JPH06132573A - 酸化物超伝導薄膜およびトンネル接合型ジョセフソン素子 - Google Patents
酸化物超伝導薄膜およびトンネル接合型ジョセフソン素子Info
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- JPH06132573A JPH06132573A JP4306158A JP30615892A JPH06132573A JP H06132573 A JPH06132573 A JP H06132573A JP 4306158 A JP4306158 A JP 4306158A JP 30615892 A JP30615892 A JP 30615892A JP H06132573 A JPH06132573 A JP H06132573A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 化学的に安定であり、かつ液体窒素温度以上
で超伝導転移する薄膜を得ることができ、さらにこの積
層膜のＢｉ系薄膜を障壁側に対向して配置することによ
り、界面劣化層の非常に薄い接合界面が得られ、高品質
のトンネル接合を得ること。 【構成】 第１の超伝導薄膜がＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y
（ただし、ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，
Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｍの中のいずれか
で、ｙ＝０〜０．２）、第２の超伝導薄膜がＢｉ（Ｐ
ｂ）ＳｒＣａＣｕＯzまたはＹ2 Ｂａ4 Ｃｕ8 Ｏ16であ
る、２つの超伝導薄膜が積層されて酸化物超伝導薄膜お
よびトンネル接合型ジョセフソン素子。図において６は
基板、７は第１の超伝導薄膜、８は第２の超伝導薄膜を
示す。
で超伝導転移する薄膜を得ることができ、さらにこの積
層膜のＢｉ系薄膜を障壁側に対向して配置することによ
り、界面劣化層の非常に薄い接合界面が得られ、高品質
のトンネル接合を得ること。 【構成】 第１の超伝導薄膜がＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y
（ただし、ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，
Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｍの中のいずれか
で、ｙ＝０〜０．２）、第２の超伝導薄膜がＢｉ（Ｐ
ｂ）ＳｒＣａＣｕＯzまたはＹ2 Ｂａ4 Ｃｕ8 Ｏ16であ
る、２つの超伝導薄膜が積層されて酸化物超伝導薄膜お
よびトンネル接合型ジョセフソン素子。図において６は
基板、７は第１の超伝導薄膜、８は第２の超伝導薄膜を
示す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超伝導薄膜およ
びトンネル接合型ジョセフソン素子に関するものであ
る。
びトンネル接合型ジョセフソン素子に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】９０Ｋを越える臨界温度Ｔｃ（以下、単
にＴｃと言う）を有する酸化物超伝導体が発見されたこ
とにより、冷却寒剤として高価で取り扱いの難しかった
液体ヘリウムにかわって、安価で取り扱いの容易な液体
窒素または小型冷凍機による冷却で動作可能なジョセフ
ソン素子の作製が可能になった。酸化物超伝導体を用い
たジョセフソン接合としては、粒界接合、ポイントコン
タクト接合、ステップエッジ接合、バイエピタキシャル
傾角粒界接合などがあるが、実用上重要であるトンネル
接合型では、ジョセフソン電流の観測ができていない。
にＴｃと言う）を有する酸化物超伝導体が発見されたこ
とにより、冷却寒剤として高価で取り扱いの難しかった
液体ヘリウムにかわって、安価で取り扱いの容易な液体
窒素または小型冷凍機による冷却で動作可能なジョセフ
ソン素子の作製が可能になった。酸化物超伝導体を用い
