JPH0645662A - 超電導ジョセフソン素子およびその製法 - Google Patents
超電導ジョセフソン素子およびその製法Info
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- JPH0645662A JPH0645662A JP4193616A JP19361692A JPH0645662A JP H0645662 A JPH0645662 A JP H0645662A JP 4193616 A JP4193616 A JP 4193616A JP 19361692 A JP19361692 A JP 19361692A JP H0645662 A JPH0645662 A JP H0645662A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】ＭｇＯ等の所定の基板４表面に希土類元素やＢ
ｉを含有する第１の酸化物超電導体層２を形成し、この
基板４を炭酸水中に浸漬し、第１の超電導体層２表面に
Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃｕ1 Ｏｙ、ＣａＣＯ3 、ＢａＣＯ3 ある
いはＳｒＣＯ3 からなるジョセフソンバリア層１を形成
し、その後、バリア層１の表面に第１の酸化物超電導体
層と同様にして第２の酸化物超電導体層を形成する。 【効果】このジョセフソン素子は液体窒素中で作動する
ことのできることから、ＳＱＵＩＤセンサー、コンピュ
ータ素子、赤外線検出器等への応用を進めることがで
き、しかも製造する方法も、非常に簡単であることから
工業的にも有用性の高いものである。
ｉを含有する第１の酸化物超電導体層２を形成し、この
基板４を炭酸水中に浸漬し、第１の超電導体層２表面に
Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃｕ1 Ｏｙ、ＣａＣＯ3 、ＢａＣＯ3 ある
いはＳｒＣＯ3 からなるジョセフソンバリア層１を形成
し、その後、バリア層１の表面に第１の酸化物超電導体
層と同様にして第２の酸化物超電導体層を形成する。 【効果】このジョセフソン素子は液体窒素中で作動する
ことのできることから、ＳＱＵＩＤセンサー、コンピュ
ータ素子、赤外線検出器等への応用を進めることがで
き、しかも製造する方法も、非常に簡単であることから
工業的にも有用性の高いものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液体窒素温度で作動可
能な超電導ジョセフソン素子に関するもので、具体的に
はＢｉ含有酸化物超電導体や希土類元素含有酸化物超電
導体を用いたジョセフソン素子およびその製法に関する
ものである。
能な超電導ジョセフソン素子に関するもので、具体的に
はＢｉ含有酸化物超電導体や希土類元素含有酸化物超電
導体を用いたジョセフソン素子およびその製法に関する
ものである。
【０００２】
【従来技術】これまで超電導材料としては、ＮｂＴｉや
Ｎｂ3 Ｓｎ等が用いられてきたが、最近に至り、液体窒
素温度（７７Ｋ）にて抵抗がゼロになる高温超電導体が
見出された。具体的には、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏｙ系等の希
土類元素含有酸化物超電導体やＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ
3 Ｏｙ系のＢｉ含有酸化物超電導体等が知られている。
Ｎｂ3 Ｓｎ等が用いられてきたが、最近に至り、液体窒
素温度（７７Ｋ）にて抵抗がゼロになる高温超電導体が
見出された。具体的には、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏｙ系等の希
土類元素含有酸化物超電導体やＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ
3 Ｏｙ系のＢｉ含有酸化物超電導体等が知られている。
【０００３】一方、ジョセフソン素子は、バリア層が超
電導層により挟まれた構造からなる素子で、そのバリア
層が電圧ゼロでジョセフソン電流が流れるという特性を
有することからＳＱＵＩＤセンサー、標準電圧器、コン
ピュータ素子、赤外線検出器等への応用が研究されてい
る。
