JP3198655B2 - Composite Josephson junction device and method of manufacturing the same - Google Patents
Composite Josephson junction device and method of manufacturing the sameInfo
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はセラミック超電導薄膜を
用いた複合型ジョセフソン接合素子及びその製造方法に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite Josephson junction device using a ceramic superconducting thin film and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年の薄膜形成技術の進展に伴い、超電
導セラミックの薄膜を基板上に形成して種々のセンサ類
を作製する試みがなされており、特に高感度の磁気セン
サを実現するためには超電導薄膜にジョセフソン接合を
作り込む必要がある。2. Description of the Related Art With the development of thin film forming technology in recent years, attempts have been made to form various sensors by forming a thin film of superconducting ceramic on a substrate. Needs to make a Josephson junction in the superconducting thin film.
【０００３】このジョセフソン接合のうちでも、特に多
結晶型ジョセフソン接合を実現する方法としては、従
来、アモルファス薄膜をアニールにより再結晶化する方
法、超電導多結晶薄膜をＣＶＤ、等により形成する方
法、等が試みられている。Among the Josephson junctions, in particular, as a method of realizing a polycrystalline Josephson junction, a method of recrystallizing an amorphous thin film by annealing and a method of forming a superconducting polycrystalline thin film by CVD or the like have hitherto been known. , Etc. have been attempted.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、偶発的に出来た結晶粒界を利用している
ために、結晶軸の制御されていない結晶粒界によりジョ
セフソン接合が構成されてジョセフソン接合の特性がば
らついてしまったり、超電導薄膜全面が多結晶化してい
るために、ジョセフソン接合部以外の場所からの電気
的、磁気的雑音の影響を受け易い、等の問題点を有して
いた。However, in the above-mentioned conventional method, since a crystal grain boundary formed accidentally is used, a Josephson junction is formed by a crystal grain boundary whose crystal axis is not controlled. The characteristics of the Josephson junction vary, and the entire surface of the superconducting thin film is polycrystallized, making it susceptible to electrical and magnetic noise from places other than the Josephson junction. Had.
【０００５】本発明は上記問題点を鑑みたものであり、
ジョセフソン接合部分に結晶軸の制御された結晶粒界を
有しジョセフソン接合特性のばらつきを最小とし、ジョ
セフソン接合部以外の場所の超電導性を単結晶薄膜で均
質化することにより電気的、磁気的雑音の影響を最小に
するジョセフソン接合デバイスを提供することを目的と
する。[0005] The present invention has been made in view of the above problems,
The Josephson junction has crystal grain boundaries with controlled crystal axes to minimize the variation in Josephson junction characteristics and to homogenize the superconductivity in places other than the Josephson junction with a single-crystal thin film for electrical and electrical It is an object of the present invention to provide a Josephson junction device that minimizes the influence of magnetic noise.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、平面型のセラミック超電導ジョセフソン
接合デバイスにおいて、該超電導ジョセフソン接合デバ
イスの結晶粒界型ジョセフソン接合部分が超電導多結晶
薄膜で構成され、ジョセフソン接合部以外の部分がすく
なくとも超電導単結晶薄膜で構成されている複合型ジョ
セフソン接合デバイスであって、前記ジョセフソン接合
を形成する場所に所定の間隔を開けて両側から突起（２
１ａ，２２ａ）を持たせた超電導単結晶薄膜を形成し、
該超電導単結晶薄膜上全体に超電導多結晶薄膜を成長さ
せて、多結晶薄膜の結晶粒界によりジョセフソン接合を
形成したことを特徴としている。 According to the present invention, there is provided a planar ceramic superconducting Josephson junction device, comprising:
Josephson junction at the grain boundary of the chair is superconducting polycrystalline
It is composed of a thin film, and the parts other than the Josephson junction are free
At least, a composite type
A Sefson junction device, wherein the Josephson junction
The protrusions (2
1a, 22a) to form a superconducting single crystal thin film,
A superconducting polycrystalline thin film is grown on the entire superconducting single crystal thin film.
To form a Josephson junction by the grain boundaries of the polycrystalline thin film.
It is characterized by being formed.
【０００７】[0007]
【０００８】[0008]
【発明の作用・効果】本発明の複合型ジョセフソン接合
デバイスによれば、ジョセフソン接合を形成する場所に
所定の間隔を開けて両側から突起を持たせた超電導単結
晶薄膜を形成している。このように超電導単結晶薄膜に
突起を設けると、この両突起の先端部分の中間に超電導
多結晶薄膜の結晶粒界が成長し易くなり、多結晶粒子の
結晶軸が単結晶薄膜の結晶軸に揃うことになる。その結
果、ジョセフソン接合特性のばらつきが小さくなり、電
気的・磁気的特性が揃ったデバイスとすることができ
る。 Operation and effect of the present invention Composite Josephson junction of the present invention
According to the device, where to form the Josephson junction
Superconducting single connection with protrusions from both sides at a predetermined interval
A crystalline thin film is formed. Thus, a superconducting single crystal thin film
When the projections are provided, the superconducting
The crystal grain boundaries of the polycrystalline thin film grow easily,
The crystal axis is aligned with the crystal axis of the single crystal thin film. The result
As a result, the variation in Josephson junction characteristics is reduced,
A device with uniform magnetic and magnetic characteristics
You.
