JPH0878740A - 超伝導ジョセフソン接合アレイ素子およびその製造方法 - Google Patents
超伝導ジョセフソン接合アレイ素子およびその製造方法Info
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- JPH0878740A JPH0878740A JP6211021A JP21102194A JPH0878740A JP H0878740 A JPH0878740 A JP H0878740A JP 6211021 A JP6211021 A JP 6211021A JP 21102194 A JP21102194 A JP 21102194A JP H0878740 A JPH0878740 A JP H0878740A
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高臨界電流密度を有し、再現性に優れたジョ
セフソン接合アレイ素子およびその製造方法を得る。 【構成】 結晶方位の異なる２つの誘電体基板１ａ，１
ｂを融着した誘電体基板１の融着線３に沿って酸化物超
伝導薄膜２を接続した複数のジョセフソン接合５が配設
され、各々のジョセフソン接合５の一端が直流入力端子
ＤI に並列接続され、各々のジョセフソン接合５の他端
が直流出力端子ＤO に並列接続され、一方のジョセフソ
ン接合５の一端が櫛形状の非超伝導化された非超伝導領
域７を介して他方のジョセフソン接合５に接続され、直
列に接続された複数のジョセフソン接合５の一端に交流
入力端子ＡI が接続され、他端に交流出力端子ＡO が接
続された構成を有している。
セフソン接合アレイ素子およびその製造方法を得る。 【構成】 結晶方位の異なる２つの誘電体基板１ａ，１
ｂを融着した誘電体基板１の融着線３に沿って酸化物超
伝導薄膜２を接続した複数のジョセフソン接合５が配設
され、各々のジョセフソン接合５の一端が直流入力端子
ＤI に並列接続され、各々のジョセフソン接合５の他端
が直流出力端子ＤO に並列接続され、一方のジョセフソ
ン接合５の一端が櫛形状の非超伝導化された非超伝導領
域７を介して他方のジョセフソン接合５に接続され、直
列に接続された複数のジョセフソン接合５の一端に交流
入力端子ＡI が接続され、他端に交流出力端子ＡO が接
続された構成を有している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、通信，情報産業や電波
天文観測などの分野において適用されるジョセフソン接
合アレイ素子およびその製造方法に関するものである。
天文観測などの分野において適用されるジョセフソン接
合アレイ素子およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超伝導体は、従来の金属または合
金系超伝導体に比べて比較的高い温度で超伝導状態が発
現する。また、この酸化物超伝導体は、エネルギーギャ
ップが大きいため、遠赤外領域の高い周波数を持つ電磁
波にも使用でき、超伝導線路は数１００ＧＨｚまで、従
来の銅などの金属線路よりも損失が少ない。
金系超伝導体に比べて比較的高い温度で超伝導状態が発
現する。また、この酸化物超伝導体は、エネルギーギャ
ップが大きいため、遠赤外領域の高い周波数を持つ電磁
波にも使用でき、超伝導線路は数１００ＧＨｚまで、従
来の銅などの金属線路よりも損失が少ない。
【０００３】この超伝導薄膜を用いたジョセフソン接合
は、高感度な磁気および電磁波センサーや高速で低消費
電力の電子デバイスとして用いられる。この接合を安定
かつ再現性良く実現できると、従来の金属または合金系
超伝導体に比べて７０〜１００Ｋも高い温度で動作させ
ることが可能になり、簡易な冷凍装置を用いて低雑音で
信号処理ができる。
は、高感度な磁気および電磁波センサーや高速で低消費
電力の電子デバイスとして用いられる。この接合を安定
かつ再現性良く実現できると、従来の金属または合金系
超伝導体に比べて７０〜１００Ｋも高い温度で動作させ
ることが可能になり、簡易な冷凍装置を用いて低雑音で
信号処理ができる。
【０００４】しかし、酸化物超伝導体は、短コヒーレン
ス長，結晶異方性，含有酸素の不安定さなど、電子デバ
イス化にとって困難な特性をも併せ持っている。このた
め、従来の金属系低温超伝導体で成功を収めた絶縁体を
超伝導で挟んだ構造を持つ積層型ジョセフソン接合の作
製が著しく困難である。
ス長，結晶異方性，含有酸素の不安定さなど、電子デバ
