JPH04332180A - ジョセフソン素子 - Google Patents
ジョセフソン素子Info
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- JPH04332180A JPH04332180A JP3131841A JP13184191A JPH04332180A JP H04332180 A JPH04332180 A JP H04332180A JP 3131841 A JP3131841 A JP 3131841A JP 13184191 A JP13184191 A JP 13184191A JP H04332180 A JPH04332180 A JP H04332180A
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- josephson
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- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 24
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- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 11
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ジョセフソン素子に関
する。より詳細には、本発明は、酸化物超電導体薄膜に
より形成された超電導電流路と弱結合とを含むジョセフ
ソン素子の新規な構成に関する。
する。より詳細には、本発明は、酸化物超電導体薄膜に
より形成された超電導電流路と弱結合とを含むジョセフ
ソン素子の新規な構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来知られていた超電導材料は、一般に
液体ヘリウム温度以下の極低温でしか超電導体にならな
かったので、これを実用的に利用できる分野は非常に限
られていた。しかしながら、１９８６年に［Ｌａ，Ｂａ
］２ＣｕＯ４ あるいは［Ｌａ，Ｓｒ］２ＣｕＯ４ 等
の複合酸化物焼結体が高い臨界温度を有する超電導材料
であることが見出されて以来、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ系あるい
はＢｉ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｃｕ系等の複合酸化物が極めて高
い温度範囲で超電導特性を示すことが次々に確認された
。このような高い温度で超電導特性を示す材料は廉価な
液体窒素を冷却媒体として使用することができるので、
超電導技術の応用が俄かに現実的な課題として検討され
るようになってきている。
液体ヘリウム温度以下の極低温でしか超電導体にならな
かったので、これを実用的に利用できる分野は非常に限
られていた。しかしながら、１９８６年に［Ｌａ，Ｂａ
］２ＣｕＯ４ あるいは［Ｌａ，Ｓｒ］２ＣｕＯ４ 等
の複合酸化物焼結体が高い臨界温度を有する超電導材料
であることが見出されて以来、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ系あるい
はＢｉ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｃｕ系等の複合酸化物が極めて高
い温度範囲で超電導特性を示すことが次々に確認された
。このような高い温度で超電導特性を示す材料は廉価な
液体窒素を冷却媒体として使用することができるので、
超電導技術の応用が俄かに現実的な課題として検討され
るようになってきている。
【０００３】超電導現象を利用した最も基本的な電子デ
バイスのひとつとしてジョセフソン素子が知られている
。ジョセフソン素子は、所謂弱結合により結合された１
対の超電導電極により形成されており、クーパー対のト
ンネル効果であると言われている直流ジョセフソン効果
や、離散的な電圧／電流特性を示す交流ジョセフソン効
果等の特異な特性を有している。
バイスのひとつとしてジョセフソン素子が知られている
。ジョセフソン素子は、所謂弱結合により結合された１
対の超電導電極により形成されており、クーパー対のト
ンネル効果であると言われている直流ジョセフソン効果
や、離散的な電圧／電流特性を示す交流ジョセフソン効
果等の特異な特性を有している。
【０００４】ジョセフソン素子は、その弱結合の構造に
よりマイクロブリッジ型、トンネル型、ポイントコンタ
クト型等、種々の構成が知られているが、何れの構造の
場合にも、良好な特性が得られる弱結合の形成は非常に
難しい。その理由は、有効なジョセフソン効果が現れる
ような弱結合を形成するためには、コヒーレンス長の数
倍程度という極めて微細な加工技術が必要になるからで
