JPH07106645A - 超電導量子干渉素子 - Google Patents
超電導量子干渉素子Info
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- JPH07106645A JPH07106645A JP5244258A JP24425893A JPH07106645A JP H07106645 A JPH07106645 A JP H07106645A JP 5244258 A JP5244258 A JP 5244258A JP 24425893 A JP24425893 A JP 24425893A JP H07106645 A JPH07106645 A JP H07106645A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 液体窒素温度以上の高温で動作可能であり，
接合特性の安定性，再現性にすぐれ，特性の設計と制御
および素子の集積化が可能なジョセフソン接合，および
それらを有する超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）を提
供することを目的とする。 【構成】 ＳＮＳ接合部の構造を酸化物超電導体層７の
上に第１の常伝導金属層８を堆積させ，さらに化学的に
安定な金属からなる保護膜層９を堆積させた保護膜／常
伝導金属／超導体の３層膜を微細加工により空間的に分
離し２つの電極を作製し，これらの電極を，第２の常伝
導金属層１０でつないだ構造とする。 【効果】 保護膜／常伝導金属／超電導体の３層膜を用
いることで，微細加工プロセスで常伝導金属層が変質す
ることを防ぐことができ，低い接触抵抗を有するプレー
ナー形ＳＮＳ接合を作製することができる。
接合特性の安定性，再現性にすぐれ，特性の設計と制御
および素子の集積化が可能なジョセフソン接合，および
それらを有する超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）を提
供することを目的とする。 【構成】 ＳＮＳ接合部の構造を酸化物超電導体層７の
上に第１の常伝導金属層８を堆積させ，さらに化学的に
安定な金属からなる保護膜層９を堆積させた保護膜／常
伝導金属／超導体の３層膜を微細加工により空間的に分
離し２つの電極を作製し，これらの電極を，第２の常伝
導金属層１０でつないだ構造とする。 【効果】 保護膜／常伝導金属／超電導体の３層膜を用
いることで，微細加工プロセスで常伝導金属層が変質す
ることを防ぐことができ，低い接触抵抗を有するプレー
ナー形ＳＮＳ接合を作製することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超電導体を用い
たジョセフソン接合を含む超電導エレクトロニクス素子
の分野に係り、特に液体窒素温度（７７Ｋ）以上で動作
可能な超電導量子干渉素子に関する。
たジョセフソン接合を含む超電導エレクトロニクス素子
の分野に係り、特に液体窒素温度（７７Ｋ）以上で動作
可能な超電導量子干渉素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ａｇを常伝導層としたＳＮＳ接合で構成
された従来の素子は、ネイチャー．３５４巻（１９９１
年）５１３頁から５１５頁（Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．３
５４（１９９１）ｐｐ５１３−５１５）に記載されてい
る。上記構造を図１に示す。上記従来技術は、あらかじ
め表面に段差を形成した基板に、左斜め上方から酸化物
超電導体を堆積させることで、堆積した酸化物超電導層
（Ｓ層）に数百ｎｍの隙間を形成し、空間的に分離され
た２つの超電導電極を形成する。上記超電導電極を形成
した装置より資料を外に取り出さずに、上記２つの超電
導電極間に右斜め上方から常伝導金属３（Ｎ層）として
Ａｇを蒸着することでＳＮＳ接合を形成している。ま
た、ＩＥＥＥ トランザクション オン マグネティク
ス．２７巻（１９９１年）３０９８頁から３１０１頁
（ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＯＮ ＭＡＧＮＥ
ＴＩＣＳ，ｖｏｌ．２７（１９９１）ｐｐ３０９８−３
１０１）でＦｏｒｒｅｓｔｅｒらが図２に示すようなＳ
ＮＳ接合の構造を報告している。上記構造は、酸化物超
電導薄膜上にＡｕ膜５を形成し、微細加工で２つの超電
導電極を形成し、それらをＡｕ膜６でつないだ構造であ
る。
された従来の素子は、ネイチャー．３５４巻（１９９１
年）５１３頁から５１５頁（Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．３
５４（１９９１）ｐｐ５１３−５１５）に記載されてい
る。上記構造を図１に示す。上記従来技術は、あらかじ