電導層により挟まれた構造からなる素子で、そのバリア
層が電圧ゼロでジョセフソン電流が流れるという特性を
有することからＳＱＵＩＤセンサー、標準電圧器、コン
ピュータ素子、赤外線検出器等への応用が研究されてい
る。
【０００４】これまで、ジョセフソン素子としては、金
属超電導体によるものが知られている。しかしながら、
それらは使用温度が４．２Ｋと非常に低いという問題が
あった。そのため、最近では、高温酸化物超電導体を用
いたジョセフソン素子の開発が望まれ、各方面で研究が
行われている。
属超電導体によるものが知られている。しかしながら、
それらは使用温度が４．２Ｋと非常に低いという問題が
あった。そのため、最近では、高温酸化物超電導体を用
いたジョセフソン素子の開発が望まれ、各方面で研究が
行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする問題点】具体的には、Ｙ等の
希土類元素含有超電導体においては、薄膜法により表面
状態が良好な膜が得られているがその臨界温度は９０Ｋ
が上限でそれ以上の臨界温度は望めず、ジョセフソン素
子としては、ブリッジ型で液体窒素中で作動する素子が
報告されているが、トンネル型ジョセフソン素子の製作
については、報告がない。
希土類元素含有超電導体においては、薄膜法により表面
状態が良好な膜が得られているがその臨界温度は９０Ｋ
が上限でそれ以上の臨界温度は望めず、ジョセフソン素
子としては、ブリッジ型で液体窒素中で作動する素子が
報告されているが、トンネル型ジョセフソン素子の製作
については、報告がない。
【０００６】一方、Ｂｉ含有超電導体においては、１１
０Ｋの臨界温度を得ることができるために多くの研究が
進められているが、液体窒素中で作動するブリッジ型、
トンネル型のジョセフソン素子は得られていない。
０Ｋの臨界温度を得ることができるために多くの研究が
進められているが、液体窒素中で作動するブリッジ型、
トンネル型のジョセフソン素子は得られていない。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、酸化物
超電導体を用いたジョセフソン素子について研究を行っ
たところ、例えば薄膜法により作成した酸化物超電導体
層を炭酸水で処理することにより、その超電導体層の表
面に特定の組成からなるバリア層が形成され、このバリ
ア層の形成により、トンネル型ジャンクションを有する
ジョセフソン素子が得られることを見出し、本発明に至
った。
超電導体を用いたジョセフソン素子について研究を行っ
たところ、例えば薄膜法により作成した酸化物超電導体
層を炭酸水で処理することにより、その超電導体層の表
面に特定の組成からなるバリア層が形成され、このバリ
ア層の形成により、トンネル型ジャンクションを有する
ジョセフソン素子が得られることを見出し、本発明に至
った。
【０００８】即ち、本発明の超電導ジョセフソン素子
は、所定の基板表面に第１のＢｉ含有酸化物超電導体層
を形成し、その基板を炭酸水中に浸漬することにより第
１の超電導体層表面にＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃｕ1 Ｏｙ、ＣａＣ
Ｏ3 およびＳｒＣＯ3 から選ばれる少なくとも１種から
なるジョセフソンバリア層を形成し、そのバリア層の表
面に第２のＢｉ含有酸化物超電導体層を形成することに
より、第１のＢｉ含有酸化物超電導体層と、Ｂｉ2 Ｓｒ
2 Ｃｕ1 Ｏｙ、ＣａＣＯ3 およびＳｒＣＯ3 から選ばれ
る少なくとも１種からなるジョセフソンバリア層および
第２のＢｉ含有酸化物超電導体層が順次積層した構造か
らなるものである。
は、所定の基板表面に第１のＢｉ含有酸化物超電導体層
を形成し、その基板を炭酸水中に浸漬することにより第
１の超電導体層表面にＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃｕ1 Ｏｙ、ＣａＣ
Ｏ3 およびＳｒＣＯ3 から選ばれる少なくとも１種から
なるジョセフソンバリア層を形成し、そのバリア層の表
面に第２のＢｉ含有酸化物超電導体層を形成することに
より、第１のＢｉ含有酸化物超電導体層と、Ｂｉ2 Ｓｒ
2 Ｃｕ1 Ｏｙ、ＣａＣＯ3 およびＳｒＣＯ3 から選ばれ
る少なくとも１種からなるジョセフソンバリア層および
第２のＢｉ含有酸化物超電導体層が順次積層した構造か
