JPH04152686A - ジョセフソン接合及びその製造方法 - Google Patents
ジョセフソン接合及びその製造方法Info
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- JPH04152686A JPH04152686A JP2278529A JP27852990A JPH04152686A JP H04152686 A JPH04152686 A JP H04152686A JP 2278529 A JP2278529 A JP 2278529A JP 27852990 A JP27852990 A JP 27852990A JP H04152686 A JPH04152686 A JP H04152686A
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- barrier region
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- josephson junction
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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】
［概要］
高温超伝導体を用いたトンネル型のジョセフソン接合に
関し、 高度な技術を必要とする多層のエピタキシャル成長をさ
せる必要がなく、また、トンネル障壁領域を薄くする必
要のないジョセフソン接合を提供することを目的とし、 単結晶基板表面に形成された線状のトンネル障壁領域と
、前記トンネル障壁領域の両側に接し、前記単結晶基板
表面に形成された酸化物高温超伝導体とを有するように
構成する。
関し、 高度な技術を必要とする多層のエピタキシャル成長をさ
せる必要がなく、また、トンネル障壁領域を薄くする必
要のないジョセフソン接合を提供することを目的とし、 単結晶基板表面に形成された線状のトンネル障壁領域と
、前記トンネル障壁領域の両側に接し、前記単結晶基板
表面に形成された酸化物高温超伝導体とを有するように
構成する。
［産業上の利用分野］
本発明は、高温超伝導体を用いたトンネル型のジョセフ
ソン接合及びその製造方法に関する。
ソン接合及びその製造方法に関する。
［従来の技術］
ジョセフソン接合は、メモリ、論理回路、電圧標準或い
は弱い磁場の検出器等に利用されている。
は弱い磁場の検出器等に利用されている。
従来のトンネル型ジョセフソン接合を第４図を用いて説
明する。
明する。
Ｓ ｉ ０２等の絶縁基板１上にＮｂ等の超伝導体薄膜
４０が形成されている。超伝導体薄膜４０１部にＡ Ｉ
２０ ｓのトンネル障壁領域２が形成され、その上部
にＮｂ等の超伝導体薄Ｍ６０が形成されている。トンネ
ル障壁類ＬＩｉ２は、超伝導体薄膜４０の表面を酸化し
てＮｂ酸化膜を形成するか、超伝導体薄膜４０上にＡ
ｊ ２０ ｓを堆積して形成されている。
４０が形成されている。超伝導体薄膜４０１部にＡ Ｉ
２０ ｓのトンネル障壁領域２が形成され、その上部
にＮｂ等の超伝導体薄Ｍ６０が形成されている。トンネ
ル障壁類ＬＩｉ２は、超伝導体薄膜４０の表面を酸化し
てＮｂ酸化膜を形成するか、超伝導体薄膜４０上にＡ
ｊ ２０ ｓを堆積して形成されている。
超伝導体薄ＷＡ４０の両側には酸化膜１６が形成されて
いる。
いる。
さて、従来、ジョセフソン接合を利用するには、液体ヘ
リウム（Ｈｅ ）温度近傍までジョセフソン接合の超伝
導体を冷却する必要があった。しかし超伝導体に高温超
伝導材料を用いることにより、液体窒素温度程度の比較
的高温で使用することができるようになった。
リウム（Ｈｅ ）温度近傍までジョセフソン接合の超伝
導体を冷却する必要があった。しかし超伝導体に高温超
伝導材料を用いることにより、液体窒素温度程度の比較
的高温で使用することができるようになった。
［発明が解決しようとする課題〕
この高温超伝導体薄膜を用いたトンネル型ジョセフソン
接合は、従来のトンネル型ジョセフソン接合のＮｂ薄膜
を高温超伝導体薄膜で置き換えることにより形成するこ