め表面に段差を形成した基板に、左斜め上方から酸化物
超電導体を堆積させることで、堆積した酸化物超電導層
（Ｓ層）に数百ｎｍの隙間を形成し、空間的に分離され
た２つの超電導電極を形成する。上記超電導電極を形成
した装置より資料を外に取り出さずに、上記２つの超電
導電極間に右斜め上方から常伝導金属３（Ｎ層）として
Ａｇを蒸着することでＳＮＳ接合を形成している。ま
た、ＩＥＥＥ トランザクション オン マグネティク
ス．２７巻（１９９１年）３０９８頁から３１０１頁
（ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＯＮ ＭＡＧＮＥ
ＴＩＣＳ，ｖｏｌ．２７（１９９１）ｐｐ３０９８−３
１０１）でＦｏｒｒｅｓｔｅｒらが図２に示すようなＳ
ＮＳ接合の構造を報告している。上記構造は、酸化物超
電導薄膜上にＡｕ膜５を形成し、微細加工で２つの超電
導電極を形成し、それらをＡｕ膜６でつないだ構造であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、基
板上に形成した段差に沿って素子を配置する必要がある
ため、素子の集積化が困難である、との問題があった。
また、素子の接合部を流れる超電導電流（Ｉｃ）や接合
抵抗（Ｒｎ）を電極間距離や常伝導層の膜厚などで制御
するためには、常伝導金属自体の抵抗よりも十分に低い
接触抵抗が必要である。しかし、上記従来技術のＳＮＳ
接合では、接合抵抗が常伝導体であるＡｕ自体の抵抗よ
りも約２桁大きく、接合抵抗が接触抵抗に支配されてい
る、との問題があった。
板上に形成した段差に沿って素子を配置する必要がある
ため、素子の集積化が困難である、との問題があった。
また、素子の接合部を流れる超電導電流（Ｉｃ）や接合
抵抗（Ｒｎ）を電極間距離や常伝導層の膜厚などで制御
するためには、常伝導金属自体の抵抗よりも十分に低い
接触抵抗が必要である。しかし、上記従来技術のＳＮＳ
接合では、接合抵抗が常伝導体であるＡｕ自体の抵抗よ
りも約２桁大きく、接合抵抗が接触抵抗に支配されてい
る、との問題があった。
【０００４】本願発明の目的は、液体窒素温度以上の高
温で動作可能であり、接合特性の安定性、再現性にすぐ
れ、特性の設計と制御および素子の集積化が可能なジョ
セフソン接合、およびそれらを有する超電導量子干渉素
子（ＳＱＵＩＤ）を提供することを目的とする。
温で動作可能であり、接合特性の安定性、再現性にすぐ
れ、特性の設計と制御および素子の集積化が可能なジョ
セフソン接合、およびそれらを有する超電導量子干渉素
子（ＳＱＵＩＤ）を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に本願発明は、図３に示すようなプレーナー型のＳＮＳ
接合を形成する。上記構造は、酸化物超電導体層、金属
または合金からなる第１の常伝導金属層、および化学的
に安定な金属からなる保護膜層で構成された３層膜を同
一平面上に空間的に分離させ、２つの電極を形成し、そ
の上に一部重なるようにして金属または合金からなる第
２の常伝導金属層を作製することで超電導電極を常伝導
金属でつなぐ、ことによって形成されている。第１の常
伝導金属層と第２の常伝導金属層が異なる材料であって
もかまわない。
に本願発明は、図３に示すようなプレーナー型のＳＮＳ
接合を形成する。上記構造は、酸化物超電導体層、金属
または合金からなる第１の常伝導金属層、および化学的
に安定な金属からなる保護膜層で構成された３層膜を同
一平面上に空間的に分離させ、２つの電極を形成し、そ
の上に一部重なるようにして金属または合金からなる第
２の常伝導金属層を作製することで超電導電極を常伝導
金属でつなぐ、ことによって形成されている。第１の常
伝導金属層と第２の常伝導金属層が異なる材料であって
もかまわない。
【０００６】
【作用】本願発明で用いているＡｕ、Ｐｔなど化学的に
安定な保護膜層９は、微細加工プロセスでの保護膜とし
て作用し、また、第１の常伝導金属層８が微細加工プロ
セスにおいて、変質してしまう事を防止する。従って、
酸化物超電導体と低い接触抵抗で接続できる材料を第１
の常伝導金属層８に用いることができる。
安定な保護膜層９は、微細加工プロセスでの保護膜とし
て作用し、また、第１の常伝導金属層８が微細加工プロ
セスにおいて、変質してしまう事を防止する。従って、
酸化物超電導体と低い接触抵抗で接続できる材料を第１
の常伝導金属層８に用いることができる。
【０００７】また、空間的に分離した２つの超電導電極
間の距離を一定にする、第２の常伝導金属層の幅を超電
導電極の幅より狭くすることにより、超電導電流を超電
導電極間に均一に流すことができる。これにより、素子
の特性、再現性が向上し、素子の設計、作製が容易にな
る。
間の距離を一定にする、第２の常伝導金属層の幅を超電
導電極の幅より狭くすることにより、超電導電流を超電
導電極間に均一に流すことができる。これにより、素子