らなるものである。
【０００９】さらに、本発明の超電導ジョセフソン素子
は、所定の基板表面に第１の希土類元素含有酸化物超電
導体層を形成した後、この基板を炭酸水中に浸漬し、第
１の超電導層表面にＢａＣＯ3 からなるジョセフソンバ
リア層を形成し、さらにバリア層の表面に第２の希土類
元素含有酸化物超電導体層を形成したものであり、これ
により第１の希土類元素含有酸化物超電導体層と、Ｂａ
ＣＯ3 からなるジョセフソンバリア層および第２の希土
類元素含有酸化物超電導体層が積層してなる構造からな
るものである。
は、所定の基板表面に第１の希土類元素含有酸化物超電
導体層を形成した後、この基板を炭酸水中に浸漬し、第
１の超電導層表面にＢａＣＯ3 からなるジョセフソンバ
リア層を形成し、さらにバリア層の表面に第２の希土類
元素含有酸化物超電導体層を形成したものであり、これ
により第１の希土類元素含有酸化物超電導体層と、Ｂａ
ＣＯ3 からなるジョセフソンバリア層および第２の希土
類元素含有酸化物超電導体層が積層してなる構造からな
るものである。
【００１０】以下、本発明を詳述する。本発明のジョセ
フソン素子は、図１に示すようにジョセフソンバリア層
１を第１の酸化物超電導体層２と第２の酸化物超電導体
層３により挟んだ構造からなり、酸化物超電導体層２、
３は、Ｂｉ含有酸化物超電導体あるいは、希土類元素含
有酸化物超電導体のいずれでも採用される。Ｂｉ含有酸
化物超電導体としては、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏｙ
系（Ｔｃ＝１１０Ｋ）やＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2Ｏｙ系
（Ｔｃ＝８０Ｋ）等、あるいはこれらにＰｂを添加し安
定化したものなどが知られる。また、希土類元素含有酸
化物超電導体層としては、ＹＢａ2 Ｃｕ3ＯｙやＹＢａ
2 Ｃｕ4 Ｏｙ等が採用される。
フソン素子は、図１に示すようにジョセフソンバリア層
１を第１の酸化物超電導体層２と第２の酸化物超電導体
層３により挟んだ構造からなり、酸化物超電導体層２、
３は、Ｂｉ含有酸化物超電導体あるいは、希土類元素含
有酸化物超電導体のいずれでも採用される。Ｂｉ含有酸
化物超電導体としては、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏｙ
系（Ｔｃ＝１１０Ｋ）やＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2Ｏｙ系
（Ｔｃ＝８０Ｋ）等、あるいはこれらにＰｂを添加し安
定化したものなどが知られる。また、希土類元素含有酸
化物超電導体層としては、ＹＢａ2 Ｃｕ3ＯｙやＹＢａ
2 Ｃｕ4 Ｏｙ等が採用される。
【００１１】一方、バリア層１は、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃｕ1
Ｏｙ、ＣａＣＯ3 、ＢａＣＯ3 およびＳｒＣＯ3 の少な
くとも１種から構成され、このバリア層の厚みは２０Å
〜１００Åが適当である。
Ｏｙ、ＣａＣＯ3 、ＢａＣＯ3 およびＳｒＣＯ3 の少な
くとも１種から構成され、このバリア層の厚みは２０Å
〜１００Åが適当である。
【００１２】本発明のジョセフソン素子を作成する方法
としては、まず、第１の酸化物超電導体層２を作成す
る。この第１の酸化物超電導体層２は、例えば周知の薄
膜形成法により作成することができ、例えば、スパッタ
リング等のＰＶＤ法等により所定の基板４表面に形成す
る。第１の酸化物超電導層２の厚みは、後述の炭酸水処
理により表面の劣化が内部まで進行しない程度の厚みで
あれば特に限定するものでない。この第１の酸化物超電
導体層２をＢｉ含有酸化物超電導体により構成する場
合、周知の薄膜法によれば、Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏ
ｙ系の低温相（８０Ｋ）の酸化物超電導体しか得られな
いが、この低温相を一旦８００〜９００℃の酸化性雰囲
気中で１〜１０時間程度熱処理することによりＢｉ2 Ｓ
ｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏｙ系の高温相（１１０Ｋ）の薄膜を
生成することができる。
としては、まず、第１の酸化物超電導体層２を作成す
