JPH0786648A - ジョセフソン素子の製造方法 - Google Patents
ジョセフソン素子の製造方法Info
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- JPH0786648A JPH0786648A JP5224468A JP22446893A JPH0786648A JP H0786648 A JPH0786648 A JP H0786648A JP 5224468 A JP5224468 A JP 5224468A JP 22446893 A JP22446893 A JP 22446893A JP H0786648 A JPH0786648 A JP H0786648A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 酸化物超電導体を加工してジョセフソン接合
を形成するジョセフソン素子の製造方法に関し、酸化物
超電導体としての性質を損なわずに数十Åオーダの微細
加工を可能とすることにより、再現性のある、かつ寸法
制御性のあるジョセフソン接合の形成が可能なジョセフ
ソン素子の製造方法を提供する。 【構成】 減圧雰囲気中、酸化物超電導体膜12ｂと加工
電極５とを接近させた状態で酸化物超電導体膜12ｂと加
工電極５との間に電圧を印加することにより、酸化物超
電導体膜12ｂの構成元素の結合エネルギよりも大きい電
界によるエネルギを供給し、酸化物超電導体膜12ｂから
構成元素を放出させて、酸化物超電導体膜12ｂをエッチ
ングし、溝１５を形成するとともに、溝１５の下に薄い
膜厚の絶縁性酸化物12ｃを残すことを含み構成する。
を形成するジョセフソン素子の製造方法に関し、酸化物
超電導体としての性質を損なわずに数十Åオーダの微細
加工を可能とすることにより、再現性のある、かつ寸法
制御性のあるジョセフソン接合の形成が可能なジョセフ
ソン素子の製造方法を提供する。 【構成】 減圧雰囲気中、酸化物超電導体膜12ｂと加工
電極５とを接近させた状態で酸化物超電導体膜12ｂと加
工電極５との間に電圧を印加することにより、酸化物超
電導体膜12ｂの構成元素の結合エネルギよりも大きい電
界によるエネルギを供給し、酸化物超電導体膜12ｂから
構成元素を放出させて、酸化物超電導体膜12ｂをエッチ
ングし、溝１５を形成するとともに、溝１５の下に薄い
膜厚の絶縁性酸化物12ｃを残すことを含み構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ジョセフソン素子の製
造方法に関し、更に詳しく言えば、酸化物超電導体を加
工してジョセフソン接合を形成するジョセフソン素子の
製造方法に関する。
造方法に関し、更に詳しく言えば、酸化物超電導体を加
工してジョセフソン接合を形成するジョセフソン素子の
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導体薄膜、特に酸化物超電導体薄膜
を高周波デバイス，電子デバイスに応用するためにはジ
ョセフソン接合（ＪＪ）を形成する技術が必要とされ
る。ジョセフソン接合はＳＩＳ（Superconductor-Insul
ator-Superconductor ）という構造を有する。
を高周波デバイス，電子デバイスに応用するためにはジ
ョセフソン接合（ＪＪ）を形成する技術が必要とされ
る。ジョセフソン接合はＳＩＳ（Superconductor-Insul
ator-Superconductor ）という構造を有する。
【０００３】ＣｕＯ2 面を有することを基本とした酸化
物超電導体はこれまでの金属或いは金属間化合物の超電
導体と異なり、クーパーペアが実空間でカプリングでき
る距離であるコヒーレント距離が数十Åと非常に短いた
め、ジョセフソン接合を作成するためには、絶縁層の幅
をその程度まで加工する技術が必要である。これは、通
常のホトエッチングの加工可能寸法に比較して100 倍〜
1000倍の加工可能寸法の微細化に相当するため、加工が
非常に難しい。
物超電導体はこれまでの金属或いは金属間化合物の超電
導体と異なり、クーパーペアが実空間でカプリングでき
る距離であるコヒーレント距離が数十Åと非常に短いた
め、ジョセフソン接合を作成するためには、絶縁層の幅
をその程度まで加工する技術が必要である。これは、通
常のホトエッチングの加工可能寸法に比較して100 倍〜
1000倍の加工可能寸法の微細化に相当するため、加工が
非常に難しい。
【０００４】そのため、従来、ジョセフソン接合は、偶
然できた結晶粒界や衝撃を加えることによって発生した
マイクロクラックを探し出してそこを接合とする方法で
しか得られていなかった。
然できた結晶粒界や衝撃を加えることによって発生した
マイクロクラックを探し出してそこを接合とする方法で
