JPH0548166A - 弱結合形ジヨセフソン接合素子の製造方法 - Google Patents
弱結合形ジヨセフソン接合素子の製造方法Info
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- JPH0548166A JPH0548166A JP3223311A JP22331191A JPH0548166A JP H0548166 A JPH0548166 A JP H0548166A JP 3223311 A JP3223311 A JP 3223311A JP 22331191 A JP22331191 A JP 22331191A JP H0548166 A JPH0548166 A JP H0548166A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 この発明の目的は、弱結合形ジョセフソン素
子において、素子インピーダンスを向上させた素子を再
現性よく製造する方法を提供することにある。 【構成】 この発明は、基板上1に酸化物超電導体を構
成する一部元素または、その酸化物からなる非超電導層
2を選択的に設ける。この非超電導層2に酸化物超電導
体3を積層形成した後、熱処理を施すことにより、非超
電導層2と超電導体2間を相互拡散させて超電導体3に
弱結合部分を形成する。
子において、素子インピーダンスを向上させた素子を再
現性よく製造する方法を提供することにある。 【構成】 この発明は、基板上1に酸化物超電導体を構
成する一部元素または、その酸化物からなる非超電導層
2を選択的に設ける。この非超電導層2に酸化物超電導
体3を積層形成した後、熱処理を施すことにより、非超
電導層2と超電導体2間を相互拡散させて超電導体3に
弱結合部分を形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、超電導体に部分的に
形成される弱結合を利用したジョセフソン素子の製造方
法に関する。
形成される弱結合を利用したジョセフソン素子の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】超電導体特有の現象であるジョセフソン
効果や準粒子トンネル効果を利用した超電導電磁波セン
サや超電導電磁波ミキサは早くから研究がなされてい
る。特にジョセフソン素子の研究においては、超電導体
/絶縁体/超電導体の積層構造を持つ、いわゆるSIS
接合素子が中心になり、超電導ミキサの研究もSIS準
粒子ミキサに関するものが中心となっている(特公昭6
0ー3797号公報、特開昭61ー73591号公
報)。
効果や準粒子トンネル効果を利用した超電導電磁波セン
サや超電導電磁波ミキサは早くから研究がなされてい
る。特にジョセフソン素子の研究においては、超電導体
/絶縁体/超電導体の積層構造を持つ、いわゆるSIS
接合素子が中心になり、超電導ミキサの研究もSIS準
粒子ミキサに関するものが中心となっている(特公昭6
0ー3797号公報、特開昭61ー73591号公
報)。
【0003】昨今の電気通信技術の発達に伴い通信衛星
等を利用した情報通信分野においては、より高い周波数
帯域の需要が大きく、それに伴いミリ波、サブミリ波帯
における受信機、すなわち超電導体/絶縁体/超電導体
の積層構造のものに比べ、キャパシタンスが極めて低い
ため、高周波応答に優れるジョセフソンミキサの重要性
が見直されてきている。
等を利用した情報通信分野においては、より高い周波数
帯域の需要が大きく、それに伴いミリ波、サブミリ波帯
における受信機、すなわち超電導体/絶縁体/超電導体
の積層構造のものに比べ、キャパシタンスが極めて低い
ため、高周波応答に優れるジョセフソンミキサの重要性
が見直されてきている。
【0004】従来、Nb等の金属系超電導体において作
成されたジセフソンミキサは実験室レベルにおいては、
点接触型の素子でその特性が得られている。しかし、点
接触型素子の欠点である接触部における表面酸化、ヒー
トサイクルにおける特性の劣化、再現性が得られない等
の問題からその実用化が難しい。また、高温酸化物超電
導体を用いるものとしても、GdーBaーCuーO系
(臨界温度Tc≒90K)を用いて点接触素子を作製す
るものが提案されている(H.K.Olssonet.
