JPH07302935A - ジョセフソン接合素子及びその製造方法及び製造装置 - Google Patents
ジョセフソン接合素子及びその製造方法及び製造装置Info
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- JPH07302935A JPH07302935A JP7104389A JP10438995A JPH07302935A JP H07302935 A JPH07302935 A JP H07302935A JP 7104389 A JP7104389 A JP 7104389A JP 10438995 A JP10438995 A JP 10438995A JP H07302935 A JPH07302935 A JP H07302935A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/12—Josephson-effect devices
- H10N60/124—Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は絶縁バリア層と連続にエピタキシャ
ルにより設けられ、α＜３０°の角をなす斜面からなる
基板上にエピタキシャル成長された第一の超伝導ＹＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7 層（以下にＹＢＣＯと称する）と、第二の
ＹＢＣＯ層とからなるジョセフソン接合に関し、薄いエ
ピタキシャル層、特に超伝導ＹＢＣＯ層上のジョセフソ
ン接合のバリア層の製造方法を提供する。 【構成】 フラックス変動が生ずる時に実質的な電圧変
化と同様に高いＩ0 ＊Ｒｎ積がバリア層がＮｄＧａＯ3
（ＮＧＯ）又はＰｒＧａＯ3 から作られることにより生
ずる。ベース上にバリア層を製造するために該ベースは
プラズマイオンエッチングにより前処理され、該ベース
に向かうプラズマ励起イオンのエネルギーが該ベースの
材料のスパッタリング閾値のエネルギーより小さいか又
はほぼ等しい。
ルにより設けられ、α＜３０°の角をなす斜面からなる
基板上にエピタキシャル成長された第一の超伝導ＹＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7 層（以下にＹＢＣＯと称する）と、第二の
ＹＢＣＯ層とからなるジョセフソン接合に関し、薄いエ
ピタキシャル層、特に超伝導ＹＢＣＯ層上のジョセフソ
ン接合のバリア層の製造方法を提供する。 【構成】 フラックス変動が生ずる時に実質的な電圧変
化と同様に高いＩ0 ＊Ｒｎ積がバリア層がＮｄＧａＯ3
（ＮＧＯ）又はＰｒＧａＯ3 から作られることにより生
ずる。ベース上にバリア層を製造するために該ベースは
プラズマイオンエッチングにより前処理され、該ベース
に向かうプラズマ励起イオンのエネルギーが該ベースの
材料のスパッタリング閾値のエネルギーより小さいか又
はほぼ等しい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板上にエピタキシャ
ル成長され、絶縁バリア層を連続してエピタキシャルに
設けられたα＜３０°の角度の斜面を有する第一の超伝
導ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 層（以下ＹＢＣＯと称する）と、
第二のＹＢＣＯ層とからなるジョセフソン接合に関す
る。
ル成長され、絶縁バリア層を連続してエピタキシャルに
設けられたα＜３０°の角度の斜面を有する第一の超伝
導ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 層（以下ＹＢＣＯと称する）と、
第二のＹＢＣＯ層とからなるジョセフソン接合に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６１
（１４），１９９２年、１７０９乃至１７１１頁に記載
されるそのような配置では第一のＹＢＣＯ層はｃー軸が
基板表面に垂直に延在するように（００１）ＳｒＴｉＯ
3 基板上にエピタキシャルに設けられる。この層はＹ2
