JPH03131075A - Josephson element - Google Patents

Josephson element

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JPH03131075A
JPH03131075A JP1271051A JP27105189A JPH03131075A JP H03131075 A JPH03131075 A JP H03131075A JP 1271051 A JP1271051 A JP 1271051A JP 27105189 A JP27105189 A JP 27105189A JP H03131075 A JPH03131075 A JP H03131075A
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JP
Japan
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layer
shutter
tunnel
superconductor
crucibles
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Application number
JP1271051A
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Japanese (ja)
Inventor
Fumio Kishi
岸 文夫
Keisuke Yamamoto
敬介 山本
Takehiko Kawasaki
岳彦 川崎
Norio Kaneko
典夫 金子
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a tunnel-type Josephson junction element which can get such excellent properties as to operate at a relatively high temperature and solve the problem of nonuniformity of the thickness of a junction layer and the deterioration of the crystal property of a superconductor layer by making first and second superconductive layers out of metallic oxide superconductors expressed by the specified composition formulas, and making the junction layer out of a metallic oxide expressed by the specified composition formula. CONSTITUTION:This is one which generates oxygen gas ion beams from a high frequency plasma generation source with the constituent element of a ceramic superconductor as an evaporation source and at the same time performs deposition and oxidation. Steams of Ba, Pr, Y and Cu are generated from crucibles 3, 4, 5 and 6, respectively, and a film grows while intercepting the steam of Pr by a shutter 7, thus a superconductor layer is made. Next, by shifting the shutter 7 to intercept the steam of Y, a tunnel barrier layer is made, and further the shutter is returned to the former position to form a superconductive layer again. In case of getting tunnel type Josephson junction by a second method, the film of three-layer structure is made by changing the temperatures of crucibles as occasion demands, using three of the crucibles and without using the shutter.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイツトリウム系酸化物超伝導体を用い、比較的
高温で動作させることができるトンネル型ジョセフソン
接合素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a tunnel-type Josephson junction device that uses a yttrium-based oxide superconductor and can be operated at relatively high temperatures.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

トンネル型ジョセフソン接合素子は、原理的に第1及び
第2の超伝導層と該二層とに挟持された接合層(トンネ
ルバリア層)とで構成され、5QUID。
A tunnel type Josephson junction element is basically composed of first and second superconducting layers and a junction layer (tunnel barrier layer) sandwiched between the two layers, and is a 5QUID.

光検出、スイッチング等の電子デバイスに幅広(使われ
るものである。従来、このトンネル型ジョセフソン接合
素子の前記第1及び第2の超伝導層には、ニオブ(Nb
)、鉛(Pb)、Nb化合物又はpb化合物等が用いら
れてきたが、近年、液体窒素温度以上で超伝導状態を示
すセラミックス材料が見出され、例えばY−Ba−Cu
−0系の金属酸化物等である。
It is widely used in electronic devices such as photodetection and switching. Conventionally, niobium (Nb) is used in the first and second superconducting layers of this tunnel-type Josephson junction device.
), lead (Pb), Nb compounds, pb compounds, etc., but in recent years, ceramic materials that exhibit superconductivity at temperatures above liquid nitrogen temperature have been discovered, such as Y-Ba-Cu.
-0 series metal oxides, etc.

このようなY−Ba−Cu−0系の酸化物超伝導体を用
いたトンネル型ジョセフソン接合素子の製作は既になさ
れてきている。
Tunnel-type Josephson junction devices using such Y-Ba-Cu-0 based oxide superconductors have already been manufactured.

〔発明が解決しようとしている問題点〕しかしながら、
Y−Ba−Cu−0系等のセラミックス材料を用いたト
ンネル型ジョセフソン接合素子に於いては、薄(て均一
な厚さの接合層を形成すること及び超伝導層の結晶性を
良好にすることは非常に難しく、良好な面接合を有し、
優れた特性の素子を得ることができないといった欠点が
あった。
[Problem that the invention is trying to solve] However,
In tunnel type Josephson junction devices using ceramic materials such as Y-Ba-Cu-0, it is necessary to form a thin (and uniformly thick) junction layer and to improve the crystallinity of the superconducting layer. It is very difficult to have a good face contact,
There was a drawback that it was not possible to obtain an element with excellent characteristics.