たジョセフソン接合としては、粒界接合、ポイントコン
タクト接合、ステップエッジ接合、バイエピタキシャル
傾角粒界接合などがあるが、実用上重要であるトンネル
接合型では、ジョセフソン電流の観測ができていない。
【０００３】ジョセフソン電流を観測できない理由は以
下の点にある。酸化物超伝導体のコヒーレンス長が従来
の金属系超伝導体と比較して非常に短いため、異種物質
との界面においては、結晶性の乱れや界面劣化層の存在
によって、超伝導オーダーパラメータが界面付近でほと
んど無くなってしまうために、ジョセフソン電流は極め
て小さくなり観測されない。したがって、バリア層と接
する界面での劣化層ができるだけ薄くなければならず、
この層の厚さはコヒーレンス長以下であることが望まし
い。一方、酸化物超伝導体を用いた接合形成では、高温
真空プロセスを通す必要があり、表面劣化層が生じやす
い。したがって、高温真空プロセスに耐え得る安定な高
温超伝導材料が望ましい。現在まで開発された技術によ
り得られる薄膜で、液体窒素温度以上で再現性良く急峻
な超伝導転移を示すものは、ＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-y （ｙ＝０〜０．２）（ただし、ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｎ
ｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｌｍの中から選ばれた一種である。以下１２３系と
表記する。）薄膜のみである。しかし１２３系は、水分
と反応し経時変化しやすいことや高温真空で酸素が抜け
やすいなど化学的に不安定な性質を持つ。そのために、
界面劣化層が生じやすいという欠点を持つ。接合作製プ
ロセスに耐え得る材料としてはＢｉ系〔Ｂｉ（Ｐｂ）Ｓ
ｒＣａＣｕＯz （０．４＜Ｂｉ／Ｃｕ＜１．１、０＜Ｐ
ｂ／Ｃｕ＜０．３、０．６＜Ｓｒ／Ｃｕ＜１．１、０．
４＜Ｃａ／Ｃｕ＜０．７）〕がある。ここに、ｚは酸化
物において、金属元素の組成比と、電気中和則によっ
て、自動的に決定される量である。この材料は、高温真
空中でも酸素が抜けにくく化学的に安定で、界面劣化層
が形成されにくいことが特徴である。事実、バルクの単
結晶と薄膜単結晶を用いたポイントコンタクト接合で、
明確なジョセフソン電流が観測されている。しかしなが
ら、薄膜化したときに、液体窒素温度以上で急峻な超伝
導転移を持つ薄膜を作製することが現段階では困難であ
る。ただし、熱処理すれば、Ｔｃは８０Ｋ〜１１０Ｋ程
度にはなるが、表面平坦性は著しく損なわれ、接合形成
には使用できない。このように、１２３系とＢｉ系では
それぞれ欠点があるために、液体窒素温度でのトンネル
接合特性は得られていない。
下の点にある。酸化物超伝導体のコヒーレンス長が従来
の金属系超伝導体と比較して非常に短いため、異種物質
との界面においては、結晶性の乱れや界面劣化層の存在
によって、超伝導オーダーパラメータが界面付近でほと
んど無くなってしまうために、ジョセフソン電流は極め
て小さくなり観測されない。したがって、バリア層と接
する界面での劣化層ができるだけ薄くなければならず、
この層の厚さはコヒーレンス長以下であることが望まし
い。一方、酸化物超伝導体を用いた接合形成では、高温
真空プロセスを通す必要があり、表面劣化層が生じやす
い。したがって、高温真空プロセスに耐え得る安定な高
温超伝導材料が望ましい。現在まで開発された技術によ
り得られる薄膜で、液体窒素温度以上で再現性良く急峻
な超伝導転移を示すものは、ＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-y （ｙ＝０〜０．２）（ただし、ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｎ
ｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｌｍの中から選ばれた一種である。以下１２３系と
表記する。）薄膜のみである。しかし１２３系は、水分
と反応し経時変化しやすいことや高温真空で酸素が抜け
やすいなど化学的に不安定な性質を持つ。そのために、
