JPH06140678A - ジョセフソン接合素子およびその製造方法 - Google Patents
ジョセフソン接合素子およびその製造方法Info
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- JPH06140678A JPH06140678A JP4308107A JP30810792A JPH06140678A JP H06140678 A JPH06140678 A JP H06140678A JP 4308107 A JP4308107 A JP 4308107A JP 30810792 A JP30810792 A JP 30810792A JP H06140678 A JPH06140678 A JP H06140678A
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 トンネル型ジョセフソン接合製造において、
最大ジョセフソン電流を変化させる。 【構成】 トンネル障壁を３層構造とし、その中間層と
して超伝導体層３を含める。そして、超伝導体層３にバ
イアス磁場の選択により超伝導体性を生じさせてトンネ
ル障壁の実効的厚みを変化させることにより、ジョセフ
ソン電流の大きさを変化させる。
最大ジョセフソン電流を変化させる。 【構成】 トンネル障壁を３層構造とし、その中間層と
して超伝導体層３を含める。そして、超伝導体層３にバ
イアス磁場の選択により超伝導体性を生じさせてトンネ
ル障壁の実効的厚みを変化させることにより、ジョセフ
ソン電流の大きさを変化させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超伝導体を用いたトン
ネル型ジョセフソン接合素子およびその製造方法に関す
る。
ネル型ジョセフソン接合素子およびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のジョセフソン接合素子は、例えば
電子通信学会編「超伝導集積回路」の３１頁に示されて
いるように、２つの超伝導電極の間にトンネル障壁が設
けられ、該トンネル障壁により上記超伝導電極間に流れ
るジョセフソン電流が制御されていた。そして、接合の
大きさがジョセフソン侵入距離以下になると最大ジョセ
フソン電流の大きさは接合面積に比例する。
電子通信学会編「超伝導集積回路」の３１頁に示されて
いるように、２つの超伝導電極の間にトンネル障壁が設
けられ、該トンネル障壁により上記超伝導電極間に流れ
るジョセフソン電流が制御されていた。そして、接合の
大きさがジョセフソン侵入距離以下になると最大ジョセ
フソン電流の大きさは接合面積に比例する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来の
ジョセフソン接合素子において、最大ジョセフソン電流
の大きさは、接合面積，トンネル障壁の厚さ，トンネル
障壁バリアハイトで規定されるため、一度形成された素
子において、その最大ジョセフソン電流の大きさを変化
させることは、困難であった。
ジョセフソン接合素子において、最大ジョセフソン電流
の大きさは、接合面積，トンネル障壁の厚さ，トンネル
障壁バリアハイトで規定されるため、一度形成された素
子において、その最大ジョセフソン電流の大きさを変化
させることは、困難であった。
【０００４】本発明の目的は、一度形成されたジョセフ
ソン接合における最大ジョセフソン電流の大きさを変化
させることが可能なジョセフソン接合素子およびその製
造方法を提供することにある。
ソン接合における最大ジョセフソン電流の大きさを変化
させることが可能なジョセフソン接合素子およびその製
造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るジョセフソン接合素子は、超伝導電極
の対間にトンネル障壁を有するジョセフソン接合素子で
あって、トンネル障壁は、超伝導体層と、その両面に積
層されたトンネル障壁層との３層構造からなり、前記超
伝導体層は、前記超伝導電極の臨界磁場より低い臨界磁
場をもつ超伝導体にて構成したものである。
め、本発明に係るジョセフソン接合素子は、超伝導電極
の対間にトンネル障壁を有するジョセフソン接合素子で
あって、トンネル障壁は、超伝導体層と、その両面に積
層されたトンネル障壁層との３層構造からなり、前記超