Ｏ3 絶縁層からなる。続いて傾斜はイオンエッチングに
より第一のＹＢＣＯ層の端で形成される。次に薄いＹ2
Ｏ3 層が、第二の超伝導ＹＢＣＯ層が最後に形成される
バリア層として設けられる。上記論文では更なる改善が
接合の品質を制御するのに必要であると記載されてい
る。
（１４），１９９２年、１７０９乃至１７１１頁に記載
されるそのような配置では第一のＹＢＣＯ層はｃー軸が
基板表面に垂直に延在するように（００１）ＳｒＴｉＯ
3 基板上にエピタキシャルに設けられる。この層はＹ2
Ｏ3 絶縁層からなる。続いて傾斜はイオンエッチングに
より第一のＹＢＣＯ層の端で形成される。次に薄いＹ2
Ｏ3 層が、第二の超伝導ＹＢＣＯ層が最後に形成される
バリア層として設けられる。上記論文では更なる改善が
接合の品質を制御するのに必要であると記載されてい
る。
【０００３】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５９
（８），１９９１年、９８２乃至９８４頁にはＮｄＧａ
Ｏ3 及びＰｒＧａＯ3 （ＰＧＯ）は低いマイクロ波損失
を示し、故にバリア材料として好ましく用いられうると
記載されている。しかしながらＰＧＯのみをバリア材料
として用いることにより有用な性質は得られないことが
分った。これは「ピンホール」及びマイクロブリッジが
ＹＢＣＯ層間で形成されるということのためである。こ
れは弱く連結した絶縁層の動作に有害に影響する。
（８），１９９１年、９８２乃至９８４頁にはＮｄＧａ
Ｏ3 及びＰｒＧａＯ3 （ＰＧＯ）は低いマイクロ波損失
を示し、故にバリア材料として好ましく用いられうると
記載されている。しかしながらＰＧＯのみをバリア材料
として用いることにより有用な性質は得られないことが
分った。これは「ピンホール」及びマイクロブリッジが
ＹＢＣＯ層間で形成されるということのためである。こ
れは弱く連結した絶縁層の動作に有害に影響する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は高いＩ
0 ＊Ｒｎ積（Ｉ0 ＝臨界電流、Ｒｎ＝常伝導抵抗）を有
し、フラックス変動が生ずる時に実質的な電圧変化を示
し、その層の厚さが小さいときでさえ高品質でほとんど
漏洩を示さない前記の型のジョセフソン接合を提供する
ことにある。
0 ＊Ｒｎ積（Ｉ0 ＝臨界電流、Ｒｎ＝常伝導抵抗）を有
し、フラックス変動が生ずる時に実質的な電圧変化を示
し、その層の厚さが小さいときでさえ高品質でほとんど
漏洩を示さない前記の型のジョセフソン接合を提供する
ことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的はバリア層がＮ
ｄＧａＯ3 又はＰｒＧａＯ3 から作られることにより達
成される。絶縁層に対する本発明による材料の使用によ
り斜面又は傾斜（傾斜されたエッジ接合）からなるジョ
セフソン接合で特に優秀な動作データが得られた。処理
パラメーターが注意深く選択され、観察された時には、
バリア層の厚さが適切な材料のコヒーレント長の範囲内
で選択された時でさえ、ピンホールは回避されうる。
ｄＧａＯ3 又はＰｒＧａＯ3 から作られることにより達
成される。絶縁層に対する本発明による材料の使用によ
り斜面又は傾斜（傾斜されたエッジ接合）からなるジョ
セフソン接合で特に優秀な動作データが得られた。処理
パラメーターが注意深く選択され、観察された時には、
バリア層の厚さが適切な材料のコヒーレント長の範囲内
で選択された時でさえ、ピンホールは回避されうる。
【０００６】本発明は更に薄いエピタキシャル層が成長
する前にプラズマイオンエッチング処理で正確に加工さ
れたベース上の薄いエピタキシャル層、特に超伝導ＹＢ
ＣＯ層上のジョセフソン接合のバリア層の製造方法を目
的とし、該目的は達成されるべきベースの均一な加湿を
可能にする。この目的はベースに向かうプラズマ励起イ
オンのエネルギーがベースの材料のスパッタリング閾値
のエネルギーより小さいか又はほぼ等しいことにより達
成される。
する前にプラズマイオンエッチング処理で正確に加工さ
れたベース上の薄いエピタキシャル層、特に超伝導ＹＢ