界面劣化層が生じやすいという欠点を持つ。接合作製プ
ロセスに耐え得る材料としてはＢｉ系〔Ｂｉ（Ｐｂ）Ｓ
ｒＣａＣｕＯz （０．４＜Ｂｉ／Ｃｕ＜１．１、０＜Ｐ
ｂ／Ｃｕ＜０．３、０．６＜Ｓｒ／Ｃｕ＜１．１、０．
４＜Ｃａ／Ｃｕ＜０．７）〕がある。ここに、ｚは酸化
物において、金属元素の組成比と、電気中和則によっ
て、自動的に決定される量である。この材料は、高温真
空中でも酸素が抜けにくく化学的に安定で、界面劣化層
が形成されにくいことが特徴である。事実、バルクの単
結晶と薄膜単結晶を用いたポイントコンタクト接合で、
明確なジョセフソン電流が観測されている。しかしなが
ら、薄膜化したときに、液体窒素温度以上で急峻な超伝
導転移を持つ薄膜を作製することが現段階では困難であ
る。ただし、熱処理すれば、Ｔｃは８０Ｋ〜１１０Ｋ程
度にはなるが、表面平坦性は著しく損なわれ、接合形成
には使用できない。このように、１２３系とＢｉ系では
それぞれ欠点があるために、液体窒素温度でのトンネル
接合特性は得られていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、１２３
系薄膜は化学的に不安定であり超伝導特性が劣化しやす
い。また、Ｂｉ系薄膜は、液体窒素温度以上で超伝導転
移を示す表面の平坦な薄膜を、熱処理なしで作製するこ
とが難しい。液体窒素温度で安定に動作するトンネル接
合型ジョセフソン素子を形成するためには、液体窒素温
度以上での超伝導臨界温度を有し、化学的に安定であ
り、障壁層との界面での劣化層をできるだけ薄くする必
要がある。しかし、従来の技術では上記の全ての条件を
満たすことは、困難であった。本発明は、以下のような
方法により、現有の技術で上記の課題を克服したもので
ある。本発明の目的は、異なる材料を組み合わせること
によって、液体窒素温度以上で超伝導転移を示し、化学
的に安定な超伝導薄膜を提供し、また、その薄膜を用い
て、現有の技術においても十分に製作可能なトンネル接
合型ジョセフソン素子の構成を提供することにある。
系薄膜は化学的に不安定であり超伝導特性が劣化しやす
い。また、Ｂｉ系薄膜は、液体窒素温度以上で超伝導転
移を示す表面の平坦な薄膜を、熱処理なしで作製するこ
とが難しい。液体窒素温度で安定に動作するトンネル接
合型ジョセフソン素子を形成するためには、液体窒素温
度以上での超伝導臨界温度を有し、化学的に安定であ
り、障壁層との界面での劣化層をできるだけ薄くする必
要がある。しかし、従来の技術では上記の全ての条件を
満たすことは、困難であった。本発明は、以下のような
方法により、現有の技術で上記の課題を克服したもので
ある。本発明の目的は、異なる材料を組み合わせること
によって、液体窒素温度以上で超伝導転移を示し、化学
的に安定な超伝導薄膜を提供し、また、その薄膜を用い
て、現有の技術においても十分に製作可能なトンネル接
合型ジョセフソン素子の構成を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は２つの超伝導薄膜が積層された構造におい
て、一方の超伝導薄膜（第１の超伝導薄膜）がＬｎＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7-y （ただし、ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｍ
の中から選ばれた一種で、ｙ＝０〜０．２）、他方の超
伝導薄膜（第２の超伝導薄膜）がＢｉ（Ｐｂ）ＳｒＣａ
ＣｕＯz （０．４＜Ｂｉ／Ｃｕ＜１．１、０＜Ｐｂ／Ｃ
ｕ＜０．３、０．６＜Ｓｒ／Ｃｕ＜１．１、０．４＜Ｃ
ａ／Ｃｕ＜０．７）またはＹ2 Ｂａ4 Ｃｕ8 Ｏ16である
ことを特徴とする複合酸化物超伝導薄膜を発明の要旨と
するものである。さらに、本発明はバリア層を電極層で
挟んだ構造のトンネル接合素子において、少なくとも一
つの電極層が、請求項１記載の第１の超伝導薄膜と第２
の超伝導薄膜からなる複合酸化物超伝導薄膜から構成さ
れており、かつ、該第２の超伝導薄膜がバリア層に近い
側（内側）に、該第１の超伝導薄膜がバリア層に遠い側
（外側）に存在することを特徴とするトンネル接合素子
