JPH06224481A - 超伝導トンネル接合デバイス - Google Patents
超伝導トンネル接合デバイスInfo
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- JPH06224481A JPH06224481A JP50A JP2844493A JPH06224481A JP H06224481 A JPH06224481 A JP H06224481A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 2844493 A JP2844493 A JP 2844493A JP H06224481 A JPH06224481 A JP H06224481A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 液体窒素や安易な冷却器を利用することが出
来る超伝導トンネル接合デバイスを提供すること、及び
良好な接合界面を有する超伝導トンネル接合デバイスを
提供すること。 【構成】 バリア層を挟む２つの超伝導電極を有する超
伝導デバイスにおいて、超伝導電極及びバリア層が、一
般式 Ｌｎ１−ｘＣａｘＳｒ２Ｃｕ３−ｘＭｙＯ６＋ｚ （但しＬｎはＹ若しくはランタノイド元素であり、０≦
ｘ＜０．６、０．０５＜ｙ≦１及び０＜ｚ＜２であり、
ＭはＬｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、
Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅのいずれかの元素である）で
示される組成の複合酸化物を含むことを特徴とする超伝
導トンネル接合デバイス。
来る超伝導トンネル接合デバイスを提供すること、及び
良好な接合界面を有する超伝導トンネル接合デバイスを
提供すること。 【構成】 バリア層を挟む２つの超伝導電極を有する超
伝導デバイスにおいて、超伝導電極及びバリア層が、一
般式 Ｌｎ１−ｘＣａｘＳｒ２Ｃｕ３−ｘＭｙＯ６＋ｚ （但しＬｎはＹ若しくはランタノイド元素であり、０≦
ｘ＜０．６、０．０５＜ｙ≦１及び０＜ｚ＜２であり、
ＭはＬｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、
Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅのいずれかの元素である）で
示される組成の複合酸化物を含むことを特徴とする超伝
導トンネル接合デバイス。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超伝導トンネル接合デ
バイスに関し、更に詳しくはＳＩＳ接合、ジョセフソン
接合、ジョセフソンコンピューター、ミキサー、ＳＱＵ
ＩＤ、センサー、スイッチング素子等に用いるデバイス
は勿論のこと、それらのデバイスを組み込んだシステム
にも利用可能な超伝導トンネル接合デバイスに関する。
バイスに関し、更に詳しくはＳＩＳ接合、ジョセフソン
接合、ジョセフソンコンピューター、ミキサー、ＳＱＵ
ＩＤ、センサー、スイッチング素子等に用いるデバイス
は勿論のこと、それらのデバイスを組み込んだシステム
にも利用可能な超伝導トンネル接合デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、超伝導転移温度が極めて高い、銅
を含んだ複合酸化物超伝導体が発見され注目を集めてい
る。その代表的な材料としては、YBa2Cu3O7 （ＹＢＣ
Ｏ）、Bi2Sr2CanCun+1Oy（ｎ＝０、１、２ Ｂｉ系）及
びTl2Ba2CanCun+1Oy（ｎ＝０、１、２ Ｔｌ系）が挙げ
られる。これらの材料系の発見により高価な液体ヘリウ
ムを寒剤としなくても、安価な液体窒素や簡易な冷却器
で超伝導状態が得られ、ジョセフソン素子等の応用が民
生品にまで拡がる可能性が出て来ている。
を含んだ複合酸化物超伝導体が発見され注目を集めてい
る。その代表的な材料としては、YBa2Cu3O7 （ＹＢＣ
Ｏ）、Bi2Sr2CanCun+1Oy（ｎ＝０、１、２ Ｂｉ系）及
びTl2Ba2CanCun+1Oy（ｎ＝０、１、２ Ｔｌ系）が挙げ
られる。これらの材料系の発見により高価な液体ヘリウ
ムを寒剤としなくても、安価な液体窒素や簡易な冷却器
で超伝導状態が得られ、ジョセフソン素子等の応用が民