ＣＯ層上のジョセフソン接合のバリア層の製造方法を目
的とし、該目的は達成されるべきベースの均一な加湿を
可能にする。この目的はベースに向かうプラズマ励起イ
オンのエネルギーがベースの材料のスパッタリング閾値
のエネルギーより小さいか又はほぼ等しいことにより達
成される。
【０００７】この方法で前処理されたベースは非常に平
滑である。格子欠陥を有する結晶要素は実質的に除去さ
れる。従って薄い層は均一に成長可能であり、単結晶の
場合にはエピタキシャルにコヒーレントに成長可能であ
る。２ｎｍの薄さの層でさえも湿らされない（ｕｎｍｏ
ｉｓｔｅｎｅｄ）表面領域（ホール又はピンホール）は
観察されなかった。本発明の方法ではイオンは界面上で
のみ作用し、それらの運動エネルギーレベルが低い故に
格子欠陥を引き起こさない。
滑である。格子欠陥を有する結晶要素は実質的に除去さ
れる。従って薄い層は均一に成長可能であり、単結晶の
場合にはエピタキシャルにコヒーレントに成長可能であ
る。２ｎｍの薄さの層でさえも湿らされない（ｕｎｍｏ
ｉｓｔｅｎｅｄ）表面領域（ホール又はピンホール）は
観察されなかった。本発明の方法ではイオンは界面上で
のみ作用し、それらの運動エネルギーレベルが低い故に
格子欠陥を引き起こさない。
【０００８】斯くして処理されたベースは続いてのコー
ティング処理の前の雰囲気ガス、湿度又は粒子により悪
影響されないことが確実にされたので薄いエピタキシャ
ル層の形成と同様に正確な加工操作は元の位置でなされ
る。本発明による方法は雰囲気的な影響のような化学的
な影響及び／又はイオンビームエッチングのような物理
的な影響により変化された表面の攪乱されない格子構造
がエッチングにより浄化されることを可能にし、それに
より類似の格子構造及び僅かに異なるのみの格子定数を
有する攪乱されない均一なコーティング層のエピタキシ
ャル成長が可能となる。エピタキシャル、単結晶、コヒ
ーレントであり１ｎｍまで正確で１ｎｍのみ荒い境界を
有する境界層が特にＳＩＳジョセフソン接合及び半導体
技術で必要とされる。この方法は例えばジョセフソン接
合の傾斜表面のイオンビームエッチングで必要とされる
フォトレジストマスクの残渣（灰化）なしに乾燥除去で
適切にまた用いられうる。フォトレジストの灰化及びイ
オンビームエッチングされた斜面又は類似の表面の条件
付けは同時になされえ、故に有害な他の場所での溶媒中
の段階を必要としない。この本発明の非侵蝕的（ｎｏｎ
−ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ）方法は除去されるべきフォト
レジストの無機残渣物（例えば約１０ｐｐｍのＦｅ）が
残ることを可能にし、それにより続いてのエピタキシャ
ル処理に適切な表面を形成する。
ティング処理の前の雰囲気ガス、湿度又は粒子により悪
影響されないことが確実にされたので薄いエピタキシャ
ル層の形成と同様に正確な加工操作は元の位置でなされ
る。本発明による方法は雰囲気的な影響のような化学的
な影響及び／又はイオンビームエッチングのような物理
的な影響により変化された表面の攪乱されない格子構造
がエッチングにより浄化されることを可能にし、それに
より類似の格子構造及び僅かに異なるのみの格子定数を
有する攪乱されない均一なコーティング層のエピタキシ
ャル成長が可能となる。エピタキシャル、単結晶、コヒ
ーレントであり１ｎｍまで正確で１ｎｍのみ荒い境界を
有する境界層が特にＳＩＳジョセフソン接合及び半導体
技術で必要とされる。この方法は例えばジョセフソン接
合の傾斜表面のイオンビームエッチングで必要とされる
フォトレジストマスクの残渣（灰化）なしに乾燥除去で
適切にまた用いられうる。フォトレジストの灰化及びイ
オンビームエッチングされた斜面又は類似の表面の条件
付けは同時になされえ、故に有害な他の場所での溶媒中
の段階を必要としない。この本発明の非侵蝕的（ｎｏｎ
−ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ）方法は除去されるべきフォト
レジストの無機残渣物（例えば約１０ｐｐｍのＦｅ）が
残ることを可能にし、それにより続いてのエピタキシャ
ル処理に適切な表面を形成する。
