JPH0221676A - 超伝導体のトンネル接合 - Google Patents
超伝導体のトンネル接合Info
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- JPH0221676A JPH0221676A JP63170657A JP17065788A JPH0221676A JP H0221676 A JPH0221676 A JP H0221676A JP 63170657 A JP63170657 A JP 63170657A JP 17065788 A JP17065788 A JP 17065788A JP H0221676 A JPH0221676 A JP H0221676A
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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】
〔発明の利用分野〕
本発明は超伝導体を用いたトンネル接合に関する。超伝
導体のトンネル接合はジョセフソン接合として知られ、
高速度のデバイス素子として期待されている。本発明は
近年、発見された酸化物高温超伝導体を用いてジョセフ
ソン接合を形成せしめ、これを液体窒素温度以上の高温
で使用できるようなデバイスを作製することを目的とす
る。
導体のトンネル接合はジョセフソン接合として知られ、
高速度のデバイス素子として期待されている。本発明は
近年、発見された酸化物高温超伝導体を用いてジョセフ
ソン接合を形成せしめ、これを液体窒素温度以上の高温
で使用できるようなデバイスを作製することを目的とす
る。
従来よりの技術として、２枚の超伝導体の間に薄い（約
１００〜１００００オングストローム）絶縁体や常伝導
体、半導体等を挾んだ接合はジョセフソン接合として知
られている。これらは超高速コンピューター素子への応
用が期待され、研究されている。従来、この接合に用い
られる超伝導体としては臨界温度の低い金属系の物質が
用いられ、冷媒として液体ヘリウムが用いられていた。
１００〜１００００オングストローム）絶縁体や常伝導
体、半導体等を挾んだ接合はジョセフソン接合として知
られている。これらは超高速コンピューター素子への応
用が期待され、研究されている。従来、この接合に用い
られる超伝導体としては臨界温度の低い金属系の物質が
用いられ、冷媒として液体ヘリウムが用いられていた。
一方、近年、臨界温度が絶対温度９０度を越える酸化物
超伝導体が発見された。これらの酸化物超伝導体は化学
式 ＬｎＢａｚＣｕ、、０ｔ−ｘ （Ｌｎはイツトリ
ウム（元素記号Ｙ）、およびセリウム（Ｃｅ）、プラセ
オジム（Ｐｒ）以外のランクノイド）で表される。これ
らの物質を用いてトンネル接合を持つ素子を作製するこ
とが試みられている。
超伝導体が発見された。これらの酸化物超伝導体は化学
式 ＬｎＢａｚＣｕ、、０ｔ−ｘ （Ｌｎはイツトリ
ウム（元素記号Ｙ）、およびセリウム（Ｃｅ）、プラセ
オジム（Ｐｒ）以外のランクノイド）で表される。これ
らの物質を用いてトンネル接合を持つ素子を作製するこ
とが試みられている。
これらの酸化物超伝導体はそのコヒーレント長が９１０
オングストロームと短いため、特性のよいジョセフソン
接合を形成するためには、トンネル障壁の厚さは最大１
００オングストロームもの超薄膜でなければならない。
オングストロームと短いため、特性のよいジョセフソン
接合を形成するためには、トンネル障壁の厚さは最大１
００オングストロームもの超薄膜でなければならない。
薄膜化技術の進歩によって適当な基板の上にこの酸化物
超伝導体薄膜をエピタキシャル成長させることは可能と
なったが、さらにそのうえに１００オングストローム程
度のトンネル障壁層を形成しさらに酸化物超伝導体層を
結晶性よく形成することは不可能と思われていた。なぜ
ならば、従来、金属系の超伝導体のトンネル接合に用い
られていた酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等はＬ
ｎＢａｚＣｕ３０７−ｘとは結晶構造が異なっていたか
らであり、結晶性よく、゛これらの接合用被膜を形成す
ることは非常に困難であった。このため良好なジョセフ
ソン接合を形成することができなくなった。
超伝導体薄膜をエピタキシャル成長させることは可能と
なったが、さらにそのうえに１００オングストローム程
度のトンネル障壁層を形成しさらに酸化物超伝導体層を
結晶性よく形成することは不可能と思われていた。なぜ
ならば、従来、金属系の超伝導体のトンネル接合に用い
られていた酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等はＬ