を発明の要旨とするものである。本発明の基礎をなす概
念は、超伝導近接効果である。近接効果について、以下
に簡単に説明する。超伝導近接効果とは、異種の超伝導
体どうしあるいは常伝導体が超伝導体に接触している時
に、超伝導状態を担う電子対（クーパー対）が超伝導体
側からにじみ出して、通常は超伝導ではない常伝導体側
が超伝導になる効果のことである。異種の超伝導体どう
しの場合は、その中間の性質を持った超伝導体のように
振る舞う。この効果によって２つの材料の中間の特性を
有する超伝導体を比較的任意に構成することができる。
超伝導体と常伝導体の接合の場合は、常伝導体の厚さは
かなり薄くしなければならないが、Ｔｃの低い超伝導体
との接合の場合には、ある程度の厚さが許容され技術的
には比較的容易となる。
め、本発明は２つの超伝導薄膜が積層された構造におい
て、一方の超伝導薄膜（第１の超伝導薄膜）がＬｎＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7-y （ただし、ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｍ
の中から選ばれた一種で、ｙ＝０〜０．２）、他方の超
伝導薄膜（第２の超伝導薄膜）がＢｉ（Ｐｂ）ＳｒＣａ
ＣｕＯz （０．４＜Ｂｉ／Ｃｕ＜１．１、０＜Ｐｂ／Ｃ
ｕ＜０．３、０．６＜Ｓｒ／Ｃｕ＜１．１、０．４＜Ｃ
ａ／Ｃｕ＜０．７）またはＹ2 Ｂａ4 Ｃｕ8 Ｏ16である
ことを特徴とする複合酸化物超伝導薄膜を発明の要旨と
するものである。さらに、本発明はバリア層を電極層で
挟んだ構造のトンネル接合素子において、少なくとも一
つの電極層が、請求項１記載の第１の超伝導薄膜と第２
の超伝導薄膜からなる複合酸化物超伝導薄膜から構成さ
れており、かつ、該第２の超伝導薄膜がバリア層に近い
側（内側）に、該第１の超伝導薄膜がバリア層に遠い側
（外側）に存在することを特徴とするトンネル接合素子
を発明の要旨とするものである。本発明の基礎をなす概
念は、超伝導近接効果である。近接効果について、以下
に簡単に説明する。超伝導近接効果とは、異種の超伝導
体どうしあるいは常伝導体が超伝導体に接触している時
に、超伝導状態を担う電子対（クーパー対）が超伝導体
側からにじみ出して、通常は超伝導ではない常伝導体側
が超伝導になる効果のことである。異種の超伝導体どう
しの場合は、その中間の性質を持った超伝導体のように
振る舞う。この効果によって２つの材料の中間の特性を
有する超伝導体を比較的任意に構成することができる。
超伝導体と常伝導体の接合の場合は、常伝導体の厚さは
かなり薄くしなければならないが、Ｔｃの低い超伝導体
との接合の場合には、ある程度の厚さが許容され技術的
には比較的容易となる。
【０００６】
【作用】本発明においては、１２３系薄膜とＢｉ系薄膜
を積層することによって近接効果が生じ、化学的に安定
で、かつ液体窒素温度以上で超伝導転移をする薄膜を得
ることができる。つまり、１２３系薄膜の超伝導転移温
度とＢｉ系の化学的安定性を兼ね備えた薄膜が作製でき
る。さらに、この積層膜のＢｉ系薄膜を障壁層側に対向
して配置すると、界面劣化層の非常に薄い接合界面が得
られ、高品質のトンネル接合を作製することができる。
しかも上記のように液体窒素温度以上での動作が可能に
なる。この薄膜は、トンネル接合以外の他の超伝導素子
への応用も可能である。例えば、マイクロ波受動素子に
単独のＹＢＣＯ薄膜を応用する場合、プロセスによる表
面劣化、あるいは表面状態の経時変化による劣化があ
り、表面抵抗の増大を招き特性が劣化する。しかしなが
ら、本発明による薄膜を用いれば、このような経時劣化
は大幅に改善される。なお、積層構造における化学的に
安定な第２の超伝導薄膜として、Ｂｉ系以外でも、酸素
が欠損しにくい特徴を持つＹ2 Ｂａ2 Ｃｕ8 Ｏ16を組み
合わせることによっても同様の作用が得られることが容
易に分かる。
を積層することによって近接効果が生じ、化学的に安定
で、かつ液体窒素温度以上で超伝導転移をする薄膜を得
ることができる。つまり、１２３系薄膜の超伝導転移温
度とＢｉ系の化学的安定性を兼ね備えた薄膜が作製でき