al;J.Appl.Phys.62(12).198
7)。しかし、この提案のものは、接触部の表面劣化に
より臨界温度Tcは51Kと低くなり、またミキシング
中間周波出力も30Kで10dBの低下(4.2Kを基
準)となり、更に点接触構造自身に由来する欠点を持
つ。
成されたジセフソンミキサは実験室レベルにおいては、
点接触型の素子でその特性が得られている。しかし、点
接触型素子の欠点である接触部における表面酸化、ヒー
トサイクルにおける特性の劣化、再現性が得られない等
の問題からその実用化が難しい。また、高温酸化物超電
導体を用いるものとしても、GdーBaーCuーO系
(臨界温度Tc≒90K)を用いて点接触素子を作製す
るものが提案されている(H.K.Olssonet.
al;J.Appl.Phys.62(12).198
7)。しかし、この提案のものは、接触部の表面劣化に
より臨界温度Tcは51Kと低くなり、またミキシング
中間周波出力も30Kで10dBの低下(4.2Kを基
準)となり、更に点接触構造自身に由来する欠点を持
つ。
【0005】一方、これらの問題点が比較的少ないマイ
クロブリッジ型に代表される弱結合形ジョセフソン素子
に関しては、Nb系においてその素子抵抗が0.1Ω以
下と低いため、素子を複数個直列接続したチップなどを
作製するものが提案されている(Z.Wang et.
at;Elec.Conf.,ISEC’89dige
st.P.175,1989)。しかし、この提案のも
のは、検出マイクロ波の波長と検出素子面積(チップ面
積)、接続素子個々の特性の均一性及び動作安定性等の
点で作成が容易ではなく、再現性も低い。又、高温酸化
物超電導体を用いるものにおいてもマイクロブリッジを
薄膜型で作成するものが提案されている(T.Mats
ui et.al;2nd Workshop onH
igh−Tc FED,P.235,1989)。しか
し、この提案のものではジョセフソン効果によるシャピ
ロ(定電圧)ステップが確認されているが、ジョセフソ
ンミキシングが確認されておらず、又作成の再現性も報
告されていない。
クロブリッジ型に代表される弱結合形ジョセフソン素子
に関しては、Nb系においてその素子抵抗が0.1Ω以
下と低いため、素子を複数個直列接続したチップなどを
作製するものが提案されている(Z.Wang et.
at;Elec.Conf.,ISEC’89dige
st.P.175,1989)。しかし、この提案のも
のは、検出マイクロ波の波長と検出素子面積(チップ面
積)、接続素子個々の特性の均一性及び動作安定性等の
点で作成が容易ではなく、再現性も低い。又、高温酸化
物超電導体を用いるものにおいてもマイクロブリッジを
薄膜型で作成するものが提案されている(T.Mats
ui et.al;2nd Workshop onH
igh−Tc FED,P.235,1989)。しか
し、この提案のものではジョセフソン効果によるシャピ
ロ(定電圧)ステップが確認されているが、ジョセフソ
ンミキシングが確認されておらず、又作成の再現性も報
告されていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、点接触
型素子が有する問題点が比較的少ない弱結合型素子にお
いても、高温酸化物超電導体によりマイクロブリッジを
形成するものにおいては、高温酸化物超電導体を構成す
る粒子の大きさが不均一で各粒界ジョセフソン接合がコ
ヒーレントに動作しなかったり、ブリッジが大きすぎた
りすると、ジョセフソン電流以外の電流が流れ、また並
列の粒界接合因子等の影響のため、電磁波検出やミキシ
ングの際に、ジョセフソン効果が再現性良く現れず、ジ
ョセフソン効果による高周波応答及び高感度という本来
の能力が発揮されない。また、素子インピーダンスが
0.1Ω以下であり、電磁波とのインピーダンス整合が
悪く、十分に電磁波が吸収されず実用的ではない。
型素子が有する問題点が比較的少ない弱結合型素子にお
いても、高温酸化物超電導体によりマイクロブリッジを
形成するものにおいては、高温酸化物超電導体を構成す
る粒子の大きさが不均一で各粒界ジョセフソン接合がコ
ヒーレントに動作しなかったり、ブリッジが大きすぎた