とできるが、以下のような問題点が存在する。
接合は、従来のトンネル型ジョセフソン接合のＮｂ薄膜
を高温超伝導体薄膜で置き換えることにより形成するこ
とできるが、以下のような問題点が存在する。
（１）高温超伝導体薄膜は、単結晶絶縁基板上にエピタ
キシャル成長させて形成する必要がある。
キシャル成長させて形成する必要がある。
高温超伝導体薄膜において、最も結晶性が良いのは基板
面に垂直な方向が結晶のＣ軸方向になっている場合であ
る。従って、単結晶絶縁基板であるＭｇｏ（１００）基
板を用いて高温超伝導体薄膜をエピタキシャル成長させ
ることにより、単結晶の下部超伝導体薄膜を形成させる
ことができる。
面に垂直な方向が結晶のＣ軸方向になっている場合であ
る。従って、単結晶絶縁基板であるＭｇｏ（１００）基
板を用いて高温超伝導体薄膜をエピタキシャル成長させ
ることにより、単結晶の下部超伝導体薄膜を形成させる
ことができる。
しかし、下部超伝導体薄膜と上部超伝導体薄膜との間の
トンネル障壁領域の形成に任意の絶縁膜を用いてしまう
と、トンネル障壁領域上にエピタキシャル成長した上部
超伝導体薄膜を形成できないという問題かあった。そこ
で、下部超伝導体薄膜上のトンネル障壁領域もエピタキ
シャル成長させ、その上に上部超伝導体ＰＪＰＩＡをエ
ピタキシャル成長させる必要がある。しかし、異なる層
を多層にエピタキシャル成長させるには高度な技術を必
要とし、製造が容易でないという問題があった。
トンネル障壁領域の形成に任意の絶縁膜を用いてしまう
と、トンネル障壁領域上にエピタキシャル成長した上部
超伝導体薄膜を形成できないという問題かあった。そこ
で、下部超伝導体薄膜上のトンネル障壁領域もエピタキ
シャル成長させ、その上に上部超伝導体ＰＪＰＩＡをエ
ピタキシャル成長させる必要がある。しかし、異なる層
を多層にエピタキシャル成長させるには高度な技術を必
要とし、製造が容易でないという問題があった。
（２）高温超伝導体薄膜は、結晶のＣ軸方向が基板面に
垂直な方向であるとき良好な結晶性を示す、このような
超伝導体薄膜を用いて、従来と同様のジョセフソン接合
を形成すると、ジョセフソン接合を流れる電流はＣ軸方
向となる。
垂直な方向であるとき良好な結晶性を示す、このような
超伝導体薄膜を用いて、従来と同様のジョセフソン接合
を形成すると、ジョセフソン接合を流れる電流はＣ軸方
向となる。
一方、トンネル型ジョセフソン接合では、ジョセフソン
接合としての動作をさせるため、トンネル障壁領域はコ
ヒーレント長以下でなければならない、また、−数的に
コヒーレント長は結晶方向で異なる。Ｂ５ＣＣ０（ビス
マス系高温超伝導体）とＹＢＣＯ（イツトリウム系高温
超伝導体）のコヒーレント長を、Ｃ軸方向のコヒーレン
ト長をξ。、Ｃ軸と垂直な方向のコヒーレント長をＣ１
，として表に示す。
接合としての動作をさせるため、トンネル障壁領域はコ
ヒーレント長以下でなければならない、また、−数的に
コヒーレント長は結晶方向で異なる。Ｂ５ＣＣ０（ビス
マス系高温超伝導体）とＹＢＣＯ（イツトリウム系高温
超伝導体）のコヒーレント長を、Ｃ軸方向のコヒーレン
ト長をξ。、Ｃ軸と垂直な方向のコヒーレント長をＣ１
，として表に示す。
表
第４図で説明したジョセフソン接合では、コヒーレント
長の短いＣ軸方向に接合電流を流さなければならない、
そのため、ジョセフソン接合として動作させるには、よ
り薄いトンネル障壁領域を形成する必要がある。具体的
には、１０Å以下にする必要があり、簡単には実現する
ことができないという問題があった。
長の短いＣ軸方向に接合電流を流さなければならない、
そのため、ジョセフソン接合として動作させるには、よ
り薄いトンネル障壁領域を形成する必要がある。具体的
には、１０Å以下にする必要があり、簡単には実現する
ことができないという問題があった。
本発明の目的は、高度な技術を必要とする多層のエピタ
キシャル成長をさせる必要がなく、また、トンネル障壁
領域を薄くする必要のないジョセフソン接合及びその製
造方法を提供することにある。
キシャル成長をさせる必要がなく、また、トンネル障壁
領域を薄くする必要のないジョセフソン接合及びその製