【０００９】[0009]
【００１０】[0010]
【実施例】図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施例
を示すセラミック超電導ジョセフソン接合素子を示す上
面図およびＡ−Ａ断面図を示すものである。1A and 1B are a top view and an AA sectional view showing a ceramic superconducting Josephson junction device according to a first embodiment of the present invention.
【００１１】第１実施例のセラミック超電導ジョセフソ
ン接合素子は、基板１上に、右超電導単結晶薄膜部２ａ
および左超電導単結晶薄膜部２ｂが所定の間隔をもっ
て、相対向されている。そして、この右超電導単結晶薄
膜部２ａおよび左超電導単結晶薄膜部２ｂとの間には、
ジョセフソン接合されている結晶粒界３ａを有するセラ
ミック超電導多結晶薄膜３が介在されている。The ceramic superconducting Josephson junction device of the first embodiment comprises a substrate 1 having a right superconducting single crystal thin film portion 2a.
And the left superconducting single crystal thin film portion 2b is opposed to each other at a predetermined interval. And, between the right superconducting single crystal thin film portion 2a and the left superconducting single crystal thin film portion 2b,
A ceramic superconducting polycrystalline thin film 3 having a grain boundary 3a joined by Josephson is interposed.
【００１２】以下、第１実施例のセラミック超電導ジョ
セフソン接合素子の製造方法を図２乃至図７に従って説
明する。尚、各図において、（ａ）は、素子の上面図
を、（ｂ）は、素子のＡ−Ａ断面図を示す。Hereinafter, a method for manufacturing the ceramic superconducting Josephson junction device of the first embodiment will be described with reference to FIGS. In each of the drawings, (a) shows a top view of the device, and (b) shows a cross-sectional view of the device taken along line AA.
【００１３】最初に第２図（ａ）、（ｂ）に示すごと
く、単結晶ＭｇＯ基板１上に、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏyよりな
るセラミック超電導単結晶薄膜２（以下、ＹＢＣＯと略
す）を形成した。First, as shown in FIGS. 2A and 2B, a ceramic superconducting single crystal thin film 2 (hereinafter abbreviated as YBCO) made of Y 1 Ba 2 Cu 3 Oy is formed on a single crystal MgO substrate 1. Formed.
【００１４】この薄膜２の形成はＲＦマグネトロンスパ
ッタ法によりＹＢＣＯ単結晶薄膜２を基板１上に堆積せ
しめるもので、その条件を以下に示す。 ターゲット：Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ4.5Ｏy焼結体 基板温度：７００℃ Ａｒ流量：３０ｓｃｃｍ Ｏ2流量：７．５ｓｃｃｍ スパッタ圧力：１０ｍＴｏｒｒ スパッタ電力：１５０Ｗ ターゲット基板間距離：４０ｍｍ 堆積レート：５ｎｍ／ｍｉｎ 続いて、ＹＢＣＯ単結晶薄膜２を第３図（ａ）、（ｂ）
に示す如く二つの部分に分割し、右単結晶薄膜電極部分
２ａ及び左単結晶薄膜電極部分２ｂを形成した。この左
右電極部分の形成はケミカルエッチング法により行い、
フォトレジストとしてシプレー社製Ｓ１４００−２５レ
ジスト、エッチャントとして塩酸水溶液（０．１５ｖｏ
ｌ％）を使用した。The thin film 2 is formed by depositing the YBCO single crystal thin film 2 on the substrate 1 by the RF magnetron sputtering method. The conditions are as follows. Target: Y 1 Ba 2 Cu 4.5 Oy sintered body Substrate temperature: 700 ° C. Ar flow rate: 30 sccm O 2 flow rate: 7.5 sccm Sputter pressure: 10 mTorr Sputter power: 150 W Distance between target substrates: 40 mm Deposition rate: 5 nm / min The YBCO single-crystal thin film 2 is shown in FIGS.
As shown in the figure, the right single crystal thin film electrode portion 2a and the left single crystal thin film electrode portion 2b were formed. The left and right electrode portions are formed by a chemical etching method.
S1400-25 resist manufactured by Shipley Co., Ltd. as a photoresist, and an aqueous hydrochloric acid solution (0.15 vol.) As an etchant.
1%).
【００１５】しかる後、リフトオフ法によりジョセフソ
ン接合部分のみにアモルファス薄膜を形成した。即ち、
図４（ａ）、（ｂ）に示す如く、ジョセフソン接合部分
以外の場所にレジスト４を塗布した。しかる後、基板全
面にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系アモルファス薄膜（以下、Ｙ
ＢＣＯアモルファス薄膜と略す。）５を形成した。この
薄膜４の形成はＲＦマグネトロンスパッタ法によりＹＢ
ＣＯアモルファス薄膜５を基板１上に堆積せしめるもの
で、その条件を以下に示す。Thereafter, an amorphous thin film was formed only on the Josephson junction by the lift-off method. That is,
As shown in FIGS. 4A and 4B, a resist 4 was applied to portions other than the Josephson junction. Thereafter, a Y-Ba-Cu-O-based amorphous thin film (hereinafter referred to as Y
Abbreviated as BCO amorphous thin film. 5) was formed. The thin film 4 is formed by YB by RF magnetron sputtering.
