JP3319205B2 - ジョセフソン接合素子の製造方法 - Google Patents
ジョセフソン接合素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はジョセフソン接合素子の
製造方法に関し、例えば生体磁気等の微弱磁界の測定等
に用いられるＳＱＵＩＤや、ミリ波検出素子のほか、広
くジョセフソン接合部を有するあらゆる素子に対して適
用可能なジョセフソン接合素子の製造方法に関する。
製造方法に関し、例えば生体磁気等の微弱磁界の測定等
に用いられるＳＱＵＩＤや、ミリ波検出素子のほか、広
くジョセフソン接合部を有するあらゆる素子に対して適
用可能なジョセフソン接合素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ジョセフソン接合には、従来、大きく分
けてトンネル型とマイクロブリッジ型の２つのタイプが
知られている。このうち、トンネル型は最も一般的に用
いられているタイプであるが、極めて薄い絶縁膜が必要
であって高度な絶縁膜作成技術を要求され、また、接合
部のサイズを小さくできないために低ノイズ化が困難で
あると言われている。一方、マイクロブリッジ型は、２
つの超伝導電極を微小なブリッジ（弱結合部）によって
接合したタイプであり、原理的に接合部のサイズが小さ
いために低ノイズ化は有利であるが、ブリッジの断面
積、長さを非常に小さくする必要がある等、一般的には
接合部の作成が極めて困難である。
けてトンネル型とマイクロブリッジ型の２つのタイプが
知られている。このうち、トンネル型は最も一般的に用
いられているタイプであるが、極めて薄い絶縁膜が必要
であって高度な絶縁膜作成技術を要求され、また、接合
部のサイズを小さくできないために低ノイズ化が困難で
あると言われている。一方、マイクロブリッジ型は、２
つの超伝導電極を微小なブリッジ（弱結合部）によって
接合したタイプであり、原理的に接合部のサイズが小さ
いために低ノイズ化は有利であるが、ブリッジの断面
積、長さを非常に小さくする必要がある等、一般的には
接合部の作成が極めて困難である。
【０００３】ここで、マイクロブリッジ型の一つの変形
である準平面型のジョセフソン接合は、超伝導薄膜の表
面上に、絶縁膜を介して別の超伝導薄膜をその端面部が
載るように形成し、これら２つの超伝導薄膜の双方の表
面に跨がるようなブリッジを形成した構造を持ち、この
ブリッジによって上下の超伝導薄膜を接合したものであ
り、この構造によると、ブリッジの長さ（ウィークリン
ク長）は絶縁膜の膜厚によって決まり、しかも、その膜
厚はトンネル型の接合に要求される膜厚に比べると厚く
てもよいため、平面上での微細加工に頼る一般的なマイ
クロブリッジ型（平面型）の接合に比して、比較的容易
な膜厚の調整によってそのウィークリンク長が決まる点
において有利である。従って、この準平面型のジョセフ
ソン接合は、低ノイズ化の容易なマイクロブリッジ型の
接合のなかでも、特に実用的な一形態であると言える。
である準平面型のジョセフソン接合は、超伝導薄膜の表
面上に、絶縁膜を介して別の超伝導薄膜をその端面部が
載るように形成し、これら２つの超伝導薄膜の双方の表
面に跨がるようなブリッジを形成した構造を持ち、この
ブリッジによって上下の超伝導薄膜を接合したものであ
り、この構造によると、ブリッジの長さ（ウィークリン
ク長）は絶縁膜の膜厚によって決まり、しかも、その膜
厚はトンネル型の接合に要求される膜厚に比べると厚く
てもよいため、平面上での微細加工に頼る一般的なマイ
クロブリッジ型（平面型）の接合に比して、比較的容易
な膜厚の調整によってそのウィークリンク長が決まる点
において有利である。従って、この準平面型のジョセフ
ソン接合は、低ノイズ化の容易なマイクロブリッジ型の
接合のなかでも、特に実用的な一形態であると言える。
【０００４】しかし、以上のような利点を持つ準平面型
のジョセフソン接合においても、いくつかの問題が残っ
ている。すなわち、準平面型のジョセフソン接合におけ
る弱結合部であるブリッジの作成は、通常、電子ビーム
露光を用いた細線作成の後、陽極酸化等の手段を用いて
