JP3147999B2 - ジョセフソン接合素子及びその製造方法 - Google Patents
ジョセフソン接合素子及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ジョセフソン接合素
子及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、ジョセ
フソン接合部及びその形成方法の改善に関する。
子及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、ジョセ
フソン接合部及びその形成方法の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、La系、Yを含むランタノイド系、B
i系又はT1系等の酸化物超電導体が注目されている。こ
れらは、従来の金属系や合金系超電導材料に比べて、臨
界温度が高いため液体窒素で冷却できる利点があり、実
用上極めて有益性の高い材料である。
i系又はT1系等の酸化物超電導体が注目されている。こ
れらは、従来の金属系や合金系超電導材料に比べて、臨
界温度が高いため液体窒素で冷却できる利点があり、実
用上極めて有益性の高い材料である。
【０００３】従来提案されているジョセフソン接合素子
は、大別すると２通りの構造がある。１つは超電導体−
絶縁体−超電導体接合素子（いわゆるＳ−Ｉ−Ｓ型接合
素子）であり、もう１つは超電導体−常電導体−超電導
体接合素子（いわゆるS-N-S型接合素子）である。S-I-S
型接合素子は、２つの超電導体の間に、超電導体が有し
ているコヒーレンス長以下に相当する膜厚の極薄絶縁膜
を介在させたいわゆる積層型の構造であり、この極薄絶
縁膜の元素組成比、組成均一性及び膜厚によってその接
合の特性や、信頼性などが大きく左右されることがあっ
た。特に酸化物超電導体はこのコヒーレンス長が短く数
Å程度である。このため酸化物超電導体を用いたＳ−Ｉ
−Ｓ型接合素子は、絶縁膜をÅオーダーで均一にする必
要があり、作製が困難であった。
は、大別すると２通りの構造がある。１つは超電導体−
絶縁体−超電導体接合素子（いわゆるＳ−Ｉ−Ｓ型接合
素子）であり、もう１つは超電導体−常電導体−超電導
体接合素子（いわゆるS-N-S型接合素子）である。S-I-S
型接合素子は、２つの超電導体の間に、超電導体が有し
ているコヒーレンス長以下に相当する膜厚の極薄絶縁膜
を介在させたいわゆる積層型の構造であり、この極薄絶
縁膜の元素組成比、組成均一性及び膜厚によってその接
合の特性や、信頼性などが大きく左右されることがあっ
た。特に酸化物超電導体はこのコヒーレンス長が短く数
Å程度である。このため酸化物超電導体を用いたＳ−Ｉ
−Ｓ型接合素子は、絶縁膜をÅオーダーで均一にする必
要があり、作製が困難であった。
【０００４】一方、Ｓ−Ｎ−Ｓ型接合素子は、Ｓ−Ｎ−
Ｓ型接合が、超電導体から常電導体への波動関数のしみ
出しを利用した近接効果型接合である。またＳ−Ｎ−Ｓ
接合素子は、その接合特性が常電導体層の特性や形成方
法に大きく左右されるが、常電導体層への超電導状態の
波動関数のしみ出し幅が数百Å〜数千Åあるため、S-I-
S型接合よりも作製し易いといえる。Ｓ−Ｎ−Ｓ型接合
素子には主に積層型とプレーナ型があり、特にプレーナ
型は、基本的に常電導体層と超電導体層の２層を形成す
るだけでよいため、比較的製造し易く製造再現性も良好
であると言えるが、接合部分に数百Å〜数千Åの幅の微
細加工が必要である。
Ｓ型接合が、超電導体から常電導体への波動関数のしみ
出しを利用した近接効果型接合である。またＳ−Ｎ−Ｓ
接合素子は、その接合特性が常電導体層の特性や形成方
法に大きく左右されるが、常電導体層への超電導状態の
波動関数のしみ出し幅が数百Å〜数千Åあるため、S-I-
S型接合よりも作製し易いといえる。Ｓ−Ｎ−Ｓ型接合
素子には主に積層型とプレーナ型があり、特にプレーナ
型は、基本的に常電導体層と超電導体層の２層を形成す
るだけでよいため、比較的製造し易く製造再現性も良好
であると言えるが、接合部分に数百Å〜数千Åの幅の微
細加工が必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のプレーナ型
Ｓ−Ｎ−Ｓ型接合素子は、接合部分の微細加工が困難と
いう問題があった。この発明は、上記問題を解決するた
めになされたものであって、接合部分の微細加工を容易
に精度よく行うことができ性能の良好なジョセフソン接
