JPH05267735A - 超電導接合、超電導素子およびそれらの作製方法 - Google Patents
超電導接合、超電導素子およびそれらの作製方法Info
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- JPH05267735A JPH05267735A JP4069511A JP6951192A JPH05267735A JP H05267735 A JPH05267735 A JP H05267735A JP 4069511 A JP4069511 A JP 4069511A JP 6951192 A JP6951192 A JP 6951192A JP H05267735 A JPH05267735 A JP H05267735A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 一部にａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜２を形
成した上記のMgＯ（１００）基板３上に、ｃ軸配向の薄
膜が成長する条件でＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１
を成長させる。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１の直
接MgＯ（１００）基板３上に成長した部分11はｃ軸配向
になり、ａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜２上に成長した
部分12はａ軸配向になり、結晶粒界４が障壁の超電導接
合になる。 【効果】 微細加工せずに弱結合型の超電導接合が容易
に作製できる。
成した上記のMgＯ（１００）基板３上に、ｃ軸配向の薄
膜が成長する条件でＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１
を成長させる。Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１の直
接MgＯ（１００）基板３上に成長した部分11はｃ軸配向
になり、ａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜２上に成長した
部分12はａ軸配向になり、結晶粒界４が障壁の超電導接
合になる。 【効果】 微細加工せずに弱結合型の超電導接合が容易
に作製できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導接合、超電導接
合を有する素子およびそれらの作製方法に関する。より
詳細には、酸化物超電導体を用いており、作製が容易で
ある新規な超電導接合、その作製方法およびその応用に
関する。
合を有する素子およびそれらの作製方法に関する。より
詳細には、酸化物超電導体を用いており、作製が容易で
ある新規な超電導接合、その作製方法およびその応用に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ジョセフソン接合に代表される超電導接
合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非超電導体をはさんだトンネル型
の接合である。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超電導接合も、
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、このような超電導接合は非常に微細な構成であり、
上記の超電導体および非超電導体は、いわゆる薄膜で構
成されている。
合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非超電導体をはさんだトンネル型
の接合である。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超電導接合も、
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、このような超電導接合は非常に微細な構成であり、
上記の超電導体および非超電導体は、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
してトンネル型超電導接合を実現する場合には、基板上
に第１の酸化物超電導薄膜、非超電導体薄膜および第２
の酸化物超電導薄膜を順に積層する。
してトンネル型超電導接合を実現する場合には、基板上
に第１の酸化物超電導薄膜、非超電導体薄膜および第２
の酸化物超電導薄膜を順に積層する。
【０００４】非超電導体には、用途により例えばMgＯ等
の絶縁体、Si等の半導体、Au等の金属が使用され、それ
ぞれ異なる特性の超電導接合を構成する。
の絶縁体、Si等の半導体、Au等の金属が使用され、それ
ぞれ異なる特性の超電導接合を構成する。
【０００５】トンネル型超電導接合における非超電導体
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超電導接合におい
ては、非超電導体の厚さは数nm程度にしなければならな
い。