更にその細線を細くしているが、この方法では、生産性
が悪く、また、できあがった接合の特性が不揃いであ
り、接合の再現性の点において問題がある。また、この
準平面型の接合では、弱結合部が素子の最外方に位置す
るため、大気に曝されることによる酸化の影響で、特性
の経時変化が大きいという問題がある。
のジョセフソン接合においても、いくつかの問題が残っ
ている。すなわち、準平面型のジョセフソン接合におけ
る弱結合部であるブリッジの作成は、通常、電子ビーム
露光を用いた細線作成の後、陽極酸化等の手段を用いて
更にその細線を細くしているが、この方法では、生産性
が悪く、また、できあがった接合の特性が不揃いであ
り、接合の再現性の点において問題がある。また、この
準平面型の接合では、弱結合部が素子の最外方に位置す
るため、大気に曝されることによる酸化の影響で、特性
の経時変化が大きいという問題がある。
【０００５】このような問題点を解決すべく、本出願人
は既に、図６に模式的に示すような構造のジョセフソン
接合素子とその製造方法を提供している。この図６にお
いて（Ａ）は模式的外観図で、（Ｂ）および（Ｃ）はそ
れぞれそのＢおよびＣ矢視図であり、（Ｄ）は（Ｂ）に
おけるＡ−Ａ拡大断面図である。この提案のジョセフソ
ン接合素子は、２つの超伝導薄膜１１および１２を、金
属超伝導体の酸化物等（窒化物でもよく、更に超伝導薄
膜１１，１２に対して近接効果を発揮する物質の酸化物
または窒化物でもよい）からなる絶縁膜１３を介して積
層し、その絶縁膜１３中に粒子を注入することにより局
所的な酸素（または窒素、以下同）の低濃度領域１４を
形成してその部分の絶縁を破壊した構造を持つ。この構
造において、絶縁膜１３は金属超伝導体等の酸化物等で
あるため、酸素の低濃度領域１４は超伝導体となり、こ
の領域１４によって上下の超伝導薄膜１１と１２とが弱
く結合され、この領域１４を弱結合部とするジョセフソ
ン接合素子となる。
は既に、図６に模式的に示すような構造のジョセフソン
接合素子とその製造方法を提供している。この図６にお
いて（Ａ）は模式的外観図で、（Ｂ）および（Ｃ）はそ
れぞれそのＢおよびＣ矢視図であり、（Ｄ）は（Ｂ）に
おけるＡ−Ａ拡大断面図である。この提案のジョセフソ
ン接合素子は、２つの超伝導薄膜１１および１２を、金
属超伝導体の酸化物等（窒化物でもよく、更に超伝導薄
膜１１，１２に対して近接効果を発揮する物質の酸化物
または窒化物でもよい）からなる絶縁膜１３を介して積
層し、その絶縁膜１３中に粒子を注入することにより局
所的な酸素（または窒素、以下同）の低濃度領域１４を
形成してその部分の絶縁を破壊した構造を持つ。この構
造において、絶縁膜１３は金属超伝導体等の酸化物等で
あるため、酸素の低濃度領域１４は超伝導体となり、こ
の領域１４によって上下の超伝導薄膜１１と１２とが弱
く結合され、この領域１４を弱結合部とするジョセフソ
ン接合素子となる。
【０００６】ここで、金属超伝導体の酸化物または窒化
物、あるいは超伝導薄膜１１，１２に対して近接効果を
発揮する物質の酸化物または窒化物に対して粒子を注入
することによって、その部分に酸素または窒素の低濃度
領域１４が形成されるのは、粒子の注入部分の酸素また
は窒素が反跳して、その近傍の超伝導薄膜１１または１
２に捕獲されるためである。そして、このようにして得
られたジョセフソン接合は、電流−電圧特性にヒステリ
シスを持たない典型的なマイクロブリッジ型の特性を示
し、トンネル型とは明確に区別することが確かめられて
いる。
物、あるいは超伝導薄膜１１，１２に対して近接効果を
発揮する物質の酸化物または窒化物に対して粒子を注入
することによって、その部分に酸素または窒素の低濃度
領域１４が形成されるのは、粒子の注入部分の酸素また
は窒素が反跳して、その近傍の超伝導薄膜１１または１
２に捕獲されるためである。そして、このようにして得
られたジョセフソン接合は、電流−電圧特性にヒステリ
シスを持たない典型的なマイクロブリッジ型の特性を示
し、トンネル型とは明確に区別することが確かめられて
いる。
【０００７】また、この構造において、図６（Ｄ）の粒
子注入層１５と絶縁膜１３とを交差させることにより、
