JPH02260474A - 平面型マイクロブリッジジョセフソン接合素子及びその特性制御法 - 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、論理回路、記憶素子等の、−個又は複数個の
ジョセフソン接合を利用したジョセフソン・デバイスに
用いられるジョセフソン接合素子及びその特性制御法に
関するものである。 〔従来の技術〕 ジョセフソン接合のもつ超高速性、低消費電力性は、超
大型コンピュータ等、論理回路、記憶素子への応用に期
待がもてる。更に、最近発見された高温超伝導体の利用
は、液体窒素による簡便な冷却で良く、大きなメリット
がある。 しかし、上記素子においては、超高速性、良好な高周波
応答性などの特性を維持するためには使用するジョセフ
ソン接合の特性を良好に保たなければならない、特に電
磁波検出器（ミキサも含む）、発振器はジョセフソン接
合をアレー状に接続する形態の素子においては、多数の
ジョセフソン接合の特性をそろえることがデバイス設計
上非常に重要なことであり、安定した特性のデバイス製
作の必要条件となる。 上記各デバイスに使用されるジョセフソン接合素子の形
態は下記の３つに大別される。 １、マイクロブリッジ型 ２、ポイントコンタクト型 ３．３ＩＳ積層型 ここで、マイクロブリッジ型はいわゆる弱結合型のジョ
セフソン接合であり、ＳＩＳ積暦型はトンネル型ジョセ
フソン接合である。ポイントコンタクト型は接触部に絶
縁物が介在するか否かでトンネル型か弱結合型である。 〔発明が解決しようとする課題］ 上記ジョセフソン接合の各形態のうち、素子の歩留り、
特性のバラツキを抑えるという点では薄膜の堆積のみで
作製できるＳＩＳ積層型が有利である。 しかしながら、ＳＩＳ積層型の特性は用いる超伝導材料
、トンネルバリア層材料及びそれらの相性、さらには該
材料の薄膜積層技術に大きく依存する。従ってＮｂ−Ａ
ｌ０．−Ｎｂ、　Ｐｂ−ＰｂＯ−Ｐｂ等により作製され
ているが、積層された超伝導体は　１．高温熱処理等に
よる表面の平坦性の悪化、２．特定の基板（材料）上に
のみ結晶成長、３．コヒーレンス長が短い（数１０Å以
下）といった特徴をもっ高温酸化物超伝導体であるため
、特性の安定したＳＩＳ積層型ジョセフソン接合を作製
するのは困難である。 一方、液体ヘリウムによる冷却を必要としない高温超伝
導体を用いることはデバイスの小型化、安定性、操作の
簡便性の点から非常に大きな利点であり、これらの理由
によりジョセフソン接合の形態としてはポイントコンタ
クト型かマイクロブリッジ型を用いることになる。 しかし、ポイントコンタクト型は素子の集積化が難しい
ばかりでなく、接合面積の制御も極めて困難である。 また、マイクロブリッジ型ジョセフソン接点は工程が単
純であり作製しやすいという利点はあるものの、ブリッ
ジ部のリンク長は理論上数ｌＯ人程度でなければならず
、バターニングは不可能であり、実際にＹＢａｚＣｕｓ
Ｏｔ−ａ等の高温酸化物超伝導体を用いたマイクロブリ
ッジ型ジョセフソン接合ではリンク長が４μｍ〜２０μ
ｍであり、数１０人より極めて大きく、粒界による弱結
合が形成されていると考えられる。従って、素子の電流
−電圧特性をそろえるためには粒界の大きさ、数等を制
御しなければならないが、これは不可能に近い、この問
題に対して、コヒーレンス長に比べ非常に長いリンク長
をもったブリッジ部にヒーターを設け、該ヒーターによ
ってリンク部を加熱し、超伝導特性を劣化させ弱結合を
形成する方法が提案されている。しかし、この方法だと
高温超伝導体が極所的に臨界温度付近まで加熱されるわ
けで特性の安定化は望めない。 以上述べてきたように従来の方法では特性のそろったジ
ョセフソン接合素子を多数作製することは困難であり、
特に、要望の強い高温超伝導体（Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０、
Ｂ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０等）において特性の安定し
たジョセフソン接合素子を得ることが課題となっていた
。 本発明は上記従来作製方法の問題点に鑑みなされたもの
で、新規なジョセフソン接合素子の構成を提供すること
により、容易に特性を安定化させようとするものである