合素子及びその製造方法を提供しようとするものであ
る。
Ｓ−Ｎ−Ｓ型接合素子は、接合部分の微細加工が困難と
いう問題があった。この発明は、上記問題を解決するた
めになされたものであって、接合部分の微細加工を容易
に精度よく行うことができ性能の良好なジョセフソン接
合素子及びその製造方法を提供しようとするものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、基板
上に、常電導体層と超電導体層とが順に積層されかつダ
ンベル状にパターン化され、そのブリッジ部に、超電導
体層を横断すると共に貫通し更に常電導体層の内部に達
する溝が形成されてなるジョセフソン接合素子が提供さ
れる。
上に、常電導体層と超電導体層とが順に積層されかつダ
ンベル状にパターン化され、そのブリッジ部に、超電導
体層を横断すると共に貫通し更に常電導体層の内部に達
する溝が形成されてなるジョセフソン接合素子が提供さ
れる。
【０００７】この発明のジョセフソン接合素子は、例え
ば次のように製造することができる。すなわち、ａ）基
板上に常電導体層と超電導体層とを順に積層する工程
と、ｂ）この上に、フォトレジスト層を形成し所定領域
の超電導体層が露出するようにエッチングした後、超電
導体層面の法線に対してフォトレジスト側に所定角度傾
斜した方向から金属蒸気を供給することによってフォト
レジスト層のエッチング端面から所定幅にわたる超電導
体層上の領域を残してこの他の領域に第１金属層を蒸着
する工程と、ｃ）第１金属層をマスクにして超電導体層
を所定幅で貫通し、常電導体層の内部に達する溝を形成
する工程と、ｄ）フォトレジスト層とその上の第１金属
層を除去し、除去領域に第２金属層を形成し、残りの第
１金属層、第２金属層、超電導体層及び常電導体層をダ
ンベル状にパターン化する工程と、からなるジョセフソ
ン接合素子の製造方法である。
ば次のように製造することができる。すなわち、ａ）基
板上に常電導体層と超電導体層とを順に積層する工程
と、ｂ）この上に、フォトレジスト層を形成し所定領域
の超電導体層が露出するようにエッチングした後、超電
導体層面の法線に対してフォトレジスト側に所定角度傾
斜した方向から金属蒸気を供給することによってフォト
レジスト層のエッチング端面から所定幅にわたる超電導
体層上の領域を残してこの他の領域に第１金属層を蒸着
する工程と、ｃ）第１金属層をマスクにして超電導体層
を所定幅で貫通し、常電導体層の内部に達する溝を形成
する工程と、ｄ）フォトレジスト層とその上の第１金属
層を除去し、除去領域に第２金属層を形成し、残りの第
１金属層、第２金属層、超電導体層及び常電導体層をダ
ンベル状にパターン化する工程と、からなるジョセフソ
ン接合素子の製造方法である。
【０００８】この発明においては、ａ）基板上に、常電
導体層と超電導体層とを順に積層する。上記基板は、酸
化物単結晶からなるものを用いることができ、例えばＳ
ｒＴｉＯ3（１００）、ＳｒＴｉＯ3（１１０）、ＭｇＯ
（１００）等が挙げられる。上記常電導体層は、例えば
ＮｂがドーピングされたＳｒＴｉＯ3、ＰｒＢａ2Ｃｕ 3
Ｏ7-X（ただしＸは０〜１）、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ3
等からなるものを用いることができる。この膜厚は、通
常３００〜５０００Åである。
導体層と超電導体層とを順に積層する。上記基板は、酸
化物単結晶からなるものを用いることができ、例えばＳ
ｒＴｉＯ3（１００）、ＳｒＴｉＯ3（１１０）、ＭｇＯ
（１００）等が挙げられる。上記常電導体層は、例えば
ＮｂがドーピングされたＳｒＴｉＯ3、ＰｒＢａ2Ｃｕ 3
Ｏ7-X（ただしＸは０〜１）、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ3
等からなるものを用いることができる。この膜厚は、通
常３００〜５０００Åである。
【０００９】上記超電導体層は、例えばＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7-X（ただしＸは０〜１）、（Ｌａ1 -XＭX)2ＣｕＯ4（Ｍ
＝Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ、Ｘは０〜１），ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7-X（Ｘは０〜１），Ｌｎ5Ｂａ6Ｃｕ11ＯX（Ｌｎ＝Ｎ
ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔ
ｍ，Ｙｂ），Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10，Ｂｉ1.7Ｐｂ0
.2Ｓｂ0.1Ｃａ2.0Ｓｒ2.0Ｃｕ2.8ＯX（Ｘは１０），
（Ｂｉ0.7Ｐｂ0.3）2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10，Ｔｌ2Ｂａ2
Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10，Ｂａ1-XＫXＢｉＯ3（Ｘは０〜１），
Ｎｄ2-XＣｅXＣｕＯ4-Y（Ｘは０〜１，Ｙは０〜１）等
からなるものを用いることができる。この膜厚は、通常
５００〜２０００Åである。
7-X（ただしＸは０〜１）、（Ｌａ1 -XＭX)2ＣｕＯ4（Ｍ
＝Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ、Ｘは０〜１），ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7-X（Ｘは０〜１），Ｌｎ5Ｂａ6Ｃｕ11ＯX（Ｌｎ＝Ｎ
ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔ
ｍ，Ｙｂ），Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10，Ｂｉ1.7Ｐｂ0
.2Ｓｂ0.1Ｃａ2.0Ｓｒ2.0Ｃｕ2.8ＯX（Ｘは１０），
（Ｂｉ0.7Ｐｂ0.3）2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10，Ｔｌ2Ｂａ2
Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10，Ｂａ1-XＫXＢｉＯ3（Ｘは０〜１），
Ｎｄ2-XＣｅXＣｕＯ4-Y（Ｘは０〜１，Ｙは０〜１）等
からなるものを用いることができる。この膜厚は、通常
５００〜２０００Åである。
【００１０】これらの積層は、例えば反応性蒸着法、ス
パッタ法、レーザ蒸着法、イオンクラスタビーム法、Ｃ
ＶＤ法等を用いて行うことができる。この発明において
は、ｂ）この上に、フォトレジスト層を形成し所定領域
の超電導体層が露出するようにエッチングした後、超電
導体層面の法線に対してフォトレジスト側に所定角度傾
斜した方向から金属蒸気を供給することによってフォト
レジスト層のエッチング端面から所定幅にわたる超電導
体層上の領域を残して、この他の領域に第１金属層を蒸
着する。
パッタ法、レーザ蒸着法、イオンクラスタビーム法、Ｃ
ＶＤ法等を用いて行うことができる。この発明において
は、ｂ）この上に、フォトレジスト層を形成し所定領域
の超電導体層が露出するようにエッチングした後、超電
導体層面の法線に対してフォトレジスト側に所定角度傾
斜した方向から金属蒸気を供給することによってフォト
レジスト層のエッチング端面から所定幅にわたる超電導
体層上の領域を残して、この他の領域に第１金属層を蒸
着する。
【００１１】上記フォトレジスト層は、フォトレジスト
側に所定角度傾斜した方向から金属蒸気を供給する工程
において、フォトレジスト層のエッチング端面から所定
幅にわたる超電導体層上の領域を金属が蒸着されないよ
うに残すためのものであって、金属が蒸着されないよう
に残す領域の端部に端面が配置されるようにエッチング
される。
側に所定角度傾斜した方向から金属蒸気を供給する工程
において、フォトレジスト層のエッチング端面から所定
幅にわたる超電導体層上の領域を金属が蒸着されないよ
うに残すためのものであって、金属が蒸着されないよう
に残す領域の端部に端面が配置されるようにエッチング
される。
【００１２】上記所定角度は、通常５〜８０度好ましく
は５〜２０度である。この角度を適宜選定することによ
って上記所定幅を所望の幅に設定することができる。こ
の角度の設定は、通常蒸着装置内の蒸着金属供給源に対
して基板を傾けて設置して行なわれる。上記所定幅は、
通常２００〜５００００Å好ましくは５００〜５０００
Åである。
は５〜２０度である。この角度を適宜選定することによ
って上記所定幅を所望の幅に設定することができる。こ
の角度の設定は、通常蒸着装置内の蒸着金属供給源に対
して基板を傾けて設置して行なわれる。上記所定幅は、
通常２００〜５００００Å好ましくは５００〜５０００
Åである。
【００１３】上記第１金属層は、溝を形成する工程にお