ｎＢａｚＣｕ３０７−ｘとは結晶構造が異なっていたか
らであり、結晶性よく、゛これらの接合用被膜を形成す
ることは非常に困難であった。このため良好なジョセフ
ソン接合を形成することができなくなった。
トンネル障壁として酸化物超伝導体ＬｎＢａｚＣｕ３０
□４と同じ結晶構造、はぼ同じ格子定数を有するものを
もちいれば、酸化物超伝導体とトンネル障壁との間の、
結晶性を損なうことなくトンネル接合を形成することが
可能と考え本発明に至った。Ｐ ｒ Ｂ ａ ２Ｃｕ３
０７−ｘで表される酸化物は酸化物超伝導体Ｌ ｎ Ｂ
ａ ｚＣｕ＋ｏ？−ｘと同じ結晶構造を有し、格子定
数もほぼ同じであるが、抵抗の温度変化は半導体的で超
伝導をしめさない物質として知られている。本発明はこ
のＰｒＢａｚＣｕ３０□−８をトンネル障壁として用い
ることによって結晶性のよいトンネル接合を得るもので
ある。以下、実施例にしたがってより詳細に本発明を説
明する。
□４と同じ結晶構造、はぼ同じ格子定数を有するものを
もちいれば、酸化物超伝導体とトンネル障壁との間の、
結晶性を損なうことなくトンネル接合を形成することが
可能と考え本発明に至った。Ｐ ｒ Ｂ ａ ２Ｃｕ３
０７−ｘで表される酸化物は酸化物超伝導体Ｌ ｎ Ｂ
ａ ｚＣｕ＋ｏ？−ｘと同じ結晶構造を有し、格子定
数もほぼ同じであるが、抵抗の温度変化は半導体的で超
伝導をしめさない物質として知られている。本発明はこ
のＰｒＢａｚＣｕ３０□−８をトンネル障壁として用い
ることによって結晶性のよいトンネル接合を得るもので
ある。以下、実施例にしたがってより詳細に本発明を説
明する。
「実施例」
酸化物超伝導体およびトンネル障壁はＲＦマグネトロン
スパッタリング法によって膜状に形成した。第１図に本
実施例にて、使用したスパッタリング装置の概要を示す
。スパッタリングターゲット（力（８）としては、Ｐ
ｒ Ｂ ａ ｚ Ｃｕ ４０ ｅ−ｘ （７）およびＹ
Ｂ ａ ２Ｃｕ ４ｏａ−ｘ （８）の焼結体を用い
たターゲットの組成が超伝導体のそれと少し異なるのは
、スパッタリングによって膜の組成がずれるのを補償す
るためである。ターゲットはチャンバー内に２つ（Ｐ
ｒ Ｂ ａ ＺＣＬ１４０１１−ＸおよびＹＢａ２Ｃｕ
、０８−Ｘ ）用意し、雰囲気を変えることな（連続的
に膜形成ができるようになっている。膜を形成する基板
（１）とじては酸化マグネシウム単結晶の（１００）へ
きかい面を用いた。膜形成は、基板温度５００°Ｃ，酸
素：アルゴン＝１：１の混合気体（全圧１００ミリトー
ル）、堆積速度約３ｎｍ／秒でおこなった。トンネル接
合の作製方法を第２図に示す。まず、Ｙ Ｂ ａ ｚＣ
ｕ３０７−ｘ （９）を約２０００オングストローム形
成したあと、（第２図（ａ））ターゲットを交換し、第
１のマスク０２）をしてＰｒ Ｂ ａ ２Ｃｕｆｆｏ７
−Ｘ ０口）をその上に約１００オングストローム堆積
する。（第２図（ｂ）））再びターゲットを交換してＹ
Ｂ ａ ｚＣｕｉ０７−ｘ（１１）を第２のマスク０
３）を用いて、約２０００オングストローム堆積する。
スパッタリング法によって膜状に形成した。第１図に本
実施例にて、使用したスパッタリング装置の概要を示す
。スパッタリングターゲット（力（８）としては、Ｐ
ｒ Ｂ ａ ｚ Ｃｕ ４０ ｅ−ｘ （７）およびＹ
Ｂ ａ ２Ｃｕ ４ｏａ−ｘ （８）の焼結体を用い
たターゲットの組成が超伝導体のそれと少し異なるのは
、スパッタリングによって膜の組成がずれるのを補償す
るためである。ターゲットはチャンバー内に２つ（Ｐ
ｒ Ｂ ａ ＺＣＬ１４０１１−ＸおよびＹＢａ２Ｃｕ
、０８−Ｘ ）用意し、雰囲気を変えることな（連続的
に膜形成ができるようになっている。膜を形成する基板
（１）とじては酸化マグネシウム単結晶の（１００）へ
きかい面を用いた。膜形成は、基板温度５００°Ｃ，酸
素：アルゴン＝１：１の混合気体（全圧１００ミリトー
ル）、堆積速度約３ｎｍ／秒でおこなった。トンネル接
合の作製方法を第２図に示す。まず、Ｙ Ｂ ａ ｚＣ
ｕ３０７−ｘ （９）を約２０００オングストローム形
成したあと、（第２図（ａ））ターゲットを交換し、第
１のマスク０２）をしてＰｒ Ｂ ａ ２Ｃｕｆｆｏ７
−Ｘ ０口）をその上に約１００オングストローム堆積
する。（第２図（ｂ）））再びターゲットを交換してＹ
Ｂ ａ ｚＣｕｉ０７−ｘ（１１）を第２のマスク０
３）を用いて、約２０００オングストローム堆積する。
（第２図（Ｃ））以上でトンネル接合を形成することが
できた。
できた。
酸化物超伝導体およびトンネル障壁はＸ線回折法および
電子線回折法、ＲＨＥ Ｅ Ｄパターンから結晶性をあ
わせて形成されていることが確かめられた。また、この
トンネル接合は液体窒素温度で動作することが直流およ