上記のような欠点に鑑み、例えば、特開昭63−3O6
676号公報、特開昭63−3O6678号公報、特開
昭64−12585号公報、特開昭64−51680号
公報にはトンネル型ジョセフソン素子において、その超
伝導層を形成するY−Ba−Cu−0系酸化物超伝導体
とは、酸素含有量又は銅含有量の異なったY−Ba−C
u−0系酸化物を接合層とすることが開示されている。
In view of the above-mentioned drawbacks, for example, JP-A-63-3O6
676, JP-A 63-3O6678, JP-A 64-12585, and JP-A 64-51680 disclose Y-Ba- which forms the superconducting layer in a tunnel type Josephson device. Cu-0 based oxide superconductor is Y-Ba-C with different oxygen content or copper content.
It is disclosed that a u-0 type oxide is used as a bonding layer.

しかしながら、上記先行技術において、接合層の酸素含
有量を変化させる(酸素含有量を多(する或いは少な(
する)ことは、その成膜条件の制御が難しく、銅の含有
量を変化させる(銅の含有量を多(する)ことは層中に
過剰の銅の偏析を生じ、かえって接合層上の超伝導層の
結晶性の劣化をまねいてしまう。
However, in the above prior art, the oxygen content of the bonding layer is changed (the oxygen content is increased (or decreased)).
However, it is difficult to control the film formation conditions, and changing the copper content (increasing the copper content will result in excessive copper segregation in the layer, which will result in excess copper on the bonding layer). This leads to deterioration of the crystallinity of the conductive layer.

又、特開昭64−13777号公報には、接合層をLn
−Ba−Cu−0系酸化物(Ln=Ce  or  P
r)で形成することが開示されているが、上記酸化物は
バルクでは安定に存在しないため作製条件が難しく、接
合層上の超伝導層の結晶性の向上という点に於いても不
充分であった。
Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-13777, the bonding layer is made of Ln.
-Ba-Cu-0 based oxide (Ln=Ce or P
(r), but since the above oxide does not exist stably in bulk, the manufacturing conditions are difficult, and it is also insufficient in terms of improving the crystallinity of the superconducting layer on the bonding layer. there were.

従って、本発明の目的は、高温超伝導体(セラミックス
超伝導体)を第1及び第2の超伝導層として用い、比較
的高温(例えば、液体窒素温度以上)で動作するトンネ
ル型ジョセフソン接合素子を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to use a tunnel-type Josephson junction that operates at a relatively high temperature (e.g., above liquid nitrogen temperature) using a high-temperature superconductor (ceramic superconductor) as the first and second superconducting layers. The purpose is to provide an element.

更に、本発明の目的は、第1及び第2の超伝導層に挟持
される接合層の厚さの不均一性及び超伝導体層の結晶性
の悪化を解決し、従来、公知のものよりも一層良好な面
接合を有して優れた特性の得られるトンネル型ジョセフ
ソン接合素子を提供することである。
Furthermore, it is an object of the present invention to solve the problems of non-uniformity in the thickness of the bonding layer sandwiched between the first and second superconducting layers and deterioration of the crystallinity of the superconductor layer, and to solve Another object of the present invention is to provide a tunnel-type Josephson junction device that has even better surface contact and provides excellent characteristics.

更に本発明の他の目的は、製作工程上、簡易なトンネル
型ジョセフソン接合素子を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a tunnel type Josephson junction device that is easy to manufacture.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、以下の本発明によって達成される。 The above object is achieved by the present invention as described below.

即ち、本発明は二発明からなり、第1の発明は基体面に
第1の超伝導層、接合層及び第2の超伝導層を順次積層
して成るジョセフソン素子において、前記第1及び第2
の超伝導層が組成式LnBa2 Cu3O7−6で表わ
される金属酸化物超伝導体で形成され、前記接合層が組
成式L n 0.5−a P r O,5+a B a
 2 Cu 3O7−6で表わされる金属酸化物で形成
されていることを特徴とするジョセフソン素子である。
That is, the present invention consists of two inventions. 2
The superconducting layer is formed of a metal oxide superconductor having the compositional formula LnBa2Cu3O7-6, and the bonding layer has the compositional formula Ln0.5-aPrO,5+aBa
This is a Josephson element characterized by being formed of a metal oxide represented by 2Cu3O7-6.