の特性、再現性が向上し、素子の設計、作製が容易にな
る。
【０００８】
【実施例】〔実施例１〕以下、本発明の実施例を示し、
さらに本発明を説明する。
さらに本発明を説明する。
【０００９】作製プロセスを図４を参照しつつ説明す
る。基板１１としてＳｒＴｉＯ3（１００）単結晶を用
い、この上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（以下ＨＢＣＯと略
す）酸化物超電導薄膜１２を形成する。成膜は酸素プラ
ズマ中に置いた基板上にＨｏ、Ｂａ、Ｃｕの金属を蒸着
し、基板上で酸素プラズマ中の活性な酸素と金属を反応
させて酸化物薄膜を成長させる反応性蒸着法で行い、成
膜温度は６５０℃、成膜速度は１．２ｎｍ／ｍｉｎ、膜
厚は５０から２００ｎｍとする。また、酸素プラズマと
して圧力０．０１Ｐａの純酸素ガスに８７５ｇａｕｓｓ
の磁場中で２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射して放電
させたＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマを用
い、マイクロ波電力は１２０Ｗとする。成膜後、酸素プ
ラズマ中、１０℃／ｍｉｎの速度で２５０℃まで冷却す
る。酸素プラズマを止めて、０．０００１Ｐａ以下の真
空度まで真空槽を排気し、基板温度２５０℃で第１の常
伝導金属であるＡｇ薄膜１３を超電導薄膜の上に蒸着す
る。上記Ａｇ薄膜の形成は、超電導薄膜を形成した資料
を形成装置より外部に取り出さずに続けて行う。この
際、メタルマスクを用い、試料の中心部にのみＡｇ薄膜
を作製し、Ａｇ膜の膜厚は１０から５０ｎｍとする。さ
らに、同様にして保護膜であるＡｕ薄膜１４をその上に
蒸着する。Ａｕ膜の膜厚は５０から１００ｎｍとする。
資料を外部に取り出さずに、酸化物超電導体上にＡｇを
蒸着することで常伝導金属／超電導体の界面が後の工程
で汚染されることを防ぐことができる。また、Ａｇの上
に化学的に安定なＡｕを蒸着する事で後の微細加工プロ
セスでＡｇが酸化するなどの変質を防ぐことができる。
作製したＨＢＣＯ薄膜はc軸配向しており、基板面に垂
直にＨＢＣＯのｃ軸が配向した。薄膜のＴｃは８５〜９
０Ｋ、Ｊｃは７７Ｋ、０磁場で約１０6Ａ／ｃｍ2であ
る。次に、試料を成膜装置から取り出し、電子線描画用
レジスト１５を３００ｎｍ塗布し、電子線描画法でパタ
ーンを作製する。この時点での断面構造図を図４(a)に
示す。図４（ａ）の構造を０．０１ＰａのＡｒガスを用
いたＥＣＲプラズマエッチング法を用いてエッチングを
行う。エッチング後の状態を図４(b)に示す。エッチン
グ後、レジスト１５はすべて酸素プラズマを照射して除
去する（図４(c)）。次に、再び電子線描画用のレジス
ト１５を再び塗布し、電子線描画法で第２の常伝導金属
層１６を作製するためのリフトオフパターンを作製する
（図４(d)）。リフトオフパターン作製後、接合部周辺
に第２の常伝導金属層１６であるＡｕ膜を蒸着し（図４
(e)）、膜厚は２００ｎｍとする。アセトンを用いたリ
フトオフ法を用い余分なＡｕ膜を除去し、接合に必要な
部分のみを残す（図４(f)）。完成した接合は図３に示
した構造である。接合部分の酸化物超電導薄膜および第
１の常伝導金属層の横幅（Ｗ１）は１０μｍ、電極間距
離（Ｌ）は０．２μｍ、第２の常伝導金属層の横幅（Ｗ
２）は５μｍである。
る。基板１１としてＳｒＴｉＯ3（１００）単結晶を用
い、この上にＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏx（以下ＨＢＣＯと略
す）酸化物超電導薄膜１２を形成する。成膜は酸素プラ
ズマ中に置いた基板上にＨｏ、Ｂａ、Ｃｕの金属を蒸着
し、基板上で酸素プラズマ中の活性な酸素と金属を反応
させて酸化物薄膜を成長させる反応性蒸着法で行い、成
膜温度は６５０℃、成膜速度は１．２ｎｍ／ｍｉｎ、膜
厚は５０から２００ｎｍとする。また、酸素プラズマと
して圧力０．０１Ｐａの純酸素ガスに８７５ｇａｕｓｓ
の磁場中で２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射して放電
させたＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマを用
い、マイクロ波電力は１２０Ｗとする。成膜後、酸素プ
ラズマ中、１０℃／ｍｉｎの速度で２５０℃まで冷却す
る。酸素プラズマを止めて、０．０００１Ｐａ以下の真
空度まで真空槽を排気し、基板温度２５０℃で第１の常
伝導金属であるＡｇ薄膜１３を超電導薄膜の上に蒸着す
る。上記Ａｇ薄膜の形成は、超電導薄膜を形成した資料
を形成装置より外部に取り出さずに続けて行う。この
際、メタルマスクを用い、試料の中心部にのみＡｇ薄膜
を作製し、Ａｇ膜の膜厚は１０から５０ｎｍとする。さ
らに、同様にして保護膜であるＡｕ薄膜１４をその上に
