JPH0437074A - ジョセフソン素子 - Google Patents
ジョセフソン素子Info
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- JPH0437074A JPH0437074A JP2144073A JP14407390A JPH0437074A JP H0437074 A JPH0437074 A JP H0437074A JP 2144073 A JP2144073 A JP 2144073A JP 14407390 A JP14407390 A JP 14407390A JP H0437074 A JPH0437074 A JP H0437074A
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- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 26
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- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
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- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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、ジョセフソン素子およびその製造方法に関し
、もつと詳しくは、非常に弱い磁界を計測するセンサと
して利用される超電導量子干渉素子などのようなジョセ
フソン素子およびその製造方法に関する。
、もつと詳しくは、非常に弱い磁界を計測するセンサと
して利用される超電導量子干渉素子などのようなジョセ
フソン素子およびその製造方法に関する。
従来の技術
超電導量子干渉素子は、超電導リングに１つまたは２つ
のジョセフソン接合を組合わせて構成され、人間の脳、
腕、眼球および心臓なとの生体から発生される磁界を計
測するために用いられ、ＳＱ Ｕ Ｉ Ｄ （Ｓｕｐｅ
ｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｑｕａｎｔｕｍ ＩｎＬｅｒ
ｆｅｒｎｃｅＤｅｖｉｃｅ）素子と略称される。このよ
うな超電導量子干渉素子を製造する典型的な先行技術は
、第３図に示されている。まず第３図（１）で示される
ように基板３０の全面にわたって薄膜３１を成膜し、そ
の薄膜３１を第３図（２）で示されるように台３１ａに
示されるようにステップ状に細長く加工し、次に第３図
（３）で示されるように超電導材料を矢符３２で示され
るように、真上から蒸着して超電導材料から成る層３３
を形成し、その後、第３図（４）に示されるように矢符
３４の方向から超電導材料から成る層３５を形成し、次
に矢符３６から層３７を蒸着し、このようにしていわば
斜め蒸着法によって層３５．３７を形成する。
のジョセフソン接合を組合わせて構成され、人間の脳、
腕、眼球および心臓なとの生体から発生される磁界を計
測するために用いられ、ＳＱ Ｕ Ｉ Ｄ （Ｓｕｐｅ
ｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｑｕａｎｔｕｍ ＩｎＬｅｒ
ｆｅｒｎｃｅＤｅｖｉｃｅ）素子と略称される。このよ
うな超電導量子干渉素子を製造する典型的な先行技術は
、第３図に示されている。まず第３図（１）で示される
ように基板３０の全面にわたって薄膜３１を成膜し、そ
の薄膜３１を第３図（２）で示されるように台３１ａに
示されるようにステップ状に細長く加工し、次に第３図
（３）で示されるように超電導材料を矢符３２で示され
るように、真上から蒸着して超電導材料から成る層３３
を形成し、その後、第３図（４）に示されるように矢符
３４の方向から超電導材料から成る層３５を形成し、次
に矢符３６から層３７を蒸着し、このようにしていわば
斜め蒸着法によって層３５．３７を形成する。
こうして層３３の一部の薄膜領域３３ａが露出し、ここ
にジョセフソン接合が得られる。
にジョセフソン接合が得られる。
発明が解決しようとする課題
このような第３図に示される先行技術では、基板３０上
に薄１１１３１を蒸着またはスパッタによって形成し、
この薄膜３１の材料としては、たとえば常電導材料であ
るＣ、 ｒまたはＴａが用いられ、その後、超電導材料
から成る膜３３．３５．３７が形成され、このようにし
て成膜工程が２度にわたるので、製造が煩雑であるとい
う問題がある。
