JPH09181365A - 超伝導体−絶縁体−超伝導体のジョセフソントンネル接合およびその製造方法 - Google Patents
超伝導体−絶縁体−超伝導体のジョセフソントンネル接合およびその製造方法Info
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- JPH09181365A JPH09181365A JP8231734A JP23173496A JPH09181365A JP H09181365 A JPH09181365 A JP H09181365A JP 8231734 A JP8231734 A JP 8231734A JP 23173496 A JP23173496 A JP 23173496A JP H09181365 A JPH09181365 A JP H09181365A
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】平面配向されたａ−軸の垂直ＹＢＣＯ薄膜と絶
縁薄膜とを使用し、傾いた角の構造を採択して、優秀な
接合特性が得られる平面形のＳ−Ｉ−Ｓジョセフソント
ンネル接合およびその製造方法を提供する。 【解決手段】ペロブスカイト結晶構造を有する単結晶に
バッファー層２として１００ｎｍの厚さのｂ−軸と垂直
のＹＢＣＯ薄膜が蒸着された基板１と、その基板１の上
に形成された超伝導体−絶縁体−超伝導体の三層接合で
構成されるもので、該三層接合においては、下部電極３
と上部電極６がａ−軸と垂直のＹＢＣＯ超伝導薄膜から
構成され、障壁層５がこれらの二つの超伝導電極層の間
に２〜５ｎｍ厚さの絶縁薄膜から構成され、接合部４の
傾斜角が３０°〜７０°に傾いた構成を有する。
縁薄膜とを使用し、傾いた角の構造を採択して、優秀な
接合特性が得られる平面形のＳ−Ｉ−Ｓジョセフソント
ンネル接合およびその製造方法を提供する。 【解決手段】ペロブスカイト結晶構造を有する単結晶に
バッファー層２として１００ｎｍの厚さのｂ−軸と垂直
のＹＢＣＯ薄膜が蒸着された基板１と、その基板１の上
に形成された超伝導体−絶縁体−超伝導体の三層接合で
構成されるもので、該三層接合においては、下部電極３
と上部電極６がａ−軸と垂直のＹＢＣＯ超伝導薄膜から
構成され、障壁層５がこれらの二つの超伝導電極層の間
に２〜５ｎｍ厚さの絶縁薄膜から構成され、接合部４の
傾斜角が３０°〜７０°に傾いた構成を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超伝導体−絶縁体
−超伝導体のジョセフソントンネル接合に関するもので
あって、特に、酸化物超伝導三層薄膜を用いて超伝導体
の長所である迅速な演算速度とデータの処理速度と低い
消耗電力等の特性を有する、超伝導素子の主構成要素で
ある超伝導体−絶縁体−超伝導体の接合およびその製造
方法に関するものである。
−超伝導体のジョセフソントンネル接合に関するもので
あって、特に、酸化物超伝導三層薄膜を用いて超伝導体
の長所である迅速な演算速度とデータの処理速度と低い
消耗電力等の特性を有する、超伝導素子の主構成要素で
ある超伝導体−絶縁体−超伝導体の接合およびその製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、高温超伝導体を利用した電子素
子を応用する時に多様な物質の薄膜化技術と、これらと
高温超伝導層とで構成される多層構造の製作技術および
集積化技術は多くの研究が要求されている。
子を応用する時に多様な物質の薄膜化技術と、これらと
高温超伝導層とで構成される多層構造の製作技術および
集積化技術は多くの研究が要求されている。
【０００３】特に、超伝導体−絶縁体−超伝導体（supe
rconductor-insulator-superconductor：以下Ｓ−Ｉ−
Ｓと略称する）三層薄膜は、高周波電送線（high-frequ
encytransmission lines）とか、高周波フィルターの基
本構造であるだけでなく、平面形のＳ−Ｉ−Ｓジョセフ
ソントンネル接合（Josephson tunnel junction）の基
本構造としてよく知られている。
rconductor-insulator-superconductor：以下Ｓ−Ｉ−
Ｓと略称する）三層薄膜は、高周波電送線（high-frequ
encytransmission lines）とか、高周波フィルターの基
本構造であるだけでなく、平面形のＳ−Ｉ−Ｓジョセフ
ソントンネル接合（Josephson tunnel junction）の基
本構造としてよく知られている。
【０００４】ジョセフソン接合から非超伝導層の厚さを
決定するコヒーレンス長さ（coherence length）は、高
温超伝導体の場合に異方性を有する。
決定するコヒーレンス長さ（coherence length）は、高
温超伝導体の場合に異方性を有する。
【０００５】ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x（ＹＢＣＯ）のＣｕ−
Ｏ面に垂直のｃ−軸方向のコヒーレンスの長さは０．２
ｎｍ〜０．７ｎｍであり、Ｃｕ−Ｏ面上に置かれるａ−
軸やｂ−軸の方向のコヒーレンスの長さは１．３ｎｍ〜
３．４ｎｍと知られている。
