JPH0669107B2 - ジヨセフソン接合素子及びその製法 - Google Patents

ジヨセフソン接合素子及びその製法

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JPH0669107B2
JPH0669107B2 JP61031653A JP3165386A JPH0669107B2 JP H0669107 B2 JPH0669107 B2 JP H0669107B2 JP 61031653 A JP61031653 A JP 61031653A JP 3165386 A JP3165386 A JP 3165386A JP H0669107 B2 JPH0669107 B2 JP H0669107B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ジョセフソン接合素子及びその製法に関す
る。
従来の技術 ジョセフソン接合素子として、従来、単結晶絶縁性乃至
半絶縁性体基板上に形成された第１の超伝導体層と、そ
の第１の超伝導体層上に超伝導トンネル電流を流し得る
厚さの絶縁層でなるバリア層を介して形成された第２の
超伝導体層とを有する構成のジョセフソン接合素子が提
案されている。
このような構成を有するジョセフソン接合素子の場合、
第１の超伝導体層は、単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板
上に形成されているので、エピタキシャル成長法によっ
て、単結晶超伝導体層でなるものとして形成し得る。第
１の超伝導体層が、このように単結晶超伝導体層でなる
ものとして形成されている場合、その第１の単結晶超伝
導体層は、内部に、多結晶超伝導体層がその多数の結晶
界面に有しているような超伝導電流に対してバリアにな
るような層を有していないので、良好な電極層として作
用する。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述した従来のジョセフソン接合素子の
場合、そのバリア層が絶縁層でなるので、第２の超伝導
体層は、爾後単結晶化処理を施さない限り、単結晶超伝
導体層でなるものとして形成されず、多結晶超伝導体層
でなるものとして形成される。第１の超伝導体層が、こ
のように多結晶超伝導体層でなるものとして形成されて
いる場合、その第１の超伝導体層は、内部に、超伝導電
流に対してバリアになる層を、多数の結晶界面に有して
いるので、良好な電極層として作用しない。また、第１
の超伝導体層と、単結晶化処理によって、単結晶超伝導
体層でなるものとして形成する場合、その単結晶化処理
は熱処理であるのを普通とする。
第１の超伝導体層を、このような熱処理によって、単結
晶超伝導体層でなるものとして形成する場合、バリア層
が熱によって損傷を受けるため、ジョセフソン接合素子
を歩留り良く、所期の良好な特性を有するものとして製
造することが困難である。
問題点を解決するための手段 よって、本発明は、上述した欠点のない、新規なジョセ
フソン接合素子、及びその製法を提案せんとするもので
ある。
本発明によるジョセフソン接合素子は、次の構成を有す
る。
すなわち、第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体
板部を有し、それらが連接して合体している単結晶絶縁
性乃至半絶縁性体基板を有する。この場合、第１及び第
２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部は、それらの互に
対応している結晶基本併進ベクトルが、第１及び第２の
単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部に対して共通の結晶座
標上でみて、互に異なるように連接している。また、単
結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板の第１及び第２の単結晶
絶縁性乃至半絶縁性体板部は金属酸化物でなり得、ま
た、その金属酸化物は、チタン酸ストロンチウム（SrTi
O3）でなり得る。
また、上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板の第１及び
第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部上にそれぞれ形
成されている第１及び第２の単結晶超伝導体層を有す
る。この場合、第１及び第２の単結晶超伝導体層は、そ
れらの互に対応している結晶基本併進ベクトルをして、
第１及び第２の単結晶超伝導体層に対して共通の結晶座
標上でみて、上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板の第
１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部が、それ
らの互に対応している結晶基本併進ベクトルをして異な
るように連接しているのに対応して、互に異なるよう
に、上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板の第１及び第
２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部の連接線上におい