しか得られていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
では完全な絶縁層が形成されておらず、また、経時変化
によってジョセフソン接合でなくなってしまうという問
題がある。更に、超電導体薄膜上での自由なアセンブリ
ができないため、素子を集積化することは全く不可能で
あり、酸化物超電導体を用いたアクティブ素子は実現さ
れないでいた。
では完全な絶縁層が形成されておらず、また、経時変化
によってジョセフソン接合でなくなってしまうという問
題がある。更に、超電導体薄膜上での自由なアセンブリ
ができないため、素子を集積化することは全く不可能で
あり、酸化物超電導体を用いたアクティブ素子は実現さ
れないでいた。
【０００６】本発明は、係る従来例の課題に鑑みて創作
されたものであり、酸化物超電導体としての性質を損な
わずに数十Åオーダの微細加工を可能とすることによ
り、再現性のある、かつ寸法制御性のあるジョセフソン
接合の形成が可能なジョセフソン素子の製造方法の提供
を目的とする。
されたものであり、酸化物超電導体としての性質を損な
わずに数十Åオーダの微細加工を可能とすることによ
り、再現性のある、かつ寸法制御性のあるジョセフソン
接合の形成が可能なジョセフソン素子の製造方法の提供
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題は、減圧雰囲気
中、酸化物超電導体膜と加工電極とを接近させた状態で
前記酸化物超電導体膜と前記電極との間に電圧を印加す
ることにより、前記酸化物超電導体膜の構成元素の結合
エネルギよりも大きい電界によるエネルギを供給し、前
記酸化物超電導体膜から構成元素を放出させて、前記酸
化物超電導体膜をエッチングし、溝を形成するととも
に、該溝の下に薄い膜厚の絶縁性酸化物を残すことを特
徴とするジョセフソン素子の製造方法によって達成さ
れ、第２に、基板上に酸化物超電導体膜を形成する工程
と、前記酸化物超電導体膜をプリパターニングして、最
終寸法よりも幅の広い平面形状を有する酸化物超電導体
膜を形成する工程と、フォーカストイオンビーム（ＦＩ
Ｂ）を用いて前記プリパターニングされた酸化物超電導
体膜をエッチングし、最終寸法に等しい長方形の平面形
状を有する酸化物超電導体膜を形成する工程と、前記酸
化物超電導体膜を酸素雰囲気中で加熱処理する工程と、
減圧雰囲気中、前記長方形の平面形状を有する酸化物超
電導体膜と加工電極とを接近させた状態で前記酸化物超
電導体膜と前記加工電極との間に電圧を印加することに
より、前記酸化物超電導体膜の構成元素の結合エネルギ
よりも大きい電界によるエネルギを供給し、前記酸化物
超電導体膜から構成元素を放出させて、前記酸化物超電
導体膜をエッチングし、幅方向に溝を形成するととも
に、該溝の下に薄い膜厚の絶縁性酸化物を残す工程とを
有するジョセフソン素子の製造方法によって達成され、
第３に、前記加工電極の先端は半球状を有し、かつ前記
溝の断面形状は半円筒状を有することを特徴とする第１
又は第２の発明に記載のジョセフソン素子の製造方法に
よって達成される。
中、酸化物超電導体膜と加工電極とを接近させた状態で
前記酸化物超電導体膜と前記電極との間に電圧を印加す
ることにより、前記酸化物超電導体膜の構成元素の結合
エネルギよりも大きい電界によるエネルギを供給し、前
記酸化物超電導体膜から構成元素を放出させて、前記酸
化物超電導体膜をエッチングし、溝を形成するととも
に、該溝の下に薄い膜厚の絶縁性酸化物を残すことを特
徴とするジョセフソン素子の製造方法によって達成さ
れ、第２に、基板上に酸化物超電導体膜を形成する工程
と、前記酸化物超電導体膜をプリパターニングして、最
終寸法よりも幅の広い平面形状を有する酸化物超電導体
膜を形成する工程と、フォーカストイオンビーム（ＦＩ
Ｂ）を用いて前記プリパターニングされた酸化物超電導
体膜をエッチングし、最終寸法に等しい長方形の平面形
状を有する酸化物超電導体膜を形成する工程と、前記酸
化物超電導体膜を酸素雰囲気中で加熱処理する工程と、
減圧雰囲気中、前記長方形の平面形状を有する酸化物超
電導体膜と加工電極とを接近させた状態で前記酸化物超
電導体膜と前記加工電極との間に電圧を印加することに
より、前記酸化物超電導体膜の構成元素の結合エネルギ
よりも大きい電界によるエネルギを供給し、前記酸化物
超電導体膜から構成元素を放出させて、前記酸化物超電
導体膜をエッチングし、幅方向に溝を形成するととも
に、該溝の下に薄い膜厚の絶縁性酸化物を残す工程とを
有するジョセフソン素子の製造方法によって達成され、
第３に、前記加工電極の先端は半球状を有し、かつ前記
溝の断面形状は半円筒状を有することを特徴とする第１
又は第２の発明に記載のジョセフソン素子の製造方法に
よって達成される。
【０００８】
【作 用】本発明のジョセフソン素子の製造方法におい