(但し、LnはLa、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd
、 Dy、 Ha、 Er。
(However, Ln is La, Nd, Sm, Eu, Gd
, Dy, Ha, Er.

Tm、Yb、Lu及びYから選ばれる少なくとも1種の
元素、O≦δ<0.5.0.1≦a<0.5である。)
更に第2の発明は、基体面に第1の超伝導層。
At least one element selected from Tm, Yb, Lu and Y, O≦δ<0.5, 0.1≦a<0.5. )
Furthermore, the second invention provides a first superconducting layer on the substrate surface.

接合層及び第2の超伝導層を順次積層して成るジョセフ
ソン素子において、前記第1及び第2の超伝導層が組成
式LnBa 2 Cu 3O7−δで表わされる金属酸
化物超伝導体で形成され、前記接合層が組成式L n’
 +、z+b B a +、s−b Cu3O7−aで
表わされる金属酸化物で形成されていることを特徴とす
るジョセフソン素子である。(但し、LnはLa、Nd
、Sm、Eu。
In a Josephson device formed by sequentially laminating a bonding layer and a second superconducting layer, the first and second superconducting layers are formed of a metal oxide superconductor represented by the composition formula LnBa 2 Cu 3 O 7-δ. and the bonding layer has a composition formula L n'
This is a Josephson element characterized in that it is formed of a metal oxide represented by +, z+b Ba +, s-b Cu3O7-a. (However, Ln is La, Nd
, Sm, Eu.

Gd、Dy、H0.Er、Tm、Yb、Lu及びYから
選ばれる少なくとも1種の元素、Ln  はLa、 N
d。
Gd, Dy, H0. At least one element selected from Er, Tm, Yb, Lu and Y; Ln is La, N
d.

Eu及びGdから選ばれる少なくとも1種の元素、O≦
δ〈0,5.0≦b<1.8である。)本発明ではトン
ネル型ジョセフソン接合素子の接合層(以下、トンネル
障壁層という)の形成の手段として第1及び第2の超伝
導層を形成する化合物の酸素欠乏層とするのではなく、
酸素以外の構成元素の一部を他の元素に置換することに
より、又は、酸素以外の構成元素の組成比を変化させる
ことにより、前記LnBa 2 Cu 3Of−15の
1−2−3型の構造を維持したままで絶縁性を付与して
トンネル障壁層を形成した。
At least one element selected from Eu and Gd, O≦
δ<0, 5.0≦b<1.8. ) In the present invention, as a means of forming a junction layer (hereinafter referred to as a tunnel barrier layer) of a tunnel-type Josephson junction element, instead of using an oxygen-deficient layer of a compound forming the first and second superconducting layers,
By replacing some of the constituent elements other than oxygen with other elements or by changing the composition ratio of constituent elements other than oxygen, the 1-2-3 type structure of LnBa 2 Cu 3Of-15 can be obtained. A tunnel barrier layer was formed by imparting insulation properties while maintaining the .

具体的な手法の第1は、トンネル障壁層として、前記L
nBa2Cu3Or−aのLnの一部がPrで置換され
た化合物を用いる方法である。
The first specific method is to use the L as a tunnel barrier layer.
This is a method using a compound in which part of Ln in nBa2Cu3Or-a is substituted with Pr.

1−2−3型化合物LnBa2 Cu3O7−aはLn
としてCe、Tb以外の希土類元素及びYが可能である
が、この内Pr以外の元素を含む化合物では適当な処理
により酸素を十分含有させることにより、いずれもTc
−90に級の超伝導体となる。しかしPr化合物は酸素
含有量にかかわらず絶縁体となることが知られている。
1-2-3 type compound LnBa2 Cu3O7-a is Ln
Rare earth elements other than Ce and Tb and Y are possible, but in compounds containing elements other than Pr, by sufficiently containing oxygen through appropriate treatment, both Tc and Y can be used.
-90 class superconductor. However, it is known that Pr compounds act as insulators regardless of the oxygen content.