て連接し、且つその連接面に沿って超伝導トンネル電流
を流し得る厚さのバリア層を形成している。また、上記
第１及び第２の単結晶超伝導体層は、半金属でなり得、
また、その半金属は、金属酸化物でなり得、そして、そ
の金属酸化物は、鉛ビスマス酸バリウム（BaPb１−ｘBi
ｘ０、０＜ｘ＜0.35）でなり得る。
以上が、本発明によるジョセフソン接合素子の構成であ
る。
また、本発明によるジョセフソン接合素子の製法は、次
の工程をとって、上述した本発明によるジョセフソン接
合素子を製造する。
すなわち、第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体
板部を有し、それらが、それらの互に対応する結晶基本
併進ベクトルをして、互に異なるように連接して合体し
ている単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板を用意する工程
をとる。
この場合、単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板は、爾後そ
れぞれ上記第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体
板部になる第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体
ブロックを、それら互に対応している結晶基本併進ベク
トルが、上記第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性
体板部に対して共通結晶座標上でみて、互に異なるよう
に、連接させた状態に合体させて、単結晶絶縁性乃至半
絶縁性体ブロック体を得、次に、その単結晶絶縁性乃至
半絶縁性体ブロック体に対する切断処理によって得るこ
とができる。また、単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロッ
ク体は、上記第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性
体ブロックの互に連接される面をそれぞれ平らな鏡面に
仕上げし、次に、上記第１及び第２の単結晶絶縁性乃至
半絶縁性体ブロックの鏡面のいずれか一方または双方上
に金属膜を被着し、そして、上記第１及び第２の単結晶
絶縁性乃至半絶縁性体ブロックを、それらの上記鏡面が
上記金属膜を介して連接するように合体させて得ること
ができる。さらに、上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基
板の第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部
は、金属酸化物でなり得、また、その金属酸化物は、チ
タン酸ストロンチウム（SrTiO3）でなり得る。また、上
記金属膜は銅でなり得る。
次に、上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板上に、エピ
タキシャル成長法によって、上記単結晶絶縁性乃至半絶
縁性体基板の第１の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部上
の第１の単結晶超伝導体層と、上記単結晶絶縁性乃至半
絶縁性体基板の第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部
上の第２の単結晶超伝導体層とを同時に形成する工程を
とる。この場合、第１及び第２の単結晶超伝導体層は、
それらの互に対応している結晶基本併進ベクトルをし
て、第１及び第２の単結晶超伝導体層に対して共通の結
晶座標上でみて、上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板
の第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部が、
それらの互に対応している結晶基本併進ベクトルをして
互に異なるように連接しているのに対応して、互に異な
るように連接し、且つその連接面に沿って超伝導トンネ
ル電流を流し得る厚さのバリア層を形成している状態に
形成される。また、第１及び第２の単結晶超伝導体層
は、半金属でなり得、また、その半金属は、金属酸化物
でなり得、そして、その金属酸化物は、鉛ビスマス酸バ
リウム（BaPb１−ｘBiｘＯ、０＜ｘ＜0.35）でなり得
る。
以上のようにして、上述した本発明によるジョセフソン
接合素子を製造する。
作用・効果 本発明によるジョセフソン接合素子によれば、その第１
の単結晶超伝導体層が、前述した従来のジョセフソン接
合素子の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板上に形成され
た第１の超伝導体層に対応し、また、第２の単結晶超伝
導体層が、前述した従来のジョセフソン接合素子の第１
の超伝導体層上にバリア層を介して形成された第２の超
伝導体層に対応し、さらに、第１及び第２の単結晶超伝
導体層がそれらの連接面に沿って形成しているバリア層
が、前述した従来のジョセフソン接合素子のバリア層に
対応している。このため、前述した従来のジョセフソン
接合素子と同様の電流−電圧特性を呈し、そして、前述
した従来のジョセフソン接合素子と同様に、ジョセフソ
ン接合素子としての機能を呈する。