The conditions for depositing the CO amorphous thin film 5 on the substrate 1 are as follows.
【００１６】 ターゲット：Ｙ1Ｂａ2.3Ｃｕ3.5Ｏy焼結体 基板温度：室温から２００℃ Ａｒ流量：１５ｓｃｃｍ Ｏ2流量：５ｓｃｃｍ スパッタ圧力：７．５ｍＴｏｒｒ スパッタ電力：１５０Ｗ ターゲット基板間距離：５３ｍｍ 堆積レート：２０ｎｍ／ｈｒ 続いて、レジストリムーバないしはアセトンにより、レ
ジスト４ないしはジョセフソン接合部以外の部分のＹＢ
ＣＯアモルファス薄膜５を剥離した。これにより、第６
図（ａ）、（ｂ）に示す如く、左右単結晶薄膜電極２ａ
ないしは２ｂの間に、ＹＢＣＯアモルファス薄膜よりな
る幅１０μｍの狭小なジョセフソン接合部であるブリッ
ジ部６が形成される。[0016] Target: Y 1 Ba 2.3 Cu 3 5 Oy sintered substrate temperature. Room temperature 200 ° C. Ar flow rate: 15 sccm O2 flow rate: 5 sccm sputtering pressure: 7.5 mTorr sputtering power: 150 W Target-substrate distance: 53 mm Deposition Rate : 20 nm / hr Then, using a resist remover or acetone, the YB of the resist 4 or the portion other than the Josephson junction is removed.
The CO amorphous thin film 5 was peeled off. As a result, the sixth
As shown in FIGS. 3A and 3B, the left and right single-crystal thin-film electrodes 2a
Or 2b, a bridge section 6 as a narrow Josephson junction section having a width of 10 μm and made of a YBCO amorphous thin film is formed.
【００１７】さらに、このＹＢＣＯアモルファス薄膜よ
りなるブリッジ部６を熱処理して多結晶化した。熱処理
条件を以下に示す。 雰囲気：酸素中 昇温速度：４００℃／ｈｒ 熱処理温度：９９０℃ 熱処理時間：１０ｍｉｎ 降温速度：９９０℃から８００℃までは２０００℃／ｈ
ｒ。それ以下は炉冷。Further, the bridge portion 6 made of the YBCO amorphous thin film was polycrystallized by heat treatment. The heat treatment conditions are shown below. Atmosphere: In oxygen Heating rate: 400 ° C / hr Heat treating temperature: 990 ° C Heat treating time: 10 min Cooling rate: 2000 ° C / h from 990 ° C to 800 ° C
r. Below that is furnace cooling.
【００１８】以上の製造工程をへて、第７図（ａ）、
（ｂ）のような構造を有するセラミック超電導多結晶薄
膜３と超電導単結晶薄膜２ａ、２ｂの複合型ジョセフソ
ン接合デバイス素子が作製された。Through the above manufacturing steps, FIG.
A composite Josephson junction device element of the ceramic superconducting polycrystalline thin film 3 and the superconducting single crystal thin films 2a and 2b having the structure as shown in FIG.
【００１９】図８乃至図１０に、作製された複合型ジョ
セフソン接合デバイスの電気的特性を示す。図８は、ジ
ョセフソン接合素子の電気抵抗の温度変化を示す。これ
から、超電導開始温度が８０Ｋ、ゼロ抵抗到達温度が７
０Ｋであることがわかる。FIGS. 8 to 10 show the electrical characteristics of the manufactured composite Josephson junction device. FIG. 8 shows the temperature change of the electric resistance of the Josephson junction element. From this, the superconducting start temperature is 80K and the zero resistance attainment temperature is 7
It turns out that it is 0K.
【００２０】図９に、１６Ｋにおけるジョセフソン接合
素子の電流電圧特性を示す。電流電圧特性は、下に凸の
曲線を示しており典型的なジョセフソン接合の特性であ
ることがわかる。FIG. 9 shows the current-voltage characteristics of the Josephson junction device at 16K. The current-voltage characteristic shows a downwardly convex curve, which indicates that it is a typical characteristic of a Josephson junction.
【００２１】図１０に１５Ｋにおける５．１ＧＨｚのマ
イクロ波をジョセフソン接合に照射した時の電流電圧特
性を示す。図１０より、マイクロ波の周波数に対応した
ｎ＝５／２，３，７／２，４の段差が観測され、この接
合がジョセフソン接合であることがわかる。FIG. 10 shows a current-voltage characteristic when a 5.1 GHz microwave at 15 K is applied to the Josephson junction. From FIG. 10, steps of n = 5/2, 3, 7/2, and 4 corresponding to the frequency of the microwave are observed, and it is understood that this junction is a Josephson junction.
