JPH02298085A - Manufacture of josephson device - Google Patents

Manufacture of josephson device

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JPH02298085A
JPH02298085A JP1118941A JP11894189A JPH02298085A JP H02298085 A JPH02298085 A JP H02298085A JP 1118941 A JP1118941 A JP 1118941A JP 11894189 A JP11894189 A JP 11894189A JP H02298085 A JPH02298085 A JP H02298085A
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metal
metal oxide
oxide superconducting
manufacturing
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晃 榎原
Hidetaka Tono
秀隆 東野
Kentaro Setsune
瀬恒 謙太郎
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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent characteristic deterioration of the superconductive film surface by providing a microslit part on a part of a double-layer film formed by piling a first metal film on a metal oxide superconductive film formed on a substrate by etching to divide the film into two electrode parts while piling a second metal film on a slit part for forming a junction part. CONSTITUTION:A metal oxide superconductive film 12 is formed on a substrate 11 and immediately thereafter a first metal film 13 is piled to form a double- layer film 15. A beam resist is applied on this double-layer film 15 followed by baking while forming a slit part into a resist film by an electron beam exposure development. Having this resist film as a mask, a slit part 17 is formed on the double-layer film 15 by an ion beam etching to divide the double-layer film 15 into two electrode parts 16. Next, a second metal film 14 is vapor- deposited allover the sample surface, thereon a negative type photoresist is applied followed by baking while irradiating ultra-violet rays on the resist to form a pattern for forming a junction part 18 by developing. Next, the second metal film 14 is etched by ion beam etching in order to form the junction part 18.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超電導応用技術であるジョセフソン素子の製造
方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method for manufacturing a Josephson device, which is a superconducting application technology.

従来の技術 近年発見された酸化物超電導体の中には、その超電導遷
移温度が液体窒素温度(77,3K)を越えるものがあ
り、超電導体の応用分野を大きく広げることとなった。
BACKGROUND OF THE INVENTION Among oxide superconductors discovered in recent years, some have superconducting transition temperatures exceeding liquid nitrogen temperatures (77.3 K), greatly expanding the field of application of superconductors.

その実用化の一つであるジョセフソン素子については、
酸化物超電導体を二つに割り、再びわずかに接触させた
ブレーク型ジョセフソン素子、酸化物超電導膜作製の際
に起こる粒成長の現象を積極的に利用する、いわゆる粒
界接合を利用したブリッジ型ジョセフソン素子、酸化物
超電導体間をAus  Ag等の貴金属で接続した近接
効果型(SNS型)ジョセフソン素子が従来試作されて
いる。また、Y−Ba−Cu−0やBi−Sr−Ca−
Cu−0やTi−Ba−Ca−Cu−0の酸化物超電導
体とNbやPb等の金属超電導体とのトンネル型ジョセ
フソン素子が試作されている。
Regarding the Josephson element, which is one of its practical applications,
A break-type Josephson device in which an oxide superconductor is split in half and brought back into slight contact, and a bridge that utilizes so-called grain boundary bonding, which actively utilizes the phenomenon of grain growth that occurs during the fabrication of oxide superconducting films. 2. Description of the Related Art A proximity effect type (SNS type) Josephson element in which oxide superconductors are connected with a noble metal such as Au Ag has been prototyped in the past. In addition, Y-Ba-Cu-0 and Bi-Sr-Ca-
Tunnel-type Josephson devices have been prototyped using oxide superconductors such as Cu-0 and Ti-Ba-Ca-Cu-0 and metal superconductors such as Nb and Pb.

金属酸化物超電導膜を利用したジョセフソン素子では、
ブレーク型や粒界接合型のものは、作製の際の再現性が
きわめて乏しいことが問題である。
In a Josephson device using a metal oxide superconducting film,
The problem with the break type and grain boundary bonding type is that the reproducibility during production is extremely poor.

また、トンネル型ジ日セフソン接合は、2つの超電導体
を絶縁体を介して、非常に接近(数nm以下)させる必
要があり、現在の技術では、酸化物高温超電導体を利用
する場合、製造は困難である。
In addition, tunnel-type di-N-Sefson junctions require two superconductors to be brought very close together (a few nanometers or less) via an insulator, and with current technology, when using oxide high-temperature superconductors, it is difficult to manufacture them. It is difficult.

これに対して、近接効果型(SNS型)のジョセフソン
接合は、超電導体と常電導金属などを直接接触させた場
合に、超電導電流の担い手であるクーパ一対が常電導金
属内に浸透する現象(近接効果)を利用している。超電
導体同士を常電導金属を間に介して接近させることによ
り弱く結合させ、ジョセフソン接合を形成するものであ
る。この近接効果型ジョセフソン接合は、トンネル型ジ
ョセフソン接合が超電導体同士を非常に接近させる必要
があるのに比較して、比較的超電導体の間隔を広くとれ
る(数百n1以上)ことから、作製精度に対する制約が
ゆるくなる利点がある。
On the other hand, a proximity effect type (SNS type) Josephson junction is a phenomenon in which when a superconductor and a normal conducting metal are brought into direct contact, a pair of Coopers, which carry superconducting current, penetrate into the normal conducting metal. (proximity effect) is used. A Josephson junction is formed by weakly coupling superconductors by bringing them close to each other with a normal conducting metal in between. This proximity effect type Josephson junction allows the superconductors to be relatively spaced apart (several hundreds of nanometers or more) compared to the tunnel type Josephson junction, which requires the superconductors to be very close to each other. This has the advantage that restrictions on manufacturing accuracy are relaxed.

