JPH05243631A - 人工粒界型ジョセフソン接合素子の作製方法 - Google Patents
人工粒界型ジョセフソン接合素子の作製方法Info
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- JPH05243631A JPH05243631A JP4341196A JP34119692A JPH05243631A JP H05243631 A JPH05243631 A JP H05243631A JP 4341196 A JP4341196 A JP 4341196A JP 34119692 A JP34119692 A JP 34119692A JP H05243631 A JPH05243631 A JP H05243631A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 特性の再現性に優れた人工粒界型ジョセフソ
ン接合素子の作製方法を提供する。 【構成】 基板１上に、十分に厚い絶縁体層２を形成
し、所定の素子領域20の両端にマスク部21、22が残るよ
うに、絶縁体層２の一部を除去する。素子領域20の一部
がマスク部22の影となり、その部分に薄膜が成長しない
ように基板に対して30°の角度で、ｃ軸配向の酸化物超
電導薄膜が成長する条件で酸化物超電導薄膜31を成膜
し、素子領域20の一部がマスク部22の影となり、その部
分に薄膜が成長せず、且つｃ軸配向の酸化物超電導薄膜
31に接するように基板に対して−30°の角度でａ軸配向
の酸化物超電導薄膜32を成膜する。
ン接合素子の作製方法を提供する。 【構成】 基板１上に、十分に厚い絶縁体層２を形成
し、所定の素子領域20の両端にマスク部21、22が残るよ
うに、絶縁体層２の一部を除去する。素子領域20の一部
がマスク部22の影となり、その部分に薄膜が成長しない
ように基板に対して30°の角度で、ｃ軸配向の酸化物超
電導薄膜が成長する条件で酸化物超電導薄膜31を成膜
し、素子領域20の一部がマスク部22の影となり、その部
分に薄膜が成長せず、且つｃ軸配向の酸化物超電導薄膜
31に接するように基板に対して−30°の角度でａ軸配向
の酸化物超電導薄膜32を成膜する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、人工粒界型ジョセフソ
ン接合素子の作製方法に関する。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人工粒界型ジ
ョセフソン接合素子の新規な作製方法に関する。
ン接合素子の作製方法に関する。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人工粒界型ジ
ョセフソン接合素子の新規な作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ジョセフソン接合素子を実現する構成は
各種あって、最も好ましい構造は、一対の超電導体で薄
い絶縁体をはさんだトンネル型の接合素子である。しか
しながら、点接触型、マイクロブリッジ型等一対の超電
導体を弱く結合した弱結合型のジョセフソン接合素子
も、特性は異なるもののジョセフソン効果を発揮する。
一般に、このようなジョセフソン接合素子は非常に微細
な構成であり、上記の超電導体および絶縁体は、いわゆ
る薄膜で構成されている。
各種あって、最も好ましい構造は、一対の超電導体で薄
い絶縁体をはさんだトンネル型の接合素子である。しか
しながら、点接触型、マイクロブリッジ型等一対の超電
導体を弱く結合した弱結合型のジョセフソン接合素子
も、特性は異なるもののジョセフソン効果を発揮する。
一般に、このようなジョセフソン接合素子は非常に微細
な構成であり、上記の超電導体および絶縁体は、いわゆ
る薄膜で構成されている。
【０００３】例えば、超電導体に酸化物超電導体を使用
してトンネル型ジョセフソン接合素子を実現する場合に
は、基板上に第１の酸化物超電導薄膜、絶縁体薄膜およ
び第２の酸化物超電導薄膜を順に積層する。
してトンネル型ジョセフソン接合素子を実現する場合に
は、基板上に第１の酸化物超電導薄膜、絶縁体薄膜およ
び第２の酸化物超電導薄膜を順に積層する。
【０００４】トンネル型ジョセフソン接合素子における
絶縁体の厚さは、超電導体のコヒーレンス長によって決
まる。酸化物超電導体は、コヒーレンス長が非常に短い
ため、酸化物超電導体を使用したトンネル型ジョセフソ
ン接合素子においては、絶縁体の厚さは数nm程度にしな
ければならない。
絶縁体の厚さは、超電導体のコヒーレンス長によって決
まる。酸化物超電導体は、コヒーレンス長が非常に短い
ため、酸化物超電導体を使用したトンネル型ジョセフソ
ン接合素子においては、絶縁体の厚さは数nm程度にしな
ければならない。
【０００５】また、点接触型ジョセフソン接合素子、マ
イクロブリッジ型ジョセフソン接合素子は、いずれも一
