JPH06291374A - ジョセフソン接合素子 - Google Patents
ジョセフソン接合素子Info
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- JPH06291374A JPH06291374A JP5096974A JP9697493A JPH06291374A JP H06291374 A JPH06291374 A JP H06291374A JP 5096974 A JP5096974 A JP 5096974A JP 9697493 A JP9697493 A JP 9697493A JP H06291374 A JPH06291374 A JP H06291374A
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- JP
- Japan
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- josephson junction
- superconducting
- substrate
- oxide
- thin film
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- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/12—Josephson-effect devices
- H10N60/124—Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials
Abstract
(57)【要約】
【構成】 ジョセフソン接合素子の超電導電極に、酸素
が少なく、臨界温度が低い酸化物超電導体を使用して、
液体窒素温度でノイズが極小となるよう構成する。 【効果】 単純な液体窒素冷却で動作させたときに、ノ
イズが少ない高性能なジョセフソン接合素子を提供す
る。
が少なく、臨界温度が低い酸化物超電導体を使用して、
液体窒素温度でノイズが極小となるよう構成する。 【効果】 単純な液体窒素冷却で動作させたときに、ノ
イズが少ない高性能なジョセフソン接合素子を提供す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ジョセフソン接合素子
に関する。より詳細には、酸化物超電導体を用いてお
り、液体窒素温度でノイズが少ない新規なジョセフソン
接合素子に関する。
に関する。より詳細には、酸化物超電導体を用いてお
り、液体窒素温度でノイズが少ない新規なジョセフソン
接合素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ジョセフソン接合素子は、一対の超電導
電極をジョセフソン接合により結合した素子であり、各
種の構成のものがある。中でも最も好ましいとされてい
るものは、一対の超電導体で薄い非超電導体をはさんだ
トンネル型のジョセフソン接合素子である。また、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
したジョセフソン接合も、特性は異なるもののジョセフ
ソン効果を発揮する。
電極をジョセフソン接合により結合した素子であり、各
種の構成のものがある。中でも最も好ましいとされてい
るものは、一対の超電導体で薄い非超電導体をはさんだ
トンネル型のジョセフソン接合素子である。また、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
したジョセフソン接合も、特性は異なるもののジョセフ
ソン効果を発揮する。
【０００３】ジョセフソン接合素子は、その特性から高
速スイッチング素子、高感度センサへの応用が期待され
ている。特に、近年研究が進んでいる酸化物超電導体を
超電導電極に使用することにより、簡便な液体窒素冷却
で動作するジョセフソン接合素子が作製可能となってい
る。また、酸化物超電導体の特性を活かしたジョセフソ
ン接合素子として、それぞれの超電導電極を結晶方向が
異なる単結晶の酸化物超電導体の薄膜で構成し、両者の
間の結晶粒界をジョセフソン接合の弱結合にするジョセ
フソン接合素子も発表されている。
速スイッチング素子、高感度センサへの応用が期待され
ている。特に、近年研究が進んでいる酸化物超電導体を
超電導電極に使用することにより、簡便な液体窒素冷却
で動作するジョセフソン接合素子が作製可能となってい
る。また、酸化物超電導体の特性を活かしたジョセフソ
ン接合素子として、それぞれの超電導電極を結晶方向が
異なる単結晶の酸化物超電導体の薄膜で構成し、両者の
間の結晶粒界をジョセフソン接合の弱結合にするジョセ
フソン接合素子も発表されている。
【０００４】ジョセフソン接合素子をセンサに使用する
場合には、いわゆるノイズが問題になる。即ち、ノイズ
を低減することにより、実質的に感度を向上させること
が可能である。
場合には、いわゆるノイズが問題になる。即ち、ノイズ
を低減することにより、実質的に感度を向上させること
が可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ジョセフソン接合素子