Ｏ面に垂直のｃ−軸方向のコヒーレンスの長さは０．２
ｎｍ〜０．７ｎｍであり、Ｃｕ−Ｏ面上に置かれるａ−
軸やｂ−軸の方向のコヒーレンスの長さは１．３ｎｍ〜
３．４ｎｍと知られている。
【０００６】従って、ａ−軸やｂ−軸が基板と垂直の、
すなわちｃ−軸が基板と平行である薄膜（ａ−軸垂直薄
膜）が、ｃ−軸が基板と垂直である薄膜（ｃ−軸垂直薄
膜）に比べ、１０倍程度大きなコヒーレンスの長さを持
つようになるので、ａ−軸の垂直薄膜の成長は平面形の
ジョセフソン接合製作に非常に重要な問題とされる。
すなわちｃ−軸が基板と平行である薄膜（ａ−軸垂直薄
膜）が、ｃ−軸が基板と垂直である薄膜（ｃ−軸垂直薄
膜）に比べ、１０倍程度大きなコヒーレンスの長さを持
つようになるので、ａ−軸の垂直薄膜の成長は平面形の
ジョセフソン接合製作に非常に重要な問題とされる。
【０００７】多様なジョセフソン接合構造の中で平面形
の三層薄膜ジョセフソン接合は、電子素子としての活用
が容易であるので非常に重要な工学的意味を有する。現
在まで報告されたＳ−Ｉ−Ｓ接合の絶縁層には、ＳｒＴ
ｉＯ3［J.J.Kingstone et al,Appl.Phys.Lett.56,189(1
990)］と、Ｙ2Ｏ3［K.Hirata et al,Appl.Phys.Lett.5
6,683(1990)］と、ＭｇＯ［S.Tanaka et al,IEEE Tran
s.Magn.MAG-27,1607(1991)］と、ＬａＡｌＯ3［J.M.Pon
d et al,Appl.Phys.Lett.59,3033(1991)］と、ＮｄＧａ
Ｏ3［Y.Baikov et al,Appl.Phys.Lett.56,2606(1991)］
と、ＣｅＯ2［T.Kusumori et al,Jpn.J.Appl.Phys.31,L
956(1992)］と、ＰｒＧａＯ3［M.Mukaidaet al,Jpn.J.A
ppl.Phys.33,2521(1994)］等があるが、平面形のＳ−Ｉ
−Ｓジョセフソン接合は、複雑なペロブスカイト酸化物
の多層構造を製作しなければならないので、まだ研究段
階に留まっている。
の三層薄膜ジョセフソン接合は、電子素子としての活用
が容易であるので非常に重要な工学的意味を有する。現
在まで報告されたＳ−Ｉ−Ｓ接合の絶縁層には、ＳｒＴ
ｉＯ3［J.J.Kingstone et al,Appl.Phys.Lett.56,189(1
990)］と、Ｙ2Ｏ3［K.Hirata et al,Appl.Phys.Lett.5
6,683(1990)］と、ＭｇＯ［S.Tanaka et al,IEEE Tran
s.Magn.MAG-27,1607(1991)］と、ＬａＡｌＯ3［J.M.Pon
d et al,Appl.Phys.Lett.59,3033(1991)］と、ＮｄＧａ
Ｏ3［Y.Baikov et al,Appl.Phys.Lett.56,2606(1991)］
と、ＣｅＯ2［T.Kusumori et al,Jpn.J.Appl.Phys.31,L
956(1992)］と、ＰｒＧａＯ3［M.Mukaidaet al,Jpn.J.A
ppl.Phys.33,2521(1994)］等があるが、平面形のＳ−Ｉ
−Ｓジョセフソン接合は、複雑なペロブスカイト酸化物
の多層構造を製作しなければならないので、まだ研究段
階に留まっている。
【０００８】図１は、従来の超伝導体−金属−超伝導体
の角の接合の構造図である。
の角の接合の構造図である。
【０００９】基板１の上にｃ−軸と垂直のＹＢＣＯ薄膜
が形成されて下部電極８となり、その下部電極８の上に
絶縁層９が形成され、その下部電極８と絶縁層９とを斜
めにエッチングした後、その上に障壁層５が形成され、
その障壁層５の上にｃ−軸と垂直のＹＢＣＯ薄膜が形成
され、上部電極１０となる構造である。
が形成されて下部電極８となり、その下部電極８の上に
絶縁層９が形成され、その下部電極８と絶縁層９とを斜
めにエッチングした後、その上に障壁層５が形成され、
その障壁層５の上にｃ−軸と垂直のＹＢＣＯ薄膜が形成
され、上部電極１０となる構造である。
【００１０】図２は、従来考案された超伝導体−絶縁体
−超伝導体の平面形のサンドイッチ接合の構造図であ
る。
−超伝導体の平面形のサンドイッチ接合の構造図であ
る。
【００１１】基板１上にａ−軸と垂直のＹＢＣＯ薄膜で
ある下部電極３が形成され、その上に障壁層５が形成さ
れ、その障壁層５の上にａ−軸と垂直のＹＢＣＯ薄膜で
ある上部電極６が形成されてサンドイッチ構造となる。
ある下部電極３が形成され、その上に障壁層５が形成さ
れ、その障壁層５の上にａ−軸と垂直のＹＢＣＯ薄膜で
ある上部電極６が形成されてサンドイッチ構造となる。
【００１２】これと関連された従来技術として、ヨーロ
ッパ特許ＥＰ０４８４２３２Ａ２（Superconducting de
vice having an extremely short superconducting cha
nnelformed of oxide superconductor material and me
thod for manufacturing the same）が知られている。
ッパ特許ＥＰ０４８４２３２Ａ２（Superconducting de
vice having an extremely short superconducting cha