またLnサイトがすべてPrで占められる必要はな(、
例えばYとPrが4二6の比率でLnサイトを占めると
絶縁体となる。(参考文献二山形伸−他、日本物理学会
第43回年余3a−PS−46、予稿集第3分冊 p3
10)本発明者らは鋭意研究の結果、トンネル障壁層と
して第1及び第2の超伝導層を形成するLnBa 2 
Cu 3O7−aのLnの60%以上100%未満がP
rで置換された化合物、すなわち組成式がL n 0.
5−aPr0.s+aBa2 Cu3Or−aで表わさ
れる化合物を用いることが良好な面接合を有して、良好
な特性の得られるトンネル型ジョセフソン接合素子を提
供する上で好ましいことを知見し、本発明に至った。(
但し、LnはLa、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd。
Also, it is not necessary that all Ln sites be occupied by Pr (,
For example, when Y and Pr occupy Ln sites in a ratio of 426, an insulator is formed. (References Shin Niyamagata et al., Physical Society of Japan 43rd Annual Meeting 3a-PS-46, Proceedings Volume 3 p3
10) As a result of intensive research, the present inventors found that LnBa 2 which forms the first and second superconducting layers as tunnel barrier layers
60% or more and less than 100% of Ln in Cu3O7-a is P
Compounds substituted with r, that is, the compositional formula is L n 0.
5-aPr0. The inventors have discovered that it is preferable to use a compound represented by s+aBa2Cu3Or-a in order to provide a tunnel-type Josephson junction device that has good surface bonding and provides good characteristics, and has arrived at the present invention. (
However, Ln is La, Nd, Sm, Eu, Gd.

Dy、 H0. Er、 Tm、 Yb、 Lu及びY
から選ばれる少なくとも1種の元素、0≦δ<0.5.
0.1≦a<0.5である。) 具体的な手法の第2は、希土類元素とBaの含有量の比
率を1:2からズラし、希土類元素をこれよりも多くし
、Baをその分少な(することにより絶縁性を得る方法
である。
Dy, H0. Er, Tm, Yb, Lu and Y
At least one element selected from 0≦δ<0.5.
0.1≦a<0.5. ) The second specific method is to vary the ratio of the rare earth element and Ba content from 1:2, increasing the rare earth element and decreasing the amount of Ba (a method to obtain insulation by doing so). It is.

この手法は希土類元素として軽希土類を用いた時に有効
で、例えばNd化合物ではNdとBaを同量含む化合物
、すなわちN d +、s B a +、s Cu 3
O y−aの場合でも1−2−3型構造を保ち、電気的
には絶縁体である。(参考文献 Shungi  Ta
kekawa  et。
This method is effective when a light rare earth element is used as the rare earth element. For example, in Nd compounds, compounds containing equal amounts of Nd and Ba, that is, N d +, s Ba +, s Cu 3
Even in the case of O y-a, it maintains a 1-2-3 type structure and is electrically an insulator. (References Shungi Ta
kekawa et.

al : JJAP  26  (1987)L207
6−L2079)本発明者らは鋭意研究の結果、トンネ
ル障壁層としてLn’ Ba2 Cu3Oy−aのBa
の10%〜100%がLn’で置換された化合物、すな
わち組成式がL n’ +、z+b B a +、a−
b Cu 3O7−15で表わされる化合物を用いるこ
とが良好な面接合を有して、良好な特性の得られるトン
ネル型ジョセフソン接合素子を提供する上で好ましいこ
とを知見し本発明に至った。(但し、Ln  はLa、
Nd、Eu及びGdから選ばれる少なくとも1種の元素
、0≦δ<0.5.0≦b≦1.8である。) 本発明のジョセフソン素子は、イオンビーム蒸着法とプ
ラズマ酸化処理を含む成膜工程において、Prと他の希
土類の蒸発源を切り換えるか、希土類とBaの蒸着レー
トを変化させることにより基体面上に順次積層し形成さ
れる。
al: JJAP 26 (1987) L207
6-L2079) As a result of intensive research, the present inventors found that Ba of Ln' Ba2 Cu3Oy-a was used as a tunnel barrier layer.
A compound in which 10% to 100% of is substituted with Ln', that is, the compositional formula is Ln' +, z+b B a +, a-
The inventors have discovered that it is preferable to use a compound represented by Cu 3 O 7-15 in order to provide a tunnel-type Josephson junction device that has good surface bonding and provides good characteristics, leading to the present invention. (However, Ln is La,
At least one element selected from Nd, Eu and Gd, 0≦δ<0.5.0≦b≦1.8. ) The Josephson element of the present invention can be produced by switching the evaporation sources of Pr and other rare earths or by changing the evaporation rates of rare earths and Ba in the film formation process including ion beam evaporation and plasma oxidation. are formed by sequentially laminating them.