のノイズは、主に臨界電流のゆらぎ（critical current
fluctuation) によるものと磁束の運動によるものとの
和である。どちらも温度依存性のノイズであり、ジョセ
フソン接合素子の超電導電極の温度を変えるとそれぞれ
の大きさが変化する。しかしながら、臨界電流のゆらぎ
によるノイズは低温ほど大きくなり、磁束の運動による
ノイズは臨界温度Ｔcの近傍で大きくなる。従って、ジ
ョセフソン接合素子のノイズは、図３の実線で示されて
いるようＴcよりややひくい温度で極小になる。
のノイズは、主に臨界電流のゆらぎ（critical current
fluctuation) によるものと磁束の運動によるものとの
和である。どちらも温度依存性のノイズであり、ジョセ
フソン接合素子の超電導電極の温度を変えるとそれぞれ
の大きさが変化する。しかしながら、臨界電流のゆらぎ
によるノイズは低温ほど大きくなり、磁束の運動による
ノイズは臨界温度Ｔcの近傍で大きくなる。従って、ジ
ョセフソン接合素子のノイズは、図３の実線で示されて
いるようＴcよりややひくい温度で極小になる。
【０００６】例えば、代表的な酸化物超電導体であるＹ
1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体は、Ｔcが85Ｋ以上であ
り、ジョセフソン接合素子に使用した場合に、ノイズが
極小となる温度は約80Ｋである。従って、液体窒素温度
では、ノイズが高くなっており、ノイズが極小となる温
度で使用するためには、ジョセフソン素子をHeガスで冷
却しながらヒータで加熱する等の温度管理の必要があ
る。
1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体は、Ｔcが85Ｋ以上であ
り、ジョセフソン接合素子に使用した場合に、ノイズが
極小となる温度は約80Ｋである。従って、液体窒素温度
では、ノイズが高くなっており、ノイズが極小となる温
度で使用するためには、ジョセフソン素子をHeガスで冷
却しながらヒータで加熱する等の温度管理の必要があ
る。
【０００７】即ち、酸化物超電導体を使用した従来のジ
ョセフソン接合素子を、素子本来が有する最高の性能で
使用するためには、単なる液体窒素冷却ではなく、ヒー
タ等を併用して面倒な温度管理を行わなければならなか
った。そこで本発明の目的は上記従来技術の問題点を解
決し、液体窒素冷却により最高の性能を発揮するジョセ
フソン接合素子を提供することにある。
ョセフソン接合素子を、素子本来が有する最高の性能で
使用するためには、単なる液体窒素冷却ではなく、ヒー
タ等を併用して面倒な温度管理を行わなければならなか
った。そこで本発明の目的は上記従来技術の問題点を解
決し、液体窒素冷却により最高の性能を発揮するジョセ
フソン接合素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、酸化物
超電導体で構成された一対の超電導電極をジョセフソン
接合を介して結合したジョセフソン接合素子において、
前記ジョセフソン接合の温度依存性のノイズが、77Ｋ付
近で極小となるようジョセフソン接合の動作温度が調整
されていることを特徴とするジョセフソン接合素子が提
供される。
超電導体で構成された一対の超電導電極をジョセフソン
接合を介して結合したジョセフソン接合素子において、
前記ジョセフソン接合の温度依存性のノイズが、77Ｋ付
近で極小となるようジョセフソン接合の動作温度が調整
されていることを特徴とするジョセフソン接合素子が提
供される。
【０００９】上記本発明のジョセフソン接合素子では、
温度依存性のノイズが、77Ｋ付近で極小となるよう臨界
温度が調整された酸化物超電導体により前記超電導電極
が構成されていることが好ましい。臨界温度を調整する
ためには、超電導電極を構成する酸化物超電導体を臨界
温度が最高となる組成よりも酸素が少ない組成にするこ
とが好ましい。また、超電導電極に不純物を含んで臨界
温度が低下している酸化物超電導体を使用することが好
ましい。
温度依存性のノイズが、77Ｋ付近で極小となるよう臨界
温度が調整された酸化物超電導体により前記超電導電極
が構成されていることが好ましい。臨界温度を調整する
ためには、超電導電極を構成する酸化物超電導体を臨界
温度が最高となる組成よりも酸素が少ない組成にするこ
とが好ましい。また、超電導電極に不純物を含んで臨界
温度が低下している酸化物超電導体を使用することが好
ましい。
【００１０】また、本発明のジョセフソン接合素子は、
基板上において、酸化物超電導体で構成された一対の超
電導電極をジョセフソン接合を介して結合したジョセフ
ソン接合素子において、それぞれの超電導電極が、ｃ軸
配向の酸化物超電導薄膜で構成され、それぞれの超電導
電極を構成する酸化物超電導体結晶のａ軸同士およびｂ
軸同士が、互いに40〜45°の角度をなし、両者の間の結
晶粒界がジョセフソン接合の弱結合になっている構成と
することも可能である。
基板上において、酸化物超電導体で構成された一対の超
電導電極をジョセフソン接合を介して結合したジョセフ
ソン接合素子において、それぞれの超電導電極が、ｃ軸