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超電導接合におい
ては、非超電導体の厚さは数nm程度にしなければならな
い。
【０００６】また、点接触型超電導接合、マイクロブリ
ッジ型超電導接合は、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。一
方、超電導接合の動作特性を考慮すると、超電導接合を
構成する各層の結晶性がよく、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。
ッジ型超電導接合は、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。一
方、超電導接合の動作特性を考慮すると、超電導接合を
構成する各層の結晶性がよく、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】一方、ＳＱＵＩＤは、上記の超電導接合の
内、ジョセフソン接合を利用した高感度磁気センサであ
る。図４(a) および(b) にＳＱＵＩＤの原理図を示す。
図４(a) は、dcＳＱＵＩＤで、超電導リング30に２個の
ジョセフソン接合31および32を組み合わせてある。dcＳ
ＱＵＩＤは、超電導リング30に流れる直流電流Ｉdcを一
定にし、超電導リング30にかかる直流電圧Ｖdcを測定す
ることで、磁束Φを測定する。
内、ジョセフソン接合を利用した高感度磁気センサであ
る。図４(a) および(b) にＳＱＵＩＤの原理図を示す。
図４(a) は、dcＳＱＵＩＤで、超電導リング30に２個の
ジョセフソン接合31および32を組み合わせてある。dcＳ
ＱＵＩＤは、超電導リング30に流れる直流電流Ｉdcを一
定にし、超電導リング30にかかる直流電圧Ｖdcを測定す
ることで、磁束Φを測定する。
【０００８】図４(b) はrfＳＱＵＩＤで、超電導リング
30に１個のジョセフソン接合31を組み合わせてある。rf
ＳＱＵＩＤは、コイル33およびコンデンサ34を備える回
路と共に使用し、この回路に流れる交流電流Ｉrfを一定
にし、この回路にかかる交流電圧Ｖrfを測定すること
で、磁束Φを測定する。dcＳＱＵＩＤのように、複数の
ジョセフソン接合を有する素子では、各ジョセフソン接
合の特性が揃っていることが必要となる。
30に１個のジョセフソン接合31を組み合わせてある。rf
ＳＱＵＩＤは、コイル33およびコンデンサ34を備える回
路と共に使用し、この回路に流れる交流電流Ｉrfを一定
にし、この回路にかかる交流電圧Ｖrfを測定すること
で、磁束Φを測定する。dcＳＱＵＩＤのように、複数の
ジョセフソン接合を有する素子では、各ジョセフソン接
合の特性が揃っていることが必要となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のトンネル型超電
導接合では、それぞれ結晶性のよい第１の酸化物超電導
薄膜、非超電導体の薄膜および第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、且つ結晶性のよい非超電導体の薄膜を積層するこ
とは困難であり、この非超電導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非超電導体との界
面の状態が良好でなく所望の特性が得られなかった。
導接合では、それぞれ結晶性のよい第１の酸化物超電導
薄膜、非超電導体の薄膜および第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、且つ結晶性のよい非超電導体の薄膜を積層するこ
とは困難であり、この非超電導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非超電導体との界
面の状態が良好でなく所望の特性が得られなかった。
【００１０】一方、点接触型超電導接合、マイクロブリ
ッジ型超電導接合を実現するような、微細な加工も非常
に困難であり、安定した性能の超電導接合を再現性よく
作製することができなかった。さらに、dcＳＱＵＩＤの
ように複数のジョセフソン接合を有する素子の各ジョセ
フソン接合の特性を揃えることはほとんど不可能であっ
た。
ッジ型超電導接合を実現するような、微細な加工も非常
に困難であり、安定した性能の超電導接合を再現性よく
作製することができなかった。さらに、dcＳＱＵＩＤの
ように複数のジョセフソン接合を有する素子の各ジョセ
フソン接合の特性を揃えることはほとんど不可能であっ
た。
【００１１】そこで、本発明の目的は、上記従来技術の
問題点を解決した、酸化物超電導体を用いて再現性よく
所定の特性のものが作製できる、新規な構成の超電導接
合、その作製方法およびそれを使用した素子を提供する
ことにある。
問題点を解決した、酸化物超電導体を用いて再現性よく
所定の特性のものが作製できる、新規な構成の超電導接
合、その作製方法およびそれを使用した素子を提供する
ことにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、第１お
よび第２の超電導体を弱く結合させて構成される弱結合
型超電導接合において、前記第１および第２の超電導体