蒸着する。Ａｕ膜の膜厚は５０から１００ｎｍとする。
資料を外部に取り出さずに、酸化物超電導体上にＡｇを
蒸着することで常伝導金属／超電導体の界面が後の工程
で汚染されることを防ぐことができる。また、Ａｇの上
に化学的に安定なＡｕを蒸着する事で後の微細加工プロ
セスでＡｇが酸化するなどの変質を防ぐことができる。
作製したＨＢＣＯ薄膜はc軸配向しており、基板面に垂
直にＨＢＣＯのｃ軸が配向した。薄膜のＴｃは８５〜９
０Ｋ、Ｊｃは７７Ｋ、０磁場で約１０6Ａ／ｃｍ2であ
る。次に、試料を成膜装置から取り出し、電子線描画用
レジスト１５を３００ｎｍ塗布し、電子線描画法でパタ
ーンを作製する。この時点での断面構造図を図４(a)に
示す。図４（ａ）の構造を０．０１ＰａのＡｒガスを用
いたＥＣＲプラズマエッチング法を用いてエッチングを
行う。エッチング後の状態を図４(b)に示す。エッチン
グ後、レジスト１５はすべて酸素プラズマを照射して除
去する（図４(c)）。次に、再び電子線描画用のレジス
ト１５を再び塗布し、電子線描画法で第２の常伝導金属
層１６を作製するためのリフトオフパターンを作製する
（図４(d)）。リフトオフパターン作製後、接合部周辺
に第２の常伝導金属層１６であるＡｕ膜を蒸着し（図４
(e)）、膜厚は２００ｎｍとする。アセトンを用いたリ
フトオフ法を用い余分なＡｕ膜を除去し、接合に必要な
部分のみを残す（図４(f)）。完成した接合は図３に示
した構造である。接合部分の酸化物超電導薄膜および第
１の常伝導金属層の横幅（Ｗ１）は１０μｍ、電極間距
離（Ｌ）は０．２μｍ、第２の常伝導金属層の横幅（Ｗ
２）は５μｍである。
【００１０】この様にして作製したＳＮＳ接合の電流−
電圧特性（７７Ｋ）を図５に示す。Ｉｃは１７０μＡで
ある。また、１０ＧＨｚのマイクロ波を照射した時のＩ
−Ｖ特性は、シャピロステップが１０ステップ以上まで
明瞭に観測することができる。さらに、外部磁場を加え
ることで、ジョセフソン接合に特有なフラウンホーファ
ーパターンも観察でき、均一な接合を持つジョセフソン
接合を作製できる。また、２０％Ａｇを含むＡｕを第２
の常伝導金属層１６として同じ構造のＳＮＳ接合を作製
した所、Icが約１／３に減少した。よって、常伝導金属
層を合金化することで接合の特性を制御できることが確
認できた。また、基板にＳｒＴｉＯ3（１１０）を用い
た場合でも、上記のプロセスを用いてジョセフソン接合
を作製することができる。
電圧特性（７７Ｋ）を図５に示す。Ｉｃは１７０μＡで
ある。また、１０ＧＨｚのマイクロ波を照射した時のＩ
−Ｖ特性は、シャピロステップが１０ステップ以上まで
明瞭に観測することができる。さらに、外部磁場を加え
ることで、ジョセフソン接合に特有なフラウンホーファ
ーパターンも観察でき、均一な接合を持つジョセフソン
接合を作製できる。また、２０％Ａｇを含むＡｕを第２
の常伝導金属層１６として同じ構造のＳＮＳ接合を作製
した所、Icが約１／３に減少した。よって、常伝導金属
層を合金化することで接合の特性を制御できることが確
認できた。また、基板にＳｒＴｉＯ3（１１０）を用い
た場合でも、上記のプロセスを用いてジョセフソン接合
を作製することができる。
【００１１】次に、この様にして作製したＳＮＳ接合を
用いてｄｃＳＱＵＩＤを作製する。上で述べたＳＮＳ接
合作製プロセスと同じ条件で、１０ｍｍ×１０ｍｍのＳ
ｒＴｉＯ3（１００）基板上に保護膜層／常伝導金属層
／酸化物超電導層の３層膜を作製した後、電子線描画法
とドライエッチング法で３層膜を正方形のワッシャーリ
ングの形状に加工する。その後、上に述べたＳＮＳ接合
作製プロセスと同じ条件で、ＳＮＳ接合１８を形成し、
図７に示すようなｄｃＳＱＵＩＤを作製する。ワッシャ
ーリング１７の外径、内径はそれぞれ３００μｍ、１０
０μｍとし、接合幅は１０μｍ、接合距離は０．２μｍ
とする。
用いてｄｃＳＱＵＩＤを作製する。上で述べたＳＮＳ接
合作製プロセスと同じ条件で、１０ｍｍ×１０ｍｍのＳ
ｒＴｉＯ3（１００）基板上に保護膜層／常伝導金属層
／酸化物超電導層の３層膜を作製した後、電子線描画法
とドライエッチング法で３層膜を正方形のワッシャーリ
ングの形状に加工する。その後、上に述べたＳＮＳ接合
作製プロセスと同じ条件で、ＳＮＳ接合１８を形成し、
図７に示すようなｄｃＳＱＵＩＤを作製する。ワッシャ
ーリング１７の外径、内径はそれぞれ３００μｍ、１０
０μｍとし、接合幅は１０μｍ、接合距離は０．２μｍ
とする。
【００１２】図７に、作製したＳＱＵＩＤの出力電圧−
磁場特性を示す。１００Ｈｚ以上では実用可能な特性を
得ることができる。また、上記工程で０．５×０．５ｍ
ｍ2の面積に、接合幅１０μｍ、電極間距離０．２μｍ
のＳＮＳ接合を１００個直列に並べる。これらの特性を
調べたところ、全ての接合がジョセフソン特性を示して
いることが確認出来た。このように、本発明の素子構造
では、素子の集積化が容易である。なお、本実施例にお