配向の酸化物超電導薄膜で構成され、それぞれの超電導
電極を構成する酸化物超電導体結晶のａ軸同士およびｂ
軸同士が、互いに40〜45°の角度をなし、両者の間の結
晶粒界がジョセフソン接合の弱結合になっている構成と
することも可能である。
【００１１】本発明の上記の構成のジョセフソン接合素
子は、基板が、同一の結晶面を成膜面とし、該成膜面に
平行で互いに対応する結晶格子が互いに40〜45°の角度
をなす２個の単結晶基板を接合したバイクリスタル基板
であり、前記一対の超電導電極が、それぞれ前記ｃ軸配
向の酸化物超電導薄膜の該バイクリスタル基板のそれぞ
れの単結晶上の部分であることが好ましい。
子は、基板が、同一の結晶面を成膜面とし、該成膜面に
平行で互いに対応する結晶格子が互いに40〜45°の角度
をなす２個の単結晶基板を接合したバイクリスタル基板
であり、前記一対の超電導電極が、それぞれ前記ｃ軸配
向の酸化物超電導薄膜の該バイクリスタル基板のそれぞ
れの単結晶上の部分であることが好ましい。
【００１２】
【作用】本発明のジョセフソン接合素子は、液体窒素温
度でノイズが極小になるようジョセフソン接合の動作温
度が調整されているところにその主要な特徴がある。本
発明のジョセフソン接合素子の一態様では、超電導電極
を構成する酸化物超電導体の組成を変更することによ
り、臨界温度を下げてジョセフソン接合のノイズが77Ｋ
で極小となるようにする。より具体的は、超電導電極を
構成する酸化物超電導体に、臨界温度が最高となる組成
よりも酸素が少ないものを使用する。また、不純物を含
む酸化物超電導体を使用する。不純物としては、例えば
Prが好ましいが、イオン注入によりTi、Fe、Co、Ni等を
酸化物超電導体中に添加することも好ましい。これらの
不純物は特に結晶粒界近傍に析出するので、本発明のジ
ョセフソン接合素子において、不純物を含む酸化物超電
導体を使用する場合は、結晶粒界がジョセフソン接合の
弱結合になっている構成のジョセフソン接合素子とする
ことが好ましい。
度でノイズが極小になるようジョセフソン接合の動作温
度が調整されているところにその主要な特徴がある。本
発明のジョセフソン接合素子の一態様では、超電導電極
を構成する酸化物超電導体の組成を変更することによ
り、臨界温度を下げてジョセフソン接合のノイズが77Ｋ
で極小となるようにする。より具体的は、超電導電極を
構成する酸化物超電導体に、臨界温度が最高となる組成
よりも酸素が少ないものを使用する。また、不純物を含
む酸化物超電導体を使用する。不純物としては、例えば
Prが好ましいが、イオン注入によりTi、Fe、Co、Ni等を
酸化物超電導体中に添加することも好ましい。これらの
不純物は特に結晶粒界近傍に析出するので、本発明のジ
ョセフソン接合素子において、不純物を含む酸化物超電
導体を使用する場合は、結晶粒界がジョセフソン接合の
弱結合になっている構成のジョセフソン接合素子とする
ことが好ましい。
【００１３】また、本発明のジョセフソン接合素子の別
の態様では、それぞれの超電導電極が、ｃ軸配向の酸化
物超電導薄膜で構成されていて、それぞれの超電導電極
を構成する酸化物超電導体結晶のａ軸同士およびｂ軸同
士が、互いに40〜45°の角度をなし、両者の間の結晶粒
界がジョセフソン接合の弱結合になっていることが好ま
しい。一般に、２個の単結晶の酸化物超電導体の間の結
晶粒界をジョセフソン接合の弱結合に利用するジョセフ
ソン接合素子では、単結晶間の結晶方向のずれは30°前
後が好ましいとされている。単結晶間の結晶方向のずれ
が、30°前後にすることにより、結晶粒界部分も含め、
超電導電極に使用されている酸化物超電導体の電気抵抗
が90Ｋ程度で０になるジョセフソン接合素子が得やすい
からである。それに対し、40〜45°程度結晶方向がずれ
た酸化物超電導体結晶の間の結晶粒界は、電気抵抗が０
になる臨界温度が90Ｋよりも下がり、77Ｋ近傍でノイズ
が極小となる。従って、本発明のジョセフソン接合素子
では、互いの結晶方向が40〜45°ずれた酸化物超電導体
結晶で構成された超電導電極を有する構成とする。
の態様では、それぞれの超電導電極が、ｃ軸配向の酸化
物超電導薄膜で構成されていて、それぞれの超電導電極
を構成する酸化物超電導体結晶のａ軸同士およびｂ軸同
士が、互いに40〜45°の角度をなし、両者の間の結晶粒
界がジョセフソン接合の弱結合になっていることが好ま
しい。一般に、２個の単結晶の酸化物超電導体の間の結
晶粒界をジョセフソン接合の弱結合に利用するジョセフ
ソン接合素子では、単結晶間の結晶方向のずれは30°前
後が好ましいとされている。単結晶間の結晶方向のずれ
が、30°前後にすることにより、結晶粒界部分も含め、
超電導電極に使用されている酸化物超電導体の電気抵抗
が90Ｋ程度で０になるジョセフソン接合素子が得やすい
からである。それに対し、40〜45°程度結晶方向がずれ
た酸化物超電導体結晶の間の結晶粒界は、電気抵抗が０
になる臨界温度が90Ｋよりも下がり、77Ｋ近傍でノイズ
が極小となる。従って、本発明のジョセフソン接合素子
では、互いの結晶方向が40〜45°ずれた酸化物超電導体
結晶で構成された超電導電極を有する構成とする。
【００１４】上記の構成の本発明のジョセフソン接合素
