JPH01161785A - 超電導素子 - Google Patents
超電導素子Info
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- JPH01161785A JPH01161785A JP62318771A JP31877187A JPH01161785A JP H01161785 A JPH01161785 A JP H01161785A JP 62318771 A JP62318771 A JP 62318771A JP 31877187 A JP31877187 A JP 31877187A JP H01161785 A JPH01161785 A JP H01161785A
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、酸化物超電導体薄膜を用いて構成された、量
子力学的弱結合部を有するたジョセフソン接合をもつ超
電導素子に関する。
子力学的弱結合部を有するたジョセフソン接合をもつ超
電導素子に関する。
（従来の技術）
超高密度電子素子や超高速電子素子の開発は、これまで
、シリコンおよび化合物半導体を中心として進められて
来た。従来の半導体素子の高密度化、高速化は、高度の
微細加工技術、均質で完全性の高い結晶作成技術および
シミュレーションを利用した素子設計技術によりなし遂
げられてきた。
、シリコンおよび化合物半導体を中心として進められて
来た。従来の半導体素子の高密度化、高速化は、高度の
微細加工技術、均質で完全性の高い結晶作成技術および
シミュレーションを利用した素子設計技術によりなし遂
げられてきた。
半導体素子の更なる高密度化、高速化を図る上で今後ま
すます重要になる問題は、発熱である。これは、結晶の
完全性や微細加工技術とは別に、半導体素子の高密度化
や高速化の限界を与える大きい要因になると考えられる
。
すます重要になる問題は、発熱である。これは、結晶の
完全性や微細加工技術とは別に、半導体素子の高密度化
や高速化の限界を与える大きい要因になると考えられる
。
電子素子の発熱の点で、半導体素子に比べて優れている
のは、ジョセフソン接合素子に代表される超電導素子で
ある。しかし、超電導素子はこれまでのところ、本格的
な実用化の目途が立っていない、その理由は、液体ヘリ
ウム温度という超低温でないと動作しないこと、超電導
材料として金属或いは金属間化合物を用いるため酸化さ
れ易いこと、ジョセフソン接合素子の場合はその珍縁膜
として用いる金属酸化物の時間的、空間的−様性が得ら
れないこと、等にある。
のは、ジョセフソン接合素子に代表される超電導素子で
ある。しかし、超電導素子はこれまでのところ、本格的
な実用化の目途が立っていない、その理由は、液体ヘリ
ウム温度という超低温でないと動作しないこと、超電導
材料として金属或いは金属間化合物を用いるため酸化さ
れ易いこと、ジョセフソン接合素子の場合はその珍縁膜
として用いる金属酸化物の時間的、空間的−様性が得ら
れないこと、等にある。
最近発見された、希土類元素を含有するペロブスカイト
構造の酸化物超電導体は、高い臨界温度をもち、これら
のジョセフソン接合素子の欠点を解消するものとして期
待されている。しかしながら、酸化物超電導体は８００
℃以上の高温での熱処理が必要であるため、酸化物超電
導体／絶縁体／酸化物超電導体のトンネル接合を制御性
よく形成することが困難である。そこで、酸化物超電導
体薄膜のパターンによって、二つの超電導体バンク部と
これらを量子力学的に弱結合する弱結合部を構成する、
弱結合ジョセフソン素子が考えられる。しかしながら酸
化物超電導体は、コヒーレンス長がＣ軸方向で１０人程
度、Ｃ面内でも１００人程変色極めて短い。従って上述
のような弱結合のジョセフソン接合を形成するためには
、数１００Å以下の微細加工技術が必要であり、現在の
りソグラフィ技術では不可能である。
構造の酸化物超電導体は、高い臨界温度をもち、これら