。

【課題を解決するための手段】

本発明は、平面型マイクロブリッジジョセフソン接合素
子において、該素子のマイクロブリッジ部上に固定した
圧電体に所定の電圧を印加することにより、該素子のジ
ョセフソン接合における電流−電圧特性を制御する方法
であり、該方法を有効に実施゛するための構成として、
基板上に形成されているマイクロブリッジ部上に、別の
基板上に形成されている圧電体から成る圧電部を接触さ
せ両基板を固定したことを特徴とするマイクロブリッジ
ジョセフソン接合素子である。 すなわち、圧電体に所定の電圧を印加したときに生ずる
応力によりブリッジ部を形成している超伝導体に圧力が
加わる結果、該超伝導体の電流−電圧特性を微妙に調整
することが可能であり、これにより素子に複数のジョセ
フソン接合を形成した場合、°各ジョセフソン接合の該
特性の制御が可能となるため、高感度で高周波応答特性
に優れたデバイス等を作製することができる。 本発明において、マイクロブリ・ンジ部上に接触し固定
されている圧電部は、該マイクロブリッジ部が設けられ
ている基板とは別の基板に設けられていると形成が容易
であり、又マイクロブリッジ部上に安定的に固定するこ
とも容易となるが、この他の構成においても圧電体によ
り発生した応力が超伝導体へ伝る構成であればよい。 圧電体をマイクロブリッジ部とは別の基板に形成する場
合、圧電部の基本的構成としては、基板−電極一圧電体
一絶縁膜一電極一絶縁膜等であり、圧電体は１組の電極
に絶縁膜を介して挟まれている。圧電部とマイクロブリ
ッジ部との接触は密着であり、該マイクロブリッジ部を
充分に覆っている程度に接触しているとよい、接触面積
が小さすぎれば、マイクロブリッジ部を構成する超伝導
体への作用が弱くなる０通常圧電体の厚さは１〜ｌＯμ
ｍ程度、縦横１０ＸＩＯμｍ程度でよい。 尚、基板上に所望の形状の圧電体を形成する方法として
はフォトリソグラフィー等、公知の技術により行なうこ
とができ、又この他電極、絶縁膜等も公知技術により行
なえばよい。 本発明で用いることのできる圧電体としては交流又は直
流電圧を印加したときに圧電体を構成する結晶に構造的
変化が起り、応力を生じるものであればよく、例えばＢ
ｆ４ＴｊｓＯ＋ｉ　、　ＰＺＴ、　ＰｂＴｉＯ３゜Ｌｉ
ＮｂＯ５等であるが、好ましくは基板上に形成しやすく
、応力変化が安定しているものであり、ＺｎＯ１ＡＩＮ
等を用いるとよい。 圧電部と、マイクロブリッジ部を別々の基板に設ける場
合、圧電部が設けられている基板を上部基板、マイクロ
ブリッジ部が設けられている基板を下部基板とすると、
基本的にブリッジ部の構成は（上部基板−電極一圧電体
一電極一絶縁膜）−（超伝導体−下部基板）となってい
る、圧電部と超伝導体を接触させ固定させる方法として
は圧電体の構造変化により生じる応力が有効に超伝導体
に伝わればよく、メカニカルステージ等の機械的な密着
、樹脂による固定等で行なうことができる。又圧電体に
電圧を印加するための電極はＡＩ、＾Ｕ等でよく、印加
する電圧としては直流又は交流のＯ〜ＩＯＶ程度でよい
が、用いる圧電体により退官設定する。 尚、マイクロブリッジ部の形成は常法に従って行なえば
よい。超伝導体としては従来用いられていたＮｂ、　Ｐ
ｂ系のみならず、デバイスの小型化、安定性、操作の簡
便性等の点で優れているＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ，、Ｂ１−
３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０等の高温酸化物超伝導体を用いる
ことができる。 以上の構成において、圧電体に電圧を印加させながら下
部基板上に形成されている超伝導体の電流−電圧特性を
常法に従い測定し、該印加電圧と該電流−電圧特性の関
係を求め、所望の特性が得られる所定の電圧を特定する
。すなわち、電圧の調整により電流−電圧特性を調整す
ることが可能となる。この結果、一定した電流−電圧特
性を持つジョセフソン接合を多数作製することが可能と
なり、性能の安定したデイバイスを構成することができ
る。 【実施例〕 以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。 尚、以下に示す実施例では、超伝導体、圧電体として数