いて溝を形成する領域以外の超電導体層上をマスクする
と共に超電導体層上の１つの電極を構成するためのもの
であって、例えば蒸着法等によってＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等
を超電導体上及びフォトレジスト層上に積層して形成さ
れる。この発明においては、ｃ）第１金属層をマスクに
して超電導体層を所定幅で貫通し常電導体層の内部に達
する溝を形成する。上記所定幅は、通常２００〜５００
００Å好ましくは５００〜５０００Åである。
いて溝を形成する領域以外の超電導体層上をマスクする
と共に超電導体層上の１つの電極を構成するためのもの
であって、例えば蒸着法等によってＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等
を超電導体上及びフォトレジスト層上に積層して形成さ
れる。この発明においては、ｃ）第１金属層をマスクに
して超電導体層を所定幅で貫通し常電導体層の内部に達
する溝を形成する。上記所定幅は、通常２００〜５００
００Å好ましくは５００〜５０００Åである。
【００１４】上記溝は、超電導体層の１つを通って溝に
達した電流を常電導体層の溝に沿って流し溝で分離され
たもう１つの超電導体層に流してプレーナ型のＳ−Ｎ−
Ｓジョセフソン接合を構成するためのものである。この
溝は、超電導体層を上記所定の間隔をおいて分離すると
共に常電導体層の内部に達する。溝の常電導体層の内部
の深さは、通常２０〜３０００Å好ましくは５０〜１０
００Åである。この溝の形成は、通常異方性ドライエッ
チング法によって行なわれ、例えば反応性イオンエッチ
ング装置、イオンビームエッチング装置等が用いられ
る。
達した電流を常電導体層の溝に沿って流し溝で分離され
たもう１つの超電導体層に流してプレーナ型のＳ−Ｎ−
Ｓジョセフソン接合を構成するためのものである。この
溝は、超電導体層を上記所定の間隔をおいて分離すると
共に常電導体層の内部に達する。溝の常電導体層の内部
の深さは、通常２０〜３０００Å好ましくは５０〜１０
００Åである。この溝の形成は、通常異方性ドライエッ
チング法によって行なわれ、例えば反応性イオンエッチ
ング装置、イオンビームエッチング装置等が用いられ
る。
【００１５】この発明においては、ｄ）フォトレジスト
層とその上の第１金属層を除去し、除去領域に第２金属
層を形成し、残りの第１金属層、第２金属層、超電導体
層及び常電導体層をダンベル状にパターン化してジョセ
フソン接合素子を製造する。この本発明で得られるジョ
セフソン接合素子は、プレーナ型Ｓ−Ｎ−Ｓ接合であ
り、一方の超電導層と他方の超電導層とが完全に分離で
きるため、積層型のような上部層と下部層の超電導体の
ショートの問題がなく、接合部分の溝の深さを適切に形
成すれば、良好なジョセフソン接合特性が再現性良く得
ることができる。
層とその上の第１金属層を除去し、除去領域に第２金属
層を形成し、残りの第１金属層、第２金属層、超電導体
層及び常電導体層をダンベル状にパターン化してジョセ
フソン接合素子を製造する。この本発明で得られるジョ
セフソン接合素子は、プレーナ型Ｓ−Ｎ−Ｓ接合であ
り、一方の超電導層と他方の超電導層とが完全に分離で
きるため、積層型のような上部層と下部層の超電導体の
ショートの問題がなく、接合部分の溝の深さを適切に形
成すれば、良好なジョセフソン接合特性が再現性良く得
ることができる。
【００１６】
【作用】フォトレジスト層が、フォトレジスト側に所定
角度傾斜した方向から供給される金属蒸気を部分的に遮
ってフォトレジスト層のエッチング端面から所定幅にわ
たる超電導体層上に金属の蒸着しない領域を形成し、こ
の領域がエッチングされＳ−Ｎ−Ｓジョセフソン接合を
構成する溝となる。
角度傾斜した方向から供給される金属蒸気を部分的に遮
ってフォトレジスト層のエッチング端面から所定幅にわ
たる超電導体層上に金属の蒸着しない領域を形成し、こ
の領域がエッチングされＳ−Ｎ−Ｓジョセフソン接合を
構成する溝となる。
【００１７】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
作製したジョセフソン素子の説明図を１図に示す。基板
１１上に常電導層１２を形成し、その上に、超電導層１
３、１３’を形成した。さらにその上に電極として金属
層１４、１４’を形成した。また、ドライエッチングに
より数百Å〜数千Åの幅１６をもつ溝１５を形成した。
超電導層１３と１３’は溝１５により完全に分離されて