nnelformed of oxide superconductor material and me
thod for manufacturing the same）が知られている。
【００１３】この特許は、基板表面に対して一定の角度
を有した超伝導チャンネル層を使用した超伝導電界効果
素子に対することである。これは超伝導下層と絶縁層の
角を斜めにエッチングした後、障壁層と超伝導上層を蒸
着した後エッチングする工程でなる（図１参照）。
を有した超伝導チャンネル層を使用した超伝導電界効果
素子に対することである。これは超伝導下層と絶縁層の
角を斜めにエッチングした後、障壁層と超伝導上層を蒸
着した後エッチングする工程でなる（図１参照）。
【００１４】なお、米国特許ＵＳ５，２５０，８１７
（Alkali barrier superconductor Josephson junction
and circuit）が知られている。これは超伝導層−絶縁
層−超伝導層を連続に蒸着させた後、下部の超伝導層の
表面以下までエッチングして得られる平面形のサンドイ
ッチ構造のジョセフソン接合に対することである（図２
参照）。
（Alkali barrier superconductor Josephson junction
and circuit）が知られている。これは超伝導層−絶縁
層−超伝導層を連続に蒸着させた後、下部の超伝導層の
表面以下までエッチングして得られる平面形のサンドイ
ッチ構造のジョセフソン接合に対することである（図２
参照）。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来は薄膜製
作時、超伝導酸化物薄膜の表面の平坦化と、素子の製作
時、エッチング工程の再現性がいままで解決されていな
いので、優秀な接合特性が得られないという問題点があ
った。
作時、超伝導酸化物薄膜の表面の平坦化と、素子の製作
時、エッチング工程の再現性がいままで解決されていな
いので、優秀な接合特性が得られないという問題点があ
った。
【００１６】前記問題点を解決するための本発明の目的
は、平面配向されたａ−軸の垂直ＹＢＣＯ（in-plane a
ligned a-axis oriented YBCO）薄膜と絶縁薄膜とを使
用し、傾いた角の構造を採択して、優秀な接合特性が得
られる平面形のＳ−Ｉ−Ｓジョセフソントンネル接合お
よびその製造方法を提供することにある。
は、平面配向されたａ−軸の垂直ＹＢＣＯ（in-plane a
ligned a-axis oriented YBCO）薄膜と絶縁薄膜とを使
用し、傾いた角の構造を採択して、優秀な接合特性が得
られる平面形のＳ−Ｉ−Ｓジョセフソントンネル接合お
よびその製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の特徴は、超伝導体−絶縁体−超伝導体のジョ
セフソントンネル接合の製造方法において、酸化物単結
晶基板上にＰＢＣＯのバッファー層を形成する第１過程
と、上記ＰＢＣＯのバッファー層の上にａ−軸垂直のＹ
ＢＣＯ電極（下部電極）を形成する第２過程と、上記下
部電極をエッチングして、予め定めた角度で傾斜した端
面部を形成する第３過程と、上記エッチングされた下部
電極の上に絶縁膜を形成する第４過程と、上記絶縁膜の
上にａ−軸垂直のＹＢＣＯ電極（上部電極）を形成する
第５過程とを少なくとも含むことにある。
の本発明の特徴は、超伝導体−絶縁体−超伝導体のジョ
セフソントンネル接合の製造方法において、酸化物単結
晶基板上にＰＢＣＯのバッファー層を形成する第１過程
と、上記ＰＢＣＯのバッファー層の上にａ−軸垂直のＹ
ＢＣＯ電極（下部電極）を形成する第２過程と、上記下
部電極をエッチングして、予め定めた角度で傾斜した端
面部を形成する第３過程と、上記エッチングされた下部
電極の上に絶縁膜を形成する第４過程と、上記絶縁膜の
上にａ−軸垂直のＹＢＣＯ電極（上部電極）を形成する
第５過程とを少なくとも含むことにある。
【００１８】また、前記目的を達成するための本発明の
特徴は、ペロブスカイト結晶構造を有する単結晶基板
と、その基板の上にｂ−軸と垂直のＰＢＣＯ薄膜が蒸着
されて形成されるバッファー層と、その上に形成された
超伝導体−絶縁体−超伝導体の三層構造とを備えて構成
されるジョセフソントンネル接合であって、前記三層構
造は傾いた接合部を有する下部電極−障壁層−上部電極
で構成され、前記下部電極と上部電極はａ−軸と垂直の
ＹＢＣＯ超伝導薄膜であり、前記障壁層はこれら二つの
超伝導電極層の間の絶縁薄膜で構成され、前記接合部の
傾斜角が３０°〜７０°の中のある角度に傾いているこ
とにある。
特徴は、ペロブスカイト結晶構造を有する単結晶基板
と、その基板の上にｂ−軸と垂直のＰＢＣＯ薄膜が蒸着
されて形成されるバッファー層と、その上に形成された
超伝導体−絶縁体−超伝導体の三層構造とを備えて構成
されるジョセフソントンネル接合であって、前記三層構
造は傾いた接合部を有する下部電極−障壁層−上部電極
で構成され、前記下部電極と上部電極はａ−軸と垂直の
ＹＢＣＯ超伝導薄膜であり、前記障壁層はこれら二つの
超伝導電極層の間の絶縁薄膜で構成され、前記接合部の
傾斜角が３０°〜７０°の中のある角度に傾いているこ
とにある。