生品にまで拡がる可能性が出て来ている。
【０００３】これらの銅を含んだ複合酸化物超伝導体を
利用した超伝導トンネル接合デバイスは各種提案されて
いるが、その中でジョセフソン接合として知られている
ものは、殆どが結晶粒界を利用した弱結合の接合であ
る。この粒界ジョセフソン接合は自然に生成した多数の
粒界接合であり、これを用いてＳＱＵＩＤの試作も行わ
れている。積層型の超伝導トンネル接合、ジョセフソン
接合では上部及び下部電極間にバリア層を有する接合が
一般的であるが、このタイプにも各種の方法が試みられ
ている。例えば、下部電極層に銅を含んだ複合酸化物超
伝導体を用い、上部電極層の従来から知られていた金属
系超伝導体を用い、バリア層には上部電極を成膜する際
に下部電極との間にできる界面の劣化を利用しようとす
る、酸化物超伝導体−劣化膜−金属超伝導のタイプがあ
る。
利用した超伝導トンネル接合デバイスは各種提案されて
いるが、その中でジョセフソン接合として知られている
ものは、殆どが結晶粒界を利用した弱結合の接合であ
る。この粒界ジョセフソン接合は自然に生成した多数の
粒界接合であり、これを用いてＳＱＵＩＤの試作も行わ
れている。積層型の超伝導トンネル接合、ジョセフソン
接合では上部及び下部電極間にバリア層を有する接合が
一般的であるが、このタイプにも各種の方法が試みられ
ている。例えば、下部電極層に銅を含んだ複合酸化物超
伝導体を用い、上部電極層の従来から知られていた金属
系超伝導体を用い、バリア層には上部電極を成膜する際
に下部電極との間にできる界面の劣化を利用しようとす
る、酸化物超伝導体−劣化膜−金属超伝導のタイプがあ
る。
【０００４】又、このタイプの上部電極を単なるＡｕ等
の金属とする、酸化物超伝導体−劣化膜−金属のＳＩＮ
タイプがある。更にバリア層に酸化物を用いた、酸化物
超伝導体−酸化物バリア層−酸化物超伝導体の本格的な
ＳＩＳタイプが考案されている。このＳＩＳタイプで試
みられている材料系としては超伝導層にＹＢＣＯ系を利
用し、酸化物バリア層にPrBa2Cu3O7を用いたもの、又、
超伝導層にBi2Sr2CaCu3Oy を利用した酸化物バリア層に
Bi2Sr2CuOyを用いたものがあるが、いずれも良好なＳＩ
Ｓ素子や接合型ジョセフソン素子にはなっていない。
の金属とする、酸化物超伝導体−劣化膜−金属のＳＩＮ
タイプがある。更にバリア層に酸化物を用いた、酸化物
超伝導体−酸化物バリア層−酸化物超伝導体の本格的な
ＳＩＳタイプが考案されている。このＳＩＳタイプで試
みられている材料系としては超伝導層にＹＢＣＯ系を利
用し、酸化物バリア層にPrBa2Cu3O7を用いたもの、又、
超伝導層にBi2Sr2CaCu3Oy を利用した酸化物バリア層に
Bi2Sr2CuOyを用いたものがあるが、いずれも良好なＳＩ
Ｓ素子や接合型ジョセフソン素子にはなっていない。
【０００５】
【発明が解決しようとしている問題点】上記従来例の超
伝導体の結晶粒界を用いたジョセフソン接合では、接合
の人工的な作成が困難であり、接合が結局は複数の特製
の異なった接合の平均となり、雑音が増大し応用に適さ
なかった。又、前記従来例の積層タイプの超伝導トンネ
ル接合、ジョセフソン接合では上部電極層に従来の金属
系超伝導体を用いているので、結局動作温度が金属系超
伝導体の転移温度以下となり、液体ヘリウムが寒剤とし
て必要であった。又、上部電極層に金属を用いたＳＩＮ
タイプではＳＩＳタイプに比べ素子特性としては劣悪な
ものであった。
伝導体の結晶粒界を用いたジョセフソン接合では、接合
の人工的な作成が困難であり、接合が結局は複数の特製
の異なった接合の平均となり、雑音が増大し応用に適さ
なかった。又、前記従来例の積層タイプの超伝導トンネ
ル接合、ジョセフソン接合では上部電極層に従来の金属
系超伝導体を用いているので、結局動作温度が金属系超
伝導体の転移温度以下となり、液体ヘリウムが寒剤とし
て必要であった。又、上部電極層に金属を用いたＳＩＮ
タイプではＳＩＳタイプに比べ素子特性としては劣悪な
ものであった。
【０００６】最も好ましいＳＩＳタイプの従来例では、
酸化物バリア層にPrB2Cu3O7 を用いた場合も、Bi2Sr2Cu
Oyを用いた場合も、バリア層が半導体若しくは金属とな
り、結果的にＳＮＳタイプの接合となってしまい、絶縁
性のバリア層を有する良好なＳＩＳタイプの接合は未だ
得られていない。又、バリア層にＭｇＯ等の他の酸化物