また、本発明によるジョセフソン接合素子の場合、その
第１の単結晶超伝導体層が、字句通り単結晶超伝導体層
でなるので、前述した従来のジョセフソン接合素子の第
１の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板上に形成された第
１の超伝導体層が単結晶超伝導体層である場合と同様
に、内部に、多結晶超伝導体層がその多数の結晶界面に
有しているような超伝導電流に対してバリアになるよう
な層を有していないので、良好な電極層として作用す
る。
しかしながら、本発明によるジョセフソン接合素子の場
合、前述した従来のジョセフソン接合素子の第１の超伝
導体層上にバリア層を介して形成されている第２の超伝
導体層に対応している第２の単結晶超伝導体層も、字句
通り単結晶超伝導体層であるので、第１の単結晶超伝導
体層と同様に、良好な電極層として作用する。
また、第１及び第２の単結晶超伝導体層は、それらがそ
れぞれ単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板の第１及び第２
の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部上に形成されている
ので、それら第１及び第２の単結晶超伝導体層の双方
を、エピタキシャル成長法によって、容易に形成するこ
とができる。
さらに、バリア層は、第１及び第２の単結晶超伝導体層
によって、それらの連接面に沿って形成されているが、
そのバリア層は、第１及び第２の連接面に沿って捕捉さ
れている電子によるポテンシャルバリア層でなる。従っ
て、バリア層は、従来のジョセフソン接合素子の場合の
ようにバリア層としての絶縁層を用いることなしに、第
１及び第２の単結晶超伝導体層の連接面に沿って形成さ
れている。このため、バリア層を形成するために、従来
のジョセフソン接合素子の場合のように絶縁層を形成す
る必要がなく、また、バリア層を、第１及び第２の単結
晶超伝導体層を形成すると同時に、容易に形成すること
ができる。
また、本発明によるジョセフソン接合素子の製法によれ
ば、第１及び第２の単結晶超伝導体層がそれぞれ単結晶
絶縁性乃至半絶縁性体基板の互に連接している第１及び
第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部上に形成される
ので、それら第１及び第２の単結晶超伝導体層を、エピ
タキシャル成長法によって、互に連接しているものとし
て、容易に形成することができる。また、第１及び第２
の単結晶超伝導体層は、それらの互に連接している連接
面に沿ってバリア層を形成している状態に形成される。
この場合、バリア層は、それらの互に対する結晶基本併
進ベクトルが、第１及び第２の単結晶超伝導体層に対し
て共通の結晶座標上でみて、互に異なるように、連接し
て形成されることによって、それら第１及び第２の単結
晶超伝導体層の連接面に沿って、第１及び第２の単結晶
超伝導体層の互に対応する結晶基本併進ベクトルの差の
値に応じた量の転位が生じ、その転位量に応じて、第１
及び第２の単結晶超伝導体層の連接面に沿って、電子が
捕捉されるという機構で形成される電子によるポテンシ
ャルバリア層でなるものとして形成される。従って、バ
リア層を、それを形成するための特別の工程をとること
なしに、容易に形成することができる。
従って、本発明によるジョセフソン接合素子の製法によ
れば、第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部
を有する単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板を予め用意し
ておけば、その単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板上に、
エピタキシャル成長法によって、容易に、第１及び第２
の単結晶超伝導体層とそれら間のバリア層とを形成する
ことができ、従って、上述した本発明によるジョセフソ
ン接合素子を容易に製造することができる。
実施例 次に、第１図を伴なって、本発明によるジョセフソン接
合素子の実施例及びその製法の実施例を、本発明による
ジョセフソン接合素子の製法の実施例で述べよう。
まず、第１図Ａに示すように、第１及び第２の単結晶絶
縁性乃至半絶縁性体ブロック1A及び1Bを用意する。これ
ら第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック
1A及び1Bは、例えば金属酸化物でなる例えばチタン酸ス
トロンチウム（SrTiO3）でなる。
第１の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック1Aは、平ら
な上面2Aと、平らな側面3Aとを有し、そして、その上面
2Aは、チタン酸ストロンチウム結晶の（100）面または
（110）面を有し、また、側面3Aは、それと直交する面
でみて、チタン酸ストロンチウム結晶の（010）面の方
位との間に、＋θの角を保っている面を有している。こ
の場合、角＋θは＋45゜以下の例えば＋45゜／２または
＋45゜／４の値を有する。
また、第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック1B
も、平らな上面2Bと、平らな側面3Bとを有し、そして、