いて、酸化物超電導薄膜１２はＨＢＣＯ薄膜に限らず、
ＹＢａ2Ｃｕ3０xやＢｉ系、Ｔｌ系など他の高温超電導
体薄膜を使用できることは勿論であり、常伝導金属につ
いてもＡｕ−Ａｇ合金以外にＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｒｈ，
Ｒｅ，Ｉｒ，Ｒｕおよびこれらを含む合金を使用でき
る．第１の常伝導金属層と第２の常伝導金属層で材料が
異なっていてもかまわない。また、基板１に関しても、
良好な特性を有する超電導薄膜が形成可能であれば、Ｍ
ｇＯやＮｄＧａＯ3など他の材料も使用でき、また、面
方位についても（１００）面以外でもかまわない。
磁場特性を示す。１００Ｈｚ以上では実用可能な特性を
得ることができる。また、上記工程で０．５×０．５ｍ
ｍ2の面積に、接合幅１０μｍ、電極間距離０．２μｍ
のＳＮＳ接合を１００個直列に並べる。これらの特性を
調べたところ、全ての接合がジョセフソン特性を示して
いることが確認出来た。このように、本発明の素子構造
では、素子の集積化が容易である。なお、本実施例にお
いて、酸化物超電導薄膜１２はＨＢＣＯ薄膜に限らず、
ＹＢａ2Ｃｕ3０xやＢｉ系、Ｔｌ系など他の高温超電導
体薄膜を使用できることは勿論であり、常伝導金属につ
いてもＡｕ−Ａｇ合金以外にＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｒｈ，
Ｒｅ，Ｉｒ，Ｒｕおよびこれらを含む合金を使用でき
る．第１の常伝導金属層と第２の常伝導金属層で材料が
異なっていてもかまわない。また、基板１に関しても、
良好な特性を有する超電導薄膜が形成可能であれば、Ｍ
ｇＯやＮｄＧａＯ3など他の材料も使用でき、また、面
方位についても（１００）面以外でもかまわない。
【００１３】〔実施例２〕次に、本発明の実施例２を図
８を用いて説明する。
８を用いて説明する。
【００１４】ＮｄＧａＯ3（１００）単結晶基板上に、
マルチターゲットのレーザーアブレーション法で膜厚２
００ｎｍのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx（ＹＢＣＯ）超電導薄膜、
膜厚３００ｎｍのＳｒＴｉＯ3薄膜を順次作製する。作
製条件はＹＢＣＯ、ＳｒＴｉＯ3ともに以下の条件とす
る。ターゲットはＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ焼結体およびＳｒＴ
ｉＯ3単結晶を用いる。波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシ
マレーザーを周波数５Ｈｚ、エネルギー密度１．１Ｊ／
ｃｍ2で用いる。基板温度は７００℃、成膜時の酸素分
圧は１００ｍＴｏｒｒとする。このＹＢＣＯ薄膜はグラ
ンドプレーン２１として使用し、ＳｒＴｉＯ3薄膜はグ
ランドプレーン２１とワッシャーリング１７間の層間絶
縁膜２０として使用する。このようにして作製したＳｒ
ＴｉＯ3／ＹＢＣＯの２層膜上に、実施例１で示した方
法で保護膜層／常伝導金属層／酸化物超電導層の３層膜
を作製し、電子線描画法による微細加工を行いワッシャ
ーリング１７とＳＮＳ接合を形成し、ｄｃＳＱＵＩＤを
作製する。グランドプレーンを作製することで、ワッシ
ャーリング１７の中心を通過した磁束が必ずグランドプ
レーンとワッシャーリングの間のＳｒＴｉＯ3薄膜部分
を通るため、均一にｄｃＳＱＵＩＤに磁場が加わる。こ
の結果、ＳＱＵＩＤの感度と安定性が向上し、また設計
が容易になる。さらに、このワッシャーリング上にイン
プットコイル１９を作製するため、膜厚200nmのＳｒＴ
ｉＯ3層間絶縁膜２０を作製し、その上に膜厚100nmのＨ
ＢＣＯ薄膜を作製する。このＨＢＣＯ膜を電子線描画法
とＥＣＲプラズマエッチングで線幅１０μmのコイルに
加工する。この際、接合部分の上は結晶性が低下するた
め、ＳＮＳ接合１８を避けるようにインプットコイル１
９を配置する。さらに、このうえに膜厚100nmのＳｒＴ
ｉＯ3層間絶縁膜２０、膜厚100nmのＨＢＣＯ膜を作製
し、これらを同様にして加工し、インプットコイルの中
心から端子を取り出した。図９にインプットコイルを備
えたＳＱＵＩＤ素子の平面図と断面図をしめす。インプ
ットコイル１９を作製しても、ＳＱＵＩＤ素子の特性は
特に劣化しない。また、インプットコイル１９とＳＱＵ
ＩＤ素子は磁気的に結合している。なお、本実施例にお
いて、酸化物超電導薄膜とグランドプレーンはＹＢＣＯ
薄膜やＨＢＣＯ薄膜に限らず、他の高温超電導体薄膜を
使用できることは勿論である。また、基板に関しても、
良好な特性を有する超電導薄膜が形成可能であれば、Ｍ
ｇＯやＮｄＧａＯ3など他の材料も使用でき、また、面
方位についても、（１００）面以外でもかまわない。本
実施例では層間絶縁膜としてＳｒＴｉＯ3を用いたが，
酸化物超電導体と格子の整合性がよく，超伝導体と反応