酸素等の低濃度領域１４を微細化することができるが、
このことを目的として、実際の素子並びにその製造方法
においては、各超伝導薄膜１１，１２の端面を斜面で形
成し、下側の超伝導薄膜１１の一つの端面Ｅ1 の上に上
側の超伝導薄膜１２の端面Ｅ2 を形成して、斜面Ｅ1 上
の斜面Ｅ2 の部分に、適当なエネルギで基板の法線方向
から粒子を注入している。これにより、粒子注入層１５
は斜面Ｅ2 の表面に沿って形成され、この粒子注入層１
５と斜面Ｅ1 に沿った絶縁膜１３とが交差した微小な領
域に酸素等の低濃度領域１４が形成される。
子注入層１５と絶縁膜１３とを交差させることにより、
酸素等の低濃度領域１４を微細化することができるが、
このことを目的として、実際の素子並びにその製造方法
においては、各超伝導薄膜１１，１２の端面を斜面で形
成し、下側の超伝導薄膜１１の一つの端面Ｅ1 の上に上
側の超伝導薄膜１２の端面Ｅ2 を形成して、斜面Ｅ1 上
の斜面Ｅ2 の部分に、適当なエネルギで基板の法線方向
から粒子を注入している。これにより、粒子注入層１５
は斜面Ｅ2 の表面に沿って形成され、この粒子注入層１
５と斜面Ｅ1 に沿った絶縁膜１３とが交差した微小な領
域に酸素等の低濃度領域１４が形成される。
【０００８】この積層構造への粒子注入によるジョセフ
ソン接合では、接合を作成する工程が単純で生産性がよ
く、しかも弱結合部のウィークリンク長および幅寸法
は、絶縁膜の厚さ、および、粒子注入領域と絶縁膜との
交差領域によって制御可能であるため極めて再現性に富
み、特性の揃ったジョセフソン接合を高能率で作成する
ことができるとともに、弱結合部は互いに積層された２
つの超伝導薄膜の間に弱結合部が形成されるため、直接
大気に曝されることがなく、特性の経時変化が少ない
等、従来の各タイプの接合に比して多くの利点がある。
ソン接合では、接合を作成する工程が単純で生産性がよ
く、しかも弱結合部のウィークリンク長および幅寸法
は、絶縁膜の厚さ、および、粒子注入領域と絶縁膜との
交差領域によって制御可能であるため極めて再現性に富
み、特性の揃ったジョセフソン接合を高能率で作成する
ことができるとともに、弱結合部は互いに積層された２
つの超伝導薄膜の間に弱結合部が形成されるため、直接
大気に曝されることがなく、特性の経時変化が少ない
等、従来の各タイプの接合に比して多くの利点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した積
層構造中の絶縁膜１３に対する粒子注入により形成され
るジョセフソン接合の作成過程において、接合ができる
場所の絶縁膜１３の厚さが重要であり、あまり厚い場合
には反跳した酸素等が上下の超伝導薄膜１１，１２にま
で至らずに絶縁膜１３中に止まり、また、薄すぎるとト
ンネル電流が流れてトンネル型のジョセフソン接合とな
ってしまう。更に、ジョセフソン接合が形成されない部
分、すなわち図６における下側の超伝導薄膜１１の平坦
部分の絶縁膜１３の厚さが薄い場合には、接合の容量が
大きくなるとともに、粒子注入領域を斜面部分に厳密に
限定しないと、意図しない接合が生じる場合があり、素
子の特性に悪影響を与えるという問題がある。
層構造中の絶縁膜１３に対する粒子注入により形成され
るジョセフソン接合の作成過程において、接合ができる
場所の絶縁膜１３の厚さが重要であり、あまり厚い場合
には反跳した酸素等が上下の超伝導薄膜１１，１２にま
で至らずに絶縁膜１３中に止まり、また、薄すぎるとト
ンネル電流が流れてトンネル型のジョセフソン接合とな
ってしまう。更に、ジョセフソン接合が形成されない部
分、すなわち図６における下側の超伝導薄膜１１の平坦
部分の絶縁膜１３の厚さが薄い場合には、接合の容量が
大きくなるとともに、粒子注入領域を斜面部分に厳密に
限定しないと、意図しない接合が生じる場合があり、素
子の特性に悪影響を与えるという問題がある。
【００１０】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、２つの超伝導薄膜間に介在する絶縁膜に対して
粒子を注入することにより弱結合部を形成するジョセフ
ソン接合素子の製造方法において、粒子の注入領域をあ
