JPH0824200B2 - トンネル接合素子 - Google Patents
トンネル接合素子Info
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- JPH0824200B2 JPH0824200B2 JP63290273A JP29027388A JPH0824200B2 JP H0824200 B2 JPH0824200 B2 JP H0824200B2 JP 63290273 A JP63290273 A JP 63290273A JP 29027388 A JP29027388 A JP 29027388A JP H0824200 B2 JPH0824200 B2 JP H0824200B2
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- tunnel
- oxide
- tunnel barrier
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高転移温度特性を有する高温酸化物超伝導
体を電極とするトンネル接合素子に関するものである。
体を電極とするトンネル接合素子に関するものである。
1986年に発見されたLa1-xMxCuOy（M:Sr、Ba）は超伝
導転移温度Tcが30〜40Kであり、従来の金属系超伝導体
に比べ著しく高いことから、酸化物超伝導体の探索が進
められた。転移温度Tcが約90KのLnBaCuOy系（Lnはイッ
トリウムあるいはランタノイド元素）、同じくTcが約11
0KのBiSrCaCuOy系、同じくTcが約120KのTlBaCaCuOy系の
発見が相次ぎ、転移温度Tcが液体窒素の沸点77Kを越え
るに至ってはその応用の可能性が益々クローズアップさ
れている。特に、エレクトロニクス応用の観点から、制
御性が高くかつ安定な特性を持つトンネル接合を実現す
ることは極めて重要である。
導転移温度Tcが30〜40Kであり、従来の金属系超伝導体
に比べ著しく高いことから、酸化物超伝導体の探索が進
められた。転移温度Tcが約90KのLnBaCuOy系（Lnはイッ
トリウムあるいはランタノイド元素）、同じくTcが約11
0KのBiSrCaCuOy系、同じくTcが約120KのTlBaCaCuOy系の
発見が相次ぎ、転移温度Tcが液体窒素の沸点77Kを越え
るに至ってはその応用の可能性が益々クローズアップさ
れている。特に、エレクトロニクス応用の観点から、制
御性が高くかつ安定な特性を持つトンネル接合を実現す
ることは極めて重要である。
上述のLa1-xMxCuOyまたはLnBaCuOy系に含まれるＹ−B
a−CuO系酸化物またはLa−Ba（or Sr or Sc）−Cu−Ｏ
系酸化物である二つの超伝導薄膜でSrTiO3、BaTa2O6、T
bTiO3、Ta2O5、Y2O3またはAl2O3の絶縁薄膜を挟んでな
るジョセフソン効果を持つ素子が知られている（特開昭
63−274190号公報）。このような素子では超伝導薄膜と
絶縁薄膜との格子整合性が不十分であり、制御性が高く
安定な特性を持つトンネル接合が得られない。
a−CuO系酸化物またはLa−Ba（or Sr or Sc）−Cu−Ｏ
系酸化物である二つの超伝導薄膜でSrTiO3、BaTa2O6、T
bTiO3、Ta2O5、Y2O3またはAl2O3の絶縁薄膜を挟んでな
るジョセフソン効果を持つ素子が知られている（特開昭
63−274190号公報）。このような素子では超伝導薄膜と
絶縁薄膜との格子整合性が不十分であり、制御性が高く
安定な特性を持つトンネル接合が得られない。
この高温酸化物超伝導体を電極としたトンネル接合の
基本構造は第２図に示す通りである。第１の高温酸化物
超伝導体電極４と第２の高温酸化物超伝導体電極５間の
トンネル特性は電極に存在する超伝導電子、あるいは準
粒子がトンネルバリア層６をトンネルすることによって
単純に決定されるべきである。
基本構造は第２図に示す通りである。第１の高温酸化物
超伝導体電極４と第２の高温酸化物超伝導体電極５間の
トンネル特性は電極に存在する超伝導電子、あるいは準
粒子がトンネルバリア層６をトンネルすることによって
単純に決定されるべきである。
ところが、第１あるいは第２の酸化物超伝導体電極が
多結晶体であると、第３図に示すように、結晶粒７同志
が接する結晶粒界８に存在する、低品質でかつ全く特性
の制御ができないジョセフソン接合が超伝導電極内に多
数存在するため、第１の電極４と第２の電極５間のトン
ネル特性は、バリア層６のみでなくこれ等の多数のジョ
セフソン接合の影響を受けてしまうという重大な問題点
を持つ。