【０００９】特にジョセフソン接合用のＹＢＣＯ層が処
理される時には酸素プラズマを用いることが好ましい。
プラズマ流に含まれる原子状酸素は酸化によりＹＢＣＯ
格子を改善し、それにより傾斜のイオンエッチングのよ
うな続いての処理段階で表面的に影響されるＹＢＣＯ層
の超伝導特性は回復される。６００°Ｃを越える処理温
度で格子欠陥はまた改善されうる。
理される時には酸素プラズマを用いることが好ましい。
プラズマ流に含まれる原子状酸素は酸化によりＹＢＣＯ
格子を改善し、それにより傾斜のイオンエッチングのよ
うな続いての処理段階で表面的に影響されるＹＢＣＯ層
の超伝導特性は回復される。６００°Ｃを越える処理温
度で格子欠陥はまた改善されうる。
【００１０】本発明による方法を実施するのに適切に用
いられうる装置はイオン化されたガス粒子を発生するプ
ラズマ源を有する真空容器からなり、該プラズマ源は
ｒ．ｆ．電圧が印加される基板保持具に対向するよう配
置され、該電圧の出力及び／又は値は基板保持具上に配
置された処理されるべき素子に衝突するイオン化された
ガス粒子のエネルギーが処理されるべき素子の材料のス
パッタリング閾値より小さいか又はその範囲内にあるこ
とを特徴とする。このような装置ではイオンエッチング
に必要なガスのプラズマ励起はエッチングに必要なエネ
ルギーの供給と独立に起きる。故にエッチングのエネル
ギーはそれぞれ調整でき、特に非侵蝕的なエッチング処
理に必要な比較的低いレベルで維持されうる。
いられうる装置はイオン化されたガス粒子を発生するプ
ラズマ源を有する真空容器からなり、該プラズマ源は
ｒ．ｆ．電圧が印加される基板保持具に対向するよう配
置され、該電圧の出力及び／又は値は基板保持具上に配
置された処理されるべき素子に衝突するイオン化された
ガス粒子のエネルギーが処理されるべき素子の材料のス
パッタリング閾値より小さいか又はその範囲内にあるこ
とを特徴とする。このような装置ではイオンエッチング
に必要なガスのプラズマ励起はエッチングに必要なエネ
ルギーの供給と独立に起きる。故にエッチングのエネル
ギーはそれぞれ調整でき、特に非侵蝕的なエッチング処
理に必要な比較的低いレベルで維持されうる。
【００１１】元の位置での処理はエピタキシャルコーテ
ィング装置は真空容器内に配置されることにより可能と
なる。
ィング装置は真空容器内に配置されることにより可能と
なる。
【００１２】
【実施例】以下に図を参照して本発明を更に詳細に説明
する。図１に（１００）ＳｒＴＩＯ3 基板３（図２の）
上にエピタキシャルに設けられたＳＱＵＩＤの２つの超
伝導ＹＢＣＯ層１、２を示す。ＳｒＴＩＯ3 はＳＴＯと
省略する。領域４（ＳＱＵＩＤホール）は層を有さな
い。超伝導ループは約２ｎｍ厚さのＮＧＯバリア層７
（図２の）を介した層２の延長５、６である２つのジョ
セフソン接合を介してこの領域の周囲に形成され、層１
はジョセフソン接合を形成する。
する。図１に（１００）ＳｒＴＩＯ3 基板３（図２の）
上にエピタキシャルに設けられたＳＱＵＩＤの２つの超
伝導ＹＢＣＯ層１、２を示す。ＳｒＴＩＯ3 はＳＴＯと
省略する。領域４（ＳＱＵＩＤホール）は層を有さな
い。超伝導ループは約２ｎｍ厚さのＮＧＯバリア層７
（図２の）を介した層２の延長５、６である２つのジョ
セフソン接合を介してこの領域の周囲に形成され、層１
はジョセフソン接合を形成する。
【００１３】ジョセフソン接合の領域内の層構造を図２
に拡大して示す。第一に２００ｎｍ厚さのＹＢＣＯ層１
がそのｃー軸が基板表面に垂直に延在するように基板３
上に堆積され、１００ｎｍ厚さのエピタキシャル絶縁層
８（ＳＴＯ又はＮＧＯ）がその上に堆積される。これは
高周波スパッタリング、マグネトロンスパッタリング又
はイオンビームスパッタリングのような良く知られた方
法により達成されうる。続いてＹＢＣＯ層１及び絶縁層
８はイオンビームエッチングにより知られている方法で
角度α＝１５°で延在する傾斜表面を有するように設け
られる。
に拡大して示す。第一に２００ｎｍ厚さのＹＢＣＯ層１
がそのｃー軸が基板表面に垂直に延在するように基板３
上に堆積され、１００ｎｍ厚さのエピタキシャル絶縁層
