JP6562248B2 - 超伝導トンネル接合素子の形成方法 - Google Patents
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Description
図5は本実施の形態における窒化チタン層表面および窒化ニオブ層表面のX線回折による構造分析の結果を比較例とともに示すグラフである。図5においては、上から順に、(a)酸化マグネシウム基板上に窒化ニオブ層を形成した場合(比較例1)、(b)シリコン基板上に窒化ニオブ層を形成した場合(比較例2)、(c)水素終端化処理後のシリコン基板2に窒化チタン層3を形成した状態、および(d)(c)の上に窒化ニオブ層5を形成した状態(実施例)を示している。
図6は水素終端化処理後のシリコン基板上に基板温度を変えて形成した窒化チタン層の表面のX線回折による構造分析の結果を示すグラフである。図6においては、上から順に、基板温度が(a)室温(加熱せず、比較例)、(b)200℃(比較例)、(c)500℃、(d)600℃、および(e)700℃であるときに窒化チタン層3を形成した場合のX線回折のグラフが示されている。
図8は水素終端化処理後のシリコン基板上に膜厚を変えて形成した窒化チタン層の表面のX線回折による構造分析の結果を示すグラフである。図9は、何れの場合もシリコン基板2の温度を800℃に加熱しながらシリコン基板2上に膜厚を変えて窒化チタン層3を形成した場合の結果を示している。
図9はシリコン基板を700℃に加熱しながら窒化ニオブ層を形成した場合の超伝導トンネル接合層表面のRHEED像と、シリコン基板を加熱せずに(室温で)窒化ニオブ層を形成した場合の超伝導トンネル接合層表面のRHEED像とを対比して示す図である。図9(a)は室温で窒化ニオブ層を形成した場合の超伝導トンネル接合層表面のRHEED像を示し、図9(b)はシリコン基板2を700℃に加熱しながら窒化ニオブ層5,7を形成した場合の超伝導トンネル接合層4表面のRHEED像を示す。図9(b)は図4と同じRHEED像である。図9(b)に示すRHEED像は、図9(a)に比べ、鮮明なストリーク状パターンが現れている。したがって、窒化ニオブ層5,7の形成時においてシリコン基板2の温度を600℃以上にすることが超伝導トンネル接合層4の平坦性に有効であることが理解できる。
図10は本実施の形態における超伝導トンネル接合層の電流電圧特性を示すグラフである。図10(a)は素子サイズが2×2μm2の場合であり、図10(b)は素子サイズが3×3μm2の場合を示している。何れの場合であっても、リーク電流(エネルギーギャップ(−4.8mV〜4.8mV)間における電流成分)は小さく(ほぼ0であり)、準粒子電流の立ち上がり(±4.8mV付近における電流の立ち上がり)が急峻となっており、良好な準粒子トンネリング特性を示していることが理解できる。
2 シリコン基板
3 窒化チタン層
4 超伝導トンネル接合層
5 第1の窒化ニオブ層
6 窒化アルミニウム層
7 第2の窒化ニオブ層
Claims (4)
- 主面に平行な面に配向したシリコン基板に水素終端化処理を行い、
前記水素終端化処理を行った前記シリコン基板に対して第1の加熱を行うことにより水素を離脱させ、
水素離脱後の前記シリコン基板に対して第2の加熱を行いながら当該シリコン基板上に前記シリコン基板の配向面に平行な配向面に最も強いピーク強度を有する窒化チタン層をスパッタリング法により形成し、
前記窒化チタン層上に、当該窒化チタン層と接続され、前記シリコン基板の配向面に平行な配向面に最も強いピーク強度を有する窒化ニオブ層を含む複数の層からなる超伝導トンネル接合層を形成する、超伝導トンネル接合素子の形成方法。 - 前記第2の加熱は、前記シリコン基板の温度を600℃以上に加熱することである、請求項1に記載の超伝導トンネル接合素子の形成方法。
- 前記窒化チタン層の厚みは、40nm以上である、請求項1または2に記載の超伝導トンネル接合素子の形成方法。
- 前記超伝導トンネル接合層は、前記窒化チタン層に接続される第1の窒化ニオブ層と、前記第1の窒化ニオブ層上に形成される窒化アルミニウム層と、前記窒化アルミニウム層上に形成される第2の窒化ニオブ層とを有し、
前記窒化アルミニウム層の形成時には加熱を行わない、請求項1から3の何れかに記載の超伝導トンネル接合素子の形成方法。
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