【００２２】図１１に、複合型ジョセフソン接合デバイ
スの第２実施例を示す。これは、ジョセフソン接合部分
のみをセラミック超電導結晶粒界３ａを有するセラミッ
ク多結晶薄膜３だけで構成し、その他の部分を右および
左超電導単結晶薄膜部２ａおよび２ｂと右および左超電
導多結晶薄膜部７ａおよび７ｂの積層構造とした実施例
を示す。FIG. 11 shows a second embodiment of the composite Josephson junction device. This is because only the Josephson junction is composed of only the ceramic polycrystalline thin film 3 having the ceramic superconducting crystal grain boundary 3a, and the other portions are the right and left superconducting single crystal thin film portions 2a and 2b and the right and left superconducting polycrystalline thin films. An example in which a laminated structure of the parts 7a and 7b is used will be described.
【００２３】第２実施例では、第１実施例の製造工程
（図２乃至図７）においてリフトオフ工程を行わずに左
右超電導単結晶薄膜部２ａないし２ｂの上にもＹＢＣＯ
アモルファス薄膜５を残しておき、アモルファス薄膜全
体を熱処理してデバイスを製造したものである。In the second embodiment, the YBCO is also formed on the left and right superconducting single crystal thin film portions 2a and 2b without performing the lift-off process in the manufacturing process of the first embodiment (FIGS. 2 to 7).
The device is manufactured by heat-treating the entire amorphous thin film while leaving the amorphous thin film 5.
【００２４】図１２は、ジョセフソン接合部分のみを結
晶粒界３ａを有するセラミック超電導結晶粒だけで構成
し、その他の部分を右および左超電導単結晶薄膜部２
ａ、２ｂとＹＢＣＯアモルファス薄膜５ａ、５ｂの積層
構造とした実施例を示す。FIG. 12 shows that only the Josephson junction portion is composed of only ceramic superconducting crystal grains having a crystal grain boundary 3a, and the other portions are the right and left superconducting single crystal thin film portions 2.
An example is shown in which a laminated structure of a, 2b and YBCO amorphous thin films 5a, 5b is used.
【００２５】第３実施例では、第２実施例の製造工程に
おいて、アモルファス薄膜ブリッジ３ａの部分のみをレ
ーザービームにより局所的に熱処理してデバイスを製造
したものである。In the third embodiment, in the manufacturing process of the second embodiment, only the amorphous thin film bridge 3a is locally heat-treated with a laser beam to manufacture a device.
【００２６】図１３乃至図１７に、複合型ジョセフソン
接合デバイス製造方法についての第４実施例を示す。
尚、各図において、（ａ）は素子の上面図を、（ｂ）は
素子のＡ−Ａ断面図を示す。FIGS. 13 to 17 show a fourth embodiment of a method for manufacturing a composite Josephson junction device.
In each of the drawings, (a) is a top view of the device, and (b) is a cross-sectional view of the device taken along line AA.
【００２７】最初に図１３（ａ）に示すごとく、単結晶
ＭｇＯからなる基板１上に、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏyからなる
セラミック超電導単結晶薄膜（以下、ＹＢＣＯ単結晶薄
膜と略す）２０を厚さ４００ｎｍから５００ｎｍ形成し
た。このＹＢＣＯ単結晶薄膜２０の形成は第１の実施例
と同一の条件により形成した。First, as shown in FIG. 13A, a ceramic superconducting single crystal thin film (hereinafter abbreviated as YBCO single crystal thin film) 20 made of Y 1 Ba 2 Cu 3 Oy is formed on a substrate 1 made of single crystal MgO. The thickness was formed from 400 nm to 500 nm. The YBCO single crystal thin film 20 was formed under the same conditions as in the first embodiment.
【００２８】続いて、ＹＢＣＯ単結晶薄膜２を図１４
（ａ）、（ｂ）に示す如く二つの部分に分割し、突起２
１ａ、２２ａを有する右電極部２１及び左電極部２２を
形成した。この左右電極部２１、２２部分の形成はケミ
カルエッチング法により行い、フォトレジストとしてシ
プレー社製Ｓ１４００−２５レジスト、エッチャントと
して塩酸水溶液（０．１５ｖｏｌ％）を使用した。Subsequently, the YBCO single crystal thin film 2 is shown in FIG.
(A) and (b) as shown in FIG.
A right electrode portion 21 and a left electrode portion 22 having 1a and 22a were formed. The left and right electrode portions 21 and 22 were formed by a chemical etching method, using S1400-25 resist manufactured by Shipley Co., Ltd. as a photoresist, and an aqueous hydrochloric acid solution (0.15 vol%) as an etchant.
【００２９】しかる後、図１５（ａ）、（ｂ）の如く、
ＭｇＯ基板１の全面にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系アモルファ
ス薄膜（以下、ＹＢＣＯアモルファス薄膜と略す。）２
５を厚さ１μｍ形成した。この薄膜２５の形成は第１の
実施例と同一の条件により形成した。Thereafter, as shown in FIGS. 15A and 15B,
A Y-Ba-Cu-O-based amorphous thin film (hereinafter abbreviated as YBCO amorphous thin film) 2 on the entire surface of the MgO substrate 1.