る。さらに、この積層膜のＢｉ系薄膜を障壁層側に対向
して配置すると、界面劣化層の非常に薄い接合界面が得
られ、高品質のトンネル接合を作製することができる。
しかも上記のように液体窒素温度以上での動作が可能に
なる。この薄膜は、トンネル接合以外の他の超伝導素子
への応用も可能である。例えば、マイクロ波受動素子に
単独のＹＢＣＯ薄膜を応用する場合、プロセスによる表
面劣化、あるいは表面状態の経時変化による劣化があ
り、表面抵抗の増大を招き特性が劣化する。しかしなが
ら、本発明による薄膜を用いれば、このような経時劣化
は大幅に改善される。なお、積層構造における化学的に
安定な第２の超伝導薄膜として、Ｂｉ系以外でも、酸素
が欠損しにくい特徴を持つＹ2 Ｂａ2 Ｃｕ8 Ｏ16を組み
合わせることによっても同様の作用が得られることが容
易に分かる。
【０００７】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。な
お、実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうること
は言うまでもない。図１は、複数ターゲットを有するマ
グネトロンスパッタ装置を示す。図において、マグネト
ロンカソード２，３，４および５はそれぞれＹＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏ7-y（以下ＹＢＣＯと略す。）、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃ
ａ1 Ｃｕ2 Ｏ8 （以下ＢＳＣＣＯと略す。）、Ｂｉ2 Ｐ
ｂ0.4 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ10.8（以下ＢＰＳＣＣＯと
略す。）、およびＭｇＯである。各ターゲットを装着し
たカソードはシャッターを備え、基板ホルダーに対し直
角の配置をとっている（９０°オファクシス）。このよ
うな配置をとることにより、薄膜への高エネルギー粒子
照射を抑制でき、その結果ターゲット組成がほぼ薄膜の
組成となる。また、薄膜堆積中の基板温度が６５０℃以
上の場合には、超伝導薄膜が得られ、熱処理のような後
処理は必要ない。接合作製用の基板には、ＳｒＴｉＯ3
（１００）面基板を使用した。この基板を使用すること
によって、ＹＢＣＯ薄膜はｃ軸方向にエピタキシャル成
長する。
お、実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうること
は言うまでもない。図１は、複数ターゲットを有するマ
グネトロンスパッタ装置を示す。図において、マグネト
ロンカソード２，３，４および５はそれぞれＹＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏ7-y（以下ＹＢＣＯと略す。）、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃ
ａ1 Ｃｕ2 Ｏ8 （以下ＢＳＣＣＯと略す。）、Ｂｉ2 Ｐ
ｂ0.4 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ10.8（以下ＢＰＳＣＣＯと
略す。）、およびＭｇＯである。各ターゲットを装着し
たカソードはシャッターを備え、基板ホルダーに対し直
角の配置をとっている（９０°オファクシス）。このよ
うな配置をとることにより、薄膜への高エネルギー粒子
照射を抑制でき、その結果ターゲット組成がほぼ薄膜の
組成となる。また、薄膜堆積中の基板温度が６５０℃以
上の場合には、超伝導薄膜が得られ、熱処理のような後
処理は必要ない。接合作製用の基板には、ＳｒＴｉＯ3
（１００）面基板を使用した。この基板を使用すること
によって、ＹＢＣＯ薄膜はｃ軸方向にエピタキシャル成
長する。
【０００８】以下に作製方法を工程１乃至５について順
を追って説明する。 （工程１）．基板温度６５０℃でマグネトロンカソード
２よりＹＢＣＯの層を２００ｎｍ成長させる。その後、
マグネトロンカソードを３に変更し、ＢＳＣＣＯを２５
ｎｍ成長させる。図２に、このようにして作製した積層