多結晶体であると、第３図に示すように、結晶粒７同志
が接する結晶粒界８に存在する、低品質でかつ全く特性
の制御ができないジョセフソン接合が超伝導電極内に多
数存在するため、第１の電極４と第２の電極５間のトン
ネル特性は、バリア層６のみでなくこれ等の多数のジョ
セフソン接合の影響を受けてしまうという重大な問題点
を持つ。
この問題点を解決するために、第１および第２の電極
４および５を単結晶の酸化物超伝導体で形成する必要が
ある。
４および５を単結晶の酸化物超伝導体で形成する必要が
ある。
ここで、トンネル接合を第１の超伝導電極１上にトン
ネルバリア層６を、次に第２の超伝導電極５を順次エピ
タキシャル成長させて形成する場合を考える。
ネルバリア層６を、次に第２の超伝導電極５を順次エピ
タキシャル成長させて形成する場合を考える。
この場合、第１の超伝導電極４が単結晶で形成できた
としても、トンネルバリアが多結晶であると、第２の電
極５の酸化物超伝導体は多結晶になってしまう。
としても、トンネルバリアが多結晶であると、第２の電
極５の酸化物超伝導体は多結晶になってしまう。
従って、第１、および第２の電極４および５を単結晶
の酸化物超伝導体として形成するためには、単結晶酸化
物超伝導体の上に、単結晶のトンネルバリア層６を形成
することが必須となる。つまり、酸化物超伝導体とトン
ネルバリアとのヘテロエピタキシャルが必須となる。
の酸化物超伝導体として形成するためには、単結晶酸化
物超伝導体の上に、単結晶のトンネルバリア層６を形成
することが必須となる。つまり、酸化物超伝導体とトン
ネルバリアとのヘテロエピタキシャルが必須となる。
また、安定な特性の要請から、素子作製後のバリア層
の相構造が熱的に安定であることが当然要求される。
の相構造が熱的に安定であることが当然要求される。
本発明の目的は、酸化物超伝導体とトンネルバリアと
のヘテロエピタキシャルを可能にすることにより、酸化
物超伝導体内に結晶粒界ジョセフソン接合を無くし、ト
ンネルバリア層による影響のみを反映した良質のトンネ
ル特性を実現できる相構造が熱的に安定なトンネル接合
素子を提供することにある。
のヘテロエピタキシャルを可能にすることにより、酸化
物超伝導体内に結晶粒界ジョセフソン接合を無くし、ト
ンネルバリア層による影響のみを反映した良質のトンネ
ル特性を実現できる相構造が熱的に安定なトンネル接合
素子を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明のトンネル
接合素子は、高温酸化物超伝導体からなる第１の電極お
よび第２の電極と、該第１の電極と該第２の電極との間
に形成されたトンネルバリア層とを備えたトンネル接合
素子において、前記第１の電極および第２の電極は、Ln
BaCuO系（Lnはイットリウム（Ｙ）、あるいはランタノ
イド元素）、BiSrCaCuO系，あるいはTlBaCaCuO系高温酸
化物超伝導体で形成された単結晶の中の任意の二つの組
み合せであり、かつ、前記トンネルバリア層は、LnAlO3
（Lnはイットリウム（Ｙ）、あるいはLaを除くランタノ
イド元素）の複合酸化物で形成された単結晶であること
を特徴とする。
接合素子は、高温酸化物超伝導体からなる第１の電極お
よび第２の電極と、該第１の電極と該第２の電極との間
に形成されたトンネルバリア層とを備えたトンネル接合
素子において、前記第１の電極および第２の電極は、Ln
BaCuO系（Lnはイットリウム（Ｙ）、あるいはランタノ
イド元素）、BiSrCaCuO系，あるいはTlBaCaCuO系高温酸
化物超伝導体で形成された単結晶の中の任意の二つの組
み合せであり、かつ、前記トンネルバリア層は、LnAlO3
（Lnはイットリウム（Ｙ）、あるいはLaを除くランタノ
イド元素）の複合酸化物で形成された単結晶であること
を特徴とする。
酸化物超伝導体電極とトンネルバリア層とのヘテロエ
ピタキシャルを実現するためには、トンネルバリア材料
の選択として、いくつかの条件を満足する必要がある。
ピタキシャルを実現するためには、トンネルバリア材料
の選択として、いくつかの条件を満足する必要がある。
第１にその格子定数が、電極を形成する酸化物超伝導
体の格子定数とほぼ等しいこと、第２に、その結晶構造
が、酸化物超伝導体と同類系であることである。さら
に、バリア材料の拡散によって引き起こされる超伝導性
の劣化が少ないことも重要である。また、酸化物超伝導
体単結晶薄膜の形成温度よりも低い温度でトンネルバリ
ア層の構造相転移が生じず、熱的に安定であることも重
要である。
体の格子定数とほぼ等しいこと、第２に、その結晶構造
が、酸化物超伝導体と同類系であることである。さら
に、バリア材料の拡散によって引き起こされる超伝導性