まり厳密にすることなく、接合の形成位置の再現性を良
好なものとするとこができ、また、容量の小さい良質な
接合を得ることのできる方法の提供を目的としている。
もので、２つの超伝導薄膜間に介在する絶縁膜に対して
粒子を注入することにより弱結合部を形成するジョセフ
ソン接合素子の製造方法において、粒子の注入領域をあ
まり厳密にすることなく、接合の形成位置の再現性を良
好なものとするとこができ、また、容量の小さい良質な
接合を得ることのできる方法の提供を目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のジョセフソン接合素子の製造方法は、実施
例図面である図１〜図５に示すように、基板１０上に金
属からなる第１の超伝導薄膜１を形成した後、その表面
に絶縁膜３を形成し、次いでその全体を所定形状にパタ
ーニングし、このパターニングにより露出した第１の超
伝導薄膜１の側面の斜面部１ａを、熱酸化もしくは紫外
線オゾンにより酸化させることにより、絶縁膜３よりも
薄い厚さの酸化膜５を形成した後、その上方に第２の超
伝導薄膜２を形成し、この第２の超伝導薄膜２を、酸化
膜５の上に側面の斜面部２ａが形成されるようにパター
ニングし、その第２の超伝導薄膜２の斜面部２ａの上方
から、酸化膜５に向けて粒子を注入することにより、酸
化膜５中に局所的な酸素の低濃度領域４を形成し、この
酸化膜５中の酸素の低濃度領域４によって第１と第２の
超伝導薄膜１と２間の弱結合部を形成することによって
特徴づけられる。
め、本発明のジョセフソン接合素子の製造方法は、実施
例図面である図１〜図５に示すように、基板１０上に金
属からなる第１の超伝導薄膜１を形成した後、その表面
に絶縁膜３を形成し、次いでその全体を所定形状にパタ
ーニングし、このパターニングにより露出した第１の超
伝導薄膜１の側面の斜面部１ａを、熱酸化もしくは紫外
線オゾンにより酸化させることにより、絶縁膜３よりも
薄い厚さの酸化膜５を形成した後、その上方に第２の超
伝導薄膜２を形成し、この第２の超伝導薄膜２を、酸化
膜５の上に側面の斜面部２ａが形成されるようにパター
ニングし、その第２の超伝導薄膜２の斜面部２ａの上方
から、酸化膜５に向けて粒子を注入することにより、酸
化膜５中に局所的な酸素の低濃度領域４を形成し、この
酸化膜５中の酸素の低濃度領域４によって第１と第２の
超伝導薄膜１と２間の弱結合部を形成することによって
特徴づけられる。
【００１２】ここで、絶縁膜３は、酸化膜５よりも厚い
膜であればその材質は問わず、第１の超伝導薄膜１を陽
極酸化により酸化させた膜、あるいはSi02等の他の物質
からなる膜のいずれでもよい。
膜であればその材質は問わず、第１の超伝導薄膜１を陽
極酸化により酸化させた膜、あるいはSi02等の他の物質
からなる膜のいずれでもよい。
【００１３】
【作用】第１の超伝導薄膜１をパターニングする前にそ
の表面に比較的厚い絶縁膜３を形成し、パターニングに
より露出した斜面部１ａに対して、熱酸化もしくは紫外
線オゾン（ＵＶ−Ｏ3 ）による酸化工程により、絶縁膜
３よりも薄い酸化膜５を形成する。これにより、第１の
超伝導薄膜１の表面の平坦部１ｂは厚い絶縁膜３で覆わ
れ、斜面部１ａは熱酸化または紫外線オゾンによる薄い
酸化膜５で覆われた状態となる。このような第１の超伝
導薄膜１の上に、第２の超伝導薄膜２をその側面の斜面
部２ａが斜面部１ａの上に載るようにパターニングし
て、その斜面部２ａの上から粒子を注入すると、その注
入領域が第１の超伝導薄膜１の平坦部１ｂ上の絶縁膜３
に及んだとしても、前記したように厚い絶縁膜３から反
跳した原子は上下の超伝導薄膜１，２には至らないこと
から、この絶縁膜３にはジョセフソン接合が形成され
ず、唯一、斜面１ａ上の酸化膜５と粒子の注入領域６と
の間の交差部分にのみジョセフソン接合が形成される。
また、接合部を形成する酸素の低濃度領域４を除く第１
と第２の超伝導薄膜１と２との間の絶縁層は、第１の超
伝導薄膜１の平坦部１ｂ上の絶縁膜３が大部分を占める
が、この絶縁膜３が厚いことから、確実に容量を小さく
することが可能となる。
の表面に比較的厚い絶縁膜３を形成し、パターニングに