発明が解決しようとする課題 しかし、金属酸化物超電導体は化学的な損傷に影響され
易く、特に、超電導体と空気中の水分との反応や超電導
体の構成元素である酸素の離脱などによって、超電導体
表面の超電導特性が劣化したり、あるいは、超電導性が
喪失したりすることがあり、これらの影響を防止するこ
とは重要な課題となっている。特に近接効果を利用した
ジョセフソン素子の場合、超電導体と金属の界面に、絶
縁体や半導体的な層が形成されてしまうと、素子の特性
が極端に劣化することが大きな問題であり、再現性およ
び制御性良くジョセフソン素子を製造するためには超電
導体界面の特性劣化の防止は解決しなければならない課
題である。
Problems to be Solved by the Invention However, metal oxide superconductors are susceptible to chemical damage, particularly due to reactions between the superconductor and moisture in the air and the release of oxygen, which is a constituent element of the superconductor. The superconducting properties of the superconductor surface may deteriorate or the superconductivity may be lost, and preventing these effects is an important issue. In particular, in the case of Josephson devices that utilize the proximity effect, a major problem is that if an insulator or semiconductor-like layer is formed at the interface between the superconductor and the metal, the characteristics of the device will deteriorate dramatically. In order to manufacture a Josephson device with good performance and controllability, prevention of deterioration of characteristics at the superconductor interface is an issue that must be solved.

また、SNS型ジeセフソン接合を形成するためには、
通常、超電導膜曇金WA−超電導膜の3層の積層構造が
利用されてきた。この構造を金属酸化物超電導薄膜を用
いて構成するためには、薄膜作製の際に多くの場合、基
板を加熱したり、あるいは、膜堆積後高塩で熱処理など
を必要とする。
In addition, in order to form a SNS type J-E Sefson junction,
Usually, a three-layer laminated structure of a superconducting film (gold WA) and a superconducting film has been used. In order to construct this structure using a metal oxide superconducting thin film, it is often necessary to heat the substrate during thin film fabrication, or to perform heat treatment with high salt after film deposition.

したがって、金属酸化物超電導体を含む多層膜の形成は
、膜間の相互拡散や、すでに堆積された膜の熱処理によ
る劣化などのため、極めて難しいのが現状である。従っ
て、新たなSNS接合形成方法の開発も重要な課題であ
る。
Therefore, it is currently extremely difficult to form a multilayer film containing a metal oxide superconductor due to interdiffusion between films and deterioration of already deposited films due to heat treatment. Therefore, the development of new methods for forming SNS junctions is also an important issue.

本発明は、このような従来技術の課題を解決することを
目的とする。
The present invention aims to solve the problems of the prior art.

課題を解決するための手段 第1の本発明(請求項1)のジョセフソン素子の製造方
法では、基板上に形成された金属酸化物超電導膜上に、
第1の金属膜を堆積させることによって形成した2層膜
の一部分に微小なスリットを設けることにより、上記2
層膜を2つの電極部に分割し、上記スリットの一部分に
、上記2つの電極部を電気的に接続するように第2の金
属膜を堆積させることにより接合部を形成し、ジョセフ
ソン素子を製造する。第2の金属膜を堆積した後、エツ
チングにより接合部を形成するか、あるいは、接合部の
第2の金属膜をリフトオフ法により形成する場合も有効
である。第1をおよび第2の金属膜の材料として、遷移
金属を利用する場合、また、上記遷移金属として、金、
白金、銀などの貴金属を用いる場合も有効である。
Means for Solving the Problems In the method for manufacturing a Josephson device according to the first aspect of the present invention (claim 1), on a metal oxide superconducting film formed on a substrate,
By providing a minute slit in a part of the two-layer film formed by depositing the first metal film, the second
The layered film is divided into two electrode parts, and a second metal film is deposited on a part of the slit so as to electrically connect the two electrode parts to form a joint part, thereby forming a Josephson element. Manufacture. It is also effective to form a joint by etching after depositing the second metal film, or to form the second metal film at the joint by a lift-off method. When a transition metal is used as the material for the first and second metal films, gold,
It is also effective when using noble metals such as platinum and silver.

第2の本発明(請求項4)のジョセフソン素子の製造方
法では、基板上に堆積させた金属膜の一部に微小な線路
部分を設け、上記金属膜上に金属酸化物超電導膜を形成
し、上記線路部分を横切るように上記金属酸化物超電導
膜にスリット部分を設けることにより、上記金属酸化物
超電導膜を2つの電極部に分割し、接合部を形成するこ
とによって、ジョセフソン素子を製造する。金属膜とし
て、白金、パラジウム、ニッケル等の遷移金属元素ある
いはこれらの金属合金を含む材料を用いた場合も有効で
ある。
In the method for manufacturing a Josephson device according to the second aspect of the present invention (claim 4), a minute line portion is provided in a part of a metal film deposited on a substrate, and a metal oxide superconducting film is formed on the metal film. By providing a slit portion in the metal oxide superconducting film across the line portion, the metal oxide superconducting film is divided into two electrode portions, and a joint portion is formed, thereby forming a Josephson device. Manufacture. It is also effective to use a material containing a transition metal element such as platinum, palladium, nickel, or an alloy of these metals as the metal film.