しにくい材料であれば、ＮｄＧａＯ3、ＬａＡｌＯ3、Ｙ
ＡｌＯ3、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3、ＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏｘなど他
の材料を用いても、上記実施例と同じ効果を得ることが
出来る。
マルチターゲットのレーザーアブレーション法で膜厚２
００ｎｍのＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx（ＹＢＣＯ）超電導薄膜、
膜厚３００ｎｍのＳｒＴｉＯ3薄膜を順次作製する。作
製条件はＹＢＣＯ、ＳｒＴｉＯ3ともに以下の条件とす
る。ターゲットはＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ焼結体およびＳｒＴ
ｉＯ3単結晶を用いる。波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシ
マレーザーを周波数５Ｈｚ、エネルギー密度１．１Ｊ／
ｃｍ2で用いる。基板温度は７００℃、成膜時の酸素分
圧は１００ｍＴｏｒｒとする。このＹＢＣＯ薄膜はグラ
ンドプレーン２１として使用し、ＳｒＴｉＯ3薄膜はグ
ランドプレーン２１とワッシャーリング１７間の層間絶
縁膜２０として使用する。このようにして作製したＳｒ
ＴｉＯ3／ＹＢＣＯの２層膜上に、実施例１で示した方
法で保護膜層／常伝導金属層／酸化物超電導層の３層膜
を作製し、電子線描画法による微細加工を行いワッシャ
ーリング１７とＳＮＳ接合を形成し、ｄｃＳＱＵＩＤを
作製する。グランドプレーンを作製することで、ワッシ
ャーリング１７の中心を通過した磁束が必ずグランドプ
レーンとワッシャーリングの間のＳｒＴｉＯ3薄膜部分
を通るため、均一にｄｃＳＱＵＩＤに磁場が加わる。こ
の結果、ＳＱＵＩＤの感度と安定性が向上し、また設計
が容易になる。さらに、このワッシャーリング上にイン
プットコイル１９を作製するため、膜厚200nmのＳｒＴ
ｉＯ3層間絶縁膜２０を作製し、その上に膜厚100nmのＨ
ＢＣＯ薄膜を作製する。このＨＢＣＯ膜を電子線描画法
とＥＣＲプラズマエッチングで線幅１０μmのコイルに
加工する。この際、接合部分の上は結晶性が低下するた
め、ＳＮＳ接合１８を避けるようにインプットコイル１
９を配置する。さらに、このうえに膜厚100nmのＳｒＴ
ｉＯ3層間絶縁膜２０、膜厚100nmのＨＢＣＯ膜を作製
し、これらを同様にして加工し、インプットコイルの中
心から端子を取り出した。図９にインプットコイルを備
えたＳＱＵＩＤ素子の平面図と断面図をしめす。インプ
ットコイル１９を作製しても、ＳＱＵＩＤ素子の特性は
特に劣化しない。また、インプットコイル１９とＳＱＵ
ＩＤ素子は磁気的に結合している。なお、本実施例にお
いて、酸化物超電導薄膜とグランドプレーンはＹＢＣＯ
薄膜やＨＢＣＯ薄膜に限らず、他の高温超電導体薄膜を
使用できることは勿論である。また、基板に関しても、
良好な特性を有する超電導薄膜が形成可能であれば、Ｍ
ｇＯやＮｄＧａＯ3など他の材料も使用でき、また、面
方位についても、（１００）面以外でもかまわない。本
実施例では層間絶縁膜としてＳｒＴｉＯ3を用いたが，
酸化物超電導体と格子の整合性がよく，超伝導体と反応
しにくい材料であれば、ＮｄＧａＯ3、ＬａＡｌＯ3、Ｙ
ＡｌＯ3、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3、ＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏｘなど他
の材料を用いても、上記実施例と同じ効果を得ることが
出来る。
【００１５】
【発明の効果】本発明により、以下の効果が得られる。
【００１６】Ａｕ／常伝導金属／超電導体の３層膜をあ
らかじめ作製し、Ａｕを常伝導金属の保護膜に用いるこ
とで反応しやすい常伝導金属を用いた接合を作製でき
る。さらに、常伝導層にＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒ
ｅ、Ｉｒ、Ｒｕおよびこれらを含む合金を用いること
で、常伝導層の抵抗（Ｒｎ）を変えることができ、これ
により、接合特性を電極間距離や常伝導金属そのものの
抵抗値で制御、設計できる。その結果、ＳＮＳ接合の特
性、ＳＱＵＩＤの特性を設計、最適化でき、ＳＱＵＩＤ
素子を集積化できた。
らかじめ作製し、Ａｕを常伝導金属の保護膜に用いるこ
とで反応しやすい常伝導金属を用いた接合を作製でき
る。さらに、常伝導層にＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒ
ｅ、Ｉｒ、Ｒｕおよびこれらを含む合金を用いること
で、常伝導層の抵抗（Ｒｎ）を変えることができ、これ
により、接合特性を電極間距離や常伝導金属そのものの
抵抗値で制御、設計できる。その結果、ＳＮＳ接合の特
性、ＳＱＵＩＤの特性を設計、最適化でき、ＳＱＵＩＤ
素子を集積化できた。
【図１】基板上に作製した段差を用いたＳＮＳ接合の断
面構造図である。
面構造図である。
【図２】従来技術で作製されたプレーナー形ＳＮＳ接合
の断面構造図である。
の断面構造図である。
【図３】本発明のプレーナー形ＳＮＳ接合の構造図であ
る。
る。
【図４】本発明のプレーナー形ＳＮＳ接合の作製プロセ
ス表わしている。
ス表わしている。
【図５】作製したプレーナー形ＳＮＳ接合の電流−電圧
特性である。
特性である。
【図６】本発明のプレーナー形ＳＮＳ接合を用いたｄｃ
ＳＱＵＩＤの平面図である。
ＳＱＵＩＤの平面図である。
【図７】作製したｄｃＳＱＵＩＤの出力電圧−磁場特性
（７７Ｋ）である。
（７７Ｋ）である。
【図８】インプットコイルを備えたｄｃＳＱＵＩＤの
(a)平面図と(b)断面図である。
(a)平面図と(b)断面図である。
１・・・基板、２・・・超電導電極、３・・・常伝導金
属、４・・・段差、５・・・Ａｕ膜、６・・・Ａｕ膜、
７・・・酸化物超電導体層、８・・・第１の常伝導金属
層、９・・・保護膜層、１０・・・第２の常伝導金属
層、１１・・・基板、１２・・・酸化物超電導薄膜、１
３・・・Ａｇ薄膜、１４・・・Ａｕ薄膜、１５・・・レ
ジスト、１６・・・第２の常伝導金属層、１７・・・ワ
ッシャーリング、１８・・・ＳＮＳ接合、１９・・・イ
ンプットコイル、２０・・・層間絶縁膜、２１・・・グ
ランドプレーン。
属、４・・・段差、５・・・Ａｕ膜、６・・・Ａｕ膜、
７・・・酸化物超電導体層、８・・・第１の常伝導金属
層、９・・・保護膜層、１０・・・第２の常伝導金属
層、１１・・・基板、１２・・・酸化物超電導薄膜、１
３・・・Ａｇ薄膜、１４・・・Ａｕ薄膜、１５・・・レ
ジスト、１６・・・第２の常伝導金属層、１７・・・ワ
ッシャーリング、１８・・・ＳＮＳ接合、１９・・・イ
ンプットコイル、２０・・・層間絶縁膜、２１・・・グ
ランドプレーン。
フロントページの続き (72)発明者 今川 一重 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 樺沢 宇紀 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 深沢 徳海 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (9)
- 【請求項１】酸化物超電導体層上に金属または合金から
なる第１の常伝導金属層、上記第１の常伝導金属層上に
化学的に安定な金属からなる保護膜層で構成された第１
及び第２の３層膜を、同一平面上に対向するように形成
し、上記第１及び第２の３層膜の一部重なるようにして
金属または合金からなる第２の常伝導金属層を形成する
ことで上記３層膜間を常伝導金属でつないだことを特徴
とするプレーナー構造の超電導−常伝導−超電導接合。 - 【請求項２】請求項１記載の第１の常伝導金属層がＡｇ
またはＡｇ−ＡｕなどのＡｇを含む合金であるプレーナ
ー構造の超電導−常伝導−超電導接合。 - 【請求項３】請求項１記載の保護膜層がＡｕ、Ｐｔまた
はこれらを含む合金であるプレーナー構造の超電導−常
伝導−超電導接合。 - 【請求項４】請求項１記載の第２の常伝導金属層がＡ
ｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｐｄ
またはＡｇ−Ａｕ、Ｐｔ−Ｒｈなどのこれらの金属を含
む合金であるプレーナー構造の超電導−常伝導−超電導
接合。 - 【請求項５】２層目の常伝導金属の幅が超電導電極の幅
より狭いことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項
３または請求項４のいずれかにおいて記載の超電導−常
伝導−超電導接合。 - 【請求項６】同一平面上にある空間的に分離された２つ
の超電導電極間の距離が一定な構造の請求項１、請求項
２、請求項３または請求項４のいずれかにおいて記載の
超電導−常伝導−超電導接合。 - 【請求項７】請求項１、請求項２、請求項３、請求項
４、請求項５または請求項６のいずれかにおいて記載の
超電導−常伝導−超電導接合を２つ含む超電導ループに
電流端子、電圧端子を取り付けた構造の超電導量子干渉
素子。 - 【請求項８】基板の上に酸化物超電導体からなるグラン
ドプレーンがあり、その上に酸化物の絶縁層があり、そ
の上に作製された請求項７記載の超電導量子干渉素子。 - 【請求項９】接合部の上にインプットコイルが重ならな
いことを特長とする請求項７および請求項８記載の超電