イス化にとって困難な特性をも併せ持っている。このた
め、従来の金属系低温超伝導体で成功を収めた絶縁体を
超伝導で挟んだ構造を持つ積層型ジョセフソン接合の作
製が著しく困難である。
【０００５】そこで、当初、酸化物超伝導膜を熱処理し
た結果できる結晶の自然粒界を利用した素子の作製が検
討された。しかし、自然粒界は、制御性が悪く、また、
再現性に乏しいので、２つの基板を融着，研磨した基板
や段差基板上に超伝導薄膜を成膜し、粒界を人工的に作
ることが試みられてきた。
た結果できる結晶の自然粒界を利用した素子の作製が検
討された。しかし、自然粒界は、制御性が悪く、また、
再現性に乏しいので、２つの基板を融着，研磨した基板
や段差基板上に超伝導薄膜を成膜し、粒界を人工的に作
ることが試みられてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、２つの
基板を融着した基板上に作製した接合は、低雑音特性を
示すが、接合を作製する場所が基板融着線上に限られ、
多素子化または集積化には適していない。また、情報処
理や高周波発振を行うためには、ジョセフソン接合のア
レイ化を進めかつ複数の接合をコヒーレント動作（共同
動作）させることが必要であり、そのためには各素子に
均等に電圧をかけることが重要である。また、酸化物超
伝導体は、多元系なため、劣化しやすい。そこで、高臨
界電流密度を持ち、微細加工法による劣化がないジョセ
フソン接合アレイ素子を作製技術が求められている。
基板を融着した基板上に作製した接合は、低雑音特性を
示すが、接合を作製する場所が基板融着線上に限られ、
多素子化または集積化には適していない。また、情報処
理や高周波発振を行うためには、ジョセフソン接合のア
レイ化を進めかつ複数の接合をコヒーレント動作（共同
動作）させることが必要であり、そのためには各素子に
均等に電圧をかけることが重要である。また、酸化物超
伝導体は、多元系なため、劣化しやすい。そこで、高臨
界電流密度を持ち、微細加工法による劣化がないジョセ
フソン接合アレイ素子を作製技術が求められている。
【０００７】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、高
臨界電流密度を有し、再現性に優れたジョセフソン接合
アレイ素子およびその製造方法を提供することにある。
を解決するためになされたものであり、その目的は、高
臨界電流密度を有し、再現性に優れたジョセフソン接合
アレイ素子およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明による超伝導ジョセフソン接合アレイ素
子は、結晶方位の異なる結晶面に沿って酸化物超伝導体
を接続した複数のジョセフソン接合が配設され、各々の
ジョセフソン接合の一端が直流入力端子に並列接続さ
れ、各々のジョセフソン接合の他端が直流出力端子に並
列接続され、一方のジョセフソン接合の一端が非超伝導
体を有する超伝導体を介して他方のジョセフソン接合に
接続され、直列に接続された複数のジョセフソン接合の
一端に交流入力端子が接続され、他端に交流出力端子が
接続された構成を有している。
るために本発明による超伝導ジョセフソン接合アレイ素
子は、結晶方位の異なる結晶面に沿って酸化物超伝導体
を接続した複数のジョセフソン接合が配設され、各々の
ジョセフソン接合の一端が直流入力端子に並列接続さ
れ、各々のジョセフソン接合の他端が直流出力端子に並
列接続され、一方のジョセフソン接合の一端が非超伝導
体を有する超伝導体を介して他方のジョセフソン接合に
接続され、直列に接続された複数のジョセフソン接合の
一端に交流入力端子が接続され、他端に交流出力端子が
接続された構成を有している。
【０００９】また、本発明による超伝導ジョセフソン接
合アレイ素子の製造方法は、結晶方位の異なる結晶面に
沿って酸化物超伝導体を接続した複数のジョセフソン接
合を形成する工程と、このジョセフソン接合を直流信号
入力端子と直流出力端子との間に酸化物超伝導体により
並列に接続し、交流信号入力端子と交流出力端子との間
に酸化物超伝導体により接続する工程と、交流信号入力
端子と交流出力端子との間に酸化物超伝導体により形成
された電流経路の一部に集束イオンビームを照射して非
超伝導化する工程とを有している。
合アレイ素子の製造方法は、結晶方位の異なる結晶面に
沿って酸化物超伝導体を接続した複数のジョセフソン接
合を形成する工程と、このジョセフソン接合を直流信号