を利用する方法も検討されているが、これらのバリア層
を用いる場合、電極層の銅を含んだ複合酸化物超伝導体
とバリア層の結晶構造の違いや、成膜温度の違いの為
に、良好な界面が得られていないのが現状である。従っ
て、本発明の目的は、液体窒素や安易な冷却器を利用す
ることが出来る超伝導トンネル接合デバイスを提供する
ことにある。又、本発明の別の目的は、良好な接合界面
を有する超伝導トンネル接合デバイスを提供することに
ある。
酸化物バリア層にPrB2Cu3O7 を用いた場合も、Bi2Sr2Cu
Oyを用いた場合も、バリア層が半導体若しくは金属とな
り、結果的にＳＮＳタイプの接合となってしまい、絶縁
性のバリア層を有する良好なＳＩＳタイプの接合は未だ
得られていない。又、バリア層にＭｇＯ等の他の酸化物
を利用する方法も検討されているが、これらのバリア層
を用いる場合、電極層の銅を含んだ複合酸化物超伝導体
とバリア層の結晶構造の違いや、成膜温度の違いの為
に、良好な界面が得られていないのが現状である。従っ
て、本発明の目的は、液体窒素や安易な冷却器を利用す
ることが出来る超伝導トンネル接合デバイスを提供する
ことにある。又、本発明の別の目的は、良好な接合界面
を有する超伝導トンネル接合デバイスを提供することに
ある。
【０００７】
【問題点を解決する為の手段】上記目的は以下の本発明
によって達成される。即ち、本発明は、バリア層を挟む
２つの超伝導電極を有する超伝導デバイスにおいて、超
伝導電極及びバリア層が、一般式 Ln1-xCaxSr2Cu3-xMyO6+z （但しＬｎはＹ若しくはランタノイド元素であり、０≦
ｘ＜０．６、０．０５＜ｙ≦１及び０＜ｚ＜２であり、
ＭはＬｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、
Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅのいずれかの元素である）で
示される組成の複合酸化物を含むことを特徴とする超伝
導トンネル接合デバイスである。
によって達成される。即ち、本発明は、バリア層を挟む
２つの超伝導電極を有する超伝導デバイスにおいて、超
伝導電極及びバリア層が、一般式 Ln1-xCaxSr2Cu3-xMyO6+z （但しＬｎはＹ若しくはランタノイド元素であり、０≦
ｘ＜０．６、０．０５＜ｙ≦１及び０＜ｚ＜２であり、
ＭはＬｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、
Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅのいずれかの元素である）で
示される組成の複合酸化物を含むことを特徴とする超伝
導トンネル接合デバイスである。
【０００８】上記超伝導トンネル接合デバイスのより好
ましい実施態様としては、下記の態様が挙げられる。 （１）バリア層のｘの方が、上記超伝導電極部のｘの値
よりも小さい上記の超伝導トンネル接合デバイス。 （２）バリア層のｙの方が、上記超伝導電極部のｙの値
よりも大きく、且つ超伝導電極部のＭがＴｉ、Ｖ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅのいずれか
の元素である上記の超伝導トンネル接合デバイス。 （３）超伝導電極とバリア層の組成の差が酸素量ｚのみ
であり、且つバリア層の酸素量の方が超伝導材料部の酸
素量よりも少なく、且つ超伝導電極部及びバリア層のＭ
がＴｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及び
Ｒｅのいずれかの元素である上記の超伝導トンネル接合
デバイス。 （４）超伝導電極部とバリア層のＬｎの元素が異なり、
且つバリア層のＬｎがＰｒであり、且つ超伝導電極部及
びバリア層のＭがＴｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、
Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅのいずれかの元素である上記の超伝
導トンネル接合デバイス等。
ましい実施態様としては、下記の態様が挙げられる。 （１）バリア層のｘの方が、上記超伝導電極部のｘの値
よりも小さい上記の超伝導トンネル接合デバイス。 （２）バリア層のｙの方が、上記超伝導電極部のｙの値