のジョセフソン接合素子の欠点を解消するものとして期
待されている。しかしながら、酸化物超電導体は８００
℃以上の高温での熱処理が必要であるため、酸化物超電
導体／絶縁体／酸化物超電導体のトンネル接合を制御性
よく形成することが困難である。そこで、酸化物超電導
体薄膜のパターンによって、二つの超電導体バンク部と
これらを量子力学的に弱結合する弱結合部を構成する、
弱結合ジョセフソン素子が考えられる。しかしながら酸
化物超電導体は、コヒーレンス長がＣ軸方向で１０人程
度、Ｃ面内でも１００人程変色極めて短い。従って上述
のような弱結合のジョセフソン接合を形成するためには
、数１００Å以下の微細加工技術が必要であり、現在の
りソグラフィ技術では不可能である。
一方、酸化物超電導体膜／金属膜／酸化物超電導体膜、
或いは酸化物超電導体膜／半導体膜／酸化物超電導体膜
の積層構造により弱結合ジョセフソン接合を形成するこ
ともできる。この場合は、弱結合部を構成する金属膜ま
たは半導体膜の厚みを数１００人〜数１０００人とする
ことで、比較的制御性よく形成することができる。しか
しこの構造では、オフ時の抵抗が低いため、通常の電圧
モード・ジョセフソン素子には使用できない。
或いは酸化物超電導体膜／半導体膜／酸化物超電導体膜
の積層構造により弱結合ジョセフソン接合を形成するこ
ともできる。この場合は、弱結合部を構成する金属膜ま
たは半導体膜の厚みを数１００人〜数１０００人とする
ことで、比較的制御性よく形成することができる。しか
しこの構造では、オフ時の抵抗が低いため、通常の電圧
モード・ジョセフソン素子には使用できない。
（発明が解決しようとする問題点）
以上のように超電導素子は、発熱が少ない点で従来の半
導体素子の高密度化や高速化の限界を越えるものとして
注目されるが、主として材料特性による制約から実用化
に至っていない。
導体素子の高密度化や高速化の限界を越えるものとして
注目されるが、主として材料特性による制約から実用化
に至っていない。
本発明は上記の点に鑑み、液体窒素温度以上の高温で動
作可能であり、加工も容易な弱結合ジョセフソン接合を
もつ超電導素子を提供することを目的とする。
作可能であり、加工も容易な弱結合ジョセフソン接合を
もつ超電導素子を提供することを目的とする。
［発明の構成］
（問題点を解決するための手段）
本発明は、基板上に形成された酸化物超電導′体Ｎ Ｈ
のパターンにより二つのバンク部と弱結合部を構成する
ことを基本とし、その弱結合部は酸化物超電導体膜と金
属膜または半導体膜との積層構造としたことを特徴とす
る。
のパターンにより二つのバンク部と弱結合部を構成する
ことを基本とし、その弱結合部は酸化物超電導体膜と金
属膜または半導体膜との積層構造としたことを特徴とす
る。
本発明における酸化物超電導体薄膜としては、希土類元
素を含むペロブスカイト構造の各種酸化物を用い得る。
素を含むペロブスカイト構造の各種酸化物を用い得る。
酸化物超電導体薄膜は単結晶膜であることが好ましい。
この場合弱結合部は、電流方向がＣ軸方向となるように
配向する。金属膜としては、金、銀、白金等の貴金属、
ニオブ、タンタル、タングステン、イリジウムなどの高
融点金属が好ましい。
配向する。金属膜としては、金、銀、白金等の貴金属、
ニオブ、タンタル、タングステン、イリジウムなどの高
融点金属が好ましい。
（作用）
酸化物超電導体膜に金属膜または半導体膜を積層した構
造とすると、近接効果によって金属膜または半導体膜に
超電導状態がしみだす。したがって本発明の構造では、
弱結合部のコヒーレンス長が長くなり、数１０００人程
度０長さの弱結合部であっても良好なジョセフソン接合
特性を示す。
造とすると、近接効果によって金属膜または半導体膜に
超電導状態がしみだす。したがって本発明の構造では、
弱結合部のコヒーレンス長が長くなり、数１０００人程
度０長さの弱結合部であっても良好なジョセフソン接合
特性を示す。
従って現在の微細加工技術により、弱結合部は十分に形
成可能である。