より露出した斜面部１ａに対して、熱酸化もしくは紫外
線オゾン（ＵＶ−Ｏ3 ）による酸化工程により、絶縁膜
３よりも薄い酸化膜５を形成する。これにより、第１の
超伝導薄膜１の表面の平坦部１ｂは厚い絶縁膜３で覆わ
れ、斜面部１ａは熱酸化または紫外線オゾンによる薄い
酸化膜５で覆われた状態となる。このような第１の超伝
導薄膜１の上に、第２の超伝導薄膜２をその側面の斜面
部２ａが斜面部１ａの上に載るようにパターニングし
て、その斜面部２ａの上から粒子を注入すると、その注
入領域が第１の超伝導薄膜１の平坦部１ｂ上の絶縁膜３
に及んだとしても、前記したように厚い絶縁膜３から反
跳した原子は上下の超伝導薄膜１，２には至らないこと
から、この絶縁膜３にはジョセフソン接合が形成され
ず、唯一、斜面１ａ上の酸化膜５と粒子の注入領域６と
の間の交差部分にのみジョセフソン接合が形成される。
また、接合部を形成する酸素の低濃度領域４を除く第１
と第２の超伝導薄膜１と２との間の絶縁層は、第１の超
伝導薄膜１の平坦部１ｂ上の絶縁膜３が大部分を占める
が、この絶縁膜３が厚いことから、確実に容量を小さく
することが可能となる。
【００１４】
【実施例】図１〜図５は本発明実施例の手順説明図であ
る。まず、基板１０上に一様にNbかなる第１の超伝導薄
膜１を成膜した後、その表面を陽極酸化によって酸化さ
せることにより、第１の超伝導薄膜１の表面を一様なNb
2O5 からなる絶縁膜３によって覆う。このとき、Nb2O5
絶縁膜３の膜厚は数十ｎｍとする。この状態を図１に模
式的断面図で示す。
る。まず、基板１０上に一様にNbかなる第１の超伝導薄
膜１を成膜した後、その表面を陽極酸化によって酸化さ
せることにより、第１の超伝導薄膜１の表面を一様なNb
2O5 からなる絶縁膜３によって覆う。このとき、Nb2O5
絶縁膜３の膜厚は数十ｎｍとする。この状態を図１に模
式的断面図で示す。
【００１５】次に、そのNb超伝導薄膜１および絶縁膜３
の積層体を、フォトリソグラフィと例えばCF4/O2ガスを
用いたＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）に
よって、図２（Ａ）に外観図を示すような形状にパター
ニングする。このパターニングにより、同図（Ｂ）に
（Ａ）のＡ−Ａ断面図を示すように、第１の超伝導薄膜
１の各側面部は基板１０の法線に対してある程度傾斜し
た斜面１ａとなり、かつ、その各斜面１ａにはNbが露出
し、平坦部１ｂのみが絶縁膜３で覆われた状態となる。
の積層体を、フォトリソグラフィと例えばCF4/O2ガスを
用いたＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）に
よって、図２（Ａ）に外観図を示すような形状にパター
ニングする。このパターニングにより、同図（Ｂ）に
（Ａ）のＡ−Ａ断面図を示すように、第１の超伝導薄膜
１の各側面部は基板１０の法線に対してある程度傾斜し
た斜面１ａとなり、かつ、その各斜面１ａにはNbが露出
し、平坦部１ｂのみが絶縁膜３で覆われた状態となる。
【００１６】次に、例えばＵＶ−Ｏ3 （紫外線オゾン）
により、Nbが露出している各斜面１ａを、１０ｎｍ程度
酸化させ、ここにNb2O5 からなる薄い酸化膜５を形成す
る。この状態を図３に断面図で示す。なお、この酸化膜
５の形成のための酸化処理は熱酸化によってもよい。
により、Nbが露出している各斜面１ａを、１０ｎｍ程度
酸化させ、ここにNb2O5 からなる薄い酸化膜５を形成す
る。この状態を図３に断面図で示す。なお、この酸化膜
５の形成のための酸化処理は熱酸化によってもよい。
【００１７】その後、以上のパターンの上に更にNbから
なる第２の超伝導薄膜２を成膜し、同じくフォトリソグ
ラフィおよびエッチングにより、図４（Ａ）に外観図
を、同図（Ｂ）にそのＢ矢視図を示すように、第１の超
伝導薄膜１の斜面１ａ（酸化膜５）の上に、これと交差
して第２の超伝導薄膜２の斜面２ａが載るようパターニ
ングする。なお、このとき同時に、第１の超伝導薄膜１
の上の絶縁膜３および酸化膜５のうち、第２の超伝導薄
膜２で覆われていない部分をエッチングにより除去す
る。