ては、減圧雰囲気中、酸化物超電導体膜と加工電極とを
接近させた状態で酸化物超電導体膜と加工電極との間に
電圧を印加することにより、酸化物超電導体膜の構成元
素の結合エネルギよりも大きい電界によるエネルギを供
給し、酸化物超電導体膜の構成元素を放出させて、酸化
物超電導体膜をエッチングしている。即ち、ＳＴＭ（Sc
anning Tunnel Microscopy）の原理を用いてエッチング
しているため、数十Åの微細加工が可能である。更に、
上記のエッチング方法により酸化物超電導体膜に溝を形
成するとともに、溝の下に薄い膜厚の絶縁性酸化物を残
している。従って、酸化物超電導体膜により絶縁層が挟
まれた構造を有するジョセフソン接合が形成される。
ては、減圧雰囲気中、酸化物超電導体膜と加工電極とを
接近させた状態で酸化物超電導体膜と加工電極との間に
電圧を印加することにより、酸化物超電導体膜の構成元
素の結合エネルギよりも大きい電界によるエネルギを供
給し、酸化物超電導体膜の構成元素を放出させて、酸化
物超電導体膜をエッチングしている。即ち、ＳＴＭ（Sc
anning Tunnel Microscopy）の原理を用いてエッチング
しているため、数十Åの微細加工が可能である。更に、
上記のエッチング方法により酸化物超電導体膜に溝を形
成するとともに、溝の下に薄い膜厚の絶縁性酸化物を残
している。従って、酸化物超電導体膜により絶縁層が挟
まれた構造を有するジョセフソン接合が形成される。
【０００９】また、エッチング前には、特に、被加工表
面の微粒子（炭素やゴミ）を除去し、清浄にする必要が
ある。その方法として、一般に被加工体をベーキングす
る方法が知られているが、酸化物超電導体に適用する
と、酸化物超電導体のベーキングにより酸素が抜けてし
まい、酸化物超電導体としての性質を有しなくなるとい
う問題がある。また、ＳＴＭの原理を用いたエッチング
による加工可能範囲が狭いという問題もある。
面の微粒子（炭素やゴミ）を除去し、清浄にする必要が
ある。その方法として、一般に被加工体をベーキングす
る方法が知られているが、酸化物超電導体に適用する
と、酸化物超電導体のベーキングにより酸素が抜けてし
まい、酸化物超電導体としての性質を有しなくなるとい
う問題がある。また、ＳＴＭの原理を用いたエッチング
による加工可能範囲が狭いという問題もある。
【００１０】本発明はこれらの問題を解決してＳＴＭの
原理を用いたエッチングによる微細加工を可能とした。
即ち、第１に、ＳＴＭの原理を用いたエッチングによる
微細加工を行う前に、酸素ガス中でベーキングを行うこ
とにより、表面を清浄にするとともに、酸化物超電導体
から放出される酸素を補って酸化物超電導体の超電導性
を保持する。
原理を用いたエッチングによる微細加工を可能とした。
即ち、第１に、ＳＴＭの原理を用いたエッチングによる
微細加工を行う前に、酸素ガス中でベーキングを行うこ
とにより、表面を清浄にするとともに、酸化物超電導体
から放出される酸素を補って酸化物超電導体の超電導性
を保持する。
【００１１】第２に、ＳＴＭの原理を用いたエッチング
による微細加工を行う前に、予め、ＦＩＢ或いはレジス
トマスクを用いたエッチングによりプリパターニングを
行って、ＳＴＭの原理を用いたエッチングが可能な範囲
に被加工体を減縮しておく。これにより、酸化物超電導
体としての性質を損なわずにＳＴＭの原理を用いたエッ
チングによる数十Åオーダの微細加工が可能となる。
による微細加工を行う前に、予め、ＦＩＢ或いはレジス
トマスクを用いたエッチングによりプリパターニングを
行って、ＳＴＭの原理を用いたエッチングが可能な範囲
に被加工体を減縮しておく。これにより、酸化物超電導
体としての性質を損なわずにＳＴＭの原理を用いたエッ
チングによる数十Åオーダの微細加工が可能となる。
【００１２】更に、長方形の平面形状を有する酸化物超
電導体膜の幅方向に溝を形成するとともに、溝の下に薄
い膜厚の絶縁性酸化物を残している。従って、酸化物超
電導体膜により絶縁層が挟まれた構造を有するジョセフ
ソン接合が形成される。これにより、ジョセフソン素子
の作成が可能となる。
電導体膜の幅方向に溝を形成するとともに、溝の下に薄
い膜厚の絶縁性酸化物を残している。従って、酸化物超
電導体膜により絶縁層が挟まれた構造を有するジョセフ
ソン接合が形成される。これにより、ジョセフソン素子
の作成が可能となる。
【００１３】
【実施例】次に、図面を参照しながら、本発明の実施例
に係るジョセフソン素子の製造方法について説明する。
まず、本発明の実施例に用いられるエッチング装置につ
いて説明する。図５は、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴ
Ｍ）の構成を有するエッチング装置について説明する構
成図である。