この方法はシャッター等により蒸発源を切り換えること
により、または蒸発源に投入する電力を調整することに
よって可能であり、成膜中にプラズマ酸化の条件を変更
する必要がないので製作工程上も簡易である。
This method is possible by switching the evaporation source using a shutter, etc., or by adjusting the power input to the evaporation source, and it is also simple in terms of the manufacturing process since there is no need to change the plasma oxidation conditions during film formation. be.

次に本発明の好ましい実施態様を図解的に示す図面を参
照して更に詳細に説明する。
Preferred embodiments of the invention will now be described in more detail with reference to the drawings, in which preferred embodiments of the invention are illustrated.

第1図は本発明の方法を用いた蒸着装置の概略である。FIG. 1 is a schematic diagram of a vapor deposition apparatus using the method of the present invention.

図中1は基板であり、2は形成した超伝導体層/トンネ
ル障壁膜/超伝導体層の3層構造の薄膜、3〜6は蒸発
物質を入れたルツボ、7はルツボ4又は5のどちらか一
方からの蒸気をさえぎるためのシャッター、8はルツボ
から出た蒸発物質の蒸気をイオン化するためのイオン化
ユニット、9はイオン化された蒸気を加速するための加
速電極、10は蒸発した蒸気のイオンビームである。1
1は蒸気を加速するための加速電源で、l0KV程度ま
での加速が可能である。12は真空容器、13は高周波
プラズマ発生源、14はガスイオンビームである。15
は基板に入射するビームをさえぎるためのシャッターで
ある。なお基板1の温度、ルツボ3〜6の温度、イオン
化ユニット9におけるイオン化電流、高周波プラズマ発
生源13におけるガス流量、投入電力及び加速電圧は不
図示の装置により独立に制御できるようになっている。
In the figure, 1 is a substrate, 2 is a thin film with a three-layer structure of superconductor layer/tunnel barrier film/superconductor layer, 3 to 6 are crucibles containing evaporated substances, and 7 is crucible 4 or 5. A shutter for blocking vapor from either side; 8 an ionization unit for ionizing the vapor of the evaporated substance coming out of the crucible; 9 an accelerating electrode for accelerating the ionized vapor; It is an ion beam. 1
1 is an acceleration power source for accelerating steam, and is capable of accelerating up to about 10 KV. 12 is a vacuum vessel, 13 is a high frequency plasma generation source, and 14 is a gas ion beam. 15
is a shutter to block the beam incident on the substrate. Note that the temperature of the substrate 1, the temperature of the crucibles 3 to 6, the ionization current in the ionization unit 9, the gas flow rate in the high-frequency plasma generation source 13, the input power, and the acceleration voltage can be independently controlled by a device not shown.

本発明では上記の装置を用い、ルツボ3〜6から独立に
セラミックス超伝導体の構成元素を蒸発源とし、更に、
高周波プラズマ発生源から酸素ガスイオンビームを発生
させ、同時に蒸着と酸化を行うものである。この様に高
周波プラズマを発生させながら蒸着すると、薄膜の酸化
がより促進される。この様にすれば熱処理なしでも十分
特性の良い超伝導薄膜が得られる。
In the present invention, the above-described apparatus is used, the constituent elements of the ceramic superconductor are used as evaporation sources independently from the crucibles 3 to 6, and further,
An oxygen gas ion beam is generated from a high-frequency plasma source, and evaporation and oxidation are performed simultaneously. By performing vapor deposition while generating high-frequency plasma in this manner, oxidation of the thin film is further promoted. In this way, a superconducting thin film with sufficiently good characteristics can be obtained without heat treatment.