の劣化が少ないことも重要である。また、酸化物超伝導
体単結晶薄膜の形成温度よりも低い温度でトンネルバリ
ア層の構造相転移が生じず、熱的に安定であることも重
要である。
本発明によれば、トンネルバリア材料として、酸化物
超伝導体の格子定数とほぼ合致し（格子不整合率４％以
下）、かつ酸化物超伝導体の結晶構造の基本骨格である
酸素八面体で構成されたペロブスカイト構造の複合酸化
物を選定することにより、さらに、酸化物超伝導体の構
成元素であるＹあるいはランタノイド元素を複合酸化物
の構成元素の一つとして含む（ただし、Laを除く）こと
により、従来の技術では実現することが困難な、酸化物
超伝導電極およびトンネルバリア層を含む全ての構造を
単結晶とし、かつ、熱的に安定なトンネルバリア層を有
する酸化物超伝導体トンネル接合を実現することができ
る。
超伝導体の格子定数とほぼ合致し（格子不整合率４％以
下）、かつ酸化物超伝導体の結晶構造の基本骨格である
酸素八面体で構成されたペロブスカイト構造の複合酸化
物を選定することにより、さらに、酸化物超伝導体の構
成元素であるＹあるいはランタノイド元素を複合酸化物
の構成元素の一つとして含む（ただし、Laを除く）こと
により、従来の技術では実現することが困難な、酸化物
超伝導電極およびトンネルバリア層を含む全ての構造を
単結晶とし、かつ、熱的に安定なトンネルバリア層を有
する酸化物超伝導体トンネル接合を実現することができ
る。
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図は、本発明による高温酸化物超伝導体トンネル
接合の基本構造を示す。ここで、１および２は第１およ
び第２の高温酸化物超伝導体電極であり、単結晶で構成
されている。第１および第２の電極１および２における
酸化物超伝導体の組み合わせとしては、LnBaCuOy系,BiS
rCaCuOy系，およびTiBaCaCuOy系の中から任意の２つを
選択する。トンネルバリア層３は、第１あるいは第２の
酸化物単結晶超伝導体電極１あるいは２の上にエピタキ
シャルに形成されている。
接合の基本構造を示す。ここで、１および２は第１およ
び第２の高温酸化物超伝導体電極であり、単結晶で構成
されている。第１および第２の電極１および２における
酸化物超伝導体の組み合わせとしては、LnBaCuOy系,BiS
rCaCuOy系，およびTiBaCaCuOy系の中から任意の２つを
選択する。トンネルバリア層３は、第１あるいは第２の
酸化物単結晶超伝導体電極１あるいは２の上にエピタキ
シャルに形成されている。
このような構成を形成するにおいて、上述したように
トンネルバリア層３の材料として酸化物超伝導電極１お
よび２と同類型の結晶構造を持つ結晶材料を選定するの
が最も基本的条件である。
トンネルバリア層３の材料として酸化物超伝導電極１お
よび２と同類型の結晶構造を持つ結晶材料を選定するの
が最も基本的条件である。
良く知られているように、約90Kの超伝導転移温度Tc
を持つLnBa2Cu3OyはCu原子を中心にした酸素八面体が規
則的に配列したペロブスカイト構造が基本となってい
る。
を持つLnBa2Cu3OyはCu原子を中心にした酸素八面体が規
則的に配列したペロブスカイト構造が基本となってい
る。
また、約80Kおよび約110Kの転移温度を持つBiSrCaCuO
y系超伝導体（約80Kの転移温度を持つのはBi2Sr2CaCu2O
yであり、約110Kの転移温度を持つのはBi2Sr2Ca2Cu3Oy
と言われている。）、あるいは約120Kの転移温度を持つ
TlBaCaCuOy系超伝導体もペロブスカイト構造と同様な構
造とみなすことができる。従って、トンネルバリア層と
してはペロブスカイト構造の物質に限定することができ
る。
y系超伝導体（約80Kの転移温度を持つのはBi2Sr2CaCu2O
yであり、約110Kの転移温度を持つのはBi2Sr2Ca2Cu3Oy
と言われている。）、あるいは約120Kの転移温度を持つ
TlBaCaCuOy系超伝導体もペロブスカイト構造と同様な構
造とみなすことができる。従って、トンネルバリア層と
してはペロブスカイト構造の物質に限定することができ
る。
次に、格子定数の整合の観点から、トンネルバリア材
料に適するペロブスカイト構造を持つ物質に対する限定
を行なった。すなわち、LnBa2Cu3Oy系酸化物超伝導体は
基本的には斜方晶系であり、格子定数はａ〜3.82Å、ｂ
〜3.88Åであるが、|a−b|/b〜1.5％のときは、この結
晶構造は格子定数a0（＝（ａ＋ｂ）/2）の擬正方晶とし
て扱ってもよい。従って、a0〜3.85Åの擬正方晶と考え
てよい。