び交流ジョセフソン効果によって確認された。この時の
電流電圧特性を第３図に示す。測定温度は、８０にであ
った。
電子線回折法、ＲＨＥ Ｅ Ｄパターンから結晶性をあ
わせて形成されていることが確かめられた。また、この
トンネル接合は液体窒素温度で動作することが直流およ
び交流ジョセフソン効果によって確認された。この時の
電流電圧特性を第３図に示す。測定温度は、８０にであ
った。
また、本実施例において、Ｙ Ｂ ａ ２Ｃｕ ：１０
７−Ｘ（９）（１１）をスパンタ法により形成した後に
酸素雰囲気下において、高温アニールを行い超伝導体の
超伝導特性を向上させることは有効であった。
７−Ｘ（９）（１１）をスパンタ法により形成した後に
酸素雰囲気下において、高温アニールを行い超伝導体の
超伝導特性を向上させることは有効であった。
また、超伝導体（９）、トンネル接合構成物質００）及
び超伝導体（１１）を積層して形成した後に全体をアニ
ールし超伝導体（９）（１１）の超伝導体特性を向上さ
せトンネル接合構成物質と超伝導体の結晶性の整合を行
うとかでき、トンネル接合特性の向上に結びつき効果的
な処理であった。
び超伝導体（１１）を積層して形成した後に全体をアニ
ールし超伝導体（９）（１１）の超伝導体特性を向上さ
せトンネル接合構成物質と超伝導体の結晶性の整合を行
うとかでき、トンネル接合特性の向上に結びつき効果的
な処理であった。
本実施例において、超伝導体又はトンネル接合用物質の
形成にはスパッタリング法を用いたが、その他の形成法
であってもトンネル接合部分の結晶性を損なわずに形成
できるものであれば、適用可能である。
形成にはスパッタリング法を用いたが、その他の形成法
であってもトンネル接合部分の結晶性を損なわずに形成
できるものであれば、適用可能である。
「効果Ｊ
本発明によって酸化物高温超伝導体だけでジョセフソン
・トンネル接合を形成することが可能となり、これによ
って、液体窒素を冷媒とする、低コストの超伝導デバイ
スの作製が可能となった。
・トンネル接合を形成することが可能となり、これによ
って、液体窒素を冷媒とする、低コストの超伝導デバイ
スの作製が可能となった。
本発明によるトンネル接合はジョセフソンコンピュータ
ーの素子や超伝導トランジスター、量子干渉磁気検出装
置（ＳＱＵ Ｉ Ｄ）等に用いることができ、本発明は
工業的に有効な発明である。
ーの素子や超伝導トランジスター、量子干渉磁気検出装
置（ＳＱＵ Ｉ Ｄ）等に用いることができ、本発明は
工業的に有効な発明である。
第１図 ＲＦマグネトロンスパッタリング装置の概略図
を示す。 第２図 トンネル接合の作製手順を示す。 第３図 電流−電圧特性を示す。 １ 基板 ２ 電極 ３ 排気系 ４ＲＦ電源 ５ 真空容器（ヂャンハー） ６ ガス系 ７．８ ターゲット （Ｐ ｒ Ｂ ａ ２ＣｕａＯ
ｓ−ｘＹ Ｂ ａ ｚＣｕ４０ｓ−ｘ ） ９ Ｙ Ｂ ａ ｚＣｕ ３０□−ｘ膜１０ Ｐ ｒ
Ｂ ａ ２Ｃｕ：＋ｏｔ−ｘ膜１１ ＹＢａｚＣｕｚ
Ｏ７−ｘ膜 １２．１３マスク
を示す。 第２図 トンネル接合の作製手順を示す。 第３図 電流−電圧特性を示す。 １ 基板 ２ 電極 ３ 排気系 ４ＲＦ電源 ５ 真空容器（ヂャンハー） ６ ガス系 ７．８ ターゲット （Ｐ ｒ Ｂ ａ ２ＣｕａＯ
ｓ−ｘＹ Ｂ ａ ｚＣｕ４０ｓ−ｘ ） ９ Ｙ Ｂ ａ ｚＣｕ ３０□−ｘ膜１０ Ｐ ｒ
Ｂ ａ ２Ｃｕ：＋ｏｔ−ｘ膜１１ ＹＢａｚＣｕｚ
Ｏ７−ｘ膜 １２．１３マスク
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、化学式ＬｎＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿ｘ（Ｌｎ
はイットリウム（Ｙ）、または、セリウム（Ｃｅ）、プ
ラセオジム（Ｐｒ）以外のランタノイド）で表される酸
化物超伝導体を用い、前記超伝導体によって構成される
一対の電極の間に絶縁体もしくは常伝導体、半導体を挟
むトンネル接合であって、前記超伝導体に挟まれトンネ
ル障壁を構成する物質として、化学式ＰｒＢａ＿２Ｃｕ
＿３Ｏ＿７＿−ｘで表される酸化物を用いることを特徴
とする超伝導体のトンネル接合。 ２、特許請求の範囲第１項において超伝導体及びトンネ
ル障壁を構成する物質は前記超伝導体と同様の結晶方位
を示すことを特徴とする超伝導体のトンネル接合。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63170657A JPH0221676A (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 超伝導体のトンネル接合 |