よりも大きく、且つ超伝導電極部のＭがＴｉ、Ｖ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅのいずれか
の元素である上記の超伝導トンネル接合デバイス。 （３）超伝導電極とバリア層の組成の差が酸素量ｚのみ
であり、且つバリア層の酸素量の方が超伝導材料部の酸
素量よりも少なく、且つ超伝導電極部及びバリア層のＭ
がＴｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及び
Ｒｅのいずれかの元素である上記の超伝導トンネル接合
デバイス。 （４）超伝導電極部とバリア層のＬｎの元素が異なり、
且つバリア層のＬｎがＰｒであり、且つ超伝導電極部及
びバリア層のＭがＴｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、
Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅのいずれかの元素である上記の超伝
導トンネル接合デバイス等。
【０００９】
【作用】本発明の超伝導トンネル接合デバイスでは、超
伝導電極とバリア層にLn1-xCaxSr2Cu3-yMyO6+z組成を有
する極めて表面が安定な材料を用いているので、接合部
を形成する際に良好な界面が得られる。又、超伝導電極
とバリア層に結晶構造が同じか、若干しか違わない材料
を用いているので良好な界面が得られる。更に超伝導電
極とバリア層の組成は僅かに違うだけであるので成膜の
際には、ほぼ同じ基板温度で得られるので、ＭｇＯ等の
絶縁層を成膜する場合に見られる熱サイクルからくる膜
の劣化が殆ど見られない。
伝導電極とバリア層にLn1-xCaxSr2Cu3-yMyO6+z組成を有
する極めて表面が安定な材料を用いているので、接合部
を形成する際に良好な界面が得られる。又、超伝導電極
とバリア層に結晶構造が同じか、若干しか違わない材料
を用いているので良好な界面が得られる。更に超伝導電
極とバリア層の組成は僅かに違うだけであるので成膜の
際には、ほぼ同じ基板温度で得られるので、ＭｇＯ等の
絶縁層を成膜する場合に見られる熱サイクルからくる膜
の劣化が殆ど見られない。
【００１０】本発明の超伝導電極に使用する材料として
は、Ln1-xCaxSr2Cu3-yMyO6+z組成において、Ｃｕへの置
換量ｙが小さく、酸素量６＋ｚが大きい方が超伝導とし
ての特性が優れている。又、ＣａはＣｕへの置換量ｙが
小さい場合はドーピングしなくてもよいが、ｙが大きい
場合はＣａをドーピングした方が超伝導としての特性が
優れている。又、本発明のバリア層に使用する材料とし
てはLn1-xCaxSr2Cu3-yMyO6+z組成においてＣｕへの置換
量ｙが大きく、酸素量６＋ｚが小さい方が絶縁層として
の特性に優れている。又、バリヤ層にはＣａのドーピン
グをしない方が絶縁層としての特性に優れている。又、
ＬｎにＰｒを用いることによって良好な絶縁層が得られ
る。
は、Ln1-xCaxSr2Cu3-yMyO6+z組成において、Ｃｕへの置
換量ｙが小さく、酸素量６＋ｚが大きい方が超伝導とし
ての特性が優れている。又、ＣａはＣｕへの置換量ｙが
小さい場合はドーピングしなくてもよいが、ｙが大きい
場合はＣａをドーピングした方が超伝導としての特性が
優れている。又、本発明のバリア層に使用する材料とし
てはLn1-xCaxSr2Cu3-yMyO6+z組成においてＣｕへの置換
量ｙが大きく、酸素量６＋ｚが小さい方が絶縁層として
の特性に優れている。又、バリヤ層にはＣａのドーピン
グをしない方が絶縁層としての特性に優れている。又、
ＬｎにＰｒを用いることによって良好な絶縁層が得られ
る。
【００１１】この様に材料選定を行うことにより、従来
では得られない絶縁性の高いバリア層が極めて良好に得
られ、界面の接合性、平坦性も向上する結果、Ｃｕを含
む複合酸化物超伝導体のＳＩＳ、特に接合型ジョセフソ
ン素子に必須な薄い絶縁層が得られる。更に、使用する
材料系がＹＢＣＯ系に比べ水分による劣化が少ないの
で、再現性良く素子が得られる。又、超伝導電極を用い
る超伝導体も超伝導転移温度が高いので液体窒素は勿
論、安易な冷却器でも使用可能となる。本発明の超伝導
トンネル接合デバイスを作成するには、物理的蒸着法や
化学的な蒸着法等の一般的な成膜装置で可能であるが、
特に特性の良いデバイスを得るには、ＭＢＥ法等の様な