る。この第１の酸化物超電導体層２は、例えば周知の薄
膜形成法により作成することができ、例えば、スパッタ
リング等のＰＶＤ法等により所定の基板４表面に形成す
る。第１の酸化物超電導層２の厚みは、後述の炭酸水処
理により表面の劣化が内部まで進行しない程度の厚みで
あれば特に限定するものでない。この第１の酸化物超電
導体層２をＢｉ含有酸化物超電導体により構成する場
合、周知の薄膜法によれば、Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 Ｏ
ｙ系の低温相（８０Ｋ）の酸化物超電導体しか得られな
いが、この低温相を一旦８００〜９００℃の酸化性雰囲
気中で１〜１０時間程度熱処理することによりＢｉ2 Ｓ
ｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏｙ系の高温相（１１０Ｋ）の薄膜を
生成することができる。
【００１３】本発明によれば、この第１の酸化物超電導
体層２が形成された基板４を炭酸水中に浸漬する。炭酸
水としては、水に対して０．１〜１０ｋｇ／ｃｍ2 の高
圧力下でＣＯ2 ガスを溶解させたものが使用される。
体層２が形成された基板４を炭酸水中に浸漬する。炭酸
水としては、水に対して０．１〜１０ｋｇ／ｃｍ2 の高
圧力下でＣＯ2 ガスを溶解させたものが使用される。
【００１４】炭酸水への浸漬により第１の酸化物超電導
体層２は表面から劣化し、特に時間とともに酸化物超電
導体の構成元素の一部が溶出する。Ｂｉ含有酸化物超電
導体の場合にはＣａが、希土類含有の酸化物超電導体の
場合にはＢａがそれぞれ抜けることが確認されている。
それにより第１の酸化物超電導体の表面には、Ｂｉ2Sr
2 Ｃｕ1 Ｏｙ、ＣａＣＯ3 、ＳｒＣＯ3 あるいはＢａＣ
Ｏ3 等の劣化層が形成される。この劣化層がバリア層１
となる。
体層２は表面から劣化し、特に時間とともに酸化物超電
導体の構成元素の一部が溶出する。Ｂｉ含有酸化物超電
導体の場合にはＣａが、希土類含有の酸化物超電導体の
場合にはＢａがそれぞれ抜けることが確認されている。
それにより第１の酸化物超電導体の表面には、Ｂｉ2Sr
2 Ｃｕ1 Ｏｙ、ＣａＣＯ3 、ＳｒＣＯ3 あるいはＢａＣ
Ｏ3 等の劣化層が形成される。この劣化層がバリア層１
となる。
【００１５】次に、上記のようにしてバリア層１を形成
した後に再度、第１の酸化物超電導体層２の形成法と同
様にして第２の酸化物超電導体層３を形成することによ
り、ジョセフソン素子が形成される。その際、第２の酸
化物超電導体層がＢｉ系酸化物超電導体である場合に
は、前述した熱処理条件を同じ条件で熱処理することに
より高温相（１１０Ｋ）の酸化物超電導体層を形成する
ことができる。
した後に再度、第１の酸化物超電導体層２の形成法と同
様にして第２の酸化物超電導体層３を形成することによ
り、ジョセフソン素子が形成される。その際、第２の酸
化物超電導体層がＢｉ系酸化物超電導体である場合に
は、前述した熱処理条件を同じ条件で熱処理することに
より高温相（１１０Ｋ）の酸化物超電導体層を形成する
ことができる。
【００１６】
【作用】本発明によれば、通常の薄膜法により得られた
酸化物超電導体膜を簡単な炭酸水による処理を行うこと
により、酸化物超電導体膜の表面よりＢｉ系酸化物超電
導体の場合、その表面部分のＣａやＳｒ元素が抜けるこ
とにより、表面部分にＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃｕ1 Ｏｙが形成さ
れ長距離近接効果によりジョセフソンバリアが、あるい
はＣａＣＯ3 が表面に析出して絶縁層を形成する。さら
に場合によってはＳｒも抜けＳｒＣＯ3 を形成し絶縁層
を形成する場合もある。このようなバリア層を挟んで２
つの酸化物超電導体層間に、後述する実施例から立証さ
れるように、ジョセフソン電流が観察される。一方、Ｙ
系酸化物超電導体においても同様に炭酸水による処理を
行うことにより、酸化物超電導体層の表面部のＢａが抜
けることにより、ＢａＣＯ3 からなるバリア層を形成す
ることによりジョセフソン電流が観察された。
酸化物超電導体膜を簡単な炭酸水による処理を行うこと
により、酸化物超電導体膜の表面よりＢｉ系酸化物超電
導体の場合、その表面部分のＣａやＳｒ元素が抜けるこ
