JPH0479153B2 - - Google Patents

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JPH0479153B2
JPH0479153B2 JP59023861A JP2386184A JPH0479153B2 JP H0479153 B2 JPH0479153 B2 JP H0479153B2 JP 59023861 A JP59023861 A JP 59023861A JP 2386184 A JP2386184 A JP 2386184A JP H0479153 B2 JPH0479153 B2 JP H0479153B2
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superconductor layer
tunnel
frequency plasma
tunnel barrier
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Junichi Nakano
Masato Wada
Fumihiko Yanagawa
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N60/00—Superconducting devices
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明の分野 本発明は、超伝導体層の表面にトンネル障壁膜
が形成されている構成を有するトンネル型ジヨセ
フソン接合素子を製造する方法、特に、超伝導体
層の表面に、その材料の酸化物でなるトンネル障
壁膜を、高周波プラズマ酸化処理によつて形成す
る工程を含んで、トンネル型ジヨセフソン接合素
子を製造する方法の改良に関する。
本発明の背景 トンネル型ジヨセフソン接合素子は、原理的
に、第１図に示すように、絶縁性表面を有する基
板１上に、第１の超伝導体層２と、トンネル障壁
膜３と、第２の超伝導体層４とがそれらの順に積
層されている構成を有する。
また、このような構成を有するトンネル型ジヨ
セフソン接合素子において、そのトンネル障壁膜
３は、一般に、第１の超伝導体層２の表面の酸化
処理によつて形成された第１の超伝導体層２の材
料の酸化物でなる。
従つて、第１図に示すようなトンネル型ジヨセ
フソン接合素子において、そのトンネル障壁膜３
が第１の超伝導体層２の材料の酸化物でなるとい
うトンネル型ジヨセフソン接合素子は、第１の超
伝導体層２の表面に、その材料の酸化物でなるト
ンネル障壁膜３を、酸化処理によつて形成する工
程を含んで製造される。
ところで、このようなトンネル型ジヨセフソン
接合素子の製法において、従来、第１の超伝導体
層２上にトンネル障壁膜３を形成するときの酸化
処理が、プラズマ反応室内での酸素でなるガス、
またはアルゴン、クリプトンなどの希元素ガスと
酸素との混合ガスの高周波プラズマを用いた高周
波プラズマ酸化処理である、というトンネル型ジ
ヨセフソン接合素子の製法が提案されている。
このようなトンネル型ジヨセフソン接合素子の
製法による場合、第１の超伝導体層２上に高周波
プラズマ酸化処理によつて形成されるトンネル障
壁膜３は、高周波プラズマ酸化処理時において、
酸素イオンによる酸化現象と、酸素イオン（高周
波プラズマ酸化処理に酸素ガスのガスを用いると
き）、または希元素イオンと酸素イオン（高周波
プラズマ酸化処理に希元素ガスと酸素の混合ガス
を用いるとき）によるスパツタエツチング現象と
を同時に生起させている機構で、第１の超伝導体
層２上に形成されるが、酸化現象における酸化の
速度は、トンネル障壁膜３の厚さが大になるに応
じて遅くなり、一方スパツタエツチング現象にお
けるスパツタエツチングの速度は、トンネル障壁
膜３の厚さに依存性がない。このため、酸化現象
における酸化の速度と、スパツタエツチング現象
におけるスパツタエツチングの速度とが、トンネ
ル障壁膜３の膜厚がある値以上になれば、互に等
しくなる。
従つて第１の超伝導体層２の表面に、その材料
の酸化物でなるトンネル障壁膜３を、酸素でなる
ガス、または希元素ガスと酸素との混合ガスを用
いた高周波プラズマ酸化処理によつて形成する工
程を含む、上述した従来のトンネル型ジヨセフソ
ン接合素子の製法によれば、第１の超伝導体層２
上に高周波プラズマ酸化処理によつて形成される
トンネル障壁膜３を、原理的に、その膜厚がある
値以上になつて後、高周波プラズマ酸化処理の時
間に依存性のない膜厚に形成することができる。
従つて、トンネル型ジヨセフソン接合素子を、原
理的に、トンネル障壁膜３の膜厚と密接な関係に
ある電流密度に、ばらつきのないものとして形成
することができる。
しかしながら、上述した従来のトンネル型ジヨ
セフソン接合素子の製法の場合、実際上、上述し
たスパツタエツチング現象におけるスパツタエツ
チング速度が、第１の超伝導体層の材質によつて
大きく異なるため、第１の超伝導体層の材質によ
つては、第１超伝導体層上に高周波プラズマ酸化
処理によつて形成されるトンネル障壁膜３を、高
周波プラズマ酸化処理の時間に依存性のない、ト
ンネル型ジヨセフソン接合素子が所期の電流密度
を呈し且つ小さなリーク電流しか呈しない所期の
膜厚に形成することができないか、できるとして
も種々の制限を伴なう。
例えば、第１の超伝導体層２がPb・In・Au合
金でなる場合、その第１の超伝導体層２上に形成
されるトンネル障壁膜３を構成している酸化物の
主成分であるIn2O3のスパツタエツチングの速度
が小さいため、そのスパツタエツチング速度を大
にするために、高周波プラズマ酸化処理時のガス
圧を10ｍTorr以下にし且つ高周波電力を十分大
にしない限り、トンネル障壁膜３を所期の膜厚に
形成することができない。また、第１の超伝導体
層２がNbでなる場合、高周波プラズマ酸化処理
に、Arと酸素との混合ガスを用いても、トンネ
ル障壁膜３を、高周波プラズマ酸化処理の時間に