【００１９】また、前記目的を達成するための本発明の
目的は、パルスレーザー蒸着器の基板の加熱台に高温超
伝導薄膜が成長する酸化物単結晶基板を例えば銀接着剤
を用いて装着させる第１過程と、例えばパルスレーザー
蒸着法を用いてＰＢＣＯバッファー層を所定の温度及び
所定の酸素圧下で所定の厚さで蒸着する第２過程と、蒸
着されたＰＢＣＯバッファー層の上に例えばパルスレー
ザー蒸着法でａ−軸と垂直のＹＢＣＯ電極を所定の温度
及び所定の酸素圧下で所定の厚さに蒸着する第３過程
と、例えばアルゴンイオンビームの入射角を３０°〜７
０°中のある角度にして乾式エッチングする第４過程
と、エッチングされたａ−軸と垂直のＹＢＣＯ下部電極
の上に例えばパルスレーザー蒸着法を用いて所定の厚さ
の絶縁膜を障壁層に蒸着する第５過程と、連続的にａ−
軸と垂直のＹＢＣＯ上部電極を所定の温度および所定の
酸素圧下で所定の厚さに蒸着する第６過程と、前記第５
過程で蒸着された層と前記第６過程で蒸着された層とを
乾式エッチングする第７過程とを含むことにある。
目的は、パルスレーザー蒸着器の基板の加熱台に高温超
伝導薄膜が成長する酸化物単結晶基板を例えば銀接着剤
を用いて装着させる第１過程と、例えばパルスレーザー
蒸着法を用いてＰＢＣＯバッファー層を所定の温度及び
所定の酸素圧下で所定の厚さで蒸着する第２過程と、蒸
着されたＰＢＣＯバッファー層の上に例えばパルスレー
ザー蒸着法でａ−軸と垂直のＹＢＣＯ電極を所定の温度
及び所定の酸素圧下で所定の厚さに蒸着する第３過程
と、例えばアルゴンイオンビームの入射角を３０°〜７
０°中のある角度にして乾式エッチングする第４過程
と、エッチングされたａ−軸と垂直のＹＢＣＯ下部電極
の上に例えばパルスレーザー蒸着法を用いて所定の厚さ
の絶縁膜を障壁層に蒸着する第５過程と、連続的にａ−
軸と垂直のＹＢＣＯ上部電極を所定の温度および所定の
酸素圧下で所定の厚さに蒸着する第６過程と、前記第５
過程で蒸着された層と前記第６過程で蒸着された層とを
乾式エッチングする第７過程とを含むことにある。
【００２０】また、上記本発明による製造方法において
は、以下のような具体的条件を用いても良い。すなわ
ち、前記第２過程で５５０℃〜７００℃中のある温度、
９０ｍＴｏｒｒ〜１１０ｍＴｏｒｒ中のある酸素圧下、
４０ｎｍ〜２５０ｎｍ中のある厚さで蒸着する構成とし
ても良い。
は、以下のような具体的条件を用いても良い。すなわ
ち、前記第２過程で５５０℃〜７００℃中のある温度、
９０ｍＴｏｒｒ〜１１０ｍＴｏｒｒ中のある酸素圧下、
４０ｎｍ〜２５０ｎｍ中のある厚さで蒸着する構成とし
ても良い。
【００２１】また、前記第３過程でａ−軸と垂直のＹＢ
ＣＯ電極を６８０℃〜８５０℃中のある温度で、９０ｍ
Ｔｏｒｒ〜１１０ｍＴｏｒｒ中のある酸素圧下で、１５
０ｎｍ〜３５０ｎｍ中のある厚さで蒸着する構成として
も良い。
ＣＯ電極を６８０℃〜８５０℃中のある温度で、９０ｍ
Ｔｏｒｒ〜１１０ｍＴｏｒｒ中のある酸素圧下で、１５
０ｎｍ〜３５０ｎｍ中のある厚さで蒸着する構成として
も良い。
【００２２】また、前記第４過程では、アルゴンイオン
ビームの入射角を２０°〜８０°中のある角度で乾式エ
ッチングするか、あるいは、２０°〜８０°の傾いた角
を有する下部電極を得るようにエッチングを行なう構成
としても良い。
ビームの入射角を２０°〜８０°中のある角度で乾式エ
ッチングするか、あるいは、２０°〜８０°の傾いた角
を有する下部電極を得るようにエッチングを行なう構成
としても良い。
【００２３】また、前記第５過程で１．５ｎｍ〜６ｎｍ
中のある厚さの絶縁膜を障壁層に蒸着する構成としても
良い。
中のある厚さの絶縁膜を障壁層に蒸着する構成としても
良い。
【００２４】また、前記第６過程で連続的にａ−軸と垂
直のＹＢＣＯ上部電極を、６５０℃〜８５０℃中のある
温度で、９０ｍＴｏｒｒ〜１１０ｍＴｏｒｒ中の酸素圧
下で、１５ｎｍ〜３５０ｎｍの厚さに蒸着する構成とし
ても良い。
直のＹＢＣＯ上部電極を、６５０℃〜８５０℃中のある
温度で、９０ｍＴｏｒｒ〜１１０ｍＴｏｒｒ中の酸素圧
下で、１５ｎｍ〜３５０ｎｍの厚さに蒸着する構成とし
ても良い。
【００２５】また、平面配向されたａ−軸と垂直のＹＢ
ＣＯ薄膜を上層電極と下層電極とで使用しても良い。
ＣＯ薄膜を上層電極と下層電極とで使用しても良い。
【００２６】また、２０°〜８０°中のある温度で傾い
た角を有する、下層電極と上層電極とを使用しても良
い。
た角を有する、下層電極と上層電極とを使用しても良
い。
【００２７】また、厚さが１．５ｎｍ〜６ｎｍであるＬ
ａＳｒＧａＯ4、ＬａＳｒＡｌＯ4、ＰｒＧａＯ3、およ
びＮｄ2ＣｕＯ4薄膜のうちいずれかを障壁層を構成する
絶縁膜として使用しても良い。
ａＳｒＧａＯ4、ＬａＳｒＡｌＯ4、ＰｒＧａＯ3、およ
びＮｄ2ＣｕＯ4薄膜のうちいずれかを障壁層を構成する
絶縁膜として使用しても良い。
【００２８】また、ＬａＳｒＧａＯ4、ＬａＳｒＡｌ
Ｏ4、ＰｒＧａＯ3、およびＮｄ2ＣｕＯ4単結晶のうちい
ずれかを前記基板と使用しても良い。
Ｏ4、ＰｒＧａＯ3、およびＮｄ2ＣｕＯ4単結晶のうちい
ずれかを前記基板と使用しても良い。
【００２９】また、９０ｎｍ〜１１０ｎｍの厚さのｂ−
軸と垂直のＰＢＣＯ薄膜をバッファー層と使用しても良
い。
軸と垂直のＰＢＣＯ薄膜をバッファー層と使用しても良
