JPH0262083A - ジョセフソン接合の形成方法およびジョセフソン接合素子 - Google Patents
ジョセフソン接合の形成方法およびジョセフソン接合素子Info
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- JPH0262083A JPH0262083A JP63212419A JP21241988A JPH0262083A JP H0262083 A JPH0262083 A JP H0262083A JP 63212419 A JP63212419 A JP 63212419A JP 21241988 A JP21241988 A JP 21241988A JP H0262083 A JPH0262083 A JP H0262083A
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Classifications
-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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。
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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素子の製造方法およびこの製造方
法により作製したジョセフソン接合素子に関する。この
素子は磁場の測定用計測器、赤外検出器、増幅器、ジョ
セフソンコンピューター等に幅広く使われるものである
。
法により作製したジョセフソン接合素子に関する。この
素子は磁場の測定用計測器、赤外検出器、増幅器、ジョ
セフソンコンピューター等に幅広く使われるものである
。
（従来の技術〕
従来、ジョセフソン結合の形式としては、酸化スズ、酸
化アルミニウムのような酸化物、銅のような常伝導金属
、超伝導材の一部を細くしたもの、超伝導材の一部を細
くした上に常伝導金属を取り付けたものなどと超伝導材
を接触させたポイントコンタクトなどを利用する型式が
知られている。このポイントコンタクト型のジョセフソ
ン接合を作るにはいくつかの方法があるが、最も簡単な
方法は、第５図に示したように超伝導体１の線材の一端
を針のように細くし、これを超伝導体に押しつけるもの
である。この方法は極めて簡単であるが、押しつける力
により接触面積が異なるため素子の特性に再現性がなく
、さらに小型化がむすかしいという問題がある。
化アルミニウムのような酸化物、銅のような常伝導金属
、超伝導材の一部を細くしたもの、超伝導材の一部を細
くした上に常伝導金属を取り付けたものなどと超伝導材
を接触させたポイントコンタクトなどを利用する型式が
知られている。このポイントコンタクト型のジョセフソ
ン接合を作るにはいくつかの方法があるが、最も簡単な
方法は、第５図に示したように超伝導体１の線材の一端
を針のように細くし、これを超伝導体に押しつけるもの
である。この方法は極めて簡単であるが、押しつける力
により接触面積が異なるため素子の特性に再現性がなく
、さらに小型化がむすかしいという問題がある。
この問題を解決するための方法としては薄膜技術を利用
する方法が知られている。この方法は、第６図に示した
ように基板３の上に超伝導薄膜１を形成し、引き続いて
絶縁体２を形成した後、例えばフォトリソグラフィー技
術により絶縁膜に細孔を作り、その上に再度超伝導薄膜
１′を形成してジョセフソン接合を作製するというもの
である。
する方法が知られている。この方法は、第６図に示した
ように基板３の上に超伝導薄膜１を形成し、引き続いて
絶縁体２を形成した後、例えばフォトリソグラフィー技
術により絶縁膜に細孔を作り、その上に再度超伝導薄膜
１′を形成してジョセフソン接合を作製するというもの
である。
しかしながら、上記方法ではジョセフソン接合素子を小
型化できるという利点があるが、絶縁膜２を薄膜技術で
形成しているために起る問題があった。つまり、絶縁膜
はバルクに比べるとバッキング密度が小さく、また一般
には５ｉ０２やＡＩＮ、Ｓｉ３ Ｎ４．ＭｇＯなどの化
合物を使うことが多く、組成分布のバラつきが生じやす
いため、ジョセフソン接合部以外でも素子動作時に弱結
合的に動作する部分が発生しやすく、このため素子の特
性の再現性、信頼性に問題があった。さらに、例えば第