りすると、ジョセフソン電流以外の電流が流れ、また並
列の粒界接合因子等の影響のため、電磁波検出やミキシ
ングの際に、ジョセフソン効果が再現性良く現れず、ジ
ョセフソン効果による高周波応答及び高感度という本来
の能力が発揮されない。また、素子インピーダンスが
0.1Ω以下であり、電磁波とのインピーダンス整合が
悪く、十分に電磁波が吸収されず実用的ではない。
【0007】この発明は上述した従来の問題点に鑑み、
弱結合形ジョセフソン素子において、素子インピーダン
スを向上させた素子を再現性よく製造する方法を提供す
ることを課題とする。
弱結合形ジョセフソン素子において、素子インピーダン
スを向上させた素子を再現性よく製造する方法を提供す
ることを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明の弱結合形ジョ
セフソン接合素子の製造方法は、基板上に酸化物超電導
体を構成する一部元素または、その酸化物からなる非超
電導層を選択的に設け、この非超電導層に酸化物超電導
体を積層形成した後、熱処理を施すことにより、非超電
層と超電導体間を相互拡散させて超電導体に弱結合部分
を形成することを特徴とする。
セフソン接合素子の製造方法は、基板上に酸化物超電導
体を構成する一部元素または、その酸化物からなる非超
電導層を選択的に設け、この非超電導層に酸化物超電導
体を積層形成した後、熱処理を施すことにより、非超電
層と超電導体間を相互拡散させて超電導体に弱結合部分
を形成することを特徴とする。
【0009】また、この発明の弱結合形ジョセフソン接
合素子の製造方法は、基板上に酸化物超電導体層を形成
すると共に、弱結合を形成する箇所の前記酸化物超電導
体層に、酸化物超電導体を構成する一部元素または、そ
の酸化物からなる非超電導層を設けた後、これらに熱処
理を施すことにより、非超電導層と超電導層間を相互拡
散させて超電導体に弱結合部分を形成することを特徴と
する。
合素子の製造方法は、基板上に酸化物超電導体層を形成
すると共に、弱結合を形成する箇所の前記酸化物超電導
体層に、酸化物超電導体を構成する一部元素または、そ
の酸化物からなる非超電導層を設けた後、これらに熱処
理を施すことにより、非超電導層と超電導層間を相互拡
散させて超電導体に弱結合部分を形成することを特徴と
する。
【0010】
【作用】この発明によれば、非超電導層の物質の種類、
形状及び相互拡散のための熱処理条件を制御することに
より、素子インピーダンス(Rn)を向上させることが
できる。
形状及び相互拡散のための熱処理条件を制御することに
より、素子インピーダンス(Rn)を向上させることが
できる。
【0011】
【実施例】この発明の実施例を図面に従い説明する。
尚、この実施例では超電導体として、Y1Ba2Cu3Ox
系の酸化物超電導体を使用した。
尚、この実施例では超電導体として、Y1Ba2Cu3Ox
系の酸化物超電導体を使用した。
【0012】図1及び図2は、この発明による弱結合形
ジョセフソン接合素子の製造方法の第1の実施例におけ
る各工程を示す断面図。図3は、この発明による弱結合
形ジョセフソン接合素子を用いた電磁波検出素子の斜視
図である。
ジョセフソン接合素子の製造方法の第1の実施例におけ
る各工程を示す断面図。図3は、この発明による弱結合
形ジョセフソン接合素子を用いた電磁波検出素子の斜視
図である。
【0013】図1に示すように、MgO等の絶縁性単結
晶基板1に、酸化物超電導体を構成する一部の元素又は
その酸化物、例えば、CuO、BaCuO、Y0.5Ba2
Cu3Ox等からなる非超電導層2を選択的に形成する。
晶基板1に、酸化物超電導体を構成する一部の元素又は
その酸化物、例えば、CuO、BaCuO、Y0.5Ba2
Cu3Ox等からなる非超電導層2を選択的に形成する。
【0014】この非超電導層2は電磁波検出素子として
のブリッジ部分に相当する箇所にイオンビームスパッタ
リングにより設けられる。
のブリッジ部分に相当する箇所にイオンビームスパッタ
リングにより設けられる。
【0015】そして、この非超電物層3を含んで基板1
上イオンビームスパッタリングによって、Y1Ba2Cu
3Oxの超電導薄膜3をマスクプロセスによってブリッジ