伝導体層は、前記超伝導電極の臨界磁場より低い臨界磁
場をもつ超伝導体にて構成したものである。
【０００６】また本発明に係るジョセフソン接合素子の
製造方法は、第１超伝導電極・トンネル障壁形成工程
と、第２超伝導電極形成工程とを有するジョセフソン接
合素子の製造方法であって、第１超伝導電極・トンネル
障壁形成工程は、第１の超伝導電極上に、トンネル障壁
層と超伝導体層とトンネル障壁層とを順に積層して３層
構造のトンネル障壁を形成するものであり、超伝導体層
は、超伝導電極の臨界磁場より低い臨界磁場をもつ超伝
導体から構成されており、第２超伝導電極形成工程は、
トンネル障壁上に、第１の超伝導電極と対をなす第２の
超伝導電極を形成するものである。
製造方法は、第１超伝導電極・トンネル障壁形成工程
と、第２超伝導電極形成工程とを有するジョセフソン接
合素子の製造方法であって、第１超伝導電極・トンネル
障壁形成工程は、第１の超伝導電極上に、トンネル障壁
層と超伝導体層とトンネル障壁層とを順に積層して３層
構造のトンネル障壁を形成するものであり、超伝導体層
は、超伝導電極の臨界磁場より低い臨界磁場をもつ超伝
導体から構成されており、第２超伝導電極形成工程は、
トンネル障壁上に、第１の超伝導電極と対をなす第２の
超伝導電極を形成するものである。
【０００７】
【作用】本発明のジョセフソン接合構造は、トンネル障
壁が超伝導体層を中間層として、その上下層としてトン
ネル障壁層を積層形成した３層構造となっている。
壁が超伝導体層を中間層として、その上下層としてトン
ネル障壁層を積層形成した３層構造となっている。
【０００８】対をなす超伝導電極の臨界磁場をＨC1，超
伝導体層の臨界磁場をＨC2とすると、ＨC1＞ＨC2の関係
にある。
伝導体層の臨界磁場をＨC2とすると、ＨC1＞ＨC2の関係
にある。
【０００９】そのため、ジョセフソン接合にＨC2未満の
磁場が印加されている場合には、トンネル障壁の全てが
超伝導性を示し、実効的なトンネル障壁の厚さは実質的
なトンネル障壁の厚さに等しい。
磁場が印加されている場合には、トンネル障壁の全てが
超伝導性を示し、実効的なトンネル障壁の厚さは実質的
なトンネル障壁の厚さに等しい。
【００１０】ジョセフソン接合にＨC2以上，ＨC1未満の
磁場が印加されている場合は、超伝導体層の超伝導性が
消滅し、実効的なトンネル障壁の厚さは、トンネル障壁
層の厚さと超伝導体の厚さの和となる。
磁場が印加されている場合は、超伝導体層の超伝導性が
消滅し、実効的なトンネル障壁の厚さは、トンネル障壁
層の厚さと超伝導体の厚さの和となる。
【００１１】その結果、ジョセフソン接合にＡ，Ｂの２
種類のバイアス磁場（Ａ＜ＨC2，ＨC2≦Ｂ≦ＨC1）を選
択的に印加することにより、ジョセフソン接合の最大ジ
ョセフソン電流の大きさを変化させることが可能とな
る。
種類のバイアス磁場（Ａ＜ＨC2，ＨC2≦Ｂ≦ＨC1）を選
択的に印加することにより、ジョセフソン接合の最大ジ
ョセフソン電流の大きさを変化させることが可能とな
る。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図により説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示す断面図である。
る。図１は、本発明の一実施例を示す断面図である。
【００１３】図１において、本発明は、対をなす第１及
び第２の超伝導電極１，５の対間にトンネル障壁６を有
している。
び第２の超伝導電極１，５の対間にトンネル障壁６を有
している。
【００１４】トンネル障壁６は、超伝導体層３を中間層
として、その上下層に第１及び第２のトンネル障壁層
２，４を積層形成した３層構造の積層体である。また超
伝導体層３の臨界磁場をＨC2，超伝導電極１，５の磁場
をＨC1とすると、ＨC1＞ＨC2の関係を満たす超伝導体で
ジョセフソン接合を構築する。
として、その上下層に第１及び第２のトンネル障壁層
２，４を積層形成した３層構造の積層体である。また超
伝導体層３の臨界磁場をＨC2，超伝導電極１，５の磁場
をＨC1とすると、ＨC1＞ＨC2の関係を満たす超伝導体で
ジョセフソン接合を構築する。
【００１５】実施例では、例えば窒化ニオブで構成した
第１の超伝導電極１と、窒化ニオブで構成した第２の超
伝導電極５との間に例えばそれぞれＳｉＯ2で厚さ３ｎ
ｍの第１，第２のトンネル障壁層２，４を配置し、更