成可能である。
また弱結合部が、電流方向がＣ軸方向となるように配向
した酸化物超電導体薄膜と金属膜等との積層構造とした
場合、酸化物超電導体薄膜のＣ軸方向の臨界電流が小さ
いため、ジョセフソン接合特性は金属膜により支配され
、優れた特性が得られる。
した酸化物超電導体薄膜と金属膜等との積層構造とした
場合、酸化物超電導体薄膜のＣ軸方向の臨界電流が小さ
いため、ジョセフソン接合特性は金属膜により支配され
、優れた特性が得られる。
（実施例）
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は、一実施例の弱結合ジョセフソン素子を示す。
（ａ）は平面図であり、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ
（ａ）のＡ−Ａ＝およびＢ−Ｂ′断面図である。Ｓｒ
Ｔ１０３結晶基板１上に酸化物超電導体薄膜としてＹ
Ｂ ａ２ｃ ｕｉｏ ７−＃膜２が形成され、これが図
のように二つのバンク部２、．２２とこれらをつなぐ弱
結合部２３とにパターン形成されている。膜形成は、酸
素含有率２５％のＡｒガス雰囲気中（ｌ Ｑ ＠ ｔｏ
ｒｒ）で、基板を６５０℃に加熱した状態でスパッタリ
ングにより行い、これをＥＢレジストを用いて塩素ガス
を含むドライエツチングにより図示のようにパターン形
成している。Ｙ Ｂ ａ２Ｃｕ、０７−Ｊ膜２は単結晶
膜であり、弱結合部２３の電流方向がＣ軸方向になるよ
うに、配向とパターン形成がなされている。Ｙ Ｂ ａ
２ｃ ｕｉｏ ７−Ｊ膜２の弱結合部２３の寸法は、長
さ０．５μｍ１幅０．３μｍである。この様な弱結合部
２３には、この実施例では金（Ａｕ ）膜３が積層され
ている。
（ａ）のＡ−Ａ＝およびＢ−Ｂ′断面図である。Ｓｒ
Ｔ１０３結晶基板１上に酸化物超電導体薄膜としてＹ
Ｂ ａ２ｃ ｕｉｏ ７−＃膜２が形成され、これが図
のように二つのバンク部２、．２２とこれらをつなぐ弱
結合部２３とにパターン形成されている。膜形成は、酸
素含有率２５％のＡｒガス雰囲気中（ｌ Ｑ ＠ ｔｏ
ｒｒ）で、基板を６５０℃に加熱した状態でスパッタリ
ングにより行い、これをＥＢレジストを用いて塩素ガス
を含むドライエツチングにより図示のようにパターン形
成している。Ｙ Ｂ ａ２Ｃｕ、０７−Ｊ膜２は単結晶
膜であり、弱結合部２３の電流方向がＣ軸方向になるよ
うに、配向とパターン形成がなされている。Ｙ Ｂ ａ
２ｃ ｕｉｏ ７−Ｊ膜２の弱結合部２３の寸法は、長
さ０．５μｍ１幅０．３μｍである。この様な弱結合部
２３には、この実施例では金（Ａｕ ）膜３が積層され
ている。
第２図は、このように構成された弱結合ジョセフソン素
子の電流−電圧特性である。この特性測定のためにバン
ク部２．．２２には電極を設けた。
子の電流−電圧特性である。この特性測定のためにバン
ク部２．．２２には電極を設けた。
図に示すように典型的な弱結合特性が得られている。
以上のようのこの実施例によれば、酸化物超電導体薄膜
を用いたジョセフソン接合において、金属膜の積層によ
って弱結合部の加工寸法を極端に小さくすることなく、
所望の弱結合特性を得ることができる。
を用いたジョセフソン接合において、金属膜の積層によ
って弱結合部の加工寸法を極端に小さくすることなく、
所望の弱結合特性を得ることができる。
第３図は、本発明を直流スクイド
（ｄｃｓ ＱＵ Ｉ Ｄ）に適用した実施例の平面図で
ある。先の実施例で説明したと同様の構成の二つの弱結
合ジョセフソン素子Ｓｌ、Ｓ２が超電導ループ内に形成
されている。各ジョセフソン素子Ｓ１＋８２部およびこ
れらをつなぐ超電導配線部２４＋２５は、先の実施例で
説明したように、Ｓｒ Ｔ１０３基板１に形成されたＹ
Ｂａ２Ｃｕ、ｏ ７−＃膜２のパターニングにより得ら
れ、各ジョセフソン素子Ｓ１＋８２の弱結合部にはＡｕ
膜３が積層されている。
ある。先の実施例で説明したと同様の構成の二つの弱結
合ジョセフソン素子Ｓｌ、Ｓ２が超電導ループ内に形成
