JPH0228384A - 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素子に関し、更に詳しくは、
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系等の高温超電導体を用いたジョセ
フソン接合素子に関する。

〈従来の技術〉 Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系等のセラミックス高温超電導体の
薄膜を用いて、マイクロブリッジ型のｄｃｓＱＵＩＤを
始めとする、マイクロブリッジ構造のジョセフソン接合
部を有するデバイスを作成する技術は、既に種々のもの
が提案されている。

従来のこの種のジョセフソン接合部の製法は、まず、５
ｒＴｉ０３．ＭｇＯもしくはＹＳＺ（イツトリア安定化
ジルコニア）等の、高温超電導薄膜に対して不活性で整
合性の良い基板上の全面に、−様にＹ＋ＢａｚＣｕ、、
Ｏｘ等の薄膜をスパッタもしくはＥＢ蒸着する。次に、
その薄膜の上面にフォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフィ等によってマイクロブリッジ部分を有する所望
のパターニングをした後、そのフォトレジストを保護膜
としてリン酸、硝酸等のエツチング液を用いてウェット
エツチングし、上記パターンのＹ、ＢａｚＣｕ３０Ｘ薄
膜を残す。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、上述のような工程によってＳ　ｒ　Ｔ　ｉ　
Ｏ３等の基板上に形成されたｄｃｓＱＵＩＤ等では、パ
ターニング前の薄膜の状態に対して臨界温度が５〜ＩＯ
Ｋ程度低下し、デバイスの動作温度が下がってしまうと
いう問題がある。

この原因は、フォトレジスト塗布パターニング工程およ
びウェットエツチングの工程において、Ｙ、Ｂａ２Ｃｕ
３０ｘ薄膜に水が接触する結果、薄膜を劣化させるため
と考えられている。この劣化に対処するため、後工程と
してプラズマ酸化を施しても、臨界温度は元の状態には
戻らない。

本発明はこの点に鑑みてなされたもので、高温超電導薄
膜の持つ本来の特性を生かしたままの状態を維持し、つ
まり使用する高温超電導薄膜の本来の臨界温度を持ち、
もってデバイスの動作温度を従来より高めたジョセフソ
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の構成を、実施例に対応する
第１図を参照しつつ説明すると、本発明は、基板１上に
、マイクロブリッジ形状のパターンを有する中間層２が
形成され、その上方に中間層２を覆うよう高温超電導薄
膜３が形成されてなっている。そして、基板１は、高温
超電導薄膜３に対して活性の材料により、また、中間層
２は、高温超電導薄膜３に対して不活性の材料によって
、それぞれ形成されている。

ここで、高温超電導薄膜３とは、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−〇系
、Ｌａ−３ｒ−Ｃｕ−０系、Ｌａ−Ｂａ−Ｃｕ−０系等
のいわゆるセラミックス系超電導材料製の薄膜をいい、
また、この高温超電導薄膜３に対して活性の材料とは、
Ｓｉ、Ｓｉｎ、、Ａ１．０゜等の、高温超電導薄膜３の
製膜〜熱処理等の工程に際して薄膜３との接触によって
これと反応し、良好な超電導相を得ることのできない材
料をいう。

更に、高温超電導薄膜３に対して不活性の材料とは、Ｍ
ｇＯ，ＺｒＯ，、ＹＳＺ、５ｒＴｉＯ：＋、ＣａＦ。

Ｐ５等、高温超電導薄膜３の製膜〜熱処理等の工程に際
して薄膜３と接触状態にあっても反応しにく（良好な超
電導相を得ることのできる材料をいつ。

く作用〉 Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系等のセラミックス系の高温超電導
材料からなる薄膜は、一般に、その基板材料との整合性
に基づいて超電導相が得られ、もしくは得られない。あ
るいは整合性の劣悪により臨界温度が極端に低下する。

第１図の構造において、高温超電導薄膜３は、この薄膜
３に対して活性材料である基板１に載っている部分は超
電導を示さず、整合性の良い中間層２の上方にある部分
Ｐ、のみが超電導となる。

従って、高温超電導薄膜３自体をパターニングすること
なく、中間層２のパターンと同じパターンの超電導相が
得られ、高温超電導薄膜３の製薄膜後にフォトリソグラ
フィやウェットエツチング等の工程を必要とせず、所期
の目的を達成できる。

〈実施例〉 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。

第１図は本発明をマイクロブリッジ型のｄｃｓＱＵＩＤ
に適用した場合の構造を示す平面図（ａ）とそのｂ−ｂ
断面端面図（ハ）である。

Ｓｔ基板１上に、２箇所のマイクロブリッジ部分２１ａ
、２１ｂとホール部２２を備えた、全体としてループ状
の中間層２が形成されている。この中間層２は、例えば
Ｚｒ０ｚ製の膜体である。

