JPH01300575A - 超電導素子 - Google Patents
超電導素子Info
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- JPH01300575A JPH01300575A JP63130279A JP13027988A JPH01300575A JP H01300575 A JPH01300575 A JP H01300575A JP 63130279 A JP63130279 A JP 63130279A JP 13027988 A JP13027988 A JP 13027988A JP H01300575 A JPH01300575 A JP H01300575A
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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。
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１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１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１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絶縁膜
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１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１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絶縁膜
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１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５
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
。
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５
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
ソグラフイ技術では不可能である。
ソグラフイ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。
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１
００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１通常の電圧モード・ジョセフソン素子
には使用できない。
００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１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１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）
本発明にかかる超電導素子は、基板上に形成された酸化
物超電導体膜により互いに分離された二つのバンク部と
、これらバンク部間に形成された量子力学的弱結合部に
より構成され、その弱結合部を銀（Ａｇ）膜若しくは銀
の酸化物（Ａｇ２０）膜またはこれらの複合膜により構
成したことを特徴とする。
物超電導体膜により互いに分離された二つのバンク部と
、これらバンク部間に形成された量子力学的弱結合部に
より構成され、その弱結合部を銀（Ａｇ）膜若しくは銀
の酸化物（Ａｇ２０）膜またはこれらの複合膜により構
成したことを特徴とする。
（作用）
酸化物超電導体膜とＡｇ膜との間に良好な電気的接触を
与えると、近接効果によりＡｇ膜内に超電導状態がしみ
だす。Ａｇ膜内にしみだす超電導状態のコヒーレンス長
は非常に長＜、ＩＯＫでおよそ１μｍとなる。このため
二つのバンク部の間のギャップがμｍオーダーであって
も、ここにＡｇ膜を形成することにより、良好なジョセ
フソン接合特性を示す。従って現在の集積回路の微細加
工技術により２弱結合部は十分に形成可能である。
与えると、近接効果によりＡｇ膜内に超電導状態がしみ
だす。Ａｇ膜内にしみだす超電導状態のコヒーレンス長
は非常に長＜、ＩＯＫでおよそ１μｍとなる。このため
二つのバンク部の間のギャップがμｍオーダーであって
も、ここにＡｇ膜を形成することにより、良好なジョセ
フソン接合特性を示す。従って現在の集積回路の微細加
工技術により２弱結合部は十分に形成可能である。
Ａｇ膜の代わりにＡｇ２Ｏ膜を用いても、同様である。
実際、超電導膜を形成し、Ａｇ膜を形成した後にアニー
ルを行えば、Ａｇ膜は酸化物超電導体に含まれる酸素あ
るは外気中の酸素と結合して少なくとも一部酸化物にな
る。この様な場合も良好な弱結合ジョセフソン接合が得
られる。
ルを行えば、Ａｇ膜は酸化物超電導体に含まれる酸素あ
るは外気中の酸素と結合して少なくとも一部酸化物にな
る。この様な場合も良好な弱結合ジョセフソン接合が得
られる。
（実施例）
以下１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）はそのＡ−Ａ−断面図で
あるＯ Ｓｒ ’ｒｔ ｏ３結晶基板１上に酸化物超電
導体薄膜としてＹＢａ ２ Ｃｕ ｉ ０７−Ｊ膜２が
形成され、これが図のように所定のギャップをもって互
いに分離した二つのバンク部２．，２２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（１０ＩＩｔｏｒｒ）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。
あるＯ Ｓｒ ’ｒｔ ｏ３結晶基板１上に酸化物超電
導体薄膜としてＹＢａ ２ Ｃｕ ｉ ０７−Ｊ膜２が
形成され、これが図のように所定のギャップをもって互
いに分離した二つのバンク部２．，２２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（１０ＩＩｔｏｒｒ）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。
そしてこれら二つのバンク部２．，２２のギャップ部を
覆うように、Ａｇ膜３を蒸着、パターニングして弱結合
部を構成している。弱結合部２３の寸法は、長さ（即ち
二つのバンク部のギャップ間隔）が０．５μｍ１幅（同
じくギャップ幅）が０．３μｍである。Ａｇ膜３の厚み
は０．３μｍである。
覆うように、Ａｇ膜３を蒸着、パターニングして弱結合
部を構成している。弱結合部２３の寸法は、長さ（即ち
二つのバンク部のギャップ間隔）が０．５μｍ１幅（同