対の超電導体の弱結合が実現するような非常に微細な加
工を必要とする。
イクロブリッジ型ジョセフソン接合素子は、いずれも一
対の超電導体の弱結合が実現するような非常に微細な加
工を必要とする。
【０００６】一方、ジョセフソン接合素子の動作特性を
考慮すると、ジョセフソン接合素子を構成する各層は、
結晶性がよく、単結晶または単結晶にごく近い配向性を
有する多結晶でなければならない。
考慮すると、ジョセフソン接合素子を構成する各層は、
結晶性がよく、単結晶または単結晶にごく近い配向性を
有する多結晶でなければならない。
【０００７】上記のトンネル型ジョセフソン接合素子で
は、それぞれ結晶性のよい第１の酸化物超電導薄膜、絶
縁体の薄膜および第２の酸化物超電導薄膜を積層しなけ
ればならない。酸化物超電導薄膜上にごく薄く、且つ結
晶性のよい絶縁体の薄膜を積層することは困難であり、
この絶縁体薄膜のさらに上に結晶性のよい酸化物超電導
薄膜を形成するのは酸化物超電導体の特性上非常に困難
である。また、上記の積層構造が実現しても、従来は酸
化物超電導体と絶縁体との界面の状態が良好でなく所望
の特性が得られなかった。
は、それぞれ結晶性のよい第１の酸化物超電導薄膜、絶
縁体の薄膜および第２の酸化物超電導薄膜を積層しなけ
ればならない。酸化物超電導薄膜上にごく薄く、且つ結
晶性のよい絶縁体の薄膜を積層することは困難であり、
この絶縁体薄膜のさらに上に結晶性のよい酸化物超電導
薄膜を形成するのは酸化物超電導体の特性上非常に困難
である。また、上記の積層構造が実現しても、従来は酸
化物超電導体と絶縁体との界面の状態が良好でなく所望
の特性が得られなかった。
【０００８】一方、点接触型ジョセフソン接合素子、マ
イクロブリッジ型ジョセフソン接合素子を実現するよう
な、微細な加工を酸化物超電導体に行うことが非常に困
難であり、酸化物超電導体を使用して安定した性能のジ
ョセフソン接合素子を再現性よく作製することができな
かった。
イクロブリッジ型ジョセフソン接合素子を実現するよう
な、微細な加工を酸化物超電導体に行うことが非常に困
難であり、酸化物超電導体を使用して安定した性能のジ
ョセフソン接合素子を再現性よく作製することができな
かった。
【０００９】上記の問題に対処して、酸化物超電導体の
微細加工をできるだけ避けるために、酸化物超電導体特
有の性質を利用したジョセフソン接合素子を作製する研
究が行われている。酸化物超電導体は、結晶方向により
超電導特性がかなり異なる。そのため、結晶方向の異な
る酸化物超電導体同士を接合すると、その接合界面の結
晶粒界が障壁となり、ジョセフソン接合が形成される。
このジョセフソン接合を利用したジョセフソン接合素子
は、人工粒界型ジョセフソン接合素子と呼ばれ、上記の
ような微細加工を行わずに作製できる。
微細加工をできるだけ避けるために、酸化物超電導体特
有の性質を利用したジョセフソン接合素子を作製する研
究が行われている。酸化物超電導体は、結晶方向により
超電導特性がかなり異なる。そのため、結晶方向の異な
る酸化物超電導体同士を接合すると、その接合界面の結
晶粒界が障壁となり、ジョセフソン接合が形成される。
このジョセフソン接合を利用したジョセフソン接合素子
は、人工粒界型ジョセフソン接合素子と呼ばれ、上記の
ような微細加工を行わずに作製できる。
【００１０】上記の人工粒界型ジョセフソン接合素子の
例として、結晶のｃ軸が基板に垂直である配向性を有す
るｃ軸配向の酸化物超電導薄膜と、ｃ軸が基板に平行で
ある配向性を有する酸化物超電導薄膜（以下、本明細書
では簡単のためａ軸配向の酸化物超電導薄膜と記す）と
を接合して構成したものがある。
例として、結晶のｃ軸が基板に垂直である配向性を有す
るｃ軸配向の酸化物超電導薄膜と、ｃ軸が基板に平行で
ある配向性を有する酸化物超電導薄膜（以下、本明細書
では簡単のためａ軸配向の酸化物超電導薄膜と記す）と
を接合して構成したものがある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構成を有する人工粒界を含むジョセフソン接合素
子を作製するためには、一旦形成された酸化物超電導薄
膜を物理的にパターニングする等の加工が必要である。
この加工工程において、酸化物超電導薄膜が大気に触れ
て劣化し、不要なジョセフソン接合が形成されたり、粒
界がシャープに形成されない場合があり、所期の特性を
有するジョセフソン接合素子を再現性よく作製する方法
はまだ確立されていない。
ような構成を有する人工粒界を含むジョセフソン接合素
子を作製するためには、一旦形成された酸化物超電導薄
膜を物理的にパターニングする等の加工が必要である。
この加工工程において、酸化物超電導薄膜が大気に触れ
て劣化し、不要なジョセフソン接合が形成されたり、粒
界がシャープに形成されない場合があり、所期の特性を
有するジョセフソン接合素子を再現性よく作製する方法
はまだ確立されていない。