６図の場合、基板３と絶縁膜２との材料が異なることが
多く、この場合超伝導材料１と１′の結晶性が異なり、
このことが素子特性を低下させる原因となっていた。
型化できるという利点があるが、絶縁膜２を薄膜技術で
形成しているために起る問題があった。つまり、絶縁膜
はバルクに比べるとバッキング密度が小さく、また一般
には５ｉ０２やＡＩＮ、Ｓｉ３ Ｎ４．ＭｇＯなどの化
合物を使うことが多く、組成分布のバラつきが生じやす
いため、ジョセフソン接合部以外でも素子動作時に弱結
合的に動作する部分が発生しやすく、このため素子の特
性の再現性、信頼性に問題があった。さらに、例えば第
６図の場合、基板３と絶縁膜２との材料が異なることが
多く、この場合超伝導材料１と１′の結晶性が異なり、
このことが素子特性を低下させる原因となっていた。
本発明は基板、絶縁膜及び超伝導薄膜の上述のような欠
点を改良し、再現性、信頼性に優れたジョセフソン接合
及び素子を提供しようとするものである。
点を改良し、再現性、信頼性に優れたジョセフソン接合
及び素子を提供しようとするものである。
本発明に、よれば、結晶性が制御された超伝導体薄膜を
形成できる基板の片面に超伝導体薄膜を形成した後に該
基板のもう一方の片面からジョセフソン接合を形成する
ための細孔を１つ以上設けるか、又は結晶性が制御され
た超伝導体薄膜を形成できる基板にジョセフソン接合を
形成するための細孔を１つ以上設けた後に該基板の片面
に超伝導体薄膜を形成し、次に該基板の超伝導体薄膜の
形成されていない面に前記と同様にして超伝導体薄膜を
形成することによって結晶性がほとんど同一な超伝導体
薄膜を基板の両面に形成することができ、又均−な細孔
も設定でき、さらにこのような基板は結晶性が安定して
いるため、結果的に再現性、信頼性の優れたジョセフソ
ン接合素子を製作することができる。
形成できる基板の片面に超伝導体薄膜を形成した後に該
基板のもう一方の片面からジョセフソン接合を形成する
ための細孔を１つ以上設けるか、又は結晶性が制御され
た超伝導体薄膜を形成できる基板にジョセフソン接合を
形成するための細孔を１つ以上設けた後に該基板の片面
に超伝導体薄膜を形成し、次に該基板の超伝導体薄膜の
形成されていない面に前記と同様にして超伝導体薄膜を
形成することによって結晶性がほとんど同一な超伝導体
薄膜を基板の両面に形成することができ、又均−な細孔
も設定でき、さらにこのような基板は結晶性が安定して
いるため、結果的に再現性、信頼性の優れたジョセフソ
ン接合素子を製作することができる。
又逆に、このように同一基板の両面に超伝導体薄膜が形
成されている構造であるため、基板が絶縁膜としての機
能も有し、新たに別の絶縁膜は必要とならないことから
結果的に同一結晶性の超伝導体薄膜を絶縁膜両面に形成
でき、ざらに細孔も安定して形成できる。
成されている構造であるため、基板が絶縁膜としての機
能も有し、新たに別の絶縁膜は必要とならないことから
結果的に同一結晶性の超伝導体薄膜を絶縁膜両面に形成
でき、ざらに細孔も安定して形成できる。
本発明によるジョセフソン接合の製造方法の概略を第１
図に示す。まず、例えばＭｇＯ単結晶のように結晶性が
均一な基板３に超伝導材料１を成膜する（第１図（ａ）
）。次に、例えばＡｒ′″レーザー等を利用してのイオ
ンミーリングにより基板３に細孔を作る（第１図（ｂ）
）。最後に第１図（ｂ）の試料を上下逆にして基板３上
に超伝導材料１′を成膜する。又は基板にＡｒ”ビーム
等で細孔を形成した後に超伝導材料を両面に成膜しても
良い。この場合、まず細孔の径の大きい面に成膜し、次
いで径の小さい面に成膜するという手順で行うことがで
きる。
図に示す。まず、例えばＭｇＯ単結晶のように結晶性が
均一な基板３に超伝導材料１を成膜する（第１図（ａ）
）。次に、例えばＡｒ′″レーザー等を利用してのイオ
ンミーリングにより基板３に細孔を作る（第１図（ｂ）
）。最後に第１図（ｂ）の試料を上下逆にして基板３上
に超伝導材料１′を成膜する。又は基板にＡｒ”ビーム
等で細孔を形成した後に超伝導材料を両面に成膜しても
良い。この場合、まず細孔の径の大きい面に成膜し、次
いで径の小さい面に成膜するという手順で行うことがで
きる。
このような方法によれば、超伝導薄膜１および１′は同
一材料３の上に形成されるため薄膜形成条件が同一にな
り、この結果同じ結晶性つまり同じ特性の超伝導材料を
用いてジョセフソン接合が製造できる。
一材料３の上に形成されるため薄膜形成条件が同一にな