に係るジョセフソン素子の製造方法について説明する。
まず、本発明の実施例に用いられるエッチング装置につ
いて説明する。図５は、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴ
Ｍ）の構成を有するエッチング装置について説明する構
成図である。
【００１４】図５において、１は被加工体、２は被加工
体１の載置台、３は載置台２を上下・左右に移動する圧
電素子を含む移動手段、４は載置台２と接触している電
極である。５は先端が半径２００Åの半球状のＳＴＭチ
ップ（加工電極）で、ＳＴＭチップ５と被加工体１との
間に電圧を印加することにより被加工体１のエッチング
を行う。即ち、被加工体１の構成元素間の結合エネルギ
よりも大きくなるような電界によるエネルギを供給する
ことにより、ＳＴＭチップに近接する被加工体１の構成
元素を弾きだすものである。
体１の載置台、３は載置台２を上下・左右に移動する圧
電素子を含む移動手段、４は載置台２と接触している電
極である。５は先端が半径２００Åの半球状のＳＴＭチ
ップ（加工電極）で、ＳＴＭチップ５と被加工体１との
間に電圧を印加することにより被加工体１のエッチング
を行う。即ち、被加工体１の構成元素間の結合エネルギ
よりも大きくなるような電界によるエネルギを供給する
ことにより、ＳＴＭチップに近接する被加工体１の構成
元素を弾きだすものである。
【００１５】６はＳＴＭチップ５と被加工体１との間を
流れるトンネル電流（Ｉｔ）を検出する電流検出手段、
７はＩｔの値に基づいて載置台２の上下移動、又は平面
移動を制御する移動制御手段、８は移動制御手段７から
与えられた信号に基づいて、載置台２をＸ方向又はＹ方
向に所定の距離平面移動させるために所定の電圧を圧電
素子に印加する電源、９は移動制御手段７から与えられ
た信号に基づいて、載置台２をＺ方向に所定の距離上下
移動させるために所定の電圧を圧電素子に印加する電源
である。
流れるトンネル電流（Ｉｔ）を検出する電流検出手段、
７はＩｔの値に基づいて載置台２の上下移動、又は平面
移動を制御する移動制御手段、８は移動制御手段７から
与えられた信号に基づいて、載置台２をＸ方向又はＹ方
向に所定の距離平面移動させるために所定の電圧を圧電
素子に印加する電源、９は移動制御手段７から与えられ
た信号に基づいて、載置台２をＺ方向に所定の距離上下
移動させるために所定の電圧を圧電素子に印加する電源
である。
【００１６】次に、このエッチング装置を用いてエッチ
ングを行う場合について説明する。まず、被加工体１と
ＳＴＭチップ５との間に十分な電界を形成するために、
被加工体１とＳＴＭチップ５との間の距離を数μｍから
それ以下に保ち、ＳＴＭチップ５と載置台２下の電極４
との間に高い電圧を印加する。その結果、ＳＴＭチップ
５からイオン粒子が電界により放出され、小さな領域に
限定されて被加工体１に衝突する。これにより、被加工
体１の微細な領域がエッチングされる。
ングを行う場合について説明する。まず、被加工体１と
ＳＴＭチップ５との間に十分な電界を形成するために、
被加工体１とＳＴＭチップ５との間の距離を数μｍから
それ以下に保ち、ＳＴＭチップ５と載置台２下の電極４
との間に高い電圧を印加する。その結果、ＳＴＭチップ
５からイオン粒子が電界により放出され、小さな領域に
限定されて被加工体１に衝突する。これにより、被加工
体１の微細な領域がエッチングされる。
【００１７】続いて、所望の領域のみエッチングするよ
うにＳＴＭチップ５を走査し、或いは載置台２を左右に
移動してエッチングを行う。このようなエッチングによ
り所望の領域に溝が形成される。次に、本発明の実施例
に係るジョセフソン素子の製造方法について説明する。
図１（ａ）〜（ｄ），図２（ａ）〜（ｄ），図３（ａ）
〜（ｄ），図４は、本発明の実施例に係るジョセフソン
素子の製造方法について示す断面図及び平面図である。
うにＳＴＭチップ５を走査し、或いは載置台２を左右に
移動してエッチングを行う。このようなエッチングによ
り所望の領域に溝が形成される。次に、本発明の実施例
に係るジョセフソン素子の製造方法について説明する。
図１（ａ）〜（ｄ），図２（ａ）〜（ｄ），図３（ａ）
〜（ｄ），図４は、本発明の実施例に係るジョセフソン
素子の製造方法について示す断面図及び平面図である。
【００１８】まず、図１（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、ＭｇＯ基板１１上に蒸着法により膜厚約３００Åの
Ｂｉ系酸化物超電導体膜１２を形成する。これらが被加
工体１を構成する。次いで、酸化物超電導体膜１２上に
レジスト膜を形成した後、露光・現像によりパターニン
グし、レジストマスク１３を形成する。
に、ＭｇＯ基板１１上に蒸着法により膜厚約３００Åの
Ｂｉ系酸化物超電導体膜１２を形成する。これらが被加