5 was formed to a thickness of 1 μm. This thin film 25 was formed under the same conditions as in the first embodiment.
【００３０】続いて、ＹＢＣＯアモルファス薄膜２５を
図１６の如く、左右電極部２１、２２の間に、両側より
矩形状に切り込んだ幅１０μｍの狭小なブリッジ部２７
を形成した。このブリッジ部２７の形成はケミカルエッ
チング法により行い、フォトレジストとしてシプレー社
製Ｓ１４００−２５レジスト、エッチャントとして塩酸
水溶液（０．１５ｖｏｌ％）を使用した。Next, as shown in FIG. 16, a narrow bridge section 27 having a width of 10 μm is formed by cutting the YBCO amorphous thin film 25 between the left and right electrode sections 21 and 22 from both sides in a rectangular shape.
Was formed. The bridge portion 27 was formed by a chemical etching method, using S1400-25 resist manufactured by Shipley Co. as a photoresist, and an aqueous hydrochloric acid solution (0.15 vol%) as an etchant.
【００３１】さらに、ＹＢＣＯアモルファス薄膜２５を
熱処理して多結晶化した。熱処理条件は、第１実施例と
同一である。以上の製造工程を経て、図１７（ａ）、
（ｂ）のような構造を有する多結晶薄膜３０と単結晶薄
膜２１、２２の複合型ジョセフソン接合デバイスが作製
された。Further, the YBCO amorphous thin film 25 was polycrystallized by heat treatment. The heat treatment conditions are the same as in the first embodiment. Through the above manufacturing steps, FIG.
A composite Josephson junction device comprising the polycrystalline thin film 30 and the single-crystal thin films 21 and 22 having the structure as shown in FIG.
【００３２】表１に単結晶薄膜２１、２２の突起２１
ａ、２２ａの先端部分の開き角度θ（図１８参照）とブ
リッジ部２７に１個の結晶粒界がジョセフソン接合を形
成する割合Ｋ％を示す。Table 1 shows the projections 21 of the single crystal thin films 21 and 22.
The opening angle θ (see FIG. 18) of the tip portions a and 22a and the ratio K% at which one crystal grain boundary forms a Josephson junction in the bridge portion 27 are shown.
【００３３】 表１から開き角度が１００゜以下の場合には、５０％以
上の割合で１個の結晶粒界がジョセフソン接合を形成す
ることができた。ジョセフソン接合が１個の結晶粒界で
形成されると、複数の結晶粒界の場合と比較して、ジョ
セフソン接合の電気的、磁気的特性が揃った素子とな
る。[0033] According to Table 1, when the opening angle was 100 ° or less, one grain boundary could form a Josephson junction at a rate of 50% or more. When the Josephson junction is formed by one crystal grain boundary, an element having the same electrical and magnetic characteristics of the Josephson junction as compared with the case of a plurality of crystal grain boundaries is obtained.
【００３４】図１９乃至図２３に、複合型ジョセフソン
接合デバイス製造方法の第５実施例を示す。なお、各図
において、（ａ）は、素子の上面図を（ｂ）は、Ａ−Ａ
断面図を示す。FIGS. 19 to 23 show a fifth embodiment of a method for manufacturing a composite Josephson junction device. In each of the drawings, (a) is a top view of the device, and (b) is AA
FIG.
【００３５】最初に図１９（ａ）、（ｂ）に示すごと
く、単結晶ＭｇＯ基板１上に、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏyよりな
るセラミック超電導単結晶薄膜（以下、ＹＢＣＯ単結晶
薄膜と略す）３２を厚さ４００ｎｍから５００ｎｍ形成
した。このＹＢＣＯ単結晶薄膜２の形成は第１の実施例
と同一の条件により形成した。First, as shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b), a ceramic superconducting single crystal thin film made of Y 1 Ba 2 Cu 3 Oy (hereinafter abbreviated as YBCO single crystal thin film) is formed on a single crystal MgO substrate 1. 32 was formed to a thickness of 400 nm to 500 nm. The YBCO single crystal thin film 2 was formed under the same conditions as in the first embodiment.
【００３６】続いて、ＹＢＣＯ単結晶薄膜３２を図２０
（ａ）、（ｂ）に示す如く二つの部分に分割し、右電極
部３２ａ及び左電極部分３２ｂを形成した。この左右電
極３２ａ、３２ｂ部分の形成はケミカルエッチング法に
より行い、フォトレジストとしてシプレー社製Ｓ１４０
０−２５レジスト、エッチャントとして塩酸水溶液
（０．１５ｖｏｌ％）を使用した。Subsequently, the YBCO single crystal thin film 32 is
As shown in (a) and (b), it was divided into two parts to form a right electrode part 32a and a left electrode part 32b. The left and right electrodes 32a and 32b are formed by a chemical etching method.