なる第２の超伝導薄膜２を成膜し、同じくフォトリソグ
ラフィおよびエッチングにより、図４（Ａ）に外観図
を、同図（Ｂ）にそのＢ矢視図を示すように、第１の超
伝導薄膜１の斜面１ａ（酸化膜５）の上に、これと交差
して第２の超伝導薄膜２の斜面２ａが載るようパターニ
ングする。なお、このとき同時に、第１の超伝導薄膜１
の上の絶縁膜３および酸化膜５のうち、第２の超伝導薄
膜２で覆われていない部分をエッチングにより除去す
る。
【００１８】次に、以上のよううな積層体に対して、図
５（Ａ）の外観図においてハッチングで示した領域に、
例えばAu+ イオンを２０ｅＶ程度のエネルギで基板１０
の法線方向から注入する。これにより、同図（Ｂ）に図
４（Ｂ）にＡ−Ａで示す切断面で切断した拡大断面図を
示すように、第２の超伝導薄膜２の斜面２ａの表面から
内部に５〜２０ｎｍ程度ところに、その斜面２ａに沿っ
たイオン注入層６が形成される。このとき、酸化膜５は
第１の超伝導薄膜１の斜面１ａに沿い、イオン注入層６
は第２の超伝導薄膜２の斜面２ａに沿っているから、こ
れらは極めて微小な領域においてのみ重なり、酸化膜５
に対してはこの微小領域４においてのみイオンが注入さ
れることになる。この酸化膜５へのイオン注入により、
酸化膜５を形成しているニオブ原子と酸素原子のうち、
質量の軽い酸素原子が反跳して上下の超伝導薄膜１，２
に捕獲され、酸素の低濃度領域４が形成される。この酸
素の低濃度領域４はNbが支配的となり、第１と第２の超
伝導薄膜１と２を接合する弱結合部となる。
５（Ａ）の外観図においてハッチングで示した領域に、
例えばAu+ イオンを２０ｅＶ程度のエネルギで基板１０
の法線方向から注入する。これにより、同図（Ｂ）に図
４（Ｂ）にＡ−Ａで示す切断面で切断した拡大断面図を
示すように、第２の超伝導薄膜２の斜面２ａの表面から
内部に５〜２０ｎｍ程度ところに、その斜面２ａに沿っ
たイオン注入層６が形成される。このとき、酸化膜５は
第１の超伝導薄膜１の斜面１ａに沿い、イオン注入層６
は第２の超伝導薄膜２の斜面２ａに沿っているから、こ
れらは極めて微小な領域においてのみ重なり、酸化膜５
に対してはこの微小領域４においてのみイオンが注入さ
れることになる。この酸化膜５へのイオン注入により、
酸化膜５を形成しているニオブ原子と酸素原子のうち、
質量の軽い酸素原子が反跳して上下の超伝導薄膜１，２
に捕獲され、酸素の低濃度領域４が形成される。この酸
素の低濃度領域４はNbが支配的となり、第１と第２の超
伝導薄膜１と２を接合する弱結合部となる。
【００１９】ここで注目すべき点は、酸化膜５へのイオ
ンの注入領域は上記したように斜面１ａと２ａとの幾何
学的な関係によって微細化でき、比較的広い領域にイオ
ンを注入しても微小な弱結合部が形成されるが、このイ
オンの注入領域がより広くなって絶縁膜３の上方に及ん
でも、この絶縁膜３は陽極酸化による数十ｎｍの厚い膜
であるため、ここに弱結合部が形成される恐れはない。
ンの注入領域は上記したように斜面１ａと２ａとの幾何
学的な関係によって微細化でき、比較的広い領域にイオ
ンを注入しても微小な弱結合部が形成されるが、このイ
オンの注入領域がより広くなって絶縁膜３の上方に及ん
でも、この絶縁膜３は陽極酸化による数十ｎｍの厚い膜
であるため、ここに弱結合部が形成される恐れはない。
【００２０】また、以上の方法により得られた素子は、
第１と第２の超伝導薄膜１と２間の絶縁を司る膜のう
ち、多くの面積を占める絶縁膜３の膜厚が厚いため、素
子の接合容量が低くなるという利点もある。
第１と第２の超伝導薄膜１と２間の絶縁を司る膜のう
ち、多くの面積を占める絶縁膜３の膜厚が厚いため、素
子の接合容量が低くなるという利点もある。
【００２１】なお、以上の実施例においては、第１の超
伝導薄膜１の平坦部に形成される絶縁膜３を、第１の超
伝導薄膜１を陽極酸化して得られたNb2O5 で形成した
が、この絶縁膜３の材質については特に限定されること
なく、例えばSiO2等の他の物質からなる絶縁膜を第１の
超伝導薄膜１の上に別途形成してもよい。
伝導薄膜１の平坦部に形成される絶縁膜３を、第１の超
伝導薄膜１を陽極酸化して得られたNb2O5 で形成した
