JPH0432275A - 段差型ジョセフソン接合素子 - Google Patents
段差型ジョセフソン接合素子Info
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- JPH0432275A JPH0432275A JP2139459A JP13945990A JPH0432275A JP H0432275 A JPH0432275 A JP H0432275A JP 2139459 A JP2139459 A JP 2139459A JP 13945990 A JP13945990 A JP 13945990A JP H0432275 A JPH0432275 A JP H0432275A
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (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〉
本発明は高温超電導体薄膜を用いたジョセフソン接合を
有する素子に関し、更に詳しくは、基板表面に段部を設
け、その段部を横切るように薄膜狭窄部によるブリッジ
を設けた、いわゆる段差型のジョセフソン接合素子に関
する。
有する素子に関し、更に詳しくは、基板表面に段部を設
け、その段部を横切るように薄膜狭窄部によるブリッジ
を設けた、いわゆる段差型のジョセフソン接合素子に関
する。
なお、本発明は、超高感度磁場計測用の５ＱｔＪＩＤや
、超高感度電磁波検出器等、ジョセフソン接合効果を利
用したあらゆるデバイスに応用可能である。
、超高感度電磁波検出器等、ジョセフソン接合効果を利
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
リッジ長を理想的には使用するブリッジ＋イ料のコヒー
レント長の３〜５倍程度にすべきこと、あるいはこれに
できるだけ近づ（ようにブリッジ長を短（すべきことが
知られている。
リッジ長を理想的には使用するブリッジ＋イ料のコヒー
レント長の３〜５倍程度にすべきこと、あるいはこれに
できるだけ近づ（ようにブリッジ長を短（すべきことが
知られている。
このような極めて短いブリッジ長を再現性良く得るため
には、Ｎｂを用いたジョセフソン接合素子においては、
準平面型のジョセフソン接合が有利である。
には、Ｎｂを用いたジョセフソン接合素子においては、
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跨がるブリッジを形成した構成で
あり、比較的容易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。
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跨がるブリッジを形成した構成で
あり、比較的容易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に代表される高温超電導体は一般に
不安定で拡散しやすく、良好な状態で積層形成すること
自体が容易でない等、このような高温超電導体薄膜を用
いてジョセフソン接合素子を作る場合には、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。
不安定で拡散しやすく、良好な状態で積層形成すること
自体が容易でない等、このような高温超電導体薄膜を用
いてジョセフソン接合素子を作る場合には、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。
そこで、本発明者はすでに、基板の表面に段差を設け、
その段部を挟んで上方および下方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、段部を横切って形成
された高温超電導体薄膜のブリッジで上下の高温超電導
体薄膜を接合した、いわゆる段差型のジョセフソン接合
素子を提案している（例えば特願平１−１２１８５号）
。
その段部を挟んで上方および下方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、段部を横切って形成