【００１２】そこで、本発明の目的は、上記従来技術の
問題点を解決し、優れた特性を再現性良く実現すること
ができるような人工粒界型ジョセフソン接合素子の新規
な作製方法を提供することにある。
問題点を解決し、優れた特性を再現性良く実現すること
ができるような人工粒界型ジョセフソン接合素子の新規
な作製方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明に従うと、
基板と、該基板上に成膜された結晶のｃ軸が基板に対し
て直角に配向したｃ軸配向の酸化物超電導薄膜で構成さ
れた第１の超電導領域と、該基板上に前記第１の超電導
領域と接触するよう形成された結晶のｃ軸が基板に対し
て平行に配向した酸化物超電導薄膜で構成された第２の
超電導領域とを備え、前記第１および第２の超電導領域
の界面が弱結合となっている人工粒界型ジョセフソン接
合素子を作製する方法において、基板上に、十分に厚い
絶縁体層を形成する工程と、前記絶縁体層の一部を除去
して所定の素子領域を形成し、該素子領域の両端に該素
子領域に対して十分な高さを有するマスク部が残るよう
に、前記絶縁体層を加工する工程と、前記素子領域の一
部が一方のマスク部の影となり、その部分に薄膜が成長
しないように前記基板に対して斜め上方から、ｃ軸配向
の酸化物超電導薄膜が成長する条件で酸化物超電導薄膜
を成膜する工程と、前記素子領域一部が他方のマスク部
の影となり、その部分に薄膜が成長せず、且つ前記ｃ軸
配向の酸化物超電導薄膜に接するように前記基板に対し
て斜め上方から、ｃ軸が基板に対して平行に配向した酸
化物超電導薄膜が成長する条件で酸化物超電導薄膜を成
膜する工程とを含むことを特徴とする人工粒界型ジョセ
フソン接合素子の作製方法が提供される。
基板と、該基板上に成膜された結晶のｃ軸が基板に対し
て直角に配向したｃ軸配向の酸化物超電導薄膜で構成さ
れた第１の超電導領域と、該基板上に前記第１の超電導
領域と接触するよう形成された結晶のｃ軸が基板に対し
て平行に配向した酸化物超電導薄膜で構成された第２の
超電導領域とを備え、前記第１および第２の超電導領域
の界面が弱結合となっている人工粒界型ジョセフソン接
合素子を作製する方法において、基板上に、十分に厚い
絶縁体層を形成する工程と、前記絶縁体層の一部を除去
して所定の素子領域を形成し、該素子領域の両端に該素
子領域に対して十分な高さを有するマスク部が残るよう
に、前記絶縁体層を加工する工程と、前記素子領域の一
部が一方のマスク部の影となり、その部分に薄膜が成長
しないように前記基板に対して斜め上方から、ｃ軸配向
の酸化物超電導薄膜が成長する条件で酸化物超電導薄膜
を成膜する工程と、前記素子領域一部が他方のマスク部
の影となり、その部分に薄膜が成長せず、且つ前記ｃ軸
配向の酸化物超電導薄膜に接するように前記基板に対し
て斜め上方から、ｃ軸が基板に対して平行に配向した酸
化物超電導薄膜が成長する条件で酸化物超電導薄膜を成
膜する工程とを含むことを特徴とする人工粒界型ジョセ
フソン接合素子の作製方法が提供される。
【００１４】
【作用】本発明の人工粒界型ジョセフソン接合素子の作
製方法は、基板上に立体的なマスク層を形成した後斜め
方向から酸化物超電導薄膜を成膜することにより、酸化
物超電導薄膜の加工なしにジョセフソン接合の障壁とな
る結晶粒界を形成することができる点にその主要な特徴
がある。従来の方法においては、酸化物超電導薄膜を成
膜した後、何らかの方法で加工を行って結晶粒界を形成
していた。そのため、加工工程において、特に接合界面
近傍で酸化物超電導薄膜が劣化することがあった。
製方法は、基板上に立体的なマスク層を形成した後斜め
方向から酸化物超電導薄膜を成膜することにより、酸化
物超電導薄膜の加工なしにジョセフソン接合の障壁とな
る結晶粒界を形成することができる点にその主要な特徴
がある。従来の方法においては、酸化物超電導薄膜を成
膜した後、何らかの方法で加工を行って結晶粒界を形成
していた。そのため、加工工程において、特に接合界面
近傍で酸化物超電導薄膜が劣化することがあった。
【００１５】本発明の方法では、結晶粒界を形成するた
めに酸化物超電導薄膜を加工する必要がなく、立体的な
マスクを形成した後、基板に対して斜め上方から成膜操
作を行うだけでジョセフソン接合を形成する。また、一
連の工程を、成膜室の真空を破ることなく連続して行う
ことができる。従って、作製過程において薄膜の表面が
大気に触れることがなく、薄膜や基板の表面が劣化する
こともない。
めに酸化物超電導薄膜を加工する必要がなく、立体的な
マスクを形成した後、基板に対して斜め上方から成膜操
作を行うだけでジョセフソン接合を形成する。また、一
連の工程を、成膜室の真空を破ることなく連続して行う
ことができる。従って、作製過程において薄膜の表面が
大気に触れることがなく、薄膜や基板の表面が劣化する
こともない。
【００１６】酸化物超電導薄膜の結晶配向性は、成膜時