じくギャップ幅）が０．３μｍである。Ａｇ膜３の厚み
は０．３μｍである。
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２０Ｋにおける電流−電圧特性である。この特性測
定のためにバンク部２．，２２には図示しない電極を設
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。
子の２０Ｋにおける電流−電圧特性である。この特性測
定のためにバンク部２．，２２には図示しない電極を設
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１問語合部にＡｇを
用いることにより酸化物超電導膜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１問語合部にＡｇを
用いることにより酸化物超電導膜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１図の実施例では、酸化物超電導体膜を形成した後、
そのギャップ部にＡｇ膜を形成しているが、これらの形
成順序は逆であってもよい。第３図は、その場合の第１
図（ｂ）に対応する断面図である。
そのギャップ部にＡｇ膜を形成しているが、これらの形
成順序は逆であってもよい。第３図は、その場合の第１
図（ｂ）に対応する断面図である。
第４図は９本発明を直流スクイド
（ｄｃｓ Ｑ Ｕ 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Ｓ、、Ｓ２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 Ｔｉ ０３基板１に形成され
たＹ Ｂａ ２ Ｃｕ ３０７−ａ膜２のバターニング
により得られ、各ジョセフソン素子ｓ、、ｓ２の弱結合
部はＡｇ膜３により形成されている。
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Ｓ、、Ｓ２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 Ｔｉ ０３基板１に形成され
たＹ Ｂａ ２ Ｃｕ ３０７−ａ膜２のバターニング
により得られ、各ジョセフソン素子ｓ、、ｓ２の弱結合
部はＡｇ膜３により形成されている。
第５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。Φ０は、磁束量子
即ち最小の磁束である。
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。
第６図（ａ）（ｂ）は他の実施例のジョセフソン素子を
示す斜視図とそのＡ−Ａ’断面図である。
示す斜視図とそのＡ−Ａ’断面図である。
先の実施例と対応する部分には、先の実施例と同一符号
を付しであるが、この実施例では、基板１上に二つのバ
ンク部２．．２２が間に絶縁膜４を挟んで積層された構
造としている。絶縁膜４はその厚みがトンネル電流が流
れるような薄いものではなく、従って超電導体膜の積層
部でジョセフソン接合を構成している訳ではない。即ち
この実施例では、絶縁膜４と２層目の超電導体膜をパタ
ーン形成した側面部を所定幅で覆うようにＡｇ膜３を配
設して弱結合部として、ジョセフソン素子Ｓ１．Ｓ２を
構成している。これらのジョセフソン素子を更に超電導
体で並列接続すれば、先の実施例と同様、ｄｃｓＱＵＩ
Ｄが得られる。
を付しであるが、この実施例では、基板１上に二つのバ
ンク部２．．２２が間に絶縁膜４を挟んで積層された構
造としている。絶縁膜４はその厚みがトンネル電流が流
れるような薄いものではなく、従って超電導体膜の積層
部でジョセフソン接合を構成している訳ではない。即ち
この実施例では、絶縁膜４と２層目の超電導体膜をパタ
ーン形成した側面部を所定幅で覆うようにＡｇ膜３を配
設して弱結合部として、ジョセフソン素子Ｓ１．Ｓ２を
構成している。これらのジョセフソン素子を更に超電導
体で並列接続すれば、先の実施例と同様、ｄｃｓＱＵＩ
Ｄが得られる。
この実施例の場合、二つのバンク部が同一平面上に並ん
で形成されたものではないが、絶縁膜の厚み方向に弱結
合部を構成するものでもなく、膜の側面を利用して弱結
合部を形成しており、準平面型と言うことができる。こ
の実施例によっても。
で形成されたものではないが、絶縁膜の厚み方向に弱結
合部を構成するものでもなく、膜の側面を利用して弱結
合部を形成しており、準平面型と言うことができる。こ
の実施例によっても。
先の実施例と同様の効果が得られる。
本発明は上記実施例に限られるものではない。例えば酸
化物超電導体膜として、一般にＡ Ｂａ ２ Ｃｕ ３
０７−Ｊ （Ａは、Ｙ、Ｙｂ、Ｈａ。
化物超電導体膜として、一般にＡ Ｂａ ２ Ｃｕ ３
０７−Ｊ （Ａは、Ｙ、Ｙｂ、Ｈａ。
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。また。
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。また。
（Ｓｒ Ｉ−ｘ Ｌａ ｘ ） Ｃｕ ０４−Ｆ （
但し、ＳｒをＢａ、Ｃａで置換ｌまたものを含む）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。更に、ペロブスカイト構造を基本とするＢ１−３
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｑ系やＴノーＢａ−Ｃａ−Ｃｕ−０
系等の酸化物超電導体を用いることができる。
但し、ＳｒをＢａ、Ｃａで置換ｌまたものを含む）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。更に、ペロブスカイト構造を基本とするＢ１−３
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｑ系やＴノーＢａ−Ｃａ−Ｃｕ−０
系等の酸化物超電導体を用いることができる。
その他車発明は、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、特に超電導体にＡｇまたはその酸化物を接触さ
せ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、現在の微細加工技術で十分実現できる大きさの弱結
合部を構成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、特に超電導体にＡｇまたはその酸化物を接触さ
せ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、現在の微細加工技術で十分実現できる大きさの弱結
合部を構成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）（ｂ）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″断面図、第２図は