A 0-25 resist and an aqueous hydrochloric acid solution (0.15 vol%) were used as an etchant.
【００３７】しかる後、図２１（ａ）、（ｂ）に示す如
く、ＭｇＯ基板１の全面にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系アモル
ファス薄膜（以下、ＹＢＣＯアモルファス薄膜と略
す。）３４を厚さ１μｍ形成した。この薄膜３４の形成
は第１の実施例と同一の条件により形成した。Thereafter, as shown in FIGS. 21 (a) and 21 (b), a Y-Ba-Cu-O-based amorphous thin film (hereinafter abbreviated as YBCO amorphous thin film) 34 is 1 μm thick over the entire surface of the MgO substrate 1. Formed. This thin film 34 was formed under the same conditions as in the first embodiment.
【００３８】続いて、ＹＢＣＯアモルファス薄膜３４を
図２２（ａ）、（ｂ）に示す如く、中心部分の幅が狭小
なブリッジ部３６となるように、左右電極部の間に形成
した。このブリッジ部３６の形成はケミカルエッチング
法により行い、フォトレジストとしてシプレー社製Ｓ１
４００−２５レジスト、エッチャントとして塩酸水溶液
（０．１５ｖｏｌ％）を使用した。Subsequently, a YBCO amorphous thin film 34 was formed between the left and right electrode portions so as to form a bridge portion 36 having a narrow center portion as shown in FIGS. 22 (a) and 22 (b). The bridge portion 36 is formed by a chemical etching method, and S1 manufactured by Shipley Co. as a photoresist.
A hydrochloric acid aqueous solution (0.15 vol%) was used as a 400-25 resist and an etchant.
【００３９】さらに、アモルファス薄膜を熱処理して多
結晶化し、セラミック超電導多結晶薄膜４０とした。熱
処理条件は、第１の実施例と同一である。以上の製造工
程をへて、図２３（ａ）、（ｂ）のような構造を有する
多結晶薄膜と単結晶薄膜の複合型ジョセフソン接合デバ
イスが作製された。Further, the amorphous thin film was polycrystallized by heat treatment to obtain a ceramic superconducting polycrystalline thin film 40. The heat treatment conditions are the same as in the first embodiment. Through the above manufacturing steps, a composite Josephson junction device of a polycrystalline thin film and a single crystal thin film having a structure as shown in FIGS. 23 (a) and 23 (b) was produced.
【００４０】アモルファス薄膜のブリッジ括れ部分の比
率ａ／ｂ（図２４参照）とブリッジ部分に１個の結晶粒
界がジョセフソン接合を形成する割合Ｋ％との関係を示
す。 表２から括れ部分の比率が１／２以下の場合には、５０
％以上の割合で１個の結晶粒界がジョセフソン接合を形
成した。ジョセフソン接合が１個の結晶粒界で形成され
ると、複数の結晶粒界の場合と比較して、ジョセフソン
接合の電気的、磁気的特性が揃った素子となることがわ
かった。The relationship between the ratio a / b of the constricted portion of the amorphous thin film (see FIG. 24) and the ratio K% at which one grain boundary forms a Josephson junction in the bridge portion is shown. From Table 2, when the ratio of the constricted portion is 1/2 or less, 50
% Or more, one grain boundary formed a Josephson junction. It has been found that when the Josephson junction is formed at one grain boundary, an element having the same electrical and magnetic characteristics of the Josephson junction is obtained as compared with the case of a plurality of grain boundaries.
【図１】図１（ａ）、（ｂ）は、本発明による複合型ジ
ョセフソン接合デバイスの上面図及びＡ−Ａ断面図であ
る。FIGS. 1 (a) and 1 (b) are a top view and a cross-sectional view taken along the line AA of a composite Josephson junction device according to the present invention.
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、本発明による複合型ジ
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。FIGS. 2A and 2B are a top view and an AA cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a composite Josephson junction device according to the present invention.
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、本発明による複合型ジ
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。FIGS. 3A and 3B are a top view and an AA cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a composite Josephson junction device according to the present invention.
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、本発明による複合型ジ
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。FIGS. 4A and 4B are a top view and an AA cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a composite Josephson junction device according to the present invention.
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、本発明による複合型ジ
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。FIGS. 5A and 5B are a top view and an AA cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a composite Josephson junction device according to the present invention.
【図６】図６（ａ）、（ｂ）は、本発明による複合型ジ
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。6 (a) and 6 (b) are a top view and an AA cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a composite Josephson junction device according to the present invention.
【図７】図７（ａ）、（ｂ）は、本発明による複合型ジ
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。FIGS. 7A and 7B are a top view and an AA cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a composite Josephson junction device according to the present invention.
【図８】図８は、本発明による複合型ジョセフソン接合
デバイスの特性を示す特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing characteristics of the composite Josephson junction device according to the present invention.
【図９】図９は、本発明による複合型ジョセフソン接合
デバイスの特性を示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing characteristics of the composite Josephson junction device according to the present invention.
【図１０】図１０は、本発明による複合型ジョセフソン
接合デバイスの特性を示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing characteristics of the composite Josephson junction device according to the present invention.
