び超電導接合の作製方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070707 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080707 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080707 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090707 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090707 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100707 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100707 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110707 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120707 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |