JPH03296283A - ジョセフソン接合 - Google Patents
ジョセフソン接合Info
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- JPH03296283A JPH03296283A JP2098138A JP9813890A JPH03296283A JP H03296283 A JPH03296283 A JP H03296283A JP 2098138 A JP2098138 A JP 2098138A JP 9813890 A JP9813890 A JP 9813890A JP H03296283 A JPH03296283 A JP H03296283A
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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
Landscapes
- 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、ジョセフソン接合に関する。より詳細には、
ジョセフソンコンピュータや、ミキ→ノ、センサ等に用
いる酸化物超電導体を用いたジョセフソン接合に関する
ものである。
ジョセフソンコンピュータや、ミキ→ノ、センサ等に用
いる酸化物超電導体を用いたジョセフソン接合に関する
ものである。
従来の技術
一対の超電導体を弱＜″接合したジョセフソン接合を実
現する構成は各種あるが、実用上置も好ましい構成は、
一対の超電導体で薄い非超電導体層を挟んだトンネル型
の接合である。一般に、ジョセフソン接合は、ジョセフ
ソン接合素子の形態で実現され、トンネル型ジョセフソ
ン接合素子では、第１の超電導体薄膜、非超電導体薄膜
および第２の超電導体薄膜を、順次積層した構成となっ
ている。
現する構成は各種あるが、実用上置も好ましい構成は、
一対の超電導体で薄い非超電導体層を挟んだトンネル型
の接合である。一般に、ジョセフソン接合は、ジョセフ
ソン接合素子の形態で実現され、トンネル型ジョセフソ
ン接合素子では、第１の超電導体薄膜、非超電導体薄膜
および第２の超電導体薄膜を、順次積層した構成となっ
ている。
従来、上記のトンネル型ジョセフソン接合素子の超電導
体に酸化物超電導体を使用し、非超電導体層に、Ｍｇ０
，２ｒ○２等の絶縁体またはＰｒＢａＣｕ ０等の半導
体を用いて作製する実験が数多くなされてきた。最近で
は、Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、 Ｖｏｌ、５
６Ｎ０．７１）ρ６８３〜６８５にあるようにＹ２Ｏ３
を非超電導体層に使用することも検討されており、ギヤ
ングの測定等が報告されているが、ジョセフソン効果は
δ忍必られていない。
体に酸化物超電導体を使用し、非超電導体層に、Ｍｇ０
，２ｒ○２等の絶縁体またはＰｒＢａＣｕ ０等の半導
体を用いて作製する実験が数多くなされてきた。最近で
は、Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、 Ｖｏｌ、５
６Ｎ０．７１）ρ６８３〜６８５にあるようにＹ２Ｏ３
を非超電導体層に使用することも検討されており、ギヤ
ングの測定等が報告されているが、ジョセフソン効果は
δ忍必られていない。
しかしながら、トンネル型ジョセフソン接合においては
、非超電導体層の厚さは、超電導体のコヒーレンス長に
よって決定される。すなわち、超電導体のコヒーレンス
長が短い場合には、非超電導体層の厚さも小さくしなけ
ればならない。一方、酸化物超電導体は、コヒーレンス
長が極めて短い（Ｃ軸方向で数Å以下、Ｃ軸と垂直な方
向で数十人）ので、非超電導体層の厚さを最大でも５０
人程度と極約て薄くする必要があった。
、非超電導体層の厚さは、超電導体のコヒーレンス長に
よって決定される。すなわち、超電導体のコヒーレンス
長が短い場合には、非超電導体層の厚さも小さくしなけ
ればならない。一方、酸化物超電導体は、コヒーレンス
長が極めて短い（Ｃ軸方向で数Å以下、Ｃ軸と垂直な方
向で数十人）ので、非超電導体層の厚さを最大でも５０
人程度と極約て薄くする必要があった。
発明が解決しようとする課題
上記従来のトンネル型ジョセフソン接合では、非超電導
体層のＭｇ Ｏ、Ｚｒ Ｏ２等の酸化物の薄膜を第１の
超電導体薄膜上に作製する際、第１の超電導体薄膜を構
成する酸化物超電導体が劣化する。
体層のＭｇ Ｏ、Ｚｒ Ｏ２等の酸化物の薄膜を第１の
超電導体薄膜上に作製する際、第１の超電導体薄膜を構
成する酸化物超電導体が劣化する。
これは、ＭｇＯ、ＺｒＯ２等の酸化物の薄膜の作製条件
が、酸化物超電導体の作製条件と大幅に異なるためであ
る。
が、酸化物超電導体の作製条件と大幅に異なるためであ
る。
例えば、超電導体にＹＢａ２Ｃｕ３０７−Ｘを使用し、
非超電導体にＭｇＯを使用する場合、ＹＢａ２Ｃｕ３０
７−Ｘ薄膜の成膜温度は約６００℃であり、ＭｇＯ薄膜
の成膜温度は約３００℃である。従って、第１の超電導
体薄膜は、６００℃−３００℃−６００℃という温度変
化を受け、劣化する。
非超電導体にＭｇＯを使用する場合、ＹＢａ２Ｃｕ３０
７−Ｘ薄膜の成膜温度は約６００℃であり、ＭｇＯ薄膜
の成膜温度は約３００℃である。従って、第１の超電導
体薄膜は、６００℃−３００℃−６００℃という温度変
化を受け、劣化する。
一方、ＰｒＢａＣｕ Ｏは、結晶構造、作製条件ともに
酸化物超電導体と類似しているが、電気的特性が半導体
であり、非超電導体層が絶縁体であることが好ましいジ
ョセフソン接合に使用するには適さない。
酸化物超電導体と類似しているが、電気的特性が半導体
であり、非超電導体層が絶縁体であることが好ましいジ
ョセフソン接合に使用するには適さない。
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し
た、超電導体層の劣化していないジョセフソン接合を提
供することにある。
た、超電導体層の劣化していないジョセフソン接合を提
供することにある。
本発明に従うと、一対の酸化物超電導体層の間に非超電
導体層を挟んだトンネル型ジョセフソン接合において、
前記酸化物超電導体が、一般式： ＲｅＢａ２Ｃｕ３０
７−８ （ただし、Ｒｅは、希土類元素である）で示される組成
の複合酸化物を含み、前記非超電導体層が、ＢａＯア
（ｙ−１または２）または一般式： Ｒｅ２０ｗ （ただし、Ｒｅは、希土類元素であり、２およびＷは、
各元素の比を表す） で示される組成の化合物を含むことを特徴とするジョセ
フソン接合が提供される。
導体層を挟んだトンネル型ジョセフソン接合において、
前記酸化物超電導体が、一般式： ＲｅＢａ２Ｃｕ３０
７−８ （ただし、Ｒｅは、希土類元素である）で示される組成
の複合酸化物を含み、前記非超電導体層が、ＢａＯア
（ｙ−１または２）または一般式： Ｒｅ２０ｗ （ただし、Ｒｅは、希土類元素であり、２およびＷは、
各元素の比を表す） で示される組成の化合物を含むことを特徴とするジョセ
フソン接合が提供される。
作用
本発明のジョセフソン接合は、超電導体層が、一般式：
ＲｅＢａ２Ｃｕ３０７−Ｘ （ただし、Ｒｅは、希土類元素である）で示される組成
の複合酸化物を含み、非超電導体層が、Ｂａｄｙ （ｙ
＝１または２）または一般式：ＲｅｚＯｗ （ただし、Ｒｅは、希土類元素てあり、２およびＷは、
各元素の比を表す） で示される組成の化合物を含む、トンネル型のンヨセフ
ソン接合であることをその主要な特徴とする。
ＲｅＢａ２Ｃｕ３０７−Ｘ （ただし、Ｒｅは、希土類元素である）で示される組成
の複合酸化物を含み、非超電導体層が、Ｂａｄｙ （ｙ
＝１または２）または一般式：ＲｅｚＯｗ （ただし、Ｒｅは、希土類元素てあり、２およびＷは、
各元素の比を表す） で示される組成の化合物を含む、トンネル型のンヨセフ
ソン接合であることをその主要な特徴とする。
本発明のジョセフソン接合の非超電導体層に含まれる上
記のＢａｄ、またはＲｅｚＯｗは、薄膜化する際の成膜
温度がＲｅＢａ２Ｃｕ３０□−８酸化物超電導体を薄膜
化する際の成膜温度とほぼ等しい。従って、ＲｅＢａ２
Ｃｕ３０７−Ｘ酸化物超電導体層を劣化させることがな
い。また、ＢａＯ，ｉまたはＲｅ２０いの結晶の格子定
数もＲｅＢａ２Ｃｕ３０７−８酸化物超電導体結晶の格
子定数とほぼ一致するため、ジョセフソン接合を作製す
るのに有利である。
記のＢａｄ、またはＲｅｚＯｗは、薄膜化する際の成膜
温度がＲｅＢａ２Ｃｕ３０□−８酸化物超電導体を薄膜
化する際の成膜温度とほぼ等しい。従って、ＲｅＢａ２
Ｃｕ３０７−Ｘ酸化物超電導体層を劣化させることがな
い。また、ＢａＯ，ｉまたはＲｅ２０いの結晶の格子定
数もＲｅＢａ２Ｃｕ３０７−８酸化物超電導体結晶の格
子定数とほぼ一致するため、ジョセフソン接合を作製す
るのに有利である。
本発明のジョセフソン接合に使用される酸化物超電導体
は、例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３０７−Ｘが好ましく、非超
電導体は、Ｐｒ○２が好ましい。ＹＢａ２Ｃｕ３０７−
ｘふよびｐｒ０２ は、ともに薄膜化する際の基板温度
が、約６００ ℃であり、ジョセフソン接合を作製する
間、基板温度を変化させる必要がない。また、この温度
でＰｒは、はとんどＹＢａ２Ｃｕ３０７−Ｘ内に拡散せ
ず、拡散で生じる（Ｙ−Ｐｒｈ ） ＢａＣｕＯの超電
導性もＹ＞Ｐｒてあれば保たれる。さらに、ＰｔＯ２の
格子定数は、５３９人でＹＢａ２Ｃｕ、、０７−ＸＯａ
軸の長さ３．８２人のｆ１倍の５．４０人とほぼ一致す
る。
は、例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３０７−Ｘが好ましく、非超
電導体は、Ｐｒ○２が好ましい。ＹＢａ２Ｃｕ３０７−
ｘふよびｐｒ０２ は、ともに薄膜化する際の基板温度
が、約６００ ℃であり、ジョセフソン接合を作製する
間、基板温度を変化させる必要がない。また、この温度
でＰｒは、はとんどＹＢａ２Ｃｕ３０７−Ｘ内に拡散せ
ず、拡散で生じる（Ｙ−Ｐｒｈ ） ＢａＣｕＯの超電
導性もＹ＞Ｐｒてあれば保たれる。さらに、ＰｔＯ２の
格子定数は、５３９人でＹＢａ２Ｃｕ、、０７−ＸＯａ
軸の長さ３．８２人のｆ１倍の５．４０人とほぼ一致す
る。
一方、Ｙ２Ｏ３を非超電導体に使用することも好ましい
。Ｙ ２０３も基板温度約６００ ℃で薄膜化できる。
。Ｙ ２０３も基板温度約６００ ℃で薄膜化できる。
また、Ｙ ２０３は１０．６３ 人の立方晶であり、上
記のＹＢａ２Ｃｕ３０７−ｘのａ軸の長さ３．８２への
２，７７倍と一致する。従って、Ｙ２Ｏ３もＹＢａ２Ｃ
ｕ３０７−ｘと格子整合する。さらに、ＹＢａ２Ｃｕ３
０７−Ｘ酸化物超電導体層をＹ、、ＢａおよびＣｕ （
それぞれ、単体の金属または酸化物）の３個の蒸発源を
使用して形成する場合には、Ｙ２Ｏ３非超電導体層を形
成するだめの新たな蒸発源を設ける必要がないので有利
である。
記のＹＢａ２Ｃｕ３０７−ｘのａ軸の長さ３．８２への
２，７７倍と一致する。従って、Ｙ２Ｏ３もＹＢａ２Ｃ
ｕ３０７−ｘと格子整合する。さらに、ＹＢａ２Ｃｕ３
０７−Ｘ酸化物超電導体層をＹ、、ＢａおよびＣｕ （
それぞれ、単体の金属または酸化物）の３個の蒸発源を
使用して形成する場合には、Ｙ２Ｏ３非超電導体層を形
成するだめの新たな蒸発源を設ける必要がないので有利
である。
本発明のジョセフソン接合は、酸化物超電導体を使用し
ており、第１の酸化物超電導体層上に上記の化合物の非
超電導体層が積層され、さらに第２の酸化物超電導体層
がその上に積層された構成となっている。現在のところ
、酸化物超電導体は適当な基板上でなければ形成するこ
とが困難であり、本発明のジョセフソン接合も基板上に
形成される。本発明のジョセフソン接合を形成する基板
としては、Ｍｇ０（１００）および（１１０） 、Ｓｒ
ｔ＋ ０３ （１００）および（１１０）等の単結晶基
板が好ましい。
ており、第１の酸化物超電導体層上に上記の化合物の非
超電導体層が積層され、さらに第２の酸化物超電導体層
がその上に積層された構成となっている。現在のところ
、酸化物超電導体は適当な基板上でなければ形成するこ
とが困難であり、本発明のジョセフソン接合も基板上に
形成される。本発明のジョセフソン接合を形成する基板
としては、Ｍｇ０（１００）および（１１０） 、Ｓｒ
ｔ＋ ０３ （１００）および（１１０）等の単結晶基
板が好ましい。
上記本発明のジョセフソン接合を作製する場合に、各薄
膜の形成には、ＭＢＥ法、反応性蒸着法、スパッタリン
グ法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法などを用いるこ
とができる。
膜の形成には、ＭＢＥ法、反応性蒸着法、スパッタリン
グ法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法などを用いるこ
とができる。
以下、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。
】１男
超電導体にＹＢａ２Ｃｕ３０７−Ｘを、非超電導体にＰ
ｔＯ２を使用して、本発明のジョセフソン接合を作製し
た。第１図に本実施例で作製したジョセフソン接合の断
面図を示す。第１図のジョセフソン接合は、ＭｇＯ（１
００）基板４上に形成されたＹＢａ２Ｃｕ３０７−Ｘ酸
化物超電導体による第１の超電導体層１と、第１の超電
導体層１上に形成されたｐｒ０２による非超電導体層３
と、非超電導体層３上に形成されたＹＢａ２Ｃｕ３０７
−Ｘ酸化物超電導体による第２の超電導体層２とで構成
される。本実施例のジョセフソン接合では、超電導体層
１の厚さを約３０００人、非超電導体層３の厚さを約６
０人、超電導体層２の厚さを約２５００人にした。
ｔＯ２を使用して、本発明のジョセフソン接合を作製し
た。第１図に本実施例で作製したジョセフソン接合の断
面図を示す。第１図のジョセフソン接合は、ＭｇＯ（１
００）基板４上に形成されたＹＢａ２Ｃｕ３０７−Ｘ酸
化物超電導体による第１の超電導体層１と、第１の超電
導体層１上に形成されたｐｒ０２による非超電導体層３
と、非超電導体層３上に形成されたＹＢａ２Ｃｕ３０７
−Ｘ酸化物超電導体による第２の超電導体層２とで構成
される。本実施例のジョセフソン接合では、超電導体層
１の厚さを約３０００人、非超電導体層３の厚さを約６
０人、超電導体層２の厚さを約２５００人にした。
」１記のジョセフソン接合は、電子ビーム蒸着て作製し
た。最初に蒸発源に、金属￥１金属Ｂａおよび金属Ｃｕ
を使用し、Ｍｇ Ｏ（１００）基板４の温度を６２０℃
にし、回転させながらノズルにより酸素を吹きつけて蒸
着を行い、第１のＹＢａ２Ｃｕ３０７−Ｘ超電導体層１
を形成した。蒸着時の圧力は、４ Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒ
であり、ＲＦプラズマは２００Ｗである。また１、成膜
速度は４人／秒で、１２分開成膜を行った。
た。最初に蒸発源に、金属￥１金属Ｂａおよび金属Ｃｕ
を使用し、Ｍｇ Ｏ（１００）基板４の温度を６２０℃
にし、回転させながらノズルにより酸素を吹きつけて蒸
着を行い、第１のＹＢａ２Ｃｕ３０７−Ｘ超電導体層１
を形成した。蒸着時の圧力は、４ Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒ
であり、ＲＦプラズマは２００Ｗである。また１、成膜
速度は４人／秒で、１２分開成膜を行った。
次に、そのままの成膜条件で蒸発源を金属Ｐｒに変え、
成膜速度０２八／秒で５分間蒸着を行い、Ｐｒ○２非超
電導体層３を超電導体層１上に形成した。
成膜速度０２八／秒で５分間蒸着を行い、Ｐｒ○２非超
電導体層３を超電導体層１上に形成した。
その後再び金属￥１金属Ｂａおよび金属Ｃｕを蒸発源に
して成膜速度４人／秒で１０分間蒸着し、第２のＹＢａ
２Ｃｕ３０７−Ｘ超電導体層２を非超電導体層３の上に
形成した。最後に、圧力が４００ Ｔｏｒｒになるまで
酸素を導入し、冷却後蒸着装置から取り出した。
して成膜速度４人／秒で１０分間蒸着し、第２のＹＢａ
２Ｃｕ３０７−Ｘ超電導体層２を非超電導体層３の上に
形成した。最後に、圧力が４００ Ｔｏｒｒになるまで
酸素を導入し、冷却後蒸着装置から取り出した。
本実施例のジョセフソン接合では、第１の超電導体層１
および第２の超電導体層２ともにＴｃが８０Ｋを超えた
。また、第２の超電導体層２のＲＨＥＥＤパターンは、
ストリークパターンとなり、ＹＢａ２Ｃｕ、、 ０７−
Ｘ酸化物超電導体がＰｒＯ２非超電導体層３上にエピタ
キシャル成長していることがわかった。さらに、非超電
導体層３のｐｒｏ２は、第１の超電導体層１のＹＢａ２
Ｃｕ３０７−Ｘ酸化物超電導体の（００１）面に４５°
ずれてエピタキシャル成長していることが観察された。
および第２の超電導体層２ともにＴｃが８０Ｋを超えた
。また、第２の超電導体層２のＲＨＥＥＤパターンは、
ストリークパターンとなり、ＹＢａ２Ｃｕ、、 ０７−
Ｘ酸化物超電導体がＰｒＯ２非超電導体層３上にエピタ
キシャル成長していることがわかった。さらに、非超電
導体層３のｐｒｏ２は、第１の超電導体層１のＹＢａ２
Ｃｕ３０７−Ｘ酸化物超電導体の（００１）面に４５°
ずれてエピタキシャル成長していることが観察された。
４５°ずれた方向からのＲＨＥＥＤパターンはストリー
クパターンとなっていた。
クパターンとなっていた。
以上のようにして得られた本発明のジョセフソン接合に
、電極を設けて素子化した後、５−ＩＳ（超電導体−絶
縁体−超電導体）接合の電流電圧特性を四端子法により
、７７にで測定した。その結果、上記本発明のジョセフ
ソン素子では、特定の領域でその電流−電圧特性に顕著
な非線型性が見出された。
、電極を設けて素子化した後、５−ＩＳ（超電導体−絶
縁体−超電導体）接合の電流電圧特性を四端子法により
、７７にで測定した。その結果、上記本発明のジョセフ
ソン素子では、特定の領域でその電流−電圧特性に顕著
な非線型性が見出された。
発明の詳細
な説明したように、本発明のジョセフソン接合は、非超
電導体層を挟む酸化物超電導体による超電導体層が、い
ずれも好ましい特性を有するトンネル型ジョセフソン接
合である。これは、本発明のジョセフソン接合が、非超
電導体層に酸化物超電導体と結晶の格子定数が近く、同
じ温度で成膜できる酸化物を使用していることによる。
電導体層を挟む酸化物超電導体による超電導体層が、い
ずれも好ましい特性を有するトンネル型ジョセフソン接
合である。これは、本発明のジョセフソン接合が、非超
電導体層に酸化物超電導体と結晶の格子定数が近く、同
じ温度で成膜できる酸化物を使用していることによる。
本発明のジョセフソン接合を利用したジョセフソン素子
は、ジョセフソンコンピュータやミキサなどのセンサに
利用することができる。
は、ジョセフソンコンピュータやミキサなどのセンサに
利用することができる。
第１図は、本発明のジョセフソン接合の断面図である。
〔主な参照番号〕
１．２・・・超電導体層、
３・・・非超電導体層、
４・・・基板
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 一対の酸化物超電導体層の間に非超電導体層を挟んだ
トンネル型ジョセフソン接合において、前記酸化物超電
導体が、 一般式：ＲｅＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿ｘ（ただし
、Ｒｅは、希土類元素である） で示される組成の複合酸化物を含み、前記非超電導体層
が、ＢａＯ＿ｙ（ｙ＝１または２）または一般式：Ｒｅ
＿ｚＯ＿ｗ （ただし、Ｒｅは、希土類元素であり、ｚ およびｗは、各元素の比を表す） で示される組成の化合物を含むことを特徴とするジョセ
フソン接合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2098138A JPH03296283A (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | ジョセフソン接合 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2098138A JPH03296283A (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | ジョセフソン接合 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03296283A true JPH03296283A (ja) | 1991-12-26 |
Family
ID=14211871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2098138A Pending JPH03296283A (ja) | 1990-04-13 | 1990-04-13 | ジョセフソン接合 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03296283A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5629267A (en) * | 1992-06-16 | 1997-05-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Superconducting element having an intermediate layer with multiple fluorite blocks |
-
1990
- 1990-04-13 JP JP2098138A patent/JPH03296283A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5629267A (en) * | 1992-06-16 | 1997-05-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Superconducting element having an intermediate layer with multiple fluorite blocks |
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