された高温超電導体薄膜のブリッジで上下の高温超電導
体薄膜を接合した、いわゆる段差型のジョセフソン接合
素子を提案している（例えば特願平１−１２１８５号）
。
この構造のジョセフソン接合素子では、基板の段差寸法
でブリッジ長が決定され、高温超電導体薄膜を積層する
必要ことなく、従来の準平面型ジョセフソン接合と同様
に短いブリッジ長の接合を再現性良く得ることができる
という利点がある。
でブリッジ長が決定され、高温超電導体薄膜を積層する
必要ことなく、従来の準平面型ジョセフソン接合と同様
に短いブリッジ長の接合を再現性良く得ることができる
という利点がある。
〈発明が解決しようとする課題〉
ところで、ジョセフソン接合部の幅に関して、現状の加
工技術では約１μｍ程度が実現可能な限界であり、５Ｑ
ＵＩＤ等において要求されるジョセフソン接合部の臨界
電流ＩＣ！＝ｉ５０μＡを実現しようとすると、電極部
の膜の臨界電流密度Ｊｃをできるだけ高く、例えばＪ
ｃ＞ １０ ’Ａ ／ ｃｌｌ、 ７７にとしたとき
、ジョセフソン接合部の膜厚は１０００Å以下にする必
要がある。ところが、膜厚を薄くすると、その臨界温度
Ｔ、や臨界電流密度Ｊｃが低下する方向にあり、このこ
とは電極部において膜にピンホールの発生につながった
り、磁束の侵入やフランクスフリープが起こったり、■
−φ応答のヒステリシスやノイズ増大を招くという問題
がある。
工技術では約１μｍ程度が実現可能な限界であり、５Ｑ
ＵＩＤ等において要求されるジョセフソン接合部の臨界
電流ＩＣ！＝ｉ５０μＡを実現しようとすると、電極部
の膜の臨界電流密度Ｊｃをできるだけ高く、例えばＪ
ｃ＞ １０ ’Ａ ／ ｃｌｌ、 ７７にとしたとき
、ジョセフソン接合部の膜厚は１０００Å以下にする必
要がある。ところが、膜厚を薄くすると、その臨界温度
Ｔ、や臨界電流密度Ｊｃが低下する方向にあり、このこ
とは電極部において膜にピンホールの発生につながった
り、磁束の侵入やフランクスフリープが起こったり、■
−φ応答のヒステリシスやノイズ増大を招くという問題
がある。
〈課題を解決するための手段〉
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、そ
の特徴とすることろは、段差が設けられた基板の、段部
を挟んで上段側および下段側の平面にそれぞれ高温超電
導体薄膜が形成されているとともに、それぞれの高温超
電導体薄膜が、段部を横切って形成された高温超電導体
薄膜の狭窄部によって相互に接続され、かつ、この狭窄
部には、当該高温超電導体薄膜を劣化させる物質の膜が
積層形成され、狭窄部の高温超電導体薄膜をその厚さ方
向にその一部を劣化させたことにある。
の特徴とすることろは、段差が設けられた基板の、段部
を挟んで上段側および下段側の平面にそれぞれ高温超電
導体薄膜が形成されているとともに、それぞれの高温超
電導体薄膜が、段部を横切って形成された高温超電導体
薄膜の狭窄部によって相互に接続され、かつ、この狭窄
部には、当該高温超電導体薄膜を劣化させる物質の膜が
積層形成され、狭窄部の高温超電導体薄膜をその厚さ方
向にその一部を劣化させたことにある。
〈作用〉
高温超電導体薄膜の厚さを厚くし、これによって電極部
における上記した諸問題を解消するとともに、ジョセフ
ソン接合部においてのみ、高温超電導体薄膜を劣化させ
る物質を積層することにより、その部分の厚さ方向の一
部を劣化させ、ジョセフソン接合部の膜厚を等価的に薄
くすることが可能となる。
における上記した諸問題を解消するとともに、ジョセフ
ソン接合部においてのみ、高温超電導体薄膜を劣化させ
る物質を積層することにより、その部分の厚さ方向の一
部を劣化させ、ジョセフソン接合部の膜厚を等価的に薄
くすることが可能となる。
〈実施例〉
第１図は本発明実施例の構成を示す図で、（ａ）は要部
平面図、ら）はそのＡ−Ａ断面図である。
平面図、ら）はそのＡ−Ａ断面図である。
ＭｇＯ基板１の表面には段差が設けられており、段部１
ａを挟んで上段側および下段側の面に、それぞれＹＢＣ
Ｏ製の高温超電導体薄膜からなる電極２および３が形成
されている。電極２および３は、それぞれ２層の高温超
電導体薄膜２ａと２ｂ、および３ａと３ｂが積層形成さ
れたもので、この電極２および３は段部１ａを跨ぐよう