が、一体の酸化物超電導薄膜で形成され、前記酸化物超
電導薄膜の前記第１の超電導体の部分がａ軸配向の酸化
物超電導体結晶で構成され、前記酸化物超電導薄膜の前
記第２の超電導体の部分がｃ軸配向の酸化物超電導体結
晶で構成され、両者の結晶粒界が障壁となっていること
を特徴とする超電導接合が提供される。
よび第２の超電導体を弱く結合させて構成される弱結合
型超電導接合において、前記第１および第２の超電導体
が、一体の酸化物超電導薄膜で形成され、前記酸化物超
電導薄膜の前記第１の超電導体の部分がａ軸配向の酸化
物超電導体結晶で構成され、前記酸化物超電導薄膜の前
記第２の超電導体の部分がｃ軸配向の酸化物超電導体結
晶で構成され、両者の結晶粒界が障壁となっていること
を特徴とする超電導接合が提供される。
【００１３】また、本発明においては、ａ軸配向の酸化
物超電導体と類似の結晶構造を有する材料の薄膜が成膜
面の一部に形成されている基板上に、複数の箇所で前記
成膜面から前記薄膜にかかるよう形成され、前記成膜面
上の部分がｃ軸配向の酸化物超電導体結晶で、前記薄膜
上の部分がａ軸配向の酸化物超電導体結晶でそれぞれ構
成され、前記成膜面上の部分のｃ軸配向の酸化物超電導
体結晶と前記薄膜上の部分のａ軸配向の酸化物超電導体
結晶との結晶粒界が障壁となっている酸化物超電導薄膜
で構成されていることを特徴とする超電導素子が提供さ
れる。
物超電導体と類似の結晶構造を有する材料の薄膜が成膜
面の一部に形成されている基板上に、複数の箇所で前記
成膜面から前記薄膜にかかるよう形成され、前記成膜面
上の部分がｃ軸配向の酸化物超電導体結晶で、前記薄膜
上の部分がａ軸配向の酸化物超電導体結晶でそれぞれ構
成され、前記成膜面上の部分のｃ軸配向の酸化物超電導
体結晶と前記薄膜上の部分のａ軸配向の酸化物超電導体
結晶との結晶粒界が障壁となっている酸化物超電導薄膜
で構成されていることを特徴とする超電導素子が提供さ
れる。
【００１４】本発明においては、上記の超電導接合を作
製する方法として、基板の成膜面上の一部にａ軸配向の
酸化物超電導体と類似の結晶構造を有する材料の薄膜を
成膜した後、前記成膜面全体の上に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
ことを特徴とする超電導接合の作製方法が提供される。
製する方法として、基板の成膜面上の一部にａ軸配向の
酸化物超電導体と類似の結晶構造を有する材料の薄膜を
成膜した後、前記成膜面全体の上に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
ことを特徴とする超電導接合の作製方法が提供される。
【００１５】さらに、本発明においては、上記の超電導
素子を作製する方法として、基板の成膜面上の一部にａ
軸配向の酸化物超電導体と類似の結晶構造を有する材料
の薄膜を成膜した後、複数の箇所で露出している成膜面
から前記薄膜にかかる形状の酸化物超電導薄膜を、ｃ軸
配向の酸化物超電導薄膜が成長する条件で成膜すること
を特徴とする超電導素子の作製方法が提供される。
素子を作製する方法として、基板の成膜面上の一部にａ
軸配向の酸化物超電導体と類似の結晶構造を有する材料
の薄膜を成膜した後、複数の箇所で露出している成膜面
から前記薄膜にかかる形状の酸化物超電導薄膜を、ｃ軸
配向の酸化物超電導薄膜が成長する条件で成膜すること
を特徴とする超電導素子の作製方法が提供される。
【００１６】
【作用】本発明の超電導接合は、第１および第２の超電
導体が一体の酸化物超電導薄膜で構成されており、この
酸化物超電導薄膜の第１の超電導体の部分がａ軸配向の
酸化物超電導体結晶で構成され、第２の超電導体の部分
がｃ軸配向の酸化物超電導体結晶で構成されている。そ
して、ａ軸配向の酸化物超電導体結晶とｃ軸配向の酸化
物超電導体結晶との結晶粒界が超電導接合の接合面にな
っている。本発明の超電導接合では、単結晶の酸化物超
電導体結晶間の結晶粒界が障壁になっているので、障壁
が非常にシャープであり、超電導接合としての特性が優
れている。
導体が一体の酸化物超電導薄膜で構成されており、この
酸化物超電導薄膜の第１の超電導体の部分がａ軸配向の
酸化物超電導体結晶で構成され、第２の超電導体の部分
がｃ軸配向の酸化物超電導体結晶で構成されている。そ
して、ａ軸配向の酸化物超電導体結晶とｃ軸配向の酸化
物超電導体結晶との結晶粒界が超電導接合の接合面にな
っている。本発明の超電導接合では、単結晶の酸化物超
電導体結晶間の結晶粒界が障壁になっているので、障壁
が非常にシャープであり、超電導接合としての特性が優
れている。
【００１７】一方、本発明の超電導素子は、上記本発明
の超電導接合を複数備える。上記本発明の超電導接合
は、結晶粒界が障壁になっているので、点接触型超電導
接合、マイクロブリッジ型超電導接合と比較して寸法誤
差の許容範囲が大きく、複数の超電導接合の特性を揃え
ることが容易である。
の超電導接合を複数備える。上記本発明の超電導接合
は、結晶粒界が障壁になっているので、点接触型超電導
接合、マイクロブリッジ型超電導接合と比較して寸法誤
差の許容範囲が大きく、複数の超電導接合の特性を揃え
ることが容易である。
【００１８】本発明の超電導接合を作製するには、以下
の方法による。MgＯ（１００）等の基板上の一部にａ軸