料に適するペロブスカイト構造を持つ物質に対する限定
を行なった。すなわち、LnBa2Cu3Oy系酸化物超伝導体は
基本的には斜方晶系であり、格子定数はａ〜3.82Å、ｂ
〜3.88Åであるが、|a−b|/b〜1.5％のときは、この結
晶構造は格子定数a0（＝（ａ＋ｂ）/2）の擬正方晶とし
て扱ってもよい。従って、a0〜3.85Åの擬正方晶と考え
てよい。
また、BiSrCaCuOy系はTcが80Kである相もTcが110Kで
ある相もほぼ正方晶であり、a0〜5.4Åである。一般に
格子構造を考える上で対角線を副格子とみなすことがで
きるのは結晶学上よく行なわれている。
ある相もほぼ正方晶であり、a0〜5.4Åである。一般に
格子構造を考える上で対角線を副格子とみなすことがで
きるのは結晶学上よく行なわれている。
従って、対角線副格子として を取ることができる。TiBaCaCuOy系は、a0〜3.86Åの正
方晶系である。
方晶系である。
次に、単結晶を実現するための格子の不整合の程度に
ついて議論する。技術的に最も進んでいる半導体の分野
では、その不整合率は１％以下が許容されている。さら
にはヘテロエピタキシャルの代素であるSi上GaAs単結晶
成長においては、４％以下の格子不整合が許容されてい
る。いずれも現在良質な単結晶が実現され実用化されて
いる。
ついて議論する。技術的に最も進んでいる半導体の分野
では、その不整合率は１％以下が許容されている。さら
にはヘテロエピタキシャルの代素であるSi上GaAs単結晶
成長においては、４％以下の格子不整合が許容されてい
る。いずれも現在良質な単結晶が実現され実用化されて
いる。
本発明では、このような科学技術上の一般観念から格
子定数の不整合条件を４％以下とする。上述の酸素八面
体ペロブスカイト構造を持つ複合酸化物材料は極めて数
多く報告されているが、酸化物超伝導体との格子の不整
合が４％以下のものは限られてくる。
子定数の不整合条件を４％以下とする。上述の酸素八面
体ペロブスカイト構造を持つ複合酸化物材料は極めて数
多く報告されているが、酸化物超伝導体との格子の不整
合が４％以下のものは限られてくる。
以上が本発明の基本であるが、熱的に安定で、かつ、
酸化物超伝導体と化学的に反応しにくい、および反応し
ても超伝導性の劣化がない材料系の方がさらにトンネル
バリア層として適していると考えられる（従って、でき
るだけ高融点材料が望ましい。）。特に、酸化物超伝導
体の形成温度より低い温度で構造相転移を生じない材料
がトンネルバリア層の材料として適している。この酸化
物超伝導体にはＹあるいはランタノイド元素が含まれて
いる。あるいは、Ｙあるいはランタノイド元素が混合し
ても超伝導特性が劣化しないという特徴があることに着
目し、トンネルバリア材料となるペロブスカイト複合酸
化物としてＹあるいはランタノイド元素を構成元素の一
つとして含む化合物系が適していると考えられる。
酸化物超伝導体と化学的に反応しにくい、および反応し
ても超伝導性の劣化がない材料系の方がさらにトンネル
バリア層として適していると考えられる（従って、でき
るだけ高融点材料が望ましい。）。特に、酸化物超伝導
体の形成温度より低い温度で構造相転移を生じない材料
がトンネルバリア層の材料として適している。この酸化
物超伝導体にはＹあるいはランタノイド元素が含まれて
いる。あるいは、Ｙあるいはランタノイド元素が混合し
ても超伝導特性が劣化しないという特徴があることに着
目し、トンネルバリア材料となるペロブスカイト複合酸
化物としてＹあるいはランタノイド元素を構成元素の一
つとして含む化合物系が適していると考えられる。
格子定数の整合、ペロブスカイト構造およびLn酸化物
系（LnはＹあるいはランタノイド元素）という条件を満
足するものとして、LnXO3（X:Fe,Co,Ni）、LnAlO3など
がある。
系（LnはＹあるいはランタノイド元素）という条件を満
足するものとして、LnXO3（X:Fe,Co,Ni）、LnAlO3など
がある。
しかしながら、LnXO3において鉄族元素のFe,Coおよび
Niはこの超伝導体と反応、混合すると超伝導特性が劣化
することが危惧される。従って、トンネルバリア材料と
して、LnAlO3が最適となると考えられる。
Niはこの超伝導体と反応、混合すると超伝導特性が劣化
することが危惧される。従って、トンネルバリア材料と
して、LnAlO3が最適となると考えられる。
しかしながら、LaAlO3の相転移温度は350℃,435℃,51
2℃近傍にあることが知られており、酸化物超伝導体薄
膜の形成温度（例えば600℃〜700℃）よりも低い。その
ため、トンネルバリアを形成後、室温に温度を低下した