とにより、表面部分にＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃｕ1 Ｏｙが形成さ
れ長距離近接効果によりジョセフソンバリアが、あるい
はＣａＣＯ3 が表面に析出して絶縁層を形成する。さら
に場合によってはＳｒも抜けＳｒＣＯ3 を形成し絶縁層
を形成する場合もある。このようなバリア層を挟んで２
つの酸化物超電導体層間に、後述する実施例から立証さ
れるように、ジョセフソン電流が観察される。一方、Ｙ
系酸化物超電導体においても同様に炭酸水による処理を
行うことにより、酸化物超電導体層の表面部のＢａが抜
けることにより、ＢａＣＯ3 からなるバリア層を形成す
ることによりジョセフソン電流が観察された。
【００１７】本発明によれば、従来のように特殊なバリ
ア層を別途形成することなく、単なる炭酸水による処理
を行うのみで、ジョセフソンバリア層を作成することが
でき、何ら格別な手法を必要としない。
ア層を別途形成することなく、単なる炭酸水による処理
を行うのみで、ジョセフソンバリア層を作成することが
でき、何ら格別な手法を必要としない。
【００１８】よって、高温酸化物超電導体による液体窒
素中で作動するジョセフソン素子への実用化をさらに促
進することができる。
素中で作動するジョセフソン素子への実用化をさらに促
進することができる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明を次の例で説明する。 実施例１ Ｂｉ2 Ｏ3 、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3 、ＣａＣＯ3 、ＣｕＯ
の各粉末を用いて、所定の割合で調合した混合粉末を８
００℃の大気中で仮焼し、粉砕後、成形し、８４０℃の
大気中で５０時間焼成した。このようにして得られた試
料の組成は、Ｂｉ2.7 Ｐｂ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ4 Ｏy で
あり、臨界温度（Ｔｃ）は１０７Ｋであった。
の各粉末を用いて、所定の割合で調合した混合粉末を８
００℃の大気中で仮焼し、粉砕後、成形し、８４０℃の
大気中で５０時間焼成した。このようにして得られた試
料の組成は、Ｂｉ2.7 Ｐｂ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ4 Ｏy で
あり、臨界温度（Ｔｃ）は１０７Ｋであった。
【００２０】次に、この焼結体をターゲットとして直流
マグネトロンスパッタリング法によりＭｇＯ単結晶（１
００面）を基板として成膜を行った。なお成膜は、炉内
圧力Ａｒ０．０５ｔｏｒｒ、酸素１×１０-3ｔｏｒｒの
雰囲気中で行った。さらに、スパッタ電圧と電流はそれ
ぞれ２００Ｖ、０．５Ａであった。
マグネトロンスパッタリング法によりＭｇＯ単結晶（１
００面）を基板として成膜を行った。なお成膜は、炉内
圧力Ａｒ０．０５ｔｏｒｒ、酸素１×１０-3ｔｏｒｒの
雰囲気中で行った。さらに、スパッタ電圧と電流はそれ
ぞれ２００Ｖ、０．５Ａであった。
【００２１】上記条件で成膜を行った結果、基板上に１
μｍのＢｉ系超電導層を形成した。
μｍのＢｉ系超電導層を形成した。
【００２２】その後、この薄膜を８５０℃の大気中で２
時間熱処理を施し、臨界温度１１０Ｋの酸化物超電導体
層を得た。
時間熱処理を施し、臨界温度１１０Ｋの酸化物超電導体
層を得た。
【００２３】次に、基板上に形成した超電導体層の表面
を劣化させるために、上記試料を２０℃の水に３．１ｋ
ｇ／ｃｍ2 の圧力でＣＯ2 を溶解させた炭酸水中に１時
間、１０時間の間、浸漬し乾燥後、Ｘ線光電子分光分析
装置を用い、結合エネルギーの変化及び組成解析を行っ
た。解析は、深さ方向に２ＫＶ、２０ｍＡで３０Å／ｍ
ｉｎの速度でエッチングを行い、試料を冷却するための
次のプロセスにはいるまでに５分間の時間間隔を置い
た。
を劣化させるために、上記試料を２０℃の水に３．１ｋ
ｇ／ｃｍ2 の圧力でＣＯ2 を溶解させた炭酸水中に１時
間、１０時間の間、浸漬し乾燥後、Ｘ線光電子分光分析
装置を用い、結合エネルギーの変化及び組成解析を行っ
た。解析は、深さ方向に２ＫＶ、２０ｍＡで３０Å／ｍ
ｉｎの速度でエッチングを行い、試料を冷却するための
次のプロセスにはいるまでに５分間の時間間隔を置い
た。
【００２４】図２に浸漬前のＣａ（２ｐ）のｄｅｐｔｈ