工体１を構成する。次いで、酸化物超電導体膜１２上に
レジスト膜を形成した後、露光・現像によりパターニン
グし、レジストマスク１３を形成する。
【００１９】次に、図１（ｃ）及び（ｄ）に示すよう
に、Ａｒガスを用いたイオンミリングにより、レジスト
マスク１３に基づいて酸化物超電導体膜１２をエッチン
グし、不要箇所を除去する。これにより、ＦＩＢ（Focu
sed Ion Beam）でエッチング可能な範囲まで酸化物超電
導体膜12ａがプリパターニングされる。続いて、レジス
トマスク１３を除去した後、図２（ａ）及び（ｂ）に示
すように、ＦＩＢにより更に酸化物超電導体膜12ａをエ
ッチングし、ＳＴＭの原理を用いたエッチングによる微
細加工が可能な範囲まで酸化物超電導体膜12ａの平面形
状を減縮し、横幅寸法約1000Åの酸化物超電導体膜12ｂ
を形成する。
に、Ａｒガスを用いたイオンミリングにより、レジスト
マスク１３に基づいて酸化物超電導体膜１２をエッチン
グし、不要箇所を除去する。これにより、ＦＩＢ（Focu
sed Ion Beam）でエッチング可能な範囲まで酸化物超電
導体膜12ａがプリパターニングされる。続いて、レジス
トマスク１３を除去した後、図２（ａ）及び（ｂ）に示
すように、ＦＩＢにより更に酸化物超電導体膜12ａをエ
ッチングし、ＳＴＭの原理を用いたエッチングによる微
細加工が可能な範囲まで酸化物超電導体膜12ａの平面形
状を減縮し、横幅寸法約1000Åの酸化物超電導体膜12ｂ
を形成する。
【００２０】次いで、図２（ｃ）に示すように、ＭｇＯ
基板１１を電気炉に入れ、酸素ガス中でＭｇＯ基板１１
を加熱する。そして、ＭｇＯ基板１１の温度を４００℃
に保持したまま、３０分間熱処理を行う。これにより、
酸化物超電導体膜12ｂの表面に付着した炭素等の微粒子
が除去される。このとき、加熱によりたとえ酸化物超電
導体膜12ｂから酸素が放出された場合にも、酸素ガス中
から酸素が補われ、酸化物超電導体膜12ｂの超電導体の
性質が保持される。
基板１１を電気炉に入れ、酸素ガス中でＭｇＯ基板１１
を加熱する。そして、ＭｇＯ基板１１の温度を４００℃
に保持したまま、３０分間熱処理を行う。これにより、
酸化物超電導体膜12ｂの表面に付着した炭素等の微粒子
が除去される。このとき、加熱によりたとえ酸化物超電
導体膜12ｂから酸素が放出された場合にも、酸素ガス中
から酸素が補われ、酸化物超電導体膜12ｂの超電導体の
性質が保持される。
【００２１】次に、酸素ガスを流したまま、電気炉中に
設けた予備室に搬送し、ターボポンプにより１×10-6To
rr程度まで予備室を減圧する。その後、電気路予備室と
ＳＴＭ予備室とを結ぶ搬送路を通して、加熱処理の終了
したＭｇＯ基板１１をＳＴＭ予備室に搬入する。続い
て、ＳＴＭ加工室に搬入し、室内を１×10-10Torr 以下
まで減圧する。
設けた予備室に搬送し、ターボポンプにより１×10-6To
rr程度まで予備室を減圧する。その後、電気路予備室と
ＳＴＭ予備室とを結ぶ搬送路を通して、加熱処理の終了
したＭｇＯ基板１１をＳＴＭ予備室に搬入する。続い
て、ＳＴＭ加工室に搬入し、室内を１×10-10Torr 以下
まで減圧する。
【００２２】次いで、図３（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、長方形状の酸化物超電導体膜12ｂの両端に電極14
ａ，14ｂを接触させて互いに短絡する。次に、先端が半
径200Åの半球状となっているＳＴＭチップ５を酸化物
超電導体膜12ｂのほぼ中央部付近に移動させた後、ＳＴ
Ｍチップ５を下降していき、酸化物超電導体膜12ｂの表
面に接触する寸前のところで下降を停止する。これによ
り、酸化物超電導体膜12ｂの表面とＳＴＭチップ５の先
端との間に数μｍ程度の空隙が開く。続いて、電極14
ａ，14ｂとＳＴＭチップ５との間に約５Ｖの直流電圧を
印加した状態で、酸化物超電導体膜12ｂの長手方向に直
角な方向に走査する。これにより、エッチングに必要な
エネルギが得られ、酸化物超電導体膜12ｂの表面の原子
がエッチングされはじめる。この走査を１〜１０回程度
繰り返す。これにより、酸化物超電導体膜12ｂには幅方
向に深さ約２０Åの溝１５が形成される。
に、長方形状の酸化物超電導体膜12ｂの両端に電極14
ａ，14ｂを接触させて互いに短絡する。次に、先端が半
径200Åの半球状となっているＳＴＭチップ５を酸化物
超電導体膜12ｂのほぼ中央部付近に移動させた後、ＳＴ
Ｍチップ５を下降していき、酸化物超電導体膜12ｂの表
面に接触する寸前のところで下降を停止する。これによ
り、酸化物超電導体膜12ｂの表面とＳＴＭチップ５の先
端との間に数μｍ程度の空隙が開く。続いて、電極14
ａ，14ｂとＳＴＭチップ５との間に約５Ｖの直流電圧を
印加した状態で、酸化物超電導体膜12ｂの長手方向に直