入力端子と直流出力端子との間に酸化物超伝導体により
並列に接続し、交流信号入力端子と交流出力端子との間
に酸化物超伝導体により接続する工程と、交流信号入力
端子と交流出力端子との間に酸化物超伝導体により形成
された電流経路の一部に集束イオンビームを照射して非
超伝導化する工程とを有している。
【００１０】
【作用】本発明においては、直流的には各ジョセフソン
接合に並列に電圧が加わり、高周波的には各ジョセフソ
ン接合に直列に接続される構造となる。
接合に並列に電圧が加わり、高周波的には各ジョセフソ
ン接合に直列に接続される構造となる。
【００１１】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。 （実施例１）図１〜図５は、本発明による超伝導ジョセ
フソン接合アレイ素子の第１の実施例による構成をその
製造方法に基づいて説明する各工程の図である。これら
の図において、まず、図１に斜視図で示すように幅１０
〜５０ｍｍ，長さ１０〜５０ｍｍ，厚さ０．１〜０．５
ｍｍ程度の大きさを有する結晶方位の異なる２つの基板
１ａ，１ｂを融着して形成した誘電体基板１上に例えば
スパッタ法などにより酸化物超伝導薄膜２を１０〜５０
０ｎｍ程度の膜厚で形成する。なお、３は基板１と基板
２とを融着させた基板融着線である。
説明する。 （実施例１）図１〜図５は、本発明による超伝導ジョセ
フソン接合アレイ素子の第１の実施例による構成をその
製造方法に基づいて説明する各工程の図である。これら
の図において、まず、図１に斜視図で示すように幅１０
〜５０ｍｍ，長さ１０〜５０ｍｍ，厚さ０．１〜０．５
ｍｍ程度の大きさを有する結晶方位の異なる２つの基板
１ａ，１ｂを融着して形成した誘電体基板１上に例えば
スパッタ法などにより酸化物超伝導薄膜２を１０〜５０
０ｎｍ程度の膜厚で形成する。なお、３は基板１と基板
２とを融着させた基板融着線である。
【００１２】次に図２に断面図で示すように酸化物超伝
導薄膜２上にレジスト膜を形成し、通常用いられるフォ
トリソグラフィ手法を用いて所定の素子形状に加工して
マスク用レジストパターン４を形成し、次にこのレジス
トパターン４をマスクとしてＡｒによるビームエッチン
グ技術を用いて酸化物超伝導薄膜２のパターニングを行
い、図３に平面図で示すように基板融着線３上に沿って
互いに平行なパターン幅の小さいブリッジ状の電気線路
２ａ，この電気線路２ａに垂直方向かつ融着線３を挟ん
で互い違いになるパターン幅の比較的大きい容量性結合
の電気線路２ｂおよび電気線路２ａ，電気線路２ｂに連
結するパターン幅の大きい電気線路２ｃからなる超伝導
薄膜パターン２Ａを形成する。
導薄膜２上にレジスト膜を形成し、通常用いられるフォ
トリソグラフィ手法を用いて所定の素子形状に加工して
マスク用レジストパターン４を形成し、次にこのレジス
トパターン４をマスクとしてＡｒによるビームエッチン
グ技術を用いて酸化物超伝導薄膜２のパターニングを行
い、図３に平面図で示すように基板融着線３上に沿って
互いに平行なパターン幅の小さいブリッジ状の電気線路
２ａ，この電気線路２ａに垂直方向かつ融着線３を挟ん
で互い違いになるパターン幅の比較的大きい容量性結合
の電気線路２ｂおよび電気線路２ａ，電気線路２ｂに連
結するパターン幅の大きい電気線路２ｃからなる超伝導
薄膜パターン２Ａを形成する。
【００１３】これによって互いに結晶方位の異なる誘電
体基板１ａと誘電体基板１ｂとの結晶不整合部上にパタ
ーン幅の小さい超伝導電流経路が狭められたブリッジ状
の電気線路２ａが形成配置されてジョセフソン接合５が
形成されることになる。したがってこの場合、誘電体基
板１上には、３つのジョセフソン接合素子が直列に形成
される構造となる。
体基板１ａと誘電体基板１ｂとの結晶不整合部上にパタ
ーン幅の小さい超伝導電流経路が狭められたブリッジ状
の電気線路２ａが形成配置されてジョセフソン接合５が
形成されることになる。したがってこの場合、誘電体基
板１上には、３つのジョセフソン接合素子が直列に形成
される構造となる。
【００１４】また、この誘電体基板１上に形成した超伝
導薄膜パターン２Ａには、電気線路２ｂの基板縦方向両
端部に高周波入力端子ＡI および高周波出力端子ＡO が
形成されるとともに電気線路２ｃの基板横方向両端部に
直流入力端子ＤI および直流出力端子ＤO が形成され
る。
導薄膜パターン２Ａには、電気線路２ｂの基板縦方向両
端部に高周波入力端子ＡI および高周波出力端子ＡO が