−ｐｒｏｆｉｌｅを示した。図１によれば、深さ方向に
かけてのｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｈｉｆｔ及びｐｅａｋ値
の変化は見られなかった。
−ｐｒｏｆｉｌｅを示した。図１によれば、深さ方向に
かけてのｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｈｉｆｔ及びｐｅａｋ値
の変化は見られなかった。
【００２５】図３に炭酸水に１時間浸漬した試料のｄｅ
ｐｔｈ−ｐｒｏｆｉｌｅを示した。
ｐｔｈ−ｐｒｏｆｉｌｅを示した。
【００２６】図３によれば、内部については変化がなか
ったが、表面から１５０Å内のオーダーにわたり、Ｃａ
が溶出しているのが確認された。
ったが、表面から１５０Å内のオーダーにわたり、Ｃａ
が溶出しているのが確認された。
【００２７】なお、比較のために、８０℃の純水に１時
間浸漬した試料のｄｅｐｔｈ−ｐｒｏｆｉｌｅを図４に
示した。図４によれば、処理前のパターンに比較して低
温相が多くなっており、かなり内部にまで超電導の劣化
が生じることがわかった。
間浸漬した試料のｄｅｐｔｈ−ｐｒｏｆｉｌｅを図４に
示した。図４によれば、処理前のパターンに比較して低
温相が多くなっており、かなり内部にまで超電導の劣化
が生じることがわかった。
【００２８】また、炭酸水に１０時間浸漬した試料に対
して表面Ｘ線回折測定を行ったところ、表面にＣａＣＯ
3 の生成が認められた。
して表面Ｘ線回折測定を行ったところ、表面にＣａＣＯ
3 の生成が認められた。
【００２９】これらの結果から、炭酸水による処理によ
り第１の酸化物超電導体層の表面にはＣａが抜けること
によりＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃｕ1 Ｏｙ（Ｂｉ系２２０１低温
相）またはＣａＣＯ3 相が形成されているものと推測さ
れる。
り第１の酸化物超電導体層の表面にはＣａが抜けること
によりＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃｕ1 Ｏｙ（Ｂｉ系２２０１低温
相）またはＣａＣＯ3 相が形成されているものと推測さ
れる。
【００３０】次に、上記のようにして浸漬処理を行った
基板表面の超電導体層の表面に第１の酸化物超電導体層
の形成条件と全く同じ条件でＢｉ含有の酸化物超電導体
層を図５のように十字のパターン形状で交差部分におい
て１μｍの厚みとなるように形成した後、素子全体を８
５０℃の大気中で３時間熱処理を行った。
基板表面の超電導体層の表面に第１の酸化物超電導体層
の形成条件と全く同じ条件でＢｉ含有の酸化物超電導体
層を図５のように十字のパターン形状で交差部分におい
て１μｍの厚みとなるように形成した後、素子全体を８
５０℃の大気中で３時間熱処理を行った。
【００３１】このようにして作成した図５の素子に対し
て、第１および第２の超電導体層２、３のそれぞれの端
子間を図５のように各種の計測機器を取付けて接合部５
の電圧−電流特性を測定した。その結果、図６に示すよ
うに、±７ｍＡのトンネル電流が認められた。
て、第１および第２の超電導体層２、３のそれぞれの端
子間を図５のように各種の計測機器を取付けて接合部５
の電圧−電流特性を測定した。その結果、図６に示すよ
うに、±７ｍＡのトンネル電流が認められた。
【００３２】実施例２ Ｙ2 Ｏ3 、ＢａＣＯ3 、ＣｕＯの各粉末を用いて、所定
の割合で調合した混合粉末を９２０℃の大気中で仮焼
し、粉砕後、成形し、７００℃の大気中で２０時間焼成
した。このようにして得られた試料の組成は、Ｙ1 Ｂａ
2 Ｃｕ3.5 Ｏｚであり、臨界温度（Ｔｃ）は９２Ｋであ
った。
の割合で調合した混合粉末を９２０℃の大気中で仮焼
し、粉砕後、成形し、７００℃の大気中で２０時間焼成
した。このようにして得られた試料の組成は、Ｙ1 Ｂａ
2 Ｃｕ3.5 Ｏｚであり、臨界温度（Ｔｃ）は９２Ｋであ
った。
【００３３】次に、この焼結体をターゲットとして直流
マグネトロンスパッタリング法によりＳｒＴｉＯ3 単結
晶（１００面）を基板として成膜を行った。なお成膜
は、炉内圧力は、純酸素０．５ｔｏｒｒの雰囲気中で行
った。さらに、スパッタ電圧と電流はそれぞれ１５０
Ｖ、４００ｍＡであった。
マグネトロンスパッタリング法によりＳｒＴｉＯ3 単結