子は、バイクリスタル基板上に成膜された酸化物超電導
薄膜で構成されていることが好ましい。即ち、結晶方向
が互いに40〜45°ずれていて、同一の結晶面が成膜面に
なっている２個の単結晶基板を接合して構成されたバイ
クリスタル基板上に成膜された酸化物超電導薄膜のそれ
ぞれの単結晶基板上の部分が各超電導電極を構成するこ
とが好ましい。
子は、バイクリスタル基板上に成膜された酸化物超電導
薄膜で構成されていることが好ましい。即ち、結晶方向
が互いに40〜45°ずれていて、同一の結晶面が成膜面に
なっている２個の単結晶基板を接合して構成されたバイ
クリスタル基板上に成膜された酸化物超電導薄膜のそれ
ぞれの単結晶基板上の部分が各超電導電極を構成するこ
とが好ましい。
【００１５】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。
【００１６】
【実施例】実施例１ 本発明のジョセフソン接合素子を作製した。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
互いに結晶方向が30°異なる（接合角が30°の）２つの
成膜面51および52を有するバイクリスタルのSrTiＯ
3（１００）基板５を用意した。次に、図１(b)に示すよ
う、バイクリスタルSrTiＯ3（１００）基板５上にｃ軸
配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１をスパッタリ
ング法で作製した。成膜条件を以下に示す。 基板温度 650℃ スパッタリングガス Ar ８SCCM Ｏ2 ４SCCM 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 300nm このＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１は、バイクリス
タルSrTiＯ3（１００）基板５の成膜面51上に成長した
部分11と、成膜面52上に成長した部分12とで、結晶のａ
軸、ｂ軸が互いに30°ずれていた。また、結晶粒界13が
ジョセフソン接合の弱結合になっている。
して、その工程を説明する。まず、図１(a)に示すよう
互いに結晶方向が30°異なる（接合角が30°の）２つの
成膜面51および52を有するバイクリスタルのSrTiＯ
3（１００）基板５を用意した。次に、図１(b)に示すよ
う、バイクリスタルSrTiＯ3（１００）基板５上にｃ軸
配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１をスパッタリ
ング法で作製した。成膜条件を以下に示す。 基板温度 650℃ スパッタリングガス Ar ８SCCM Ｏ2 ４SCCM 圧力 ５×10-2Torr 膜厚 300nm このＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１は、バイクリス
タルSrTiＯ3（１００）基板５の成膜面51上に成長した
部分11と、成膜面52上に成長した部分12とで、結晶のａ
軸、ｂ軸が互いに30°ずれていた。また、結晶粒界13が
ジョセフソン接合の弱結合になっている。
【００１７】Arイオンミリングでエッチングして、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13がく
るよう加工されている。この加工を行った後、真空中で
基板を800℃に加熱して20分間保持し、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜１の酸素を一部除去した。この熱処理
の加熱温度は、700〜1000℃が好ましく、加熱時間は１
〜20分が好ましい。
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13がく
るよう加工されている。この加工を行った後、真空中で
基板を800℃に加熱して20分間保持し、Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜１の酸素を一部除去した。この熱処理
の加熱温度は、700〜1000℃が好ましく、加熱時間は１
〜20分が好ましい。
【００１８】上記のように作製した本発明のジョセフソ
ン接合素子の特性を測定した。上記本発明のジョセフソ
ン接合素子の超電導電極は、83Ｋで超電導状態になり、
ノイズは図３の破線で示すよう77Ｋで極小となってい
た。従って、本発明のジョセフソン接合素子は、単なる
液体窒素冷却のみで、最高の性能を発揮することが確認
された。また、本実施例では、バイクリスタル基板を使
用した人工粒界型のジョセフソン接合素子についてのみ
説明を行ったが、本発明は、段差のある基板を使用した
人工粒界型ジョセフソン接合素子や、トンネル型のジョ
セフソン接合素子等、超電導電極に酸化物超電導体を使
用したジョセフソン接合素子全てに適用可能である。
ン接合素子の特性を測定した。上記本発明のジョセフソ
ン接合素子の超電導電極は、83Ｋで超電導状態になり、
ノイズは図３の破線で示すよう77Ｋで極小となってい
た。従って、本発明のジョセフソン接合素子は、単なる