膜の構造を示す。図２において、６はＳｒＴｉＯ3 、７
はＹＢＣＯ、８はＢＳＣＣＯを示す。 （工程２）．このようにして作製した積層膜の抵抗率−
温度特性を図５の（ａ），（ｂ）に示す。（ａ）は作製
直後に測定したデータであり、（ｂ）は約３カ月室内で
放置した後で再度測定したデータである。比較のため
に、図３の（ａ）および（ｂ）には、ＹＢＣＯ単独薄膜
の作製直後および３カ月後の抵抗率−温度特性を示して
ある。同様に、図４（ａ），（ｂ）にはＢＳＣＣＯ単独
薄膜のデータを示した。図３の（ａ）と（ｂ）から、Ｙ
ＢＣＯの単独薄膜では、作製後に超伝導転移温度の経時
変化が見られる。ＢＳＣＣＯ単独薄膜では、経時変化は
見られないが、超伝導転移温度が液体窒素温度以下であ
ることが図４の（ａ），（ｂ）から分かる。ところが、
図５の（ａ），（ｂ）から（工程１）で作製された積層
膜は、超伝導転移温度が液体窒素温度以上であり、しか
も経時変化がないことが分かる。 （工程３）．（工程１）のあとにカソードを５に変更
し、障壁層のＭｇＯを１ｎｍ成長させる。その後同様の
操作を経て図６の構造の薄膜を得る。図６において、６
はＳｒＴｉＯ3 、７はＹＢＣＯ、８はＢＳＣＣＯ、９は
ＭｇＯ、１０はＢＳＣＣＯ、１１はＹＢＣＯを示す。し
かして図において、９はジョセフソン接合の障壁層、７
−８および１０−１１が近接効果積層膜となる。その
後、フォトリソグラフとイオンミリングにより接合部分
（１００μｍ×１００μｍ）のみを残し図７のようにエ
ッチングする。次に、図１のカソード５からＭｇＯを絶
縁層９と同じくスパッタ法で図７の構造の上から２６０
ｎｍ堆積後、接合部分のみをイオンミリングにより取り
除き、その上にＹＢＣＯからなる上部電極１３を形成す
る。このようにして、図８のジョセフソン接合が形成さ
れる。 （工程４）．（工程３）で作製したジョセフソン接合の
７７Ｋにおける電流−電圧特性を図９に示す。図９は横
軸に電圧、縦軸に電流をとってある。図よりジョセフソ
ン電流が明確に観測され、接合面に平行に印加された磁
場に対しジョセフソン電流が干渉パタンを示した。これ
らのことから、本発明の方法により７７Ｋで動作するジ
ョセフソン接合の形成が可能であることが明確となっ
た。なお、準粒子電流−電圧特性が従来と異なる特別な
構造を有するのは、近接効果のためである。 （工程５）．次に（工程１）におけるＢＳＣＣＯのかわ
りにＢＰＳＣＣＯを用いた場合について説明する。この
場合には、（工程１）で用いたカソード３のかわりにカ
ソード４を使用しＢＰＳＣＣＯを堆積させる。他の工程
は全く同様である。この場合にも、得られた抵抗率−温
度特性は、図５の（ａ），（ｂ）とほぼ同様であり、接
合特性はほぼ図９と同様である。
を追って説明する。 （工程１）．基板温度６５０℃でマグネトロンカソード
２よりＹＢＣＯの層を２００ｎｍ成長させる。その後、
マグネトロンカソードを３に変更し、ＢＳＣＣＯを２５
ｎｍ成長させる。図２に、このようにして作製した積層
膜の構造を示す。図２において、６はＳｒＴｉＯ3 、７
はＹＢＣＯ、８はＢＳＣＣＯを示す。 （工程２）．このようにして作製した積層膜の抵抗率−
温度特性を図５の（ａ），（ｂ）に示す。（ａ）は作製
直後に測定したデータであり、（ｂ）は約３カ月室内で
放置した後で再度測定したデータである。比較のため
に、図３の（ａ）および（ｂ）には、ＹＢＣＯ単独薄膜
の作製直後および３カ月後の抵抗率−温度特性を示して
ある。同様に、図４（ａ），（ｂ）にはＢＳＣＣＯ単独
薄膜のデータを示した。図３の（ａ）と（ｂ）から、Ｙ
ＢＣＯの単独薄膜では、作製後に超伝導転移温度の経時
変化が見られる。ＢＳＣＣＯ単独薄膜では、経時変化は
見られないが、超伝導転移温度が液体窒素温度以下であ
ることが図４の（ａ），（ｂ）から分かる。ところが、
図５の（ａ），（ｂ）から（工程１）で作製された積層
膜は、超伝導転移温度が液体窒素温度以上であり、しか
も経時変化がないことが分かる。 （工程３）．（工程１）のあとにカソードを５に変更
し、障壁層のＭｇＯを１ｎｍ成長させる。その後同様の
操作を経て図６の構造の薄膜を得る。図６において、６
はＳｒＴｉＯ3 、７はＹＢＣＯ、８はＢＳＣＣＯ、９は