おり、超電導層どうしのショートがない。よって、超電
導電流は、超電導層１３から溝１５近傍の常電導層１２
を通って、超電導層１３’に流れることになる。溝１５
近傍の常電導層の長さが数百〜数千Åであれば、近傍効
果により、Ｓ−Ｎ−Ｓ型のジョセフソン接合が形成され
ることになる。
作製したジョセフソン素子の説明図を１図に示す。基板
１１上に常電導層１２を形成し、その上に、超電導層１
３、１３’を形成した。さらにその上に電極として金属
層１４、１４’を形成した。また、ドライエッチングに
より数百Å〜数千Åの幅１６をもつ溝１５を形成した。
超電導層１３と１３’は溝１５により完全に分離されて
おり、超電導層どうしのショートがない。よって、超電
導電流は、超電導層１３から溝１５近傍の常電導層１２
を通って、超電導層１３’に流れることになる。溝１５
近傍の常電導層の長さが数百〜数千Åであれば、近傍効
果により、Ｓ−Ｎ−Ｓ型のジョセフソン接合が形成され
ることになる。
【００１８】次に、素子の製造工程について、図２を用
いて説明する。まず図２（ａ）に示すように、ＳｒＴｉ
Ｏ3（１００）の単結晶基板１１を６５０℃に加熱し、
反応性蒸着法を用いて、Ｎｂ−ｄｏｐｅｄＳｒＴｉＯ3
薄膜１２を、ＳｒとＴｉの組成比が１：１となり、かつ
Ｎｂのドープ量がＳｒＴｉＯ3の重量比に対して０．５
％となるように蒸着量を調整して、１０００Å着膜し
た。その際、Ｎｂ−ｄｏｐｅｄＳｒＴｉＯ3薄膜が、充
分に酸化されるように、基板に対して、オゾンを１０％
含んだ酸素ラジカルを照射させながら、蒸着を施した。
そのときのポンプ付近の真空度は８．５×１０-5Ｔｏｒ
ｒであった。Ｎｄ＝ｄｏｐｅｄＳｒＴｉＯ3は、そのＮ
ｂのドープ量によって、キャリア濃度を変調することが
でき、ｎ型の半導体であることが知られている。
いて説明する。まず図２（ａ）に示すように、ＳｒＴｉ
Ｏ3（１００）の単結晶基板１１を６５０℃に加熱し、
反応性蒸着法を用いて、Ｎｂ−ｄｏｐｅｄＳｒＴｉＯ3
薄膜１２を、ＳｒとＴｉの組成比が１：１となり、かつ
Ｎｂのドープ量がＳｒＴｉＯ3の重量比に対して０．５
％となるように蒸着量を調整して、１０００Å着膜し
た。その際、Ｎｂ−ｄｏｐｅｄＳｒＴｉＯ3薄膜が、充
分に酸化されるように、基板に対して、オゾンを１０％
含んだ酸素ラジカルを照射させながら、蒸着を施した。
そのときのポンプ付近の真空度は８．５×１０-5Ｔｏｒ
ｒであった。Ｎｄ＝ｄｏｐｅｄＳｒＴｉＯ3は、そのＮ
ｂのドープ量によって、キャリア濃度を変調することが
でき、ｎ型の半導体であることが知られている。
【００１９】次に図２（ｂ）で示すように、基板温度を
６５０℃に保持しながら、同様に反応性蒸着法を用い
て、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X薄膜１３をその組成比がＹ：Ｂ
ａ：Ｃｕ＝１：２：３となるように１０００Å着膜し
た。Ｎｂ−ｄｏｐｅｄＳｒＴｉＯ 3薄膜と同様、酸化を
促進させるために、成膜時に酸素−オゾンラジカルを照
射した。冷却後、基板をチャンバから取り出し、図２
（ｃ）で示すように、基板の半分をレジスト２１で覆う
ように、パターンニングを施した。このときのレジスト
の薄膜は１μｍであった。
６５０℃に保持しながら、同様に反応性蒸着法を用い
て、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-X薄膜１３をその組成比がＹ：Ｂ
ａ：Ｃｕ＝１：２：３となるように１０００Å着膜し
た。Ｎｂ−ｄｏｐｅｄＳｒＴｉＯ 3薄膜と同様、酸化を
促進させるために、成膜時に酸素−オゾンラジカルを照
射した。冷却後、基板をチャンバから取り出し、図２
（ｃ）で示すように、基板の半分をレジスト２１で覆う
ように、パターンニングを施した。このときのレジスト
の薄膜は１μｍであった。
【００２０】次に、図２（ｄ）に示す様に、基板１１
を、基板と蒸着源（金属蒸気供給源）との法線方向から
レジスト面方向に約１０度傾けて、Ａｕ薄膜１４及び１
４’を５０００Å蒸着した。要するに、レジストの陰の
部分は、Ａｕが着膜していない状態にした。蒸着時のポ
ンプ付近の真空度は、５×１０-6Ｔｏｒｒであった。蒸
着物２２が理想的に直線で基板に飛んできた場合、１０
度の基板の傾きでは、着膜されていない部分は、計算上
約１７００Åになるが、蒸着物のまわり込みがあるた
め、実際の溝の幅１６は７００Åになった。
を、基板と蒸着源（金属蒸気供給源）との法線方向から