前記、第1の手法によりトンネル型ジョセフソン接合を
得るためには、例えばルツボ3.4.5.6からそれぞ
れBa、 Pr、 Y、 Cuの蒸気を発生させ、シャ
ッター7によりPrの蒸気をさえぎりながら成膜し、超
伝導体層を形成する。次にシャッター7を移動してYの
蒸気をさえぎることにより、トンネル障壁層を形成し、
さらにシャッターを元の位置に戻して、再度超伝導体層
を形成する。
In order to obtain a tunnel-type Josephson junction using the first method, for example, vapors of Ba, Pr, Y, and Cu are generated from the crucibles 3, 4, 5, and 6, respectively, and the Pr vapors are blocked by the shutter 7. A superconductor layer is formed by depositing the superconductor layer. Next, by moving the shutter 7 to block the vapor of Y, a tunnel barrier layer is formed.
Furthermore, the shutter is returned to its original position and a superconductor layer is formed again.

前記、第2の手法によるトンネル型ジョセフソン接合を
得る場合には、本装置のルツボの内3つを用い、シャッ
ターは使用しない。必要に応じてルツボの温度を変えて
、3層構造の薄膜を形成する。
When obtaining a tunnel Josephson junction using the second method, three of the crucibles of the present device are used, and no shutter is used. A three-layer thin film is formed by changing the temperature of the crucible as necessary.

次に実施例により本発明を具体的に説明する。Next, the present invention will be specifically explained with reference to Examples.

〔実施例1〕 超伝導層の材料として、YBa2 cu3O7−6(δ
〜0.2)、トンネル障壁層の材料としてP r O,
9Y 0.+Ba2 Cu3Oyを選んだ。
[Example 1] YBa2 cu3O7-6 (δ
~0.2), P r O as the material of the tunnel barrier layer,
9Y 0. +Ba2Cu3Oy was selected.

第1図に示した装置を用いてルツボ3〜6に蒸発源とし
てBa、  Pr、  Y、 Cuを入れ、基板として
5rTiO3を用い、その基板温度を600°Cに設定
した。真空容器18の真空度を2X10=Torrにな
るように調整し、高周波プラズマ源の酸素ガスを第1図
に不図示の導入口より9ml/min、の割合で導入し
た。各成分のイオン化電流を50 m A 、加速電圧
を0.5KVに設定し、高周波プラズマ源の高周波パワ
ーを3O0W、加速電圧を0.3KVに設定した。
Using the apparatus shown in FIG. 1, Ba, Pr, Y, and Cu were placed in crucibles 3 to 6 as evaporation sources, 5rTiO3 was used as a substrate, and the substrate temperature was set at 600°C. The degree of vacuum in the vacuum vessel 18 was adjusted to 2×10 Torr, and oxygen gas from a high-frequency plasma source was introduced at a rate of 9 ml/min from an inlet not shown in FIG. The ionization current of each component was set to 50 mA, the accelerating voltage was set to 0.5 KV, the high frequency power of the high frequency plasma source was set to 300 W, and the accelerating voltage was set to 0.3 KV.

ルツボ3〜6の温度を調整し、基板上でY : Pr 
: Ba :Cu=1:1:2:3となるようにした。
Adjust the temperature of crucibles 3 to 6, and apply Y: Pr on the substrate.
:Ba:Cu=1:1:2:3.

このようにした後、シャッター7によりPrの蒸気をさ
えぎって超伝導体層の成膜を開始した。このときの成膜
速度は2〜3人/秒である。
After doing this, the vapor of Pr was blocked by the shutter 7, and the deposition of the superconductor layer was started. The film forming rate at this time is 2 to 3 people/second.

その後、シャッター7を適当に開閉し、Yの蒸気をさえ
ぎりPrを蒸気を通過させ、P r O,9Y 0.+
 B a 2Cu3O7を成膜することにより障壁層を
形成する。
After that, the shutter 7 is opened and closed appropriately to block the steam of Y and allow the steam of Pr to pass through.P r O, 9Y 0. +
A barrier layer is formed by depositing B a 2Cu3O7.

この層を3O人形成した後、再びシャッター7を元の位
置に戻して超伝導体層を形成した。
After forming 30 layers, the shutter 7 was returned to its original position to form a superconductor layer.

このようにして形成した3層構造の膜を、特性を調べる
ため第2図に示すような形に整形した。16はS r 
T r 03 、基板17は超伝導体層、18はトンネ
ル障壁層、19は超伝導体層で、20は測定のために設
けた金電極である。
The three-layered film thus formed was shaped into the shape shown in FIG. 2 in order to examine its characteristics. 16 is S r
T r 03 , the substrate 17 is a superconductor layer, 18 is a tunnel barrier layer, 19 is a superconductor layer, and 20 is a gold electrode provided for measurement.

この素子は4.2Kにおける測定で第3図に示すような
電流・電圧特性を示した。これより良好なトンネル型ジ
ョセフソン接合が形成されていることが認められる。
This element exhibited current/voltage characteristics as shown in FIG. 3 when measured at 4.2K. It is recognized that a better tunnel-type Josephson junction is formed than this.

〔実施例2〕 前記の装置でルツボ3.5.6にBa、 La、 Cu
を入れ、実施例1と同様に超伝導体層を形成する。
[Example 2] Ba, La, Cu were placed in crucible 3.5.6 using the above-mentioned apparatus.
to form a superconductor layer in the same manner as in Example 1.

その後シャッター15を一担閉じて基板上での原子数比
がLa:Ba:Cu=1+1:2となるようにルツボの
温度で変化させてからシャッター15を開け、トンネル
障壁層を3O人形成する。その後シャッター15を閉じ
、ルツボの温度を元に戻してから再びシャッター15を
開は超伝導体層を形成する。
Thereafter, the shutter 15 is closed once and the atomic ratio on the substrate is changed by the temperature of the crucible so that it becomes La:Ba:Cu=1+1:2, and then the shutter 15 is opened to form a tunnel barrier layer of 30 atoms. . Thereafter, the shutter 15 is closed, the temperature of the crucible is returned to the original temperature, and then the shutter 15 is opened again to form a superconductor layer.

このようにして形成した接合も、実施例1と同様の特性
が認められた。
The bond formed in this way also had the same characteristics as in Example 1.

〔他の実施例〕[Other Examples]

なお、本発明の実施態様は、前記実施例に限定されるも
のではない。すなわち、蒸発物質の変更、蒸着レートの
変更を行う手段として、上述のような機械的シャッター
を用いる方法、ルツボの温度を変化させる方法の他に、
例えば、加速電極に追加する電圧の極性を反転させる等
の手段によってもよい。また、基板は5rTiO3に限
らずMgO等他の基板を用いることも出来る。
Note that the embodiments of the present invention are not limited to the above embodiments. That is, in addition to the method of using a mechanical shutter as described above and the method of changing the temperature of the crucible as a means of changing the evaporation substance and the vapor deposition rate,
For example, means such as reversing the polarity of the voltage applied to the accelerating electrode may be used. Further, the substrate is not limited to 5rTiO3, but other substrates such as MgO can also be used.

〔効果] 以上説明した本発明のジョセフソン素子は、比較的高温
(例えば、液体窒素温度以上)で動作し、第1及び第2
の超伝導層に挟持される接合層の厚さが均一であり、超
伝導体層の結晶性も良いので、良好な面接合を有して優
れた特性が得られる。
[Effect] The Josephson element of the present invention described above operates at a relatively high temperature (e.g., higher than the liquid nitrogen temperature), and the first and second
Since the thickness of the bonding layer sandwiched between the superconducting layers is uniform, and the crystallinity of the superconducting layer is also good, excellent properties can be obtained with good surface bonding.

更に、製作工程上も簡易である等の効果を有する。Furthermore, it has the advantage of simplifying the manufacturing process.

