JPH02213176A - 準平面型ジョセフソン接合素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はジョセフソン接合を有する素子に関し、更に詳
しくは、準平面型のジョセフソン接合素子に関する。

なお、本発明は、超高感度磁場計測用の５ＱＵＩＤや、
超高感度電磁波検出器等、ジョセフソン効果を利用した
あらゆるデバイスに応用可能である。

〈従来の技術〉 良好な性能のジョセフソン接合を得るためには、そのブ
リッジ長（弱接合部の長さ）を、理想的には使用するブ
リッジ材料のコヒーレント長の３〜５倍程度にすべきで
あること、また、この理想的なブリッジ長が得られなく
とも、これにできるだけ近づくようにブリッジ長を短く
すべきであることが知られている。

Ｎｂを用いたジョセフソン接合において、その理想的な
ブリッジ長は数百人程度となる。このような極めて短い
ブリッジ長を再現性よく得るためには、準平面型のジョ
セフソン接合が有利である。

準平面型のジョセフソン接合は、平坦な基板表面に形成
された超電導薄膜の上面に、絶縁層を介して別の超電導
薄膜を積層形成し、上方の超電導薄膜の端面部において
、双方の超電導薄膜にまたがるブリッジを形成した構造
であり、比較的容易にコントロールできる膜厚寸法によ
ってブリッジ長を決定することができ、平面上の微細加
工に転る平面型のジョセフソン接合に比して極めて有利
である。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、ＹＢＣＯに代表される酸化物高温超電導体を
用いてジョセフソン接合素子を作る場合、以下に示す理
由によって、Ｎｂ系等の従来の超電導体を用いた場合の
ような良好な準平面型のジョセフソン接合を得ることが
困難である。

まず、ＹＢＣＯ等の高温超電導薄膜は、一般に不安定で
拡散しやすく、良好な状態で積層形成すること自体が容
易でない。

また、現在の製膜技術で得られる高温超電導薄膜は、そ
の表面平坦度が１００人程変形悪く、絶縁層を介して相
互に積層した場合にビンコンタクトが生じ易い。

更に、酸化物高温超電導体は水に対して劣化しやすい等
、加工上の制約があり、Ｎｂ系超電導体のように比較的
自由に工程を選択することはできない。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、酸化物
高温超電導体を用いても高性能で、かつ、製造の再現性
並びに歩留りが良好な準平面型ジョセフソン接合素子の
提供を目的としている。

〈課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本発明では、実施例に対応
する第１図に示すように、基板１の表面に段差を設ける
とともに、その上段側平面に、端が段部１ａの端面に至
って側方に開放する溝１ｂを形成している。そして、基
板１の表面には、段部１ａを挟む上段側および下段側平
面にそれぞれ超電導薄膜２および３を形成して、この超
電導薄Ｍ２と３が溝１ａ内に侵入している超電導体を介
して相互に接合されるように構成している。

〈作用〉 基板１の上段側平面に溝１ｂを形成しておくことにより
、超電導薄膜２の成膜時に超電導体が溝１ｂ内に入り込
む。

溝１ｂの一端を段部１ａの端面にまで至らせておき、超
電導薄膜２，３を成膜して溝１ｂ内の超電導体と下段側
の超電導薄膜３が連通ずるようにすると、溝１ｂ内の超
電導体は超電導薄膜２と３をつなぐ弱接合部Ｊとなり、
積層を施すことなく準平面型のジョセフソン接合が得ら
れる。

〈実施例〉 第１図は本発明実施例の斜視図である ＭｇＯ製基板１の表面には段差が設けられており、段部
１ａを境界として上段側と下段側の平面を有している。

その上段側の平面には、段差寸法よりも浅く、かつ、一
端が段部１ａにおいて側方に開放された溝１ｂが形成さ
れている。

そして、このような基板１の上、下段側の両手面上に、
その段差寸法よりも薄い膜厚の−様な超電導薄膜２およ
び３が形成されている。上段側の超電導薄膜２はその一
部が溝１ｂ内に侵入しており、また、下段側の超電導薄
膜３の上面は溝１ｂの底面よりも高位に達し、これによ
って超電導薄膜２と３は溝１ｂ内に侵入している超電導
体によってウィークに接合されている。すなわち、溝１
ｂ内の超電導体を弱接合部Ｊとして超電導薄膜２と３が
接合されたジョセフソン接合素子を得ている。