【図１１】図１１は、複合型ジョセフソン接合デバイス
の第２実施例を説明する斜視図である。FIG. 11 is a perspective view illustrating a second embodiment of a composite Josephson junction device.
【図１２】図１２は、複合型ジョセフソン接合デバイス
の第３実施例を説明する斜視図である。FIG. 12 is a perspective view illustrating a third embodiment of a composite Josephson junction device.
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は、複合型ジョセフソ
ン接合デバイスの第４実施例の製造過程を説明する説明
図である。FIGS. 13 (a) and 13 (b) are explanatory views for explaining a manufacturing process of a fourth embodiment of a composite Josephson junction device.
【図１４】図１４（ａ）、（ｂ）は、複合型ジョセフソ
ン接合デバイスの第４実施例の製造過程を説明する説明
図である。FIGS. 14A and 14B are explanatory views for explaining a manufacturing process of a fourth embodiment of a composite Josephson junction device.
【図１５】図１５（ａ）、（ｂ）は、複合型ジョセフソ
ン接合デバイスの第４実施例の製造過程を説明する説明
図である。FIGS. 15A and 15B are explanatory views illustrating a manufacturing process of a fourth embodiment of a composite Josephson junction device. FIGS.
【図１６】図１６（ａ）、（ｂ）は、複合型ジョセフソ
ン接合デバイスの第４実施例の製造過程を説明する説明
図である。FIGS. 16 (a) and (b) are explanatory views for explaining a manufacturing process of a fourth embodiment of a composite Josephson junction device.
【図１７】図１７（ａ）、（ｂ）は、複合型ジョセフソ
ン接合デバイスの第４実施例の製造過程を説明する説明
図である。17 (a) and 17 (b) are explanatory views illustrating a manufacturing process of a fourth embodiment of a composite Josephson junction device.
【図１８】図１８は、単結晶薄膜の突起先端部分開き角
度θの定義を説明する説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating the definition of the opening angle θ of the projection tip portion of the single crystal thin film.
【図１９】図１９は、複合型ジョセフソン接合デバイス
製造工程の第５実施例を説明する説明図である。FIG. 19 is an explanatory view illustrating a fifth embodiment of the manufacturing process of the composite Josephson junction device.
【図２０】図２０は、複合型ジョセフソン接合デバイス
製造工程の第５実施例を説明する説明図である。FIG. 20 is an explanatory diagram illustrating a fifth embodiment of the manufacturing process of the composite Josephson junction device.
【図２１】図２１は、複合型ジョセフソン接合デバイス
製造工程の第５実施例を説明する説明図である。FIG. 21 is an explanatory diagram illustrating a fifth embodiment of the manufacturing process of the composite Josephson junction device.
【図２２】図２２は、複合型ジョセフソン接合デバイス
製造工程の第５実施例を説明する説明図である。FIG. 22 is an explanatory diagram illustrating a fifth embodiment of the manufacturing process of the composite Josephson junction device.
【図２３】図２３は、複合型ジョセフソン接合デバイス
製造工程の第５実施例を説明する説明図である。FIG. 23 is an explanatory diagram illustrating a fifth embodiment of the manufacturing process of the composite Josephson junction device.
【図２４】図２４は、アモルファス薄膜のブリッジ括れ
部分の比率ａ／ｂの定義を説明する説明図である。FIG. 24 is an explanatory diagram illustrating the definition of the ratio a / b of the bridge constricted portion of the amorphous thin film.
１ 基板 ２ 超電導単結晶薄膜 ３ 超電導多結晶薄膜 ３ａ 結晶粒界 ６ ブリッジ部（ジョセフソン接合部） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Superconducting single-crystal thin film 3 Superconducting polycrystalline thin film 3a Crystal grain boundary 6 Bridge part (Josephson junction)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−253670（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−154484（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−134881（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−31478（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−38882（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/22 - 39/24 H01L 39/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-253670 (JP, A) JP-A-2-154484 (JP, A) JP-A-2-134881 (JP, A) JP-A 64-64 31478 (JP, A) JP-A-4-38882 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 39/22-39/24 H01L 39/00
Claims (7)
接合デバイスにおいて、該超電導ジョセフソン接合デバ
イスの結晶粒界型ジョセフソン接合部分が超電導多結晶
薄膜で構成され、ジョセフソン接合部以外の部分がすく
なくとも超電導単結晶薄膜で構成されている複合型ジョ
セフソン接合デバイスであって、 前記ジョセフソン接合を形成する場所に所定の間隔を開
けて両側から突起を持たせた超電導単結晶薄膜を形成
し、該超電導単結晶薄膜上全体に超電導多結晶薄膜を成
長させて、多結晶薄膜の結晶粒界によりジョセフソン接
合を形成した ことを特徴とする複合型ジョセフソン接合
デバイス。1. A planar ceramic superconducting Josephson junction device, wherein a grain boundary type Josephson junction portion of the superconducting Josephson junction device is composed of a superconducting polycrystalline thin film, and at least portions other than the Josephson junction are superconducting. A composite-type job composed of a single-crystal thin film
A Sefson junction device, wherein a predetermined interval is provided at a place where the Josephson junction is formed.