種の組み合わせのみを示したが、プロセス上作製可能な
らば他の材料の組み合わせでもジョセフソン接合の電流
−電圧特性を制御する効果が得られることは明らかであ
る。 実施例１ 第１図に本実施例で用いられたデバイスの構成を示す透
視模式平面を示す。第２図は第１図Ａ−Ａ゛の模式断面
図である。 該デイバイスは次の様に作製した。 まず、下部基板１　（ＭｇＯｌ上に超伝導体２　（ＹＢ
ａ＝Ｃｕ３０ｔ−ａ　）を厚さ８０００人で成膜しマイ
クロブリッジ型にパターニングし、さらにその上部に電
極３（Ｃｒ／Ａｕ）を蒸着した。ブリッジ部の拡大図を
第３図に示す（ブリッジ部の幅は４μｍであった）。 また、上部基板９　（Ｓｉ）上には、電極８　（ＡＩ）
、厚さ１μｍの圧電体７　（ＺｎＯ）　、さらにその上
に絶縁膜４　（Ｓｉｎ）　、電極５　（ＡＩ）、絶縁膜
６　（Ｓｉｎ）の順にパターニング形成した。その後、
上部基板９と下部基板ｌを対向させてメカニカルステー
ジを利用した機械的方法により密着した。 このようにして作製したジョセフソン接合素子におイテ
、圧電体７　ニｆ　＝　５０ｋＨｚ　、　Ｖ　＝　０〜
ＩＯＶの交流電圧を印加したところロックインアンプを
通して得た該ジョセフソン接合の電流−電圧特性曲線は
第４図のように変化した。この結果より、複数のジョセ
フソン接合を作製した場合、それぞれの接合に印加する
電圧を適当に定めることにより、すべての接合の電流−
電圧特性をそろえることが可能となる。 実施例２ 実施例１において、超伝導体２の部分をＢ１−５ｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−０系超伝導体に置き換え、圧電体７をＡＩＮ
に置き換えた。２枚の基板の固定は、メチルメタクリレ
ートに重合開始剤ＢＰＯ１％を添加し、７０℃で１時間
脱ガスし、その後さらに６時間放置し重合させ全体をバ
ッキングすることで行なった。また、印加する電圧をＩ
ＯＶ直流電圧としたところ、第４図とほぼ同様の電流−
電圧特性の変化がみられた。 実施例３ 実施例１において、超伝導体２の部分をＮｂ（厚さ２０
００人）、圧電体７をＡＩＮに置き換久、２枚の基板を
ヒートシール付きのＰＥＴフィルムにはさみ、１４０℃
に加熱しバッキングして固定した。またブリッジ部の幅
を１．５μｍにしたところ、第５図のような電流−電圧
特性曲線が得られた。 〔発明の効果〕 以上説明したように、圧電体を用いてマイクロブリッジ
部に微小な構造的変化を与えることにより一定した電流
−電圧特性を持つジョセフソン接合を多数作製すること
ができ、デバイス全体としての性能の安定化を容易に計
ることができるとともに、個々のデバイス間の性能のバ
ラツキを抑えることが可能となる。 又、本発明によれば従来用いられてきたＮｂ、　Ｐｂ系
等の超伝導体のみならず、高温酸化物超伝導体を用いた
ジョセフソン接合素子の品質安定化を飛躍的に高めるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１において用いたジョセフソン接合素子
の透視模式平面図、 第２図は第１図Ａ−Ａ’の模式断面図５第３図は第１図
に示したジョセフソン接合素子のマイクロブリッジ部の
模式拡大図、 第４図は実施例１において用いたジョセフソン接合素子
の電流−電圧特性図、 第５図は実施例３において用いたジョセフソン接合素子
の電流−電圧特性図である。 ｌ・・・基板 ２・・・超伝導体 ３・・・電極 ４・・・絶縁膜 ５・・・電極 ６・・・絶縁膜 ７・・・圧電体 ８・・・電極 ９・・・上部基板 特許出願人　　キャノン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）平面型マイクロブリッジジョセフソン接合素子にお
   いて、該素子のマイクロブリッジ部上に固定した圧電体
   に所定の電圧を印加することにより行なうことを特徴と
   する該素子の電流−電圧特性制御法。 ２）平面型マイクロブリッジジョセフソン接合素子にお
   いて、基板上に形成されているマイクロブリッジ部上に
   、別の基板上に形成されている圧電体から成る圧電部を
   接触させた状態で両基板を固定して成る平面型マイクロ
   ブリッジジョセフソン接合素子。