JPH0669555A - ジョセフソン接合素子 - Google Patents

ジョセフソン接合素子

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Publication number
JPH0669555A
JPH0669555A JP4241406A JP24140692A JPH0669555A JP H0669555 A JPH0669555 A JP H0669555A JP 4241406 A JP4241406 A JP 4241406A JP 24140692 A JP24140692 A JP 24140692A JP H0669555 A JPH0669555 A JP H0669555A
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JP
Japan
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josephson junction
superconductors
junction element
superconductor
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP4241406A
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English (en)
Inventor
Tomonori Watabe
智則 渡部
Kumiko Imai
久美子 今井
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易にかつ安定して作製できるジョセフソン
接合素子を提供する。 【構成】 互いに構成元素が異なる酸化物超電導体(例
えば、Y1 Ba2 Cu37-x 単結晶体1とBi2 Sr2
Ca1 Cu2y 単結晶体2)を、熱処理、もしくは
熱処理と加圧の併用によって、酸化物超電導体同志の弱
い結合及び/又は非超電導体からなる接合部を介して接
合したジョセフソン接合素子。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、容易にかつ確実に作製
することができるジョセフソン接合素子に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】ジョセフソン接合素子は、超高速性、低
消費電力性などの特性から、超電導磁気干渉素子(SQ
UID)や超大型コンピューターの論理素子・記憶素子
などへの応用が期待されている。また、近年発見された
高温超電導体は、液体窒素を寒剤とした簡易な冷却によ
って超電導特性を示すという利点があり、ジョセフソン
接合素子への応用が種々検討されている。
【0003】ジョセフソン接合素子は、超電導体同志の
弱い結合によって構成されるものであるが、接合部の構
造により、弱結合型とトンネル型の2種類に分けられ
る。弱結合型のジョセフソン接合素子は、超電導体同志
が直接に弱く結合されたものであり、代表的な例として
酸化物超電導体の粒界を利用するマイクロブリッジ型ジ
ョセフソン接合素子がある。また、トンネル型のジョセ
フソン接合素子は、超電導体が非超電導体層を介して接
合されたものであり、代表的な例として絶縁体層を介し
て超電導体が接合されたSIS型のジョセフソン接合素
子がある。また、ポイントコンタクト型のジョセフソン
接合素子は接触部に絶縁体(非超電導体)が介在するか
否かで、弱結合型かトンネル型かに分類される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の技
術において、液体窒素で冷却可能な高温超電導体をジョ
セフソン接合素子に使用することは、素子の小型化、安
定性、操作の簡便性の点から大きな利点がある。しか
し、高温超電導体を用いてジョセフソン接合素子を作製
するにしても、実際上、次のような問題があった。
【0005】上述した各型のジョセフソン接合素子の中
で、薄膜の堆積のみでジョセフソン接合を形成できるS
IS型のものは、素子の歩留、特性のばらつきを抑える
という点では有利である。しかし、高温超電導体である
酸化物超電導体を積層する場合、表面の平坦性の悪化
(超電導体の島状成長など不均一な成長や、高温超電導
体で必要な熱処理により平坦性が悪化する。)、基板の
選定(超電導体との整合性の良い基板でなければなら
ず、特定の基板上でしか成長しない。)、コヒーレンス
長が数十Åと短いといった問題があり、安定した特性の
ジョセフソン接合素子を得ることは困難であった。
【0006】一方、マイクロブリッジ型のジョセフソン
接合素子は、SIS型のように多層化の必要はないので
製造工程は簡単であるが、ブリッジのリンク長が理論上
数十Å程度(酸化物超電導体のコヒーレンス長に相当)
でなければならず、そのような微細なパターンを形成す
るのは現在の技術では実際上不可能である。
【0007】また、ポイントコンタクト型のジョセフソ
ン接合素子は、接合面積の制御が非常に困難で、ジョセ
フソン接合素子としての特性を得ることが難しい。
【0008】本発明は上記のような点に鑑みてなされた
ものであり、容易にかつ安定して作製できるジョセフソ
ン接合素子を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のジョセフソン接
合素子は、互いに構成元素が異なる酸化物超電導体が接
合されたものである。
【0010】
【作用】従来、ジョセフソン接合素子を作製するにあた