り、この結果同じ結晶性つまり同じ特性の超伝導材料を
用いてジョセフソン接合が製造できる。
このような構成において用いられる基板は、超伝導体薄
膜が形成される基板でありかつ超伝導体薄膜にはさまれ
た絶縁膜であるというもので、結果的に結晶性を制御し
て超伝導薄膜を両面に形成できる基板である。具体的に
はＣａＦ２、ＳｒＦ２、（Ｃａ、５ｒ）Ｆ２、ＡＡＮ、
ＩｎＡｓ等を使用することができるが、最も好ましいも
のは、ＭｇＯ、サファイア、Ｓ ｒ Ｔ ｉ Ｏ３、Ｙ
Ｓ Ｚ （Ｙｔｔｒｉｕｍ ＳｔａｂｉｌｉｚｅｄＺ
ｉｒｃｏｍｉａ） 、アルミナ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ガラ
スＰｔ、Ｃｒ−Ａｕより選ばれた少なくとも１種以上の
材料より構成されているもので、バッキング密度の比較
的大きい組成分布の比較的均一なものである。尚基板の
大きさは適宜選定することができ、又機械研摩等によっ
て整形、調整することもできる。さらに絶縁層として機
能する基板３は単結晶を中心にしてその結晶特性が安定
な材料である。このためジョセフソン接合部以外で動作
時に弱結合的に動作することもない。そして、基板３の
結晶性が均一であることより細孔を作る場合もエツチン
グ速度も一定になるため、極めて再現性、信頼性良く細
孔を作れる。このため、従来のポイントコンタクト型ジ
ョセフソン接合で問題になっていた接合部の面積も再現
性良く一定にすることが出来、このため作製した素子特
性の再現性が向上する。
膜が形成される基板でありかつ超伝導体薄膜にはさまれ
た絶縁膜であるというもので、結果的に結晶性を制御し
て超伝導薄膜を両面に形成できる基板である。具体的に
はＣａＦ２、ＳｒＦ２、（Ｃａ、５ｒ）Ｆ２、ＡＡＮ、
ＩｎＡｓ等を使用することができるが、最も好ましいも
のは、ＭｇＯ、サファイア、Ｓ ｒ Ｔ ｉ Ｏ３、Ｙ
Ｓ Ｚ （Ｙｔｔｒｉｕｍ ＳｔａｂｉｌｉｚｅｄＺ
ｉｒｃｏｍｉａ） 、アルミナ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ガラ
スＰｔ、Ｃｒ−Ａｕより選ばれた少なくとも１種以上の
材料より構成されているもので、バッキング密度の比較
的大きい組成分布の比較的均一なものである。尚基板の
大きさは適宜選定することができ、又機械研摩等によっ
て整形、調整することもできる。さらに絶縁層として機
能する基板３は単結晶を中心にしてその結晶特性が安定
な材料である。このためジョセフソン接合部以外で動作
時に弱結合的に動作することもない。そして、基板３の
結晶性が均一であることより細孔を作る場合もエツチン
グ速度も一定になるため、極めて再現性、信頼性良く細
孔を作れる。このため、従来のポイントコンタクト型ジ
ョセフソン接合で問題になっていた接合部の面積も再現
性良く一定にすることが出来、このため作製した素子特
性の再現性が向上する。
基板の両面に成膜される結晶性が制御された超伝導体薄
膜とは、結晶構造が制御されつる超伝導物質の薄膜であ
り、例えばＰｂ、Ｎｂ、Ｎｂ３ Ｇｅ、ＬｉＴｉＯ３、
Ｎｂ３ Ｓｎ、Ｎｂ−Ｎ等いずれも使用可能であるが、
超伝導体薄膜を構成する超伝導体の組成をＡ−Ｂ−Ｃ−
Ｄと表わすとき、ＡはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、
Ｓｍ、 Ｅｕ、 Ｇｄ、 Ｔｂ、 Ｄｙ、
Ｈｏ、 Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｙ、Ｂｉ、
Ｔ７より成る群より選ばれた一種以上の元素、ＢはＣａ
、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂより成る群より選ばれた一種以上の
元素、ＣはＶ、Ｔｉ、Ｃｒ％Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、
Ａｇ、Ｃｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｒｕより成る群より選
ばれた一種以上の元素、ＤはＯ、Ｓから成る群より選ば
れた一種以上の元素であるような組成を有する超伝導体
が最も好ましい。結晶性を制御する成膜方法としてはマ
グネトロンスパッタ法、クラスターイオンビーム法、レ
ーザー蒸着、ＭＯ−ＣＶＤ法、電子ビーム加熱蒸着法な
どがあり、適宜選定すればよい。
膜とは、結晶構造が制御されつる超伝導物質の薄膜であ
り、例えばＰｂ、Ｎｂ、Ｎｂ３ Ｇｅ、ＬｉＴｉＯ３、