に薄１１１３１を蒸着またはスパッタによって形成し、
この薄膜３１の材料としては、たとえば常電導材料であ
るＣ、 ｒまたはＴａが用いられ、その後、超電導材料
から成る膜３３．３５．３７が形成され、このようにし
て成膜工程が２度にわたるので、製造が煩雑であるとい
う問題がある。
またこの先行技術の他の問題は、基板３０上に薄膜３１
を形成した後に、その薄膜３１を部分的に削除してステ
ップ状の台３１ａを加工する必要があり、このとき第３
図（２〉で示される台３１ａから露出している基板３０
の表面が汚染されるという問題がある。このような汚染
された基板３０上に超電導材料から成る膜３３．３５．
３７が形成されることによって、ジョセフソン接合の特
性が劣ることになる。
を形成した後に、その薄膜３１を部分的に削除してステ
ップ状の台３１ａを加工する必要があり、このとき第３
図（２〉で示される台３１ａから露出している基板３０
の表面が汚染されるという問題がある。このような汚染
された基板３０上に超電導材料から成る膜３３．３５．
３７が形成されることによって、ジョセフソン接合の特
性が劣ることになる。
本発明の目的は、製造が容易であり、しかもジョセフソ
ン接合の特性を向上することができるようにしたジョセ
フソン素子およびその製造方法を提供することである。
ン接合の特性を向上することができるようにしたジョセ
フソン素子およびその製造方法を提供することである。
課題を解決するための手段
本発明は、基板に凹溝を形成し、この凹溝の底に、超電
導材料から成る薄膜領域を形成してジョセフソン接合を
得ることを特徴とするンヨセフソン素子である。
導材料から成る薄膜領域を形成してジョセフソン接合を
得ることを特徴とするンヨセフソン素子である。
また本発明は、基板に凹溝を形成し、
その凹溝の底に、超電導材料から成る薄膜を形成し、
次に、その薄膜上に、凹溝の両側壁をそれぞれ利用して
、超電導材料を斜めに蒸着して形成して前記薄膜を部分
的に露出した薄膜領域を形成してジョセフソン接合を得
ることを特徴とするジョセフソン素子の製造方法である
。
、超電導材料を斜めに蒸着して形成して前記薄膜を部分
的に露出した薄膜領域を形成してジョセフソン接合を得
ることを特徴とするジョセフソン素子の製造方法である
。
作 用
本発明に従えば、基板上に、たとえばドライエツチング
などの手法によって凹溝を形成し、この凹溝の底は清浄
であり、この底に超電導材料から成る薄膜領域を形成し
てジョセフソン接合を得るようにしたので、第３図に関
連して説明した先行技術よりも少ない製造工程で、ジョ
セフソン素子を製造することができるようになる。
などの手法によって凹溝を形成し、この凹溝の底は清浄
であり、この底に超電導材料から成る薄膜領域を形成し
てジョセフソン接合を得るようにしたので、第３図に関
連して説明した先行技術よりも少ない製造工程で、ジョ
セフソン素子を製造することができるようになる。
また本発明に従えば、このジョセフソン接合を得る薄膜
領域は、凹溝の両側壁をそれぞれ利用して超電導材料を
斜めに蒸着して形成し、これによって凹溝の底の全面に
予め形成されている薄膜を部分的に露出して薄膜領域を
得ることができる。
領域は、凹溝の両側壁をそれぞれ利用して超電導材料を
斜めに蒸着して形成し、これによって凹溝の底の全面に
予め形成されている薄膜を部分的に露出して薄膜領域を
得ることができる。
こうして清浄な凹溝の底に、ジョセフソン接合を得る薄
膜領域を形成することができる。
膜領域を形成することができる。
実施例
第１図は本発明の一実施例の超電導量子干渉素子の一部
を示す断面図であり、第２図はその製造工程を示す断面
図である。基板１は、たとえば石英、サファイアおよび
Ｓｊなどの半導体材料などから成る。このような基板１
を、第２図（１）で示されるように準備する。
を示す断面図であり、第２図はその製造工程を示す断面
図である。基板１は、たとえば石英、サファイアおよび
Ｓｊなどの半導体材料などから成る。このような基板１
を、第２図（１）で示されるように準備する。
次に、第２図（２）で示されるように基板１上に凹溝１
２を形成する。この凹ｆｆ１１２は、底１３と両側壁１
４．１５とを有する。凹溝１２の側壁１、．４．．１５
は、底１３に垂直である。二のような凹溝１２は、たと
えばトライエツチングなどの手法で形成することができ
る。溝１２の深さｄｌはたとえば４０００〜５０００人
であり、その幅Ｗ１はたとえば１μｍであり、第２図く
２）の紙面に垂直方向の長さはたとえば１〜５μｍであ
ってもよい ドライエツチングというのは、たとえば、基板１の表面
に溝１２に対応した透孔を有するレジスト層を形成し、