の基板温度により制御することができる。代表的なＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の場合、成膜時の基板温度
が 650℃未満の比較的低い温度のときにはａ軸配向膜が
形成され、基板温度が 650℃以上の比較的高い温度のと
きにはｃ軸配向膜が形成される。但し、成膜時の基板温
度が 750℃を越えると、酸化物超電導体結晶中の酸素が
少なくなり、超電導特性が大幅に劣化する。
の基板温度により制御することができる。代表的なＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜の場合、成膜時の基板温度
が 650℃未満の比較的低い温度のときにはａ軸配向膜が
形成され、基板温度が 650℃以上の比較的高い温度のと
きにはｃ軸配向膜が形成される。但し、成膜時の基板温
度が 750℃を越えると、酸化物超電導体結晶中の酸素が
少なくなり、超電導特性が大幅に劣化する。
【００１７】上述のように、ｃ軸配向膜を成膜する際の
基板温度は、ａ軸配向膜を成膜する場合の基板温度より
も高いので、本発明の方法においては、最初にｃ軸配向
膜を成膜し、続いてａ軸配向膜を成膜することが好まし
い。その理由は、先にａ軸配向膜を成膜し、後からｃ軸
配向膜を成膜すると、先に成膜したａ軸配向膜の配向性
が変化する恐れがあるからである。また、ａ軸配向膜の
上には、基板温度にかかわらずａ軸配向膜が成長し易い
からでもある。
基板温度は、ａ軸配向膜を成膜する場合の基板温度より
も高いので、本発明の方法においては、最初にｃ軸配向
膜を成膜し、続いてａ軸配向膜を成膜することが好まし
い。その理由は、先にａ軸配向膜を成膜し、後からｃ軸
配向膜を成膜すると、先に成膜したａ軸配向膜の配向性
が変化する恐れがあるからである。また、ａ軸配向膜の
上には、基板温度にかかわらずａ軸配向膜が成長し易い
からでもある。
【００１８】本発明の方法において、上記の絶縁体層
は、MgＯ、SrTiＯ3等酸化物超電導体との反応性が低い
ものなら任意の絶縁体で形成可能であるが、特にPr1Ba2
Cu3Ｏ7-yで形成することが好ましい。Pr1Ba2Cu3Ｏ
7-yは、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体のＹをPrで置換
したような非超電導性の酸化物であり、結晶構造が酸化
物超電導体にほぼ等しい。従って、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y酸化
物は、酸化物超電導体と接触しても、酸化物超電導体に
悪影響を与えることがないばかりか、酸化物超電導体層
とPr1Ba2Cu3Ｏ7-y酸化物層とを積層すると、酸化物超電
導体層のPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層と接触している部分の超電導
性が向上することもある。
は、MgＯ、SrTiＯ3等酸化物超電導体との反応性が低い
ものなら任意の絶縁体で形成可能であるが、特にPr1Ba2
Cu3Ｏ7-yで形成することが好ましい。Pr1Ba2Cu3Ｏ
7-yは、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体のＹをPrで置換
したような非超電導性の酸化物であり、結晶構造が酸化
物超電導体にほぼ等しい。従って、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y酸化
物は、酸化物超電導体と接触しても、酸化物超電導体に
悪影響を与えることがないばかりか、酸化物超電導体層
とPr1Ba2Cu3Ｏ7-y酸化物層とを積層すると、酸化物超電
導体層のPr1Ba2Cu3Ｏ7-y層と接触している部分の超電導
性が向上することもある。
【００１９】以上のような特徴を備えた本発明の方法
は、酸化物超電導薄膜を使用した人工粒界型ジョセフソ
ン接合素子の作製一般に適用することができるが、特に
好ましい超電導材料として、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X、Bi2Sr2Ca
2Cu3Ｏx 、Tl2Ba2Ca2Cu3Ｏx 等を例示することができ
る。
は、酸化物超電導薄膜を使用した人工粒界型ジョセフソ
ン接合素子の作製一般に適用することができるが、特に
好ましい超電導材料として、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X、Bi2Sr2Ca
2Cu3Ｏx 、Tl2Ba2Ca2Cu3Ｏx 等を例示することができ
る。
【００２０】また、基板材料としては、MgＯ（１００）
基板、SrTiＯ3 （１１０）基板、ＹＳＺ基板等を使用す
ることが好ましいが、これらに限定されるわけではな
く、例えば、成膜面に適切なバッファ層を有するSi基板
等も使用することができる。