その上面2Bは、第１の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロ
ック1Aの上面2Aと同様に、チタン酸ストロンチウム結晶
の（100）面または（110）面を有している。しかしなが
ら、側面3Bは、それと直交する面でみて、チタン酸スト
ロンチウム結晶の（010）面の方位との間に、−θの角
を保っている面を有している。この場合、角−θは、絶
対値が例えば第１の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロッ
ク1Aの場合と等しい、−45゜／２または−45゜／４の値
を有している。
次に、第１図Ｂに示すように、第１の単結晶絶縁性乃至
半絶縁性体ブロック1Aについて、その側面3Aを平らな鏡
面4Aに仕上げし、また、第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁
性体ブロック1Bについても、その側面3Bを平らな鏡面4A
に仕上げする。
次に、第１図Ｃに示すように、第１の単結晶絶縁性乃至
半絶縁性体ブロック1Aについて、その側面3Aとしての平
らな鏡面4A上に、例えば銅でなる金属膜5Aを例えば500
〜1000Åの厚さに、それ自体は公知の例えば蒸着法によ
って形成する。また、第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性
体ブロック1Bについても、その側面3Bとしての平らな鏡
面4B上に、第１の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック
1Aの金属層5Aと同様の金属膜5Bを同様に形成する。
次に、第１図Ｄに示すように、第１及び第２の単結晶絶
縁性乃至半絶縁性体ブロック1A及び1Bの側面3A及び3Bと
しての鏡面4A及び4Bを、金属膜5A及び5Bを介して、圧力
をかけて、連接させ、その状態で金属層5A及び5Bが熔融
する例えば900℃の温度に加熱させることによって、第
１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック1A及
び1Bを、それらの側面3A及び3Bとしての鏡面4A及び4Bが
金属膜5A及び5Bによる金属膜5Cを介して連接するよう
に、且つそれらの上面2A及び2Bがそれに共通の平らな面
上にあるように合体させ、よって、単結晶絶縁性乃至半
絶縁性体ブロック体６を得る。
この単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック体６を構成し
ている第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロ
ック1A及び1Bの上面2A及び2Bは、上述したようにチタン
酸ストロンチウム結晶の（100）面または（110）面を有
し、そして共通の平面上にあるので、それら第１及び第
２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック1A及び1Bに対
して共通のXYZ結晶座標上でみて、チタン酸ストロンチ
ウム結晶（100）面または（110）面に関する結晶基本併
進ベクトルを互に等しくしている。しかしながら、第１
及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック1A及び
1Bの側面3A及び3Bとしての鏡面4A及び4Bは、上述したよ
うに、それと直交している面でみて、チタン酸ストロン
チウム結晶の（010）面の方位との間に、それぞれ＋θ
及び−θの角を保っている面を有しているので、上述し
た第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック
1A及び1Bに対して共通のXYZ結晶座標上でみて、チタン
酸ストロンチウム結晶の（010）面に関する結晶基本併
進ベクトルを互に異にしている。
次に、第１図Ｅに示すように、第１及び第２の単結晶絶
縁性乃至半絶縁性体ブロック1A及び1Bを有する単結晶絶
縁性乃至半絶縁性体ブロック体６を、上述した第１及び
第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック1A及び1Bに
対して共通のXYZ結晶座標上でみた、上述したチタン酸
ストロンチウム結晶の（100）面または（110）面に関す
る結晶基本併進ベクトルと直交する面と平行な複数の面
に沿って、それ自体は公知の切断手段を用いて順次切断
し、よって、第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性
体ブロック1A及び1Bから得られた第１及び第２の単結晶
絶縁性乃至半絶縁性体板部10A及び10Bを有し、それら第
１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部10A及び1
0Bが互に連接して合体している複数の単結晶絶縁性乃至
半絶縁性体基板11を、例えば約0.3mmの厚さに得る。
この場合、第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体
板部10A及び10Bは、第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半