そして、この中間層２の上方から、Ｓｉ基板１の全面に
亘ってＹ　１　Ｂ　ａ　ｚ　Ｃｕ　３０　ｘ製の高温超
電導薄膜３が形成されている。

次に、この実施例の製造方法を説明する。第２図はその
手順の説明図である。

まず、Ｓ　ｉ　（１００）方位の基板１上全面にＺｒＯ
□をスパッタし、中間層２を製膜する（第２図（ａ））
。

スパッタ条件は、ガス圧５　ＸＩＯ”２Ｔｏｒｒ、　Ｒ
Ｆパワー２００Ｗ、基板温度７００’Ｃで、膜厚１〜２
μｍ程度のＺｒＯ，中間層２を得た。

次に、フォトレジスト（Ａ　Ｚ　１３５０．ポジ型）４
を中間層２の上面全面に塗布しく第２図（ｂ））、その
フォトレジスト４をフォトリソグラフィによって第１図
（ａ）に示す形状にパターニングした（第２図（Ｃ））
。その後、フォトレジスト４を保護膜にして、塩酸また
は硝酸をエツチング液としてＺ　ｒ　Ｏ。

中間層２をパターニングした（第２図（ｄ））、ここで
、マイクロブリッジ部２ｆａ、２？ｂは幅および長さが
２０μｍ、ホール部２２は５０　Ｘ　５０μｍとした。

その後、フォトレジスト４を剥離し、Ｙ、Ｂａ。

Ｃｕ３０ｘ薄膜３をスパッタリングによって製膜し、第
１図の構造を得た。このスパッタ条件はＺｒＯ□のスパ
ッタ条件と同じである。ターゲットとしてはＹ、１３ａ
３Ｃｕ、Ｏｘを用いた。また、膜厚は２μｍ程度である
。

次いで酸素中にて９００℃、２時間のアニールを行った
。

以上の本発明実施例によれば、Ｓｔ基板１の上に直接製
膜されたＹＨＢ　ａ　ｚ　Ｃｕ　ｘ　Ｏχ薄膜３は超電
導を示さず、ＺｒＯ，中間層２上に製膜されている部分
Ｐ、のみが超電導を示した。

これにより、中間層２のマイクロブリッジ部２１ａ、２
１ｂの上方の高温超電導薄膜３がジョセフソン接合とな
り、ホール部２２の上方の部分は超電導を示さずに磁束
鎖交部となり、ｄｃｓＱＵＩＤが得られた。

なお、基板１の材料としてはＳｔのほか、５ｉｎｚＡ１
□０．を採用することができる。また、中間Ｎ２の材料
としては、ＺｒＣｈのほか、ＭｇＯ，ＹＳＺ。

５ｒＴｉＯ，、、ＣａＦｚ、ｐｔ、、あるいはＢａＦ、
等を採用することができる。

また、中間層２の製膜法としてはスパッタ法のほか、プ
ラズマＣＶＤ法等の他の製膜法を採用することができ、
そのパターニングは、フォトリソグラフィのほか、電子
線露光、あるいはＸ線露光等の公知の手法を採用するこ
とができる。更に、高温超電導１ｔｌａ３の製膜法とし
ては、電子ビーム蒸着法等の他の公知の方法を用い得る
ことは勿論である。

更に、本発明はｄｃｓＱＵＩＤのほか、ジョセフソン接
合を有する他の任意の素子に適用し得ることは云うまで
もない。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、高温超電導薄膜
自体をパターニングすることなく、マイクロブリッジ形
のジョセフソン接合を得ることができるので、高温超電
導薄膜の製膜後にフォトリソグラフィやウェットエツチ
ング等の水を使用する工程を必要とすることなく、所望
のパターンのジョセフソン接合素子が得られ、高温超電
導薄膜への水の混入による劣化を防止し、素子の動作温
度を従来に比して５〜ＩＯＫ程度高くすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構造説明図で（ａ）は平面図、
（ｂ）はそのｂ−ｂ断面端面図、 第２図はその製造方法の説明図である。 １・・・基板 ２・・・中間層 ３・・・高温超電導薄膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上に、マイクロブリッジ形状のパターンを有する中
   間層が形成され、その上方に当該中間層を覆うよう高温
   超電導薄膜が形成されてなり、上記基板は、上記高温超
   電導薄膜に対して活性の材料により、また、上記中間層
   は、上記高温超電導薄膜に対して不活性の材料によって
   それぞれ形成されていることを特徴とする、ジョセフソ
   ン接合素子。