に、第１，第２のトンネル障壁層２，４の間に厚さ１０
０ｎｍの例えばニオブで構成した超伝導体層３を挾むよ
うに配置した。
第１の超伝導電極１と、窒化ニオブで構成した第２の超
伝導電極５との間に例えばそれぞれＳｉＯ2で厚さ３ｎ
ｍの第１，第２のトンネル障壁層２，４を配置し、更
に、第１，第２のトンネル障壁層２，４の間に厚さ１０
０ｎｍの例えばニオブで構成した超伝導体層３を挾むよ
うに配置した。
【００１６】例えば、約０．０５テスラ以下の磁場を印
加した時には、ＳｉＯ2のバリアハイトで厚さ６ｎｍ
（＝３ｎｍ＋３ｎｍ）をトンネル障壁とするジョセフソ
ン効果が観測された。
加した時には、ＳｉＯ2のバリアハイトで厚さ６ｎｍ
（＝３ｎｍ＋３ｎｍ）をトンネル障壁とするジョセフソ
ン効果が観測された。
【００１７】印加磁場を例えば、約１テスラにしたとこ
ろ、常伝導ニオブのバリアハイトで厚さ１００ｎｍの超
伝導体層３とＳｉＯ2のバリアハイトで厚さ６ｎｍのト
ンネル障壁層２，４とが合わさった領域がトンネル障壁
として作用するジョセフソン効果が観測され、０．０５
テスラ印加時に比較して最大臨界電流が減少した。
ろ、常伝導ニオブのバリアハイトで厚さ１００ｎｍの超
伝導体層３とＳｉＯ2のバリアハイトで厚さ６ｎｍのト
ンネル障壁層２，４とが合わさった領域がトンネル障壁
として作用するジョセフソン効果が観測され、０．０５
テスラ印加時に比較して最大臨界電流が減少した。
【００１８】図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施例
の製造方法を説明するための工程順の断面図である。
の製造方法を説明するための工程順の断面図である。
【００１９】図２（ａ）において、例えば厚さ１００μ
ｍの窒化ニオブで第１の超伝導電極２１上に例えば厚さ
３ｎｍのＳｉＯ2をトンネル障壁層２２として堆積す
る。次に第１のトンネル障壁層２２上に、例えばニオブ
で厚さ１００ｎｍの超伝導体層２３を形成する（図２
（ｂ））。
ｍの窒化ニオブで第１の超伝導電極２１上に例えば厚さ
３ｎｍのＳｉＯ2をトンネル障壁層２２として堆積す
る。次に第１のトンネル障壁層２２上に、例えばニオブ
で厚さ１００ｎｍの超伝導体層２３を形成する（図２
（ｂ））。
【００２０】その後、超伝導体層２３の表面を酸化して
厚さ約３ｎｍのニオブ酸化膜を第２のトンネル障壁層２
４として成長させる（図２（ｃ））。
厚さ約３ｎｍのニオブ酸化膜を第２のトンネル障壁層２
４として成長させる（図２（ｃ））。
【００２１】更に第２のトンネル障壁層２４上に、例え
ば窒化ニオブで第２の超伝導電極２５を形成する。
ば窒化ニオブで第２の超伝導電極２５を形成する。
【００２２】ジョセフソン接合に例えば約０．０５テス
ラ以下の磁場を印加した時には、ＳｉＯ2のバリアハイ
トで厚さ３ｎｍのトンネル障壁層２２とニオブ酸化膜の
バリアハイトで厚さ３ｎｍのトンネル障壁層２４をトン
ネル障壁とするジョセフソン効果が観測された。
ラ以下の磁場を印加した時には、ＳｉＯ2のバリアハイ
トで厚さ３ｎｍのトンネル障壁層２２とニオブ酸化膜の
バリアハイトで厚さ３ｎｍのトンネル障壁層２４をトン
ネル障壁とするジョセフソン効果が観測された。
【００２３】ジョセフソン接合への印加磁場を例えば約
１テスラにしたところ、ＳｉＯ2のバリアハイトで厚さ
３ｎｍのトンネル障壁層２２と、常伝導ニオブのバリア
ハイトで厚さ１００ｎｍの超伝導体層２３と、ニオブ酸
化膜のバリアハイトで厚さ３ｎｍのトンネル障壁層２４
と領域がトンネル障壁として作用するジョセフソン効果
が観測され、０．０５テスラ印加時に比較して、最大臨
界電流が減少した。
１テスラにしたところ、ＳｉＯ2のバリアハイトで厚さ
３ｎｍのトンネル障壁層２２と、常伝導ニオブのバリア
ハイトで厚さ１００ｎｍの超伝導体層２３と、ニオブ酸
化膜のバリアハイトで厚さ３ｎｍのトンネル障壁層２４
と領域がトンネル障壁として作用するジョセフソン効果
が観測され、０．０５テスラ印加時に比較して、最大臨
界電流が減少した。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ト
ンネル障壁を超伝導体層が含まれた３層構造とし、その
超伝導体層にバイアス磁場の選択により超伝導体性を生
じさせることにより、最大ジョセフソン電流の大きさを
接合完成後に変化させることができる。
ンネル障壁を超伝導体層が含まれた３層構造とし、その