配向の酸化物超電導体に類似の結晶構造を有する材料の
薄膜を成膜する。この薄膜は、この上にａ軸配向の酸化
物超電導体の薄膜を成長させるための言わば種薄膜であ
る。ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜が成長する条件で成膜
を行っても、この種薄膜上にはａ軸配向の酸化物超電導
薄膜がエピタキシャル成長する。この種薄膜は、格子定
数がａ軸配向の酸化物超電導薄膜に近く、結晶性がよい
ことが条件であり、必ずしも酸化物超電導体の薄膜であ
る必要はない。また、この種薄膜の厚さは通常２〜10nm
が好ましい。厚さが２nm未満では、種薄膜がクラスタ状
態であり、結晶性が完全ではない。また、薄膜の厚さが
10nmを超えると、上層の酸化物超電導体薄膜が平滑にな
らない。
の方法による。MgＯ（１００）等の基板上の一部にａ軸
配向の酸化物超電導体に類似の結晶構造を有する材料の
薄膜を成膜する。この薄膜は、この上にａ軸配向の酸化
物超電導体の薄膜を成長させるための言わば種薄膜であ
る。ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜が成長する条件で成膜
を行っても、この種薄膜上にはａ軸配向の酸化物超電導
薄膜がエピタキシャル成長する。この種薄膜は、格子定
数がａ軸配向の酸化物超電導薄膜に近く、結晶性がよい
ことが条件であり、必ずしも酸化物超電導体の薄膜であ
る必要はない。また、この種薄膜の厚さは通常２〜10nm
が好ましい。厚さが２nm未満では、種薄膜がクラスタ状
態であり、結晶性が完全ではない。また、薄膜の厚さが
10nmを超えると、上層の酸化物超電導体薄膜が平滑にな
らない。
【００１９】上記の一部にａ軸配向の酸化物超電導体に
類似の結晶構造を有する材料の薄膜が形成されたこのMg
Ｏ（１００）基板全体の上に、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。こ
の酸化物超電導薄膜を構成する酸化物超電導体として
は、例えば、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 、Tl2B
a2Ca2Cu3Ｏx 等が好ましい。上記の一部にａ軸配向の酸
化物超電導体に類似の結晶構造を有する材料の薄膜が形
成されているMgＯ（１００）基板上に、成膜される酸化
物超電導体の薄膜は、それぞれ下層の材料の影響を受け
てエピタキシャル成長する。即ち、ａ軸配向の酸化物超
電導体に類似の結晶構造を有する材料の薄膜上に成長す
る酸化物超電導体の薄膜は、ａ軸配向の酸化物超電導薄
膜になる。また、MgＯ（１００）基板上に直接成長する
酸化物超電導薄膜は、ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜にな
る。
類似の結晶構造を有する材料の薄膜が形成されたこのMg
Ｏ（１００）基板全体の上に、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。こ
の酸化物超電導薄膜を構成する酸化物超電導体として
は、例えば、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 、Tl2B
a2Ca2Cu3Ｏx 等が好ましい。上記の一部にａ軸配向の酸
化物超電導体に類似の結晶構造を有する材料の薄膜が形
成されているMgＯ（１００）基板上に、成膜される酸化
物超電導体の薄膜は、それぞれ下層の材料の影響を受け
てエピタキシャル成長する。即ち、ａ軸配向の酸化物超
電導体に類似の結晶構造を有する材料の薄膜上に成長す
る酸化物超電導体の薄膜は、ａ軸配向の酸化物超電導薄
膜になる。また、MgＯ（１００）基板上に直接成長する
酸化物超電導薄膜は、ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜にな
る。
【００２０】従って、上記本発明の方法によれば、ａ軸
配向およびｃ軸配向それぞれ異なる配向性を有する単結
晶の酸化物超電導体結晶が同時に成長し、１枚の酸化物
超電導薄膜を形成し、本発明の超電導接合となる。上記
本発明の方法では、成膜方法としてスパッタリング法、
ＭＢＥ法、真空蒸着法、レーザアブレーション法等任意
の方法を使用することができる。また、基板もMgＯ（１
００）基板だけでなく、SrTiＯ3 （１１０）基板、ＹＳ
Ｚ基板等が使用可能である。
配向およびｃ軸配向それぞれ異なる配向性を有する単結
晶の酸化物超電導体結晶が同時に成長し、１枚の酸化物
超電導薄膜を形成し、本発明の超電導接合となる。上記
本発明の方法では、成膜方法としてスパッタリング法、
ＭＢＥ法、真空蒸着法、レーザアブレーション法等任意
の方法を使用することができる。また、基板もMgＯ（１
００）基板だけでなく、SrTiＯ3 （１１０）基板、ＹＳ
Ｚ基板等が使用可能である。
【００２１】このように作製された本発明の超電導接合
は、第１および第２の超電導体が同時に形成され、結晶
方向以外は全て等しい酸化物超電導体で構成されてい
る。また、微細加工が不必要であり、自然に成長した結
晶方向の異なる単結晶の結晶粒界が障壁となっているの
で、特性が単に優れているだけでなく、再現性よく作製
できる。
は、第１および第２の超電導体が同時に形成され、結晶