ある。
よりマイクロブリッジ型、トンネル型、ポイントコンタ
クト型等、種々の構成が知られているが、何れの構造の
場合にも、良好な特性が得られる弱結合の形成は非常に
難しい。その理由は、有効なジョセフソン効果が現れる
ような弱結合を形成するためには、コヒーレンス長の数
倍程度という極めて微細な加工技術が必要になるからで
ある。
【０００５】また、このような微細な構造は、たとえそ
れを実際に作製することができた場合でも、設計した仕
様を満たす特性をそのまま実現できることが殆どない上
に、特性のばらつきが大きいので集積化には適さない。
れを実際に作製することができた場合でも、設計した仕
様を満たす特性をそのまま実現できることが殆どない上
に、特性のばらつきが大きいので集積化には適さない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記従来技術の問題点を解決し、良好な特性を再現性良く
実現できるような新規な構成のジョセフソン素子を提供
することをその目的としている。
記従来技術の問題点を解決し、良好な特性を再現性良く
実現できるような新規な構成のジョセフソン素子を提供
することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明に従うと、
酸化物超電導薄膜により形成された超電導電流路と、該
超電導電流路の上に形成された弱結合とを含むジョセフ
ソン素子であって、オフセット角を有する成膜面を備え
た単結晶傾斜基板と、該成膜面上に形成された薄い酸化
物超電導薄膜とを備えることを特徴とするジョセフソン
素子が提供される。
酸化物超電導薄膜により形成された超電導電流路と、該
超電導電流路の上に形成された弱結合とを含むジョセフ
ソン素子であって、オフセット角を有する成膜面を備え
た単結晶傾斜基板と、該成膜面上に形成された薄い酸化
物超電導薄膜とを備えることを特徴とするジョセフソン
素子が提供される。
【０００８】
【作用】本発明に係るジョセフソン素子は、オフセット
角を有する成膜面を有する傾斜基板上でエピタキシャル
成長した酸化物超電導薄膜により、その超電導電流路と
弱結合とを構成されていることをその主要な特徴として
いる。
角を有する成膜面を有する傾斜基板上でエピタキシャル
成長した酸化物超電導薄膜により、その超電導電流路と
弱結合とを構成されていることをその主要な特徴として
いる。
【０００９】即ち、浅い角度でオフ・カットして成膜面
を切り出された単結晶基板の表面には、その結晶構造を
反映して、鋸歯状の断面をなすような原子ステップが規
則的に形成される。このようなステップを有する成膜面
上に薄い酸化物超電導薄膜を成長させると、酸化物超電
導薄膜は、上記ステップからステップまでの平坦な成膜
面上でそれぞれ結晶成長する。従って、上記ステップ部
では結晶の連続性が低下しこれがそのまま弱結合となる
。
を切り出された単結晶基板の表面には、その結晶構造を
反映して、鋸歯状の断面をなすような原子ステップが規
則的に形成される。このようなステップを有する成膜面
上に薄い酸化物超電導薄膜を成長させると、酸化物超電
導薄膜は、上記ステップからステップまでの平坦な成膜
面上でそれぞれ結晶成長する。従って、上記ステップ部
では結晶の連続性が低下しこれがそのまま弱結合となる
。
【００１０】ここで、上述のような基板成膜面に形成さ
れる原子ステップは基板の結晶格子に由来するものなの
で、上記弱接合は基板上に整然と配列される。従って、
この原子ステップを横切るような方向に基板上の超電導
薄膜をパターニングすることにより、基板上の酸化物超
電導薄膜は複数の弱結合を含んだ超電導電流路、即ちジ
ョセフソン素子アレイとなる。
れる原子ステップは基板の結晶格子に由来するものなの
で、上記弱接合は基板上に整然と配列される。従って、
この原子ステップを横切るような方向に基板上の超電導
薄膜をパターニングすることにより、基板上の酸化物超
電導薄膜は複数の弱結合を含んだ超電導電流路、即ちジ
ョセフソン素子アレイとなる。
【００１１】以上のような構成のジョセフソン素子はそ
の弱結合構造が単純なので、工程数が比較的少ない微細
加工により形成することができ、作製が容易である。ま
た、特定の区間に形成される弱結合の数は、使用した基
板の材料から知ることができるので、所望の特性を実現
し易い。更に、このジョセフソン素子アレイは、実際に
は極めて多数の微小なジョセフソン素子の集合体なので
、特性が平準化されてばらつきが少ない。
の弱結合構造が単純なので、工程数が比較的少ない微細
加工により形成することができ、作製が容易である。ま
た、特定の区間に形成される弱結合の数は、使用した基
板の材料から知ることができるので、所望の特性を実現
し易い。更に、このジョセフソン素子アレイは、実際に
は極めて多数の微小なジョセフソン素子の集合体なので
、特性が平準化されてばらつきが少ない。