い。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照し
て、本発明による好ましい一実施形態を詳細に説明す
る。
て、本発明による好ましい一実施形態を詳細に説明す
る。
【００３１】図３は、本発明による超伝導体−絶縁体−
超伝導体の接合の構造図である。
超伝導体の接合の構造図である。
【００３２】ペロブスカイト結晶構造を有するＳｒＴｉ
Ｏ3（１００）、ＬａＡｌＯ3（１００）、ＬａＳｒＧａ
Ｏ4（１００）、ＬａＳｒＡｌＯ4（１００）、ＰｒＧａ
Ｏ3（１００）、Ｎｄ2ＣｕＯ4（１００）等の単結晶１
にバッファー層（buffer layer）２として１００ｎｍの
厚さのｂ−軸と垂直のＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x（ＰＢＣ
Ｏ）薄膜が蒸着された基板の上に、図３と同一構造の三
層接合で構成される。
Ｏ3（１００）、ＬａＡｌＯ3（１００）、ＬａＳｒＧａ
Ｏ4（１００）、ＬａＳｒＡｌＯ4（１００）、ＰｒＧａ
Ｏ3（１００）、Ｎｄ2ＣｕＯ4（１００）等の単結晶１
にバッファー層（buffer layer）２として１００ｎｍの
厚さのｂ−軸と垂直のＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x（ＰＢＣ
Ｏ）薄膜が蒸着された基板の上に、図３と同一構造の三
層接合で構成される。
【００３３】ここで下部電極３は、ａ−軸と垂直のＹＢ
ＣＯ超伝導薄膜で構成され、接合部の角（傾斜部）４が
３０°〜７０°に傾いた様子を有し、上部電極６も２０
０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さのａ−軸と垂直のＹＢＣＯ超
伝導薄膜で構成される。
ＣＯ超伝導薄膜で構成され、接合部の角（傾斜部）４が
３０°〜７０°に傾いた様子を有し、上部電極６も２０
０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さのａ−軸と垂直のＹＢＣＯ超
伝導薄膜で構成される。
【００３４】障壁層５は、この二つの超伝導電極層の間
に厚さが２ｎｍ〜５ｎｍのＬａＳｒＧａＯ4、ＬａＳｒ
ＡｌＯ4、ＰｒＧａＯ3、Ｎｄ2ＣｕＯ4等の絶縁薄膜で構
成される。
に厚さが２ｎｍ〜５ｎｍのＬａＳｒＧａＯ4、ＬａＳｒ
ＡｌＯ4、ＰｒＧａＯ3、Ｎｄ2ＣｕＯ4等の絶縁薄膜で構
成される。
【００３５】図４〜図９は、本発明から考案された超伝
導体−絶縁体−超伝導体ジョセフソントンネル接合の製
作工程図である。
導体−絶縁体−超伝導体ジョセフソントンネル接合の製
作工程図である。
【００３６】図４〜図９を参照して、本発明による酸化
物超伝導三層膜を利用した超伝導体−絶縁体−超伝導体
ジョセフソントンネル接合の製作工程を説明すれば次の
ようである。
物超伝導三層膜を利用した超伝導体−絶縁体−超伝導体
ジョセフソントンネル接合の製作工程を説明すれば次の
ようである。
【００３７】まず、図４に示すように、例えばパルスレ
ーザー蒸着器の基板加熱台に高温超伝導薄膜が成長する
酸化物単結晶基板１を銀接着剤で付着させるか、あるい
は、クランプ等を用いて装着する。
ーザー蒸着器の基板加熱台に高温超伝導薄膜が成長する
酸化物単結晶基板１を銀接着剤で付着させるか、あるい
は、クランプ等を用いて装着する。
【００３８】その後、パルスレーザー蒸着法でＰＢＣＯ
バッファー層２を、前記基板加熱台の温度を６００℃〜
６５０℃とし、１００ｍＴｏｒｒ酸素圧下で５０ｎｍ〜
２００ｎｍの厚さで蒸着する。
バッファー層２を、前記基板加熱台の温度を６００℃〜
６５０℃とし、１００ｍＴｏｒｒ酸素圧下で５０ｎｍ〜
２００ｎｍの厚さで蒸着する。
【００３９】蒸着されたＰＢＣＯバッファー層２の上
に、パルスレーザー蒸着法でａ−軸と垂直のＹＢＣＯ電
極３を７２０℃〜７８０℃、１００ｍＴｏｒｒ酸素圧下
で２００ｎｍ〜３００ｎｍの厚さで蒸着する。ここで上
記温度、酸素圧および膜厚は、上述した従来の工程でも
用いられた条件であり、本発明においてもこれら工程条
件を採用している。なお、ＹＢＣＯ電極３を蒸着させる
際には、パルスレーザー蒸着法の代わりにスパッタリン
グ法を用いても良い。
に、パルスレーザー蒸着法でａ−軸と垂直のＹＢＣＯ電
極３を７２０℃〜７８０℃、１００ｍＴｏｒｒ酸素圧下
で２００ｎｍ〜３００ｎｍの厚さで蒸着する。ここで上
記温度、酸素圧および膜厚は、上述した従来の工程でも
用いられた条件であり、本発明においてもこれら工程条
件を採用している。なお、ＹＢＣＯ電極３を蒸着させる
際には、パルスレーザー蒸着法の代わりにスパッタリン
グ法を用いても良い。
【００４０】次に、図５に示すように、蒸着されたＹＢ
ＣＯ電極３の上にマスク１２を配置し、アルゴンイオン
ビーム１１の入射角を３０°〜７０°にして、乾式エッ
チングする。
ＣＯ電極３の上にマスク１２を配置し、アルゴンイオン
ビーム１１の入射角を３０°〜７０°にして、乾式エッ
チングする。
【００４１】ここで、アルゴンイオンビーム１１の入射
角の範囲を上記のように限定する理由は、入射角が３０
°よりも小さくなりすぎると傾斜された接合部位があま
りに長くて、また７０°よりも大きくなりすぎると傾斜
角があまりに大きくて、上部電極および下部電極が共に