が、この絶縁膜３の材質については特に限定されること
なく、例えばSiO2等の他の物質からなる絶縁膜を第１の
超伝導薄膜１の上に別途形成してもよい。
【００２２】また、以上の例では、第１および第２の超
伝導薄膜１および２の材質をNbとしたが、本発明はこれ
に限定されることなく、酸化により絶縁化する超伝導体
の薄膜であれば任意のもの使用し得ることは言うまでも
ない。
伝導薄膜１および２の材質をNbとしたが、本発明はこれ
に限定されることなく、酸化により絶縁化する超伝導体
の薄膜であれば任意のもの使用し得ることは言うまでも
ない。
【００２３】更に、酸化膜５に対して注入する粒子は、
Auイオンに限らず、酸素原子を反跳させることのできる
粒子であれば何でもよく、Nbイオン、Cuイオン、Siイオ
ン等の各種イオンのほか、中性原子であってもよい。
Auイオンに限らず、酸素原子を反跳させることのできる
粒子であれば何でもよく、Nbイオン、Cuイオン、Siイオ
ン等の各種イオンのほか、中性原子であってもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１の超伝導薄膜の表面を比較的厚い絶縁膜で覆った
後、パターニングによりその側面部の斜面に超伝導体を
露出させ、その露出した斜面の超伝導体を、熱酸化また
は紫外線オゾンによる処理による酸化により、上記の絶
縁膜よりも薄い膜厚の酸化膜で覆い、その斜面の酸化膜
上に、第２の超伝導薄膜をその側面部の斜面が形成され
るように形成して、その第２の超伝導薄膜の斜面を介し
て酸化膜に対して粒子を注入することによって、酸化膜
中に局所的な酸素の低濃度領域を形成して弱結合部とす
るから、粒子の注入領域が比較的広くなっても、第１の
超伝導薄膜の平坦部に形成された絶縁膜中に接合部が形
成されることがなく、第１と第２の超伝導薄膜の各斜面
の幾何学的な関係に基づく極めて微小な領域においての
み接合部が形成されることになり、接合の位置が安定
し、容易に特性の揃ったジョセフソン接合素子を再現性
よく能率的に製造することができる。
第１の超伝導薄膜の表面を比較的厚い絶縁膜で覆った
後、パターニングによりその側面部の斜面に超伝導体を
露出させ、その露出した斜面の超伝導体を、熱酸化また
は紫外線オゾンによる処理による酸化により、上記の絶
縁膜よりも薄い膜厚の酸化膜で覆い、その斜面の酸化膜
上に、第２の超伝導薄膜をその側面部の斜面が形成され
るように形成して、その第２の超伝導薄膜の斜面を介し
て酸化膜に対して粒子を注入することによって、酸化膜
中に局所的な酸素の低濃度領域を形成して弱結合部とす
るから、粒子の注入領域が比較的広くなっても、第１の
超伝導薄膜の平坦部に形成された絶縁膜中に接合部が形
成されることがなく、第１と第２の超伝導薄膜の各斜面
の幾何学的な関係に基づく極めて微小な領域においての
み接合部が形成されることになり、接合の位置が安定
し、容易に特性の揃ったジョセフソン接合素子を再現性
よく能率的に製造することができる。
【００２５】また、第１と第２の超伝導薄膜間を絶縁す
る膜の大部分を占める、第１の超伝導薄膜の平坦部の絶
縁膜の膜厚が厚いため、容量の小さい接合を得ることが
できるとともに、絶縁不良の発生確率も減少する。
る膜の大部分を占める、第１の超伝導薄膜の平坦部の絶
縁膜の膜厚が厚いため、容量の小さい接合を得ることが
できるとともに、絶縁不良の発生確率も減少する。
【図１】模式的断面図で示す本発明実施例の手順説明図
【図２】同じく本発明実施例の手順説明図で、（Ａ）は
外観図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ断面図
外観図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ断面図
【図３】同じく模式的断面図で示す本発明実施例の手順
説明図
説明図
【図４】同じく本発明実施例の手順説明図で、（Ａ）は
外観図、（Ｂ）はそのＢ矢視図
外観図、（Ｂ）はそのＢ矢視図
【図５】同じく本発明実施例の手順説明図で、（Ａ）は
外観図、（Ｂ）は図４（Ｂ）にＡ−Ａで示した切断面に
沿って切断した拡大断面図
外観図、（Ｂ）は図４（Ｂ）にＡ−Ａで示した切断面に