Ｎｂ３ Ｓｎ、Ｎｂ−Ｎ等いずれも使用可能であるが、
超伝導体薄膜を構成する超伝導体の組成をＡ−Ｂ−Ｃ−
Ｄと表わすとき、ＡはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、
Ｓｍ、 Ｅｕ、 Ｇｄ、 Ｔｂ、 Ｄｙ、
Ｈｏ、 Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｙ、Ｂｉ、
Ｔ７より成る群より選ばれた一種以上の元素、ＢはＣａ
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元素、ＣはＶ、Ｔｉ、Ｃｒ％Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、
Ａｇ、Ｃｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｒｕより成る群より選
ばれた一種以上の元素、ＤはＯ、Ｓから成る群より選ば
れた一種以上の元素であるような組成を有する超伝導体
が最も好ましい。結晶性を制御する成膜方法としてはマ
グネトロンスパッタ法、クラスターイオンビーム法、レ
ーザー蒸着、ＭＯ−ＣＶＤ法、電子ビーム加熱蒸着法な
どがあり、適宜選定すればよい。
基板の片面に超伝導体薄膜を形成した後、基板に細孔を
１つ以上設定するが、この方法にはイオンミーリング、
レーザーエツチング、フォトレジスト等によるリソグラ
フィー技術が最も適している。この方法によれば所望の
配置で正確に細孔を形成することができ、特性の安定し
た素子を作製することができる。この他にも電解反応、
機械加工等によっても同様の効果が得られる。細孔の数
はジョセフソン接合素子の特性に関係があるが素子に１
つ以上設定されていればよく、適宜選ぶことができる。
１つ以上設定するが、この方法にはイオンミーリング、
レーザーエツチング、フォトレジスト等によるリソグラ
フィー技術が最も適している。この方法によれば所望の
配置で正確に細孔を形成することができ、特性の安定し
た素子を作製することができる。この他にも電解反応、
機械加工等によっても同様の効果が得られる。細孔の数
はジョセフソン接合素子の特性に関係があるが素子に１
つ以上設定されていればよく、適宜選ぶことができる。
次に細孔がもうけられた基板の上面に前述と同様の方法
で超伝導体薄膜を形成すれば、基板の両面が超伝導体薄
膜で成膜されたかつジョセフソン接合を１つ以上有した
ジョセフソン接合素子を得ることができる。
で超伝導体薄膜を形成すれば、基板の両面が超伝導体薄
膜で成膜されたかつジョセフソン接合を１つ以上有した
ジョセフソン接合素子を得ることができる。
実施例１
第１図に本実施例の概略工程を示す。基板３としては、
０．１ｍｍの厚さ、ｌＯ×１０ｍ１１１２のＭｇＯ単結
晶を用いた。これをＲＦマグネトロンスパッタ法により
ＹＢａ２ Ｃｕ３０７−バ０．０≦δ＜ ０．５）超伝
導薄膜を１μの厚さにＭｇＯ基板上に作製した。
０．１ｍｍの厚さ、ｌＯ×１０ｍ１１１２のＭｇＯ単結
晶を用いた。これをＲＦマグネトロンスパッタ法により
ＹＢａ２ Ｃｕ３０７−バ０．０≦δ＜ ０．５）超伝
導薄膜を１μの厚さにＭｇＯ基板上に作製した。
この時の蒸着条件はＡｒ：０２＝１：１雰囲気中で、タ
ーゲットはＹ Ｂ ａ ２ Ｃｕ ３０７−１焼結体と
し、ｌθ〜２０人／ｓｅｃの蒸着速度である。基板温度
は１００℃とした。（第１図（ａ）） 次にＭｇＯ基
板を研摩してＭｇＯの厚さを５０ｕｌにして、この状態
でＭｇＯ基板にＡｒ＋ビーム（出力ｏｙｔμｖ程度、ビ
ーム径１１ｍ程度）を照射した。ＭｇＯ基板への入射角
は約６０°であり、超伝導薄膜を取り付けたＭｇＯ基板
は毎分５０回転で回転させ、この状態で８時間エツチン
グすることによりＭｇＯには円錐型の細孔が形成され、
約３μφのジョセフソン接合部の面積が得られた（同図
（ｂ））。最後に、同図（ａ）と同一条件でＭｇＯ基板
上にＹＢａ２ Ｃｕ３０７−δを反対側に蒸着したく同
図（Ｃ））。こうして得られたジョセフソン素子を酸化
雰囲気中で９００℃、１時間熱処理したものは、９２に
以下で超伝導状態を示した。このようにして作製したジ
ョセフソン接合のＩ−Ｖ特性（電流−電圧特性）は、７
７Ｋにおいて第２図に示すようであり、ポイントコンタ
クト型ジョセフソン接合が形成されていた。
ーゲットはＹ Ｂ ａ ２ Ｃｕ ３０７−１焼結体と
し、ｌθ〜２０人／ｓｅｃの蒸着速度である。基板温度