ほとんど依存性のない膜厚に形成することができ
ない。
従つて、上述した従来のトンネル型ジヨセフソ
ン接合素子の製法の場合、実際上、第１の超伝導
体層２上に高周波プラズマ酸化処理によつてトン
ネル障壁膜３を形成するとき、そのトンネル障壁
膜３を、トンネル型ジヨセフソン接合素子が所期
の電流密度を呈し且つ小さなリーク電流しか伴な
わない所期の膜厚に容易に形成することができ
ず、従つて、トンネル型ジヨセフソン接合素子を
所期の特性を有するものとして容易に製造するこ
とができない、という欠点を有していた。
本発明の開示 よつて、本発明は、上述した欠点のない新規な
トンネル型ジヨセフソン接合素子の製法を提供せ
んとするものである。
本願第１番目の発明によるトンネル型ジヨセフ
ソン接合素子の製法によれば、トンネル型ジヨセ
フソン接合素子の表面に、その材料の酸化物でな
るトンネル障壁膜を高周波プラズマ酸化処理によ
つて形成する工程を含んで、トンネル型ジヨセフ
ソン接合素子を製造するのであるが、その高周波
プラズマ酸化処理に、CO2、CO、NO2及びNO中
から選ばれた１つのガスまたは複数からなるガス
の高周波プラズマを用いる。
このため、本願第１番目の発明によるトンネル
型ジヨセフソン接合素子の製法によれば、高周波
プラズマ酸化処理に、酸素のガス、または希元素
ガスと酸素の混合ガスの高周波プラズマを用いる
上述した従来のトンネル型ジヨセフソン接合素子
の製法の場合に比し、トンネル障壁膜を、トンネ
ル型ジヨセフソン接合素子が所期の電流密度を呈
し且つ小さなリーク電流しか伴なわない所期の膜
厚に容易に形成することができ、従つて、トンネ
ル型ジヨセフソン接合素子を、所期の特性を有す
るものとして、従来のトンネル型ジヨセフソン接
合素子の製法の場合に比し、容易に製造すること
ができる。
また、本願第２番目の発明によるトンネル型ジ
ヨセフソン接合素子の製法によれば、本願第１番
目の発明によるトンネル型ジヨセフソン接合素子
の製法の場合と同様に、トンネル型ジヨセフソン
接合素子の表面に、その材料の酸化物でなるトン
ネル障壁膜を高周波プラズマ酸化処理によつて形
成する工程を含んで、トンネル型ジヨセフソン接
合素子を製造するのであるが、その高周波プラズ
マ酸化処理アルゴン、クリプトンなどの希元素ガ
スと、CO2、CO、NO2及びNO中から選ばれた１
つのガス、または複数からなるガスとの混合ガス
を用いる。
このため、本願第２番目の発明によるトンネル
型ジヨセフソン接合素子の製法によつても、本願
第１番目の発明によるトンネル型ジヨセフソン接
合素子の製法の場合と同様の理由で、トンネル型
ジヨセフソン接合素子を、酸素のガス、または希
元素ガスと酸素の混合ガスの高周波プラズマを用
いる従来のトンネル型ジヨセフソン複合素子の製
法の場合に比し容易に製造することができる。
以下、本発明の実施例を述べよう。
本願第１番目の発明の実施例１ 実施例 １−１ 基板上に、84重量％のPbと、12重量％のInと、
４重量％のAuとからなるPb・In・Au合金でなる
超伝導体層を、第１の超伝導体層としてそれ自体
は公知の方法によつて形成し、次に、その超伝導
体層上に、プラズマ反応室内で、ガス圧力20ｍ
Torr、高周波電力30Wという条件での高周波プ
ラズマ酸化処理によつて、トンネル障壁膜を形成
し、次に、そのトンネル障壁膜上に、71重量％の
Pbと、29重量％のＢとからなるPb・Ｂ合金でな
る超伝導体層を第２の超伝導体層としてそれ自体
は公知の方法によつて形成し、目的とするトンネ
ル型ジヨセフソン接合素子を製造した。
この場合、第１の超伝導体層としての超伝導体
層上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プ
ラズマ酸化処理に、CO2でなるガスの高周波プラ
ズマを用いた。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネル障壁膜を、第２図
の実施例１−１（CO2）で示す第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間（分）に
応じた膜厚（ｎｍ）に形成することができた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を、トンネル障壁膜の膜厚が
飽和傾向を示す10分以上の時間にすることによつ
て、トンネル障壁膜を高周波プラズマ酸化処理の
時間に殆んど依存性のない膜厚に形成することが
できた。
また、本実施例によつて、第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分にし
て、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子
を10個製造して、その電流密度のばらつきを測定
したところ、そのばらつきが±５％であるに過ぎ
なかつた。
さらに、本実施例によつて、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分に
して、目的とするトンネル障壁膜を形成したと
き、トンネル型ジヨセフソン接合素子の電圧（ｍ
Ｖ）対電流（ｍＡ）特性が第３図に示すように得
られ、この電圧対電流特性から、点線３１で示さ
れているサブキヤツプ抵抗RS（電圧が２ｍＶであ
る点における）と、点線３２で示されているトン
ネル抵抗RN（電圧が４ｍＶである点における常伝
導抵抗値）との比RS／RNで評価されるトンネル
型ジヨセフソン接合素子のリーク電流が、RS／
RN比でみてO2を用いた場合に比し４程度大きい
値で得られた。
実施例 １−２ 高周波プラズマ酸化処理に、CO2でなるガスの
高周波プラズマを用いるに代え、COでなるガス
の高周波プラズマを用いることを除いて、実施例
１−１の場合と同じ条件で、目的とするトンネル
型ジヨセフソン接合素子を製造した。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネン障壁膜を、第２図