導量子干渉素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5244258A JP2539584B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 超電導量子干渉素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5244258A JP2539584B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 超電導量子干渉素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07106645A true JPH07106645A (ja) | 1995-04-21 |
| JP2539584B2 JP2539584B2 (ja) | 1996-10-02 |
Family
ID=17116080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5244258A Expired - Fee Related JP2539584B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 超電導量子干渉素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2539584B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014212795A (ja) * | 2013-04-22 | 2014-11-17 | 住友重機械工業株式会社 | Ｍｒｉ装置 |
| JP2020532099A (ja) * | 2017-08-04 | 2020-11-05 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | 改善型キュービットのためのジョセフソン接合を備えた超伝導キュービット、超伝導キュービットを製造する方法およびマイクロ波デバイスを形成する方法 |
| CN115835768A (zh) * | 2023-02-10 | 2023-03-21 | 材料科学姑苏实验室 | 一种超导量子芯片制备用保护层及超导量子芯片 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0246781A (ja) * | 1988-08-08 | 1990-02-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導量子干渉素子およびその製造方法 |
| JPH02298085A (ja) * | 1989-05-12 | 1990-12-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ジョセフソン素子の製造方法 |
| JPH0555646A (ja) * | 1991-08-27 | 1993-03-05 | Seiko Instr Inc | 高感度磁場検出回路 |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP5244258A patent/JP2539584B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0246781A (ja) * | 1988-08-08 | 1990-02-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導量子干渉素子およびその製造方法 |
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| JPH0555646A (ja) * | 1991-08-27 | 1993-03-05 | Seiko Instr Inc | 高感度磁場検出回路 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2014212795A (ja) * | 2013-04-22 | 2014-11-17 | 住友重機械工業株式会社 | Ｍｒｉ装置 |
| JP2020532099A (ja) * | 2017-08-04 | 2020-11-05 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | 改善型キュービットのためのジョセフソン接合を備えた超伝導キュービット、超伝導キュービットを製造する方法およびマイクロ波デバイスを形成する方法 |
| CN115835768A (zh) * | 2023-02-10 | 2023-03-21 | 材料科学姑苏实验室 | 一种超导量子芯片制备用保护层及超导量子芯片 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2539584B2 (ja) | 1996-10-02 |
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