上記金属酸化物超電導膜としては、銅元素を含むものを
利用する場合、または、上記銅元素を含む金属酸化物超
電導膜中の酸素原子の一部を硫黄原子またはフッ素原子
で置換したものを利用した場合、または、上記銅元素を
含む金属酸化物超電導膜として、A−B−Cu−0複合
化合物を用いた場合も有効である。ここに、AはSC,
Y、la。
As the metal oxide superconducting film, one containing a copper element is used, or one in which some of the oxygen atoms in the metal oxide superconducting film containing the copper element are replaced with sulfur atoms or fluorine atoms is used. It is also effective to use an AB-Cu-0 composite compound as the metal oxide superconducting film containing the copper element. Here, A is SC,
Y, la.

およびLa系列元素(原子番号57.59〜60、E3
2〜71)の内少なくとも1桓、BはE3a、  Sr
などHa族元素の内少なくとも1種、かつA、  B元
素とCu元素の1度は、 0.5≦(A+B)/Cu≦2.5 である。さらに、上記銅元素を含む金属酸化物超電導膜
として、Bi−Sr−Ca−Cu−0化合物または上記
Bi−3r−Ca−Cu−0化合物中のSr原子の一部
をPbで置換された化合物、あるいは、Ti−Ba−C
a−Cu−Q化合物または上記TI−Ba−Ca −C
u −0化合物中のBa原子の一部をPb”r置換され
た化合物、あるいは、Nd−Ce−Cu−0化合物を用
いる場合も有効である。
and La series elements (atomic number 57.59-60, E3
2 to 71), B is E3a, Sr
At least one of the Ha group elements such as A and B elements and the Cu element satisfy the following relationship: 0.5≦(A+B)/Cu≦2.5. Furthermore, as the metal oxide superconducting film containing the copper element, a Bi-Sr-Ca-Cu-0 compound or a compound in which a part of the Sr atoms in the Bi-3r-Ca-Cu-0 compound are replaced with Pb. , or Ti-Ba-C
a-Cu-Q compound or the above TI-Ba-Ca-C
It is also effective to use a compound in which some of the Ba atoms in the u-0 compound are substituted with Pb''r, or a Nd-Ce-Cu-0 compound.

作用 発明者らは、近接効果を利用したジョセフソン素子の製
造方法において、良好な接合を形成するためには、超電
導体と金属との界面を清浄に保つことが非常に重要であ
ることを確認している。
The inventors confirmed that it is extremely important to keep the interface between the superconductor and metal clean in order to form a good bond in the Josephson device manufacturing method that uses the proximity effect. are doing.

そのため、本ジロセフソン素子の製造方法における第1
の本発明では、金属酸化物超電導膜を形成した直後に、
第1の金属膜を前記金属酸化物超電導膜上に堆積させた
2層膜を利用することにより、作製過程において、金属
酸化物超電導膜の金属膜との界面が直接露出することを
なくシ、超電導膜表面の特性劣化を防ぐことが可能とな
った。
Therefore, the first step in the manufacturing method of the present Jirosefson device is
In the present invention, immediately after forming the metal oxide superconducting film,
By using a two-layer film in which the first metal film is deposited on the metal oxide superconducting film, the interface between the metal oxide superconducting film and the metal film is not directly exposed during the manufacturing process. This makes it possible to prevent deterioration of the characteristics of the superconducting film surface.

また、上記2層膜にエツチングなどにより微小なスリッ
ト部分を形成し、上記スリブl一部分を電気的に短絡す
るように、第2の金属膜で、接合部を形成するため、超
電導膜を多層に形成する必要がなく、従来からある微細
加工及び薄膜作製技術により接合を形成できる。
In addition, in order to form a minute slit part in the two-layer film by etching or the like, and to form a joint part with a second metal film so as to electrically short-circuit a part of the slit l, the superconducting film is multilayered. The bond can be formed using conventional microfabrication and thin film fabrication techniques.

また、第2の本発明において、発明者らは、白金、パラ
ジウム、ニッケルなどの金属膜の上に特性の良好な金属
酸化物超電導膜が作製できることを利泪し、上記金属膜
を基板上に作製後、接合部分として、上記金属膜に微小
な線路部分を設け、その上に、金属酸化物超電導膜を堆
積させ、上記線路部分を横切るように金属酸化物超電導
膜に微小なスリット部分を設けることにより、金属酸化
物超電導膜の下にある金属膜を通して、近接効果により
ジョセフソン接合が形成できることを見いだした。この
製造方法においても、金属酸化物超電導膜の金属膜との
界面が露出することはなく、さらに、金属膜は基板上に
1度堆積させるのみで済むことから作製プロセスが簡略
化される。
In addition, in the second invention, the inventors have discovered that a metal oxide superconducting film with good characteristics can be fabricated on a metal film such as platinum, palladium, or nickel, and the above-mentioned metal film is placed on a substrate. After fabrication, a minute line portion is provided in the metal film as a bonding portion, a metal oxide superconducting film is deposited thereon, and a minute slit portion is provided in the metal oxide superconducting film so as to cross the line portion. As a result, we found that a Josephson junction can be formed through the metal film underlying the metal oxide superconducting film due to the proximity effect. Also in this manufacturing method, the interface between the metal oxide superconducting film and the metal film is not exposed, and furthermore, the metal film only needs to be deposited once on the substrate, which simplifies the manufacturing process.