超伝導体層にバイアス磁場の選択により超伝導体性を生
じさせることにより、最大ジョセフソン電流の大きさを
接合完成後に変化させることができる。
【図１】本発明の一実施例に係るジョセフソン接合構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例の製造方法を説明するための
工程順の断面図である。
工程順の断面図である。
１，２１ 第１の超伝導電極 ２，２２ 第１のトンネル障壁層 ３，２３ 超伝導体層 ４，２４ 第２のトンネル障壁層 ５，２５ 第２の超伝導電極
Claims (2)
- 【請求項１】 超伝導電極の対間にトンネル障壁を有す
るジョセフソン接合素子であって、 トンネル障壁は、超伝導体層と、その両面に積層された
トンネル障壁層との３層構造からなり、 前記超伝導体層は、前記超伝導電極の臨界磁場より低い
臨界磁場をもつ超伝導体にて構成したものであることを
特徴とするジョセフソン接合素子。 - 【請求項２】 第１超伝導電極・トンネル障壁形成工程
と、第２超伝導電極形成工程とを有するジョセフソン接
合素子の製造方法であって、 第１超伝導電極・トンネル障壁形成工程は、第１の超伝
導電極上に、トンネル障壁層と超伝導体層とトンネル障
壁層とを順に積層して３層構造のトンネル障壁を形成す
るものであり、 超伝導体層は、超伝導電極の臨界磁場より低い臨界磁場
をもつ超伝導体から構成されており、 第２超伝導電極形成工程は、トンネル障壁上に、第１の
超伝導電極と対をなす第２の超伝導電極を形成するもの
であることを特徴とする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 |
|---|---|---|---|
| JP4308107A JPH06140678A (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | ジョセフソン接合素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4308107A JPH06140678A (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | ジョセフソン接合素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06140678A true JPH06140678A (ja) | 1994-05-20 |
Family
ID=17976959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4308107A Pending JPH06140678A (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | ジョセフソン接合素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06140678A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11259779B2 (en) | 2014-12-26 | 2022-03-01 | Furuno Electric Co., Ltd. | Ultrasound body tissue detecting device, ultrasound body tissue detecting method, and ultrasound body tissue detecting program |
-
1992
- 1992-10-22 JP JP4308107A patent/JPH06140678A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11259779B2 (en) | 2014-12-26 | 2022-03-01 | Furuno Electric Co., Ltd. | Ultrasound body tissue detecting device, ultrasound body tissue detecting method, and ultrasound body tissue detecting program |
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