液体窒素冷却のみで、最高の性能を発揮することが確認
された。また、本実施例では、バイクリスタル基板を使
用した人工粒界型のジョセフソン接合素子についてのみ
説明を行ったが、本発明は、段差のある基板を使用した
人工粒界型ジョセフソン接合素子や、トンネル型のジョ
セフソン接合素子等、超電導電極に酸化物超電導体を使
用したジョセフソン接合素子全てに適用可能である。
【００１９】実施例２ 本発明の他の構成のジョセフソン接合素子を作製した。
本実施例のジョセフソン接合素子の作製工程は、実施例
１のものと基本的に等しいので、以下相違点を中心に説
明を行う。本実施例のジョセフソン接合素子は、図１
(b)に示した工程において、酸化物超電導薄膜１を純粋
なＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体ではなく、不純物とし
てPrを含むＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体で形成した。
そのため、酸化物超電導薄膜１の成膜を、Prを含むＹ1B
a2Cu3Ｏ7-Xをターゲットとして使用してスパッタリング
で行った。Prの含有量は、ターゲットおよび酸化物超電
導薄膜のいずれもPr／Ｙの原子比が0.05である。他の工
程は、熱処理を行わないこと以外は実施例１と等しくし
た。
本実施例のジョセフソン接合素子の作製工程は、実施例
１のものと基本的に等しいので、以下相違点を中心に説
明を行う。本実施例のジョセフソン接合素子は、図１
(b)に示した工程において、酸化物超電導薄膜１を純粋
なＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体ではなく、不純物とし
てPrを含むＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体で形成した。
そのため、酸化物超電導薄膜１の成膜を、Prを含むＹ1B
a2Cu3Ｏ7-Xをターゲットとして使用してスパッタリング
で行った。Prの含有量は、ターゲットおよび酸化物超電
導薄膜のいずれもPr／Ｙの原子比が0.05である。他の工
程は、熱処理を行わないこと以外は実施例１と等しくし
た。
【００２０】上記のように作製した本発明のジョセフソ
ン接合素子の超電導電極は、83Ｋで超電導状態になり、
ノイズは図３の破線で示すよう77Ｋで極小となってい
た。従って、本発明のジョセフソン接合素子は、単なる
液体窒素冷却のみで、最高の性能を発揮することが確認
された。また、本実施例では、バイクリスタル基板を使
用した人工粒界型のジョセフソン接合素子についてのみ
説明を行ったが、本発明は、段差のある基板を使用した
人工粒界型ジョセフソン接合素子や、トンネル型のジョ
セフソン接合素子等、超電導電極に酸化物超電導体を使
用したジョセフソン接合素子全てに適用可能である。
ン接合素子の超電導電極は、83Ｋで超電導状態になり、
ノイズは図３の破線で示すよう77Ｋで極小となってい
た。従って、本発明のジョセフソン接合素子は、単なる
液体窒素冷却のみで、最高の性能を発揮することが確認
された。また、本実施例では、バイクリスタル基板を使
用した人工粒界型のジョセフソン接合素子についてのみ
説明を行ったが、本発明は、段差のある基板を使用した
人工粒界型ジョセフソン接合素子や、トンネル型のジョ
セフソン接合素子等、超電導電極に酸化物超電導体を使
用したジョセフソン接合素子全てに適用可能である。
【００２１】実施例３ 本発明の第３の構成のジョセフソン接合素子を作製し
た。本実施例のジョセフソン接合素子の作製工程は、実
施例１のものと基本的に等しいので、以下相違点を中心
に説明を行う。本実施例のジョセフソン接合素子は、実
施例１の図１(a)〜(c)までの工程は全く等しく、最後の
工程の熱処理を行う代わりに酸化物超電導薄膜１にイオ
ン注入を行う。注入するイオンとしては、Tiイオン、Fe
イオン、Coイオン、Niイオン等が好ましく、注入量（ド
ーズ量）は、１×1017〜１×1020個／cm2が好ましい。
また、注入エネルギは、100〜200ＫeVが好ましい。本実
施例では、Tiイオンを、注入エネルギ100ＫeVで５×10
18個／cm2注入した。
た。本実施例のジョセフソン接合素子の作製工程は、実
施例１のものと基本的に等しいので、以下相違点を中心
に説明を行う。本実施例のジョセフソン接合素子は、実
施例１の図１(a)〜(c)までの工程は全く等しく、最後の
工程の熱処理を行う代わりに酸化物超電導薄膜１にイオ
ン注入を行う。注入するイオンとしては、Tiイオン、Fe
イオン、Coイオン、Niイオン等が好ましく、注入量（ド
ーズ量）は、１×1017〜１×1020個／cm2が好ましい。
また、注入エネルギは、100〜200ＫeVが好ましい。本実
施例では、Tiイオンを、注入エネルギ100ＫeVで５×10
18個／cm2注入した。
【００２２】このイオン注入により、ジョセフソン接合
素子の超電導電極は、83Ｋで超電導状態になり、ノイズ
は図３の破線で示すよう77Ｋで極小となっていた。従っ
て、本発明のジョセフソン接合素子は、単なる液体窒素
冷却のみで、最高の性能を発揮することが確認された。