絶縁性体ブロック1A及び1Bの上面2A及び2Bに対応してい
る上面12A及び12Bを有する。それら上面12A及び12Bは、
それらがそれぞれ第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶
縁性体ブロック1A及び1Bの上面2A及び2Bに対応している
ので、チタン酸ストロンチウム結晶の（100）面または
（110）面でなり、従って、上述した共通のXYZ結晶座標
上でみて、上述したチタン酸ストロンチウム結晶の（10
0）面または（110）面に関する結晶基本併進ベクトルを
互に等しくしている。
また、第１及び第２のの単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板
部10A及び10Bは、第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶
縁性体ブロック1A及び1Bの側面3A及び3Bとしての鏡面4A
及び4Bに対応している、側面13A及び13Bとしての鏡面14
A及び14Bを有する。それら鏡面14A及び14Bは、それらが
それぞれ第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブ
ロック1A及び1Bの鏡面4A及び4Bに対応しているので、鏡
面14A及び14Bと直交する面でみて、チタン酸ストロンチ
ウム結晶の（010）面の方位との間にそれぞれ＋θ及び
−θの角を保ち、従って、上述した共通のXYZ結晶座標
上でみて、上述したチタン酸ストロンチウム結晶の（01
0）面に関する結晶基本併進ベクトルを互に異にしてい
る。
さらに、第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板
部10A及び10Bは、それらの鏡面14A及び14Bが、単結晶絶
縁性乃至半絶縁性体ブロック体６の金属層5Cに対応して
いる金属層15Cを介して連接するように、合体されてい
る。
次に、第１図Ｆに示すように、単結晶絶縁性乃至半絶縁
性体基板11を例えば550〜650℃の温度に加熱した状態
で、その単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板11上に、半金
属としてのBaPb１−ｘBiｘO3（ただし０＜ｘ＜0.35）の
組成を有する鉛ビスマス酸バリウムでなる金属酸化物
を、例えばBa（Pb１−ｘBiｘ）ｙO3、（ただし、ｙ＝1.
3〜1.5）の組成を有する鉛ビスマス酸バリウムでなる金
属酸化物のスパッタリングによって堆積させ、そして、
単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板11を構成している第１
及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部10A及び10B
のそれぞれ上の、半金属としてのBaPb１−ｘBiｘO3の組
成を有する鉛ビスマス酸バリウムでなる金属酸化物の第
１及び第２の単結晶超伝導体層20A及び20Bを、エピタキ
シャル成長法によって、例えば2000〜5000Åの厚さに形
成する。
この場合、第１及び第２の単結晶超伝導体層20A及び20B
は、第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロッ
ク10A及び10Bの連接線上において互に連接して形成され
る。
また、第１及び第２の単結晶超伝導体層20A及び20Bは、
それらが第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板
部10A及び10B上にエピタキシャル成長法によってそれぞ
れ形成されるので、それらの表面22A及び22Bを、ともに
鉛ビスマス酸バリウム（BaPb１−ｘBiｘO3）結晶の（10
0）面または（110）面として形成され、従って、それら
表面22A及び22Bを、第１及び第２の単結晶超伝導体層に
対して共通の上述したXYZ結晶座標上でみて、鉛ビスマ
ス酸バリウム結晶の（100）面または（110）面に関する
結晶基本併進ベクトルを互に等しくして形成される。
さらに、第１及び第２の単結晶超伝導体層20A及び20B
は、その鉛ビスマス酸バリウム結晶の（010）面の方位
が第１及び第２の単結晶超伝導体層20A及び20の連接面
に対して直交する面からみて、それぞれ＋θ及び−θの
角を保っているものとして形成され、従って、上述した
共通のXYZ結晶座標上でみて、鉛ビスマス酸バリウム結
晶の（010）面に関する結晶基本併進ベクトルを互に異
にして形成される。
また、第１及び第２の単結晶超伝導体層20A及び20Bは、
それらの連接面に沿って超伝導電流を流し得る厚さのバ
リア層24を形成させて、形成される。
このバリア層24は、第１及び第２の単結晶超伝導体層20
A及び20Bが、鉛ビスマス酸バリウム結晶の（010）面に
関する結晶基本併進ベクトルを互に異にして、互に連接
して形成されるので、第１及び第２の単結晶超伝導体層
20A及び20B間の連接面に沿って、第１及び第２の単結晶
超伝導体層20A及び20Bの上述した鉛ビスマス酸バリウム
結晶の（010）面に関する結晶基本併進ベクトルの差の
値に応じた量の転位が生じ、その転位量に応じて、第１
及び第２の単結晶超伝導体層20A及び20Bの連接面に沿っ