ＭｇＯ、１０はＢＳＣＣＯ、１１はＹＢＣＯを示す。し
かして図において、９はジョセフソン接合の障壁層、７
−８および１０−１１が近接効果積層膜となる。その
後、フォトリソグラフとイオンミリングにより接合部分
（１００μｍ×１００μｍ）のみを残し図７のようにエ
ッチングする。次に、図１のカソード５からＭｇＯを絶
縁層９と同じくスパッタ法で図７の構造の上から２６０
ｎｍ堆積後、接合部分のみをイオンミリングにより取り
除き、その上にＹＢＣＯからなる上部電極１３を形成す
る。このようにして、図８のジョセフソン接合が形成さ
れる。 （工程４）．（工程３）で作製したジョセフソン接合の
７７Ｋにおける電流−電圧特性を図９に示す。図９は横
軸に電圧、縦軸に電流をとってある。図よりジョセフソ
ン電流が明確に観測され、接合面に平行に印加された磁
場に対しジョセフソン電流が干渉パタンを示した。これ
らのことから、本発明の方法により７７Ｋで動作するジ
ョセフソン接合の形成が可能であることが明確となっ
た。なお、準粒子電流−電圧特性が従来と異なる特別な
構造を有するのは、近接効果のためである。 （工程５）．次に（工程１）におけるＢＳＣＣＯのかわ
りにＢＰＳＣＣＯを用いた場合について説明する。この
場合には、（工程１）で用いたカソード３のかわりにカ
ソード４を使用しＢＰＳＣＣＯを堆積させる。他の工程
は全く同様である。この場合にも、得られた抵抗率−温
度特性は、図５の（ａ），（ｂ）とほぼ同様であり、接
合特性はほぼ図９と同様である。
【０００９】
【発明の効果】本発明によれば、１２３系薄膜とＢｉ系
薄膜とを積層することによって近接効果を生じ、化学的
に安定であり、かつ液体窒素温度以上で超伝導転移する
薄膜を得ることができ、さらにこの積層膜のＢｉ系薄膜
を障壁側に対向して配置することにより、界面劣化層の
非常に薄い接合界面が得られ、高品質のトンネル接合を
得ることができる。
薄膜とを積層することによって近接効果を生じ、化学的
に安定であり、かつ液体窒素温度以上で超伝導転移する
薄膜を得ることができ、さらにこの積層膜のＢｉ系薄膜
を障壁側に対向して配置することにより、界面劣化層の
非常に薄い接合界面が得られ、高品質のトンネル接合を
得ることができる。
【図１】本発明の方法において用いられるマグネトロン
スパッタ装置を示す。
スパッタ装置を示す。
【図２】近接効果積層膜の構造を示す。
【図３】ＹＢＣＯ単独薄膜および近接効果積層膜の抵抗
率−温度特性を示す。（ａ）は作製直後、（ｂ）は作製
３カ月後である。
率−温度特性を示す。（ａ）は作製直後、（ｂ）は作製
３カ月後である。
【図４】ＢＳＣＣＯ単独薄膜の抵抗率−温度特性を示
す。（ａ）は作製直後、（ｂ）は作製３カ月後である。
す。（ａ）は作製直後、（ｂ）は作製３カ月後である。
【図５】積層膜の抵抗率−温度特性を示す。（ａ）は作
製直後、（ｂ）は作製３カ月後である。
製直後、（ｂ）は作製３カ月後である。
【図６】近接効果トンネル接合の構成を示す。
【図７】選択エッチング後のトンネル接合部の構成を示
す。
す。
【図８】リード電極配設後のトンネル接合の構成を示
す。
す。
【図９】近接効果トンネル接合素子の電流−電圧特性を
示す。
示す。
１ 基板および基板ヒータ ２ マグネトロンカソード ３ マグネトロンカソード ４ マグネトロンカソード ５ マグネトロンカソード ６ ＳｒＴｉＯ3 （１００）基板 ７ 下部電極用ＹＢＣＯ ８ 下部電極用ＢＳＣＣＯ（またはＢＰＳＣＣＯ） ９ 障壁層 １０ 上部電極用ＢＳＣＣＯ（またはＢＰＳＣＣＯ） １１ 上部電極用ＹＢＣＯ １２ ＭｇＯからなる絶縁層 １３ 配線用電極ＹＢＣＯ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 秀文 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 田辺 圭一 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 日高 義和 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 ２つの超伝導薄膜が積層された構造にお
