JPH03241781A - 粒界ジョセフソン接合 - Google Patents
粒界ジョセフソン接合Info
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- JPH03241781A JPH03241781A JP2038042A JP3804290A JPH03241781A JP H03241781 A JPH03241781 A JP H03241781A JP 2038042 A JP2038042 A JP 2038042A JP 3804290 A JP3804290 A JP 3804290A JP H03241781 A JPH03241781 A JP H03241781A
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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、酸化物超伝導体を用いたジョセフソン接合素
子に関するものである。
子に関するものである。
（従来の技術）
ジョセフソン接合は超伝導体の量子効果が表れたもので
、量子現象を電子デバイスに応用する素子の有力な候補
である。加えて極低温動作が可能であるため、低雑音の
素子になると注目されている。このジョセフソン素子を
実現するには、極めて薄いトンネル層を超伝導体間に形
成する必要があり、多くの技術課題を解決しなければな
らない。
、量子現象を電子デバイスに応用する素子の有力な候補
である。加えて極低温動作が可能であるため、低雑音の
素子になると注目されている。このジョセフソン素子を
実現するには、極めて薄いトンネル層を超伝導体間に形
成する必要があり、多くの技術課題を解決しなければな
らない。
ところで超伝導体の結晶粒界に障壁を設はジョセフソン
接合を形成した材料は、直列及び並列にジョセフソン接
合が接続された構造となり、また簡単にジョセフソン接
合が製作できることから、高感度のセンサーへの応用が
進められている。この様な構造は、従来、金属系では酸
化雰囲気中での蒸着、あるいは絶縁体との共蒸着により
得られているが、まだ研究段階で再現性安定性等に問題
がある。一方、酸化物超伝導体では低キャリアにより多
結晶体で粒界にジョセフソン接合が観測されていた。特
に高Ｔｃとなる材料では、この粒界ジョセフソン接合を
用いて５ＱＵＩ Ｄあるいは光検出素子の作製が試みら
れている。しかし、この系の粒界ジョセフソン接合は弱
結合型の特性となり、準粒子トンネル電流に交流ジョセ
フソン効果の電流が重なることから雑音の低減が難しい
。一方、ＢａＰｂ＋−、ＲＢｉｘｏｓはトンネル型の特
性をもつが動作温度は６に以下に限られ大型の冷却装置
が必要になるとともに、電流−電圧特性の履歴が小さい
等の問題があった。
接合を形成した材料は、直列及び並列にジョセフソン接
合が接続された構造となり、また簡単にジョセフソン接
合が製作できることから、高感度のセンサーへの応用が
進められている。この様な構造は、従来、金属系では酸
化雰囲気中での蒸着、あるいは絶縁体との共蒸着により
得られているが、まだ研究段階で再現性安定性等に問題
がある。一方、酸化物超伝導体では低キャリアにより多
結晶体で粒界にジョセフソン接合が観測されていた。特
に高Ｔｃとなる材料では、この粒界ジョセフソン接合を
用いて５ＱＵＩ Ｄあるいは光検出素子の作製が試みら
れている。しかし、この系の粒界ジョセフソン接合は弱
結合型の特性となり、準粒子トンネル電流に交流ジョセ
フソン効果の電流が重なることから雑音の低減が難しい
。一方、ＢａＰｂ＋−、ＲＢｉｘｏｓはトンネル型の特
性をもつが動作温度は６に以下に限られ大型の冷却装置
が必要になるとともに、電流−電圧特性の履歴が小さい
等の問題があった。
（発明が解決しようとする課題）
本発明は、上記の問題を解決するために、センサーに応
用する場合に重要となる熱雑音の低減がはかれる極低温
を実現する上で、既に簡便で経済的な冷凍器が開発され
ているＩＯＫの温度でも、電流−電圧特性に履歴をもつ
トンネル型の特性をもつ粒界ジョセフソン接合を提供す
ることを目的とする。
用する場合に重要となる熱雑音の低減がはかれる極低温
を実現する上で、既に簡便で経済的な冷凍器が開発され
ているＩＯＫの温度でも、電流−電圧特性に履歴をもつ
トンネル型の特性をもつ粒界ジョセフソン接合を提供す
ることを目的とする。
（課題を解決するための手段）
このような目的を達成するために本発明方法は、単純ペ
ロプスカイト構造をもつＢａｄ−ｇＭｇＢｉ０３（Ｍ
：に、 Ｒｈ、 ０．２２＜ ｘ ＜０．５ ）の多結
晶薄膜により粒界ジョセフソン接合を作製することを特
徴とする。
ロプスカイト構造をもつＢａｄ−ｇＭｇＢｉ０３（Ｍ
：に、 Ｒｈ、 ０．２２＜ ｘ ＜０．５ ）の多結
晶薄膜により粒界ジョセフソン接合を作製することを特
徴とする。
（作用）
本発明によれば、超伝導転移温度Ｔｃが３０Ｋを越える
ため、粒界ジョセフソン接合は３０に以下の温度で現れ
、しかも高いポテンシャル障壁のため２０に以下の温度
でもトンネル型の特性をもつことになる。
ため、粒界ジョセフソン接合は３０に以下の温度で現れ
、しかも高いポテンシャル障壁のため２０に以下の温度
でもトンネル型の特性をもつことになる。
（実施例）
以下に実施例によって本発明の詳細な説明する。
なお、実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸
脱しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行い得るこ
とは言うまでもない。
脱しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行い得るこ
とは言うまでもない。
実施例１ （（Ｂａｄ−Ｊｘ）Ｂｉａｓ ）第１図に多
結晶薄膜の構造を示す。図において１は基板で多結晶薄
膜とするため、サファイアなるいは石英ガラスが用いら
れる。２は（Ｂａｄ−ｘＫｘ）Ｂｉ（ｈ薄膜で、酸素イ
オンビーム照射共蒸着装置あるいはスパッタ装置により
作製される。基板温度は３００〜４００℃で作製した。
結晶薄膜の構造を示す。図において１は基板で多結晶薄
膜とするため、サファイアなるいは石英ガラスが用いら
れる。２は（Ｂａｄ−ｘＫｘ）Ｂｉ（ｈ薄膜で、酸素イ
オンビーム照射共蒸着装置あるいはスパッタ装置により
作製される。基板温度は３００〜４００℃で作製した。
３は結晶粒で、４が結晶粒界である。結晶粒界は膜厚あ
るいは堆積速度に依存せず、どの薄膜でも約０．２ｎで
あった。
るいは堆積速度に依存せず、どの薄膜でも約０．２ｎで
あった。
この薄膜の抵抗の温度依存性の一例（ｘ ＝０．２８）
を第２図に示す。図において横軸には温度をとり、縦軸
には体積固有抵抗をとっである。２８にで体積固有抵抗
が急激に低下し、超伝導転移が起きていることがわかる
。単結晶薄膜では金属的に温度とともに抵抗が低下する
のに対し、多結晶では粒界効果で抵抗は増加する。両者
の差より粒界の抵抗を１０−’Ω／Ｃ−見積もることが
できる。この薄膜について、電極として金蒸着膜を用い
４．２Ｋにおける電流−電圧特性を測定した結果を第３
図に示す。第３図において横軸は電圧、縦軸は電流を示
す。これによってトンネル型ジョセフソン接合が直列に
接続された等価回路で説明されるのと同じ特性をもつこ
とがわかる。また電圧ギャップより（ａａ＋−，１Ｋｘ
）ｎｔｏ３の超伝導エネルギーギャップ２Δはｘ ＝０
．２８で７１１１ｅνであることがわかる。この電流−
電圧特性より（Ｂａｔ−Ｊｘ）ＢｉＯｓ多結晶薄膜の粒
界接合の履歴の大きさを表す超伝導臨界電流■。
を第２図に示す。図において横軸には温度をとり、縦軸
には体積固有抵抗をとっである。２８にで体積固有抵抗
が急激に低下し、超伝導転移が起きていることがわかる
。単結晶薄膜では金属的に温度とともに抵抗が低下する
のに対し、多結晶では粒界効果で抵抗は増加する。両者
の差より粒界の抵抗を１０−’Ω／Ｃ−見積もることが
できる。この薄膜について、電極として金蒸着膜を用い
４．２Ｋにおける電流−電圧特性を測定した結果を第３
図に示す。第３図において横軸は電圧、縦軸は電流を示
す。これによってトンネル型ジョセフソン接合が直列に
接続された等価回路で説明されるのと同じ特性をもつこ
とがわかる。また電圧ギャップより（ａａ＋−，１Ｋｘ
）ｎｔｏ３の超伝導エネルギーギャップ２Δはｘ ＝０
．２８で７１１１ｅνであることがわかる。この電流−
電圧特性より（Ｂａｔ−Ｊｘ）ＢｉＯｓ多結晶薄膜の粒
界接合の履歴の大きさを表す超伝導臨界電流■。
及び電圧状態における最小電流■イを求めることができ
る。ｘ＝０．２８におけるＩ、及び■。の温度依存性を
第４図に示す。図において横軸に温度、縦軸に臨界電流
をとっである。図より１８に以下の温度ではＩ７と■。
る。ｘ＝０．２８におけるＩ、及び■。の温度依存性を
第４図に示す。図において横軸に温度、縦軸に臨界電流
をとっである。図より１８に以下の温度ではＩ７と■。
に差すなわち履歴があり、トンネル型の特性であること
がわかる。なお６に以下でＩ４はＯとなっており、はぼ
完全なトンネル型接合になっている。（Ｂａ、ＸＫＸ）
Ｂｉｂ、多結晶薄膜の超伝導転移温度のカリウム置換量
Ｘ依存性を第５図に示す。図において、横軸にはに置換
量、縦軸には超伝導転移温度をとっである。図よりＸが
０．２２以上０．５以下で超伝導となり、粒界接合がジ
ョセフソン効果をもつことが明らかである。
がわかる。なお６に以下でＩ４はＯとなっており、はぼ
完全なトンネル型接合になっている。（Ｂａ、ＸＫＸ）
Ｂｉｂ、多結晶薄膜の超伝導転移温度のカリウム置換量
Ｘ依存性を第５図に示す。図において、横軸にはに置換
量、縦軸には超伝導転移温度をとっである。図よりＸが
０．２２以上０．５以下で超伝導となり、粒界接合がジ
ョセフソン効果をもつことが明らかである。
実施例２ （（Ｂａｔ−Ｊｂｘ）Ｂｉａｓ ）多結晶薄
膜とするため、酸化物超伝導体の格子定数とは異なる石
英ガラスあるいはサファイア等の基板を選択し、実施例
１と同様の手法により、（Ｂａ 、−えＲｂえ）Ｂｉｂ
、の多結晶薄膜を形成した。第６図は温度と臨界電流と
の関係を示す。図はｘ ＝０．３５の場合の■。とｒｎ
の温度依存性を示す。実施例１と同様のトンネル型粒界
ジョセフソン接合特性が得られた。一方、基板として酸
化物超伝導体と格子整合のよい５ｒＴｉＯ，、あるいは
ＭｇＯを用いると工ピタキシャル成長となり、臨界電流
は１０’Ａ／ｃｍ”と高くなるが、粒界トンネル接合特
性を観測することはできなかった。
膜とするため、酸化物超伝導体の格子定数とは異なる石
英ガラスあるいはサファイア等の基板を選択し、実施例
１と同様の手法により、（Ｂａ 、−えＲｂえ）Ｂｉｂ
、の多結晶薄膜を形成した。第６図は温度と臨界電流と
の関係を示す。図はｘ ＝０．３５の場合の■。とｒｎ
の温度依存性を示す。実施例１と同様のトンネル型粒界
ジョセフソン接合特性が得られた。一方、基板として酸
化物超伝導体と格子整合のよい５ｒＴｉＯ，、あるいは
ＭｇＯを用いると工ピタキシャル成長となり、臨界電流
は１０’Ａ／ｃｍ”と高くなるが、粒界トンネル接合特
性を観測することはできなかった。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明による粒界接合によれば、
２０に以下の温度においてトンネル型のジョセフソン接
合ができる。従って、小型冷凍器が既に実現している１
０にの温度において動作することができ、操作性及び経
済性において利点がある。
２０に以下の温度においてトンネル型のジョセフソン接
合ができる。従って、小型冷凍器が既に実現している１
０にの温度において動作することができ、操作性及び経
済性において利点がある。
また、４．２にの温度で動作させる場合にも、超伝導の
エネルギーギャップ幅が大きいため、電流電圧特性の履
歴が大きくなり、また準粒子数が減少するため、５ＱＵ
ＩＤあるいは電磁波検出素子等のセンサーとして用いる
場合、雑音を低下することができ、高感度化が図れる等
の効果を有するものである。
エネルギーギャップ幅が大きいため、電流電圧特性の履
歴が大きくなり、また準粒子数が減少するため、５ＱＵ
ＩＤあるいは電磁波検出素子等のセンサーとして用いる
場合、雑音を低下することができ、高感度化が図れる等
の効果を有するものである。
第１図は本発明が形成される酸化物超伝導体多結晶薄膜
の構造図、第２図は（Ｂａｌ−、ＫＸ）ＢｉＯ，多結晶
薄膜の体積固有抵抗の温度依存性を示す図、第３図は４
．２Ｋにおける（Ｂａｌ−Ｊｘ）８１０３多結晶薄膜の
粒界接合の電流−電圧特性を示す図、第４図は（Ｂａｌ
−ＪＪＢｉＯｉ多結晶薄膜の粒界接合の超伝導臨界電流
し及び電圧状態における最小電流Ｉいの温度依存性を示
す図、第５図は（Ｂａｔ−Ｊｘ）ＢｉＯｉ多結晶薄膜の
超伝導転移温度のカリウム置換量Ｘ依存性を示す図、第
６図は（Ｂａｌ−ｘＲｂＸ）Ｂ１０３多結晶薄膜の粒界
接合の超伝導臨界電流■ゎ及び電圧状態における最小電
流１１の温度依存性を示す図である。 １・・・サファイアあるいは石英ガラス基板２” ’
（Ｂａｔ−ｘＫｘ）Ｂｉａｓ薄膜３・・・結晶粒 ４・・・結晶粒界
の構造図、第２図は（Ｂａｌ−、ＫＸ）ＢｉＯ，多結晶
薄膜の体積固有抵抗の温度依存性を示す図、第３図は４
．２Ｋにおける（Ｂａｌ−Ｊｘ）８１０３多結晶薄膜の
粒界接合の電流−電圧特性を示す図、第４図は（Ｂａｌ
−ＪＪＢｉＯｉ多結晶薄膜の粒界接合の超伝導臨界電流
し及び電圧状態における最小電流Ｉいの温度依存性を示
す図、第５図は（Ｂａｔ−Ｊｘ）ＢｉＯｉ多結晶薄膜の