晶（１００面）を基板として成膜を行った。なお成膜
は、炉内圧力は、純酸素０．５ｔｏｒｒの雰囲気中で行
った。さらに、スパッタ電圧と電流はそれぞれ１５０
Ｖ、４００ｍＡであった。
【００３４】上記条件で成膜を行った結果、基板上に
０．３μｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導体層を形成し
た。この超電導体層の臨界温度は９０Ｋであった。
０．３μｍのＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導体層を形成し
た。この超電導体層の臨界温度は９０Ｋであった。
【００３５】次に、基板上に形成した超電導層の表面を
劣化させるために、上記試料を２０℃の水に３．１ｋｇ
／ｃｍ2 の圧力でＣＯ2 を溶解させた炭酸水中に０．１
時間浸漬し、Ｘ線光電子分光分析装置を用い、結合エネ
ルギーの変化及び組成解析を行った。解析は、深さ方向
に２ＫＶ、２０ｍＡで３０Å／ｍｉｎの速度でエッチン
グを行い、試料を冷却するための次のプロセスにはいる
までに５分間の時間間隔を置いた。その結果、表面付近
から６０Åの厚みでＢａが抜けていることが観察され
た。また、Ｘ線回折測定を行ったところ、第１の酸化物
超電導体層表面にＢａＣＯ3 相の形成が確認された。
劣化させるために、上記試料を２０℃の水に３．１ｋｇ
／ｃｍ2 の圧力でＣＯ2 を溶解させた炭酸水中に０．１
時間浸漬し、Ｘ線光電子分光分析装置を用い、結合エネ
ルギーの変化及び組成解析を行った。解析は、深さ方向
に２ＫＶ、２０ｍＡで３０Å／ｍｉｎの速度でエッチン
グを行い、試料を冷却するための次のプロセスにはいる
までに５分間の時間間隔を置いた。その結果、表面付近
から６０Åの厚みでＢａが抜けていることが観察され
た。また、Ｘ線回折測定を行ったところ、第１の酸化物
超電導体層表面にＢａＣＯ3 相の形成が確認された。
【００３６】次に、上記のようにして浸漬処理を行った
基板の表面に第１の酸化物超電導体層の形成条件と全く
同じ条件で第２の酸化物超電導体層を０．３μｍの厚み
で形成した。この試料に対して実施例１と同様に図５に
示すような配線により接合部５の電流−電圧特性を測定
した。その結果、電圧ゼロにおいて±５ｍＡのトンネル
電流を観測した。
基板の表面に第１の酸化物超電導体層の形成条件と全く
同じ条件で第２の酸化物超電導体層を０．３μｍの厚み
で形成した。この試料に対して実施例１と同様に図５に
示すような配線により接合部５の電流−電圧特性を測定
した。その結果、電圧ゼロにおいて±５ｍＡのトンネル
電流を観測した。
【００３７】
【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明によれば、
液体窒素中で作動することのできるジョセフソン素子を
提供することができ、ＳＱＵＩＤセンサー、コンピュー
タ素子、赤外線検出器等への応用を進めることができ
る。また、かかるジョセフソン素子を製造する方法も、
非常に簡単な手法により形成することができることから
工業的にも有用性の高いものである。
液体窒素中で作動することのできるジョセフソン素子を
提供することができ、ＳＱＵＩＤセンサー、コンピュー
タ素子、赤外線検出器等への応用を進めることができ
る。また、かかるジョセフソン素子を製造する方法も、
非常に簡単な手法により形成することができることから
工業的にも有用性の高いものである。
【図１】本発明の超電導ジョセフソン素子の構造を示す
図である。
図である。
【図２】炭酸水浸漬前の試料のＣａ（２ｐ）のｄｅｐｔ
ｈ−ｐｒｏｆｉｌｅを示すグラフである。
ｈ−ｐｒｏｆｉｌｅを示すグラフである。
【図３】炭酸水に１時間浸漬した後の試料のＣａ（２
ｐ）のｄｅｐｔｈ−ｐｒｏｆｉｌｅを示すグラフであ
る。
ｐ）のｄｅｐｔｈ−ｐｒｏｆｉｌｅを示すグラフであ
る。
【図４】８０℃の純水に１時間浸漬した試料のＣａ（２
ｐ）のｄｅｐｔｈ−ｐｒｏｆｉｌｅを示すグラフであ
る。
ｐ）のｄｅｐｔｈ−ｐｒｏｆｉｌｅを示すグラフであ
る。
【図５】電圧−電流特性の測定方法を示す図である。
【図６】本発明のジョセフソン素子の電圧−電流特性を
示すグラフである。
示すグラフである。
１ バリア層 ２ 第１の酸化物超電導体層 ３ 第２の酸化物超電導体層 ４ 基板
Claims (4)