形成されるとともに電気線路２ｃの基板横方向両端部に
直流入力端子ＤI および直流出力端子ＤO が形成され
る。
【００１５】次に図４に断面図で示すように電気線路２
ａに垂直方向かつ融着線３を挟んで互い違いに形成され
た容量性結合の電気線路２ｂの一部に、集束イオンビー
ム加工装置を用い、Ｇａイオン源６から放射するＧａイ
オンビーム（加速電圧２５ＫＶ：ドーズ量１０20〜１０
23ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ）を櫛形状に走査させ、この部分に
損傷を付与して（エッチング前の状態）図５に平面図で
示すように櫛形状の非超伝導化された非超伝導領域７を
形成する。図６は図５のＡ部の拡大平面図である。この
非超伝導領域７の形成により、電気線路２ｂの一部が絶
縁化され、直流入力端子ＤI と直流出力端子ＤO との間
に印加される直流バイアスの電流成分と、高周波入力端
子ＡI と高周波出力端子ＡO との間に印加される高周波
成分とを分離することができる。以下、同様の加工を繰
り返して素子形状を加工する。
ａに垂直方向かつ融着線３を挟んで互い違いに形成され
た容量性結合の電気線路２ｂの一部に、集束イオンビー
ム加工装置を用い、Ｇａイオン源６から放射するＧａイ
オンビーム（加速電圧２５ＫＶ：ドーズ量１０20〜１０
23ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ）を櫛形状に走査させ、この部分に
損傷を付与して（エッチング前の状態）図５に平面図で
示すように櫛形状の非超伝導化された非超伝導領域７を
形成する。図６は図５のＡ部の拡大平面図である。この
非超伝導領域７の形成により、電気線路２ｂの一部が絶
縁化され、直流入力端子ＤI と直流出力端子ＤO との間
に印加される直流バイアスの電流成分と、高周波入力端
子ＡI と高周波出力端子ＡO との間に印加される高周波
成分とを分離することができる。以下、同様の加工を繰
り返して素子形状を加工する。
【００１６】このようにして構成された超伝導ジョセフ
ソン接合アレイ素子は、ジョセフソン接合５が高周波的
には直列接続となり、直流的には並列接続となるので、
各素子がコヒーレント動作を行う高周波デバイスとな
る。
ソン接合アレイ素子は、ジョセフソン接合５が高周波的
には直列接続となり、直流的には並列接続となるので、
各素子がコヒーレント動作を行う高周波デバイスとな
る。
【００１７】このような方法によれば、電流線路２ａ，
２ｂ，２ｃの形成が１回のエッチング工程で得られるの
で、大量にアレイ素子を形成することができる。
２ｂ，２ｃの形成が１回のエッチング工程で得られるの
で、大量にアレイ素子を形成することができる。
【００１８】なお、前述した実施例１においては、融着
線３を挟んで互い違いに形成した各電気線路２ｂにそれ
ぞれ２個所にわたって非超伝導化された非超伝導領域７
を形成した場合について説明したが、それぞれ１個所に
形成しても前述と同様の効果が得られる。
線３を挟んで互い違いに形成した各電気線路２ｂにそれ
ぞれ２個所にわたって非超伝導化された非超伝導領域７
を形成した場合について説明したが、それぞれ１個所に
形成しても前述と同様の効果が得られる。
【００１９】（実施例２）図７〜図１１は、本発明によ
る超伝導ジョセフソン接合アレイ素子の第２の実施例に
よる構成をその製造方法に基づいて説明する各工程の図
である。これらの図において、まず、図７に斜視図で示
すように幅１０〜５０ｍｍ，長さ１０〜５０ｍｍ，厚さ
０．１〜０．５ｍｍ程度の大きさを有する結晶方位の異
なる２つの基板１ａ，１ｂを融着した誘電体基板１上に
例えばスパッタ法などにより酸化物超伝導薄膜２を１０
〜５００ｎｍ程度の膜厚で形成する。なお、３は基板融
着部である。
る超伝導ジョセフソン接合アレイ素子の第２の実施例に
よる構成をその製造方法に基づいて説明する各工程の図
である。これらの図において、まず、図７に斜視図で示
すように幅１０〜５０ｍｍ，長さ１０〜５０ｍｍ，厚さ
０．１〜０．５ｍｍ程度の大きさを有する結晶方位の異
なる２つの基板１ａ，１ｂを融着した誘電体基板１上に
例えばスパッタ法などにより酸化物超伝導薄膜２を１０
〜５００ｎｍ程度の膜厚で形成する。なお、３は基板融
着部である。
【００２０】次に図８に断面図で示すように酸化物超伝
導薄膜２上にレジスト膜を形成し、通常用いられるフォ
トリソグラフィ手法を用いて所定の素子形状に加工して