また、本実施例では、バイクリスタル基板を使用した人
工粒界型のジョセフソン接合素子についてのみ説明を行
ったが、本発明は、段差のある基板を使用した人工粒界
型ジョセフソン接合素子や、トンネル型のジョセフソン
接合素子等、超電導電極に酸化物超電導体を使用したジ
ョセフソン接合素子全てに適用可能である。
素子の超電導電極は、83Ｋで超電導状態になり、ノイズ
は図３の破線で示すよう77Ｋで極小となっていた。従っ
て、本発明のジョセフソン接合素子は、単なる液体窒素
冷却のみで、最高の性能を発揮することが確認された。
また、本実施例では、バイクリスタル基板を使用した人
工粒界型のジョセフソン接合素子についてのみ説明を行
ったが、本発明は、段差のある基板を使用した人工粒界
型ジョセフソン接合素子や、トンネル型のジョセフソン
接合素子等、超電導電極に酸化物超電導体を使用したジ
ョセフソン接合素子全てに適用可能である。
【００２３】実施例４ 本発明の第４の構成のジョセフソン接合素子を作製し
た。図２を参照してその工程を説明する。本実施例にお
いては、実施例１で使用したバイクリスタルSrTiＯ
3（１００）基板とは、接合角が異なるバイクリスタル
基板を使用した。即ち、本実施例では、図２(a)に示す
よう接合角が40°であるバイクリスタルSrTiＯ3（１０
０）基板50を使用した。このバイクリスタルSrTiＯ
3（１００）基板50上に図２(b)に示すよう、実施例１と
等しい条件で、ｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
薄膜１をスパッタリング法で作製した。ｃ軸配向のＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１のバイクリスタルSrTiＯ
3（１００）基板50の成膜面51上に成長した部分11と、
成膜面52上に成長した部分12とでは、結晶のａ軸、ｂ軸
が互いに40°ずれていた。また、実施例１のジョセフソ
ン接合素子と同様に結晶粒界13がジョセフソン接合の弱
結合になっている。
た。図２を参照してその工程を説明する。本実施例にお
いては、実施例１で使用したバイクリスタルSrTiＯ
3（１００）基板とは、接合角が異なるバイクリスタル
基板を使用した。即ち、本実施例では、図２(a)に示す
よう接合角が40°であるバイクリスタルSrTiＯ3（１０
０）基板50を使用した。このバイクリスタルSrTiＯ
3（１００）基板50上に図２(b)に示すよう、実施例１と
等しい条件で、ｃ軸配向のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導
薄膜１をスパッタリング法で作製した。ｃ軸配向のＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１のバイクリスタルSrTiＯ
3（１００）基板50の成膜面51上に成長した部分11と、
成膜面52上に成長した部分12とでは、結晶のａ軸、ｂ軸
が互いに40°ずれていた。また、実施例１のジョセフソ
ン接合素子と同様に結晶粒界13がジョセフソン接合の弱
結合になっている。
【００２４】実施例１と同様、Arイオンミリングでエッ
チングして、上記のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１
を図２(c)に示す形状に加工した。図２(c)のくびれた部
分は長さ10μｍ、幅５μｍであり、ちょうど中央部に結
晶粒界13がくるよう加工されている。
チングして、上記のＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜１
を図２(c)に示す形状に加工した。図２(c)のくびれた部
分は長さ10μｍ、幅５μｍであり、ちょうど中央部に結
晶粒界13がくるよう加工されている。
【００２５】通常、バイクリスタル基板を使用したジョ
セフソン接合素子では、実施例１のように基板の接合角
が30°前後のものを使用し、２個の超電導電極を結晶方
向が互いに30°前後異なる部分からなる酸化物超電導薄
膜で構成するが、本実施例のジョセフソン接合素子で
は、２個の超電導電極を結晶方向が互いに40°異なる部
分からなる酸化物超電導薄膜で構成することで、臨界温
度を下げ、液体窒素温度におけるノイズを減少させてい
る。
セフソン接合素子では、実施例１のように基板の接合角
が30°前後のものを使用し、２個の超電導電極を結晶方
向が互いに30°前後異なる部分からなる酸化物超電導薄
膜で構成するが、本実施例のジョセフソン接合素子で
は、２個の超電導電極を結晶方向が互いに40°異なる部
分からなる酸化物超電導薄膜で構成することで、臨界温
度を下げ、液体窒素温度におけるノイズを減少させてい
る。
【００２６】本実施例のジョセフソン接合素子の超電導
電極は、83Ｋで超電導状態になり、ノイズは図３の破線
で示すよう77Ｋで極小となっていた。従って、本発明の
ジョセフソン接合素子は、単なる液体窒素冷却のみで、
最高の性能を発揮することが確認された。
電極は、83Ｋで超電導状態になり、ノイズは図３の破線
で示すよう77Ｋで極小となっていた。従って、本発明の
ジョセフソン接合素子は、単なる液体窒素冷却のみで、