沿って切断した拡大断面図
【図６】２つの超伝導薄膜間の絶縁膜に粒子を注入して
得られる酸素または窒素の低濃度領域で弱結合部を形成
したジョセフソン接合素子の模式的構成図
得られる酸素または窒素の低濃度領域で弱結合部を形成
したジョセフソン接合素子の模式的構成図
１ 第１の超伝導薄膜 １ａ 斜面 １ｂ 平坦面 ２ 第２の超伝導薄膜 ２ａ 斜面 ３ 絶縁膜 ４ 酸素低濃度領域 ５ 酸化膜 ６ イオン注入領域 １０ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/22 - 39/24 H01L 39/00
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に金属からなる第１の超伝導薄膜
を形成した後、その表面に絶縁膜を形成し、次いでその
全体を所定形状にパターニングし、このパターニングに
より露出した第１の超伝導薄膜の側面の斜面部を、熱酸
化もしくは紫外線オゾンによって酸化させることによ
り、上記絶縁膜よりも薄い厚さの酸化膜を形成した後、
その上方に第２の超伝導薄膜を形成し、この第２の超伝
導薄膜を、上記酸化膜の上に側面の斜面部が形成される
ようにパターニングし、その第２の超伝導薄膜の側面部
の上方から、上記酸化膜に向けて粒子を注入することに
より、この酸化膜中に局所的な酸素の低濃度領域を形成
し、この酸化膜中の酸素の低濃度領域によって上記第１
と第２の超伝導薄膜間の弱結合部を形成する、ジョセフ
ソン接合素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04015095A JP3319205B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | ジョセフソン接合素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04015095A JP3319205B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | ジョセフソン接合素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236827A JPH08236827A (ja) | 1996-09-13 |
| JP3319205B2 true JP3319205B2 (ja) | 2002-08-26 |
Family
ID=12572745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04015095A Expired - Fee Related JP3319205B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | ジョセフソン接合素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3319205B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6682621B2 (en) * | 2000-08-21 | 2004-01-27 | National Institute For Materials Science | Method of forming high temperature superconducting josephson junction |
| JP6254032B2 (ja) * | 2014-03-28 | 2017-12-27 | 住友重機械工業株式会社 | Ｓｎｓ型ジョセフソン接合素子の製造方法及びｓｎｓ型ジョセフソン接合素子製造装置 |
-
1995
- 1995-02-28 JP JP04015095A patent/JP3319205B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08236827A (ja) | 1996-09-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |