JPH0697520A - 複合型ジョセフソン接合デバイスとその製造方法 - Google Patents
複合型ジョセフソン接合デバイスとその製造方法Info
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- JPH0697520A JPH0697520A JP4244679A JP24467992A JPH0697520A JP H0697520 A JPH0697520 A JP H0697520A JP 4244679 A JP4244679 A JP 4244679A JP 24467992 A JP24467992 A JP 24467992A JP H0697520 A JPH0697520 A JP H0697520A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ジョセフソン接合部分に結晶軸の制御された
結晶粒界を有しジョセフソン接合特性のばらつきを最小
とし、ジョセフソン接合部以外の場所の超電導性を単結
晶薄膜で均質化することにより電気的、磁気的雑音の影
響を最小にするジョセフソン接合デバイスを提供するこ
とを目的とする。 【構成】 超電導多結晶薄膜３により結晶粒界型ジョセ
フソン接合特性を保持し、超電導単結晶薄膜２ａ、２ｂ
によりジョセフソン接合以外の部分の超電導特性を保持
したジョセフソン接合デバイスとする。
結晶粒界を有しジョセフソン接合特性のばらつきを最小
とし、ジョセフソン接合部以外の場所の超電導性を単結
晶薄膜で均質化することにより電気的、磁気的雑音の影
響を最小にするジョセフソン接合デバイスを提供するこ
とを目的とする。 【構成】 超電導多結晶薄膜３により結晶粒界型ジョセ
フソン接合特性を保持し、超電導単結晶薄膜２ａ、２ｂ
によりジョセフソン接合以外の部分の超電導特性を保持
したジョセフソン接合デバイスとする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミック超電導薄膜を
用いた複合型ジョセフソン接合素子及びその製造方法に
関するものである。
用いた複合型ジョセフソン接合素子及びその製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年の薄膜形成技術の進展に伴い、超電
導セラミックの薄膜を基板上に形成して種々のセンサ類
を作製する試みがなされており、特に高感度の磁気セン
サを実現するためには超電導薄膜にジョセフソン接合を
作り込む必要がある。
導セラミックの薄膜を基板上に形成して種々のセンサ類
を作製する試みがなされており、特に高感度の磁気セン
サを実現するためには超電導薄膜にジョセフソン接合を
作り込む必要がある。
【０００３】このジョセフソン接合のうちでも、特に多
結晶型ジョセフソン接合を実現する方法としては、従
来、アモルファス薄膜をアニールにより再結晶化する方
法、超電導多結晶薄膜をＣＶＤ、等により形成する方
法、等が試みられている。
結晶型ジョセフソン接合を実現する方法としては、従
来、アモルファス薄膜をアニールにより再結晶化する方
法、超電導多結晶薄膜をＣＶＤ、等により形成する方
法、等が試みられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、偶発的に出来た結晶粒界を利用している
ために、結晶軸の制御されていない結晶粒界によりジョ
セフソン接合が構成されてジョセフソン接合の特性がば
らついてしまったり、超電導薄膜全面が多結晶化してい
るために、ジョセフソン接合部以外の場所からの電気
的、磁気的雑音の影響を受け易い、等の問題点を有して
いた。
来の方法では、偶発的に出来た結晶粒界を利用している
ために、結晶軸の制御されていない結晶粒界によりジョ
セフソン接合が構成されてジョセフソン接合の特性がば
らついてしまったり、超電導薄膜全面が多結晶化してい
るために、ジョセフソン接合部以外の場所からの電気
的、磁気的雑音の影響を受け易い、等の問題点を有して
いた。
【０００５】本発明は上記問題点を鑑みたものであり、
ジョセフソン接合部分に結晶軸の制御された結晶粒界を
有しジョセフソン接合特性のばらつきを最小とし、ジョ
セフソン接合部以外の場所の超電導性を単結晶薄膜で均
質化することにより電気的、磁気的雑音の影響を最小に
するジョセフソン接合デバイスを提供することを目的と
する。
ジョセフソン接合部分に結晶軸の制御された結晶粒界を
有しジョセフソン接合特性のばらつきを最小とし、ジョ
セフソン接合部以外の場所の超電導性を単結晶薄膜で均
質化することにより電気的、磁気的雑音の影響を最小に
するジョセフソン接合デバイスを提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、平面型のセラミック超電導ジョセフソン
接合において、超電導多結晶薄膜により結晶粒界型ジョ
セフソン接合特性を保持し、超電導単結晶薄膜によりジ
ョセフソン接合以外の部分の超電導特性を保持するとい
う技術的手段を具備するものである。
成するために、平面型のセラミック超電導ジョセフソン
接合において、超電導多結晶薄膜により結晶粒界型ジョ
セフソン接合特性を保持し、超電導単結晶薄膜によりジ
ョセフソン接合以外の部分の超電導特性を保持するとい
う技術的手段を具備するものである。
【０００７】また、本発明は、ジョセフソン接合を形成
する場所以外に第一層として超電導単結晶薄膜を形成
し、その上の第二層に超電導多結晶薄膜を成長させて、
多結晶薄膜の結晶粒界によりジョセフソン接合を形成す
るという技術的手段を採用することによって、上記の多
結晶薄膜と単結晶薄膜を複合した複合型ジョセフソン接
合デバイスを得る製造方法を提供するものである。
する場所以外に第一層として超電導単結晶薄膜を形成
し、その上の第二層に超電導多結晶薄膜を成長させて、
多結晶薄膜の結晶粒界によりジョセフソン接合を形成す
るという技術的手段を採用することによって、上記の多
結晶薄膜と単結晶薄膜を複合した複合型ジョセフソン接
合デバイスを得る製造方法を提供するものである。
【０００８】
【作用】かかる方法により形成されたジョセフソン接合
デバイスにおいては、結晶粒界の数が、ジョセフソン接
合を形成するブリッジの幅と長さで制御することができ
る。また、単結晶薄膜が種結晶となり、多結晶粒子の結
晶軸が単結晶薄膜の結晶軸に揃う。かかる作用により、
制御された結晶粒界がジョセフソン接合部分のみにでき
るためにジョセフソン接合特性のばらつきが小さくな
る。また、ジョセフソン接合以外の場所の超電導特性は
単結晶薄膜が担っているので、薄膜中に磁束がトラップ
されることがなく、磁気的雑音が低減される。超電導特
性が均一であるので、電気的雑音が低減される。
デバイスにおいては、結晶粒界の数が、ジョセフソン接
合を形成するブリッジの幅と長さで制御することができ
る。また、単結晶薄膜が種結晶となり、多結晶粒子の結
晶軸が単結晶薄膜の結晶軸に揃う。かかる作用により、
制御された結晶粒界がジョセフソン接合部分のみにでき
るためにジョセフソン接合特性のばらつきが小さくな
る。また、ジョセフソン接合以外の場所の超電導特性は
単結晶薄膜が担っているので、薄膜中に磁束がトラップ
されることがなく、磁気的雑音が低減される。超電導特
性が均一であるので、電気的雑音が低減される。
【０００９】
【発明の効果】以上のような作用により、制御された結
晶粒界をもつジョセフソン接合部分と磁気的、電気的雑
音の少ない周辺回路を持つジョセフソン接合素子を得る
ことができる。
晶粒界をもつジョセフソン接合部分と磁気的、電気的雑
音の少ない周辺回路を持つジョセフソン接合素子を得る
ことができる。
【００１０】
【実施例】図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施例
を示すセラミック超電導ジョセフソン接合素子を示す上
面図およびＡ−Ａ断面図を示すものである。
を示すセラミック超電導ジョセフソン接合素子を示す上
面図およびＡ−Ａ断面図を示すものである。
【００１１】第１実施例のセラミック超電導ジョセフソ
ン接合素子は、基板１上に、右超電導単結晶薄膜部２ａ
および左超電導単結晶薄膜部２ｂが所定の間隔をもっ
て、相対向されている。そして、この右超電導単結晶薄
膜部２ａおよび左超電導単結晶薄膜部２ｂとの間には、
ジョセフソン接合されている結晶粒界３ａを有するセラ
ミック超電導多結晶薄膜３が介在されている。
ン接合素子は、基板１上に、右超電導単結晶薄膜部２ａ
および左超電導単結晶薄膜部２ｂが所定の間隔をもっ
て、相対向されている。そして、この右超電導単結晶薄
膜部２ａおよび左超電導単結晶薄膜部２ｂとの間には、
ジョセフソン接合されている結晶粒界３ａを有するセラ
ミック超電導多結晶薄膜３が介在されている。
【００１２】以下、第１実施例のセラミック超電導ジョ
セフソン接合素子の製造方法を図２乃至図７に従って説
明する。尚、各図において、（ａ）は、素子の上面図
を、（ｂ）は、素子のＡ−Ａ断面図を示す。
セフソン接合素子の製造方法を図２乃至図７に従って説
明する。尚、各図において、（ａ）は、素子の上面図
を、（ｂ）は、素子のＡ−Ａ断面図を示す。
【００１３】最初に第２図（ａ）、（ｂ）に示すごと
く、単結晶ＭｇＯ基板１上に、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏyよりな
るセラミック超電導単結晶薄膜２（以下、ＹＢＣＯと略
す）を形成した。
く、単結晶ＭｇＯ基板１上に、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏyよりな
るセラミック超電導単結晶薄膜２（以下、ＹＢＣＯと略
す）を形成した。
【００１４】この薄膜２の形成はＲＦマグネトロンスパ
ッタ法によりＹＢＣＯ単結晶薄膜２を基板１上に堆積せ
しめるもので、その条件を以下に示す。 ターゲット：Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ4.5Ｏy焼結体 基板温度：７００℃ Ａｒ流量：３０ｓｃｃｍ Ｏ2流量：７．５ｓｃｃｍ スパッタ圧力：１０ｍＴｏｒｒ スパッタ電力：１５０Ｗ ターゲット基板間距離：４０ｍｍ 堆積レート：５ｎｍ／ｍｉｎ 続いて、ＹＢＣＯ単結晶薄膜２を第３図（ａ）、（ｂ）
に示す如く二つの部分に分割し、右単結晶薄膜電極部分
２ａ及び左単結晶薄膜電極部分２ｂを形成した。この左
右電極部分の形成はケミカルエッチング法により行い、
フォトレジストとしてシプレー社製Ｓ１４００−２５レ
ジスト、エッチャントとして塩酸水溶液（０．１５ｖｏ
ｌ％）を使用した。
ッタ法によりＹＢＣＯ単結晶薄膜２を基板１上に堆積せ
しめるもので、その条件を以下に示す。 ターゲット：Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ4.5Ｏy焼結体 基板温度：７００℃ Ａｒ流量：３０ｓｃｃｍ Ｏ2流量：７．５ｓｃｃｍ スパッタ圧力：１０ｍＴｏｒｒ スパッタ電力：１５０Ｗ ターゲット基板間距離：４０ｍｍ 堆積レート：５ｎｍ／ｍｉｎ 続いて、ＹＢＣＯ単結晶薄膜２を第３図（ａ）、（ｂ）
に示す如く二つの部分に分割し、右単結晶薄膜電極部分
２ａ及び左単結晶薄膜電極部分２ｂを形成した。この左
右電極部分の形成はケミカルエッチング法により行い、
フォトレジストとしてシプレー社製Ｓ１４００−２５レ
ジスト、エッチャントとして塩酸水溶液（０．１５ｖｏ
ｌ％）を使用した。
【００１５】しかる後、リフトオフ法によりジョセフソ
ン接合部分のみにアモルファス薄膜を形成した。即ち、
図４（ａ）、（ｂ）に示す如く、ジョセフソン接合部分
以外の場所にレジスト４を塗布した。しかる後、基板全
面にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系アモルファス薄膜（以下、Ｙ
ＢＣＯアモルファス薄膜と略す。）５を形成した。この
薄膜４の形成はＲＦマグネトロンスパッタ法によりＹＢ
ＣＯアモルファス薄膜５を基板１上に堆積せしめるもの
で、その条件を以下に示す。
ン接合部分のみにアモルファス薄膜を形成した。即ち、
図４（ａ）、（ｂ）に示す如く、ジョセフソン接合部分
以外の場所にレジスト４を塗布した。しかる後、基板全
面にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系アモルファス薄膜（以下、Ｙ
ＢＣＯアモルファス薄膜と略す。）５を形成した。この
薄膜４の形成はＲＦマグネトロンスパッタ法によりＹＢ
ＣＯアモルファス薄膜５を基板１上に堆積せしめるもの
で、その条件を以下に示す。
【００１６】 ターゲット：Ｙ1Ｂａ2.3Ｃｕ3.5Ｏy焼結体 基板温度：室温から２００℃ Ａｒ流量：１５ｓｃｃｍ Ｏ2流量：５ｓｃｃｍ スパッタ圧力：７．５ｍＴｏｒｒ スパッタ電力：１５０Ｗ ターゲット基板間距離：５３ｍｍ 堆積レート：２０ｎｍ／ｈｒ 続いて、レジストリムーバないしはアセトンにより、レ
ジスト４ないしはジョセフソン接合部以外の部分のＹＢ
ＣＯアモルファス薄膜５を剥離した。これにより、第６
図（ａ）、（ｂ）に示す如く、左右単結晶薄膜電極２ａ
ないしは２ｂの間に、ＹＢＣＯアモルファス薄膜よりな
る幅１０μｍの狭小なジョセフソン接合部であるブリッ
ジ部６が形成される。
ジスト４ないしはジョセフソン接合部以外の部分のＹＢ
ＣＯアモルファス薄膜５を剥離した。これにより、第６
図（ａ）、（ｂ）に示す如く、左右単結晶薄膜電極２ａ
ないしは２ｂの間に、ＹＢＣＯアモルファス薄膜よりな
る幅１０μｍの狭小なジョセフソン接合部であるブリッ
ジ部６が形成される。
【００１７】さらに、このＹＢＣＯアモルファス薄膜よ
りなるブリッジ部６を熱処理して多結晶化した。熱処理
条件を以下に示す。 雰囲気：酸素中 昇温速度：４００℃／ｈｒ 熱処理温度：９９０℃ 熱処理時間：１０ｍｉｎ 降温速度：９９０℃から８００℃までは２０００℃／ｈ
ｒ。それ以下は炉冷。
りなるブリッジ部６を熱処理して多結晶化した。熱処理
条件を以下に示す。 雰囲気：酸素中 昇温速度：４００℃／ｈｒ 熱処理温度：９９０℃ 熱処理時間：１０ｍｉｎ 降温速度：９９０℃から８００℃までは２０００℃／ｈ
ｒ。それ以下は炉冷。
【００１８】以上の製造工程をへて、第７図（ａ）、
（ｂ）のような構造を有するセラミック超電導多結晶薄
膜３と超電導単結晶薄膜２ａ、２ｂの複合型ジョセフソ
ン接合デバイス素子が作製された。
（ｂ）のような構造を有するセラミック超電導多結晶薄
膜３と超電導単結晶薄膜２ａ、２ｂの複合型ジョセフソ
ン接合デバイス素子が作製された。
【００１９】図８乃至図１０に、作製された複合型ジョ
セフソン接合デバイスの電気的特性を示す。図８は、ジ
ョセフソン接合素子の電気抵抗の温度変化を示す。これ
から、超電導開始温度が８０Ｋ、ゼロ抵抗到達温度が７
０Ｋであることがわかる。
セフソン接合デバイスの電気的特性を示す。図８は、ジ
ョセフソン接合素子の電気抵抗の温度変化を示す。これ
から、超電導開始温度が８０Ｋ、ゼロ抵抗到達温度が７
０Ｋであることがわかる。
【００２０】図９に、１６Ｋにおけるジョセフソン接合
素子の電流電圧特性を示す。電流電圧特性は、下に凸の
曲線を示しており典型的なジョセフソン接合の特性であ
ることがわかる。
素子の電流電圧特性を示す。電流電圧特性は、下に凸の
曲線を示しており典型的なジョセフソン接合の特性であ
ることがわかる。
【００２１】図１０に１５Ｋにおける５．１ＧＨｚのマ
イクロ波をジョセフソン接合に照射した時の電流電圧特
性を示す。図１０より、マイクロ波の周波数に対応した
ｎ＝５／２，３，７／２，４の段差が観測され、この接
合がジョセフソン接合であることがわかる。
イクロ波をジョセフソン接合に照射した時の電流電圧特
性を示す。図１０より、マイクロ波の周波数に対応した
ｎ＝５／２，３，７／２，４の段差が観測され、この接
合がジョセフソン接合であることがわかる。
【００２２】図１１に、複合型ジョセフソン接合デバイ
スの第２実施例を示す。これは、ジョセフソン接合部分
のみをセラミック超電導結晶粒界３ａを有するセラミッ
ク多結晶薄膜３だけで構成し、その他の部分を右および
左超電導単結晶薄膜部２ａおよび２ｂと右および左超電
導多結晶薄膜部７ａおよび７ｂの積層構造とした実施例
を示す。
スの第２実施例を示す。これは、ジョセフソン接合部分
のみをセラミック超電導結晶粒界３ａを有するセラミッ
ク多結晶薄膜３だけで構成し、その他の部分を右および
左超電導単結晶薄膜部２ａおよび２ｂと右および左超電
導多結晶薄膜部７ａおよび７ｂの積層構造とした実施例
を示す。
【００２３】第２実施例では、第１実施例の製造工程
（図２乃至図７）においてリフトオフ工程を行わずに左
右超電導単結晶薄膜部２ａないし２ｂの上にもＹＢＣＯ
アモルファス薄膜５を残しておき、アモルファス薄膜全
体を熱処理してデバイスを製造したものである。
（図２乃至図７）においてリフトオフ工程を行わずに左
右超電導単結晶薄膜部２ａないし２ｂの上にもＹＢＣＯ
アモルファス薄膜５を残しておき、アモルファス薄膜全
体を熱処理してデバイスを製造したものである。
【００２４】図１２は、ジョセフソン接合部分のみを結
晶粒界３ａを有するセラミック超電導結晶粒だけで構成
し、その他の部分を右および左超電導単結晶薄膜部２
ａ、２ｂとＹＢＣＯアモルファス薄膜５ａ、５ｂの積層
構造とした実施例を示す。
晶粒界３ａを有するセラミック超電導結晶粒だけで構成
し、その他の部分を右および左超電導単結晶薄膜部２
ａ、２ｂとＹＢＣＯアモルファス薄膜５ａ、５ｂの積層
構造とした実施例を示す。
【００２５】第３実施例では、第２実施例の製造工程に
おいて、アモルファス薄膜ブリッジ３ａの部分のみをレ
ーザービームにより局所的に熱処理してデバイスを製造
したものである。
おいて、アモルファス薄膜ブリッジ３ａの部分のみをレ
ーザービームにより局所的に熱処理してデバイスを製造
したものである。
【００２６】図１３乃至図１７に、複合型ジョセフソン
接合デバイス製造方法についての第４実施例を示す。
尚、各図において、（ａ）は素子の上面図を、（ｂ）は
素子のＡ−Ａ断面図を示す。
接合デバイス製造方法についての第４実施例を示す。
尚、各図において、（ａ）は素子の上面図を、（ｂ）は
素子のＡ−Ａ断面図を示す。
【００２７】最初に図１３（ａ）に示すごとく、単結晶
ＭｇＯからなる基板１上に、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏyからなる
セラミック超電導単結晶薄膜（以下、ＹＢＣＯ単結晶薄
膜と略す）２０を厚さ４００ｎｍから５００ｎｍ形成し
た。このＹＢＣＯ単結晶薄膜２０の形成は第１の実施例
と同一の条件により形成した。
ＭｇＯからなる基板１上に、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏyからなる
セラミック超電導単結晶薄膜（以下、ＹＢＣＯ単結晶薄
膜と略す）２０を厚さ４００ｎｍから５００ｎｍ形成し
た。このＹＢＣＯ単結晶薄膜２０の形成は第１の実施例
と同一の条件により形成した。
【００２８】続いて、ＹＢＣＯ単結晶薄膜２を図１４
（ａ）、（ｂ）に示す如く二つの部分に分割し、突起２
１ａ、２２ａを有する右電極部２１及び左電極部２２を
形成した。この左右電極部２１、２２部分の形成はケミ
カルエッチング法により行い、フォトレジストとしてシ
プレー社製Ｓ１４００−２５レジスト、エッチャントと
して塩酸水溶液（０．１５ｖｏｌ％）を使用した。
（ａ）、（ｂ）に示す如く二つの部分に分割し、突起２
１ａ、２２ａを有する右電極部２１及び左電極部２２を
形成した。この左右電極部２１、２２部分の形成はケミ
カルエッチング法により行い、フォトレジストとしてシ
プレー社製Ｓ１４００−２５レジスト、エッチャントと
して塩酸水溶液（０．１５ｖｏｌ％）を使用した。
【００２９】しかる後、図１５（ａ）、（ｂ）の如く、
ＭｇＯ基板１の全面にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系アモルファ
ス薄膜（以下、ＹＢＣＯアモルファス薄膜と略す。）２
５を厚さ１μｍ形成した。この薄膜２５の形成は第１の
実施例と同一の条件により形成した。
ＭｇＯ基板１の全面にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系アモルファ
ス薄膜（以下、ＹＢＣＯアモルファス薄膜と略す。）２
５を厚さ１μｍ形成した。この薄膜２５の形成は第１の
実施例と同一の条件により形成した。
【００３０】続いて、ＹＢＣＯアモルファス薄膜２５を
図１６の如く、左右電極部２１、２２の間に、両側より
矩形状に切り込んだ幅１０μｍの狭小なブリッジ部２７
を形成した。このブリッジ部２７の形成はケミカルエッ
チング法により行い、フォトレジストとしてシプレー社
製Ｓ１４００−２５レジスト、エッチャントとして塩酸
水溶液（０．１５ｖｏｌ％）を使用した。
図１６の如く、左右電極部２１、２２の間に、両側より
矩形状に切り込んだ幅１０μｍの狭小なブリッジ部２７
を形成した。このブリッジ部２７の形成はケミカルエッ
チング法により行い、フォトレジストとしてシプレー社
製Ｓ１４００−２５レジスト、エッチャントとして塩酸
水溶液（０．１５ｖｏｌ％）を使用した。
【００３１】さらに、ＹＢＣＯアモルファス薄膜２５を
熱処理して多結晶化した。熱処理条件は、第１実施例と
同一である。以上の製造工程を経て、図１７（ａ）、
（ｂ）のような構造を有する多結晶薄膜３０と単結晶薄
膜２１、２２の複合型ジョセフソン接合デバイスが作製
された。
熱処理して多結晶化した。熱処理条件は、第１実施例と
同一である。以上の製造工程を経て、図１７（ａ）、
（ｂ）のような構造を有する多結晶薄膜３０と単結晶薄
膜２１、２２の複合型ジョセフソン接合デバイスが作製
された。
【００３２】表１に単結晶薄膜２１、２２の突起２１
ａ、２２ａの先端部分の開き角度θ（図１８参照）とブ
リッジ部２７に１個の結晶粒界がジョセフソン接合を形
成する割合Ｋ％を示す。
ａ、２２ａの先端部分の開き角度θ（図１８参照）とブ
リッジ部２７に１個の結晶粒界がジョセフソン接合を形
成する割合Ｋ％を示す。
【００３３】 表１から開き角度が１００゜以下の場合には、５０％以
上の割合で１個の結晶粒界がジョセフソン接合を形成す
ることができた。ジョセフソン接合が１個の結晶粒界で
形成されると、複数の結晶粒界の場合と比較して、ジョ
セフソン接合の電気的、磁気的特性が揃った素子とな
る。
上の割合で１個の結晶粒界がジョセフソン接合を形成す
ることができた。ジョセフソン接合が１個の結晶粒界で
形成されると、複数の結晶粒界の場合と比較して、ジョ
セフソン接合の電気的、磁気的特性が揃った素子とな
る。
【００３４】図１９乃至図２３に、複合型ジョセフソン
接合デバイス製造方法の第５実施例を示す。なお、各図
において、（ａ）は、素子の上面図を（ｂ）は、Ａ−Ａ
断面図を示す。
接合デバイス製造方法の第５実施例を示す。なお、各図
において、（ａ）は、素子の上面図を（ｂ）は、Ａ−Ａ
断面図を示す。
【００３５】最初に図１９（ａ）、（ｂ）に示すごと
く、単結晶ＭｇＯ基板１上に、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏyよりな
るセラミック超電導単結晶薄膜（以下、ＹＢＣＯ単結晶
薄膜と略す）３２を厚さ４００ｎｍから５００ｎｍ形成
した。このＹＢＣＯ単結晶薄膜２の形成は第１の実施例
と同一の条件により形成した。
く、単結晶ＭｇＯ基板１上に、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏyよりな
るセラミック超電導単結晶薄膜（以下、ＹＢＣＯ単結晶
薄膜と略す）３２を厚さ４００ｎｍから５００ｎｍ形成
した。このＹＢＣＯ単結晶薄膜２の形成は第１の実施例
と同一の条件により形成した。
【００３６】続いて、ＹＢＣＯ単結晶薄膜３２を図２０
（ａ）、（ｂ）に示す如く二つの部分に分割し、右電極
部３２ａ及び左電極部分３２ｂを形成した。この左右電
極３２ａ、３２ｂ部分の形成はケミカルエッチング法に
より行い、フォトレジストとしてシプレー社製Ｓ１４０
０−２５レジスト、エッチャントとして塩酸水溶液
（０．１５ｖｏｌ％）を使用した。
（ａ）、（ｂ）に示す如く二つの部分に分割し、右電極
部３２ａ及び左電極部分３２ｂを形成した。この左右電
極３２ａ、３２ｂ部分の形成はケミカルエッチング法に
より行い、フォトレジストとしてシプレー社製Ｓ１４０
０−２５レジスト、エッチャントとして塩酸水溶液
（０．１５ｖｏｌ％）を使用した。
【００３７】しかる後、図２１（ａ）、（ｂ）に示す如
く、ＭｇＯ基板１の全面にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系アモル
ファス薄膜（以下、ＹＢＣＯアモルファス薄膜と略
す。）３４を厚さ１μｍ形成した。この薄膜３４の形成
は第１の実施例と同一の条件により形成した。
く、ＭｇＯ基板１の全面にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系アモル
ファス薄膜（以下、ＹＢＣＯアモルファス薄膜と略
す。）３４を厚さ１μｍ形成した。この薄膜３４の形成
は第１の実施例と同一の条件により形成した。
【００３８】続いて、ＹＢＣＯアモルファス薄膜３４を
図２２（ａ）、（ｂ）に示す如く、中心部分の幅が狭小
なブリッジ部３６となるように、左右電極部の間に形成
した。このブリッジ部３６の形成はケミカルエッチング
法により行い、フォトレジストとしてシプレー社製Ｓ１
４００−２５レジスト、エッチャントとして塩酸水溶液
（０．１５ｖｏｌ％）を使用した。
図２２（ａ）、（ｂ）に示す如く、中心部分の幅が狭小
なブリッジ部３６となるように、左右電極部の間に形成
した。このブリッジ部３６の形成はケミカルエッチング
法により行い、フォトレジストとしてシプレー社製Ｓ１
４００−２５レジスト、エッチャントとして塩酸水溶液
（０．１５ｖｏｌ％）を使用した。
【００３９】さらに、アモルファス薄膜を熱処理して多
結晶化し、セラミック超電導多結晶薄膜４０とした。熱
処理条件は、第１の実施例と同一である。以上の製造工
程をへて、図２３（ａ）、（ｂ）のような構造を有する
多結晶薄膜と単結晶薄膜の複合型ジョセフソン接合デバ
イスが作製された。
結晶化し、セラミック超電導多結晶薄膜４０とした。熱
処理条件は、第１の実施例と同一である。以上の製造工
程をへて、図２３（ａ）、（ｂ）のような構造を有する
多結晶薄膜と単結晶薄膜の複合型ジョセフソン接合デバ
イスが作製された。
【００４０】アモルファス薄膜のブリッジ括れ部分の比
率ａ／ｂ（図２４参照）とブリッジ部分に１個の結晶粒
界がジョセフソン接合を形成する割合Ｋ％との関係を示
す。 表２から括れ部分の比率が１／２以下の場合には、５０
％以上の割合で１個の結晶粒界がジョセフソン接合を形
成した。ジョセフソン接合が１個の結晶粒界で形成され
ると、複数の結晶粒界の場合と比較して、ジョセフソン
接合の電気的、磁気的特性が揃った素子となることがわ
かった。
率ａ／ｂ（図２４参照）とブリッジ部分に１個の結晶粒
界がジョセフソン接合を形成する割合Ｋ％との関係を示
す。 表２から括れ部分の比率が１／２以下の場合には、５０
％以上の割合で１個の結晶粒界がジョセフソン接合を形
成した。ジョセフソン接合が１個の結晶粒界で形成され
ると、複数の結晶粒界の場合と比較して、ジョセフソン
接合の電気的、磁気的特性が揃った素子となることがわ
かった。
【図１】図１（ａ）、（ｂ）は、本発明による複合型ジ
ョセフソン接合デバイスの上面図及びＡ−Ａ断面図であ
る。
ョセフソン接合デバイスの上面図及びＡ−Ａ断面図であ
る。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、本発明による複合型ジ
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、本発明による複合型ジ
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、本発明による複合型ジ
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、本発明による複合型ジ
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）は、本発明による複合型ジ
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）は、本発明による複合型ジ
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。
ョセフソン接合デバイス製造方法を説明する上面図及び
Ａ−Ａ断面図である。
【図８】図８は、本発明による複合型ジョセフソン接合
デバイスの特性を示す特性図である。
デバイスの特性を示す特性図である。
【図９】図９は、本発明による複合型ジョセフソン接合
デバイスの特性を示す特性図である。
デバイスの特性を示す特性図である。
【図１０】図１０は、本発明による複合型ジョセフソン
接合デバイスの特性を示す特性図である。
接合デバイスの特性を示す特性図である。
【図１１】図１１は、複合型ジョセフソン接合デバイス
の第２実施例を説明する斜視図である。
の第２実施例を説明する斜視図である。
【図１２】図１２は、複合型ジョセフソン接合デバイス
の第３実施例を説明する斜視図である。
の第３実施例を説明する斜視図である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は、複合型ジョセフソ
ン接合デバイスの第４実施例の製造過程を説明する説明
図である。
ン接合デバイスの第４実施例の製造過程を説明する説明
図である。
【図１４】図１４（ａ）、（ｂ）は、複合型ジョセフソ
ン接合デバイスの第４実施例の製造過程を説明する説明
図である。
ン接合デバイスの第４実施例の製造過程を説明する説明
図である。
【図１５】図１５（ａ）、（ｂ）は、複合型ジョセフソ
ン接合デバイスの第４実施例の製造過程を説明する説明
図である。
ン接合デバイスの第４実施例の製造過程を説明する説明
図である。
【図１６】図１６（ａ）、（ｂ）は、複合型ジョセフソ
ン接合デバイスの第４実施例の製造過程を説明する説明
図である。
ン接合デバイスの第４実施例の製造過程を説明する説明
図である。
【図１７】図１７（ａ）、（ｂ）は、複合型ジョセフソ
ン接合デバイスの第４実施例の製造過程を説明する説明
図である。
ン接合デバイスの第４実施例の製造過程を説明する説明
図である。
【図１８】図１８は、単結晶薄膜の突起先端部分開き角
度θの定義を説明する説明図である。
度θの定義を説明する説明図である。
【図１９】図１９は、複合型ジョセフソン接合デバイス
製造工程の第５実施例を説明する説明図である。
製造工程の第５実施例を説明する説明図である。
【図２０】図２０は、複合型ジョセフソン接合デバイス
製造工程の第５実施例を説明する説明図である。
製造工程の第５実施例を説明する説明図である。
【図２１】図２１は、複合型ジョセフソン接合デバイス
製造工程の第５実施例を説明する説明図である。
製造工程の第５実施例を説明する説明図である。
【図２２】図２２は、複合型ジョセフソン接合デバイス
製造工程の第５実施例を説明する説明図である。
製造工程の第５実施例を説明する説明図である。
【図２３】図２３は、複合型ジョセフソン接合デバイス
製造工程の第５実施例を説明する説明図である。
製造工程の第５実施例を説明する説明図である。
【図２４】図２４は、アモルファス薄膜のブリッジ括れ
部分の比率ａ／ｂの定義を説明する説明図である。
部分の比率ａ／ｂの定義を説明する説明図である。
１ 基板 ２ 超電導単結晶薄膜 ３ 超電導多結晶薄膜 ３ａ 結晶粒界 ６ ブリッジ部（ジョセフソン接合部）
Claims (13)
- 【請求項１】 平面型のセラミック超電導ジョセフソン
接合デバイスにおいて、 該超電導ジョセフソン接合デバイスの結晶粒界型ジョセ
フソン接合部分が超電導多結晶薄膜で構成され、ジョセ
フソン接合部以外の部分がすくなくとも超電導単結晶薄
膜で構成されていることを特徴とする複合型ジョセフソ
ン接合デバイス。 - 【請求項２】 前記ジョセフソン接合を形成する場所以
外に設けられた超電導単結晶薄膜上に超電導多結晶薄膜
を積層することを特徴とする請求項１記載の複合型ジョ
セフソン接合デバイス。 - 【請求項３】 前記ジョセフソン接合を形成する場所以
外の超電導単結晶薄膜上に、アモルファス薄膜が積層さ
れていることを特徴とする請求項１記載の複合型ジョセ
フソン接合デバイス。 - 【請求項４】 前記ジョセフソン接合を形成する場所に
所定の間隔を開けて両側から突起を持たせた超電導単結
晶薄膜を形成し、該超電導単結晶薄膜上全体に超電導多
結晶薄膜を成長させて、多結晶薄膜の結晶粒界によりジ
ョセフソン接合を形成したことを特徴とする請求項１記
載の複合型ジョセフソン接合デバイス。 - 【請求項５】 前記ジョセフソン接合を形成する場所全
体にアモルファス薄膜を形成し、前記ジョセフソン接合
を形成する場所におけるアモルファス薄膜を熱処理して
結晶化させ、ジョセフソン接合部分に結晶粒界を形成さ
せることを特徴とする請求項４記載の複合型ジョセフソ
ン接合デバイス。 - 【請求項６】 前記単結晶薄膜の突起先端部開き角度は
０度から１００度であることを特徴とする請求項４記載
の複合型ジョセフソン接合デバイス。 - 【請求項７】 ジョセフソン接合を形成する場所以外に
設けられた超電導単結晶薄膜と、 ジョセフソン接合を形成する場所に括れを有し、少なく
とも前記ジョセフソン接合を形成する場所において、結
晶粒界が形成された超電導多結晶薄膜とからなることを
特徴とする請求項１記載の複合型ジョセフソン接合デバ
イス。 - 【請求項８】 アモルファス薄膜の括れ部分の最小幅と
最大幅の比率が１／２以下であることを特徴する請求項
７記載の複合型ジョセフソン接合デバイスの製造方法。 - 【請求項９】 ジョセフソン接合を形成する場所以外に
第一層として超電導単結晶薄膜を形成し、 ジョセフソン接合を形成する場所のみに第二層としてア
モルファス薄膜を形成し、 ジョセフソン接合を形成する場所におけるアモルファス
薄膜を熱処理して多結晶化することを特徴とする複合型
ジョセフソン接合デバイスの製造方法。 - 【請求項１０】 ジョセフソン接合を形成する場所以外
に形成された第一層としての超電導単結晶薄膜上に、ア
モルファス薄膜を形成し、前記ジョセフソン接合を形成
する場所におけるアモルファス薄膜のみを熱処理して多
結晶化することを特徴とする請求項３ないしは請求項７
記載の複合型ジョセフソン接合デバイスの製造方法。 - 【請求項１１】 ジョセフソン接合を形成する場所以外
に形成された第一層としての前記超電導単結晶薄膜上に
も第二層としてアモルファス薄膜を形成し、 該アモルファス薄膜全体を熱処理して多結晶化し、超電
導多結晶薄膜とすることを特徴とする請求項２ないしは
請求項７記載の複合型ジョセフソン接合デバイスの製造
方法。 - 【請求項１２】前記ジョセフソン接合を形成する場所以
外に超電導単結晶薄膜を形成し、 前記ジョセフソン接合を形成する場所に括れを有するア
モルファス薄膜を形成し、 前記ジョセフソン接合を形成する場所におけるアモルフ
ァス薄膜を熱処理して結晶化させ、ジョセフソン接合部
分に結晶粒界を形成することを特徴とする複合型ジョセ
フソン接合デバイスの製造方法。 - 【請求項１３】アモルファス薄膜の括れ部分の最小幅と
最大幅の比率が１／２以下であることを特徴する請求項
１２記載の複合型ジョセフソン接合デバイスの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24467992A JP3198655B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 複合型ジョセフソン接合デバイスとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24467992A JP3198655B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 複合型ジョセフソン接合デバイスとその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697520A true JPH0697520A (ja) | 1994-04-08 |
| JP3198655B2 JP3198655B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=17122339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24467992A Expired - Fee Related JP3198655B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 複合型ジョセフソン接合デバイスとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3198655B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10355193B2 (en) | 2017-11-28 | 2019-07-16 | International Business Machines Corporation | Flip chip integration on qubit chips |
| US11895931B2 (en) * | 2017-11-28 | 2024-02-06 | International Business Machines Corporation | Frequency tuning of multi-qubit systems |
| US10170681B1 (en) | 2017-11-28 | 2019-01-01 | International Business Machines Corporation | Laser annealing of qubits with structured illumination |
| US10340438B2 (en) | 2017-11-28 | 2019-07-02 | International Business Machines Corporation | Laser annealing qubits for optimized frequency allocation |
| US10418540B2 (en) | 2017-11-28 | 2019-09-17 | International Business Machines Corporation | Adjustment of qubit frequency through annealing |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP24467992A patent/JP3198655B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3198655B2 (ja) | 2001-08-13 |
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