角な方向に走査する。これにより、エッチングに必要な
エネルギが得られ、酸化物超電導体膜12ｂの表面の原子
がエッチングされはじめる。この走査を１〜１０回程度
繰り返す。これにより、酸化物超電導体膜12ｂには幅方
向に深さ約２０Åの溝１５が形成される。
【００２３】次に、溝１５の底部の下降に従ってＳＴＭ
チップ５を約２０Å程度下降させて酸化物超電導体膜12
ｂの表面とＳＴＭチップ５の先端との間に初期と同程度
の空隙を確保する。これにより、エッチングに必要なエ
ネルギが得られる。続いて、前に形成された溝１５上を
上記と同様にして走査する。これにより、酸化物超電導
体膜12ｂには更に深い溝１５が形成される。
チップ５を約２０Å程度下降させて酸化物超電導体膜12
ｂの表面とＳＴＭチップ５の先端との間に初期と同程度
の空隙を確保する。これにより、エッチングに必要なエ
ネルギが得られる。続いて、前に形成された溝１５上を
上記と同様にして走査する。これにより、酸化物超電導
体膜12ｂには更に深い溝１５が形成される。
【００２４】次いで、溝１５の底部の下降に従ってＳＴ
Ｍチップ５を下降させていき、溝１５の両側の酸化物超
電導体膜12ｂの間の抵抗が急激な増加を示したところで
終了する。このとき、溝１５の上部の幅は約５００Åと
なっており、かつ溝１５の底部の幅１０Å程度の領域に
薄い絶縁性酸化物12ｃが残る。これにより、酸化物超電
導体膜12ｂにより絶縁物12ｃが挟まれた構造のジョセフ
ソン接合が形成され、絶縁物12ｃがバリア層となって両
側の酸化物超電導体膜12ｂとの間を流れる電流が制御さ
れる。
Ｍチップ５を下降させていき、溝１５の両側の酸化物超
電導体膜12ｂの間の抵抗が急激な増加を示したところで
終了する。このとき、溝１５の上部の幅は約５００Åと
なっており、かつ溝１５の底部の幅１０Å程度の領域に
薄い絶縁性酸化物12ｃが残る。これにより、酸化物超電
導体膜12ｂにより絶縁物12ｃが挟まれた構造のジョセフ
ソン接合が形成され、絶縁物12ｃがバリア層となって両
側の酸化物超電導体膜12ｂとの間を流れる電流が制御さ
れる。
【００２５】本発明の実施例によれば、ＳＴＭの原理を
用いたエッチングによる微細加工を行う前に酸素ガス中
で酸化物超電導体膜12ｂをベーキングすることにより、
酸化物超電導体膜12ｂの表面が清浄にされるとともに、
酸化物超電導体膜12ｂから放出される酸素が補われ、酸
化物超電導体膜12ｂの超電導性が保持される。また、Ｓ
ＴＭの原理を用いたエッチングによる微細加工を行う前
に、予め、ＦＩＢ或いはレジストマスクを用いたエッチ
ングにより酸化物超電導体膜１２のプリパターニングを
行って、ＳＴＭの原理を用いたエッチングによる加工可
能範囲に被加工体を縮減している。
用いたエッチングによる微細加工を行う前に酸素ガス中
で酸化物超電導体膜12ｂをベーキングすることにより、
酸化物超電導体膜12ｂの表面が清浄にされるとともに、
酸化物超電導体膜12ｂから放出される酸素が補われ、酸
化物超電導体膜12ｂの超電導性が保持される。また、Ｓ
ＴＭの原理を用いたエッチングによる微細加工を行う前
に、予め、ＦＩＢ或いはレジストマスクを用いたエッチ
ングにより酸化物超電導体膜１２のプリパターニングを
行って、ＳＴＭの原理を用いたエッチングによる加工可
能範囲に被加工体を縮減している。
【００２６】これにより、超電導体としての性質を損な
わずにＳＴＭの原理を用いたエッチングによる数十Åオ
ーダの微細加工が可能となる。また、特に、ジョセフソ
ン接合を作成するため、長方形の平面形状を有する酸化
物超電導体膜12ｂの幅方向に溝を形成するとともに、溝
１５の下に薄い膜厚の絶縁性酸化物12ｃを残している。
従って、酸化物超電導体膜12ｂにより絶縁物12ｃが挟ま
れた構造を有するジョセフソン接合が形成される。
わずにＳＴＭの原理を用いたエッチングによる数十Åオ
ーダの微細加工が可能となる。また、特に、ジョセフソ
ン接合を作成するため、長方形の平面形状を有する酸化
物超電導体膜12ｂの幅方向に溝を形成するとともに、溝
１５の下に薄い膜厚の絶縁性酸化物12ｃを残している。
従って、酸化物超電導体膜12ｂにより絶縁物12ｃが挟ま
れた構造を有するジョセフソン接合が形成される。
【００２７】これにより、ジョセフソン素子の製造が可
能となる。なお、上記実施例では、酸化物超電導体とし
てＢｉ系酸化物超電導体を用い、室温，高真空中でＳＴ
Ｍの原理を用いたエッチングによる加工を行っている
が、Ｙ系酸化物超電導体、例えば、YBa2Cu3O7 を用いた
場合、酸素の放出を防止するため、低温（例えば、１０
０Ｋ以下の温度），高真空中でＳＴＭの原理を用いたエ
ッチングによる加工を行うことが好ましい。
能となる。なお、上記実施例では、酸化物超電導体とし
てＢｉ系酸化物超電導体を用い、室温，高真空中でＳＴ