【００１２】尚、上記本発明に係るジョセフソン素子に
おいて好ましく使用できる基板材料としては、ＳｒＴｉ
Ｏ３ 、ＮｄＧａＯ３ 等の単結晶基板を例示すること
ができる。これらの酸化物単結晶は、（１００）面から
〔１１０〕方向に数度傾けて成膜面を切り出すことによ
り、その表面に明瞭な原子ステップを形成する。
おいて好ましく使用できる基板材料としては、ＳｒＴｉ
Ｏ３ 、ＮｄＧａＯ３ 等の単結晶基板を例示すること
ができる。これらの酸化物単結晶は、（１００）面から
〔１１０〕方向に数度傾けて成膜面を切り出すことによ
り、その表面に明瞭な原子ステップを形成する。
【００１３】また、超電導電流路及び弱結合を形成する
酸化物超電導薄膜の材料としては、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ複合
酸化物の他、Ｂｉ系やＴｌ系の複合酸化物も好ましく使
用することができ、オフ・カット基板上に、 １００〜
２００ Å程度の膜厚の薄膜とすることにより良好な弱
結合を形成することができる。
酸化物超電導薄膜の材料としては、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ複合
酸化物の他、Ｂｉ系やＴｌ系の複合酸化物も好ましく使
用することができ、オフ・カット基板上に、 １００〜
２００ Å程度の膜厚の薄膜とすることにより良好な弱
結合を形成することができる。
【００１４】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず
、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず
、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。
【００１５】
【実施例】図１は、本発明に係るジョセフソン素子の具
体的な構成例を模式的に示す断面図である。
体的な構成例を模式的に示す断面図である。
【００１６】同図に示すように、このジョセフソン素子
は、基板１と、基板１上に形成された酸化物超電導体薄
膜２とから構成されている。
は、基板１と、基板１上に形成された酸化物超電導体薄
膜２とから構成されている。
【００１７】ここで、基板１は、成膜面として（１００
）面から〔１１０〕方向に３°傾けて切り出されており
、図中に示すように、その結晶格子に沿ったステップが
表面に形成されている。
）面から〔１１０〕方向に３°傾けて切り出されており
、図中に示すように、その結晶格子に沿ったステップが
表面に形成されている。
【００１８】一方、この基板１上に形成された酸化物超
電導薄膜２は、基板に対して上方から堆積して形成され
るが、このとき、基板１の表面に形成されたステップ部
では結晶の連続性が劣化する。従って、酸化物超電導薄
膜２の膜厚が薄ければ、ステップ部上に自然に弱結合が
形成される。また、この弱結合は、基板の結晶の配列方
向に沿って整列して形成される。
電導薄膜２は、基板に対して上方から堆積して形成され
るが、このとき、基板１の表面に形成されたステップ部
では結晶の連続性が劣化する。従って、酸化物超電導薄
膜２の膜厚が薄ければ、ステップ部上に自然に弱結合が
形成される。また、この弱結合は、基板の結晶の配列方
向に沿って整列して形成される。
【００１９】〔作製例〕図１に示した構造のジョセフソ
ン素子を実際に作製した。
ン素子を実際に作製した。
【００２０】基板としてＳｒＴｉＯ３ 単結晶基板を（
１００）面から〔１１０〕方向に３°傾けて切り出した
傾斜基板を使用した。また、酸化物超電導材料としてＹ
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ を使用した。酸化物超電導薄膜は反
応性蒸着法により成膜した。尚、酸化物超電導薄膜の成
膜に先立って、１×１０−８Ｔｏｒｒの真空下で ７０
０℃で１０分間処理することにより、基板の成膜面を清
浄化した。各成膜条件は下記の表１に示す。
１００）面から〔１１０〕方向に３°傾けて切り出した
傾斜基板を使用した。また、酸化物超電導材料としてＹ
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ を使用した。酸化物超電導薄膜は反
応性蒸着法により成膜した。尚、酸化物超電導薄膜の成
膜に先立って、１×１０−８Ｔｏｒｒの真空下で ７０
０℃で１０分間処理することにより、基板の成膜面を清
浄化した。各成膜条件は下記の表１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】以上のようにして成膜した酸化物超電導薄
膜を、イオンミリング法によるドライエッチング加工で
、図２に示すようにパターニングした。尚、同図に示し
たパターンの細いブリッジ部は、幅１０μｍ、長さ２０
μｍとした。
膜を、イオンミリング法によるドライエッチング加工で