て、電子が捕捉されるという機構で形成される電子によ
るポテンシャルバリア層でなるものとして形成される。
この場合、第１及び第２の単結晶超伝導体層20A及び20B
の鉛ビスマス酸バリウム結晶の（010）面に関する結晶
基本併進ベクトルの差は、２θで与えられ、45゜または
45゜／２の値を有している。
また、バリア層24は、第１及び第２の単結晶超伝導体層
20A及び20Bの連接面に沿って捕捉された電子の数ＮＳに
比例し、第１及び第２の単結晶超伝導体層20A及び20Bの
誘電率εに反比例するバリアの高さφＢに形成される。
バリア層24は、第１及び第２の単結晶超伝導体層20A及
び20Bとして、誘電率εが例えば約16のものを用い得る
ので、例えば、2eVのバリアの高さφＢに形成し得る。
さらに、バリア層24は、上述したバリアの高さφＢと、
第１及び第２の単結晶超伝導体層20A及び20Bの誘電率ε
と、第１及び第２の単結晶超伝導体層20A及び20Bにおけ
る自由電子の密度ｎと、電子の電荷ｅとによって、（２
ε・φＢ／e2・ｎ）１／２で与えられる厚さｄに形成さ
れる。従って、バリア層24は、第１及び第２の単結晶超
伝導体層20A及び20Bとして、誘電率εが上述したように
例えば16であり、また、自由電子の密度ｎが約1022個／
cm3であるものを用い得るので、例えば約10Åの厚さｄ
に形成し得る。
以上が、本発明によるジョセフソン接合素子の製法の実
施例である。
このような本発明によるジョセフソン接合素子の製法に
よれば、第１及び第２の単結晶超伝導体層20A及び20B
を、８〜9.5Kの超伝導転移温度を有するものとして形成
することができた。
また、このような第１及び第２の単結晶超伝導体層20A
及び20Bを有するジョセフソン接合素子を、零電圧状態
において、第２図中符号31で示しているような電流
（Ａ）−電圧（Ｖ）特性を呈し、また、有電圧状態にお
いて、第２図中符号33で示しているような電流（Ａ）−
電圧（Ｖ）特性を呈し、第１及び第２の単結晶超伝導体
層20A及び20Bが、BaPb0.7Bi0.3O3の組成を有する鉛ビス
マス酸バリウムでなり、そして、第１及び第２の単結晶
超伝導体層20A及び20Bの上述した共通のXYZ結晶座標上
でみた鉛ビスマス酸バリウム結晶に関する結晶基本併進
ベクトルの差２θが45゜である場合、2.5×103A／cm2程
度の臨界超伝導電流密度を有し、また、上述した差２θ
が45゜／２である場合、1.0×104A／cm2程度の臨界超伝
導電流密度を有するものとして製造することができた。
なお、上述においては、本発明によるジョセフソン接合
素子、及びその製法の一例を示したに留まり、例えば、
第１図Ｃの工程において、例えば第２の単結晶絶縁性乃
至半絶縁性体ブロック1Bの金属膜5Bを省略し、第１図Ｆ
に示すと同様にジョセフソン接合素子を製造することも
できる。
また、予め用意される第１及び第２の単結晶絶縁性乃至
半絶縁性体ブロック1A及び1Bも、チタン酸ストロンチウ
ム以外の金属酸化物、金属酸化物以外の材料でなるもの
を用いることもできる。
さらに、第１及び第２の単結晶超伝導体層20A及び20B
は、それが上述した鉛ビスマス酸バリウムでなる金属酸
化物のような半金属でなる場合、その第１及び第２の単
結晶超伝導体層20A及び20Bにおける自由電子の密度が、
大きくても、1022個／cm3程度であって、金属に比べて
１桁以上も低いので、上述した第１及び第２の単結晶超
伝導体層20A及び20B間のバリア層24を容易に形成するこ
とができるという意味で、上述した鉛ビスマス酸バリウ
ムでなる金属酸化物のような半金属でなるのを可とす
る。しかしながら、第１及び第２の単結晶超伝導体層20
A及び20Bは、鉛ビスマス酸バリウム以外の金属酸化物で
なる半金属、金属酸化物以外の半金属、半金属以外の金
属でなるものとして形成することもできる。
その他、本発明の精神を脱することなしに種々の変型、
変更をなし得るであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図Ａ〜第１図Ｆは、本発明によるジョセフソン接合
素子及びその製法の実施例を、本発明によるジョセフソ
ン接合素子の製法の実施例で示す、その順次の工程にお
ける略線的斜視図である。 第２図は、本発明によるジョセフソン接合素子の電流
（Ａ）−電圧（Ｖ）特性を示す図である。 1A,1B……単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック 2A,2B……単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック1A,1Bの
上面 3A,3B……単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック1A,1Bの
側面 4A,4B……鏡面 5A,5B,5C……金属膜 ６……単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック体 10A,10B……単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部 11……単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板 12A,12B……単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部10A,10Bの