形状に成膜する。この図3に示すように、ブリッジ部3
0の下方に非超電物層が位置するように夫々形成され
る。
上イオンビームスパッタリングによって、Y1Ba2Cu
3Oxの超電導薄膜3をマスクプロセスによってブリッジ
形状に成膜する。この図3に示すように、ブリッジ部3
0の下方に非超電物層が位置するように夫々形成され
る。
【0016】尚、この実施例において、ブリッジ部30
の形状は幅10μm、長さ30μm、厚さ1μmであ
る。また、非超電物層2の形状は幅10μm、長さ10
nm、厚さ0.5μmである。
の形状は幅10μm、長さ30μm、厚さ1μmであ
る。また、非超電物層2の形状は幅10μm、長さ10
nm、厚さ0.5μmである。
【0017】そして、この非超電物層2はブリッジ部3
0の中央部に設けられる。尚、図3において、4は電極
を示す。
0の中央部に設けられる。尚、図3において、4は電極
を示す。
【0018】続いて、900℃程度の温度で酸素ガス
(O2)を1.5リットル/分流して2〜3時間熱処理
を施す。この熱処理により、図2に示すように、超電導
薄膜3と非超電導層2との間で相互拡散が行なわれ、ブ
リッジ部30に弱結合が形成される。
(O2)を1.5リットル/分流して2〜3時間熱処理
を施す。この熱処理により、図2に示すように、超電導
薄膜3と非超電導層2との間で相互拡散が行なわれ、ブ
リッジ部30に弱結合が形成される。
【0019】この発明においては、非超電導層2の物質
の種類、形状、熱処理条件を制御することにより、I
c、Rnなど種々の特性を有する弱結合形ジョセフソン
接合素子を提供することができる。
の種類、形状、熱処理条件を制御することにより、I
c、Rnなど種々の特性を有する弱結合形ジョセフソン
接合素子を提供することができる。
【0020】図4及び図5は、この発明による弱結合形
ジョセフソン接合素子の製造方法の第2の実施例におけ
る各工程を示す断面図である。この第2の実施例におい
ては、図4に示すように、MgOの絶縁性基板1上にイ
オンビームスパッタリングによって、Y1Ba2Cu3Ox
の超電導薄膜3をマスクプロセスにてブリッジ形状に成
膜する。
ジョセフソン接合素子の製造方法の第2の実施例におけ
る各工程を示す断面図である。この第2の実施例におい
ては、図4に示すように、MgOの絶縁性基板1上にイ
オンビームスパッタリングによって、Y1Ba2Cu3Ox
の超電導薄膜3をマスクプロセスにてブリッジ形状に成
膜する。
【0021】続いて、この超電導薄膜3のブリッジ部3
0にCuO、BaCuO、Y0.5Ba2Cu3Ox等の非超
電導層2を形成する。
0にCuO、BaCuO、Y0.5Ba2Cu3Ox等の非超
電導層2を形成する。
【0022】そして、第1の実施例に同様に熱処理を施
して、図5に示すように、非超電層2と超電導薄膜3と
の間で相互拡散を行いブリッジ部に弱結合を形成する。
して、図5に示すように、非超電層2と超電導薄膜3と
の間で相互拡散を行いブリッジ部に弱結合を形成する。
【0023】尚、この第2の実施例においては、熱処理
時に非超電導層の物質の蒸発等により、弱結合部のRn
が第1の実施例のものより低くなる。
時に非超電導層の物質の蒸発等により、弱結合部のRn
が第1の実施例のものより低くなる。
【0024】次に、前述したブリッジ部30の寸法形状
の超電導薄膜3を形成し、第1及び第2の実施例により
弱結合部を作成し、また比較のために非超電層2を設け
ずに、同じ形状の超電導薄膜3のみの比較例を作成し、
夫々のRnを測定した。
の超電導薄膜3を形成し、第1及び第2の実施例により
弱結合部を作成し、また比較のために非超電層2を設け
ずに、同じ形状の超電導薄膜3のみの比較例を作成し、
夫々のRnを測定した。
【0025】超電導薄膜3としてはY1Ba2Cu3Oxを
成膜し、熱処理は920℃で3時間酸素ガスフロー
(1.5リットル/分)中で行なった。
成膜し、熱処理は920℃で3時間酸素ガスフロー
(1.5リットル/分)中で行なった。
【0026】非超電導層としては、CuO、BaCu
O、Y0.5Ba2Cu3Oxの3種類を用いた。これら物質
はいずれも単体としては強いp形半導体又は絶縁体特性