は１００℃とした。（第１図（ａ）） 次にＭｇＯ基
板を研摩してＭｇＯの厚さを５０ｕｌにして、この状態
でＭｇＯ基板にＡｒ＋ビーム（出力ｏｙｔμｖ程度、ビ
ーム径１１ｍ程度）を照射した。ＭｇＯ基板への入射角
は約６０°であり、超伝導薄膜を取り付けたＭｇＯ基板
は毎分５０回転で回転させ、この状態で８時間エツチン
グすることによりＭｇＯには円錐型の細孔が形成され、
約３μφのジョセフソン接合部の面積が得られた（同図
（ｂ））。最後に、同図（ａ）と同一条件でＭｇＯ基板
上にＹＢａ２ Ｃｕ３０７−δを反対側に蒸着したく同
図（Ｃ））。こうして得られたジョセフソン素子を酸化
雰囲気中で９００℃、１時間熱処理したものは、９２に
以下で超伝導状態を示した。このようにして作製したジ
ョセフソン接合のＩ−Ｖ特性（電流−電圧特性）は、７
７Ｋにおいて第２図に示すようであり、ポイントコンタ
クト型ジョセフソン接合が形成されていた。
実施例２
第１図における基板３にＭｇＯ単結晶（０，１ｍｍの厚
さｌｏｏ＋ｍＸ １０ｍｍ）を用いた。この基板上にＲ
Ｆマグネトロンスパッタ法によりＢ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−０超伝導薄膜を作製した。この時の基板温度は室温
でありＡｒ零囲気中で、ターゲット組成はＢｉ ：Ｓｒ
：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：２：３とした。蒸着速度は５〜
１０人／ ｓ ｅ ｃであった。
さｌｏｏ＋ｍＸ １０ｍｍ）を用いた。この基板上にＲ
Ｆマグネトロンスパッタ法によりＢ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−０超伝導薄膜を作製した。この時の基板温度は室温
でありＡｒ零囲気中で、ターゲット組成はＢｉ ：Ｓｒ
：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：２：３とした。蒸着速度は５〜
１０人／ ｓ ｅ ｃであった。
超伝導薄膜の厚さは約７０００人である。
次に、ＭｇＯ基板を研磨してＭｇＯ単結晶の厚さを約６
０μにし、この状態でＭｇＯ基板にＡｒ＋ビーム（出力
０．１２ｋｗ程度、ビーム径１ｍｍφ程度）を照射した
。ＭｇＯ基板へのＡｒ”ビームの入射角は６５°であり
、ＭｇＯ基板は毎分４０回転で回転させた。約８時間の
エツチングによりＭｇＯには円錐型の細孔が形成され約
４ｕＩφのジョセフソン接合部の面積が得られた（第１
図（ｂ））。
０μにし、この状態でＭｇＯ基板にＡｒ＋ビーム（出力
０．１２ｋｗ程度、ビーム径１ｍｍφ程度）を照射した
。ＭｇＯ基板へのＡｒ”ビームの入射角は６５°であり
、ＭｇＯ基板は毎分４０回転で回転させた。約８時間の
エツチングによりＭｇＯには円錐型の細孔が形成され約
４ｕＩφのジョセフソン接合部の面積が得られた（第１
図（ｂ））。
さらに、第１図＜ａ＞と同一条件でＭｇＯ基板上の超伝
導薄膜の反対側にＢ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ −０′４膜
を作製した（第１図（Ｃ））、こうして得られたジョセ
フソン素子を酸化雰囲気中で８５０℃、１時間熱処理し
た。この熱処理によりＢ ｉ −３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０
薄膜は８０に以下で超伝導特性を示し、２０ｋにおける
Ｉ−Ｖ特性は第２図と同様の特性水した。
導薄膜の反対側にＢ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ −０′４膜
を作製した（第１図（Ｃ））、こうして得られたジョセ
フソン素子を酸化雰囲気中で８５０℃、１時間熱処理し
た。この熱処理によりＢ ｉ −３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０
薄膜は８０に以下で超伝導特性を示し、２０ｋにおける
Ｉ−Ｖ特性は第２図と同様の特性水した。
実施例３
第３図に示す基板３としてＳ ｉ （１１１）（４イン
チφｘＯ，１ｍｍ）を用いた。Ｓ ｉ （Ｉｌｌ）基板
３にＡｒ”ビームを照射した。このときＡｒ＋レーザー
４の５１４５人光７（出力１ｍＷ）をＡｒ”ビームの照
射部にＳ ｉ （１１１）の背面より照射し、Ａｒ”ビ
ームの入射角は約４５°とした。基板３を毎分２０回転
で回転、させながら光検出器５で５１４５人光が検出さ