上面 13A,13B……単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部10A,10Bの
側面 14A,14B……鏡面 20A,20B……単結晶超伝導体層 22A,22B……単結晶超伝導体層20A,20Bの表面 24……バリア層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田 研 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話株式会社茨城電気通信研 究所内 (72)発明者 森脇 和幸 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話株式会社茨城電気通信研 究所内 (56)参考文献 特開 昭60−65583（ＪＰ，Ａ)

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性
    体板部を有し、それらが、それらの互に対応している結
    晶基本併進ベクトルをして、上記第１及び第２の単結晶
    絶縁性乃至半絶縁性体板部に対して共通の結晶座標上で
    みて、互に異なるように、連接して合体している単結晶
    絶縁性乃至半絶縁性体基板と、 上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板の第１及び第２の
    単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部上にそれぞれ形成され
    ている第１及び第２の単結晶超伝導体層を有し、 上記第１及び第２の単結晶超伝導体層は、それらの互に
    対応している結晶基本併進ベクトルをして、上記第１及
    び第２の単結晶超伝導体層に対して共通の結晶座標上で
    みて、上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板の第１及び
    第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部が、それらの互
    に対応している結晶基本併進ベクトルをして互に異なる
    ように連接しているのに対応して、互に異なるように、
    上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板の第１及び第２の
    単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部の連接線上において連
    接し、且つその連接面に沿って超伝導トンネル電流を流
    し得る厚さのバリア層を形成していることを特徴とする
    ジョセフソン接合素子。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のジョセフソン
    接合素子において、 上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板の第１及び第２の
    単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部が金属酸化物であるこ
    とを特徴とするジョセフソン接合素子。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項記載のジョセフソン
    接合素子において、 上記金属酸化物がチタン酸ストロンチウム（SrTiO3）で
    なることを特徴とするジョセフソン接合素子。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載のジョセフソン
    接合素子において、 上記第１及び第２の単結晶超伝導体層が半金属でなるこ
    とを特徴とするジョセフソン接合素子。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項記載のジョセフソン
    接合素子において、 上記半金属が金属酸化物でなることを特徴とするジョセ
    フソン接合素子。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第５項記載のジョセフソン
    接合素子において、 上記金属酸化物が鉛ビスマス酸バリウム（BaPb１−ｘBi
    ｘO3、Ｏ＜ｘ＜0.35）でなることを特徴とするジョセフ
    ソン接合素子。
  7. 【請求項７】第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性
    体板部を有し、それらが、それらの互に対応している結
    晶基本併進ベクトルをして、上記第１及び第２の単結晶
    絶縁性乃至半絶縁性体板部に対して共通の結晶座標上で
    みて、互に異なるように、連接して合体している単結晶
    絶縁性乃至半絶縁性体基板を用意する工程と、 上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板上に、エピタキシ
    ャル成長法によって、上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体