連結されることができるためである。ここで入射角と
は、基板１表面とアルゴンイオンビーム１１とがなす角
度を指している。
角の範囲を上記のように限定する理由は、入射角が３０
°よりも小さくなりすぎると傾斜された接合部位があま
りに長くて、また７０°よりも大きくなりすぎると傾斜
角があまりに大きくて、上部電極および下部電極が共に
連結されることができるためである。ここで入射角と
は、基板１表面とアルゴンイオンビーム１１とがなす角
度を指している。
【００４２】以上の工程で、図６に示すように、３０°
〜７０°の傾いた角４を有する下部電極３を得る。
〜７０°の傾いた角４を有する下部電極３を得る。
【００４３】次に、エッチングされたａ−軸と垂直のＹ
ＢＣＯ下部電極３の上にパルスレーザー蒸着法でコヒー
レンス長さよりも少し厚い２ｎｍ〜５ｎｍの厚さの絶縁
膜を障壁層５として蒸着する。
ＢＣＯ下部電極３の上にパルスレーザー蒸着法でコヒー
レンス長さよりも少し厚い２ｎｍ〜５ｎｍの厚さの絶縁
膜を障壁層５として蒸着する。
【００４４】そして、連続的にａ−軸と垂直のＹＢＣＯ
の上部電極６を、７２０℃〜７８０℃、１００ｍＴｏｒ
ｒ酸素圧下で２００ｎｍ〜３００ｎｍの厚さで蒸着す
る。
の上部電極６を、７２０℃〜７８０℃、１００ｍＴｏｒ
ｒ酸素圧下で２００ｎｍ〜３００ｎｍの厚さで蒸着す
る。
【００４５】次に、図８に示すように、アルゴンイオン
ビーム１１を用いてこれらの二つの層を乾式エッチング
して下部電極３の表面を露出させ、図９と同一の構造の
平面形のＳ−Ｉ−Ｓジョセフソントンネル接合を製作す
る。
ビーム１１を用いてこれらの二つの層を乾式エッチング
して下部電極３の表面を露出させ、図９と同一の構造の
平面形のＳ−Ｉ−Ｓジョセフソントンネル接合を製作す
る。
【００４６】前記ＹＢＣＯ薄膜は、ＹＢＣＯ結晶構造の
異方性のため、各結晶軸により超伝導特性が大きく変化
される。
異方性のため、各結晶軸により超伝導特性が大きく変化
される。
【００４７】前記の上部電極６と下部電極３は、全てが
ａ−軸が基板と垂直のＹＢＣＯ薄膜に構成されているの
で、基板と垂直の方向へのコヒーレンス距離が平行の方
向の場合より１０倍程度大きい。
ａ−軸が基板と垂直のＹＢＣＯ薄膜に構成されているの
で、基板と垂直の方向へのコヒーレンス距離が平行の方
向の場合より１０倍程度大きい。
【００４８】それだけでなく、水平の接合部７（図３参
照）の面積が角の接合部４に比べて非常に大きいので、
実際の電流の流れる経路は上部電極６から水平の接合部
７を貫通して、下部電極３となったり、あるいは、この
反対の経路となる。
照）の面積が角の接合部４に比べて非常に大きいので、
実際の電流の流れる経路は上部電極６から水平の接合部
７を貫通して、下部電極３となったり、あるいは、この
反対の経路となる。
【００４９】従って、上記図１の既存の角の接合構造
［T.Nagamura et al,EP0484232A2］と類似な構造を有す
るが、実際の接合は、上記図２の既存の平面形のサンド
イッチ接合［R.L.Fink,US5、250、817A］と同一の導電経
路の接合とされる。
［T.Nagamura et al,EP0484232A2］と類似な構造を有す
るが、実際の接合は、上記図２の既存の平面形のサンド
イッチ接合［R.L.Fink,US5、250、817A］と同一の導電経
路の接合とされる。
【００５０】したがって、上述のような本発明によれ
ば、既存のサンドイッチ型の平面の接合の場合と比べて
エッチング工程の再現性を高めることができ、ａ−軸と
垂直のＹＢＣＯ薄膜を利用するから障壁層の厚さを厚く
しても、接合の形成が可能となり、映像処理と信号処理
と高性能ワークステーションと衛星信号処理とスーパコ
ンピューター等を、超高速および低電力で作動させるこ
とができるという効果がある。
ば、既存のサンドイッチ型の平面の接合の場合と比べて
エッチング工程の再現性を高めることができ、ａ−軸と
垂直のＹＢＣＯ薄膜を利用するから障壁層の厚さを厚く
しても、接合の形成が可能となり、映像処理と信号処理
と高性能ワークステーションと衛星信号処理とスーパコ
ンピューター等を、超高速および低電力で作動させるこ
とができるという効果がある。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、平面配向されたａ−軸
の垂直ＹＢＣＯ薄膜と絶縁薄膜とを使用し、傾いた角の
構造を採択して、優秀な接合特性が得られる平面形のＳ
−Ｉ−Ｓジョセフソントンネル接合およびその製造方法
を提供することができる。
の垂直ＹＢＣＯ薄膜と絶縁薄膜とを使用し、傾いた角の
構造を採択して、優秀な接合特性が得られる平面形のＳ
−Ｉ−Ｓジョセフソントンネル接合およびその製造方法
を提供することができる。
【図１】従来に考案された超伝導体−金属−超伝導体の
角接合の断面構造を示す説明図。
角接合の断面構造を示す説明図。
【図２】従来に考案された超伝導体−絶縁体−超伝導体
の平面形のサンドイッチ接合の断面構造を示す説明図。
の平面形のサンドイッチ接合の断面構造を示す説明図。
【図３】本発明による超伝導体−絶縁体−超伝導体のト
ンネル接合の断面構造を示す説明図。
ンネル接合の断面構造を示す説明図。
【図４】本発明から考案された超伝導体−絶縁体−超伝