の実施例１−２（CO）で示す第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間（分）に応
じた膜厚（ｎｍ）に形成することができた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を、トンネル障壁膜の膜厚が
飽和傾向を示す10分以上の時間にすることによつ
て、トンネル障壁膜を、実施例１−１の場合と同
様に、高周波プラズマ酸化処理の時間に殆んど依
存性のない膜厚に形成することができた。
また、本実施例によつて、第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分にし
て、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子
を10個製造して、その電流密度のばらつきを測定
したところ、そのばらつきが実施例１−１の場合
と同様に、±５％であるに過ぎなかつた。
さらに、本実施例によつて、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分に
して、目的とするトンネル障壁膜を形成したと
き、トンネル型ジヨセフソン接合素子の電圧（ｍ
Ｖ）対電流（ｍＡ）特性が、実施例１−１の場合
と同様に得られ、また、サブキヤツプ抵抗RSと
トンネル抵抗RNとの比RS／RNで評価されるトン
ネル型ジヨセフソン接合素子のリーク電流が、実
施例１−１の場合と同様の値で得られた。
実施例 １−３ 高周波プラズマ酸化処理に、CO2でなるガスの
高周波プラズマを用いるに代え、NO2でなるガ
スの高周波プラズマを用いることを除いて、実施
例１−１の場合と同じ条件で、目的とするトンネ
ル型ジヨセフソン接合素子を製造した。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネン障壁膜を、第２図
の実施例１−３（NO2）で示す第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間（分）に
応じた膜厚（ｎｍ）に形成することができた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を、トンネル障壁膜の膜厚が
飽和傾向を示す10分以上の時間にすることによつ
て、トンネル障壁膜を、実施例１−１の場合と同
様に、高周波プラズマ酸化処理の時間に殆んど依
存性のない膜厚に形成することができた。
また、本実施例によつて、第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分にし
て、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子
を10個製造して、その電流密度のばらつきを測定
したところ、そのばらつきが実施例１−１の場合
と同様に、±５％であるに過ぎなかつた。
さらに、本実施例によつて、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分に
して、目的とするトンネル障壁膜を形成したと
き、トンネル型ジヨセフソン接合素子の電圧（ｍ
Ｖ）対電流（ｍＡ）特性が、実施例１−１の場合
と同様に得られ、また、サブキヤツプ抵抗RSと
トンネル抵抗RNとの比RS／RNで評価されるトン
ネル型ジヨセフソン接合素子のリーク電流が、実
施例１−１の場合と同様の値で得られた。
実施例 １−４ 高周波プラズマ酸化処理に、CO2でなるガスの
高周波プラズマを用いるに代え、NOでなるガス
の高周波プラズマを用いることを除いて、実施例
１−１の場合と同じ条件で、目的とするトンネル
型ジヨセフソン接合素子を製造した。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネン障壁膜を、第２図
の実施例１−４（NO）で示す第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間（分）に
応じた膜厚（ｎｍ）に形成することができた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を、トンネル障壁膜の膜厚が
飽和傾向を示す10分以上の時間にすることによつ
て、トンネル障壁膜を、実施例１−１の場合と同
様に、高周波プラズマ酸化処理の時間に殆んど依
存性のない膜厚に形成することができた。
また、本実施例によつて、第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分にし
て、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子
を10個製造して、その電流密度のばらつきを測定
したところ、そのばらつきが実施例１−１の場合
と同様に、±５％であるに過ぎなかつた。
さらに、本実施例によつて、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分に
して、目的とするトンネル障壁膜を形成したと
き、トンネル型ジヨセフソン接合素子の電圧（ｍ
Ｖ）対電流（ｍＡ）特性が、実施例１−１の場合
と同様に得られ、また、サブキヤツプ抵抗RSと
トンネル抵抗RNとの比RS／RNで評価されるトン
ネル型ジヨセフソン接合素子のリーク電流が、実
施例１−１の場合と同様の値で得られた。
実施例 １−５ 高周波プラズマ酸化処理に、CO2でなるガスの
高周波プラズマを用いるに代え、CO2とNO2との
容量混合比が１：１である混合ガスの高周波プラ
ズマを用いることを除いて、実施例１−１の場合
と同様にして、目的とするトンネル型ジヨセフソ
ン接合素子を製造した。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネン障壁膜を、第２図
の実施例１−５（CO2＋NO2）で示す第１の超伝
導体層としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を