    基板の第１の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部上の第１
    の単結晶超伝導体層と、上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性
    体基板の第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部上の第
    ２の単結晶超伝導体層とを、それらの互に対応している
    結晶基本併進ベクトルをして、上記第１及び第２の単結
    晶超伝導体層に対して共通の結晶座標上でみて、上記単
    結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板の第１及び第２の単結晶
    絶縁性乃至半絶縁性体板部が、それらの互に対応してい
    る結晶基本併進ベクトルをして互に異なるように連接し
    ているのに対応して、互に異なるように連接し、且つそ
    の連接面に沿って超伝導トンネル電流を流し得る厚さの
    バリア層を形成している状態に、同時に形成する工程と
    を有することを特徴とするジョセフソン接合素子の製
    法。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第７項記載のジョセフソン
    接合素子の製法において、 上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板を用意する工程
    が、 爾後それぞれ上記第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶
    縁性体板部になる第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶
    縁性体ブロックを、それらの互に対応している結晶基本
    併進ベクトルが、上記第１及び第２の単結晶絶縁性乃至
    半絶縁性体板部に対して共通の結晶座標上でみて、互に
    異なるように、連接させた状態に合体させて、単結晶絶
    縁性乃至半絶縁性体ブロック体を得る工程と、 上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック体に対する切
    断処理によって、上記第１及び第２の単結晶絶縁性乃至
    半絶縁性体板部を有する上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性
    体基板を得る工程とを有することを特徴とするジョセフ
    ソン接合素子の製法。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲第８項記載のジョセフソン
    接合素子の製法において、 上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロック体を得る工程
    が、 上記第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロッ
    クの互に連接される面を平らな鏡面に仕上げする工程
    と、 上記第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロッ
    クの鏡面のいずれか一方または双方上に金属膜を被着す
    る工程と、 上記第１及び第２の単結晶絶縁性乃至半絶縁性体ブロッ
    クを、それらの上記鏡面が上記金属膜を介して連接する
    ように合体させる工程とを有することを特徴とするジョ
    セフソン接合素子の製法。
  10. 【請求項１０】特許請求の範囲第９項記載のジョセフソ
    ン接合素子の製法において、 上記金属膜が銅でなることを特徴とするジョセフソン接
    合素子の製法。
  11. 【請求項１１】特許請求の範囲第７項記載のジョセフソ
    ン接合素子の製法において、 上記単結晶絶縁性乃至半絶縁性体基板の第１及び第２の
    単結晶絶縁性乃至半絶縁性体板部が金属酸化物でなるこ
    とを特徴とするジョセフソン接合素子の製法。
  12. 【請求項１２】特許請求の範囲第11項記載のジョセフソ
    ン接合素子の製法において、 上記金属酸化物がチタン酸ストロンチウム（SrTiO3）で
    なることを特徴とするジョセフソン接合素子の製法。
  13. 【請求項１３】特許請求の範囲第７項記載のジョセフソ
    ン接合素子の製法において、 上記第１及び第２の単結晶超伝導体層が半金属でなるこ
    とを特徴とするジョセフソン接合素子の製法。
  14. 【請求項１４】特許請求の範囲第13項記載のジョセフソ
    ン接合素子の製法において、 上記半金属が金属酸化物でなることを特徴とするジョセ
    フソン接合素子の製法。
  15. 【請求項１５】特許請求の範囲第14項記載のジョセフソ
    ン接合素子の製法において、 上記金属酸化物が鉛ビスマス酸バリウム（BaPb１−ｘBi
    ｘO3、０＜ｘ＜0.35）でなることを特徴とするジョセフ
    ソン接合素子の製法。
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