っては、トンネル型、弱結合型のいずれであっても同じ
組成の超電導体同志を接合していた。こうした中にあっ
て、本願発明者は、安定してジョセフソン接合を得る手
段を鋭意検討した結果、構成元素の異なる超電導体同志
を接合することによってジョセフソン接合が安定して得
られることを見いだし、本発明をなすに至った。
【0011】本発明に係るジョセフソン接合素子は、構
成元素の異なる酸化物超電導体同志を接触させ、加熱な
いしは加圧と加熱の併用によって接合することによって
作製できる。この方法によれば容易にかつ確実に接合部
にジョセフソン接合を生じさせることができる。ただ
し、加圧による接合は、超電導体や基板を破壊すること
もあり、試料形状などにも制限があるため、熱処理を主
とした接合方法を採用することが好ましい。
【0012】本発明によるジョセフソン接合素子の接合
部は、接合の条件によって、超電導体同志の弱結合にな
る場合も、構成元素の異なる超電導体間の反応によって
非超電導体が生成されてトンネル型となる場合もあり得
る。しかし、弱結合型の結合とトンネル型の結合とが、
できる限り混在しないような接合条件を選択することが
特性のばらつきを抑える点で重要である。
【0013】本発明で用いる超電導体は、多結晶、単結
晶のいずれでも良く、また、その形状も薄膜状、バルク
状のいずれであっても良いが、特にバルク状は加工が容
易でありメリットが大きい。
【0014】接合部については、接合面積が広すぎると
弱結合型の接合部を形成するには不適当であることに留
意が必要である。また、トンネル型の接合を形成するた
めには、接合面に化合物が介在するように、超電導体同
志を充分に反応させながら接合する必要がある。
【0015】本発明で使用される酸化物超電導体材料と
しては、具体的には、Y1 Ba2 Cu37-x で表され
る複合酸化物、もしくはこの複合酸化物のYをHo,E
r等のランタノイド元素により置換した組成を有する複
合酸化物と、Bi2 Sr2 Ca1 Cu2y 、Bi2
2 Ca2 Cu310-Z、Tl2 Ba2 Ca1 Cu2y
、Tl2 Ba2 Ca2 Cu310-z、およびこれらの
複合酸化物にPbを添加したものとの組み合わせなどが
挙げられる。
【0016】また、接合処理の際の温度は、組み合わせ
た超電導体の少なくとも一方の超電導体がわずかに軟化
する程度の温度が好ましい。なお、接合する超電導体は
必ずしも2種類でなくとも良く、3種類以上の組成の超
電導体を接合しても良いものである。この場合も、少な
くとも1種類の超電導体がわずかに軟化する温度で接合
することが望ましい。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 実施例1 Y1 Ba2 Cu37-x 粉末を酸素雰囲気中、960℃
で溶融した後、同雰囲気中で1分間に0.1℃程度の冷
却速度で徐冷して、1.1mm×1.4mm×0.35
mm程度の単結晶を作製した。次にBi2 Sr2 Ca1
Cu2y 粉末を酸素雰囲気中、920℃で溶融した
後、同雰囲気中で1分間に0.1℃以下の冷却速度で徐
冷して、1.3mm×1.4mm×0.15mm程度の
単結晶を作製した。
【0018】次いで、図1(a)に示すように、Y1
2 Cu37-x の単結晶1とBi2 Sr2 Ca1 Cu
2y の単結晶2(図中黒く塗りつぶした部分が単結晶
1、2)を銀板3上で接触させ、固定した後、酸素雰囲
気中で865℃、10分間熱処理して接合した。その
後、酸素雰囲気中で770℃まで1分間に0.2℃、4
50℃まで1分間に1℃の冷却速度で徐冷し、更に、窒
素雰囲気中で450℃、20分間の熱処理をして炉から
取り出した。
【0019】続いて、炉から取り出した試料の接合部を
切削加工し、更に電子ビーム描画によるフォトリソグラ
フィー・エッチングの手法で接合部をブリッジ形状に成
形しした。その後、所定の箇所にAuを蒸着して、図1
(b)に示すように電極5を4箇所に形成し、ジョセフ
ソン接合素子を得た。なお、接合部4の面積は0.2m
m×0.2mm程度であった。
【0020】以上のようにして作製されたジョセフソン
接合素子を液体窒素温度77Kに冷却し、定電流源を用
いてバイアス電流と発生電圧の関係を調べた。その結果
を図2に示す。図2において縦軸はジョセフソン接合素
子の電極5に印加したバイアス電流値、横軸は電圧電極
間の発生電圧を示す。図に示されるように、臨界電流I
C までは発生電圧は0Vであり、臨界電流IC を越える
と電圧が発生し、以後常電導電流が流れる。
【0021】また、上記の条件下で、ジョセフソン接合
素子の接合部4に10.8GHzのマイクロ波を照射し
たところ、その電流−電圧曲線に25μV毎のシャピロ
ステップ(階段状の電流−電圧曲線で1段は25μV)
が観測され、ジョセフソン接合効果を有することが確認
された。
【0022】実施例2 Y1 Ba2 Cu37-x 粉末、Bi2 Sr2 Ca1 Cu
2y 粉末をそれぞれ5000kg/cm2 で圧粉し、
10mm×3mm×1mmの短冊状に成形した後、実施
例1と同様にそれぞれの成形体を熱処理して多結晶焼成
体を作製した。続いて、両多結晶焼成体の端部を成形し
て接触させ、実施例1と同様の熱処理を行って両者を接
合した。その後、実施例1と同様に徐冷、窒素雰囲気中
での熱処理を行った後、電子ビーム描画によるフォトリ
ソグラフィー・エッチングの手法で接合部14を図3に
示すように成形した。本実施例では、図に示されるよう
に、接合部(ブリッジ)14の厚さをバンク部6a,6
bより薄くした可変厚ブリッジ型の構造とした。なお、