形成するときの高周波プラズマ酸化処理の時間
（分）に応じた膜厚（ｎｍ）に形成することがで
きた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を、トンネル障壁膜の膜厚が
飽和傾向を示す10分以上の時間にすることによつ
て、トンネル障壁膜を、実施例１−１の場合と同
様に、高周波プラズマ酸化処理の時間に殆んど依
存性のない膜厚に形成することができた。
また、本実施例によつて、第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分にし
て、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子
を10個製造して、その電流密度のばらつきを測定
したところ、そのばらつきが実施例１−１の場合
と同様に、±５％であるに過ぎなかつた。
さらに、本実施例によつて、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分に
して、目的とするトンネル障壁膜を形成したと
き、トンネル型ジヨセフソン接合素子の電圧（ｍ
Ｖ）対電流（ｍＡ）特性が、実施例１−１の場合
と同様に得られ、また、サブキヤツプ抵抗RSと
トンネル抵抗RNとの比RS／RNで評価されるトン
ネル型ジヨセフソン接合素子のリーク電流が、実
施例１−１の場合と同様の値で得られた。
実施例 １−６ 高周波プラズマ酸化処理に、CO2でなるガスの
高周波プラズマを用いるに代え、CO2とNO2との
容量混合比が１：１である混合ガスの高周波プラ
ズマを用いることを除いて、実施例１−１の場合
と同様にして、目的とするトンネル型ジヨセフソ
ン接合素子を製造した。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネン障壁膜を、第２図
の実施例１−６（CO＋NO）で示す第１の超伝導
体層としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形
成するときの高周波プラズマ酸化処理の時間
（分）に応じた膜厚（ｎｍ）に形成することがで
きた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズラ酸化処理の時間を、トンネル障壁膜の膜厚が
飽和傾向を示す10分以上の時間にすることによつ
て、トンネル障壁膜を、実施例１−１の場合と同
様に、高周波プラズマ酸化処理の時間に殆んど依
存性のない膜厚に形成することができた。
また、本実施例によつて、第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分にし
て、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子
を10個製造して、その電流密度のばらつきを測定
したところ、そのばらつきが実施例１−１の場合
と同様に、±５％であるに過ぎなかつた。
さらに、本実施例によつて、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分に
して、目的とするトンネル障壁膜を形成したと
き、トンネル型ジヨセフソン接合素子の電圧（ｍ
Ｖ）対電流（ｍＡ）特性が、実施例１−１の場合
と同様に得られ、また、サブキヤツプ抵抗RSと
トンネル抵抗RNとの比RS／RNで評価されるトン
ネル型ジヨセフソン接合素子のリーク電流が、実
施例１−１の場合と同様の値で得られた。
本願第１番目の番目の実施例１−１〜１−６と対
比される本発明によらないトンネル型ジヨセフソ
ン接合素子の製法の実施例 実施例 １−７ 高周波プラズマ酸化処理に、CO2でなるガスの
高周波プラズマを用いるに代え、O2でなるガス
の高周波プラズマを用いることを除いて、実施例
１−１の場合と同じ条件で、目的とするトンネル
型ジヨセフソン接合素子を製造した。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネン障壁膜を、第２図
の実施例１−７（O2）で示す第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間（分）に応
じた膜厚（ｎｍ）に形成することができた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を10分以上にしても、トンネ
ル障壁膜が、高周波プラズマ酸化処理の時間に大
きく依存性のある膜厚にしか形成することができ
なかつた。
また、本実施例においても、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分以
上にして、目的とするトンネル型ジヨセフソン接
合素子を10個製造して、その電流密度のばらつき
を測定したところ、そのばらつきが±10％以下で
得られなかつた。
本願第２番目の発明の実施例２ 実施例 ２−１ 基板上に、Nb合金でなる超伝導体層を、第１
の超伝導体層としてそれ自体は公知の方法によつ
て形成し、次に、その超伝導体層上に、プラズマ
反応室内で、ガス圧力10ｍTorr、高周波電力
20Wという条件で高周波プラズマ酸化処理によつ
て、トンネル障壁膜を形成し、次に、そのトンネ
ル障壁膜上に、71重量％のPbと、29重量％のＢ
とからなるPb・Ｂ合金でなる超伝導体層を、第
２の超伝導体層としてそれ自体は公知の方法によ
つて形成し、目的とするトンネル型ジヨセフソン
接合素子を製造した。
この場合、第１の超伝導体層としての超伝導体
層上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プ
ラズマ酸化処理に、90容量％のArと、10容量％
のCO2とからなる混合ガスの高周波プラズマを用
いた。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネル障壁膜を、第４図