ときに必ず構造相転移を引き起こすことになる。このと
き、構造相転移によるトンネルバリア表面の凹凸増加、
原子の動きにより、トンネルバリアにピンホールが生じ
たり、バリアのストレスのためバリアに接した超伝導薄
膜の超伝導性が損なわれる。従って、熱的に安定な素子
を実現するために最終的に適しているのは、酸化物超伝
導体薄膜の形成温度（例えば600℃〜700℃）よりも低い
温度で構造相転移を生じないLnAlO3である。具体的に
は、LnAlO3（LnはＹ、あるいはLaを除くランタノイド元
素）、例えばYAlO3,GdAlO3,EuAlO3,NdAlO3,SmAlO3,PrAl
O3が適している。
2℃近傍にあることが知られており、酸化物超伝導体薄
膜の形成温度（例えば600℃〜700℃）よりも低い。その
ため、トンネルバリアを形成後、室温に温度を低下した
ときに必ず構造相転移を引き起こすことになる。このと
き、構造相転移によるトンネルバリア表面の凹凸増加、
原子の動きにより、トンネルバリアにピンホールが生じ
たり、バリアのストレスのためバリアに接した超伝導薄
膜の超伝導性が損なわれる。従って、熱的に安定な素子
を実現するために最終的に適しているのは、酸化物超伝
導体薄膜の形成温度（例えば600℃〜700℃）よりも低い
温度で構造相転移を生じないLnAlO3である。具体的に
は、LnAlO3（LnはＹ、あるいはLaを除くランタノイド元
素）、例えばYAlO3,GdAlO3,EuAlO3,NdAlO3,SmAlO3,PrAl
O3が適している。
表１に、上記条件を満足する代表的なペロブスカイト
酸化物を擬正方晶としたときの格子定数を、表２（Ａ）
ないし表２（Ｆ）に、第１および第２の酸化物超伝導電
極材料の組み合わせとトンネルバリアの第１および第２
の超伝導電極に対する格子の不整合度を示す。いずれの
組み合わせでも、一般的ヘテロエピタキシャルの格子整
合条件（不整合度４％以下）の範囲内である。従って、
表２（Ａ）ないし表２（Ｆ）に示す組み合わせのトンネ
ル接合が可能である。
酸化物を擬正方晶としたときの格子定数を、表２（Ａ）
ないし表２（Ｆ）に、第１および第２の酸化物超伝導電
極材料の組み合わせとトンネルバリアの第１および第２
の超伝導電極に対する格子の不整合度を示す。いずれの
組み合わせでも、一般的ヘテロエピタキシャルの格子整
合条件（不整合度４％以下）の範囲内である。従って、
表２（Ａ）ないし表２（Ｆ）に示す組み合わせのトンネ
ル接合が可能である。
他の実施例としては、トンネルバリア層３を上述の選
定材料を２つ以上混合したLn（Al1-xGax）O3（０＜ｘ＜
１）（ただし、LnはＹ、あるいはLaを除くランタノイド
元素）とするものである。上述の選定材料はペロブスカ
イト構造であるから０＜ｘ＜１を満たすｘのすべての値
において均一混合し、従って、その時の格子定数は上述
の２つの選定材料の中間をとることになり、より精密な
格子整合が可能になる。
定材料を２つ以上混合したLn（Al1-xGax）O3（０＜ｘ＜
１）（ただし、LnはＹ、あるいはLaを除くランタノイド
元素）とするものである。上述の選定材料はペロブスカ
イト構造であるから０＜ｘ＜１を満たすｘのすべての値
において均一混合し、従って、その時の格子定数は上述
の２つの選定材料の中間をとることになり、より精密な
格子整合が可能になる。
例えば、第１および第２の酸化物超伝導電極１および
２をBiSrCaCuOy、トンネルバリア層３をNd（Al0.8G
a0.2）O3とすれば、格子定数は3.82ÅとなりBiSrCaCuOy
系の副格子と完全な格子整合（不整合率０％）となり、
いわゆるエピタキシャル成長として最適になる。２者の
組み合わせは表１に示した材料の中で任意にすることが
できることは言うまでもない。
２をBiSrCaCuOy、トンネルバリア層３をNd（Al0.8G
a0.2）O3とすれば、格子定数は3.82ÅとなりBiSrCaCuOy
系の副格子と完全な格子整合（不整合率０％）となり、
いわゆるエピタキシャル成長として最適になる。２者の
組み合わせは表１に示した材料の中で任意にすることが
できることは言うまでもない。
また、第１の酸化物超伝導電極材料と第２の酸化物超
伝導電極材料が異なる場合は、両者共に完全な格子整合
が行なえるよう２者の組み合わせおよびｘの値をトンネ
ルバリア層３の厚み方向に連続的に変化させる。
伝導電極材料が異なる場合は、両者共に完全な格子整合
が行なえるよう２者の組み合わせおよびｘの値をトンネ
ルバリア層３の厚み方向に連続的に変化させる。
例えば、第１の酸化物超伝導電極１をTlBaCaCuOy、第
２の酸化物超伝導体２をYBa2Cu3Oy系、トンネルバリア