その電流−電圧特性を示す図。 第３図は他の実施例のジョセフソン接合素子の断面図、
第４図は他の実施例のｄｃｓＱＵＩＤを示す平面図、第
５図はその静特性を示す図、第６図（ａ）（ｂ）は更に
他の実施例のジョセフソン接合素子を示す斜視図とその
Ａ−Ａ’断面図である。 １”−５ｒＴ１０３結晶基板＋ ２１ ＋ ２２
”’バンク部（ＹＢａ２Ｃｕ３０□−６膜）、３−Ａｇ
膜（弱結合部）、４・・・絶縁膜。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 第４図 ■ 第５図
接合素子を示す平面図とそのＡ−Ａ″断面図、第２図は
その電流−電圧特性を示す図。 第３図は他の実施例のジョセフソン接合素子の断面図、
第４図は他の実施例のｄｃｓＱＵＩＤを示す平面図、第
５図はその静特性を示す図、第６図（ａ）（ｂ）は更に
他の実施例のジョセフソン接合素子を示す斜視図とその
Ａ−Ａ’断面図である。 １”−５ｒＴ１０３結晶基板＋ ２１ ＋ ２２
”’バンク部（ＹＢａ２Ｃｕ３０□−６膜）、３−Ａｇ
膜（弱結合部）、４・・・絶縁膜。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 第４図 ■ 第５図
Claims (1)
- 基板上に酸化物超電導体膜による２つのバンク部が所
定のギャップをもって分離形成され、そのギャップ部に
銀膜若しくは銀の酸化物膜またはこれらの複合膜からな
る量子力学的弱結合部を構成したことを特徴とする超電
導素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63130279A JP2644284B2 (ja) | 1988-05-30 | 1988-05-30 | 超電導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63130279A JP2644284B2 (ja) | 1988-05-30 | 1988-05-30 | 超電導素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01300575A true JPH01300575A (ja) | 1989-12-05 |
| JP2644284B2 JP2644284B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=15030509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63130279A Expired - Lifetime JP2644284B2 (ja) | 1988-05-30 | 1988-05-30 | 超電導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2644284B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5015623A (en) * | 1989-07-20 | 1991-05-14 | U.S. Philips Corporation | Planar Josephson device with a silver salt interlayer |
| US5442195A (en) * | 1991-01-11 | 1995-08-15 | Hitachi, Ltd. | Superconducting device including plural superconducting electrodes formed on a normal conductor |
| US7663682B2 (en) | 2005-09-30 | 2010-02-16 | Fujifilm Corporation | Variable sensitivity imaging device including a voltage applying section, and imaging apparatus including the same |
| US7667755B2 (en) | 2005-09-30 | 2010-02-23 | Fujifilm Corporation | Variable sensitivity imaging device including a pulse voltage applying section, and imaging apparatus including the same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61166083A (ja) * | 1984-12-14 | 1986-07-26 | Fujitsu Ltd | ジヨセフソン集積回路の製造方法 |
| JPS6329592A (ja) * | 1986-07-23 | 1988-02-08 | Hitachi Ltd | 超伝導素子 |
-
1988
- 1988-05-30 JP JP63130279A patent/JP2644284B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61166083A (ja) * | 1984-12-14 | 1986-07-26 | Fujitsu Ltd | ジヨセフソン集積回路の製造方法 |
| JPS6329592A (ja) * | 1986-07-23 | 1988-02-08 | Hitachi Ltd | 超伝導素子 |
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| US7663682B2 (en) | 2005-09-30 | 2010-02-16 | Fujifilm Corporation | Variable sensitivity imaging device including a voltage applying section, and imaging apparatus including the same |
| US7667755B2 (en) | 2005-09-30 | 2010-02-23 | Fujifilm Corporation | Variable sensitivity imaging device including a pulse voltage applying section, and imaging apparatus including the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2644284B2 (ja) | 1997-08-25 |
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