実施例 以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。
Examples Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.

実施例1 第1の本発明のジロセフソン素子の製造方法の一実施例
により作製されたジロセフソン素子の構成を第1図に、
その断面を第2図に示す。Mg0(100)前基板11
上にY−Ba−Cu−0からなる金属酸化物超電導膜1
2(膜厚300nm)をrfマグネトロンスパッタリン
グ法により形成し、その後ただちに第1の金属膜13と
して金(50nm)を真空蒸着法により堆積させ、2層
膜15を形成した。この2層膜15上に電子ビームレジ
ストである0EBR−1000をスピンコーティングに
より塗布し、ベーキングの後、電子ビーム露光および現
像により約0. 5μm幅のスリット部分をレジスト膜
に形成した。このレジスト膜をエツチングマスクとして
、Arイオンビームエツチング(イオン加速電圧550
 V、  イオンビーム電流密度570μA/cm2、
約10分間)により、2層膜15に約500nm幅のス
リット部分17を形成し、上記2層膜15を2つの電極
部分16に分割した。エツチングの後、表面に残ったレ
ジスト膜は酸素プラズマによるアッシングで取り去った
Example 1 The structure of a girosefson device manufactured by an embodiment of the method for manufacturing a girosefson device of the first invention is shown in FIG.
Its cross section is shown in FIG. Mg0 (100) front substrate 11
Metal oxide superconducting film 1 made of Y-Ba-Cu-0 on top
2 (thickness: 300 nm) was formed by RF magnetron sputtering, and immediately thereafter gold (50 nm) was deposited as the first metal film 13 by vacuum evaporation to form a two-layer film 15. On this two-layer film 15, an electron beam resist 0EBR-1000 is applied by spin coating, and after baking, electron beam exposure and development are performed to approximately 0.0. A slit portion with a width of 5 μm was formed in the resist film. Using this resist film as an etching mask, Ar ion beam etching (ion acceleration voltage 550
V, ion beam current density 570 μA/cm2,
For about 10 minutes), a slit portion 17 with a width of about 500 nm was formed in the two-layer film 15, and the two-layer film 15 was divided into two electrode portions 16. After etching, the resist film remaining on the surface was removed by ashing using oxygen plasma.

次に、試料表面全面に、第2の金属膜14として金(5
0nm)を真空蒸着し、その上にネガ型フォトレジスト
0MR87(東京応化製)をスピンコーティングにより
塗布し、ベーキングした。
Next, a second metal film 14 of gold (5
0 nm) was vacuum evaporated, a negative photoresist 0MR87 (manufactured by Tokyo Ohka) was applied thereon by spin coating, and baked.

レジストにクロムマスクを用いたコンタクト露光法によ
り紫外線を照射し、現像により接合部18形成のための
パターンを形成した。Arイオンビームエツチング(加
速電圧560V1  イオン電流密度570μA/cm
2.5分間)により、第2の金属膜14をエツチングし
、接合部18を形成した。
The resist was irradiated with ultraviolet rays by a contact exposure method using a chrome mask, and developed to form a pattern for forming the bonding portion 18 . Ar ion beam etching (acceleration voltage 560V1 ion current density 570μA/cm
The second metal film 14 was etched for 2.5 minutes to form a bonding portion 18.

金属酸化物超電導膜12の形成では、基板を約600℃
に加熱し、圧力064Paのアルゴン、酸素の混合ガス
(分圧比2: 1)中に、高周波電力150Wを投入し
、約20分間のスパッタリングで形成した。この金属酸
化物超電導膜は特に形成後に熱処理などを行なうことな
く良好な超電導特性(超電導転移温度約90K)を示し
、また、膜表面は微細加工に十分適する程度の表面平坦
度を有していた。
In forming the metal oxide superconducting film 12, the substrate is heated to about 600°C.
A high frequency power of 150 W was applied to a mixed gas of argon and oxygen (partial pressure ratio 2:1) at a pressure of 064 Pa, and sputtering was performed for about 20 minutes. This metal oxide superconducting film showed good superconducting properties (superconducting transition temperature of approximately 90 K) without any particular heat treatment after formation, and the film surface had a surface flatness that was sufficiently suitable for microfabrication. .

この試料を、金属酸化物超電導膜12の超電導転移温度
以下に冷却し、2つの電極部分16間の電圧電流特性を
測定した結果、超電導電流を確認し、近接効果型ジョセ
フソン接合特有の非線形特性を示すことを確認した。ま
た、20GHz付近の周波数のマイクロ波を接合部18
に照射した場合、電流電圧特性の曲線上に、ジョセフソ
ン効果に起因する電圧の跳び(シャピロステップ)が観
測され、ジョセフソン接合が形成されていることが明確
に確認できた。
This sample was cooled to below the superconducting transition temperature of the metal oxide superconducting film 12, and the voltage-current characteristics between the two electrode parts 16 were measured. As a result, a superconducting current was confirmed, and nonlinear characteristics peculiar to the proximity effect type Josephson junction were observed. It was confirmed that In addition, microwaves with a frequency around 20 GHz are applied to the joint 18.
When irradiated with irradiation, a voltage jump (Shapiro step) due to the Josephson effect was observed on the current-voltage characteristic curve, clearly confirming the formation of a Josephson junction.