基板、SrTiＯ3 （１１０）基板、ＹＳＺ基板等を使用す
ることが好ましいが、これらに限定されるわけではな
く、例えば、成膜面に適切なバッファ層を有するSi基板
等も使用することができる。
【００２１】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
【００２２】
【実施例】図１を参照して、本発明の方法で人工粒界型
ジョセフソン接合素子を作製する工程を説明する。最初
に、図１(a)に示すように、MgＯ（１００）基板１を用
意する。本実施例では、15mm×８mm、厚さ 0.5mmのMgＯ
（１００）基板を使用した。次に、図１(b)に示すよう
に、この基板１上に、マスク層２として、Pr1Ba2Cu3Ｏ
7-y薄膜をスパッタリング法により形成した。成膜条件
を以下に示す。 基板温度 750 ℃ スパッタリングガス Ar ９ SCCM Ｏ2 １ SCCM 圧力 ５×10-2 Torr 膜厚 700 nm
ジョセフソン接合素子を作製する工程を説明する。最初
に、図１(a)に示すように、MgＯ（１００）基板１を用
意する。本実施例では、15mm×８mm、厚さ 0.5mmのMgＯ
（１００）基板を使用した。次に、図１(b)に示すよう
に、この基板１上に、マスク層２として、Pr1Ba2Cu3Ｏ
7-y薄膜をスパッタリング法により形成した。成膜条件
を以下に示す。 基板温度 750 ℃ スパッタリングガス Ar ９ SCCM Ｏ2 １ SCCM 圧力 ５×10-2 Torr 膜厚 700 nm
【００２３】続いて、図１(c)に示すように、Arガスを
使用したイオンミリング法により、マスク層２の一部を
除去して基板の中央付近に、幅 1.5μｍ、深さ 0.5μｍ
の素子領域20を形成するとともに、素子領域20の両端に
それぞれマスク部21、22を形成した。尚、本実施例にお
いては、素子領域20の底面にPr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜が僅か
に残るように加工し、後工程において酸化物超電導薄膜
をPr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜上に成膜するようにした。上記の
マスク層２のパターニング法としては、ＲＩＥ法以外に
もArガスを使用したイオンミリング等を使用することが
できる。
使用したイオンミリング法により、マスク層２の一部を
除去して基板の中央付近に、幅 1.5μｍ、深さ 0.5μｍ
の素子領域20を形成するとともに、素子領域20の両端に
それぞれマスク部21、22を形成した。尚、本実施例にお
いては、素子領域20の底面にPr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜が僅か
に残るように加工し、後工程において酸化物超電導薄膜
をPr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜上に成膜するようにした。上記の
マスク層２のパターニング法としては、ＲＩＥ法以外に
もArガスを使用したイオンミリング等を使用することが
できる。
【００２４】上記の加工の後、１×10-9Torr程度の超高
真空中で基板を 350〜400 ℃程度に１時間保持し、素子
領域20のPr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜の表面を清浄化した。次
に、図１(d)に示すように、基板１の成膜面からの角度
θを30°として斜め上方から、ｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ
7-X酸化物超電導薄膜31を成膜した。成膜条件を以下に
示す。 基板温度 700 ℃ スパッタリングガス Ar ９ SCCM Ｏ2 １ SCCM 圧力 ５×10-2 Torr 膜厚 250 nm この工程では、ｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
薄膜31は、マスク部22の影にならないマスク部21の上面
および側面、マスク部22の上面および素子領域20の一部
に成長するる。
真空中で基板を 350〜400 ℃程度に１時間保持し、素子
領域20のPr1Ba2Cu3Ｏ7-y薄膜の表面を清浄化した。次
に、図１(d)に示すように、基板１の成膜面からの角度
θを30°として斜め上方から、ｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ
7-X酸化物超電導薄膜31を成膜した。成膜条件を以下に
示す。 基板温度 700 ℃ スパッタリングガス Ar ９ SCCM Ｏ2 １ SCCM 圧力 ５×10-2 Torr 膜厚 250 nm この工程では、ｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