を示す。
O、Y0.5Ba2Cu3Oxの3種類を用いた。これら物質
はいずれも単体としては強いp形半導体又は絶縁体特性
を示す。
【0027】表1は、上記各サンプルを50Kにおける
I−V特性により測定した結果である。
I−V特性により測定した結果である。
【0028】
【表1】
【0029】表1より、非超電層2を有さない比較例に
比し、この発明の実施例のものでは、1桁以上のRnの
向上が見られる。
比し、この発明の実施例のものでは、1桁以上のRnの
向上が見られる。
【0030】また、全てのサンプルにおいて、50Kで
10GHzの電磁波の照射に対し、ジョセフソン接合に
特徴的なシャピロ(定電圧)ステップが観測され、ジョ
セフソン接合素子として動作していることを確認した。
10GHzの電磁波の照射に対し、ジョセフソン接合に
特徴的なシャピロ(定電圧)ステップが観測され、ジョ
セフソン接合素子として動作していることを確認した。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
電磁波検出素子として用いた場合ブリッジ部分の超電導
特性を示す断面積の減少及び粒界への非超電導物質の拡
散により、大幅にRnを向上させることができる。
電磁波検出素子として用いた場合ブリッジ部分の超電導
特性を示す断面積の減少及び粒界への非超電導物質の拡
散により、大幅にRnを向上させることができる。
【図1】この発明の第1の実施例を示す断面図である。
【図2】この発明の第1の実施例を示す断面図である。
【図3】この発明による弱結合形ジョセフソン接合素子
を用いた電磁波検出素子の斜視図である。
を用いた電磁波検出素子の斜視図である。
【図4】この発明の第2の実施例を示す断面図である。
【図5】この発明の第2の実施例を示す断面図である。
1 基板 2 非超電導層 3 超電導薄膜
Claims (2)
- 【請求項1】 基板上に酸化物超電導体を構成する一部
元素または、その酸化物からなる非超電導層を選択的に
設け、この非超電導層に酸化物超電導体を積層形成した
後、熱処理を施すことにより、非超電層と超電導体間を
相互拡散させて超電導体に弱結合部分を形成することを
特徴とする弱結合形ジョセフソン接合素子の製造方法。 - 【請求項2】 基板上に酸化物超電導体層を形成すると
共に、弱結合を形成する箇所の前記酸化物超電導体層上
に、酸化物超電導体を構成する一部元素または、その酸
化物からなる非超電導層を設けた後、これらに熱処理を
施すことにより、非超電導層と超電導層間を相互拡散さ
せて超電導体に弱結合部分を形成することを特徴とする
弱結合形ジョセフソン接合素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3223311A JPH0548166A (ja) | 1991-08-08 | 1991-08-08 | 弱結合形ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3223311A JPH0548166A (ja) | 1991-08-08 | 1991-08-08 | 弱結合形ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0548166A true JPH0548166A (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=16796164
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3223311A Pending JPH0548166A (ja) | 1991-08-08 | 1991-08-08 | 弱結合形ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0548166A (ja) |
-
1991
- 1991-08-08 JP JP3223311A patent/JPH0548166A/ja active Pending
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