前記実施例では、接合部18を形成するために、あらか
じめ2層膜15表面全体に蒸着した第2の金属膜14を
Arイオンビームエツチングによりパターン化する方法
を利用したが、接合部18形成のためにはスリット部1
7を微小な幅の金属膜によって接続できれば十分である
ことから、通常のりフトオフ法により接合を形成するこ
とも可能である。実際に、本発明者らは、2層膜15に
スリット部17を形成した後に、リフトオフに適したポ
ジ型フォトレジストMP1400−17 (シブレイ社
製)をスピンコードし、フォトリングラフイーの手法に
より、接合部18のみを取り除いたパターンをレジスト
に形成し、その上に、金属タンタル(約50nm)をス
パッタ蒸着し、アセトン中に浸すことにより、リフトオ
フにより不用な部分のタンタルを取り除き、接合部15
を形成した。本実施例では、リフトオフが容易な金属タ
ンタルを利用したが、レジスト膜の側面の形状が良好で
あれば、金を始めとした他の金属膜の利用も可能であり
、エツチングされにくい金属を第2の金属膜14として
利用することも可能であることを確認している。なお、
第1の金属膜13の形成を金属酸化物超電導膜12の形
成後、同じ真空中で続けて行なうと、より一届良好な特
性の素子が得られた。
In the embodiment described above, in order to form the joint part 18, a method was used in which the second metal film 14, which had been deposited in advance on the entire surface of the two-layer film 15, was patterned by Ar ion beam etching. For this, slit part 1
Since it is sufficient to connect 7 with a metal film having a minute width, it is also possible to form a bond by a normal lift-off method. In fact, after forming the slit portion 17 in the two-layer film 15, the present inventors spin-coded a positive photoresist MP1400-17 (manufactured by Sibley Co., Ltd.) suitable for lift-off, and used a photophosphorography technique. , a pattern from which only the joint 18 is removed is formed on the resist, and metal tantalum (approximately 50 nm) is sputter-deposited on it, and tantalum is immersed in acetone to remove unnecessary portions of tantalum by lift-off.
was formed. In this example, the metal tantalum, which is easy to lift off, was used, but if the shape of the side surface of the resist film is good, it is also possible to use other metal films such as gold, and a metal that is difficult to etch may be used as the first material. It has been confirmed that it can also be used as the metal film 14 of No. 2. In addition,
When the first metal film 13 was formed continuously in the same vacuum after the formation of the metal oxide superconducting film 12, an element with even better characteristics was obtained.

また、第1および第2の金属膜の材料として、金、タン
タル以外にも、遷移金属を利用する場合も有効である。
In addition to gold and tantalum, it is also effective to use transition metals as materials for the first and second metal films.

上記遷移金属として、金、白金、銀などの貴金属を用い
る場合は、2層膜表面が特に化学的に安定となり、金属
酸化物超電導膜との相互作用もないことから、きわめて
有効であることを確認している。
When noble metals such as gold, platinum, and silver are used as the transition metal, the surface of the two-layer film becomes particularly chemically stable and there is no interaction with the metal oxide superconducting film, making it extremely effective. I've confirmed it.

実施例2 第2の本発明のジョセフソン素子の製造方法の一実施例
により作製されたジョセフソン素子の構成を第3図に示
す。Mg0(100)面基板31上に金属膜32として
、白金(50nm)をdcマグネトロンスパッタリング
により形成した。この白金による金属膜32の上に、ポ
ジ型フォトレジストマイクロポジット1400−17 
(シプレー社製)を塗布し、クロムマスクを用いた接触
露光により、上記レジストに紫外線を照射し、現像を行
なった。このパターン化されたレジスト膜をマスクとし
て、Arイオンビームエツチングにより、上記金属膜3
2を第3図に示すような微小な線路部分35を形成した
後、上記レジスト膜をアセトンを用いて剥離した。上記
金属膜32上に金属酸化物超電導膜33をrfマグネト
ロンスパッタリングにより形成した。この金属酸化物超
電導膜33(約300 nm)の作製は先の実施例と同
様の条件で行なった。さらに、上記金属酸化物超電導膜
33上に電子ビーム用ポジ形レジスト0EBR−too
o c東京応化製)を塗布し、電子ビーム描画法により
、幅約0.5μmのスリット状パターンを形成した。上
記レジスト膜をエツチングマスクとして、塩素ガスを用
いた反応性イオンエツチングによって、金属酸化物超電
導膜層33のみをエツチングし、第3図に示すようなス
リット部分36を形成することにより、上記金属酸化物
超電導膜33を2つの電極部分34に分割し、接合部を
形成した。金属酸化物超電導膜33上に残ったレジスト
膜を酸素プラズマアッシャ−によって取り除いた後、真
空蒸着によって金電極を設け、接合の電気的特性を観測
した。その結果、本製造方法によって作製したジョセフ
ソン素子も、先の実施例1の手法によって作製したジョ
セフソン素子と同様な特性を示すことを確認した。
Example 2 FIG. 3 shows the structure of a Josephson device manufactured by an example of the method for manufacturing a Josephson device according to the second invention. Platinum (50 nm) was formed as a metal film 32 on an Mg0 (100) plane substrate 31 by DC magnetron sputtering. On this metal film 32 made of platinum, a positive photoresist microposit 1400-17 is placed.
(manufactured by Shipley), and the resist was developed by irradiating ultraviolet rays through contact exposure using a chrome mask. Using this patterned resist film as a mask, the metal film 3 is etched by Ar ion beam etching.
After forming a minute line portion 35 as shown in FIG. 3 on 2, the resist film was peeled off using acetone. A metal oxide superconducting film 33 was formed on the metal film 32 by RF magnetron sputtering. This metal oxide superconducting film 33 (approximately 300 nm) was manufactured under the same conditions as in the previous example. Further, on the metal oxide superconducting film 33, a positive resist for electron beam 0EBR-too is applied.
oc (manufactured by Tokyo Ohka) was applied, and a slit-like pattern with a width of about 0.5 μm was formed by electron beam lithography. Using the resist film as an etching mask, only the metal oxide superconducting film layer 33 is etched by reactive ion etching using chlorine gas to form a slit portion 36 as shown in FIG. The physical superconducting film 33 was divided into two electrode portions 34 to form a joint. After removing the resist film remaining on the metal oxide superconducting film 33 using an oxygen plasma asher, a gold electrode was provided by vacuum evaporation, and the electrical characteristics of the bond were observed. As a result, it was confirmed that the Josephson element manufactured by this manufacturing method also exhibited the same characteristics as the Josephson element manufactured by the method of Example 1 above.