レジスト面方向に約１０度傾けて、Ａｕ薄膜１４及び１
４’を５０００Å蒸着した。要するに、レジストの陰の
部分は、Ａｕが着膜していない状態にした。蒸着時のポ
ンプ付近の真空度は、５×１０-6Ｔｏｒｒであった。蒸
着物２２が理想的に直線で基板に飛んできた場合、１０
度の基板の傾きでは、着膜されていない部分は、計算上
約１７００Åになるが、蒸着物のまわり込みがあるた
め、実際の溝の幅１６は７００Åになった。
【００２１】次に図２（ｅ）に示すように、Ａｒのイオ
ンビーム２３を基板に対して垂直に照射することによ
り、幅７００Åの溝１５を形成した。溝１５の深さは、
超電導層１３の表面から１２００Åであった。溝１５を
形成することにより、超電導層１３は超電導層１３と１
３’に完全に分離され、超電導層どうしのリークの可能
性は全くなくなる。また常電導層１２は、深さが２００
Åであるため、常電導層の接合幅は２００Å＋７００Å
＋２００Å＝１１００Åとなり、近接効果による、超電
導層どうしのつながりが期待できる長さを得ることがで
きた。
ンビーム２３を基板に対して垂直に照射することによ
り、幅７００Åの溝１５を形成した。溝１５の深さは、
超電導層１３の表面から１２００Åであった。溝１５を
形成することにより、超電導層１３は超電導層１３と１
３’に完全に分離され、超電導層どうしのリークの可能
性は全くなくなる。また常電導層１２は、深さが２００
Åであるため、常電導層の接合幅は２００Å＋７００Å
＋２００Å＝１１００Åとなり、近接効果による、超電
導層どうしのつながりが期待できる長さを得ることがで
きた。
【００２２】次に、図２（ｆ）に示すように、超電導層
１３上部のレジスト２１とＡｕ薄膜１４をアセトンの超
音波洗浄にて剥離し、図２（ｇ）に示すように、再び超
電導層１３上に、Ａｕ薄膜１４’を蒸着した。最後に、
ダンベル型にレジストを形成し、アルゴンイオンビーム
照射により、エッチングを施し、最終的に第１図に示す
ような素子の構造とした。ブリッジ幅１７は５μｍであ
った。
１３上部のレジスト２１とＡｕ薄膜１４をアセトンの超
音波洗浄にて剥離し、図２（ｇ）に示すように、再び超
電導層１３上に、Ａｕ薄膜１４’を蒸着した。最後に、
ダンベル型にレジストを形成し、アルゴンイオンビーム
照射により、エッチングを施し、最終的に第１図に示す
ような素子の構造とした。ブリッジ幅１７は５μｍであ
った。
【００２３】第３図に本実施例で作製したジョセフソン
素子の電流−電圧特性を示す。得られたＩｃＲｎ積はｍ
Ｖであった。また、Ｔ＝７７Ｋにおいて、ブリッジ部に
１０．８ＧＨｚのマイクロ波を照射した結果、電流−電
圧特性に約２０μＶのシャピロステップを観測した。こ
のことはブリッジ部に良好なジョセフソン接合が形成さ
れていると考えることが出来る。さらに本実施例におい
ては、接合幅７００Åとしたが、基板の傾きをいろいろ
と変えて、Ａｕの蒸着を行った結果、接合幅が２０Åか
ら５００００Åまでマイクロ波照射によるシャピロステ
ップが確認された。
素子の電流−電圧特性を示す。得られたＩｃＲｎ積はｍ
Ｖであった。また、Ｔ＝７７Ｋにおいて、ブリッジ部に
１０．８ＧＨｚのマイクロ波を照射した結果、電流−電
圧特性に約２０μＶのシャピロステップを観測した。こ
のことはブリッジ部に良好なジョセフソン接合が形成さ
れていると考えることが出来る。さらに本実施例におい
ては、接合幅７００Åとしたが、基板の傾きをいろいろ
と変えて、Ａｕの蒸着を行った結果、接合幅が２０Åか
ら５００００Åまでマイクロ波照射によるシャピロステ
ップが確認された。
【００２４】
【発明の効果】この発明によれば、接合部分に幅２００
〜５００００Åの溝を容易に精度よく形成することがで
き性能の良好なジョセフソン接合素子およびその製造方
法を提供することができる。
〜５００００Åの溝を容易に精度よく形成することがで
き性能の良好なジョセフソン接合素子およびその製造方
法を提供することができる。
【図１】この発明の実施例で作製したジョセフソン接合
素子の説明図である。
素子の説明図である。
【図２】同じく製造工程の説明図である。
【図３】同じく電流・電圧特性の図である。