の実施例２−１（CO2）で示す第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間（分）に
応じた膜厚（ｎｍ）に形成することができた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を、トンネル障壁膜の膜厚が
飽和傾向を示す10分以上の時間にすることによつ
て、トンネル障壁膜を、高周波プラズマ酸化処理
の時間に僅かしか依存性のない膜厚に形成するこ
とができた。
また、本実施例によつて、第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分にし
て、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子
を10個製造して、その電流密度のばらつきを測定
したところ、そのばらつきが±10％であるに過ぎ
なかつた。
さらに、本実施例によつて、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分に
して、目的とするトンネル障壁膜を形成したと
き、トンネル型ジヨセフソン接合素子の電圧（ｍ
Ｖ）対電流（ｍＡ）特性が、実施例１−１の場合
と同様に得られ、また、サブキヤツプ抵抗RSと
トンネル抵抗RNとの比RS／RNで評価されるトン
ネル型ジヨセフソン接合素子のリーク電流が、
RS／RNでみて16以上であるという小さな値で得
られた。
実施例 ２−２ 高周波プラズマ酸化処理に、90容量％のArと、
10容量％のCO2とからなる混合ガスの高周波プラ
ズマを用いるに代え、90容量％のArと、10容量
％のCOとからなるガスの高周波プラズマを用い
ることを除いて、実施例２−１の場合と同様にし
て、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子
を製造した。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネル障壁膜を、第４図
の実施例２−２（CO）で示す第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間（分）に応
じた膜厚（ｎｍ）に形成することができた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を、トンネル障壁膜の膜厚が
飽和傾向を示す10分以上の時間にすることによつ
て、トンネル障壁膜を、高周波プラズマ酸化処理
の時間に僅かしか依存性のない膜厚に形成するこ
とができた。
また、本実施例によつて、第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分にし
て、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子
を10個製造して、その電流密度のばらつきを測定
したところ、そのばらつきが実施例２−１の場合
以下の、±５％であるに過ぎなかつた。
さらに、本実施例によつて、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分に
して、目的とするトンネル障壁膜を形成したと
き、トンネル型ジヨセフソン接合素子の電圧（ｍ
Ｖ）対電流（ｍＡ）特性が、実施例２−１の場合
と同様に得られ、また、サブキヤツプ抵抗RSと
トンネル抵抗RNとの比RS／RNで評価されるトン
ネル型ジヨセフソン接合素子のリーク電流が、実
施例２−１の場合と同様の値で得られた。
実施例 ２−３ 高周波プラズマ酸化処理に、90容量％のArと、
10容量％のCO2とからなる混合ガスの高周波プラ
ズマを用いるに代え、90容量％のArと、10容量
％のNO2との混合ガスの高周波プラズマを用い
ることを除いて、実施例２−１の場合と同様にし
て、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子
を製造した。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネル障壁膜を、第４図
の実施例２−３（NO2）で示す第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間（分）に
応じた膜厚（ｎｍ）に形成することができた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を、トンネル障壁膜の膜厚が
飽和傾向を示す10分以上の時間にすることによつ
て、トンネル障壁膜を高周波プラズマ酸化処理の
時間に僅かしか依存性のない膜厚に形成すること
ができた。
また、本実施例によつて、第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分にし
て、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子
を10個製造して、その電流密度のばらつきを測定
したところ、そのばらつきが実施例２−１の場合
と同様に、±10％であるに過ぎなかつた。
さらに、本実施例によつて、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分に
して、目的とするトンネル障壁膜を形成したと
き、トンネル型ジヨセフソン接合素子の電圧（ｍ
Ｖ）対電流（ｍＡ）特性が、実施例２−１の場合
と同様に得られ、また、サブキヤツプ抵抗RSと
トンネル抵抗RNとの比RS／RNで評価されるトン
ネル型ジヨセフソン接合素子のリーク電流が、実
施例２−１の場合と同様の値で得られた。
実施例 ２−４ 高周波プラズマ酸化処理に、90容量％のArと、
10容量％のCO2とからなる混合ガスの高周波プラ
ズマを用いるに代え、90容量％のArと、10容量
％のNOとの混合ガスの高周波プラズマを用いる
ことを除いて、実施例２−１の場合と同様にし
て、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子