本実施例では、反応性イオンエツチングをスリット部分
3S形成のために用いたが、特にこの手法に限定される
ことはなく、金属酸化物超電導体に対する損傷が少ない
とされているArイオンビームエツチングを利用するこ
とも可能である。但し、Arイオンビームエツチングは
反応性イオンエツチングと異なり、材料の種類によるエ
ツチングレートの差が小さいという特徴がある。そのた
め、金属酸化物超電導膜33をエツチングするためには
、その下の金属膜32も幾分エツチングされる。そこで
、Arイオンビームエツチングを利用する際には、金属
膜32の膜厚を1100n以上の厚さにすることで、金
属酸化物超電導膜33のエツチングの際に、金ryt膜
32が完全にエツチングされ、線路部分35が切断され
ることを防ぐことができることを確認している。
In this example, reactive ion etching was used to form the slit portion 3S, but the method is not limited to this, and Ar ion beam etching, which is said to cause less damage to metal oxide superconductors, may be used. It is also possible to use However, unlike reactive ion etching, Ar ion beam etching is characterized in that the difference in etching rate depending on the type of material is small. Therefore, in order to etch the metal oxide superconducting film 33, the underlying metal film 32 is also etched to some extent. Therefore, when using Ar ion beam etching, the thickness of the metal film 32 is set to 1100 nm or more, so that the gold ryt film 32 is completely etched when the metal oxide superconducting film 33 is etched. It has been confirmed that the line portion 35 can be prevented from being cut.

また、金属膜32として、白金を用いたが、この他にも
、パラジウム、ニッケル等の遷移金属元素あるいはこれ
らの金属合金を含む材料を用いた場合にも、良好な特性
を宵する金属酸化物超電導膜33を形成でき、同様な特
性を有するジョセフソン素子を形成できることを確認し
ている。
In addition, although platinum is used as the metal film 32, materials containing transition metal elements such as palladium and nickel or metal alloys thereof may also be used as metal oxides that exhibit good properties. It has been confirmed that a superconducting film 33 can be formed and that a Josephson device having similar characteristics can be formed.

前記実施例1および2では、金属酸化物超電導膜として
、Y−Ba−Cu−0薄膜を利用したが、特にこの種の
超電導体に限る必要はなく、この他に銅元素を含む金属
酸化物超電導膜、または、上記銅元素を含む金属酸化物
超電導膜の酸素原子の一部を硫黄原子またはフッ素原子
で置換した金属酸化物超電導膜を利用した場合も、同様
の特性を有するジ1セフソン接合が作製できることを確
認している。このように、金属酸化物超電導膜中の酸素
原子を硫黄原子あるいはフッ素原子で置換したものは比
較的安定な超電導膜が得られることを確認している。上
記銅元素を含んだ金属酸化物超電導膜としては、A−B
−Cu−○複合化合物を用いたものも有効であることを
確認し、ている。ここに、AはSex  Y、  La
、  およびLa系列元素(原子番号57.59〜60
.62〜71)の内少なくとも1種、BはBa、Srな
どIIa族元素の内少なくとも1種、かつA、  B元
素とCu元素の濃度は、0、 5≦(A+B)/Cu≦
2.5 である。さらに、上記銅元素を含む金属酸化物超電導膜
として、Bi−Sr−Ca−Cu−0化合物または上記
Bi−Sr−Ca−Cu−0化合物中のSr原子の一部
をPbで置換された化合物、あるいは、Ti−Ba−C
a−Cu−Q化合物または上記Ti−Ba−Ca−Cu
−0化合物中のBa原子の一部をPbで置換された化合
物を用いる場合も有効であることを確認している。また
、常電導状態でのキャリアが電子であることを特徴とす
る金属酸化物超電導体であるNd−Ce−Cu−0化合
物を金属酸化物超電導膜として用いても、同様の特性を
有するジョセフソン素子が得られることを確認している
In Examples 1 and 2, a Y-Ba-Cu-0 thin film was used as the metal oxide superconducting film, but it is not limited to this type of superconductor, and metal oxides containing a copper element may also be used. When using a superconducting film or a metal oxide superconducting film in which some of the oxygen atoms in the metal oxide superconducting film containing the above-mentioned copper element are replaced with sulfur atoms or fluorine atoms, a di-1-Sefson junction with similar characteristics can be achieved. It has been confirmed that it can be produced. In this way, it has been confirmed that a relatively stable superconducting film can be obtained by replacing oxygen atoms in a metal oxide superconducting film with sulfur atoms or fluorine atoms. As the metal oxide superconducting film containing the above copper element, A-B
It has been confirmed that a method using a -Cu-◯ composite compound is also effective. Here, A is Sex Y, La
, and La series elements (atomic number 57.59-60
.. 62 to 71), B is at least one of group IIa elements such as Ba and Sr, and the concentrations of the A and B elements and the Cu element are 0, 5≦(A+B)/Cu≦
It is 2.5. Furthermore, as the metal oxide superconducting film containing the copper element, a Bi-Sr-Ca-Cu-0 compound or a compound in which a part of Sr atoms in the Bi-Sr-Ca-Cu-0 compound is replaced with Pb. , or Ti-Ba-C
a-Cu-Q compound or the above Ti-Ba-Ca-Cu
It has been confirmed that the use of a compound in which some of the Ba atoms in the -0 compound are substituted with Pb is also effective. Furthermore, even if a Nd-Ce-Cu-0 compound, which is a metal oxide superconductor characterized by the fact that carriers in a normal conductive state are electrons, is used as a metal oxide superconducting film, the Josephson film has similar characteristics. It has been confirmed that the device can be obtained.