８（ＳＴＯ又はＮＧＯ）がその上に堆積される。これは
高周波スパッタリング、マグネトロンスパッタリング又
はイオンビームスパッタリングのような良く知られた方
法により達成されうる。続いてＹＢＣＯ層１及び絶縁層
８はイオンビームエッチングにより知られている方法で
角度α＝１５°で延在する傾斜表面を有するように設け
られる。
【００１４】ほとんど欠陥のない酸素で飽和された境界
は以下に説明するプラズマイオンエッチング処理により
低いＢＣＯ層の斜面上に形成され、該境界はエピタキシ
ャルでコヒーレントな方法で成長された第二のＹＢＣＯ
層と同様に続く薄いバリアを可能にする。ＮＧＯバリア
層７及びＹＢＣＯ層２はバリア及び上部のＹＢＣＯ層の
形成の前に雰囲気ガスにより不純物を除去するように元
の場所にエピタキシャルに設けられる。
は以下に説明するプラズマイオンエッチング処理により
低いＢＣＯ層の斜面上に形成され、該境界はエピタキシ
ャルでコヒーレントな方法で成長された第二のＹＢＣＯ
層と同様に続く薄いバリアを可能にする。ＮＧＯバリア
層７及びＹＢＣＯ層２はバリア及び上部のＹＢＣＯ層の
形成の前に雰囲気ガスにより不純物を除去するように元
の場所にエピタキシャルに設けられる。
【００１５】特にＹＢＣＯ層２の境界のざらつきの形成
を除去するために角度αは３０°を越えてはならない。
αを１０°乃至２０°の範囲内で選択することによりざ
らついた境界は完全に回避される。そのような傾きを有
する傾斜は全く問題なく製造しうる。電気的な接触面９
（パッド）は図３に示すようにＹＢＣＯ層１、２上に設
けられた。まず絶縁層８を介して低いＹＢＣＯ層内に延
在する複数のホール１０（数μｍの直径を有する）がパ
ッドの領域内にエッチングされた。エッチングの深さは
正確に決められる必要はない。ホール１０は好ましくは
基板３内に延在する。次にホール１０内に銀の層１１が
形成され、層１を有する複数の側方接点が接触パッドを
作るために形成される。この方法は超伝導層が銀層の代
わりに設けられた時に２つの超伝導層間の超伝導接触を
確立するためにも用いられうる。このように大きな区域
のジョセフソン接合がホール内に形成され、適当な数の
ホールは単一の超伝導短絡回路のように動作する。
を除去するために角度αは３０°を越えてはならない。
αを１０°乃至２０°の範囲内で選択することによりざ
らついた境界は完全に回避される。そのような傾きを有
する傾斜は全く問題なく製造しうる。電気的な接触面９
（パッド）は図３に示すようにＹＢＣＯ層１、２上に設
けられた。まず絶縁層８を介して低いＹＢＣＯ層内に延
在する複数のホール１０（数μｍの直径を有する）がパ
ッドの領域内にエッチングされた。エッチングの深さは
正確に決められる必要はない。ホール１０は好ましくは
基板３内に延在する。次にホール１０内に銀の層１１が
形成され、層１を有する複数の側方接点が接触パッドを
作るために形成される。この方法は超伝導層が銀層の代
わりに設けられた時に２つの超伝導層間の超伝導接触を
確立するためにも用いられうる。このように大きな区域
のジョセフソン接合がホール内に形成され、適当な数の
ホールは単一の超伝導短絡回路のように動作する。
【００１６】ジョセフソン接合では薄いバリア層が高い
Ｉ0 ＊Ｒｎ積が達成されることを可能にする。抵抗Ｒｎ
は層の厚さに概略比例して増加するが臨界電流Ｉ0 は層
の厚さに対して概略指数関数的に減少する。正確な処理
の制御により層の厚さが非常に小さい時でさえ均一でピ
ンホールのないバリア層を得ることが可能になる。非常
に重要な特徴はバリア層７を成長させる前に傾斜面の元
の位置の後処理をすることである。この目的のために、
図４に示される装置を用いる特別な方法が用いられた。
ＥＣＲ酸素プラズマ源１３は真空容器１２（０．５乃至
２Ｐａ）内に配置され、該プラズマ源は供給配置１４を
介してＯ2 （１０乃至４０ｓｃｃｍ）を供され、この中
で発生器１５（２１７Ｗ、２４５ＧＨｚ）を介して特に
原子状酸素からなるプラズマ雲が作られる。
Ｉ0 ＊Ｒｎ積が達成されることを可能にする。抵抗Ｒｎ
は層の厚さに概略比例して増加するが臨界電流Ｉ0 は層
の厚さに対して概略指数関数的に減少する。正確な処理