組成を制御しながらエピタキシャル成長が可能な方法が
有用である。
では得られない絶縁性の高いバリア層が極めて良好に得
られ、界面の接合性、平坦性も向上する結果、Ｃｕを含
む複合酸化物超伝導体のＳＩＳ、特に接合型ジョセフソ
ン素子に必須な薄い絶縁層が得られる。更に、使用する
材料系がＹＢＣＯ系に比べ水分による劣化が少ないの
で、再現性良く素子が得られる。又、超伝導電極を用い
る超伝導体も超伝導転移温度が高いので液体窒素は勿
論、安易な冷却器でも使用可能となる。本発明の超伝導
トンネル接合デバイスを作成するには、物理的蒸着法や
化学的な蒸着法等の一般的な成膜装置で可能であるが、
特に特性の良いデバイスを得るには、ＭＢＥ法等の様な
組成を制御しながらエピタキシャル成長が可能な方法が
有用である。
【００１２】
【実施例】次に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説
明する。 実施例１ 図１は本発明に基づく１実施例の素子の断面図を示す。
図中１１は下部超伝導電極、１２は上部超伝導電極、１
３はバリア層、１４はSrTiO3基板、１５は駆動電源、１
６は電流モニターである。
明する。 実施例１ 図１は本発明に基づく１実施例の素子の断面図を示す。
図中１１は下部超伝導電極、１２は上部超伝導電極、１
３はバリア層、１４はSrTiO3基板、１５は駆動電源、１
６は電流モニターである。
【００１３】先ず、銅を含む複合酸化物超伝導体をマグ
ネトロンスパッタ法により（１１０）面を表面に持つSr
TiO3基板１４上に基板温度７００℃で膜厚１００ｎｍエ
ピタキシャル成長させ、下部超伝導電極を成膜した。次
に、基板温度を変えることなくターゲットの変更、若し
くは成膜時の酸素分圧を下げることにより、バリア層１
４を下部超伝導電極１１の上に５〜２０ｎｍエピタキシ
ャル成長させ、更にその上に基板温度を変えることな
く、下部超伝導電極と同じ様に上部超伝導電極１２をエ
ピタキシャル成長させ、図１に示す様な断面を有するＳ
ＩＳ素子を作成した。そして上記素子の素子特性を評価
する為に、上部及び下部超伝導電極に図１の様な金線を
付け、駆動電源１５及び電流モニターにより電流−電圧
特性を２０〜８０Ｋの温度において測定した。
ネトロンスパッタ法により（１１０）面を表面に持つSr
TiO3基板１４上に基板温度７００℃で膜厚１００ｎｍエ
ピタキシャル成長させ、下部超伝導電極を成膜した。次
に、基板温度を変えることなくターゲットの変更、若し
くは成膜時の酸素分圧を下げることにより、バリア層１
４を下部超伝導電極１１の上に５〜２０ｎｍエピタキシ
ャル成長させ、更にその上に基板温度を変えることな
く、下部超伝導電極と同じ様に上部超伝導電極１２をエ
ピタキシャル成長させ、図１に示す様な断面を有するＳ
ＩＳ素子を作成した。そして上記素子の素子特性を評価
する為に、上部及び下部超伝導電極に図１の様な金線を
付け、駆動電源１５及び電流モニターにより電流−電圧
特性を２０〜８０Ｋの温度において測定した。
【００１４】表１に上部及び下部超伝導電極の材料とバ
リア層の材料を変えた場合の素子特性の評価結果を示
す。表１のＮｏ．１は超伝導電極の材料とバリア層の材
料のＬｎの種類、及びＣｕへの置換元素、置換量、酸素
量ｚを制御した場合の例であり、Ｎｏ．２は超伝導電極
の材料とバリア層の材料のＣｕへの置換元素の量を制御
した場合の例であり、Ｎｏ．３は超伝導電極の材料とバ
リア層の材料の酸素量ｚを制御した場合の例であり、Ｎ
ｏ．４は超伝導電極の材料とバリア層の材料のＬｎへの
Ｃａ置換量を制御した場合の例であり、Ｎｏ．５は超伝
導電極のＹをＰｒ全置換してバリア層の材料を作成した
場合の例であり、Ｎｏ．６及び７は超伝導電極の材料と
バリア層の材料のＣｕへの置換元素の種類を変えた場合
の例である。
リア層の材料を変えた場合の素子特性の評価結果を示
す。表１のＮｏ．１は超伝導電極の材料とバリア層の材
料のＬｎの種類、及びＣｕへの置換元素、置換量、酸素
量ｚを制御した場合の例であり、Ｎｏ．２は超伝導電極
の材料とバリア層の材料のＣｕへの置換元素の量を制御
した場合の例であり、Ｎｏ．３は超伝導電極の材料とバ
リア層の材料の酸素量ｚを制御した場合の例であり、Ｎ
ｏ．４は超伝導電極の材料とバリア層の材料のＬｎへの
Ｃａ置換量を制御した場合の例であり、Ｎｏ．５は超伝
導電極のＹをＰｒ全置換してバリア層の材料を作成した