造方法を提供することにある。
［８題を解決するための手ＦＭ］
上記目的は、単結晶基板表面に形成された線状のトンネ
ル８Ｍ領域と、前記トンネル障壁領域の両側に接し、前
記単結晶基板表面に形成された酸化物高温超伝導体とを
有することを特徴とするジョセフソン接合によって達成
される。
ル８Ｍ領域と、前記トンネル障壁領域の両側に接し、前
記単結晶基板表面に形成された酸化物高温超伝導体とを
有することを特徴とするジョセフソン接合によって達成
される。
また、上記目的は、単結晶基板表面に線状の涌を形成し
、前記単結晶基板表面に酸化物高温超伝導体材料を堆積
することにより、前記溝上にはトンネル障壁領域を形成
し、前記溝以外の前記単結晶基板表面には酸化物高温超
伝導体を形成することを特徴とするジョセフソン接合の
製造方法によって達成される。
、前記単結晶基板表面に酸化物高温超伝導体材料を堆積
することにより、前記溝上にはトンネル障壁領域を形成
し、前記溝以外の前記単結晶基板表面には酸化物高温超
伝導体を形成することを特徴とするジョセフソン接合の
製造方法によって達成される。
［作用］
本発明によれば、高度な技術を必要とする多層のエピタ
キシャル成長をさせる必要がなく、また、トンネル障壁
領域を薄くする必要のないジョセフソン接合を実現する
ことができる。
キシャル成長をさせる必要がなく、また、トンネル障壁
領域を薄くする必要のないジョセフソン接合を実現する
ことができる。
［実施例］
本発明の一実施例によるジョセフソン接合を第１図を用
いて説明する。
いて説明する。
例えばＭｇＯ基板の（１００）面である単結晶絶縁基板
１表面に幅０．２μｍ、深さ０．１μｍの消１４が形成
されている。溝１４上には、結晶性の悪い多結晶領域の
トンネル障壁領域２が形成されている。
１表面に幅０．２μｍ、深さ０．１μｍの消１４が形成
されている。溝１４上には、結晶性の悪い多結晶領域の
トンネル障壁領域２が形成されている。
トンネル障壁領域２の両側に接して単結晶絶縁基板１表
面に、２２１２相のＢ５ＣＣ０で、厚さ０．３μｍの高
温超伝導体４及び６が形成されている。
面に、２２１２相のＢ５ＣＣ０で、厚さ０．３μｍの高
温超伝導体４及び６が形成されている。
トンネル障壁領域２はその幅が上方に行くほど狭く形成
されている。トンネル障壁領域２の多結晶部分は、多く
の結晶粒界を含むので、結晶粒界そのものがトンネルの
障壁として働く、従って、全体としての等価的なトンネ
ル障壁領域２の厚さはＢ５ＣＣ０の成長膜厚によって調
整することができる。
されている。トンネル障壁領域２の多結晶部分は、多く
の結晶粒界を含むので、結晶粒界そのものがトンネルの
障壁として働く、従って、全体としての等価的なトンネ
ル障壁領域２の厚さはＢ５ＣＣ０の成長膜厚によって調
整することができる。
本発明の一実施例によるジョセフソン接合の製造方法を
第２図を用いて説明する。
第２図を用いて説明する。
まず、例えばＭｇＯ基板の＜１００）面である単結晶絶
縁基板１表面に、レジストマスク１０を用い、Ａｒスパ
ッタにより、幅０．２μｍ、深さ０．１μｍの消１４を
形成する（同図（ａ）、（ｂ））。
縁基板１表面に、レジストマスク１０を用い、Ａｒスパ
ッタにより、幅０．２μｍ、深さ０．１μｍの消１４を
形成する（同図（ａ）、（ｂ））。
次に、４Ｘ１０−’Ｔｏｒｒの圧力、Ａｒ、０□が共に
５０％の雰囲気の混合ガスの下で、基板温度７００°Ｃ
１成長レート０．２人／Ｓの条件で、Ｂ １−３ｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−０のシンター・ターゲットを用い、ＲＦマグ
ネトロン・スパッタリングにより、単結晶絶縁基板１表
面に、２２１２相の高温超伝導体薄膜Ｂ５ＣＣ０を０．
３μｍ成長させる。
５０％の雰囲気の混合ガスの下で、基板温度７００°Ｃ
１成長レート０．２人／Ｓの条件で、Ｂ １−３ｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−０のシンター・ターゲットを用い、ＲＦマグ
ネトロン・スパッタリングにより、単結晶絶縁基板１表
面に、２２１２相の高温超伝導体薄膜Ｂ５ＣＣ０を０．