、図２に示すようにパターニングした。尚、同図に示し
たパターンの細いブリッジ部は、幅１０μｍ、長さ２０
μｍとした。
【００２３】以上のようにして作製したジョセフソン素
子に端子を設け、図２に示すように計器を接続してその
特性を評価した。素子を６０Ｋ以下に冷却して周波数１
１ＧＨｚ、出力 ０．１Ｗのマイクロ波を印加したとこ
ろ、２２．７μＶの倍数の電圧点でシャピロステップが
観測され、有効なジョセフソン結合が形成されているこ
とが確認された。
子に端子を設け、図２に示すように計器を接続してその
特性を評価した。素子を６０Ｋ以下に冷却して周波数１
１ＧＨｚ、出力 ０．１Ｗのマイクロ波を印加したとこ
ろ、２２．７μＶの倍数の電圧点でシャピロステップが
観測され、有効なジョセフソン結合が形成されているこ
とが確認された。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るジョ
セフソン素子は、作製が容易であると同時に安定した特
性を示し、所望の特性を再現性良く実現することができ
る。
セフソン素子は、作製が容易であると同時に安定した特
性を示し、所望の特性を再現性良く実現することができ
る。
【図１】本発明に係るジョセフソン素子の具体的な構成
例を示す図である。
例を示す図である。
【図２】実施例における酸化物超電導薄膜のパターンを
示す図である。
示す図である。
１ 基板、
２ 酸化物超電導薄膜、
Claims (1)
- 【請求項１】酸化物超電導薄膜により形成された超電導
電流路と、該超電導電流路の上に形成された弱結合とを
含むジョセフソン素子であって、オフセット角を有する
成膜面を備えた単結晶傾斜基板と、該成膜面上に形成さ
れた薄い酸化物超電導薄膜とを備えることを特徴とする
ジョセフソン素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131841A JPH04332180A (ja) | 1991-05-07 | 1991-05-07 | ジョセフソン素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131841A JPH04332180A (ja) | 1991-05-07 | 1991-05-07 | ジョセフソン素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04332180A true JPH04332180A (ja) | 1992-11-19 |
Family
ID=15067356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3131841A Withdrawn JPH04332180A (ja) | 1991-05-07 | 1991-05-07 | ジョセフソン素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04332180A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06279183A (ja) * | 1993-03-26 | 1994-10-04 | Tokyo Inst Of Technol | セラミックス薄膜の形成方法 |
| JPH0715049A (ja) * | 1993-06-23 | 1995-01-17 | Nec Corp | 超伝導積層薄膜 |
| US5543630A (en) * | 1995-01-31 | 1996-08-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | High Tc superconducting devices on bi-crystal substrates |
-
1991
- 1991-05-07 JP JP3131841A patent/JPH04332180A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06279183A (ja) * | 1993-03-26 | 1994-10-04 | Tokyo Inst Of Technol | セラミックス薄膜の形成方法 |
| JPH0715049A (ja) * | 1993-06-23 | 1995-01-17 | Nec Corp | 超伝導積層薄膜 |
| US5543630A (en) * | 1995-01-31 | 1996-08-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | High Tc superconducting devices on bi-crystal substrates |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980806 |