れるまでＡｒ＋ビームを照射し、光検出器５で５１４５
人光が検出された時点でＡｒ＋ビームの照射を中止した
。尚光検出器５で検出された５１４５人光の光量により
細孔の系は制御した。本実施例では光電子倍増管を検出
器５として使用し、検出したフォトンが約１万個になっ
た時点でＡｒ”ビームの照射を中止した。この結果、約
２鱗の細孔となった。細孔の断面は円錐型であったため
径の大きい面にまず超伝導材料を形成し、次いで径の小
さい面に蒸着する。超伝導材料の形成方法は、りラスタ
ーイオンビーム法を用い、基板温度４００℃、Ｅｒ２０
３ 、ＢａＣＯ３、ＣｕＯをそれぞれ独立したイオンガ
ンより蒸発させた。Ｅｒ２Ｏ３の加速電圧は０．５ｋＶ
％Ｂ ａ ＣＯ３とＣｕＯの加速電圧は３ｋＶで、イオ
ン電流はすべて１００ｍＡであった。ｏ２を毎分９〜１
５ｍ１導入しながら、基板上で１〜８人／ｓｅｃの蒸着
速度でありかつＥｒ：Ｂａ：Ｃｕの組成比が１ ＋２＋
３となるように各イオンガンを制御した。組成分析の結
果、Ｅｒ ： Ｂａ ：Ｃｕ＝ １ ： ２．１ ：
３．１であった。このようにして作製したＥｒ−Ｂａ−
Ｃｕ−０超伝導薄膜の厚さは約１ｕｌであり、臨界温度
は８５にであるジョセフソン接合素子であった。
チφｘＯ，１ｍｍ）を用いた。Ｓ ｉ （Ｉｌｌ）基板
３にＡｒ”ビームを照射した。このときＡｒ＋レーザー
４の５１４５人光７（出力１ｍＷ）をＡｒ”ビームの照
射部にＳ ｉ （１１１）の背面より照射し、Ａｒ”ビ
ームの入射角は約４５°とした。基板３を毎分２０回転
で回転、させながら光検出器５で５１４５人光が検出さ
れるまでＡｒ＋ビームを照射し、光検出器５で５１４５
人光が検出された時点でＡｒ＋ビームの照射を中止した
。尚光検出器５で検出された５１４５人光の光量により
細孔の系は制御した。本実施例では光電子倍増管を検出
器５として使用し、検出したフォトンが約１万個になっ
た時点でＡｒ”ビームの照射を中止した。この結果、約
２鱗の細孔となった。細孔の断面は円錐型であったため
径の大きい面にまず超伝導材料を形成し、次いで径の小
さい面に蒸着する。超伝導材料の形成方法は、りラスタ
ーイオンビーム法を用い、基板温度４００℃、Ｅｒ２０
３ 、ＢａＣＯ３、ＣｕＯをそれぞれ独立したイオンガ
ンより蒸発させた。Ｅｒ２Ｏ３の加速電圧は０．５ｋＶ
％Ｂ ａ ＣＯ３とＣｕＯの加速電圧は３ｋＶで、イオ
ン電流はすべて１００ｍＡであった。ｏ２を毎分９〜１
５ｍ１導入しながら、基板上で１〜８人／ｓｅｃの蒸着
速度でありかつＥｒ：Ｂａ：Ｃｕの組成比が１ ＋２＋
３となるように各イオンガンを制御した。組成分析の結
果、Ｅｒ ： Ｂａ ：Ｃｕ＝ １ ： ２．１ ：
３．１であった。このようにして作製したＥｒ−Ｂａ−
Ｃｕ−０超伝導薄膜の厚さは約１ｕｌであり、臨界温度
は８５にであるジョセフソン接合素子であった。
実施例４
第４図に示したようにＭｇＯ基板（１インチ角）を同図
（ａ）のように機械研摩した。ただしＸ＝１０ｍｍ、
ｙ＝０．２ａｏｏ 、 ｚ＝３ｍｍであった。実施例１
と同様にして第４図（ｂ）〜（ｄ）の工程により超伝導
薄膜ＹＢａ２ Ｃｕ３０フ−５を形成し４、ジョセフソ
ン接合を２つ有する素子、つまり ｄｃ ５ＱＵＩＤを
製造した。このようにして作製したｄｃ ５ＱＵＩＤを
液体ヘリウムで４０Ｋに冷却したところ２．０７Ｘ１０
’ Ｇ −ｃｒｎ”の磁束を検出することができた。
（ａ）のように機械研摩した。ただしＸ＝１０ｍｍ、
ｙ＝０．２ａｏｏ 、 ｚ＝３ｍｍであった。実施例１
と同様にして第４図（ｂ）〜（ｄ）の工程により超伝導
薄膜ＹＢａ２ Ｃｕ３０フ−５を形成し４、ジョセフソ
ン接合を２つ有する素子、つまり ｄｃ ５ＱＵＩＤを
製造した。このようにして作製したｄｃ ５ＱＵＩＤを
液体ヘリウムで４０Ｋに冷却したところ２．０７Ｘ１０
’ Ｇ −ｃｒｎ”の磁束を検出することができた。
実施例５
実施例４と同様の成膜方法で表に示したような基板、超
伝導材及び細孔形成方法によりジョセフソン接合素子を
製作し超伝導材料の臨界温度、および素子のＩ−Ｖ特性
を測定した結果、表に示したような結果を得た。Ｎｏｔ
〜Ｎｏ５は望ましい範囲で製作した・ジョセフソン接合
素子である。一方比較例は薄膜技術により作製したジョ
セフソン接合素子であり、臨界温度、Ｉ−Ｖ特性は実施
例と比べ劣るものであった。
伝導材及び細孔形成方法によりジョセフソン接合素子を
製作し超伝導材料の臨界温度、および素子のＩ−Ｖ特性
を測定した結果、表に示したような結果を得た。Ｎｏｔ