を製造した。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネル障壁膜を、第４図
の実施例２−４（NO）で示す第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間（分）に
応じた膜厚（ｎｍ）に形成することができた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を、トンネル障壁膜の膜厚が
飽和傾向を示す10分以上の時間にすることによつ
て、トンネル障壁膜を、高周波プラズマ酸化処理
の時間に僅かしか依存性のない膜厚に形成するこ
とができた。
また、本実施例によつて、第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分にし
て、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子
を10個製造して、その電流密度のばらつきを測定
したところ、そのばらつきが実施例２−５の場合
と同様に、±５％であるに過ぎなかつた。
さらに、本実施例によつて、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分に
して、目的とするトンネル障壁膜を形成したと
き、トンネル型ジヨセフソン接合素子の電圧（ｍ
Ｖ）対電流（ｍＡ）特性が、実施例２−１の場合
と同様に得られ、また、サブキヤツプ抵抗RSと
トンネル抵抗RNとの比RS／RNで評価されるトン
ネル型ジヨセフソン接合素子のリーク電流が、実
施例２−１の場合と同様の値で得られた。
実施例 ２−５ 高周波プラズマ酸化処理に、90容量％のArと、
10容量％のCO2とからなる混合ガスの高周波プラ
ズマを用いるに代え、90容量％のArと、５容量
％のCO2と５容量％のNO2とからなる混合ガスと
の混合ガスの高周波プラズマを用いることを除い
て、実施例１−１の場合と同様にして、目的とす
るトンネル型ジヨセフソン接合素子を製造した。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネル障壁膜を、第４図
の実施例２−５（CO2＋NO2）で示す第１の超伝
導体層としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を
形成するときの高周波プラズマ酸化処理の時間
（分）に応じた膜厚（ｎｍ）に形成することがで
きた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を、トンネル障壁膜の膜厚が
飽和傾向を示す10分以上の時間にすることによつ
て、トンネル障壁膜を、高周波プラズマ酸化処理
の時間に僅かしか依存性のない膜厚に形成するこ
とができた。
また、本実施例によつて、第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分にし
て、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子
を10個製造して、その電流密度のばらつきを測定
したところ、そのばらつきが実施例２−１の場合
と同様に、±10％であるに過ぎなかつた。
さらに、本実施例によつて、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分に
して、目的とするトンネル障壁膜を形成したと
き、トンネル型ジヨセフソン接合素子の電圧（ｍ
Ｖ）対電流（ｍＡ）特性が、実施例２−１の場合
と同様に得られ、また、サブキヤツプ抵抗RSと
トンネル抵抗RNとの比RS／RNで評価されるトン
ネル型ジヨセフソン接合素子のリーク電流が、実
施例２−１の場合と同様の値で得られた。
実施例 ２−６ 高周波プラズマ酸化処理に、90容量％のArと、
10容量％のCO2とからなる混合ガスの高周波プラ
ズマを用いるに代え、90容量％のArと、５容量
％のCO2と５容量％のNO2とからなる混合ガスと
の混合ガスの高周波プラズマを用いることを除い
て、実施例１−１の場合と同様にして、目的とす
るトンネル型ジヨセフソン接合素子を製造した。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネル障壁膜を、第４図
の実施例２−６（CO＋NO）で示す第１の超伝導
体層としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形
成するときの高周波プラズマ酸化処理の時間
（分）に応じた膜厚（ｎｍ）に形成することがで
きた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を、トンネル障壁膜の膜厚が
飽和傾向を示す10分以上の時間にすることによつ
て、トンネル障壁膜を、高周波プラズマ酸化処理
の時間に僅かしか依存性のない膜厚に形成するこ
とができた。
また、本実施例によつて、第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分にし
て、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子
を10個製造して、その電流密度のばらつきを測定
したところ、そのばらつきが実施例２−２の場合
と同様に、±５％であるに過ぎなかつた。
さらに、本実施例によつて、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分に
して、目的とするトンネル障壁膜を形成したと
き、トンネル型ジヨセフソン接合素子の電圧（ｍ
Ｖ）対電流（ｍＡ）特性が、実施例２−１の場合
と同様に得られ、また、サブキヤツプ抵抗RSと
トンネル抵抗RNとの比RS／RNで評価されるトン
ネル型ジヨセフソン接合素子のリーク電流が、実
施例１−１の場合と同様の値で得られた。
本願第２番目の発明の実施例２−１〜２−６と対
比される本発明によらないトンネル型ジヨセフソ