プラズマ雰囲気中でアルゴンイオンＡｒ”を衝突させる
スパッタ法などてあってもよい。
２を形成する。この凹ｆｆ１１２は、底１３と両側壁１
４．１５とを有する。凹溝１２の側壁１、．４．．１５
は、底１３に垂直である。二のような凹溝１２は、たと
えばトライエツチングなどの手法で形成することができ
る。溝１２の深さｄｌはたとえば４０００〜５０００人
であり、その幅Ｗ１はたとえば１μｍであり、第２図く
２）の紙面に垂直方向の長さはたとえば１〜５μｍであ
ってもよい ドライエツチングというのは、たとえば、基板１の表面
に溝１２に対応した透孔を有するレジスト層を形成し、
プラズマ雰囲気中でアルゴンイオンＡｒ”を衝突させる
スパッタ法などてあってもよい。
次に、第２図く３）て示されるように凹溝１２に矢符３
で示されるように真上から、すなわち凹溝１２の底１３
に垂直方向に、超電導材料、たとえばＮｂを蒸着して、
第１層４を形成する。この第１層４は、基板１の凹溝１
２外の基板１の表面にもまた形成される。第１層４の厚
みは８０〜２００人であり、好ましくは８０〜１５０人
て゛あり、さらに好ましくは１００人である。第２図（
４）に示されるように第１層４上に、矢符６の方向に超
電導材料Ｎｂから成る第２層５を形成する。
で示されるように真上から、すなわち凹溝１２の底１３
に垂直方向に、超電導材料、たとえばＮｂを蒸着して、
第１層４を形成する。この第１層４は、基板１の凹溝１
２外の基板１の表面にもまた形成される。第１層４の厚
みは８０〜２００人であり、好ましくは８０〜１５０人
て゛あり、さらに好ましくは１００人である。第２図（
４）に示されるように第１層４上に、矢符６の方向に超
電導材料Ｎｂから成る第２層５を形成する。
方の側壁１４の働きによって、この矢符６から蒸着され
る超電導材料Ｎｂは凹溝１２の底１３上の第１層４に部
分的に形成される。矢符６の底１３と為す角度θ１は、
たとえば２５〜７０度であり、好ましくは２５〜５０度
である。第２層５の厚みｄ３は、たとえば１０００人で
ある。
る超電導材料Ｎｂは凹溝１２の底１３上の第１層４に部
分的に形成される。矢符６の底１３と為す角度θ１は、
たとえば２５〜７０度であり、好ましくは２５〜５０度
である。第２層５の厚みｄ３は、たとえば１０００人で
ある。
その後、第２図（５）で示されるように、矢符７から超
電導材料Ｎｂを蒸着して凹溝１２の他方の側壁１５を利
用して第３層８を形成する。この第３層８の厚みｄ４は
、たとえば５００人であり、ｄ３＋ｄ４＝２００〜２０
００人に選ばれる。矢符７の底１３と成す角度θ２は、
２５〜７０度であり、好ましくは２５〜５０度である、
こうして底１３の第１層４には、第２および第３層５．
８から部分的に露出した薄膜領域４ａが形成され、ここ
にジョセフソン接合が得られる。こうして凹溝１２の両
側壁１４．１５を利用し、矢符６，７で示されるように
その凹７１１１２の両側からいわば斜め蒸着を行い、ジ
ョセフソン接合を成す薄膜領域４ａが形成される。蒸着
角度θ１．θ２を変化し、また凹溝１２の深さｄｌなら
びに第２および第３層５，８の厚みｄ３．ｄ４を変化す
ることによって、ジョセフソン接合の薄膜領域４ａの形
状および特性を、自由に制御することができる。
電導材料Ｎｂを蒸着して凹溝１２の他方の側壁１５を利
用して第３層８を形成する。この第３層８の厚みｄ４は
、たとえば５００人であり、ｄ３＋ｄ４＝２００〜２０
００人に選ばれる。矢符７の底１３と成す角度θ２は、
２５〜７０度であり、好ましくは２５〜５０度である、
こうして底１３の第１層４には、第２および第３層５．
８から部分的に露出した薄膜領域４ａが形成され、ここ
にジョセフソン接合が得られる。こうして凹溝１２の両
側壁１４．１５を利用し、矢符６，７で示されるように
その凹７１１１２の両側からいわば斜め蒸着を行い、ジ
ョセフソン接合を成す薄膜領域４ａが形成される。蒸着
角度θ１．θ２を変化し、また凹溝１２の深さｄｌなら
びに第２および第３層５，８の厚みｄ３．ｄ４を変化す
ることによって、ジョセフソン接合の薄膜領域４ａの形
状および特性を、自由に制御することができる。
このような製造工程は、全て同−真空内で行うことがで
き、したがって凹溝１２を含む基板１の全表面が汚染さ
れるのを防ぐことができて製造が容易となり、都合がよ
い。
き、したがって凹溝１２を含む基板１の全表面が汚染さ
れるのを防ぐことができて製造が容易となり、都合がよ
い。
本件発明者の実験によれば、Ｓｉ基板１上に深さｄｌ＝
４０００人の凹所１２を形成し、超電導材料としてＮｂ
を用い、第１層４の厚みｄ２を１００人とし、第２層５
の厚みｄ３を１ｏｏｏ人とし、第３層８の厚みｄ４を５