層３をLn（Al1-xGax）O3（ただし、LnはＹ、あるいはLa
を除くランタノイド元素）とする。Ln（Al1-xGax）O
3（ただし、LnはＹ、あるいはLaを除くランタノイド元
素）において、第１の電極１と接触する側のｘの値をx1
（例えば0.23）に、第２の電極２と接触する側のｘをx2
（例えば0.85）にし、トンネルバリア層３の厚み方向に
沿ってｘをx1からx2まで連続的に変化させればよい。二
者の組み合わせおよびｘの値は表１のデータを参考に決
めることができることは言うまでもない。
２の酸化物超伝導体２をYBa2Cu3Oy系、トンネルバリア
層３をLn（Al1-xGax）O3（ただし、LnはＹ、あるいはLa
を除くランタノイド元素）とする。Ln（Al1-xGax）O
3（ただし、LnはＹ、あるいはLaを除くランタノイド元
素）において、第１の電極１と接触する側のｘの値をx1
（例えば0.23）に、第２の電極２と接触する側のｘをx2
（例えば0.85）にし、トンネルバリア層３の厚み方向に
沿ってｘをx1からx2まで連続的に変化させればよい。二
者の組み合わせおよびｘの値は表１のデータを参考に決
めることができることは言うまでもない。
以上説明したように、本発明においては、酸化物超伝
導体トンネル接合素子のトンネルバリアとして、超伝導
酸化物と格子整合（不整合率４％以下）し、かつこの酸
化物超伝導体と同類型の結晶構造を持つ材料としてLnAl
O3（LnはＹ、あるいはLaを除くランタノイド元素）を選
定するようにしたためヘテロエピタキシャル成長が可能
となり、酸化物超伝導電極を単結晶で成長させることが
できる。また、トンネルバリア層は構造相転移を生じな
い。
導体トンネル接合素子のトンネルバリアとして、超伝導
酸化物と格子整合（不整合率４％以下）し、かつこの酸
化物超伝導体と同類型の結晶構造を持つ材料としてLnAl
O3（LnはＹ、あるいはLaを除くランタノイド元素）を選
定するようにしたためヘテロエピタキシャル成長が可能
となり、酸化物超伝導電極を単結晶で成長させることが
できる。また、トンネルバリア層は構造相転移を生じな
い。
従って、結晶粒界に生じるジョセフソン接合を完全に
無くすことができ、トンネルバリアのみで決定される安
定なトンネル特性を制御性良く得ることができるので、
将来のエレクトロニクス応用に極めて有効かつ有望であ
る。
無くすことができ、トンネルバリアのみで決定される安
定なトンネル特性を制御性良く得ることができるので、
将来のエレクトロニクス応用に極めて有効かつ有望であ
る。
第１図は本発明によるトンネル接合素子の基本構造図、 第２図は高温酸化物超伝導体トンネル接合素子の基本構
造図、 第３図は酸化物超伝導電極が多結晶体である場合のトン
ネル接合の概略図である。 １……第１の酸化物超伝導電極、 ２……第２の酸化物超伝導電極、 ３……トンネルバリア層。
造図、 第３図は酸化物超伝導電極が多結晶体である場合のトン
ネル接合の概略図である。 １……第１の酸化物超伝導電極、 ２……第２の酸化物超伝導電極、 ３……トンネルバリア層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 向田 昌志 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−35972（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−91982（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−320224（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−275685（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−274190（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．53［19 ］（７ Ｎｏｖ，1988）ＰＰ．1874−1876
Claims (3)
- 【請求項１】高温酸化物超伝導体からなる第１の電極お
よび第２の電極と、該第１の電極と該第２の電極との間
に形成されたトンネルバリア層とを備えたトンネル接合
素子において、 前記第１の電極および第２の電極は、LnBaCuO系（Lnは
イットリウム（Ｙ）、あるいはランタノイド元素）、Bi
SrCaCuO系，あるいはTlBaCaCuO系高温酸化物超伝導体で
形成された単結晶の中の任意の二つの組み合せであり、
かつ、 前記トンネルバリア層は、LnAlO3（Lnはイットリウム