の制御により層の厚さが非常に小さい時でさえ均一でピ
ンホールのないバリア層を得ることが可能になる。非常
に重要な特徴はバリア層７を成長させる前に傾斜面の元
の位置の後処理をすることである。この目的のために、
図４に示される装置を用いる特別な方法が用いられた。
ＥＣＲ酸素プラズマ源１３は真空容器１２（０．５乃至
２Ｐａ）内に配置され、該プラズマ源は供給配置１４を
介してＯ2 （１０乃至４０ｓｃｃｍ）を供され、この中
で発生器１５（２１７Ｗ、２４５ＧＨｚ）を介して特に
原子状酸素からなるプラズマ雲が作られる。
【００１７】部分的に分解されイオン化された酸素は基
板支持具１６に向かって流れる（方向は矢印１７により
示される）。運動部分エネルギーのレベルは処理され、
基板支持具上に設けられるべき材料のスパッタリング閾
値の範囲内又は好ましくはそれよりも低く設定される。
これはチューナー１８を介して１３．５６ＭＨｚの周波
数を有する１０Ｗ以下の出力を印加することにより生ず
る基板支持具１６でのー３乃至ー３０Ｖの間の範囲のバ
イアス電圧により達成される。この小さなｒ．ｆ．出力
はそれ自身適切なプラズマは発生しえないが基板支持具
に向かう低エネルギーを有する酸素プラズマの正のイオ
ンを加速することのみしうる。低エネルギーレベルのた
めに傾斜表面の攪乱された領域は新たな格子欠陥を作る
ことなく非侵蝕的に除去される。このように処理された
ＹＢＣＯ層は原子状酸素により酸化され、超伝導特性は
回復される。６００°Ｃを越える基板の温度でも格子欠
陥はまた改善されうる。
板支持具１６に向かって流れる（方向は矢印１７により
示される）。運動部分エネルギーのレベルは処理され、
基板支持具上に設けられるべき材料のスパッタリング閾
値の範囲内又は好ましくはそれよりも低く設定される。
これはチューナー１８を介して１３．５６ＭＨｚの周波
数を有する１０Ｗ以下の出力を印加することにより生ず
る基板支持具１６でのー３乃至ー３０Ｖの間の範囲のバ
イアス電圧により達成される。この小さなｒ．ｆ．出力
はそれ自身適切なプラズマは発生しえないが基板支持具
に向かう低エネルギーを有する酸素プラズマの正のイオ
ンを加速することのみしうる。低エネルギーレベルのた
めに傾斜表面の攪乱された領域は新たな格子欠陥を作る
ことなく非侵蝕的に除去される。このように処理された
ＹＢＣＯ層は原子状酸素により酸化され、超伝導特性は
回復される。６００°Ｃを越える基板の温度でも格子欠
陥はまた改善されうる。
【００１８】図５に２Ｗｒｆ乃至５Ｗｒｆのｒ．ｆ．出
力でＯ2 ガスを横切って基板支持具１６に表れるバイア
ス電圧Ｖの依存性を示す。非常に低いイオンエネルギー
レベルを用いるラジオ周波数プラズマエッチングの上記
方法は一般にエピタキシャル用に適した高品質層を作る
ために印加されうる。それはＹＢＣＯ表面を前処理する
のに用いられるジョセフソン接合を製造するのに特に好
ましく用いられうる。
力でＯ2 ガスを横切って基板支持具１６に表れるバイア
ス電圧Ｖの依存性を示す。非常に低いイオンエネルギー
レベルを用いるラジオ周波数プラズマエッチングの上記
方法は一般にエピタキシャル用に適した高品質層を作る
ために印加されうる。それはＹＢＣＯ表面を前処理する
のに用いられるジョセフソン接合を製造するのに特に好
ましく用いられうる。
【００１９】層の続いてのエピタキシャル成長は本発明
の非侵蝕的なイオンプラズマエッチング処理に曝される
表面が後で影響されるのを排除するよう元の場所でなさ
れるべきである。この目的のために適切なコーティング
装置が図４に示される真空容器内に配置される。効果的
に基板支持具１６はこれらの装置に向かって真空容器内
で動かされる。
の非侵蝕的なイオンプラズマエッチング処理に曝される
表面が後で影響されるのを排除するよう元の場所でなさ
れるべきである。この目的のために適切なコーティング
装置が図４に示される真空容器内に配置される。効果的
に基板支持具１６はこれらの装置に向かって真空容器内
で動かされる。
【００２０】２ｎｍ厚さのＮＧＯバリアの使用は本発明
のジョセフソン接合で測定された以下の値を結果として
生じた： Ｉｏ＊Ｒｎ＝１１５μｖ（７７Ｋ）又は５ｍＶ（４Ｋ）