To form a superconducting single crystal thin film with protrusions from both sides
Then, a superconducting polycrystalline thin film is formed on the entire superconducting single crystal thin film.
Josephson contact by the grain boundaries of the polycrystalline thin film
A composite Josephson junction device, wherein the junction is formed .
体にアモルファス薄膜を形成し、前記ジョセフソン接合
を形成する場所におけるアモルファス薄膜を熱処理して
結晶化させ、ジョセフソン接合部分に結晶粒界を形成さ
せることを特徴とする請求項１記載の複合型ジョセフソ
ン接合デバイス。 2. A place where the Josephson junction is formed.
An amorphous thin film is formed on the body,
Heat treatment of the amorphous thin film at the place where
Crystallized, forming grain boundaries at the Josephson junction
2. The composite type Josephson according to claim 1, wherein
Junction device.
０度から１００度であることを特徴とする請求項１記載
の複合型ジョセフソン接合デバイス。 3. The opening angle of the projection tip of the single crystal thin film is
2. The method according to claim 1, wherein the angle is from 0 to 100 degrees.
Composite Josephson junction device.
外に形成された第一層としての超電導単結晶薄膜上に、
アモルファス薄膜を形成し、前記ジョセフソン接合を形
成する場所におけるアモルファス薄膜のみを熱処理して
多結晶化することを特徴とする請求項２記載の複合型ジ
ョセフソン接合デバイスに用いられる複合型ジョセフソ
ン接合デバイスの製造方法。 4. The method according to claim 1, further comprising : a step for forming said Josephson junction.
On the superconducting single crystal thin film as the first layer formed outside,
Form an amorphous thin film and form the Josephson junction
Heat treatment only the amorphous thin film in the place where
3. The composite die according to claim 2, wherein the composite die is polycrystallized.
Composite Josephson used in Josephson junction devices
Method of manufacturing a junction device.
外に形成された第一層としての前記超電導単結晶薄膜上
にも第二層としてアモルファス薄膜を形成し、該アモル
ファス薄膜全体を熱処理して多結晶化し、超電導多結晶
薄膜とすることを特徴とする請求項２記載の複合型ジョ
セフソン接合デバイスに用いられる複合型ジョセフソン
接合デバイスの製造方法。 5. The method according to claim 1, further comprising a step of forming said Josephson junction.
On the superconducting single crystal thin film as the first layer formed outside
Also, an amorphous thin film is formed as the second layer,
The whole thin film is heat-treated to be polycrystalline, and superconducting polycrystal
3. The composite type job according to claim 2, wherein the composite type job is a thin film.
Composite Josephson used in Sefson junction devices
Manufacturing method of bonding device.
外に超電導単結晶薄膜を形成し、前記ジョセフソン接合
を形成する場所に括れを有するアモルファス薄膜を形成
し、 前記ジョセフソン接合を形成する場所におけるアモルフ
ァス薄膜を熱処理して 結晶化させ、ジョセフソン接合部
分に結晶粒界を形成することを特徴とする請求項２記載
の複合型ジョセフソン接合デバイスに用いられる複合型
ジョセフソン接合デバイスの製造方法。 6. The method according to claim 1, further comprising a step of forming said Josephson junction.
A superconducting single crystal thin film is formed outside
Amorphous thin film with constriction at the place where the film is formed
And an amorph at the location where the Josephson junction is formed
The heat-treated thin film is crystallized, and the Josephson junction
3. The method according to claim 2, wherein a crystal grain boundary is formed at the same time.
Composite Type Used in Josephson Junction Devices
A method for manufacturing a Josephson junction device.
幅と最大幅の比率が１／２以下であることを特徴する請
求項６記載の複合型ジョセフソン接合デバイスの製造方
法。 7. A minimum of a constricted portion of the amorphous thin film.
The ratio of the width to the maximum width is not more than 1/2
A method for manufacturing a composite Josephson junction device according to claim 6.
Law.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24467992A JP3198655B2 (en) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | Composite Josephson junction device and method of manufacturing the same |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697520A JPH0697520A (en) | 1994-04-08 |
| JP3198655B2 true JP3198655B2 (en) | 2001-08-13 |
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Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| WO2019105715A1 (en) * | 2017-11-28 | 2019-06-06 | International Business Machines Corporation | Frequency tuning of multi-qubit systems |
| US10340438B2 (en) | 2017-11-28 | 2019-07-02 | International Business Machines Corporation | Laser annealing qubits for optimized frequency allocation |
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| US10418540B2 (en) | 2017-11-28 | 2019-09-17 | International Business Machines Corporation | Adjustment of qubit frequency through annealing |
| US10424713B2 (en) | 2017-11-28 | 2019-09-24 | International Business Machines Corporation | Laser annealing of qubits with structured illumination |
-
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- 1992-09-14 JP JP24467992A patent/JP3198655B2/en not_active Expired - Fee Related
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