Ｍの原理を用いたエッチングによる加工を行っている
が、Ｙ系酸化物超電導体、例えば、YBa2Cu3O7 を用いた
場合、酸素の放出を防止するため、低温（例えば、１０
０Ｋ以下の温度），高真空中でＳＴＭの原理を用いたエ
ッチングによる加工を行うことが好ましい。
【００２８】また、溝１５を形成する際に、溝１５の底
部の下降に従ってＳＴＭチップを下降しているが、溝１
５の底部の下降に従って印加電圧を上昇させてもよい。
これにより、エッチングに必要なエネルギがＳＴＭチッ
プ５と被加工体12ｂとの間に印加される。
部の下降に従ってＳＴＭチップを下降しているが、溝１
５の底部の下降に従って印加電圧を上昇させてもよい。
これにより、エッチングに必要なエネルギがＳＴＭチッ
プ５と被加工体12ｂとの間に印加される。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のジョセフ
ソン素子の製造方法によれば、減圧雰囲気中、酸化物超
電導体膜と先端が細くなっている電極とを接近させた状
態で酸化物超電導体膜と電極との間に電圧を印加するこ
とにより、酸化物超電導体膜の構成元素の結合エネルギ
よりも大きい電界によるエネルギを供給し、酸化物超電
導体膜の構成元素を放出させて、酸化物超電導体膜をエ
ッチングしている。即ち、ＳＴＭの原理を用いてエッチ
ングしているため、数十Åの微細加工が可能である。更
に、上記のエッチング方法により酸化物超電導体膜に溝
を形成するとともに、溝の下に薄い膜厚の絶縁性酸化物
を残している。従って、酸化物超電導体膜により絶縁層
が挟まれた構造を有するジョセフソン接合が形成され
る。
ソン素子の製造方法によれば、減圧雰囲気中、酸化物超
電導体膜と先端が細くなっている電極とを接近させた状
態で酸化物超電導体膜と電極との間に電圧を印加するこ
とにより、酸化物超電導体膜の構成元素の結合エネルギ
よりも大きい電界によるエネルギを供給し、酸化物超電
導体膜の構成元素を放出させて、酸化物超電導体膜をエ
ッチングしている。即ち、ＳＴＭの原理を用いてエッチ
ングしているため、数十Åの微細加工が可能である。更
に、上記のエッチング方法により酸化物超電導体膜に溝
を形成するとともに、溝の下に薄い膜厚の絶縁性酸化物
を残している。従って、酸化物超電導体膜により絶縁層
が挟まれた構造を有するジョセフソン接合が形成され
る。
【００３０】また、ＳＴＭの原理を用いて微細加工を行
う前に、酸素ガス中でベーキングを行うことにより、表
面を清浄にするとともに、酸化物超電導体から放出され
る酸素を補って酸化物超電導体の超電導性が保持され
る。更に、ＳＴＭの原理を用いて微細加工を行う前に、
予め、ＦＩＢ或いはレジストマスクを用いたエッチング
によりプリパターニングを行うことにより、ＳＴＭの原
理を用いた微細加工が可能な範囲に被加工体が減縮され
る。
う前に、酸素ガス中でベーキングを行うことにより、表
面を清浄にするとともに、酸化物超電導体から放出され
る酸素を補って酸化物超電導体の超電導性が保持され
る。更に、ＳＴＭの原理を用いて微細加工を行う前に、
予め、ＦＩＢ或いはレジストマスクを用いたエッチング
によりプリパターニングを行うことにより、ＳＴＭの原
理を用いた微細加工が可能な範囲に被加工体が減縮され
る。
【００３１】これにより、酸化物超電導体としての性質
を損なわずにＳＴＭの原理を用いたエッチングによる数
十Åオーダの微細加工が可能となる。また、長方形の平
面形状を有する酸化物超電導体膜の幅方向に溝を形成す
るとともに、溝の下に薄い膜厚の絶縁性酸化物を残して
いるので、酸化物超電導体膜により絶縁層が挟まれた構
造を有するジョセフソン接合が形成される。
を損なわずにＳＴＭの原理を用いたエッチングによる数
十Åオーダの微細加工が可能となる。また、長方形の平
面形状を有する酸化物超電導体膜の幅方向に溝を形成す
るとともに、溝の下に薄い膜厚の絶縁性酸化物を残して
いるので、酸化物超電導体膜により絶縁層が挟まれた構
造を有するジョセフソン接合が形成される。
【００３２】これにより、ジョセフソン素子の作成が可
能となる。
能となる。
【図１】本発明の実施例に係るジョセフソン素子の製造
方法について示す断面図及び平面図（その１）である。
方法について示す断面図及び平面図（その１）である。
【図２】本発明の実施例に係るジョセフソン素子の製造
方法について示す断面図及び平面図（その２）である。
方法について示す断面図及び平面図（その２）である。
【図３】本発明の実施例に係るジョセフソン素子の製造
方法について示す断面図及び平面図（その３）である。
方法について示す断面図及び平面図（その３）である。
【図４】本発明の実施例に係るジョセフソン素子の製造
方法について示す断面図（その４）である。
方法について示す断面図（その４）である。
【図５】本発明の実施例に用いられるエッチング装置に