マスク用レジストパターン４を形成し、次にこのレジス
トパターン４をマスクとしてＡｒによるビームエッチン
グ技術を用いて酸化物超伝導薄膜２のパターニングを行
い、図９に平面図で示すように基板融着部３上に沿って
互いに平行なパターン幅の小さいブリッジ状の電気線路
２ａおよびこの電気線路２ａと同方向に連結するパター
ン幅の大きい電気線路２ｃからなる超伝導薄膜パターン
２Ｂを形成する。
導薄膜２上にレジスト膜を形成し、通常用いられるフォ
トリソグラフィ手法を用いて所定の素子形状に加工して
マスク用レジストパターン４を形成し、次にこのレジス
トパターン４をマスクとしてＡｒによるビームエッチン
グ技術を用いて酸化物超伝導薄膜２のパターニングを行
い、図９に平面図で示すように基板融着部３上に沿って
互いに平行なパターン幅の小さいブリッジ状の電気線路
２ａおよびこの電気線路２ａと同方向に連結するパター
ン幅の大きい電気線路２ｃからなる超伝導薄膜パターン
２Ｂを形成する。
【００２１】なお、本実施例の場合も、誘電体基板１上
には、３つのジョセフソン接合素子が直列に形成される
構造となる。また、この超伝導薄膜パターン２Ｂも電気
線路２ｃの基板縦方向両端部に高周波入力端子ＡI およ
び高周波出力端子ＡO が形成されるとともに基板横方向
両端部に直流入力端子ＤI および直流出力端子ＤO が形
成される。
には、３つのジョセフソン接合素子が直列に形成される
構造となる。また、この超伝導薄膜パターン２Ｂも電気
線路２ｃの基板縦方向両端部に高周波入力端子ＡI およ
び高周波出力端子ＡO が形成されるとともに基板横方向
両端部に直流入力端子ＤI および直流出力端子ＤO が形
成される。
【００２２】次に超伝導薄膜パターン２Ｂが形成された
誘電体基板１上に図示しないレジスト膜を成膜し、再度
フォトリソグラフィ手法を用いてこのレジスト膜の超伝
導薄膜パターン２Ｂの所要部に対応する部分に開口部を
形成し、図１０に平面図で示すようにこの開口部内に例
えばスパッタ法により誘電体薄膜８を形成する。図１１
はこの図１０のＢ−Ｂ′線の断面図である。
誘電体基板１上に図示しないレジスト膜を成膜し、再度
フォトリソグラフィ手法を用いてこのレジスト膜の超伝
導薄膜パターン２Ｂの所要部に対応する部分に開口部を
形成し、図１０に平面図で示すようにこの開口部内に例
えばスパッタ法により誘電体薄膜８を形成する。図１１
はこの図１０のＢ−Ｂ′線の断面図である。
【００２３】次にこの誘電体薄膜８上にジョセフソン接
合５に連結された電気線路２ｂの一端と、隣接するジョ
セフソン接合５に連結された電気線路２ｂの一端とが橋
絡する開口部を有するマスクを配置し、この誘電体薄膜
８上に重なるように例えばスパッタ法により超伝導薄膜
９を積層形成して電気線路２ｂと超伝導薄膜９とを高周
波的に結合させる。なお、この高周波用超伝導薄膜９に
代えて金属薄膜で形成しても良い。
合５に連結された電気線路２ｂの一端と、隣接するジョ
セフソン接合５に連結された電気線路２ｂの一端とが橋
絡する開口部を有するマスクを配置し、この誘電体薄膜
８上に重なるように例えばスパッタ法により超伝導薄膜
９を積層形成して電気線路２ｂと超伝導薄膜９とを高周
波的に結合させる。なお、この高周波用超伝導薄膜９に
代えて金属薄膜で形成しても良い。
【００２４】このようにして形成された超伝導ジョセフ
ソン接合アレイ素子においては、ジョセフソン接合５と
しての結晶不整合部が高周波的には直列接続となり、直
流的には並列接続となるので、各ジョセフソン接合素子
がコヒーレント動作を行う高周波デバイスとなる。
ソン接合アレイ素子においては、ジョセフソン接合５と
しての結晶不整合部が高周波的には直列接続となり、直
流的には並列接続となるので、各ジョセフソン接合素子
がコヒーレント動作を行う高周波デバイスとなる。
【００２５】また、このような構成において、誘電体薄
膜８上に重なるように超伝導薄膜９を積層形成すること
により、約１００ＧＨｚを境にして低周波数の伝導が有
利となる。また、超伝導薄膜９に代えて金属薄膜を積層
形成することにより、約１００ＧＨｚを境にして高周波
数の伝導が有利となる。
膜８上に重なるように超伝導薄膜９を積層形成すること
により、約１００ＧＨｚを境にして低周波数の伝導が有
利となる。また、超伝導薄膜９に代えて金属薄膜を積層
形成することにより、約１００ＧＨｚを境にして高周波
数の伝導が有利となる。
【００２６】また、このような方法において、誘電体薄
膜８上に重なるように超伝導薄膜９を積層形成すること