方向以外は全て等しい酸化物超電導体で構成されてい
る。また、微細加工が不必要であり、自然に成長した結
晶方向の異なる単結晶の結晶粒界が障壁となっているの
で、特性が単に優れているだけでなく、再現性よく作製
できる。
【００２２】一方、本発明の超電導素子を作製する場合
には、上記の種薄膜が形成された基板上に、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
成膜する際に、例えばSi板のマスクを使用して、上記の
酸化物に複数の箇所でかかるパターンの酸化物超電導薄
膜を成膜する。本発明の方法によれば、複数の超電導接
合の全ての障壁が、同じ条件で同時に形成されるので全
ての障壁の特性が自動的に揃う。
には、上記の種薄膜が形成された基板上に、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
成膜する際に、例えばSi板のマスクを使用して、上記の
酸化物に複数の箇所でかかるパターンの酸化物超電導薄
膜を成膜する。本発明の方法によれば、複数の超電導接
合の全ての障壁が、同じ条件で同時に形成されるので全
ての障壁の特性が自動的に揃う。
【００２３】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。
【００２４】
【実施例】本発明の方法で作製した本発明の超電導接合
を利用してジョセフソン素子を作製した。図１を参照し
て、その工程を説明する。まず、図１(a)に示すようMg
Ｏ（１００）基板３上の左半分にａ軸配向のＹ1Ba2Cu3
Ｏ7-X薄膜２を形成した。このａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ
7-X薄膜２は、結晶性さえ十分であるならば超電導性を
示さなくてもよい。ａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜を、
スパッタリング法で作製する場合には、基板温度560〜5
80℃で成膜を行い、レーザアブレーション法で作製する
場合には基板温度580〜620℃で成膜を行うことが好まし
い。スパッタリング法で成膜を行う場合の成膜条件を以
下に示す。 基板温度 570℃ スパッタリングガス Ar ８SCCM Ｏ2 ４SCCM 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 5nm
を利用してジョセフソン素子を作製した。図１を参照し
て、その工程を説明する。まず、図１(a)に示すようMg
Ｏ（１００）基板３上の左半分にａ軸配向のＹ1Ba2Cu3
Ｏ7-X薄膜２を形成した。このａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ
7-X薄膜２は、結晶性さえ十分であるならば超電導性を
示さなくてもよい。ａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜を、
スパッタリング法で作製する場合には、基板温度560〜5
80℃で成膜を行い、レーザアブレーション法で作製する
場合には基板温度580〜620℃で成膜を行うことが好まし
い。スパッタリング法で成膜を行う場合の成膜条件を以
下に示す。 基板温度 570℃ スパッタリングガス Ar ８SCCM Ｏ2 ４SCCM 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 5nm
【００２５】次に、左半分にａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X
薄膜２を形成した上記のMgＯ（１００）基板３上にｃ軸
配向の薄膜が成長する条件でＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電
導薄膜１をやはりスパッタリング法で作製した。成膜条
件を以下に示す。 基板温度 620℃ スパッタリングガス Ar ８SCCM Ｏ2 ４SCCM 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 300nm ｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜を、スパッ
タリング法で作製する場合には、基板温度590〜650℃で
成膜を行い、レーザアブレーション法で作製する場合に
は基板温度630〜700℃で成膜を行うことが好ましい。こ
のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１は、図１(b)およ
び(b′)に示すよう、直接MgＯ（１００）基板３上に成
長した部分11はｃ軸配向の薄膜であり、ａ軸配向のＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X薄膜２上に成長した部分12はａ軸配向の薄膜
であった。また、結晶粒界４が障壁になっている。
薄膜２を形成した上記のMgＯ（１００）基板３上にｃ軸
配向の薄膜が成長する条件でＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電
導薄膜１をやはりスパッタリング法で作製した。成膜条