最高の性能を発揮することが確認された。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従うと、
液体窒素温度でノイズの少ないジョセフソン接合素子が
提供される。本発明のジョセフソン接合素子は、液体窒
素温度でノイズが極小値となるように構成されている。
従って、単純な液体窒素冷却で、最高の性能を発揮し、
特にＳＱＵＩＤ等の磁気センサに応用することにより、
高感度で動作させることが容易になる。
液体窒素温度でノイズの少ないジョセフソン接合素子が
提供される。本発明のジョセフソン接合素子は、液体窒
素温度でノイズが極小値となるように構成されている。
従って、単純な液体窒素冷却で、最高の性能を発揮し、
特にＳＱＵＩＤ等の磁気センサに応用することにより、
高感度で動作させることが容易になる。
【図１】本発明のジョセフソン接合素子の作製工程を説
明する図である。
明する図である。
【図２】本発明の他の構成のジョセフソン接合素子の作
製工程を説明する図である。
製工程を説明する図である。
【図３】ジョセフソン接合素子の温度とノイズレベルと
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
１ 酸化物超電導薄膜 ５、50 基板 13 結晶粒界
Claims (6)
- 【請求項１】 酸化物超電導体で構成された一対の超電
導電極をジョセフソン接合を介して結合したジョセフソ
ン接合素子において、前記ジョセフソン接合の温度依存
性のノイズが、77Ｋ付近で極小となるようジョセフソン
接合の動作温度が調整されていることを特徴とするジョ
セフソン接合素子。 - 【請求項２】 酸化物超電導体で構成された一対の超電
導電極をジョセフソン接合を介して結合したジョセフソ
ン接合素子において、前記ジョセフソン接合の温度依存
性のノイズが、77Ｋ付近で極小となるよう臨界温度が調
整された酸化物超電導体により前記超電導電極が構成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載のジョセフソ
ン接合素子。 - 【請求項３】 前記酸化物超電導体が、臨界温度が最高
となる組成よりも酸素が少ない組成であることを特徴と
する請求項２に記載のジョセフソン接合素子。 - 【請求項４】 前記酸化物超電導体が、不純物を含むこ
とを特徴とする請求項１または２に記載のジョセフソン
接合素子。 - 【請求項５】 基板上において、酸化物超電導体で構成
された一対の超電導電極をジョセフソン接合を介して結
合したジョセフソン接合素子において、それぞれの超電
導電極が、ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜で構成され、そ
れぞれの超電導電極を構成する酸化物超電導体結晶のａ
軸同士およびｂ軸同士が、互いに40〜45°の角度をな
し、両者の間の結晶粒界がジョセフソン接合の弱結合に
なっていることを特徴とする請求項１に記載のジョセフ
ソン接合素子。 - 【請求項６】 前記基板が、同一の結晶面を成膜面と
し、該成膜面に平行で互いに対応する結晶格子が互いに
40〜45°の角度をなす２個の単結晶基板を接合したバイ
クリスタル基板であり、前記一対の超電導電極が、それ
ぞれ前記ｃ軸配向の酸化物超電導薄膜の該バイクリスタ
ル基板のそれぞれの単結晶上の部分であることを特徴と
する請求項５に記載のジョセフソン接合素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5096974A JPH06291374A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | ジョセフソン接合素子 |
| EP94400702A EP0618626A1 (en) | 1993-03-31 | 1994-03-31 | Josephson junction device of oxide superconductor having low noise level at liquid nitrogen temperature |
| US08/822,474 US5856205A (en) | 1993-03-31 | 1997-03-24 | Josephson junction device of oxide superconductor having low noise level at liquid nitrogen temperature |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5096974A JPH06291374A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | ジョセフソン接合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06291374A true JPH06291374A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=14179195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5096974A Pending JPH06291374A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | ジョセフソン接合素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5856205A (ja) |