３μｍ成長させる。
単結晶絶縁基板１表面に２２１２相の高温超伝導体薄膜
Ｂ５ＣＣ０を成長させるとき、消１４上には、角部を有
する溝１４の形状特性により２２１２相の高温超伝導体
薄膜Ｂ５ＣＣ０は形成されず、結晶性の悪い多結晶層が
形成され、結晶粒界をトンネル障壁としたトンネル障壁
領域２が形成される（同図（ｃ））。
Ｂ５ＣＣ０を成長させるとき、消１４上には、角部を有
する溝１４の形状特性により２２１２相の高温超伝導体
薄膜Ｂ５ＣＣ０は形成されず、結晶性の悪い多結晶層が
形成され、結晶粒界をトンネル障壁としたトンネル障壁
領域２が形成される（同図（ｃ））。
以上のようにして、本実施例の製造方法によるジョセフ
ソン接合を形成することができる。
ソン接合を形成することができる。
次に、同図（ｄ）のように、トンネル障壁領域２の両側
の高温超伝導体４及び６にＡｕ電極を形成し、本実施例
の製造方法によるジョセフソン接合のｒ−ｖ特性を測定
した結果を第３図に示す。
の高温超伝導体４及び６にＡｕ電極を形成し、本実施例
の製造方法によるジョセフソン接合のｒ−ｖ特性を測定
した結果を第３図に示す。
このように、本実施例の製造方法によれば、従来の方法
では３回のエピタキシャル成長を必要としなのに対し、
１回のエピタキシャル成長だけで、高温超伝導体薄膜を
用いたジョセフソン接合を形成できる。
では３回のエピタキシャル成長を必要としなのに対し、
１回のエピタキシャル成長だけで、高温超伝導体薄膜を
用いたジョセフソン接合を形成できる。
従来のジョセフソン接合のように、結晶のＣ軸方向が基
板面に垂直な方向である超伝導体薄膜では、ジョセフソ
ン接合の電流の向きはコヒーレント長の短いＣ軸方向と
ならざるを得ないが、本実施例によれば結晶性の良いＣ
軸方向を向いた超伝導体薄膜を用いながら、ジョセフソ
ン接合の電流の向きをコヒーレント長の長いａｂ軸方向
とすることができる。従って、トンネル障壁領域が厚く
ても、ａｂ軸方向に電流を流すことができ、優れたジョ
セフソン接合の製造を容易にすることができる。
板面に垂直な方向である超伝導体薄膜では、ジョセフソ
ン接合の電流の向きはコヒーレント長の短いＣ軸方向と
ならざるを得ないが、本実施例によれば結晶性の良いＣ
軸方向を向いた超伝導体薄膜を用いながら、ジョセフソ
ン接合の電流の向きをコヒーレント長の長いａｂ軸方向
とすることができる。従って、トンネル障壁領域が厚く
ても、ａｂ軸方向に電流を流すことができ、優れたジョ
セフソン接合の製造を容易にすることができる。
本発明は上記実線例に限らず種々の変形が可能である。
例えば、本実施例においては、Ｂ５ＣＣ０（ビスマス系
高温超伝導体）を用いた場合について説明したが、ＹＢ
ＣＯ（イツトリウム系高温超伝導体）を用いても、実現
可能である。
高温超伝導体）を用いた場合について説明したが、ＹＢ
ＣＯ（イツトリウム系高温超伝導体）を用いても、実現
可能である。
また、本実施例においては、トンネルＲ壁領域２の形成
を単結晶絶縁基板１に設けた矩形形状の消１４により行
うが、この溝１４の形状は角部を有すれば他の形状でも
よい０例えば、断面形状が三角形の溝でもよい。さらに
単結晶絶縁基板１の一部を矩形又は三角形形状に突起さ
せても消１４と同様の効果を奏することができる。
を単結晶絶縁基板１に設けた矩形形状の消１４により行
うが、この溝１４の形状は角部を有すれば他の形状でも
よい０例えば、断面形状が三角形の溝でもよい。さらに
単結晶絶縁基板１の一部を矩形又は三角形形状に突起さ
せても消１４と同様の効果を奏することができる。
［発明の効果］
以上の通り、本発明によれば、高度な技術を必要とする
多層のエピタキシャル成長をさせる必要がなく、また、
トンネル障壁領域を薄くする必要のないジョセフソン接
合を実現することができる。
多層のエピタキシャル成長をさせる必要がなく、また、
トンネル障壁領域を薄くする必要のないジョセフソン接
合を実現することができる。
第１図は本発明の一実施例によるトンネル型ジョセフソ
ン接合の断面図、 第２図は本発明の一実施例によるトンネル型ジョセフソ
ン接合の製造工程断面図、 第３図は本発明の一実施例によるトンネル型ジョセフソ