薄膜31は、マスク部22の影にならないマスク部21の上面
および側面、マスク部22の上面および素子領域20の一部
に成長するる。
【００２５】続いて、図１(e)に示すように、基板１の
成膜面からの角度θを−30°として斜め上方から、ａ軸
配向したＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜32を成膜した。成膜条件を
以下に示す。 基板温度 640 ℃ スパッタリングガス Ar ９ SCCM Ｏ2 １ SCCM 圧力 ５×10-2 Torr 膜厚 250 nm この工程では、ａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
薄膜32は、マスク部21の影にならないマスク部22の上面
および側面、マスク部21の上面および素子領域20の一部
に成長する。素子領域20の中央付近の領域では、ａ軸配
向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜32とｃ軸配向のＹ
1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜31とが重なっており、結
晶粒界33が形成されていた。
成膜面からの角度θを−30°として斜め上方から、ａ軸
配向したＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜32を成膜した。成膜条件を
以下に示す。 基板温度 640 ℃ スパッタリングガス Ar ９ SCCM Ｏ2 １ SCCM 圧力 ５×10-2 Torr 膜厚 250 nm この工程では、ａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
薄膜32は、マスク部21の影にならないマスク部22の上面
および側面、マスク部21の上面および素子領域20の一部
に成長する。素子領域20の中央付近の領域では、ａ軸配
向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜32とｃ軸配向のＹ
1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜31とが重なっており、結
晶粒界33が形成されていた。
【００２６】上記本実施例においては、ｃ軸配向のＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜31の成膜を開始してからａ
軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜32の成膜が終
了するまで、基板１を成膜室から搬出することなく、成
膜室の真空を保ったまま連続して処理した。
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜31の成膜を開始してからａ
軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜32の成膜が終
了するまで、基板１を成膜室から搬出することなく、成
膜室の真空を保ったまま連続して処理した。
【００２７】以上のようにして作製した人工粒界型ジョ
セフソン接合素子を液体窒素により冷却下してマイクロ
波を印加したところ、交流ジョセフソン効果を確認する
ことができた。
セフソン接合素子を液体窒素により冷却下してマイクロ
波を印加したところ、交流ジョセフソン効果を確認する
ことができた。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従うと、
酸化物超電導体を用いた人工粒界型ジョセフソン接合素
子を容易に作製することができる。本発明の方法では、
真空を保ったままでｃ軸配向の酸化物超電導薄膜とａ軸
配向の酸化物超電導薄膜とを連続して成膜し、ジョセフ
ソン接合を形成することができる。従って、所期の仕様
が正確に実現されるので、各種センサや回路素子に使用
することができるジョセフソン接合素子を作製すること
ができる。
酸化物超電導体を用いた人工粒界型ジョセフソン接合素
子を容易に作製することができる。本発明の方法では、
真空を保ったままでｃ軸配向の酸化物超電導薄膜とａ軸
配向の酸化物超電導薄膜とを連続して成膜し、ジョセフ
ソン接合を形成することができる。従って、所期の仕様
が正確に実現されるので、各種センサや回路素子に使用
することができるジョセフソン接合素子を作製すること
ができる。
【図１】本発明の方法で人工粒界型ジョセフソン接合素
子を作製する工程を示す図である。
子を作製する工程を示す図である。
１ 基板 ２ 絶縁体層 31 酸化物超電導薄膜（ｃ軸配向） 32 酸化物超電導薄膜（ａ軸配向）
Claims (1)
- 【請求項１】 基板と、該基板上に成膜された結晶のｃ
軸が基板に対して直角に配向したｃ軸配向の酸化物超電