及びｄＶ／ｄΦ＜５０μｖ／Φ０ ジョセフソン接合を製造するために７ｎｍ厚さのＳＴＯ
バリアを使用していた場合には以下の値が得られた： Ｉｏ＊Ｒｎ＝３５μｖ（７７Ｋ）ｄＶ／ｄΦ＝２５μｖ
／Φ０ ５ｎｍ厚さのＮーＹＢＣＯバリアからなるジョセフソン
接合はＩｏ＊Ｒｎ＝１ｍｖ（４Ｋ）を示した。
のジョセフソン接合で測定された以下の値を結果として
生じた： Ｉｏ＊Ｒｎ＝１１５μｖ（７７Ｋ）又は５ｍＶ（４Ｋ）
及びｄＶ／ｄΦ＜５０μｖ／Φ０ ジョセフソン接合を製造するために７ｎｍ厚さのＳＴＯ
バリアを使用していた場合には以下の値が得られた： Ｉｏ＊Ｒｎ＝３５μｖ（７７Ｋ）ｄＶ／ｄΦ＝２５μｖ
／Φ０ ５ｎｍ厚さのＮーＹＢＣＯバリアからなるジョセフソン
接合はＩｏ＊Ｒｎ＝１ｍｖ（４Ｋ）を示した。
【図１】２つのジョセフソン接合からなるＳＱＵＩＤの
平面図を示す。
平面図を示す。
【図２】図１のＳＱＵＩＤのジョセフソン接合の拡大断
面図を示す。
面図を示す。
【図３】電気的接点表面の領域の拡大断面図を示す。
【図４】本発明による配置の主要な部品を示す概略図で
ある。
ある。
【図５】図３の装置の基板保持具に表れたバイアス電圧
の特性曲線を示す図である。
の特性曲線を示す図である。
１、２ 超伝導ＹＢＣＯ層 ３ ＳｒＴＩＯ3 基板 ４ 領域 ５、６ 層２の延長 ７ バリア層 ８ エピタキシャル層 ９ 接触面 １０ ホール １１ 銀の層 １２ 真空容器 １３ ＥＣＲプラズマ源 １４ 供給配置 １５ 発生器 １６ 基板支持具 １８ チューナー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディルク グルントラー ドイツ連邦共和国 22529 ハンブルク シュトレセマナレー 132 (72)発明者 ベルント ダーフィット ドイツ連邦共和国 24641 ヒュットブレ ク ドルフシュトラーセ 20 (72)発明者 フォルカー ドーアマン ドイツ連邦共和国 22309 ハンブルク ボルシェルトリング ２エフ
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上にエピタキシャルに成長され、絶
縁バリア層（７）を連続してエピタキシャルに設けられ
たα＜３０°の角度の斜面を有する第一の超伝導ＹＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7 層（１）（以下ＹＢＣＯと称する）と、第
二のＹＢＣＯ層（２）とからなるジョセフソン接合であ
って、該バリア層（７）はＮｄＧａＯ 3 （ＮＧＯ）又は
ＰｒＧａＯ3 からなることを特徴とするジョセフソン接
合素子。 - 【請求項２】 薄いエピタキシャル層が成長する前にプ
ラズマイオンエッチング処理で正確に加工されたベース
上の薄いエピタキシャル層、特に超伝導ＹＢＣＯ層
（１）上のジョセフソン接合のバリア層（７）の製造方
法であって、該ベースに向かうプラズマ励起イオンのエ
ネルギーが該ベースの材料のスパッタリング閾値のエネ
ルギーより小さいか又はほぼ等しいことを特徴とする方
法。 - 【請求項３】 薄いエピタキシャル層の形成と同様に正
確な加工操作は元の位置でなされることを特徴とする請
求項２記載の方法。 - 【請求項４】 該ベースはジョセフソン接合の超伝導Ｙ
ＢＣＯ層（１）の斜面であり、該ベースは特にイオンエ
ッチングにより製造されることを特徴とする請求項２又
は３記載の方法。 - 【請求項５】 酸素プラズマが用いられることを特徴と
する請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 イオン化されたガス粒子を発生するプラ
ズマ源（１３）を有する真空容器（１２）からなり、該
プラズマ源はｒ．ｆ．電圧が印加される基板保持具（１
６）に対向するよう配置され、該電圧の出力及び／又は
値は基板保持具上に配置された処理されるべき素子に衝
突するイオン化されたガス粒子のエネルギーが処理され
るべき素子の材料のスパッタリング閾値より小さいか又
はその範囲内にあることを特徴とする請求項２乃至５の
うちいずれか一項記載の方法を実施する装置。 - 【請求項７】 エピタキシャルコーティング装置は真空