場合の例であり、Ｎｏ．６及び７は超伝導電極の材料と
バリア層の材料のＣｕへの置換元素の種類を変えた場合
の例である。
【００１５】又、表１中のＮｏ．８〜１０は比較の為に
本発明以外の材料の組み合わせを行った場合の例を示し
ている。この表１の素子特性の評価は、各素子の電流−
電圧特性におけるジョセフソン電流の有無、リーク電流
の大きさ及び雑音等の総合判断により行った。図２には
表１のＮｏ．１の番号素子の７７Ｋにおける電流−電圧
特性のグラフを示す。表１のＮｏ．１〜７の番号の素子
もこれとほぼ同様の電流−電圧特性が得られた。この結
果から本発明により良好なトンネル接合型ジョセフソン
デバイスが得られていることがわかる。
本発明以外の材料の組み合わせを行った場合の例を示し
ている。この表１の素子特性の評価は、各素子の電流−
電圧特性におけるジョセフソン電流の有無、リーク電流
の大きさ及び雑音等の総合判断により行った。図２には
表１のＮｏ．１の番号素子の７７Ｋにおける電流−電圧
特性のグラフを示す。表１のＮｏ．１〜７の番号の素子
もこれとほぼ同様の電流−電圧特性が得られた。この結
果から本発明により良好なトンネル接合型ジョセフソン
デバイスが得られていることがわかる。
【００１６】表１のＮｏ．１０の材料組成の素子の電流
−電圧特性のグラフを図３に示す。この図からこの素子
のバリア層が劣悪で、接合が超伝導電極間で繋がってし
まっていることが想像される。表１のＮｏ．８及び９の
番号の素子も、これとほぼ同様の電流−電圧特性が得ら
れた。以上の結果から、本発明の材料の組み合わせ以外
では、良好なジョセフソン接合が得られないことが分か
る。
−電圧特性のグラフを図３に示す。この図からこの素子
のバリア層が劣悪で、接合が超伝導電極間で繋がってし
まっていることが想像される。表１のＮｏ．８及び９の
番号の素子も、これとほぼ同様の電流−電圧特性が得ら
れた。以上の結果から、本発明の材料の組み合わせ以外
では、良好なジョセフソン接合が得られないことが分か
る。
【００１７】
【表１】
【００１８】実施例２ ＭｇＯ基板４４上に銅を含む酸化物超伝導体YSr2Cu2.8M
o0.2O7.1をＲＦスパッタ法により８０ｎｍ膜厚に成膜
し、その後リソグラフ技術を使用して図４の形状に加工
し、下部超伝導電極４１とした。そしてワイヤーを接合
する部分のみマスクを利用して金蒸着し、その後、アル
ゴンプラズマにより下部超伝導電極の表面を処理した。
その結果、超伝導電極の表面の酸素の一部が抜け絶縁膜
が得られた。その絶縁膜をバリア層４３とし、その上に
下部超伝導電極と同じ材料を成膜して上部超伝導電極４
２とした。そして、全体として素子の断面を、図４にな
る様に加工し、液体窒素中で電流−電圧特性を測定し
た。その結果、実施例１の図２とほぼ同様の電流−電圧
特性が得られた。この結果からも、本発明によれば良好
なトンネル接合を得られることが分かった。
o0.2O7.1をＲＦスパッタ法により８０ｎｍ膜厚に成膜
し、その後リソグラフ技術を使用して図４の形状に加工
し、下部超伝導電極４１とした。そしてワイヤーを接合
する部分のみマスクを利用して金蒸着し、その後、アル
ゴンプラズマにより下部超伝導電極の表面を処理した。
その結果、超伝導電極の表面の酸素の一部が抜け絶縁膜
が得られた。その絶縁膜をバリア層４３とし、その上に
下部超伝導電極と同じ材料を成膜して上部超伝導電極４
２とした。そして、全体として素子の断面を、図４にな
る様に加工し、液体窒素中で電流−電圧特性を測定し
た。その結果、実施例１の図２とほぼ同様の電流−電圧
特性が得られた。この結果からも、本発明によれば良好
なトンネル接合を得られることが分かった。
【００１９】
【発明の効果】（１）新規な超伝導電極材料とバリア層
材料とを組み合わせることにより、良好な接合界面を有
する超伝導トンネル接合デバイスが得られる。 （２）液体窒素や安易な冷却器でも利用することが出来
る高温酸化物超伝導体を用いたトンネル接合デバイスが
得られる。
材料とを組み合わせることにより、良好な接合界面を有
する超伝導トンネル接合デバイスが得られる。 （２）液体窒素や安易な冷却器でも利用することが出来
る高温酸化物超伝導体を用いたトンネル接合デバイスが
得られる。
【００２０】
【図１】本発明の基本実施例１の断面図。
【図２】実施例１のＮｏ．１のデバイス電流−電圧特性
を示すグラフ。
を示すグラフ。