ン接合素子の製法の実施例 実施例 ２−７ 高周波プラズマ酸化処理に、90容量％のArと、
10容量％のCO2とからなる混合ガスの高周波プラ
ズマを用いるに代え、90容量％のArと、O2との
混合ガスの高周波プラズマを用いることを除い
て、実施例１−１の場合と同様にして、目的とす
るトンネル型ジヨセフソン接合素子を製造した。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネル障壁膜を、第４図
の実施例２−７（O2）で示す第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間（分）に応
じた膜厚（ｎｍ）に形成することができた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を10分以上にしても、トンネ
ル障壁膜が、高周波プラズマ酸化処理の時間に大
きく依存性のある膜厚にしか形成することができ
なかつた。
また、本発明においても、第１の超伝導体層と
しての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成する
ときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10以上に
して、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素
子を10個製造しても、その電流密度のばらつきを
測定したところ、そのばらつきが±20％以下で得
られなかつた。
本願第２番目の発明の実施例３ 実施例 ３−１ 基板上に、Nbでなる超伝導体層を第１の超伝
導体層としてそれ自体は公知の方法によつて形成
し、次に、その超伝導体層上に、プラズマ反応室
内で、ガス圧力10ｍTorr、高周波電力20Wとい
う高周波プラズマ酸化処理によつて、トンネル障
壁膜を形成し、次に、トンネル障壁膜上に、71重
量％のPbと、29重量％のＢとでなるPb・Ｂ合金
でなる超伝導体層を第２の超伝導体層としてそれ
自体は公知の方法によつて形成し、目的とするト
ンネル型ジヨセフソン接合素子を製造した。
この場合、高周波プラズマ酸化処理に、95容量
％のArと、５容量％のCO2との混合ガスの高周
波プラズマを用いた。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネル障壁膜を、実施例
２−１の場合に比し、第１の超伝導体層としての
超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成するときの
高周波プラズマ酸化処理の時間に依存性の小さい
膜厚に形成することができた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を、トンネル障壁膜の膜厚が
飽和傾向を示す10分以上の時間にすることによつ
て、トンネル障壁膜を、高周波プラズマ酸化処理
の時間に殆んど依存性のない膜厚に形成すること
ができた。
さらに、本実施例によつて、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分に
して、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素
子を10個製造して、その電流密度のばらつきを測
定したところ、そのばらつきが±５％であるに過
ぎなかつた。
実施例 ３−２ 高周波プラズマ酸化処理に、95容量％のArと、
５容量％のCO2との混合ガスの高周波プラズマを
用いるに代え、95容量％のArと、５容量％の
NO2との混合ガスの高周波プラズマを用いるこ
とを除いて、実施例３−１の場合と同じ条件で、
目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素子を製
造した。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネル障壁膜を、実施例
２−３の場合に比し、第１の超伝導体層としての
超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成するときの
高周波プラズマ酸化処理の時間に依存性の小さい
膜厚に形成することができた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を、トンネル障壁膜の膜厚が
飽和傾向を示す10分以上の時間にすることによつ
て、トンネル障壁膜を、実施例３−１の場合と同
様に、高周波プラズマ酸化処理の時間に殆んど依
存性のない膜厚に形成することができた。
さらに、本実施例によつて、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分に
して、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素
子を10個製造して、その電流密度のばらつきを測
定したところ、そのばらつきが、実施例３−１の
場合と同様に±５％であるに過ぎなかつた。
実施例 ３−３ 高周波プラズマ酸化処理に、95容量％のArと、
５容量％のCO2との混合ガスの高周波プラズマを
用いるに代え、95容量％のArと、2.5容量％の
CO2と2.5容量％のNO2との混合との混合ガスの
高周波プラズマを用いることを除いて、実施例３
−１の場合と同じ条件で、目的とするトンネル型
ジヨセフソン接合素子を製造した。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上に形成されたトンネル障壁膜を、実施例
２−５の場合に比し、第１の超伝導体層としての
超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成するときの
高周波プラズマ酸化処理の時間に依存性の小さい
膜厚に形成することができた。
従つて、第１の超伝導体層としての超伝導体層