導薄膜で構成された第１の超電導領域と、該基板上に前
記第１の超電導領域と接触するよう形成された結晶のｃ
軸が基板に対して平行に配向した酸化物超電導薄膜で構
成された第２の超電導領域とを備え、前記第１および第
２の超電導領域の界面が弱結合となっている人工粒界型
ジョセフソン接合素子を作製する方法において、 基板上に、十分に厚い絶縁体層を形成する工程と、 前記絶縁体層の一部を除去して所定の素子領域を形成
し、該素子領域の両端に該素子領域に対して十分な高さ
を有するマスク部が残るように、前記絶縁体層を加工す
る工程と、 前記素子領域の一部が一方のマスク部の影となり、その
部分に薄膜が成長しないように前記基板に対して斜め上
方から、ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜が成長する条件で
酸化物超電導薄膜を成膜する工程と、 前記素子領域一部が他方のマスク部の影となり、その部
分に薄膜が成長せず、且つ前記ｃ軸配向の酸化物超電導
薄膜に接するように前記基板に対して斜め上方から、ｃ
軸が基板に対して平行に配向した酸化物超電導薄膜が成
長する条件で酸化物超電導薄膜を成膜する工程とを含む
ことを特徴とする人工粒界型ジョセフソン接合素子の作
製方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA002084556A CA2084556C (en) | 1991-12-06 | 1992-12-04 | Method for manufacturing an artificial grain boundary type josephson junction device |
| DE69218735T DE69218735T2 (de) | 1991-12-06 | 1992-12-07 | Verfahren zum Herstellen eines künstlichen Josephson-Korngrenzen-Übergangselementes |
| US07/986,493 US5354734A (en) | 1991-12-06 | 1992-12-07 | Method for manufacturing an artificial grain boundary type Josephson junction device |
| EP92403293A EP0546904B1 (en) | 1991-12-06 | 1992-12-07 | Method for manufacturing an artificial grain boundary type Josephson junction device |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-348968 | 1991-12-06 | ||
| JP34896891 | 1991-12-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05243631A true JPH05243631A (ja) | 1993-09-21 |
Family
ID=18400608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4341196A Withdrawn JPH05243631A (ja) | 1991-12-06 | 1992-11-27 | 人工粒界型ジョセフソン接合素子の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05243631A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019180267A1 (en) * | 2018-03-23 | 2019-09-26 | University Of Copenhagen | Method and substrate for patterned growth on nanoscale structures |
-
1992
- 1992-11-27 JP JP4341196A patent/JPH05243631A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019180267A1 (en) * | 2018-03-23 | 2019-09-26 | University Of Copenhagen | Method and substrate for patterned growth on nanoscale structures |
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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: 20000201 |