容器（１２）内に配置されることを特徴とする請求項６
記載の配置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4414843A DE4414843A1 (de) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | Josephson-Stufenkontakt |
| DE4414843:7 | 1994-04-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07302935A true JPH07302935A (ja) | 1995-11-14 |
Family
ID=6516671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7104389A Pending JPH07302935A (ja) | 1994-04-28 | 1995-04-27 | ジョセフソン接合素子及びその製造方法及び製造装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0680102A1 (ja) |
| JP (1) | JPH07302935A (ja) |
| DE (1) | DE4414843A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6541789B1 (en) | 1998-09-01 | 2003-04-01 | Nec Corporation | High temperature superconductor Josephson junction element and manufacturing method for the same |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5304538A (en) * | 1992-03-11 | 1994-04-19 | The United States Of America As Repeated By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Epitaxial heterojunctions of oxide semiconductors and metals on high temperature superconductors |
| EP0660968A1 (en) * | 1992-09-14 | 1995-07-05 | Conductus, Inc. | Improved barrier layers for oxide superconductor devices and circuits |
-
1994
- 1994-04-28 DE DE4414843A patent/DE4414843A1/de not_active Withdrawn
-
1995
- 1995-04-25 EP EP95201050A patent/EP0680102A1/de not_active Withdrawn
- 1995-04-27 JP JP7104389A patent/JPH07302935A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6541789B1 (en) | 1998-09-01 | 2003-04-01 | Nec Corporation | High temperature superconductor Josephson junction element and manufacturing method for the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4414843A1 (de) | 1995-11-02 |
| EP0680102A1 (de) | 1995-11-02 |
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