| EP (1) | EP0618626A1 (ja) |
| JP (1) | JPH06291374A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013535805A (ja) * | 2010-07-05 | 2013-09-12 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | イオン制御式三端子素子 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997025748A1 (en) * | 1996-01-12 | 1997-07-17 | International Business Machines Corporation | Electronic device |
| WO2004105147A1 (en) * | 2003-01-23 | 2004-12-02 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Method for preparing atomistically straight boundary junctions in high temperature superconducting oxides |
| WO2004070853A1 (en) | 2003-01-31 | 2004-08-19 | The Trustees Of Columbia University In The City Ofnew York | Method for preparing atomistically straight boundary junctions in high temperature superconducting oxide |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU599223B2 (en) * | 1987-04-15 | 1990-07-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co. Ltd. | Superconducting ceramic pattern and its manufacturing method |
| US5077266A (en) * | 1988-09-14 | 1991-12-31 | Hitachi, Ltd. | Method of forming weak-link josephson junction, and superconducting device employing the junction |
| JP2647985B2 (ja) * | 1990-02-09 | 1997-08-27 | シャープ株式会社 | ジョセフソン素子 |
| JPH0484469A (ja) * | 1990-07-27 | 1992-03-17 | Riken Corp | 三端子デバイス |
| JPH04268774A (ja) * | 1991-02-25 | 1992-09-24 | Riken Corp | ジョセフソン接合 |
| US5157466A (en) * | 1991-03-19 | 1992-10-20 | Conductus, Inc. | Grain boundary junctions in high temperature superconductor films |
-
1993
- 1993-03-31 JP JP5096974A patent/JPH06291374A/ja active Pending
-
1994
- 1994-03-31 EP EP94400702A patent/EP0618626A1/en not_active Ceased
-
1997
- 1997-03-24 US US08/822,474 patent/US5856205A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013535805A (ja) * | 2010-07-05 | 2013-09-12 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | イオン制御式三端子素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0618626A1 (en) | 1994-10-05 |
| US5856205A (en) | 1999-01-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20011211 |