１１ 基板 １２ 常電導層 １３，１３’ 超電導層 １４，１４’ 金属層 １５ 溝 １６ 溝の幅 １７ ブリッジ幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木場 正義 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−228384（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−239977（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−196184（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−251778（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−37073（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−214162（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/00 H01L 39/22 H01L 39/24
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上に、常電導体層と超電導体層とが
順に積層されかつダンベル状にパターン化され、そのブ
リッジ部に、超電導体層を横断すると共に貫通し更に常
電導体層の内部に達する溝が形成されてなるジョセフソ
ン接合素子。 - 【請求項２】 溝が、０.０２〜５μｍの幅を有する請
求項１のジョセフソン接合素子。 - 【請求項３】 ａ）基板上に常電導体層と超電導体層と
を順に積層する工程と、 ｂ）この上に、フォトレジスト層を形成し所定領域の超
電導体層が露出するようにエッチングした後、超電導体
層面の法線に対してフォトレジスト側に所定角度傾斜し
た方向から金属蒸気を供給することによってフォトレジ
スト層のエッチング端面から所定幅にわたる超電導体層
上の領域を残してこの他の領域に第１金属層を蒸着する
工程と、 ｃ）第１金属層をマスクにして超電導体層を所定幅で貫
通し、常電導体層の内部に達する溝を形成する工程と、 ｄ）フォトレジスト層とその上の第１金属層を除去し、
除去領域に第２金属層を形成し、残りの第１金属層、第
２金属層、超電導体層及び常電導体層をダンベル状にパ
ターン化する工程と、からなるジョセフソン接合素子の
製造方法。 - 【請求項４】 所定角度が、５〜８０度である請求項３
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15803792A JP3147999B2 (ja) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | ジョセフソン接合素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15803792A JP3147999B2 (ja) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | ジョセフソン接合素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH065930A JPH065930A (ja) | 1994-01-14 |
| JP3147999B2 true JP3147999B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=15662902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15803792A Expired - Fee Related JP3147999B2 (ja) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | ジョセフソン接合素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3147999B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4444096B2 (ja) * | 2004-12-27 | 2010-03-31 | 三菱電機株式会社 | ゲート処理成形品 |
-
1992
- 1992-06-17 JP JP15803792A patent/JP3147999B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH065930A (ja) | 1994-01-14 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |