JPH031583A - ジョセフソン接合素子の形成方法 - Google Patents
ジョセフソン接合素子の形成方法Info
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- JPH031583A JPH031583A JP1132877A JP13287789A JPH031583A JP H031583 A JPH031583 A JP H031583A JP 1132877 A JP1132877 A JP 1132877A JP 13287789 A JP13287789 A JP 13287789A JP H031583 A JPH031583 A JP H031583A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- 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。
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、ジョセフソンコンピュータ、集積回路、信号
処理等に用いられるジョセフソン接合素子の形成方法に
関するものである。
処理等に用いられるジョセフソン接合素子の形成方法に
関するものである。
ジョセフソン接合の形式としては、ポイントコンタクト
型、サンドイッチ型（Ｓ Ｉ Ｓ型）、準平面型、ブリ
ッジ型等さまざまな形態が提案されている。なかでもブ
リッジ型ジョセフソン接合素子は素子形態が単純な構造
であるために、各種の金属超伝導薄膜およびＢ１ＰｂＢ
ａＯ超伝導薄膜においてさまざまな形態の検討がなされ
てきている。
型、サンドイッチ型（Ｓ Ｉ Ｓ型）、準平面型、ブリ
ッジ型等さまざまな形態が提案されている。なかでもブ
リッジ型ジョセフソン接合素子は素子形態が単純な構造
であるために、各種の金属超伝導薄膜およびＢ１ＰｂＢ
ａＯ超伝導薄膜においてさまざまな形態の検討がなされ
てきている。
（Ｊａｐｎ、 Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、、 ２２
．５４４ ｆ１９８３）、特開昭５９−２１０６７８１ ［発明が解決しようとしている課題］ これらのブリッジ型ジョセフソン接合素子は。
．５４４ ｆ１９８３）、特開昭５９−２１０６７８１ ［発明が解決しようとしている課題］ これらのブリッジ型ジョセフソン接合素子は。
基板全面に超伝導−薄膜を形成後、エツチング等によっ
て所望のブリッジを形成するのが一般的であった。しか
しながら、近年発見されたセラミクス超伝７ｊ％薄膜、
たとえば、ＹＢａｚＣｕＪｔ−ｓ、ＥｒＢａｚＣｕ３０
ｙ−ｓ （０＜δ＜ １ ） ｔ’ Ｂ１５ｒＣａＣｕ
Ｏ系材料等ではその材料組成が複雑であり、エツチング
により、たとえばＹ、Ｂａ、 Ｃｕなと各元素毎のエツ
チング速度が異なるため、超伝導体の組成がエツチング
により変化しやすいという問題があった。このためエツ
チングにより超伝導特性を示さなくなったり、パターン
の結晶性、再現性、均一性も良くないという欠点もあっ
た。
て所望のブリッジを形成するのが一般的であった。しか
しながら、近年発見されたセラミクス超伝７ｊ％薄膜、
たとえば、ＹＢａｚＣｕＪｔ−ｓ、ＥｒＢａｚＣｕ３０
ｙ−ｓ （０＜δ＜ １ ） ｔ’ Ｂ１５ｒＣａＣｕ
Ｏ系材料等ではその材料組成が複雑であり、エツチング
により、たとえばＹ、Ｂａ、 Ｃｕなと各元素毎のエツ
チング速度が異なるため、超伝導体の組成がエツチング
により変化しやすいという問題があった。このためエツ
チングにより超伝導特性を示さなくなったり、パターン
の結晶性、再現性、均一性も良くないという欠点もあっ
た。
［課題を解決するための手段］
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、超伝導薄
膜のエツチング操作を行なうことなくジョセフソン接合
素子を形成しつるものである。
膜のエツチング操作を行なうことなくジョセフソン接合
素子を形成しつるものである。
即ち本発明は、基板上にエピタキシャル成長により酸化
物のエピタキシャル膜を形成させる工程、エツチングに
より該エピタキシャル膜をパターニングする工程、該基
板上に超伝導体の構成成分を堆積させ、該エピタキシャ
ル膜上に超伝導薄膜を成膜する工程よりなるジョセフソ
ン接合素子の形成方法である。
物のエピタキシャル膜を形成させる工程、エツチングに
より該エピタキシャル膜をパターニングする工程、該基
板上に超伝導体の構成成分を堆積させ、該エピタキシャ
ル膜上に超伝導薄膜を成膜する工程よりなるジョセフソ
ン接合素子の形成方法である。
本発明においては、微細パターンが形成可能なエピタキ
シャル膜を基板上に形成することにより、該基板上に超
伝導体の構成成分を堆積させた時に、エピタキシャル膜
上に堆積された薄膜は超伝導性を示し、その他の部分で
は超伝導性を示さないようになる。このため、容易にジ
ョセフソン接合を形成することができる。超伝導膜のポ
ジパターンとなるエピクキシャ１１月莫は、マスクを用
し）る方法あるいはレジストパターニングによって任意
の形状にエツチングすることが可能である。特に、ＥＢ
露光パターニング等によりサブミクロンのパターニング
を施すことにより、本発明によるジョセフソン接合間の
距離を極めて小さくすることができ、−単位面積当りの
接合数を増加させることが可能である。そうすることに
よって、光信号処理素子としては高感度、光集積回路、
ジョセフソンコンピュータとしては高速、低消費電力の
ものが得られる。またジョセフソン接合アレイとするこ
とにより、ノーマル抵抗値Ｒ，および超伝導臨界電流値
Ｉｃを大きくすることができ、これらの積として表わせ
られる印加電圧Ｖ （Ｖ＝Ｒ，Ｉ ｃ）が増加する。ま
た、セラミクス超伝導体を用いて、Ｔｃが向上すること
により、バンドギャップの幅も広がり、高い周波数にも
応答することが可能となる。高い周波数にすることで大
容量化も容易となり、さらに低消費電力、高速化を計る
ことができる。
シャル膜を基板上に形成することにより、該基板上に超
伝導体の構成成分を堆積させた時に、エピタキシャル膜
上に堆積された薄膜は超伝導性を示し、その他の部分で
は超伝導性を示さないようになる。このため、容易にジ
ョセフソン接合を形成することができる。超伝導膜のポ
ジパターンとなるエピクキシャ１１月莫は、マスクを用
し）る方法あるいはレジストパターニングによって任意
の形状にエツチングすることが可能である。特に、ＥＢ
露光パターニング等によりサブミクロンのパターニング
を施すことにより、本発明によるジョセフソン接合間の
距離を極めて小さくすることができ、−単位面積当りの
接合数を増加させることが可能である。そうすることに
よって、光信号処理素子としては高感度、光集積回路、
ジョセフソンコンピュータとしては高速、低消費電力の
ものが得られる。またジョセフソン接合アレイとするこ
とにより、ノーマル抵抗値Ｒ，および超伝導臨界電流値
Ｉｃを大きくすることができ、これらの積として表わせ
られる印加電圧Ｖ （Ｖ＝Ｒ，Ｉ ｃ）が増加する。ま
た、セラミクス超伝導体を用いて、Ｔｃが向上すること
により、バンドギャップの幅も広がり、高い周波数にも
応答することが可能となる。高い周波数にすることで大
容量化も容易となり、さらに低消費電力、高速化を計る
ことができる。
本発明において成膜して得られる超伝導薄膜は粒界ジョ
セフソン接合を形成しつる超伝導物質の薄膜であり、下
記一般式（Ｉ）で表わされる。
セフソン接合を形成しつる超伝導物質の薄膜であり、下
記一般式（Ｉ）で表わされる。
Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ ・・・・・・（Ｉ）【式中、
ＡはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ。
ＡはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ。
Ｓｍ、Ｓｃ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｂｉ、ＴｌおよびＹよりなる群より選
ばれる少なくとも一種の元素、ＢはＢａ、Ｃａ、Ｓｒお
よびＰｂよりなる群より選ばれる少なくとも一種の元素
、ＣはＶ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇ
、ＣｄおよびＣｕよりなる群より選ばれる少なくとも一
種の元素、ＤはＳおよびＯよりなる群より選ばれる少な
くとも一種の元素を示す、］ 基板上への超伝導薄膜の成膜方法としては、通常のスパ
ッタ法、電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、ＭＢＥ法、Ｃ
ＶＤ法、イオンビーム法などが適用できる。
ｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｂｉ、ＴｌおよびＹよりなる群より選
ばれる少なくとも一種の元素、ＢはＢａ、Ｃａ、Ｓｒお
よびＰｂよりなる群より選ばれる少なくとも一種の元素
、ＣはＶ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇ
、ＣｄおよびＣｕよりなる群より選ばれる少なくとも一
種の元素、ＤはＳおよびＯよりなる群より選ばれる少な
くとも一種の元素を示す、］ 基板上への超伝導薄膜の成膜方法としては、通常のスパ
ッタ法、電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、ＭＢＥ法、Ｃ
ＶＤ法、イオンビーム法などが適用できる。
この様にして作成された超伝導薄膜は、必要に応じて熱
処理されるが、エピタキシャル膜は、超伝導薄膜との熱
膨張係数の近いものを選ぶことでさらにその耐久性を向
上させることもできる。
処理されるが、エピタキシャル膜は、超伝導薄膜との熱
膨張係数の近いものを選ぶことでさらにその耐久性を向
上させることもできる。
以下、本発明を実施例によってより具体的に説明する。
実施例１
第１図、第２図に示す工程によってジョセフソン接合を
形成した。まず、Ｓｉ （Ｉ００）基板１上に酸化物
エピタキシャル膜２としてＭｇＯを成膜した後、通常の
フォトリソ工程でＭｇＯをパクーニングした（第１図）
。
形成した。まず、Ｓｉ （Ｉ００）基板１上に酸化物
エピタキシャル膜２としてＭｇＯを成膜した後、通常の
フォトリソ工程でＭｇＯをパクーニングした（第１図）
。
この基板上に、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０焼結体ターゲットを
用いて、Ａｒ雰囲気中で成膜したところＹ−Ｂａ−Ｃｕ
−Ｏ薄膜が形成された。この時の成膜条件は基板温度１
００℃、真空度０．５ Ｐａ 、スパッタパワー２００
Ｗで成膜した。堆積速度は５０人／分で、膜厚は５００
０人であった。更にこの基板を酸素雰囲気中で９４０°
Ｃ１１時間の熱処理を行い、超伝導薄膜３ａを作成した
。
用いて、Ａｒ雰囲気中で成膜したところＹ−Ｂａ−Ｃｕ
−Ｏ薄膜が形成された。この時の成膜条件は基板温度１
００℃、真空度０．５ Ｐａ 、スパッタパワー２００
Ｗで成膜した。堆積速度は５０人／分で、膜厚は５００
０人であった。更にこの基板を酸素雰囲気中で９４０°
Ｃ１１時間の熱処理を行い、超伝導薄膜３ａを作成した
。
Ａｕ電極をつけて液体Ｈｅを用いて抵抗を測定したとこ
ろ、エピタキシャル膜２ （ＭｇＯ）上のＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−０薄膜３ａは７０にで抵抗０となり、超伝導性を示
したが、Ｓｉ基板ｌ上°のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜３ｂ
は、４にでも抵抗０にならず超伝導性を示さなかった。
ろ、エピタキシャル膜２ （ＭｇＯ）上のＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−０薄膜３ａは７０にで抵抗０となり、超伝導性を示
したが、Ｓｉ基板ｌ上°のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０薄膜３ｂ
は、４にでも抵抗０にならず超伝導性を示さなかった。
実施例２
アルミナ基板上に、サファイア（Ｉ００）エピタキシャ
ルパターン４を第３図に示す様に２０行２０列作成した
。その際、サファイアパターン４の大きさは、第３図に
示す様に５ｕｍ幅をめいたあみ目状とし、行間距離Ｘを
５μｍに固定し１列間距離Ｙを０．５〜２μｍと変化さ
せた。
ルパターン４を第３図に示す様に２０行２０列作成した
。その際、サファイアパターン４の大きさは、第３図に
示す様に５ｕｍ幅をめいたあみ目状とし、行間距離Ｘを
５μｍに固定し１列間距離Ｙを０．５〜２μｍと変化さ
せた。
この基板上にＥｒ−Ｂａ−Ｃｕ−０をマスクを用いたＩ
ＣＢ法（クラスターイオンビーム法）で成膜した。
ＣＢ法（クラスターイオンビーム法）で成膜した。
この時の条件は、基板温度６００℃、酸素分圧３、ＯＸ
１０−’ Ｔｏｒｒで行い、蒸着材料としてＥｒ、Ｂ
ａｄ、ＣｕＯをそれぞれ独立のクラスターイオンガンに
より、基板上の組成がＥｒ ： Ｂａ ： Ｃｕ＝に２
：３になるように堆積速度を調節した。
１０−’ Ｔｏｒｒで行い、蒸着材料としてＥｒ、Ｂ
ａｄ、ＣｕＯをそれぞれ独立のクラスターイオンガンに
より、基板上の組成がＥｒ ： Ｂａ ： Ｃｕ＝に２
：３になるように堆積速度を調節した。
なお、Ｅｒ用のクラスターイオンガンの加速電圧は１
ｋＶ、イオン化電流は５０ｍＡとし、ＢａＯ用のクラス
ターイオンガンの加速電圧は０．５ ｋＶ 、イオン化
電流は３０ｍＡとし、ＣｕＯ用の加速電圧は４ｋＶ、イ
オン化電流は２００ｍＡとした。なお、堆積速度は２０
０人／分であった。
ｋＶ、イオン化電流は５０ｍＡとし、ＢａＯ用のクラス
ターイオンガンの加速電圧は０．５ ｋＶ 、イオン化
電流は３０ｍＡとし、ＣｕＯ用の加速電圧は４ｋＶ、イ
オン化電流は２００ｍＡとした。なお、堆積速度は２０
０人／分であった。
さらに、この基板を酸素雰囲気中で９５０℃、ＩＨの熱
処理を行い、Ｔｃ＝８０にとなる超伝導薄膜５ａを作成
した（第３図）。
処理を行い、Ｔｃ＝８０にとなる超伝導薄膜５ａを作成
した（第３図）。
表１にＹの変化による特性の変化を示す。
ところＢ１−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−ＯＲ膜が形成されたに
の時の成膜条件は、基板温度く１００°Ｃ，Ａｒガス圧
力０．５ Ｐａ 、スパッタパワー１００Ｗで堆積速度
５０＾／ｍｉｎ、膜厚は４０００人であった。さらにこ
の基板を酸素雰囲気中で８５０℃、１時間の熱処理を行
いＴｃ＝７０にとなる超伝導薄膜を形成した０表２にｄ
の変化による特性変化を示す。
の時の成膜条件は、基板温度く１００°Ｃ，Ａｒガス圧
力０．５ Ｐａ 、スパッタパワー１００Ｗで堆積速度
５０＾／ｍｉｎ、膜厚は４０００人であった。さらにこ
の基板を酸素雰囲気中で８５０℃、１時間の熱処理を行
いＴｃ＝７０にとなる超伝導薄膜を形成した０表２にｄ
の変化による特性変化を示す。
表２ ｄの値と評価結果
なお、２μｍＸ２μｍのウィークジャンクション部１個
をもつ粒界ジョセフソン接合ではＩＣ＝０．２ ｍＡ、
Ｒ，＝０．９ΩでＩ ｅ ＲＮ＝Ｏ，１８ｍＶであっ
た。
をもつ粒界ジョセフソン接合ではＩＣ＝０．２ ｍＡ、
Ｒ，＝０．９ΩでＩ ｅ ＲＮ＝Ｏ，１８ｍＶであっ
た。
実施例３
２０行段差をつけた石英基板上にＭｇＯエピタキシャル
パターン６を第４図に示す様に２０列作製した。その際
、段差幅Ｗは５μｍとし１段差ｄを０．５〜２．０μｍ
と変化させた（第４図）。
パターン６を第４図に示す様に２０列作製した。その際
、段差幅Ｗは５μｍとし１段差ｄを０．５〜２．０μｍ
と変化させた（第４図）。
この基板上にＢ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０焼結体ターゲ
ットを用いて、ＲＦスパッタ法で基板全面に成膜した［
発明の効果］ 以上説明した様に、基板上にエピタキシャルパターンを
形成後、超伝導薄膜を形成するため、エピタキシャルパ
ターンを制御することによって粒界ジョセフソン素子の
Ｉ ＣＲ，積を制御することができ、高い周波数にも応
答可能となり、高出力、低消費電力化素子の高速化が容
易となる。
ットを用いて、ＲＦスパッタ法で基板全面に成膜した［
発明の効果］ 以上説明した様に、基板上にエピタキシャルパターンを
形成後、超伝導薄膜を形成するため、エピタキシャルパ
ターンを制御することによって粒界ジョセフソン素子の
Ｉ ＣＲ，積を制御することができ、高い周波数にも応
答可能となり、高出力、低消費電力化素子の高速化が容
易となる。
また、超伝導薄膜形成後のエツチング工程を必要としな
いため、素子の再現性、結晶性、均一性を向上させるこ
とができ１品質の良い素子をつくることができる。
いため、素子の再現性、結晶性、均一性を向上させるこ
とができ１品質の良い素子をつくることができる。
第１図及び第２図は本発明の製造工程の一例を示す概略
図、第３図は実施例２のエピタキシャル膜パターンの部
分平面図、第４図は実施例３のエピタキシャル膜パター
ンの部分平面図および部分断面図である。 ｌ：基板 ２．４．６：エピタキシャル膜 ３ａ、５ａ：超伝導薄膜 ３ｂ、５ｂ：非超伝導薄膜 特許出願人 キャノン株式会社
図、第３図は実施例２のエピタキシャル膜パターンの部
分平面図、第４図は実施例３のエピタキシャル膜パター
ンの部分平面図および部分断面図である。 ｌ：基板 ２．４．６：エピタキシャル膜 ３ａ、５ａ：超伝導薄膜 ３ｂ、５ｂ：非超伝導薄膜 特許出願人 キャノン株式会社
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板上にエピタキシャル成長により酸化物のエピタ
キシャル膜を形成させる工程、エッチングにより該エピ
タキシャル膜をパターニングする工程、該基板上に超伝
導体の構成成分を堆積させ、該エピタキシャル膜上に超
伝導薄膜を成膜する工程よりなるジョセフソン接合素子
の形成方法。 ２、超伝導薄膜の化合物組成が下記一般式 （Ｉ）で表わされる請求項１記載のジョセフソン接合素
子の形成方法。 Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ・・・・・・（Ｉ） ［式中、ＡはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｓ
ｃ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ
、Ｌｕ、Ｂｉ、ＴｌおよびＹよりなる群より選ばれる少
なくとも一種の元素、ＢはＢａ、Ｃａ、ＳｒおよびＰｂ
よりなる群より選ばれる少なくとも一種の元素、ＣはＶ
、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｃｄお
よびＣｕよりなる群より選ばれる少なくとも一種の元素
、ＤはＳおよびＯよりなる群より選ばれる少なくとも一
種の元素を示す。］
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1132877A JPH031583A (ja) | 1989-05-29 | 1989-05-29 | ジョセフソン接合素子の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1132877A JPH031583A (ja) | 1989-05-29 | 1989-05-29 | ジョセフソン接合素子の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH031583A true JPH031583A (ja) | 1991-01-08 |
Family
ID=15091648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1132877A Pending JPH031583A (ja) | 1989-05-29 | 1989-05-29 | ジョセフソン接合素子の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH031583A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63147527A (ja) * | 1986-10-08 | 1988-06-20 | ツゴル・アー・ゲー | 油水型エマルジヨンを調製する方法および装置 |
| JPS63306677A (ja) * | 1987-06-08 | 1988-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超電導装置およびその製造方法 |
| JPS6414977A (en) * | 1987-07-09 | 1989-01-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Superconducting device and manufacture thereof |
-
1989
- 1989-05-29 JP JP1132877A patent/JPH031583A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63147527A (ja) * | 1986-10-08 | 1988-06-20 | ツゴル・アー・ゲー | 油水型エマルジヨンを調製する方法および装置 |
| JPS63306677A (ja) * | 1987-06-08 | 1988-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超電導装置およびその製造方法 |
| JPS6414977A (en) * | 1987-07-09 | 1989-01-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Superconducting device and manufacture thereof |
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