ン接合のＩ −Ｖ特性を示す図、第４図は従来のトンネ
ル型ジョセフソン接合の断面図 である。 図において、 １・・・絶縁基板 ２・・−トンネル障壁領域 ４・・・高温超伝導体 ６・・・高温超伝導体 ８・・・ＡＩ電極 １０・・・レジストマスク １２・・・溝形成領域 １４・・・消 ６・・・酸化膜 Ｏ・・・超伝導体薄膜 ０・・・超伝導体薄膜 出願人 富 士 通 株
ン接合の断面図、 第２図は本発明の一実施例によるトンネル型ジョセフソ
ン接合の製造工程断面図、 第３図は本発明の一実施例によるトンネル型ジョセフソ
ン接合のＩ −Ｖ特性を示す図、第４図は従来のトンネ
ル型ジョセフソン接合の断面図 である。 図において、 １・・・絶縁基板 ２・・−トンネル障壁領域 ４・・・高温超伝導体 ６・・・高温超伝導体 ８・・・ＡＩ電極 １０・・・レジストマスク １２・・・溝形成領域 １４・・・消 ６・・・酸化膜 Ｏ・・・超伝導体薄膜 ０・・・超伝導体薄膜 出願人 富 士 通 株
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、単結晶基板表面に形成された線状のトンネル障壁領
域と、 前記トンネル障壁領域の両側に接し、前記単結晶基板表
面に形成された酸化物高温超伝導体とを有することを特
徴とするジョセフソン接合。 ２、請求項１記載のジョセフソン接合において、 前記トンネル障壁領域は、前記単結晶基板表面に形成さ
れた溝上に形成されたことを特徴とするジョセフソン接
合。 ３、単結晶基板表面に線状の溝を形成し、 前記単結晶基板表面に酸化物高温超伝導体材料を堆積す
ることにより、前記溝上にはトンネル障壁領域を形成し
、前記溝以外の前記単結晶基板表面には酸化物高温超伝
導体を形成すること を特徴とするジョセフソン接合の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2278529A JPH04152686A (ja) | 1990-10-17 | 1990-10-17 | ジョセフソン接合及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2278529A JPH04152686A (ja) | 1990-10-17 | 1990-10-17 | ジョセフソン接合及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04152686A true JPH04152686A (ja) | 1992-05-26 |
Family
ID=17598545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2278529A Pending JPH04152686A (ja) | 1990-10-17 | 1990-10-17 | ジョセフソン接合及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04152686A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5877122A (en) * | 1995-05-19 | 1999-03-02 | Fujitsu Ltd. | Josephson element having a NdBa2 Cu3 O7-y superconductor thin-film wiring pattern |
-
1990
- 1990-10-17 JP JP2278529A patent/JPH04152686A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5877122A (en) * | 1995-05-19 | 1999-03-02 | Fujitsu Ltd. | Josephson element having a NdBa2 Cu3 O7-y superconductor thin-film wiring pattern |
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