に形成されたブリッジ４によって相互に接合されている
。
ａを挟んで上段側および下段側の面に、それぞれＹＢＣ
Ｏ製の高温超電導体薄膜からなる電極２および３が形成
されている。電極２および３は、それぞれ２層の高温超
電導体薄膜２ａと２ｂ、および３ａと３ｂが積層形成さ
れたもので、この電極２および３は段部１ａを跨ぐよう
に形成されたブリッジ４によって相互に接合されている
。
ブリッジ４は、高温超電導体薄膜２ａと３ａとに一体的
に製膜された高温超電導体薄膜４ａと、同じく高温超電
導体薄膜２ｂと３ｂとに一体的に製膜された高温超電導
体薄膜４ｂ等が積層された状態で狭窄部を形成したもの
である。そして、この高温超電導体薄膜４ａと４ｂの間
には、ＭｇＯ薄膜５とＳｔｏｗ薄膜６とが介在している
。
に製膜された高温超電導体薄膜４ａと、同じく高温超電
導体薄膜２ｂと３ｂとに一体的に製膜された高温超電導
体薄膜４ｂ等が積層された状態で狭窄部を形成したもの
である。そして、この高温超電導体薄膜４ａと４ｂの間
には、ＭｇＯ薄膜５とＳｔｏｗ薄膜６とが介在している
。
以上の構造において、５ｉＣｈ上の高温超電導体薄膜は
その製膜時においてＳｉのの拡散が起こり、ＳｉＯ□薄
膜６上の高温超電導体薄膜４ｂについては超電導性を示
さない。従って、この構造のジョセフソン接合素子では
、ブリッジ４の厚さは実質的に高温超電導体薄膜４ａの
みの厚さとなリ、電極部２および３の厚さに対して膜厚
が薄くなる。
その製膜時においてＳｉのの拡散が起こり、ＳｉＯ□薄
膜６上の高温超電導体薄膜４ｂについては超電導性を示
さない。従って、この構造のジョセフソン接合素子では
、ブリッジ４の厚さは実質的に高温超電導体薄膜４ａの
みの厚さとなリ、電極部２および３の厚さに対して膜厚
が薄くなる。
次に、以上の構造のジョセフソン接合素子の製造方法を
述べる。第２図ないし第６図はその製造手順の説明図で
ある。
述べる。第２図ないし第６図はその製造手順の説明図で
ある。
まず、第２図に側面図で示すような適当な厚さのＭｇＯ
基板１を用意し、その表面に第３図に示すような段差を
つける。この段差のつけ方は、例えばＡＺ系レジストを
基板１の表面に一様に塗布した後、フォトリソグラフィ
によってその略中央部を境に片側を残して他側を除去し
、次いで残されたレジスト膜をマスクとしてＡｒイオン
ミリングを施す方法を採用することができる。
基板１を用意し、その表面に第３図に示すような段差を
つける。この段差のつけ方は、例えばＡＺ系レジストを
基板１の表面に一様に塗布した後、フォトリソグラフィ
によってその略中央部を境に片側を残して他側を除去し
、次いで残されたレジスト膜をマスクとしてＡｒイオン
ミリングを施す方法を採用することができる。
次に、段差が設けられた基板１の上に、第４図に示すよ
うにＹＢＣＯ薄膜を約８００人で製膜する。その後、リ
フトオフ法を用いてジョセフソン接合部となる部分の上
部のみにＭｇＯを５００人、更にその」二にＳｉＯ□を
５００人の厚さで、基板１を加熱せずに製膜し、第５図
（ａ）に側面図、（ハ）に平面図で示すようにＭｇＯ薄
Ｍ：５および５ｆｉＯ□薄膜６を形成する。
うにＹＢＣＯ薄膜を約８００人で製膜する。その後、リ
フトオフ法を用いてジョセフソン接合部となる部分の上
部のみにＭｇＯを５００人、更にその」二にＳｉＯ□を
５００人の厚さで、基板１を加熱せずに製膜し、第５図
（ａ）に側面図、（ハ）に平面図で示すようにＭｇＯ薄
Ｍ：５および５ｆｉＯ□薄膜６を形成する。
次いで第６図に示すように、基板１を６５０℃に加熱し
てその上方から一様にＹＢＣＯ薄膜を製膜する。最後に
、フォトレジストをその上方に塗布して、上段側および
下段側の電極部とこれらを接合するブリッジ部が残るよ
うにバターニングして、そのフォトレジストをマスクと
してＡｒイオンミリング等によって不要な部分のＹＢＣ
Ｏ薄膜を除去した後、フォトレジストを取り去ることに
よって、第１図に示した構造のジョセフソン接合素子が
得られる。
てその上方から一様にＹＢＣＯ薄膜を製膜する。最後に
、フォトレジストをその上方に塗布して、上段側および
下段側の電極部とこれらを接合するブリッジ部が残るよ
うにバターニングして、そのフォトレジストをマスクと
してＡｒイオンミリング等によって不要な部分のＹＢＣ