〜Ｎｏ５は望ましい範囲で製作した・ジョセフソン接合
素子である。一方比較例は薄膜技術により作製したジョ
セフソン接合素子であり、臨界温度、Ｉ−Ｖ特性は実施
例と比べ劣るものであった。
以上説明したように本発明によれば、従来のジョセフソ
ン接合を作る場合、特にポイントコンタクト型において
問題となっていた接触面積の再現性および小型化、さら
には絶縁層の膜質を安定するため極めて信頼性の高いジ
ョセフソン接合及び素子を作ることが可能である。
ン接合を作る場合、特にポイントコンタクト型において
問題となっていた接触面積の再現性および小型化、さら
には絶縁層の膜質を安定するため極めて信頼性の高いジ
ョセフソン接合及び素子を作ることが可能である。
第１図及び第４図はそれぞれ本発明の実施例１及び２な
ら、びに４におけるジョセフソン接合製作の工程を示す
断面模式図、 第２図は本発明の実施例１．２で得られたジョセフソン
接合のＩ−Ｖ特性、 第３図は実施例３で行なった細孔サイズ測定の原理図、 第５図及び第６図はジョセフソン接合の従来例の断面模
式図である。 １．１’ ：超伝導材料 ２：絶縁体 ３：基板 ４：レーザー ５：光検出器 ６：イオンビーム ７：レーザー光 特許出願人 キャノン株式会社
ら、びに４におけるジョセフソン接合製作の工程を示す
断面模式図、 第２図は本発明の実施例１．２で得られたジョセフソン
接合のＩ−Ｖ特性、 第３図は実施例３で行なった細孔サイズ測定の原理図、 第５図及び第６図はジョセフソン接合の従来例の断面模
式図である。 １．１’ ：超伝導材料 ２：絶縁体 ３：基板 ４：レーザー ５：光検出器 ６：イオンビーム ７：レーザー光 特許出願人 キャノン株式会社
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、結晶性が制御された超伝導体薄膜を形成できる基板
の片面に超伝導体薄膜を形成した後に該基板のもう一方
の片面からジョセフソン接合を形成するための細孔を１
つ以上設けるか、又は結晶性が制御された超伝導体薄膜
を形成できる基板にジョセフソン接合を形成するための
細孔を１つ以上設けた後に該基板の片面に超伝導体薄膜
を形成し、次に該基板の超伝導体薄膜の形成されていな
い面に前記と同様にして超伝導体薄膜を形成することを
特徴とするジョセフソン接合の形成方法。 ２、結晶性が制御された超伝導体薄膜を形成できる基板
はＭｇＯ、サファイア、ＳｒＴｉＯ＿３、ＹＳＺ、アル
ミナ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ガラス、Ｐｔ、Ｃｒ−Ａｕより
選ばれた少なくとも１種以上の材料より構成されている
請求項１記載のジョセフソン接合の形成方法。 ３、結晶性が制御された超伝導体薄膜を構成する超伝導
体の組成をＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄと表わすとき、ＡはＬａ、Ｃ
ｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ
、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｙ、Ｂｉ、Ｔ
ｌより成る群より選ばれた一種以上の元素、ＢはＣａ、
Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂより成る群より選ばれた一種以上の元
素、ＣはＶ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａ
ｇ、Ｃｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｒｕより成る群より選ば
れた一種以上の元素、ＤはＯ、Ｓから成る群より選ばれ
た一種以上の元素であることを特徴とする請求項１記載
のジョセフソン接合の形成方法。 ４、結晶性が制御された超伝導体薄膜を形成でき、かつ
ジョセフソン接合を形成するための細孔を１つ以上有し
ている基板の両面に結晶性が制御された超伝導体薄膜が
形成されている構成を有するジョセフソン接合素子。 ５．結晶性が制御された超伝導体薄膜を形成できる基板
はＭｇＯ、サファイア、ＳｒＴｉＯ＿３、ＹＳＺ、アル
ミナ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ガラス、Ｐｔ、Ｃｒ−Ａｕより
選ばれた少なくとも１種以上の材料より構成されている