００人とし、蒸着角度θｌ、θ２を３０〜７ｏ度に選ん
で超電導量子干渉素子を製造したとき、臨界電流は１０
ｔｉＡ、出力電圧１０μＶであり、適切な特性が得られ
た。
４０００人の凹所１２を形成し、超電導材料としてＮｂ
を用い、第１層４の厚みｄ２を１００人とし、第２層５
の厚みｄ３を１ｏｏｏ人とし、第３層８の厚みｄ４を５
００人とし、蒸着角度θｌ、θ２を３０〜７ｏ度に選ん
で超電導量子干渉素子を製造したとき、臨界電流は１０
ｔｉＡ、出力電圧１０μＶであり、適切な特性が得られ
た。
また第１層４の厚みｄ２を２００人とし、他の条件を上
述と同様としたとき、臨界電流１８μＡ、出力電圧７μ
■であって、適切な特性が得られた。
述と同様としたとき、臨界電流１８μＡ、出力電圧７μ
■であって、適切な特性が得られた。
本発明は、超電導量子干渉素子だけてなく、その他のジ
ョセフソン素子に関連してもまた実施することができる
。
ョセフソン素子に関連してもまた実施することができる
。
発明の効果
以上のように本発明によれば、基板に凹溝を形成し、二
の凹溝の底に、超電導材料から成る薄膜領域を形成して
ジョセフソン接合を得るようにしたので、凹溝の清浄な
底に薄膜領域が形成され、ジョセフソン効果の特性が優
れたジョセフソン素子を製造することができる。
の凹溝の底に、超電導材料から成る薄膜領域を形成して
ジョセフソン接合を得るようにしたので、凹溝の清浄な
底に薄膜領域が形成され、ジョセフソン効果の特性が優
れたジョセフソン素子を製造することができる。
この基板に凹溝を形成し、この凹溝の両側壁をそれぞれ
利用して斜めに蒸着を行って薄膜を部分的に露出してジ
ョセフソン接合を得る薄膜領域を形成するようにしたの
で、前述の第３図に関連して述べた先行技術における台
３１ａを形成する工程を含む先行技術に比べて、本発明
は製造工程が簡略化され、さらにまた全工程を同−真空
内で行うことがてきるので、このことによってもまた製
造が容易であり、また凹溝の底を含む基板表面の汚染を
防ぐことができる。
利用して斜めに蒸着を行って薄膜を部分的に露出してジ
ョセフソン接合を得る薄膜領域を形成するようにしたの
で、前述の第３図に関連して述べた先行技術における台
３１ａを形成する工程を含む先行技術に比べて、本発明
は製造工程が簡略化され、さらにまた全工程を同−真空
内で行うことがてきるので、このことによってもまた製
造が容易であり、また凹溝の底を含む基板表面の汚染を
防ぐことができる。
第１（２１は本発明の一実施例の超電導量子干渉素子の
断面図、第２図はその製造手順を示す断面図、第３（２
は先行技術の製造手順を示す断面図である。 １ 基板、４・・第１層、５・・・第２層、８ 第３層
、１２ 凹溝、１３・−・底、１４．１５−側壁代理人
弁理士 画数 圭一部 勤 図 第 図 第 図 第 図
断面図、第２図はその製造手順を示す断面図、第３（２
は先行技術の製造手順を示す断面図である。 １ 基板、４・・第１層、５・・・第２層、８ 第３層
、１２ 凹溝、１３・−・底、１４．１５−側壁代理人
弁理士 画数 圭一部 勤 図 第 図 第 図 第 図
Claims (2)
- （１）基板に凹溝を形成し、この凹溝の底に、超電導材
料から成る薄膜領域を形成してジョセフソン接合を得る
ことを特徴とするジョセフソン素子。 - （２）基板に凹溝を形成し、 その凹溝の底に、超電導材料から成る薄膜を形成し、 次に、その薄膜上に、凹溝の両側壁をそれぞれ利用して
、超電導材料を斜めに蒸着して形成して前記薄膜を部分
的に露出した薄膜領域を形成してジョセフソン接合を得
ることを特徴とするジョセフソン素子の製造方法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02144073A JP3084045B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | ジョセフソン素子 |
| US07/799,272 US5313074A (en) | 1990-05-31 | 1991-11-27 | Josephson device formed over a recess step with protective layer |
| EP96200713A EP0725449B1 (en) | 1990-05-31 | 1991-11-27 | A method for fabricating a Josephson device |
| EP91203113A EP0544036B1 (en) | 1990-05-31 | 1991-11-27 | A Josephson device and a process for fabricating the same |