件を以下に示す。 基板温度 620℃ スパッタリングガス Ar ８SCCM Ｏ2 ４SCCM 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 300nm ｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜を、スパッ
タリング法で作製する場合には、基板温度590〜650℃で
成膜を行い、レーザアブレーション法で作製する場合に
は基板温度630〜700℃で成膜を行うことが好ましい。こ
のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１は、図１(b)およ
び(b′)に示すよう、直接MgＯ（１００）基板３上に成
長した部分11はｃ軸配向の薄膜であり、ａ軸配向のＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X薄膜２上に成長した部分12はａ軸配向の薄膜
であった。また、結晶粒界４が障壁になっている。
【００２６】反応性イオンエッチングを使用して、上記
のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１を図１(c)に示す
形状に加工した。図１(c)のくびれた部分は長さ10μ
ｍ、幅５μｍであり、ちょうど中央部に結晶粒界４がく
るよう加工されている。
のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１を図１(c)に示す
形状に加工した。図１(c)のくびれた部分は長さ10μ
ｍ、幅５μｍであり、ちょうど中央部に結晶粒界４がく
るよう加工されている。
【００２７】上記のように本発明の方法により作製した
本発明の超電導接合を使用したジョセフソン素子の特性
を測定した。85Ｋに冷却し、周波数15ＧHz、出力0.2 ｍ
Ｗのマイクロ波を印加したところ、31μＶの倍数の電圧
点でシャピロステップが観測され、ジョセフソン結合が
実現していることが確認された。
本発明の超電導接合を使用したジョセフソン素子の特性
を測定した。85Ｋに冷却し、周波数15ＧHz、出力0.2 ｍ
Ｗのマイクロ波を印加したところ、31μＶの倍数の電圧
点でシャピロステップが観測され、ジョセフソン結合が
実現していることが確認された。
【００２８】図２に、本発明の超電導素子の一例の概略
平面図を示す。図２の超電導素子は、dcＳＱＵＩＤであ
り、左半分にａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜２が形成さ
れているMgＯ（１００）基板３上に、複数の箇所４およ
び14でａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜２にかかるような
形状に成膜されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１に
より構成されている。
平面図を示す。図２の超電導素子は、dcＳＱＵＩＤであ
り、左半分にａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜２が形成さ
れているMgＯ（１００）基板３上に、複数の箇所４およ
び14でａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜２にかかるような
形状に成膜されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１に
より構成されている。
【００２９】Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１の成膜
面13上の部分10は、ｃ軸配向の薄膜で構成され、また、
Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１のａ軸配向のＹ1Ba2
Cu3Ｏ7-X薄膜２上の部分20は、ａ軸配向の薄膜で構成さ
れている。
面13上の部分10は、ｃ軸配向の薄膜で構成され、また、
Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１のａ軸配向のＹ1Ba2
Cu3Ｏ7-X薄膜２上の部分20は、ａ軸配向の薄膜で構成さ
れている。
【００３０】即ち、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１
の基板面13上の部分10と、ａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄
膜２上の部分20とは、結晶方向が異なっている。また、
結晶粒界４および14がそれぞれ超電導接合の障壁となっ
ている。
の基板面13上の部分10と、ａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄
膜２上の部分20とは、結晶方向が異なっている。また、
結晶粒界４および14がそれぞれ超電導接合の障壁となっ
ている。
【００３１】上記本発明の超電導素子は、本発明の方法
により、以下のように作製した。まず、MgＯ（１００）
基板３の左半分上にａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜２を