されている。各ジョセフソン素子Ｓ１＋８２部およびこ
れらをつなぐ超電導配線部２４＋２５は、先の実施例で
説明したように、Ｓｒ Ｔ１０３基板１に形成されたＹ
Ｂａ２Ｃｕ、ｏ ７−＃膜２のパターニングにより得ら
れ、各ジョセフソン素子Ｓ１＋８２の弱結合部にはＡｕ
膜３が積層されている。
第４図は、この実施例のｄｃｓＱＵＩＤのゲート電流と
外部磁束を印加した時の静特性である。
外部磁束を印加した時の静特性である。
Φ０は、磁束量子即ち最小の磁束である。
この実施例によっても先の実施例と同様、微細加工を行
なうことなく、所望の弱結合特性をもつジョセフソン素
子が得られる。
なうことなく、所望の弱結合特性をもつジョセフソン素
子が得られる。
本発明は上記実施例に限られるものではない。例えば酸
化物超電導体薄膜として、一般にＡ Ｂ ａ２ｃ ｕ３
０ ｔ−ａ （Ａは、Ｙ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｄｙ。
化物超電導体薄膜として、一般にＡ Ｂ ａ２ｃ ｕ３
０ ｔ−ａ （Ａは、Ｙ、Ｙｂ、Ｈｏ、Ｄｙ。
Ｅｕ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕから選ばれた一種）で表わされ
る欠陥ペロブスカイト型酸化物を用いることができる。
る欠陥ペロブスカイト型酸化物を用いることができる。
また、（Ｓ ｒ＋−ｘＬ ａｘ） ２ Ｃｕ Ｏ４−７
（但し、ＳｒをＢａ、Ｃａで置換したものを含む）で表
わされる層状ペロブスカイト型酸化物を用いることもで
きる。弱結合部の酸化物超電導体薄膜と金属膜の積層順
序が上記実施例と逆の場合も有効である。金属膜の他に
弱結合部に積層するものとして半導体膜を用いることも
できる。
（但し、ＳｒをＢａ、Ｃａで置換したものを含む）で表
わされる層状ペロブスカイト型酸化物を用いることもで
きる。弱結合部の酸化物超電導体薄膜と金属膜の積層順
序が上記実施例と逆の場合も有効である。金属膜の他に
弱結合部に積層するものとして半導体膜を用いることも
できる。
その池水発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。
して実施することができる。
［発明の効果］
以上述べたように本発明によれば、酸化物超電導体薄膜
を用い、また超電導体に金属または半導体を重ねた時の
近接効果によるコヒーレンス長の増大を利用して、弱結
合部の寸法を現在の微細加工技術で十分実現できる大き
さとしたジョセフソン接合をもつ超電導素子を得ること
ができる。
を用い、また超電導体に金属または半導体を重ねた時の
近接効果によるコヒーレンス長の増大を利用して、弱結
合部の寸法を現在の微細加工技術で十分実現できる大き
さとしたジョセフソン接合をもつ超電導素子を得ること
ができる。
第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施例のジョセフソ
ン接合素子を示す平面図とそのＡ −Ａ′およびＢ−Ｂ
′断面図、第２図はその電流−電圧特性を示す図、第３
図は他の実施例のｄｃＳＱＵＩＤを示す平面図、第４図
はその静特性を示す図である。 １＝、５ｒＴ１０３結晶基板、２ ” ＹＢａ２Ｃｕ３
ｏ ７１膜、２１．２２・・・バンク部、２３・・・弱
結合部、３・・・Ａｕ膜。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 ５３図 第４図
ン接合素子を示す平面図とそのＡ −Ａ′およびＢ−Ｂ
′断面図、第２図はその電流−電圧特性を示す図、第３
図は他の実施例のｄｃＳＱＵＩＤを示す平面図、第４図
はその静特性を示す図である。 １＝、５ｒＴ１０３結晶基板、２ ” ＹＢａ２Ｃｕ３
ｏ ７１膜、２１．２２・・・バンク部、２３・・・弱
結合部、３・・・Ａｕ膜。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 ５３図 第４図
Claims (7)