導体トンネル接合の製造工程の一工程での断面構造を示
す説明図。
導体トンネル接合の製造工程の一工程での断面構造を示
す説明図。
【図５】本発明から考案された超伝導体−絶縁体−超伝
導体トンネル接合の製造工程の一工程での断面構造を示
す説明図。
導体トンネル接合の製造工程の一工程での断面構造を示
す説明図。
【図６】本発明から考案された超伝導体−絶縁体−超伝
導体トンネル接合の製造工程の一工程での断面構造を示
す説明図。
導体トンネル接合の製造工程の一工程での断面構造を示
す説明図。
【図７】本発明から考案された超伝導体−絶縁体−超伝
導体トンネル接合の製造工程の一工程での断面構造を示
す説明図。
導体トンネル接合の製造工程の一工程での断面構造を示
す説明図。
【図８】本発明から考案された超伝導体−絶縁体−超伝
導体トンネル接合の製造工程の一工程での断面構造を示
す説明図。
導体トンネル接合の製造工程の一工程での断面構造を示
す説明図。
【図９】本発明から考案された超伝導体−絶縁体−超伝
導体トンネル接合の製造工程の一工程での断面構造を示
す説明図。
導体トンネル接合の製造工程の一工程での断面構造を示
す説明図。
１…基板、２…バッファー層、３…下部電極、４…角
（傾斜接合部）、５…障壁層、６…上部電極、７…水平
接合部、１１…アルゴンイオンビーム、１２…マスク。
（傾斜接合部）、５…障壁層、６…上部電極、７…水平
接合部、１１…アルゴンイオンビーム、１２…マスク。
Claims (20)
- 【請求項１】超伝導体−絶縁体−超伝導体ジョセフソン
トンネル接合の製造方法において、パルスレーザー蒸着
器の基板加熱台に高温超伝導薄膜が成長する酸化物単結
晶基板を銀接着剤で付着させる第１過程と、 パルスレーザー蒸着法でＰＢＣＯバッファー層を蒸着す
る第２過程と、 蒸着されたＰＢＣＯバッファー層の上にパルスレーザー
蒸着法でａ−軸と垂直のＹＢＣＯ下部電極を蒸着する第
３過程と、 アルゴンイオンビームの入射角を３０°〜７０°中のあ
る角度にして乾式エッチングする第４過程と、 エッチングされたａ−軸と垂直のＹＢＣＯ下部電極の上
にパルスレーザー蒸着法で絶縁膜を蒸着する第５過程
と、 連続的にａ−軸と垂直のＹＢＣＯ上部電極を蒸着する第
６過程と、 前記第５過程で蒸着された層と前記第６過程で蒸着され
た層とを乾式エッチングする第７過程とを含むことを特
徴とする超伝導体−絶縁体−超伝導体ジョセフソントン
ネル接合の製造方法。 - 【請求項２】請求項１において、 前記第２過程で５５０℃〜７００℃中のある温度で蒸着
すること、を特徴とする超伝導体−絶縁体−超伝導体ジ
ョセフソントンネル接合の製造方法。 - 【請求項３】請求項１において、 前記第２過程で９０ｍＴｏｒｒ〜１１０ｍＴｏｒｒ中の
ある酸素圧下で蒸着すること、を特徴とする超伝導体−
絶縁体−超伝導体ジョセフソントンネル接合の製造方
法。 - 【請求項４】請求項１において、 前記第２過程で４０ｎｍ〜２５０ｎｍ中のある厚さで蒸
着すること、を特徴とする超伝導体−絶縁体−超伝導体
のジョセフソントンネル接合の製造方法。 - 【請求項５】請求項１において、 前記第３過程でａ−軸と垂直のＹＢＣＯ電極を６８０℃
〜８５０℃中のある温度で蒸着すること、を特徴とする
超伝導体−絶縁体−超伝導体ジョセフソントンネル接合
の製造方法。 - 【請求項６】請求項１において、 前記第３過程でａ−軸と垂直のＹＢＣＯ電極を９０ｍＴ
ｏｒｒ〜１１０ｍＴｏｒｒ中のある酸素圧下で蒸着する
こと、を特徴とする超伝導体−絶縁体−超伝導体ジョセ
フソントンネル接合の製造方法。 - 【請求項７】請求項１において、 前記第３過程でａ−軸と垂直のＹＢＣＯ電極を１５０ｎ
ｍ〜３５０ｎｍ中のある厚さで蒸着すること、を特徴と
する超伝導体−絶縁体−超伝導体ジョセフソントンネル
接合の製造方法。 - 【請求項８】請求項１において、 前記第４過程でアルゴンイオンビームの入射角を２０°
〜８０°中のある角度で乾式エッチングすること、を特
徴とする超伝導体−絶縁体−超伝導体ジョセフソントン
ネル接合の製造方法。 - 【請求項９】請求項１において、 前記第４過程で２０°〜８０°の傾いた角を有する下部
電極を得ること、を特徴とする超伝導体−絶縁体−超伝
導体ジョセフソントンネル接合の製造方法。 - 【請求項１０】請求項１において、 前記第５過程で１．５ｎｍ〜６ｎｍ中のある厚さの絶縁
膜を障壁層に蒸着すること、を特徴とする超伝導体−絶
縁体−超伝導体のジョセフソントンネル接合の製造方
法。 - 【請求項１１】請求項１において、 前記第６過程で連続的にａ−軸と垂直のＹＢＣＯ上部電
極を６５０℃〜８５０℃中のある温度で蒸着することを
特徴とする超伝導体−絶縁体−超伝導体ジョセフソント
ンネル接合の製造方法。 - 【請求項１２】請求項１において、 前記第６過程で連続的にａ−軸と垂直のＹＢＣＯ上部電
極を９０ｍＴｏｒｒ〜１１０ｍＴｏｒｒ中の酸素圧下で
蒸着すること、を特徴とする超伝導体−絶縁体−超伝導
体ジョセフソントンネル接合の製造方法。 - 【請求項１３】請求項１において、 前記第６過程で連続的にａ−軸と垂直したＹＢＣＯ上部
電極を１５ｎｍ〜３５０ｎｍの厚さで蒸着すること、を
特徴とする超伝導体−絶縁体−超伝導体ジョセフソント
ンネル接合の製造方法。 - 【請求項１４】請求項１において、 平面配向されたａ−軸と垂直のＹＢＣＯ薄膜を上層電極
