JPH03283679A - くさび型ジョセフソン接合素子の製造方法 - Google Patents

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。

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接合を有する素子に関する。

なお、本発明は、超高感度磁場計測用の５ＱＵＩＤや、
超高感度電磁波検出器等、ジョセフソン効果を利用した
あらゆるデバイスに応用可能である。

〈従来の技術〉 良好な性能のジョセフソン接合を得るためには、そのブ
リッジ長（弱接合部の長さ）を、理想的には使用するブ
リッジ材料のコヒーレント長の３〜５倍程度にすべきで
あること、また、この理想的なブリッジ長が得られなく
とも、これにできるだけ近づくようにブリッジ長を短く
すべきであることが知られている。

Ｎｂを用いたジョセフソン接合において、その理想的な
ブリッジ長は数百人程度となる。このような極めて短い
ブリッジ長を再現性よく得るためには、準平面型のジョ
セフソン接合が有利である。

準平面型のジョセフソン接合は、平坦な基板表面に形成
された超電導薄膜の上面に、絶縁層を介して別の超電導
薄膜を積層形成し、上方の超電導薄膜の端面部において
、双方の超電導薄膜にまたがるブリッジを形成した構造
であり、比較的容品にコントロールできる膜厚寸法によ
ってブリッジ長を決定することができ、平面上の微細加
工に顧る平面型のジョセフソン接合に比して極めて有利
である。

ところで、ＹＢＣＯに代表される酸化物高温超電導体を
用いてジョセフソン接合素子を作る場合、以下に示す理
由によって、Ｎｂ系等の従来の超電導体を用いた場合の
ような良好な準平面型のジョセフソン接合を得ることが
困難である。

まず、ＹＢＣＯ等の高温超電導薄膜は、一般に不安定で
拡散しやすく、良好な状態で積層形成すること自体が容
品でない。

また、現在の製膜技術で得られる高温超電導薄膜は、そ
の表面平坦度が１００人程変色悪く、絶縁層を介して相
互に積層した場合にピンコンタクトが生じ易い。

更に、酸化物高温超電導体は水に対して劣化しやすい等
、加工上の制約があり、Ｎｂ系超電導体のように比較的
自由に工程を選択することはできない。

このような点に鑑み、本発明者は既に、基板に段差を設
け、その上段側および下段側の平面にそれぞれ高温超電
導体薄膜を形成するとともに、双方の高温超電導体薄膜
を、段差部分を横切る高温超電導体薄膜のブリッジで接
合したジョセフソン接合素子をすでに提案している（特
願平１−１２１８５号）。

この提案によれば、超電導薄膜を積層することなく準平
面型ジョセフソン接合が得られるので、高温超電導体薄
膜を用いても高性能の素子を再現性よく得ることができ
るとともに、超電導薄膜は一層のみ成膜すれば良いので
、製造プロセスが簡素化されるという利点もある。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、以上の提案のような準平面型のジョセフソン
接合素子では、ジョセフソン接合部における超電導体薄
膜に対する基板段部のエツジ部のくい込み角度は鋭くて
も９０°となってしまい、普通は鈍角となってしまう。

このことは、ジョセフソン接合部の有効長１０をある程
度以下には短くできず、ジョセフソン接合特性がある程
度以上に改善されないという問題がある。

本発明の目的は、超電導薄膜を積層することなく準平面
型ジョセフソン接合が得られ、高温超電導体薄膜を用い
ても高性能の素子を再現性よく得ることができるばかり
でなく、ジョセフソン接合部の有効長１．をより短くで
き、以て良好なジョセフソン接合特性を得ることのでき
るジョセフソン接合素子を提供することにある。

〈課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための構成を、実施例に対応する
第１図を参照しつつ説明すると、本発明では、基板１の
表面に鋭角状に突出する突部１ａを形成するとともに、
この基板１の表面には突部１ａを挟んで両側に超電導体
薄膜２および３を形成し、その両方の超電導体薄膜２お
よび３を、突部１ａを横切るように形成した狭幅の超電
導体薄膜からなるブリッジ４によって相互に接合してい
る。

く作用〉 超電導体薄膜のブリッジ４は、基板１の表面から突出す
る突部１ａによって鋭角でくい込まれ、ジョセフソン接
合部は実質的にこの鋭角状の極めて短い部分に形成され
、その有効長１０が前記した提案のものよりも短くなる
。

〈実施例〉 第１図は本発明実施例の平面図（ａ）とそのＡ−Ａ断面
の要部拡大図である。

Ｍｇ０（１００）ｌ板１の表面には、その略中央部を横
切るように鋭角に突出する突部１ａが形成されている。

その突部１ａを挟んで基板１の表面両側には、ＹＢＣＯ
超電導体薄膜２および３が形成されており、これらが電
極部を形成している。

両方の超電導体薄膜２と３は、突部１ａの上を横切って
形成されたブリッジ４によって相互に接合されている。

このブリッジ４は電極部を形成する薄膜と同じＹＢＣＯ
超電導体薄膜の幅を狭くしたものである。

ブリッジ４は突部１ａの先端の稜線において鋭くくい込
まれ、この部分のみが他の部分に比して厚さが極めて薄
くなっている。

以上のような本発明実施例によれば、ブリッジ４のうち
、突部１ａの稜線上の極めて短い部分がジョセフソン接
合部となり、その有効長１゜は極めて短くなる。

次に以上の本発明実施例の製造方法を説明する。

第２図ないし第３図はその手順の説明図である。

まず、適当な厚さのＭｇ０（１００）基板１０を用意し
、その上面にＣＭＳレジストを塗布して、ＥＢ露光によ
って、第２図（ａ）に平面図、（ロ）にそのＡ−Ａ断面
の要部拡大図で示すようにＣＭＳレジストの細線１１を
形成する。このとき、ＥＢｎ光条件を調整することによ
って、レジストの頭が可能な限り尖った形状になるよう
にする。

次にその基板１０の上方から、このＣＭＳレジストの細
線１１をマスクとしてＡｒイオンミリングを行った後、
残ったレジストを除去する。これにより、第３図（ａ）
に平面図、（ｂ）にそのＡ−Ａ断面の要部拡大図で示す
ように、鋭角的に尖った突部１ａを持つ基板１を得る。

その後、基板１の表面にＹＢＣＯ超電導体薄膜を一様に
形成する。このとき、ＹＢＣＯ超電導体薄膜は突部１ａ
の稜線部において第１図（ｂ）に示したように鋭角的に
くい込まれる。その後、その上面にレジストを塗布して
露光と現像によってパタニングの後、Ａｒイオンミリン
グによってその薄膜を第１図に示すような電極部（２，
３）と突部１ａを横切るブリッジ４を持つパターンに微
細加工する。

なお、基板１としてはＭｇＯ（１００）の他、５ｒＴｉ
Ｏｚ（１１０）、（１００）、あるいはＹＳＺ等、使用
する超電導体薄膜に悪影響を及ぼさないものなら何でも
良い。

また、超電導体薄膜としては、ＹＢＣＯに限定されず、
Ｂｉ系、ＴＩ系、あるいはＮｂ５ＮｂＴｉ等の超電導を
示す薄膜であれば何でも使用できることは勿論である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、基板表面に鋭角
上に突出する突部を形成して、その突部を挟んで両側に
超電導体薄膜を形成するとともに、これらを突部を横切
って形成したブリッジによって接合しているので、ブリ
ッジにおけるジッセフソン接合部は実質的に突部の稜線
によってくい込まれた部分によって形成され、その有効
長Ｉ０は極めて短くなる。また、超電導体薄膜は一層の
み製膜すれば良いことと併せて、高温超電導体薄膜を用
いても再現性良く安定した高性能のジョセフソン接合素
子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の平面図（ａ）およびそのＡＡ断
面の要部拡大図（ｂ）、 第２図および第３図はその製造方法の説明図である。 １・・・・基板 １ａ・・・・突部 ２．３・・・・超電導体薄膜 ４・・・・ブリッジ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板表面に鋭角状に突出する突部が形成され、この基
   板表面には上記突部を挟んで両側に超電導体薄膜が形成
   されているとともに、その両方の超電導体薄膜が、上記
   突部を横切るように形成された狭幅の超電導体薄膜から
   なるブリッジによって相互に接合されてなる、くさび型
   ジョセフソン接合素子。