形成した。このａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜２は、結
晶性さえ十分であるならば超電導性を示さなくてもよ
い。成膜方法としてはレーザアブレーション法を使用し
た。成膜条件を以下に示す。 基板温度 600℃ Ｏ2 雰囲気 圧力 0.1Torr エキシマレーザ ２Ｊ／cm2・５Hz 膜厚 5nm
により、以下のように作製した。まず、MgＯ（１００）
基板３の左半分上にａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜２を
形成した。このａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜２は、結
晶性さえ十分であるならば超電導性を示さなくてもよ
い。成膜方法としてはレーザアブレーション法を使用し
た。成膜条件を以下に示す。 基板温度 600℃ Ｏ2 雰囲気 圧力 0.1Torr エキシマレーザ ２Ｊ／cm2・５Hz 膜厚 5nm
【００３２】次に、左半分にａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X
薄膜２を形成した上記のMgＯ（１００）基板３上にSi板
のマスクを配置して、図１に示した形状になるようＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１をやはりレーザアブレー
ション法で作製した。成膜条件を以下に示す。 基板温度 650℃ Ｏ2 雰囲気 圧力 0.1Torr エキシマレーザ ２Ｊ／cm2・５Hz 膜厚 300nm このＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１は、上述のよう
にMgＯ（１００）基板３の成膜面13上に成長した部分10
がｃ軸配向であり、ａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜２が
ａ軸配向であった。
薄膜２を形成した上記のMgＯ（１００）基板３上にSi板
のマスクを配置して、図１に示した形状になるようＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１をやはりレーザアブレー
ション法で作製した。成膜条件を以下に示す。 基板温度 650℃ Ｏ2 雰囲気 圧力 0.1Torr エキシマレーザ ２Ｊ／cm2・５Hz 膜厚 300nm このＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１は、上述のよう
にMgＯ（１００）基板３の成膜面13上に成長した部分10
がｃ軸配向であり、ａ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X薄膜２が
ａ軸配向であった。
【００３３】上記のように作製した本発明の超電導素子
のＳＱＵＩＤとして動作を確認した。微弱な外部磁場を
印加したところ図３に示すような出力電圧の変動が見ら
れた。これは、85Ｋまで明瞭であった。以上のように、
本実施例の超電導素子は、特性の優れたＳＱＵＩＤであ
ることが確認された。
のＳＱＵＩＤとして動作を確認した。微弱な外部磁場を
印加したところ図３に示すような出力電圧の変動が見ら
れた。これは、85Ｋまで明瞭であった。以上のように、
本実施例の超電導素子は、特性の優れたＳＱＵＩＤであ
ることが確認された。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従うと、
新規な構成の超電導接合を酸化物超電導体により実現で
きる。本発明の超電導接合は、同時に成長し、１枚の酸
化物超電導薄膜を形成する、ａ軸配向およびｃ軸配向の
単結晶の酸化物超電導体結晶がそれぞれ第１および第２
の超電導体となって構成されている。また、本発明の方
法では、本発明の超電導接合を微細加工を行うことなく
容易に作製することが可能である。
新規な構成の超電導接合を酸化物超電導体により実現で
きる。本発明の超電導接合は、同時に成長し、１枚の酸
化物超電導薄膜を形成する、ａ軸配向およびｃ軸配向の
単結晶の酸化物超電導体結晶がそれぞれ第１および第２
の超電導体となって構成されている。また、本発明の方
法では、本発明の超電導接合を微細加工を行うことなく
容易に作製することが可能である。
【００３５】さらに、本発明の方法で作製される本発明
の超電導素子は、特性の揃ったトンネル型超電導接合を
複数具備する。従って、特にdcＳＱＵＩＤに応用すると
有利であり、また、ジョセフソン素子の集積化に応用す
ることも可能である。本発明により、超電導技術の電子
デバイスへの応用がさらに促進される。
の超電導素子は、特性の揃ったトンネル型超電導接合を
複数具備する。従って、特にdcＳＱＵＩＤに応用すると
有利であり、また、ジョセフソン素子の集積化に応用す
ることも可能である。本発明により、超電導技術の電子
デバイスへの応用がさらに促進される。
【図１】本発明の方法により作製された超電導接合を利
用したジョセフソン素子の作製工程を説明する図であ
る。
用したジョセフソン素子の作製工程を説明する図であ
る。
【図２】本発明の超電導素子の概略平面図である。