Ｏ薄膜を除去した後、フォトレジストを取り去ることに
よって、第１図に示した構造のジョセフソン接合素子が
得られる。
以上の製法によれば、電極部２および３の膜厚は２８０
ＯＡとなり、磁束の侵入やフランクスフリープを防止す
ることができる。一方、ブリッジ４においては、最初に
製膜した８００人の厚さの高温超電導体薄膜４ａのみが
超電導性を示し、ＭｇＯ薄膜５およびＳｉＯ□薄膜６の
製膜後に製膜したの高温超電導体薄膜４ｂは、Ｓｉの薄
膜内への拡散により超電導性を示さない。なお、高温超
電導体薄膜４ａへのＳｔの拡散は、ＭｇＯ薄膜５がバリ
ア層となって阻止される。
ＯＡとなり、磁束の侵入やフランクスフリープを防止す
ることができる。一方、ブリッジ４においては、最初に
製膜した８００人の厚さの高温超電導体薄膜４ａのみが
超電導性を示し、ＭｇＯ薄膜５およびＳｉＯ□薄膜６の
製膜後に製膜したの高温超電導体薄膜４ｂは、Ｓｉの薄
膜内への拡散により超電導性を示さない。なお、高温超
電導体薄膜４ａへのＳｔの拡散は、ＭｇＯ薄膜５がバリ
ア層となって阻止される。
以−Ｌの結果、電極部２および３の膜厚が２８００人、
ブリッジ４の膜厚が実質的に８００人のジョセフソン接
合素子が得られることになる。
ブリッジ４の膜厚が実質的に８００人のジョセフソン接
合素子が得られることになる。
なお、ブリッジ４に積層形成する膜として、以上の実施
例では上にＳｉｎ、、下にＭｇＯを採用したが、上の膜
の材料としては高温超電導体薄膜を劣化させるもの、例
えばＡ１．Ｏ，、Ｓｉ、Ａ１等を、また、下の膜の材料
としてはそれをバリアし、かつ、高温超電導体薄膜に対
して整合性の良好なもの、例えば５ｒＴｉＯ，、ｙｓｚ
、ｐｔ等を採用することができる。
例では上にＳｉｎ、、下にＭｇＯを採用したが、上の膜
の材料としては高温超電導体薄膜を劣化させるもの、例
えばＡ１．Ｏ，、Ｓｉ、Ａ１等を、また、下の膜の材料
としてはそれをバリアし、かつ、高温超電導体薄膜に対
して整合性の良好なもの、例えば５ｒＴｉＯ，、ｙｓｚ
、ｐｔ等を採用することができる。
〈発明の効果〉
以上説明したように、本発明によれば、段差型のジョセ
フソン接合素子において、電極部の厚さに対して数分の
一程度の厚さのブリッジを容易に形成することができ、
５ＱＵＩＤ等に要求されるジョセフソン接合部の臨界電
流■、を容易に５０μＡ程度にし、しかも電極部を充分
な厚さとすることができ、従来のこの種のジョセフソン
接合素子において問題となっていた電極部への磁束の侵
入、フランクスフリープ等の発生が防止され、高性能の
ジョセフソン接合素子が得られる。
フソン接合素子において、電極部の厚さに対して数分の
一程度の厚さのブリッジを容易に形成することができ、
５ＱＵＩＤ等に要求されるジョセフソン接合部の臨界電
流■、を容易に５０μＡ程度にし、しかも電極部を充分
な厚さとすることができ、従来のこの種のジョセフソン
接合素子において問題となっていた電極部への磁束の侵
入、フランクスフリープ等の発生が防止され、高性能の
ジョセフソン接合素子が得られる。
また、ジョセフソン接合部は、ＭｇＯ薄膜やＳｉＯｚｍ
膜等により、Ｈ，ＯやＣＯ２等に対する劣化から保護さ
れるという効果も期待できる。
膜等により、Ｈ，ＯやＣＯ２等に対する劣化から保護さ
れるという効果も期待できる。
第１図は本発明実施例の構成図、第２図ないし第６図は
その製造方法の説明図である。 １・・・・基板 ２．３・・・・電極部 ４・・・・ブリッジ ５・・・・ＭｇＯ薄膜 ６・・・・ＳｉＯ□薄膜 ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ ・・・・高温超電導体薄膜 特許出願人 株式会社島津製作所 代 理 人 弁理士 西１）新 第１図 １ａ ａ
その製造方法の説明図である。 １・・・・基板 ２．３・・・・電極部 ４・・・・ブリッジ ５・・・・ＭｇＯ薄膜 ６・・・・ＳｉＯ□薄膜 ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ ・・・・高温超電導体薄膜 特許出願人 株式会社島津製作所 代 理 人 弁理士 西１）新 第１図 １ａ ａ
Claims (1)
- 段差が設けられた基板の、段部を挟んで上段側および
下段側の平面にそれぞれ高温超電導体薄膜が形成されて