により、この誘電体薄膜８による接合間容量を任意に変
えることができるので、高周波遮断周波数を設計するこ
とができる。
膜８上に重なるように超伝導薄膜９を積層形成すること
により、この誘電体薄膜８による接合間容量を任意に変
えることができるので、高周波遮断周波数を設計するこ
とができる。
【００２７】さらに第３の実施例として図示しないが、
第２の実施例に加えてこの超伝導薄膜９上に金属薄膜を
積層して多層膜構造とすることにより、超伝導薄膜９に
よる伝導効果と金属薄膜による伝導効果とを加算した効
果、つまり約１００ＧＨｚを境として低周波数および高
周波数の伝導が極めて有利になる。
第２の実施例に加えてこの超伝導薄膜９上に金属薄膜を
積層して多層膜構造とすることにより、超伝導薄膜９に
よる伝導効果と金属薄膜による伝導効果とを加算した効
果、つまり約１００ＧＨｚを境として低周波数および高
周波数の伝導が極めて有利になる。
【００２８】なお、前述した実施例においては、酸化物
超伝導薄膜２とは、５０〜５００ｎｍの膜厚の超伝導薄
膜を意味し、その膜厚は、超伝導ジョセフソン接合アレ
イ素子の用途により、適宜決定される。また、超伝導薄
膜パターン２Ａ，２Ｂを形成する各超伝導電気線路２
ａ，２ｂ，２ｃは、外部インピーダンスを考慮した線幅
を持ち、最適の整合条件を示す値に決定される。さらに
基板融着線３上の超伝導電気線路２ａは、ジョセフソン
特性を示すように線路幅によって臨界電流を制限する構
造を有している。
超伝導薄膜２とは、５０〜５００ｎｍの膜厚の超伝導薄
膜を意味し、その膜厚は、超伝導ジョセフソン接合アレ
イ素子の用途により、適宜決定される。また、超伝導薄
膜パターン２Ａ，２Ｂを形成する各超伝導電気線路２
ａ，２ｂ，２ｃは、外部インピーダンスを考慮した線幅
を持ち、最適の整合条件を示す値に決定される。さらに
基板融着線３上の超伝導電気線路２ａは、ジョセフソン
特性を示すように線路幅によって臨界電流を制限する構
造を有している。
【００２９】また、前述した実施例においては、誘電体
基板１上に３個のジョセフソン接合素子を形成した場合
について説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、基板寸法，電気線路幅および電気線路間のスペ
ースなどを考慮することにより、さらにアレイ数を増加
させることができる。
基板１上に３個のジョセフソン接合素子を形成した場合
について説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、基板寸法，電気線路幅および電気線路間のスペ
ースなどを考慮することにより、さらにアレイ数を増加
させることができる。
【００３０】また、前述した実施例においては、酸化物
超伝導薄膜２および超伝導薄膜９を構成する酸化物超伝
導導体としてＹ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 ＯX ，Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ
2 Ｃｕ3 ＯX ，Ｔｌ2 Ｂａ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 ＯX およびそ
れらと構造が類似する全ての酸化物超伝導導体などが用
いられる。また、誘電体基板１（１ａ，１ｂ）を構成す
る酸化物超伝導体としてＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ3，ＹＡｌ
Ｏ3などが用いられる。また、誘電体薄膜８を構成する
中間絶縁体としてＣｅＯ2，ＳｉＯ2，ＭｇＯなどが用い
られる。しかしながら、これらの電子材料は、本発明の
構成を限定するものではない。
超伝導薄膜２および超伝導薄膜９を構成する酸化物超伝
導導体としてＹ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 ＯX ，Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ
2 Ｃｕ3 ＯX ，Ｔｌ2 Ｂａ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 ＯX およびそ
れらと構造が類似する全ての酸化物超伝導導体などが用
いられる。また、誘電体基板１（１ａ，１ｂ）を構成す
る酸化物超伝導体としてＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ3，ＹＡｌ