【図３】表１のＮｏ．１０の比較例のデバイス電流−電
圧特性を示すグラフ。
圧特性を示すグラフ。
【図４】本発明の別の実施例のデバイスの断面図。
１１：下部超伝導電極 １２：上部超伝導電極 １３：バリア層 １４：SrTiO3基板 １５：駆動電源 １６：電流モニター ４１：下部超伝導電極 ４２：上部超伝導電極 ４３：バリア層 ４４：ＭｇＯ基板
Claims (5)
- 【請求項１】 バリア層を挟む２つの超伝導電極を有す
る超伝導デバイスにおいて、超伝導電極及びバリア層
が、一般式 Ln1-xCaxSr2Cu3-yMyO6+z （但しＬｎはＹ若しくはランタノイド元素であり、０≦
ｘ＜０．６、０．０５＜ｙ≦１及び０＜ｚ＜２であり、
ＭはＬｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、
Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅのいずれかの元素である）で
示される組成の複合酸化物を含むことを特徴とする超伝
導トンネル接合デバイス。 - 【請求項２】 バリア層のｘの方が、超伝導電極部のｘ
の値よりも小さい請求項１に記載の超伝導トンネル接合
デバイス。 - 【請求項３】 バリア層のｙの方が、超伝導電極部のｙ
の値よりも大きく、且つ超伝導電極部のＭがＴｉ、Ｖ、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅのいずれ
かの元素である請求項１に記載の超伝導トンネル接合デ
バイス。 - 【請求項４】 超伝導電極とバリア層の組成の差が酸素
量ｚのみであり、且つバリア層の酸素量ｚの方が超伝導
材料部の酸素量よりも小さく、且つ超伝導電極部及びバ
リア層のＭがＴｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍ
ｏ、Ｗ、及びＲｅのいずれかの元素である請求項１に記
載の超伝導トンネル接合デバイス。 - 【請求項５】 超伝導電極とバリア層のＬｎの元素が異
なり、且つバリア層のＬｎがＰｒであり、且つ超伝導電
極部及びバリア層のＭがＴｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、
Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、及びＲｅのいずれかの元素である請求
項１に記載の超伝導トンネル接合デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02844493A JP3155641B2 (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 超伝導トンネル接合デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02844493A JP3155641B2 (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 超伝導トンネル接合デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224481A true JPH06224481A (ja) | 1994-08-12 |
| JP3155641B2 JP3155641B2 (ja) | 2001-04-16 |
Family
ID=12248852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02844493A Expired - Fee Related JP3155641B2 (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 超伝導トンネル接合デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3155641B2 (ja) |
-
1993
- 1993-01-26 JP JP02844493A patent/JP3155641B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3155641B2 (ja) | 2001-04-16 |
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