ついて説明する構成図である。
ついて説明する構成図である。
１ 被加工体、 ２ 載置台、 ３ 移動手段、 ４，14ａ，14ｂ 電極、 ５ ＳＴＭチップ（加工電極）、 ６ 電流検出手段、 ７ 移動制御手段、 ８，９ 電源、 １１ ＭｇＯ基板、 １２，12ａ，12ｂ 酸化物超電導体膜、 12ｃ 絶縁性酸化物（絶縁物）、 １３ レジストマスク、 １５ 溝。
Claims (3)
- 【請求項１】 減圧雰囲気中、酸化物超電導体膜と加工
電極とを接近させた状態で前記酸化物超電導体膜と前記
加工電極との間に電圧を印加することにより、前記酸化
物超電導体膜の構成元素の結合エネルギよりも大きい電
界によるエネルギを供給し、前記酸化物超電導体膜から
構成元素を放出させて、前記酸化物超電導体膜をエッチ
ングし、溝を形成するとともに、該溝の下に薄い膜厚の
絶縁性酸化物を残すことを特徴とするジョセフソン素子
の製造方法。 - 【請求項２】 基板上に酸化物超電導体膜を形成する工
程と、 前記酸化物超電導体膜をプリパターニングして、最終寸
法よりも幅の広い平面形状を有する酸化物超電導体膜を
形成する工程と、 フォーカストイオンビーム（ＦＩＢ）を用いて前記プリ
パターニングされた酸化物超電導体膜をエッチングし、
最終寸法に等しい長方形の平面形状を有する酸化物超電
導体膜を形成する工程と、 前記酸化物超電導体膜を酸素雰囲気中で加熱処理する工
程と、 減圧雰囲気中、前記長方形の平面形状を有する酸化物超
電導体膜と加工電極とを接近させた状態で前記酸化物超
電導体膜と前記加工電極との間に電圧を印加することに
より、前記酸化物超電導体膜の構成元素の結合エネルギ
よりも大きい電界によるエネルギを供給し、前記酸化物
超電導体膜から構成元素を放出させて、前記酸化物超電
導体膜をエッチングし、幅方向に溝を形成するととも
に、該溝の下に薄い膜厚の絶縁性酸化物を残す工程とを
有するジョセフソン素子の製造方法。 - 【請求項３】 前記加工電極の先端は半球状を有し、か
つ前記溝の断面形状は半円筒状を有することを特徴とす
る請求項１又は請求項２記載のジョセフソン素子の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5224468A JPH0786648A (ja) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | ジョセフソン素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5224468A JPH0786648A (ja) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | ジョセフソン素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0786648A true JPH0786648A (ja) | 1995-03-31 |
Family
ID=16814270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5224468A Withdrawn JPH0786648A (ja) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | ジョセフソン素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0786648A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100370418B1 (ko) * | 1999-11-09 | 2003-01-29 | 삼성전자 주식회사 | 국소 변환 반도체 ｙｂｃｏ 소자 또는 초전도 ｙｂｃｏ 소자 및 그 제조 방법 |
| KR100455269B1 (ko) * | 1997-09-08 | 2004-12-17 | 삼성전자주식회사 | 초전도 위크 링크 구조체 및 그 제조 방법 |
-
1993
- 1993-09-09 JP JP5224468A patent/JPH0786648A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100455269B1 (ko) * | 1997-09-08 | 2004-12-17 | 삼성전자주식회사 | 초전도 위크 링크 구조체 및 그 제조 방법 |
| KR100370418B1 (ko) * | 1999-11-09 | 2003-01-29 | 삼성전자 주식회사 | 국소 변환 반도체 ｙｂｃｏ 소자 또는 초전도 ｙｂｃｏ 소자 및 그 제조 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001128 |