Ｏ3などが用いられる。また、誘電体薄膜８を構成する
中間絶縁体としてＣｅＯ2，ＳｉＯ2，ＭｇＯなどが用い
られる。しかしながら、これらの電子材料は、本発明の
構成を限定するものではない。
【００３１】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
直流的には各ジョセフソン接合に均等に電圧が加わり、
高周波的には各ジョセフソン接合に直列に接続される構
造が得られるので、高臨界電流密度を有し、再現性に優
れた高周波デバイスとしての超伝導ジョセフソン接合ア
レイ素子が得られる。また、非超伝導体を櫛形状の非超
伝導領域で形成することにより、高周波的な結合が得ら
れるので、高周波の伝導が極めて有利になる。また、一
方のジョセフソン接合と他方のジョセフソン接合に絶縁
物を介した金属薄膜および超伝導薄膜の多層膜で接続す
ることにより、ある伝導周波数を中心として低周波数か
ら高周波数までの範囲の伝導が可能となる。
直流的には各ジョセフソン接合に均等に電圧が加わり、
高周波的には各ジョセフソン接合に直列に接続される構
造が得られるので、高臨界電流密度を有し、再現性に優
れた高周波デバイスとしての超伝導ジョセフソン接合ア
レイ素子が得られる。また、非超伝導体を櫛形状の非超
伝導領域で形成することにより、高周波的な結合が得ら
れるので、高周波の伝導が極めて有利になる。また、一
方のジョセフソン接合と他方のジョセフソン接合に絶縁
物を介した金属薄膜および超伝導薄膜の多層膜で接続す
ることにより、ある伝導周波数を中心として低周波数か
ら高周波数までの範囲の伝導が可能となる。
【００３２】また、本発明による製造方法によれば、酸
化物超伝導体を用いた超伝導ジョセフソン接合アレイ素
子を比較的簡単な方法によって作製することができ、加
工工程も比較的少なくすることができるので、素子の劣
化が少なくなる。また、酸化物超伝導体に集束イオンビ
ームを照射することにより、酸化物超伝導体を容易に非
超伝導化でき、櫛形の非超伝導領域が形成が容易とな
る。
化物超伝導体を用いた超伝導ジョセフソン接合アレイ素
子を比較的簡単な方法によって作製することができ、加
工工程も比較的少なくすることができるので、素子の劣
化が少なくなる。また、酸化物超伝導体に集束イオンビ
ームを照射することにより、酸化物超伝導体を容易に非
超伝導化でき、櫛形の非超伝導領域が形成が容易とな
る。
【図１】 本発明による超伝導ジョセフソン接合アレイ
素子の製造方法の第１の実施例を説明する工程の斜視図
である。
素子の製造方法の第１の実施例を説明する工程の斜視図
である。
【図２】 図１に引き続く工程の断面図である。
【図３】 図２に引き続く工程の平面図である。
【図４】 図３に引き続く工程の断面図である。
【図５】 図４に引き続く工程の平面図である。
【図６】 図５のＡ部の拡大平面図である。
【図７】 本発明による超伝導ジョセフソン接合アレイ
素子の製造方法の第２の実施例を説明する工程の斜視図
である。
素子の製造方法の第２の実施例を説明する工程の斜視図
である。
【図８】 図７に引き続く工程の断面図である。
【図９】 図８に引き続く工程の平面図である。
【図１０】 図９に引き続く工程の平面図である。
【図１１】 図１０のＢ−Ｂ′線の断面図である。
１…誘電体基板、１ａ，１ｂ…誘電体基板、２…酸化物
超伝導薄膜、２Ａ，２Ｂ…超伝導薄膜パターン、２ａ，
２ｂ，２ｃ…電気線路、３…基板融着部、４…レジスト
膜、５…ジョセフソン接合、６…Ｇａイオン源、７…非
超伝導領域、８…誘電体薄膜、９…高周波用超伝導薄
膜。
超伝導薄膜、２Ａ，２Ｂ…超伝導薄膜パターン、２ａ，
２ｂ，２ｃ…電気線路、３…基板融着部、４…レジスト
膜、５…ジョセフソン接合、６…Ｇａイオン源、７…非
超伝導領域、８…誘電体薄膜、９…高周波用超伝導薄
膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 実 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
Claims (7)
- 【請求項１】 結晶方位の異なる結晶面に沿って酸化物
超伝導体を接続した複数のジョセフソン接合が配設さ
れ、各々のジョセフソン接合の一端が直流入力端子に並
列接続され、各々のジョセフソン接合の他端が直流出力
端子に並列接続され、一方のジョセフソン接合の一端が