| DE69124697T DE69124697T2 (de) | 1990-05-31 | 1991-11-27 | Josephson-Einrichtung und Prozess zu deren Herstellung |
| CA002056634A CA2056634C (en) | 1990-05-31 | 1991-11-29 | Josephson device and a process for fabricating the same |
| CA002166817A CA2166817C (en) | 1990-05-31 | 1991-11-29 | Josephson device and a process for fabricating the same |
| US08/205,357 US5401530A (en) | 1990-05-31 | 1994-03-03 | Process for fabricating a Josephson device |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02144073A JP3084045B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | ジョセフソン素子 |
| US07/799,272 US5313074A (en) | 1990-05-31 | 1991-11-27 | Josephson device formed over a recess step with protective layer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0437074A true JPH0437074A (ja) | 1992-02-07 |
| JP3084045B2 JP3084045B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=26475604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02144073A Expired - Fee Related JP3084045B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | ジョセフソン素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3084045B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10916690B2 (en) * | 2018-11-28 | 2021-02-09 | International Business Machines Corporation | Electrical leads for trenched qubits |
-
1990
- 1990-05-31 JP JP02144073A patent/JP3084045B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10916690B2 (en) * | 2018-11-28 | 2021-02-09 | International Business Machines Corporation | Electrical leads for trenched qubits |
| US20210119104A1 (en) * | 2018-11-28 | 2021-04-22 | International Business Machines Corporation | Electrical leads for trenched qubits |
| CN113169263A (zh) * | 2018-11-28 | 2021-07-23 | 国际商业机器公司 | 用于带沟槽的量子位的电引线 |
| US11581474B2 (en) * | 2018-11-28 | 2023-02-14 | International Business Machines Corporation | Electrical leads for trenched qubits |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3084045B2 (ja) | 2000-09-04 |
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