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

第1図は本発明に用いた蒸着装置の概略を示す図である
。 第2図は本発明の素子の断面を示す模式図である。 第3図は本発明の素子の4.2Kにおける電流壷電圧特
性を示す。 1 : 5rTiO3基板 2:3層構造膜 3〜6:ルツボ 7:シャッター 8;イオン化ユニット 9:加速電極 10:イオンビーム 11:加速電源 12:真空容器 13:高周波プラズマ発生源 14 : 15 : 16 : 17 : 18 : 19 : 20 : ガスイオンビーム シャッター 5rTiO3基板 第1の超伝導体層 トンネル障壁層 第2の超伝導体層 電極 第 ? 口 2つ
FIG. 1 is a diagram schematically showing a vapor deposition apparatus used in the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross section of the element of the present invention. FIG. 3 shows the current-voltage characteristics at 4.2 K of the device of the present invention. 1: 5rTiO3 substrate 2: Three-layer structure film 3 to 6: Crucible 7: Shutter 8; Ionization unit 9: Acceleration electrode 10: Ion beam 11: Acceleration power source 12: Vacuum vessel 13: High frequency plasma source 14: 15: 16: 17: 18: 19: 20: Gas ion beam shutter 5rTiO3 substrate First superconductor layer Tunnel barrier layer Second superconductor layer Electrode ? two mouths

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基体面に第1の超伝導層、接合層及び第2の超伝
導層を順次積層して成るジョセフソン素子において、前
記第1及び第2の超伝導層が組成式LnBa_2Cu_
3O_7_−_δで表わされる金属酸化物超伝導体で形
成され、前記接合層が組成式Ln_0_._5_−_a
Pr_0_._5_+_aBa_2Cu_3O_7_−
_δで表わされる金属酸化物で形成されていることを特
徴とするジョセフソン素子。 (但し、LnはLa、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、
Ho、Er、Tm、Yb、Lu及びYから選ばれる少な
くとも1種の元素、0≦δ<0.5、0.1≦a<0.
5である。)
(1) In a Josephson device in which a first superconducting layer, a bonding layer, and a second superconducting layer are sequentially laminated on a substrate surface, the first and second superconducting layers have a composition formula of LnBa_2Cu_
The bonding layer is formed of a metal oxide superconductor represented by 3O_7_-_δ, and the bonding layer has a composition formula Ln_0_. _5_-_a
Pr_0_. _5_+_aBa_2Cu_3O_7_-
A Josephson element characterized by being formed of a metal oxide represented by _δ. (However, Ln is La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy,
At least one element selected from Ho, Er, Tm, Yb, Lu and Y, 0≦δ<0.5, 0.1≦a<0.
It is 5. )
(2)基体面に第1の超伝導層、接合層及び第2の超伝
導層を順次積層して成るジョセフソン素子において、前
記第1及び第2の超電送層が組成式LnBa_2Cu_
3O_7_−_δで表わされる金属酸化物超伝導体で形
成され、前記接合層が組成式Ln′_1_._2_+_
bBa_1_._8_−_bCu_3O_7_−_δで
表わされる金属酸化物で形成されていることを特徴とす
るジョセフソン素子。 (但し、LnはLa、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、
Ho、Er、Tm、Yb、Lu及びYから選ばれる少な
くとも1種の元素、Ln′はLa、Nd、Eu及びGd
から選ばれる少なくとも1種の元素、0≦δ<0.5、
0.1≦b<1.8である。)
(2) In a Josephson device in which a first superconducting layer, a bonding layer, and a second superconducting layer are sequentially laminated on a substrate surface, the first and second superconducting layers have a composition formula of LnBa_2Cu_
The bonding layer is formed of a metal oxide superconductor represented by 3O_7_-_δ, and the bonding layer has a composition formula Ln'_1_. _2_+_
bBa_1_. A Josephson element formed of a metal oxide represented by _8_-_bCu_3O_7_-_δ. (However, Ln is La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy,
At least one element selected from Ho, Er, Tm, Yb, Lu and Y, Ln' is La, Nd, Eu and Gd
At least one element selected from 0≦δ<0.5,
0.1≦b<1.8. )
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