| US07/376,012 US5106819A (en) | 1988-07-08 | 1989-07-06 | Oxide superconducting tunnel junctions and manufacturing method for the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63170657A JPH0221676A (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 超伝導体のトンネル接合 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0221676A true JPH0221676A (ja) | 1990-01-24 |
Family
ID=15908946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63170657A Pending JPH0221676A (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 超伝導体のトンネル接合 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0221676A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02125672A (ja) * | 1988-11-04 | 1990-05-14 | Sanyo Electric Co Ltd | ジョセフソン接合素子及びその製造方法 |
| JPH04196185A (ja) * | 1990-11-26 | 1992-07-15 | Hitachi Ltd | 超伝導素子 |
| JPH04334074A (ja) * | 1991-05-09 | 1992-11-20 | Hitachi Ltd | 超電導素子及び超電導回路 |
| JPH0570105A (ja) * | 1991-09-17 | 1993-03-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 酸化物超電導薄膜 |
| JPH0575171A (ja) * | 1991-09-17 | 1993-03-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導接合 |
| JPH0585705A (ja) * | 1991-09-26 | 1993-04-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 酸化物超電導薄膜 |
| JPH0590653A (ja) * | 1991-09-26 | 1993-04-09 | Toshiba Corp | 超電導素子 |
-
1988
- 1988-07-08 JP JP63170657A patent/JPH0221676A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02125672A (ja) * | 1988-11-04 | 1990-05-14 | Sanyo Electric Co Ltd | ジョセフソン接合素子及びその製造方法 |
| JPH04196185A (ja) * | 1990-11-26 | 1992-07-15 | Hitachi Ltd | 超伝導素子 |
| JPH04334074A (ja) * | 1991-05-09 | 1992-11-20 | Hitachi Ltd | 超電導素子及び超電導回路 |
| JPH0570105A (ja) * | 1991-09-17 | 1993-03-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 酸化物超電導薄膜 |
| JPH0575171A (ja) * | 1991-09-17 | 1993-03-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導接合 |
| JPH0585705A (ja) * | 1991-09-26 | 1993-04-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 酸化物超電導薄膜 |
| JPH0590653A (ja) * | 1991-09-26 | 1993-04-09 | Toshiba Corp | 超電導素子 |
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