接合部14の断面積は0.4mm×0.3mm程度であ
った。
【0023】以上のようにして作製したジョセフソン接
合素子について、実施例1と同様にして電極15を形成
してバイアス電流と発生電圧の関係を測定した。その結
果を図4に示す。図2の場合と同様に、臨界電流IC
では発生電圧は0Vである。
【0024】また、実施例1と同様にマイクロ波を照射
したところ、電流−電圧曲線にシャピロステップが観察
され、ジョセフソン接合効果を有することが確認され
た。
【0025】実施例3 実施例2と同様にY1 Ba2 Cu3x 及びBi2 Sr
2 Ca1 Cu2y の超電導体の多結晶焼成体を作製
し、実施例2と同様に端部を成形した。次に、両多結晶
焼成体の端部を接触させ、酸素雰囲気中で実施例1、2
よりも高温の850℃で、10分間接合処理を行った。
その後、実施例1と同様の接合後の熱処理を行った。
【0026】続いて、実施例2と同様に接合部を加工
し、Au電極を成形して、得られたジョセフソン接合素
子についてバイアス電流と発生電圧の関係を測定した。
その結果を図5に示す。図2、図3と同様に臨界電流I
C までは発生電圧は0Vである。また、実施例1と同様
に、マイクロ波を照射したところ、電流−電圧曲線にシ
ャピロステップが観察され、ジョセフソン接合効果を有
することが確認された。
【0027】この実施例3で得られたジョセフソン接合
素子は、実施例1、2のものと比較して接合の強度が大
きく、接合面で超電導体同志が反応して化合物が生成し
たものと考えられる。
【0028】比較例 Bi2 Sr2 Ca1 Cu2y と構成元素が同じで組成
の異なるBi2 Sr2Ca2 Cu3z 、及びPbを添
加した(Bi0.95Pb0.05)Sr2 Ca2 Cu3z
それぞれについて多結晶バルク試料を作製し、これらを
用いて実施例2と同様に接合、熱処理、接合部の成形を
行った。しかし完全に超電導体同志が接合され、液体窒
素温度に冷却してマイクロはを照射してもシャピロステ
ップは認められず、ジョセフソン接合効果は有していな
かった。
【0029】
【発明の効果】以上のように本発明のジョセフソン接合
素子は、互いに構成元素が異なる酸化物超電導体が接合
された構成をなしているので、予め作製しておいた超電
導体を簡易な方法で接合するだけで確実にジョセフソン
接合を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は実施例1のジョセフソン接合素子の製
造工程を説明するための模式的な斜視図、(b)は実施
例1のジョセフソン接合素子の模式的な斜視図である。
【図2】実施例1のジョセフソン接合素子の電流−電圧
特性を示すグラフである。
【図3】実施例2のジョセフソン接合素子の模式的な斜
視図である。
【図4】実施例2のジョセフソン接合素子の電流−電圧
特性を示すグラフである。
【図5】実施例3のジョセフソン接合素子の電流−電圧
特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1…Y1 Ba2 Cu37-x 単結晶、2…Bi2 Sr2
Ca1 Cu2y 単結晶、3…銀板、4,14…接合
部、5,15…電極、6a,6b…バルク部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに構成元素が異なる酸化物超電導体
    が接合されてなるジョセフソン接合素子。
JP4241406A 1992-08-19 1992-08-19 ジョセフソン接合素子 Pending JPH0669555A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4241406A JPH0669555A (ja) 1992-08-19 1992-08-19 ジョセフソン接合素子

Applications Claiming Priority (1)

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JP4241406A JPH0669555A (ja) 1992-08-19 1992-08-19 ジョセフソン接合素子

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JPH0669555A true JPH0669555A (ja) 1994-03-11

Family

ID=17073815

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4241406A Pending JPH0669555A (ja) 1992-08-19 1992-08-19 ジョセフソン接合素子

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JP (1) JPH0669555A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107123730A (zh) * 2017-04-12 2017-09-01 南京大学 一种Bi2Sr2CaCu2O8单个约瑟夫森表面结的制备方法

Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107123730A (zh) * 2017-04-12 2017-09-01 南京大学 一种Bi2Sr2CaCu2O8单个约瑟夫森表面结的制备方法

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