と下層電極とで使用すること、を特徴とする超伝導体−
絶縁体−超伝導体のジョセフソントンネル接合の製造方
法。 - 【請求項１５】請求項１において、 ２０°〜８０°中のある温度で傾いた角を有する、下層
電極と上層電極とを使用すること、を特徴とする超伝導
体−絶縁体−超伝導体ジョセフソントンネル接合の製造
方法。 - 【請求項１６】請求項１において、 厚さが１．５ｎｍ〜６ｎｍであるＬａＳｒＧａＯ4、Ｌ
ａＳｒＡｌＯ4、ＰｒＧａＯ3、およびＮｄ2ＣｕＯ4薄膜
のうちいずれかを障壁層を構成する絶縁膜として使用す
ること、を特徴とする超伝導体−絶縁体−超伝導体ジョ
セフソントンネル接合の製造方法。 - 【請求項１７】請求項１において、 ＬａＳｒＧａＯ4、ＬａＳｒＡｌＯ4、ＰｒＧａＯ3、お
よびＮｄ2ＣｕＯ4単結晶のうちいずれかを前記基板と使
用すること、を特徴とする超伝導体−絶縁体−超伝導体
ジョセフソントンネル接合の製造方法。 - 【請求項１８】請求項１において、 ９０ｎｍ〜１１０ｎｍの厚さのｂ−軸と垂直のＰＢＣＯ
薄膜をバッファー層と使用すること、を特徴とする超伝
導体−絶縁体−超伝導体ジョセフソントンネル接合の製
造方法。 - 【請求項１９】ペロブスカイト結晶構造を有する単結晶
基板と、その基板の上にｂ−軸と垂直のＰＢＣＯ薄膜が
蒸着されて形成されるバッファー層と、その上に形成さ
れた超伝導体−絶縁体−超伝導体の三層構造とを備えて
構成されるジョセフソントンネル接合であって、 前記三層構造は、傾いた接合部を有する下部電極−障壁
層−上部電極で構成され、 前記下部電極及び上部電極はａ−軸と垂直のＹＢＣＯ超
伝導薄膜であり、 前記障壁層はこれら二つの超伝導電極層の間の絶縁薄膜
で構成され、 前記接合部の傾斜角が３０°〜７０°の範囲内のある特
定の角度に傾いていること を特徴とする超伝導体−絶縁体−超伝導体のジョセフソ
ントンネル接合。 - 【請求項２０】超伝導体−絶縁体−超伝導体のジョセフ
ソントンネル接合の製造方法において、 酸化物単結晶基板上にＰＢＣＯのバッファー層を形成す
る第１過程と、 上記ＰＢＣＯのバッファー層の上にａ−軸垂直のＹＢＣ
Ｏ電極（下部電極）を形成する第２過程と、 上記下部電極をエッチングして、予め定めた角度で傾斜
した端面部を形成する第３過程と、 上記エッチングされた下部電極の上に絶縁膜を形成する
第４過程と、 上記絶縁膜の上にａ−軸垂直のＹＢＣＯ電極（上部電
極）を形成する第５過程とを少なくとも含むことを特徴
とする超伝導体−絶縁体−超伝導体のジョセフソントン
ネル接合の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019950050515A KR0175359B1 (ko) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 초전도체-절연체-초전도체 조셉슨 터널 접합구조의 제조방법 |
| KR95-50515 | 1995-12-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09181365A true JPH09181365A (ja) | 1997-07-11 |
Family
ID=19440477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8231734A Pending JPH09181365A (ja) | 1995-12-15 | 1996-09-02 | 超伝導体−絶縁体−超伝導体のジョセフソントンネル接合およびその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5750474A (ja) |
| JP (1) | JPH09181365A (ja) |
| KR (1) | KR0175359B1 (ja) |
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| KR100656738B1 (ko) * | 2005-12-14 | 2006-12-14 | 한국과학기술원 | 집적형 박막 태양전지 및 그 제조 방법 |
| KR100725110B1 (ko) * | 2005-12-14 | 2007-06-04 | 한국과학기술원 | 투과형 집적형 박막 태양전지 및 그 제조 방법. |
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| JP2020522886A (ja) * | 2017-06-07 | 2020-07-30 | 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 | 側壁トンネル接合を形成する方法およびトンネル接合デバイス |
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| KR100309675B1 (ko) * | 1998-11-23 | 2001-12-17 | 오길록 | 고온초전도계단형모서리조셉슨접합제작방법 |
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