【図３】本実施例のＳＱＵＩＤに外部磁場を印加したと
きの出力電圧の変動を示すグラフである。
きの出力電圧の変動を示すグラフである。
【図４】ＳＱＵＩＤの原理図である。
１ 酸化物超電導薄膜 ３ 基板 ４、14 結晶粒界
Claims (4)
- 【請求項１】 第１および第２の超電導体を弱く結合さ
せて構成される弱結合型超電導接合において、前記第１
および第２の超電導体が、一体の酸化物超電導薄膜で形
成され、前記酸化物超電導薄膜の前記第１の超電導体の
部分がａ軸配向の酸化物超電導体結晶で構成され、前記
酸化物超電導薄膜の前記第２の超電導体の部分がｃ軸配
向の酸化物超電導体結晶で構成され、両者の結晶粒界が
障壁となっていることを特徴とする超電導接合。 - 【請求項２】 ａ軸配向の酸化物超電導体と類似の結晶
構造を有する材料の薄膜が成膜面の一部に形成されてい
る基板上に、複数の箇所で前記成膜面から前記薄膜にか
かるよう形成され、前記成膜面上の部分がｃ軸配向の酸
化物超電導体結晶で、前記薄膜上の部分がａ軸配向の酸
化物超電導体結晶でそれぞれ構成され、前記成膜面上の
部分のｃ軸配向の酸化物超電導体結晶と前記薄膜上の部
分のａ軸配向の酸化物超電導体結晶との結晶粒界が障壁
となっている酸化物超電導薄膜で構成されていることを
特徴とする超電導素子。 - 【請求項３】 基板の成膜面上の一部にａ軸配向の酸化
物超電導体と類似の結晶構造を有する材料の薄膜を成膜
した後、前記成膜面全体の上に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こと
を特徴とする超電導接合の作製方法。 - 【請求項４】 基板の成膜面上の一部にａ軸配向の酸化
物超電導体と類似の結晶構造を有する材料の薄膜を成膜
した後、複数の箇所で露出している成膜面から前記薄膜
にかかる形状の酸化物超電導薄膜を、ｃ軸配向の酸化物
超電導薄膜が成長する条件で成膜することを特徴とする
超電導素子の作製方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4069511A JPH05267735A (ja) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | 超電導接合、超電導素子およびそれらの作製方法 |
| EP93400442A EP0557207B1 (en) | 1992-02-19 | 1993-02-19 | Josephson junction device of oxide superconductor and process for preparing the same |
| DE69328512T DE69328512T2 (de) | 1992-02-19 | 1993-02-19 | Josephson-Übergangseinrichtung aus oxidischem Supraleiter und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4069511A JPH05267735A (ja) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | 超電導接合、超電導素子およびそれらの作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05267735A true JPH05267735A (ja) | 1993-10-15 |
Family
ID=13404840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4069511A Withdrawn JPH05267735A (ja) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | 超電導接合、超電導素子およびそれらの作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05267735A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0653561A (ja) * | 1992-07-28 | 1994-02-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導薄膜粒界接合素子及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-02-19 JP JP4069511A patent/JPH05267735A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0653561A (ja) * | 1992-07-28 | 1994-02-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導薄膜粒界接合素子及びその製造方法 |
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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: 19990518 |