請求項５記載のジョセフソン接合素子。 ６、結晶性が制御された超伝導体薄膜を構成する超伝導
体の組成をＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄと表わすとき、ＡはＬａ、Ｃ
ｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ
、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｙ、Ｂｉ、Ｔ
ｌより成る群より選ばれた一種以上の元素、ＢはＣａ、
Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂより成る群より選ばれた一種以上の元
素、ＣはＶ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａ
ｇ、Ｃｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｒｕより成る群より選ば
れた一種以上の元素、ＤはＯ、Ｓから成る群より選ばれ
た一種以上の元素であることを特徴とする請求項５記載
のジョセフソン接合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63212419A JPH0262083A (ja) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | ジョセフソン接合の形成方法およびジョセフソン接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63212419A JPH0262083A (ja) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | ジョセフソン接合の形成方法およびジョセフソン接合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0262083A true JPH0262083A (ja) | 1990-03-01 |
Family
ID=16622276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63212419A Pending JPH0262083A (ja) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | ジョセフソン接合の形成方法およびジョセフソン接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0262083A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7497532B2 (en) | 2003-05-21 | 2009-03-03 | Arturo Salice S.P.A. | Carcass member with flap |
| JP2013501313A (ja) * | 2009-07-28 | 2013-01-10 | ユニバーシティー オブ ヒューストン システム | 磁束ピンニングを改善するためのプレファブ式に作製されたナノ構造を有する超伝導部材 |
-
1988
- 1988-08-29 JP JP63212419A patent/JPH0262083A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7497532B2 (en) | 2003-05-21 | 2009-03-03 | Arturo Salice S.P.A. | Carcass member with flap |
| JP2013501313A (ja) * | 2009-07-28 | 2013-01-10 | ユニバーシティー オブ ヒューストン システム | 磁束ピンニングを改善するためのプレファブ式に作製されたナノ構造を有する超伝導部材 |
| US8926868B2 (en) | 2009-07-28 | 2015-01-06 | University Of Houston System | Superconductive article with prefabricated nanostructure for improved flux pinning |
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