超伝導転移温度のカリウム置換量Ｘ依存性を示す図、第
６図は（Ｂａｌ−ｘＲｂＸ）Ｂ１０３多結晶薄膜の粒界
接合の超伝導臨界電流■ゎ及び電圧状態における最小電
流１１の温度依存性を示す図である。 １・・・サファイアあるいは石英ガラス基板２” ’
（Ｂａｔ−ｘＫｘ）Ｂｉａｓ薄膜３・・・結晶粒 ４・・・結晶粒界
Claims (2)
- （１）酸化物超伝導体Ｂａ＿１＿−＿ｘＭ＿ｘＢｉＯ＿
３（Ｍ：Ｋ、Ｒｂ、０．２２＜ｘ＜０．５）の多結晶薄
膜において、その結晶粒界に形成されるポテンシャルバ
リア層をトンネル障壁とすることを特徴とする粒界ジョ
セフソン接合。 - （２）酸化物超伝導体の結晶格子とは異なり格子不整合
となる結晶構造を持つ石英ガラスあるいはサファイア等
の基板上に多結晶薄膜を作製することを特徴とする請求
項１記載の粒界ジョセフソン接合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2038042A JPH03241781A (ja) | 1990-02-19 | 1990-02-19 | 粒界ジョセフソン接合 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2038042A JPH03241781A (ja) | 1990-02-19 | 1990-02-19 | 粒界ジョセフソン接合 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03241781A true JPH03241781A (ja) | 1991-10-28 |
Family
ID=12514479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2038042A Pending JPH03241781A (ja) | 1990-02-19 | 1990-02-19 | 粒界ジョセフソン接合 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03241781A (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59210677A (ja) * | 1983-05-14 | 1984-11-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ジヨセフソン接合を用いた光検出素子 |
| JPS6065582A (ja) * | 1983-09-20 | 1985-04-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 粒界ジヨセフソン接合型光検出素子 |
| JPS60253929A (ja) * | 1984-05-31 | 1985-12-14 | Shimadzu Corp | 赤外線イメ−ジセンサ |
| JPH01264911A (ja) * | 1987-12-26 | 1989-10-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合酸化物超電導薄膜の作製方法 |
-
1990
- 1990-02-19 JP JP2038042A patent/JPH03241781A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59210677A (ja) * | 1983-05-14 | 1984-11-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ジヨセフソン接合を用いた光検出素子 |
| JPS6065582A (ja) * | 1983-09-20 | 1985-04-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 粒界ジヨセフソン接合型光検出素子 |
| JPS60253929A (ja) * | 1984-05-31 | 1985-12-14 | Shimadzu Corp | 赤外線イメ−ジセンサ |
| JPH01264911A (ja) * | 1987-12-26 | 1989-10-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合酸化物超電導薄膜の作製方法 |
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