上にトンネル障壁膜を形成するときの高周波プラ
ズマ酸化処理の時間を、トンネル障壁膜の膜厚が
飽和傾向を示す10分以上の時間にすることによつ
て、トンネル障壁膜を、実施例３−１の場合と同
様に、高周波プラズマ酸化処理の時間の殆んど依
存性のない膜厚に形成することができた。
さらに、本実施例によつて、第１の超伝導体層
としての超伝導体層上にトンネル障壁膜を形成す
るときの高周波プラズマ酸化処理の時間を10分に
して、目的とするトンネル型ジヨセフソン接合素
子を10個製造して、その電流密度のばらつきを測
定したところ、そばらつきが、実施例３−１の場
合と同様に、±５％であるに過ぎなかつた。
本願第２番目の発明の実施例３−１〜３−３と対
比される本発明によらないトンネル型ジヨセフソ
ン接合素子の製法の実施例 実施例 ３−４ 高周波プラズマ酸化処理に、95容量％のArと、
５容量％のCO2との混合ガスの高周波プラズマを
用いるに代え、95容量％のArと、５容量％のO2
との混合ガスの高周波プラズマを用いることを除
いて、実施例３−１の場合と同じ条件で、目的と
するトンネル型ジヨセフソン接合素子を製造し
た。
しかるときは、第１の超伝導体層としての超伝
導体層上にトンネル障壁膜を形成するときの高周
波プラズマ酸化処理の時間を10分以上にしても、
トンネル障壁膜が、高周波プラズマ酸化処理の時
間に大きく依存性のある膜厚にしか形成すること
ができなかつた。
上述した本発明の実施例から明らかなように、
本発明によるトンネル型ジヨセフソン接合素子の
製法によれば、所期の特性を有するトンネル型ジ
ヨセフソン接合素子を容易に製造することができ
る、という大なる特徴を有する。
なお、このような本発明の特徴は、高周波プラ
ズマ酸化処理によつて超伝導体層上にトンネル障
壁膜を形成するときに、前述した酸化現象におけ
る酸化の速度が、高周波プラズマ酸化処理に酸素
でなるガス、または希元素ガスと酸素との混合ガ
スを用いる従来のトンネル型ジヨセフソン接合素
子の製法の場合に比し、格段的に遅いことから、
高周波プラズマ酸化処理時間に対してトンネル障
壁膜厚が飽和傾向を有し、このため、トンネル障
壁膜を、所期の膜厚に、容易に形成することがで
きるからである。なお、酸化の速度が遅くなるの
は、高周波プラズマが、Ｏの高周波プラズマと、
ＣまたはＮの高周波プラズマを有する外、COま
たはNOの高周波プラズマを有するものとして得
られることによるものと推定される。このこと
は、Pb・In・Au合金でなる超伝導体層上に20ｍ
Torrの圧力のO2の雰囲気中で熱酸化処理によつ
てトンネル障壁膜を形成した場合と、同じ超伝導
体層上に同じ圧力CO2の雰囲気中で熱酸化処理時
間に対してトンネル障壁膜の膜厚の関係が、第５
図に示すように得られることからも首肯されよ
う。
なお、上述においては、本願第１及び第２番目
の発明によるトンネル型ジヨセフソン接合素子の
製法のそれぞれについて、僅かな実施例を示した
に留まり、第１の超伝導体層としての超伝導体層
が上述した実施例におけるPb・In・Au合金、Nb
以外の超伝導金属乃至合金でなる場合でも、ま
た、本願第２番目の発明において、高周波プラズ
マ酸化処理によつてトンネル障壁膜を形成すると
きに用いる希元素ガスがアルゴン（Ar）以外の
クリプトン、キセノンである場合でも、上述した
本発明の特徴が得られることは明らかであろう。
その他、本発明の精神を脱することなしに、
種々の変型、変更をなし得るであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は、原理的なトンネル型ジヨセフソン接
合素子を示す略線的断面図である。第２図は、本
願第１番目の発明によるトンネル型ジヨセフソン
接合素子の製法の説明供する、高周波プラズマ酸
化処理によつてトンネル障壁膜を形成するときの
その高周波プラズマ酸化処理の時間（分）に対す
るトンネル障壁膜の膜厚（ｎｍ）の関係を示す図
である。第３図は、本願第１番目の発明によるト
ンネル型ジヨセフソン接合素子の製法の説明に供
する、トンネル型ジヨセフソン接合素子の電圧
（ｍＶ）対電流（ｍＡ）特性を示す図である。第
４図は、本願第２番目の発明によるトンネル型ジ
ヨセフソン接合素子の製法の説明に供する、高周
波プラズマ酸化処理によつてトンネル障壁膜を形
成するときのその高周波プラズマ酸化処理の時間
（分）に対するトンネル障壁膜の膜厚（ｎｍ）の
関係を示す図である。第５図は、本発明によるト
ンネル型ジヨセフソン接合素子の製法の説明に供
する、超伝導体層の表面を熱酸化処理してトンネ
ル障壁膜を形成した場合のその熱酸化処理の時間
（分）に対するトンネル障壁膜の膜厚（ｎｍ）の
関係を示す図である。 １……基板、２……第１の超伝導体層、３……
トンネル障壁膜、４……第２の超伝導体層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 超伝導体層の表面に、その材料の酸化物でな
    るトンネル障壁膜を、高周波プラズマ酸化処理に
    よつて形成する工程を含むトンネル型ジヨセフソ
    ン接合素子の製法において、 上記高周波プラズマ酸化処理に、CO2、CO、
    NO2及びNO中から選ばれた１つのガスまたは複
    数からなるガスの高周波プラズマを用いることを
    特徴とするトンネル型ジヨセフソン接合素子の製
    法。 ２ 超伝導体層の表面に、その材料の酸化物でな
    るトンネル障壁膜を、高周波プラズマ酸化処理に
    よつて形成する工程を含むトンネル型ジヨセフソ
    ン接合素子の製法において、 上記高周波プラズマ酸化処理に、アルゴン、ク
    リプトンなどの希元素ガスと、CO2、CO、NO2
    及びNO中から選ばれた１つのガスまたは複数か
    らなるガスとの混合ガスの高周波プラズマを用い
    ることを特徴とするトンネル型ジヨセフソン接合
    素子の製法。
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