- （１）基板上に酸化物超電導体薄膜のパターンにより２
つのバンク部とこれらの量子力学的弱結合部を構成した
ジョセフソン接合を有する超電導素子において、前記弱
結合部は酸化物超電導体薄膜と金属膜または半導体膜と
の積層構造としたことを特徴とする超電導素子。 - （２）前記基板は、チタン酸ストロンチウムであり、前
記酸化物超電導体薄膜は希土類元素を含むペロブスカイ
ト型酸化物である特許請求の範囲第１項記載の超電導素
子。 - （３）前記酸化物超電導体薄膜は、 ＡＢａ＿２ＣＵ＿３Ｏ＿７＿−＿δ（Ａは、Ｙ、Ｙｂ、
Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕから選ばれた一種
）で表わされる欠陥ペロブスカイト型酸化物である特許
請求の範囲第１項記載の超電導素子。 - （４）前記酸化物超電導体薄膜は、 （Ｓｒ＿１＿−＿ｘＬａ＿ｘ）＿２ＣｕＯ＿４＿−＿ｙ
で表わされる層状ペロブスカイト型酸化物である特許請
求の範囲第１項記載の超電導素子。 - （５）前記酸化物超電導体薄膜は、弱結合部の電流方向
がＣ軸方向である単結晶膜である特許請求の範囲第１項
記載の超電導素子。 - （６）前記金属膜は、金、銀または白金である特許請求
の範囲第１項記載超電導素子。 - （７）前記金属膜は、ニオブ、タンタル、タングステン
またはイリジウムである特許請求の範囲第１項記載超電
導素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62318771A JPH01161785A (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 超電導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62318771A JPH01161785A (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 超電導素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01161785A true JPH01161785A (ja) | 1989-06-26 |
Family
ID=18102763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62318771A Pending JPH01161785A (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 超電導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01161785A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07235699A (ja) * | 1994-02-23 | 1995-09-05 | Hitachi Ltd | マイクロブリッジ型酸化物超電導接合およびそれを用いた超電導素子 |
| JPH07307498A (ja) * | 1994-05-12 | 1995-11-21 | Hitachi Ltd | 超電導素子 |
-
1987
- 1987-12-18 JP JP62318771A patent/JPH01161785A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07235699A (ja) * | 1994-02-23 | 1995-09-05 | Hitachi Ltd | マイクロブリッジ型酸化物超電導接合およびそれを用いた超電導素子 |
| JPH07307498A (ja) * | 1994-05-12 | 1995-11-21 | Hitachi Ltd | 超電導素子 |
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