次に、この実施例の製造方法を説明する。第２図乃至第
５図はその製造手順の説明図である。

まず、第２図に側面図で示すような厚さ０．５＋＋ｕａ
程度のＭ　ｇ　Ｏ（１００）基板１を用意し、その表面
に第３図に示すような５００ｎａ＋の段差をつけた。こ
の段差のつけ方は、例えばＡＺ系レジストを基板１の表
面に−様に塗布した後、フォトリソグラフィによってそ
の略中央部を境に片側を残して他側を除去し、次いで残
されたレジスト膜をマスクとしてＡｒイオンミリングを
施す方法を採用することができる。

次に、第４図に斜視図で示すように、上段側の平面に、
一端が段部１ａで側方に開放するよう、深さ２５０ｎｍ
、幅１μｍの溝１ｂを長さ２０μｍ程度に亘って形成し
た。その形成方法としては、ＥＢ露光ポジレジストを使
用して１μｍ幅のマスクを形成し、Ａｒイオンミリング
を行う方法を採用することができる。

そして最後に、基板１の表面全体に−様な厚さ３５０ｔ
ｖの超電導薄膜を成膜した。この超電導薄膜は例えばＹ
ＢＣＯＩ膜であって、スパッタリングによって成膜する
ことができる。そのスパッタ条件は、基板温度６２０″
Ｃ９雰囲気ガス＾「１０．・４０／６０　。

圧力２抛Ｔｏｒｒとし、ターゲフトの組成はＹ：Ｂａ：
Ｃｕ・ｂ６．７：１８．３で３０人／ｇｉｒ＋程度のレ
ートで成膜できる。

第５図にこの成膜後の第４図■方向から見た端面図を示
すように、成膜過程において溝１ｂ内に超電導体が入り
込むとともに、段差の存在によって超電導薄膜は上段側
の薄膜２と下段側の薄膜３とに分離され、これらは溝１
ｂ内に゛入り込んだ超電導体のみによってウィークに接
合された状態となり、成膜後に直ちに第１図に示す構造
の素子が得られる。

この製造方法によって得られた素子においては、弱接合
部Ｊは超電導薄膜２，３の成膜過程でこれらと一体的に
形成されることに特に注目すべきである。すなわち、従
来の準平面型ジョセフソン接合素子では、積層された２
つの超電導薄膜の表面に、別途ブリッジを形成して弱接
合部を得ているが、ＹＢＣＯ等の酸化物高温超電導薄膜
では、般にその表面に超電導を示さない、いわゆる表面
劣化層が生じ、ブリッジ部を先に成膜されている超電導
薄膜上に超電導的にコンタクトさせて作成することが困
難であるのに対し、上記した製法ではこのような惧れは
ない。

また、この製造方法では、超電導薄膜２，３の成ｌ！後
にバターニング等の工程が一切不要であり、水に対して
劣化しやすい酸化物高温超電導体を用いる場合に特に有
効である。

そして、本発明の素子では、その弱接合長は基板１の段
差、溝１ｂの深さと幅、および超電導薄膜３の膜厚をパ
ラメータとして決定され、例えば膜厚の加減によって所
望の弱接合長が得られる。

なお、基板１の段部１ａの形状を、第６図に示すように
、オーバーハングを付した形状としておくことによって
、超電導薄膜２．３の分離や溝１ｂに侵入した超電導体
と超電導薄膜３との接合がより容易化されて望ましい。

このようなオーバーハングを付するには、イオンミリン
グ時におけるＡｒイオンの射照方向に角度を付すことに
よって実現できる。

また、超電導薄膜２，３の材質としてはＹＢＣＯ以外の
酸化物高温超電導体や、あるいはＮｂ等金属系超電導体
を使用できることは勿論であり、基板１の材質としては
、ＺｒＯ□やＹＳＺ等の、使用する超電導体に対して整
合性のよい任意のものを使用することができる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、超電導薄膜を積
層することなく、かつ、薄膜の微細加工を必要とするこ
となく、簡単なプロセスによって準平面型のジョセフソ
ン接合が得られ、酸化物高温超電導体を用いても高性能
の素子を再現性良（、かつ、高歩留りのちとに得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の斜視図、 第２図乃至第５図はその製造方法の説明図、第６図は本
発明の他の実施例の基板の段部形状の説明図である。 １・・・基板 ・段部 ・溝 ・超電導’ｉＲ膜 ・弱接合部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 表面に段差が設けられ、かつ、その上段側平面には一端
   が段部に至って側方に開放された溝が形成されてなる基
   板の、段部を挟む上段側および下段側平面にそれぞれ超
   電導薄膜が形成され、その上段側および下段側の超電導
   薄膜が、上記溝内に入り込んでいる超電導体を介して相
   互に接合されてなる準平面型ジョセフソン接合素子。