また、金属酸化物超電導膜にスリット部分を形成するた
めのエツチングの手法として、Arイオンビームエツチ
ングおよび反応性イオン、エツチングについて実施例で
述べたが、これらの手法に限るコトはなく、高精度のエ
ツチングができるものなら特に問題はなく、例えば、反
応性イオンビームエツチング、集束イオンビームエツチ
ングなどの手法も適用可能である。特に、集束イオンビ
ームエツチングでは、マスクレスプロセスとなることか
ら、素子製造工程が簡略化され、作製精度も向上する。
In addition, although Ar ion beam etching and reactive ion etching have been described in the examples as etching methods for forming slit portions in metal oxide superconducting films, they are not limited to these methods; There is no particular problem as long as it can be etched, and techniques such as reactive ion beam etching and focused ion beam etching are also applicable. In particular, focused ion beam etching is a maskless process, which simplifies the device manufacturing process and improves manufacturing accuracy.

発明の効果 以上述べたように、本発明により、素子作製工程で、金
属酸化物超電導膜の金属膜との界面が直接表面に露出す
ることがなくなることから、金属酸化物超電導膜の金属
膜との界面の特性が、素子作製工程で劣化せず、極めて
再現性および制御性良く、ジョセフソン素子が作製でき
る。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, the interface between the metal oxide superconducting film and the metal film is not directly exposed to the surface during the device fabrication process. Josephson devices can be fabricated with extremely good reproducibility and controllability without degrading the interface characteristics during the device fabrication process.

また、本発明のジョセフソン素子の製造方法では、従来
の近接効果型接合形成の際、多くの場合必要とされてい
る超電導体の多層膜形成の必要がない。そのため、超電
導膜作製に伴う熱処理などによって、それ以前に形成さ
れた超電導膜や金属膜の変質がなく、現在の技術レベル
で十分に制御性良くジョセフソン接合を形成できる。
Further, in the method for manufacturing a Josephson device of the present invention, there is no need to form a multilayer film of superconductors, which is often required when forming a conventional proximity effect type junction. Therefore, there is no deterioration of previously formed superconducting films or metal films due to heat treatment associated with superconducting film fabrication, and Josephson junctions can be formed with sufficient controllability at the current technological level.

本発明の製造方法に基づき作製されたジョセフソン素子
を用いると液体窒素温度以上で動作する超電導量子干渉
計などが構成できる。また、高速光検出器やマイクロ波
ミキサーなどへの応用も期待できる。
By using a Josephson device manufactured based on the manufacturing method of the present invention, a superconducting quantum interferometer or the like that operates at a temperature higher than liquid nitrogen temperature can be constructed. It is also expected to be applied to high-speed photodetectors and microwave mixers.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は第1の本発明のジョセフソン素子の製造方法の
一実施例に基づき作製されたジョセフソン素子の斜視図
、第2図は上記ジョセフソン素子の断面図、第3図は第
2の本発明のジョセフソン素子の製造方法の他の実施例
に基づき作製されたジョセフソン素子の斜視図である。 11.31・・一基板、12.33I・・金属酸化物超
電導膜、13畳Φ−第1の全1!!iM、14争・壷第
2の金属膜、15拳・112層膜、16.34・・拳π
極部分、32・II金属膜、18・・・接合部、17.
3Bφφ・スリット部分、35φ壷会線路部分。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名/JWL妬
部分 12図 1δ棲金部
FIG. 1 is a perspective view of a Josephson device manufactured based on an embodiment of the method for manufacturing a Josephson device of the first invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the Josephson device, and FIG. FIG. 3 is a perspective view of a Josephson device manufactured based on another embodiment of the Josephson device manufacturing method of the present invention. 11.31...One substrate, 12.33I...Metal oxide superconducting film, 13 tatami Φ-first total 1! ! iM, 14 battles, urn second metal film, 15 fists, 112 layer film, 16.34...fist π
Pole portion, 32.II metal film, 18...junction, 17.
3Bφφ slit part, 35φ pot line part. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano, 1 person/JWL Envy Section 12 Figure 1 δ Seikan Department