いるとともに、それぞれの高温超電導体薄膜が、上記段
部を横切って形成された高温超電導体薄膜の狭窄部によ
って相互に接続され、かつ、この狭窄部には、当該高温
超電導体薄膜を劣化させる物質の膜が積層形成され、上
記狭窄部の高温超電導体薄膜の厚さ方向にその一部が劣
化していることを特徴とする段差型ジョセフソン接合素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2139459A JPH0432275A (ja) | 1990-05-29 | 1990-05-29 | 段差型ジョセフソン接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2139459A JPH0432275A (ja) | 1990-05-29 | 1990-05-29 | 段差型ジョセフソン接合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0432275A true JPH0432275A (ja) | 1992-02-04 |
Family
ID=15245715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2139459A Pending JPH0432275A (ja) | 1990-05-29 | 1990-05-29 | 段差型ジョセフソン接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0432275A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04118978A (ja) * | 1990-09-10 | 1992-04-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導素子およびその作製方法 |
| JPH08162682A (ja) * | 1994-12-08 | 1996-06-21 | Hitachi Ltd | 超電導素子およびその製造方法 |
| DE19516608A1 (de) * | 1995-05-10 | 1996-11-14 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | HTSL-SQUID, sowie Verfahren zu seiner Herstellung |
| US5863868A (en) * | 1996-04-08 | 1999-01-26 | Trw Inc. | Superconductive quantum interference device for digital logic circuits |
-
1990
- 1990-05-29 JP JP2139459A patent/JPH0432275A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04118978A (ja) * | 1990-09-10 | 1992-04-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導素子およびその作製方法 |
| JPH08162682A (ja) * | 1994-12-08 | 1996-06-21 | Hitachi Ltd | 超電導素子およびその製造方法 |
| DE19516608A1 (de) * | 1995-05-10 | 1996-11-14 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | HTSL-SQUID, sowie Verfahren zu seiner Herstellung |
| US5863868A (en) * | 1996-04-08 | 1999-01-26 | Trw Inc. | Superconductive quantum interference device for digital logic circuits |
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