いて、一方の超伝導薄膜（第１の超伝導薄膜）がＬｎＢ
ａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y （ただし、ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｍ
の中から選ばれた一種で、ｙ＝０〜０．２）、他方の超
伝導薄膜（第２の超伝導薄膜）がＢｉ（Ｐｂ）ＳｒＣａ
ＣｕＯz （０．４＜Ｂｉ／Ｃｕ＜１．１、０＜Ｐｂ／Ｃ
ｕ＜０．３、０．６＜Ｓｒ／Ｃｕ＜１．１、０．４＜Ｃ
ａ／Ｃｕ＜０．７）またはＹ2Ｂａ4 Ｃｕ8 Ｏ16である
ことを特徴とする複合酸化物超伝導薄膜。 - 【請求項２】 バリア層を電極層で挟んだ構造のトンネ
ル接合素子において、少なくとも一つの電極層が、請求
項１記載の第１の超伝導薄膜と第２の超伝導薄膜からな
る複合酸化物超伝導薄膜から構成されており、かつ、該
第２の超伝導薄膜がバリア層に近い側（内側）に、該第
１の超伝導薄膜がバリア層に遠い側（外側）に存在する
ことを特徴とするトンネル接合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4306158A JPH06132573A (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 酸化物超伝導薄膜およびトンネル接合型ジョセフソン素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4306158A JPH06132573A (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 酸化物超伝導薄膜およびトンネル接合型ジョセフソン素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06132573A true JPH06132573A (ja) | 1994-05-13 |
Family
ID=17953750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4306158A Pending JPH06132573A (ja) | 1992-10-19 | 1992-10-19 | 酸化物超伝導薄膜およびトンネル接合型ジョセフソン素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06132573A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017175155A (ja) * | 2011-03-30 | 2017-09-28 | アンバチュア インコーポレイテッド | 非常に低い抵抗材料で形成された、電気的デバイス、機械的デバイス、コンピュータデバイス、および／または、他のデバイス |
| CN107611249A (zh) * | 2011-03-30 | 2018-01-19 | 阿姆巴托雷股份有限公司 | 由极低电阻材料形成的电气、机械、计算和/或其他设备 |
-
1992
- 1992-10-19 JP JP4306158A patent/JPH06132573A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017175155A (ja) * | 2011-03-30 | 2017-09-28 | アンバチュア インコーポレイテッド | 非常に低い抵抗材料で形成された、電気的デバイス、機械的デバイス、コンピュータデバイス、および／または、他のデバイス |
| CN107611249A (zh) * | 2011-03-30 | 2018-01-19 | 阿姆巴托雷股份有限公司 | 由极低电阻材料形成的电气、机械、计算和/或其他设备 |
| CN107611249B (zh) * | 2011-03-30 | 2021-11-30 | 阿姆巴托雷股份有限公司 | 由极低电阻材料形成的电气、机械、计算和/或其他设备 |
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