非超伝導体を有する超伝導体を介して他方のジョセフソ
ン接合に接続され、直列に接続された複数のジョセフソ
ン接合の一端に交流入力端子が接続され、他端に交流出
力端子が接続されたこと特徴とする超伝導ジョセフソン
接合アレイ素子。 - 【請求項２】 請求項１において、前記一方のジョセフ
ソン接合の一端と他方のジョセフソン接合の一端とが前
記酸化物超伝導体から構成された非超伝導体を介して接
続されていることを特徴とする超伝導ジョセフソン接合
アレイ素子。 - 【請求項３】 請求項１において、前記非超伝導体を櫛
形状の非超伝導領域とすることを特徴とする超伝導ジョ
セフソン接合アレイ素子。 - 【請求項４】 請求項１において、前記一方のジョセフ
ソン接合の一端と他方のジョセフソン接合の一端とが絶
縁物を挟んだ伝導体を介して接続されていることを特徴
とする超伝導ジョセフソン接合アレイ素子。 - 【請求項５】請求項１において、前記一方のジョセフソ
ン接合の一端と他方のジョセフソン接合の一端とが絶縁
物を介した金属薄膜および超伝導薄膜の多層膜で接続さ
れていることを特徴とする超伝導ジョセフソン接合アレ
イ素子。 - 【請求項６】 結晶方位の異なる結晶面に沿って酸化物
超伝導体を接続した複数のジョセフソン接合を形成する
工程と、 前記ジョセフソン接合を直流信号入力端子と直流出力端
子との間に前記酸化物超伝導体により並列に接続し、交
流信号入力端子と交流出力端子との間に前記酸化物超伝
導体により接続する工程と、 前記交流信号入力端子と交流出力端子との間に前記酸化
物超伝導体により形成された電流経路の一部に集束イオ
ンビームを照射して非超伝導化する工程と、を有するこ
とを特徴とする超伝導ジョセフソン接合アレイ素子の製
造方法。 - 【請求項７】 請求項６において、前記集束イオンビー
ムの照射により前記電流経路に櫛形の非超伝導領域を形
成することを特徴とする超伝導ジョセフソン接合アレイ
素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21102194A JP3284293B2 (ja) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | 酸化物超伝導ジョセフソン接合アレイ素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21102194A JP3284293B2 (ja) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | 酸化物超伝導ジョセフソン接合アレイ素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0878740A true JPH0878740A (ja) | 1996-03-22 |
| JP3284293B2 JP3284293B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=16599045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21102194A Expired - Fee Related JP3284293B2 (ja) | 1994-09-05 | 1994-09-05 | 酸化物超伝導ジョセフソン接合アレイ素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3284293B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112602205A (zh) * | 2018-09-07 | 2021-04-02 | 国际商业机器公司 | 梯度平行超导量子干涉器件 |
-
1994
- 1994-09-05 JP JP21102194A patent/JP3284293B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112602205A (zh) * | 2018-09-07 | 2021-04-02 | 国际商业机器公司 | 梯度平行超导量子干涉器件 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3284293B2 (ja) | 2002-05-20 |
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