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)基板上に形成された金属酸化物超電導膜上に、第
1の金属膜を堆積させることによって形成した2層膜の
一部分にエッチングにより微小なスリット部分を設ける
ことにより、前記2層膜を2つの電極部に分割し、前記
スリット部分の一部に、前記2つの電極部を電気的に接
続するように第2の金属膜を堆積させることにより、接
合部を形成することを特徴とするジョセフソン素子の製
造方法。 (2)第1および第2の金属膜の材料として、遷移金属
を利用することを特徴とする請求項1記載のジョセフソ
ン素子の製造方法。 (3)遷移金属として、金、白金、銀などの貴金属を用
いることを特徴とする請求項2記載のジョセフソン素子
の製造方法。 (4)基板上に堆積させた金属膜の一部分に微小な線路
部分を設け、前記金属膜上に金属酸化物超電導膜を形成
し、前記線路部分を横切るように前記金属酸化物超電導
膜にエッチングにより微小なスリット部分を設け、かつ
、前記線路部分の金属膜の一部分を残すようにすること
により、前記金属酸化物超電導膜を2つの電極部に分割
し、接合部を形成することを特徴とするジョセフソン素
子の製造方法。 (5)金属膜として、白金、パラジウム、ニッケル等の
遷移金属元素あるいはこれらの金属合金を含む材料を用
いたことを特徴とする請求項4項記載のジョセフソン素
子の製造方法。 (6)金属酸化物超電導膜として、銅元素を含むことを
特徴とする請求項1または4記載のジョセフソン素子の
製造方法。 (7)金属酸化物超電導膜として酸素原子の一部を硫黄
原子またはフッ素原子で置換することを特徴とする請求
項6記載のジョセフソン素子の製造方法。 (8)金属酸化物超電導膜としてA−B−Cu−O複合
化合物を用いる(ここに、AはSc、Y、La、および
La系列元素(原子番号57、59〜60、62〜71
)の内少なくとも1種、BはBa、SrなどIIa族元素
の内少なくとも1種、かつA、B元素とCu元素の濃度
は 0.5≦(A+B)/Cu≦2.5 である)ことを特徴とする請求項6記載のジョセフソン
素子の製造方法。 (9)金属酸化物超電導膜として、Bi−Sr−Ca−
Cu−O化合物、または前記Bi−Sr−Ca−Cu−
O化合物中のSr原子の一部をPbで置換された化合物
、あるいは、Ti−Ba−Ca−Cu−O化合物または
前記Ti−Ba−Ca−Cu−O化合物中のBa原子の
一部をPbで置換された化合物、あるいは、Nd−Ce
−Cu−O化合物を用いることを特徴とする請求項8記
載のジョセフソン素子の製造方法。
[Claims] (1) A minute slit portion is provided by etching in a portion of a two-layer film formed by depositing a first metal film on a metal oxide superconducting film formed on a substrate. The two-layer film is divided into two electrode parts, and a second metal film is deposited on a part of the slit part so as to electrically connect the two electrode parts, thereby forming a joint part. 1. A method for manufacturing a Josephson element, characterized by forming a Josephson element. (2) The method for manufacturing a Josephson device according to claim 1, wherein a transition metal is used as a material for the first and second metal films. (3) The method for manufacturing a Josephson element according to claim 2, wherein a noble metal such as gold, platinum, or silver is used as the transition metal. (4) A minute line portion is provided in a portion of the metal film deposited on the substrate, a metal oxide superconducting film is formed on the metal film, and the metal oxide superconducting film is etched across the line portion. The method is characterized in that the metal oxide superconducting film is divided into two electrode parts and a joint part is formed by providing a minute slit part and leaving a part of the metal film in the line part. A method for manufacturing a Josephson element. (5) The method for manufacturing a Josephson element according to claim 4, wherein the metal film is made of a material containing a transition metal element such as platinum, palladium, or nickel, or an alloy of these metals. (6) The method for manufacturing a Josephson device according to claim 1 or 4, wherein the metal oxide superconducting film contains a copper element. (7) The method for manufacturing a Josephson device according to claim 6, characterized in that part of the oxygen atoms in the metal oxide superconducting film are replaced with sulfur atoms or fluorine atoms. (8) A-B-Cu-O composite compound is used as the metal oxide superconducting film (here, A is Sc, Y, La, and La series elements (atomic numbers 57, 59-60, 62-71
), B is at least one of Group IIa elements such as Ba and Sr, and the concentration of A, B elements and Cu element is 0.5≦(A+B)/Cu≦2.5). 7. The method for manufacturing a Josephson device according to claim 6. (9) As a metal oxide superconducting film, Bi-Sr-Ca-
Cu-O compound or the Bi-Sr-Ca-Cu-
A compound in which some of the Sr atoms in the O compound are replaced with Pb, or a Ti-Ba-Ca-Cu-O compound, or a part of the Ba atoms in the Ti-Ba-Ca-Cu-O compound is replaced with Pb. or a compound substituted with Nd-Ce
9. The method for manufacturing a Josephson device according to claim 8, wherein a -Cu-O compound is used.
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