- 【請求項１】第１のＢｉ含有酸化物超電導体層と、Ｂｉ
2 Ｓｒ2 Ｃｕ1 Ｏｙ、ＣａＣＯ3 およびＳｒＣＯ3 から
選ばれる少なくとも１種からなるジョセフソンバリア層
と、第２のＢｉ含有酸化物超電導体層とを順次積層して
なる液体窒素中で作動可能な超電導ジョセフソン素子。 - 【請求項２】所定の基板表面に第１のＢｉ含有酸化物超
電導体層を形成する工程と、この基板を炭酸水中に浸漬
し、前記第１の超電導体層表面にＢｉ2 Ｓｒ2Ｃｕ1 Ｏ
ｙ、ＣａＣＯ3 およびＳｒＣＯ3 から選ばれる少なくと
も１種からなるジョセフソンバリア層を形成する工程
と、該バリア層の表面に第２のＢｉ含有酸化物超電導体
層を形成する工程とからなる液体窒素温度で作動可能な
超電導ジョセフソン素子の製法。 - 【請求項３】第１の希土類元素含有酸化物超電導体層
と、ＢａＣＯ3 からなるジョセフソンバリア層と、第２
の希土類元素含有酸化物超電導体層とを順次積層してな
る液体窒素温度で作動可能な超電導ジョセフソン素子。 - 【請求項４】所定の基板表面に第１の希土類元素含有酸
化物超電導体層を形成する工程と、この基板を炭酸水中
に浸漬し、前記第１の超電導層表面にＢａＣＯ3 からな
るジョセフソンバリア層を形成する工程と、該バリア層
の表面に第２の希土類元素含有酸化物超電導体層を形成
する工程とからなる液体窒素温度で作動可能な超電導ジ
ョセフソン素子の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4193616A JP3058515B2 (ja) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | 超電導ジョセフソン素子およびその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4193616A JP3058515B2 (ja) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | 超電導ジョセフソン素子およびその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0645662A true JPH0645662A (ja) | 1994-02-18 |
| JP3058515B2 JP3058515B2 (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=16310906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4193616A Expired - Lifetime JP3058515B2 (ja) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | 超電導ジョセフソン素子およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3058515B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8720021B2 (en) | 2008-10-20 | 2014-05-13 | Uni-Charm Corporation | Method for increasing thickness of non-woven fabric and apparatus for implementing the same |
-
1992
- 1992-07-21 JP JP4193616A patent/JP3058515B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8720021B2 (en) | 2008-10-20 | 2014-05-13 | Uni-Charm Corporation | Method for increasing thickness of non-woven fabric and apparatus for implementing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3058515B2 (ja) | 2000-07-04 |
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