（Ｙ）、あるいはLaを除くランタノイド元素）の複合酸
化物で形成された単結晶であることを特徴とするトンネ
ル接合素子。 - 【請求項２】前記複合酸化物はLn（Al1-xGax）O3（Lnは
イットリウム（Ｙ）、あるいはLaを除くランタノイド元
素;0＜ｘ＜１）であることを特徴とする請求項１記載の
トンネル接合素子。 - 【請求項３】前記複合酸化物はLn（Al1-xGax）O3（Lnは
イットリウム（Ｙ）、あるいはLaを除くランタノイド元
素;0＜ｘ＜１）であり、かつ、ｘの値はトンネルバリア
の厚みの方向に連続的に変化した値であることを特徴と
する請求項１記載のトンネル接合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63290273A JPH0824200B2 (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | トンネル接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63290273A JPH0824200B2 (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | トンネル接合素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02137379A JPH02137379A (ja) | 1990-05-25 |
| JPH0824200B2 true JPH0824200B2 (ja) | 1996-03-06 |
Family
ID=17754004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63290273A Expired - Fee Related JPH0824200B2 (ja) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | トンネル接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0824200B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5128316A (en) * | 1990-06-04 | 1992-07-07 | Eastman Kodak Company | Articles containing a cubic perovskite crystal structure |
| US5256636A (en) * | 1990-09-21 | 1993-10-26 | The Regents Of The University Of Calif. | Microelectronic superconducting device with multi-layer contact |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS6435972A (en) * | 1987-07-30 | 1989-02-07 | Mitsubishi Electric Corp | Superconductor device |
| US4962087A (en) * | 1988-03-04 | 1990-10-09 | Litton Systems, Inc. | Epitaxial superconducting scructure on lattice matched lanthanum orthogallate |
| US4962086A (en) * | 1988-06-08 | 1990-10-09 | International Business Machines Corporation | High Tc superconductor - gallate crystal structures |
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-
1988
- 1988-11-18 JP JP63290273A patent/JPH0824200B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５３［１９（７Ｎｏｖ，１９８８）ＰＰ．１８７４−１８７６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02137379A (ja) | 1990-05-25 |
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