JPH09266331A - Tunnel type josephson device and its manufacture - Google Patents

Tunnel type josephson device and its manufacture

Info

Publication number
JPH09266331A
JPH09266331A JP8238163A JP23816396A JPH09266331A JP H09266331 A JPH09266331 A JP H09266331A JP 8238163 A JP8238163 A JP 8238163A JP 23816396 A JP23816396 A JP 23816396A JP H09266331 A JPH09266331 A JP H09266331A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
forming
thin film
crystal grain
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP8238163A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Sakai
全弘 坂井
Hidetaka Tono
秀隆 東野
Hideaki Adachi
秀明 足立
Kentaro Setsune
謙太郎 瀬恒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP8238163A priority Critical patent/JPH09266331A/en
Publication of JPH09266331A publication Critical patent/JPH09266331A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tunnel type Josephson device which uses a inherent Josephson device of an oxide high temperature superconductor and its manufacturing method. SOLUTION: Heating treatment is conducted at a temperature higher than the crystallinity temperature of an oxide high temperature superconductor comprising Bl2 , Sr2 , Ca1 , Cu2 and O8 on a board 11 made of single crystal of MgO and a plurality of single crystalline particles 12A, 12B and 12C comprising Bl2 , Sr2 , C1 , Cu2 and O8 enveloped with the crystalline field 13 are formed. A projected area 12a, whose cross section is 400μm<2> and whose height is below ten times the spacing of block layers of Bl2 , Sr2 , Ca1 , Cu2 and O8 , is formed on the top of the single crystalline particle 12A. A first electrode 14A comprising Au is formed on the top of the projected area 12a of the single crystalline particle 12A. A second electrode 14B is formed in the area other than the projected area 12a in the single crystalline particle 12A.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜素子及びその
製造方法に関し、特に、高周波通信や論理回路に応用可
能な、酸化物高温超電導体の固有ジョセフソン接合を利
用したトンネル型ジョセフソン薄膜素子及びその製造方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film element and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a tunnel type Josephson thin film element which utilizes an intrinsic Josephson junction of an oxide high temperature superconductor and is applicable to high frequency communication and logic circuits. And a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の薄膜形成技術の進展により様々な
機能の薄膜素子が実用化されている。例えば、酸化物薄
膜を用いた薄膜素子においては、チタン酸鉛系薄膜が有
する焦電性を利用した赤外線センサや,酸化亜鉛薄膜が
有する圧電性を利用した表面弾性波フィルタなどが実用
化されている。これらの薄膜素子は、素子化に要求され
る薄膜の結晶化の程度が厳格ではないこと、また、結晶
構造が単純なため,必要とされる結晶性を有する薄膜に
容易に形成できること等の要因から、さほど困難を伴う
ことなく実用化がなされた。
2. Description of the Related Art With the recent progress of thin film forming technology, thin film elements having various functions have been put into practical use. For example, in a thin film element using an oxide thin film, an infrared sensor utilizing the pyroelectricity of a lead titanate-based thin film and a surface acoustic wave filter utilizing the piezoelectricity of a zinc oxide thin film have been put to practical use. There is. These thin film elements have such factors that the degree of crystallization of the thin film required for device formation is not strict, and that the thin film element has a simple crystal structure and thus can be easily formed into a thin film having the required crystallinity. Therefore, it was put into practical use without much difficulty.

【0003】ところが、結晶の強い異方性を利用する素
子においては、わずかの結晶性(結晶の配向性)の乱れ
が素子の特性に大きく影響を与えるため、高い結晶性を
有する薄膜が要求される。例えば、極めて薄い絶縁層を
2つの超電導体を用いて挟むと、これら2つの超電導体
の間で電子対のトンネル現象が生じ、外部からの印加電
圧がなくても薄い絶縁層を通って超電導電流が流れるた
め、トンネル型ジョセフソン素子が得られるが、実際に
は、酸化物高温超電導体が薄い酸化物絶縁層を挟んでな
るトンネル型ジョセフソン素子の製造は、その超電導電
子対のコヒーレンス長が非常に短いため実現が困難であ
った。
However, in an element utilizing the strong anisotropy of crystals, a slight disorder of crystallinity (crystal orientation) has a great influence on the characteristics of the element, and therefore a thin film having high crystallinity is required. It For example, when an extremely thin insulating layer is sandwiched by two superconductors, a tunneling phenomenon of electron pairs occurs between these two superconductors, and the superconducting current flows through the thin insulating layer even if there is no applied voltage from the outside. The tunnel type Josephson device is obtained because of the flow of the magnetic field. However, in reality, the tunnel type Josephson device in which the high-temperature oxide superconductor sandwiches the thin oxide insulating layer is manufactured with the coherence length of the superconducting pair. It was very short and difficult to achieve.

【0004】最近、酸化物高温超電導体の2次元性結晶
構造が本質的にジョセフソン接合、即ち、固有ジョセフ
ソン接合を形成していることが明らかにされ、特開平7
−58366号公報にも示されているように、酸化物高
温超電導体よりなる薄膜素子としてのトンネル型ジョセ
フソン素子の製造方法が提案されている。
Recently, it was revealed that the two-dimensional crystal structure of the oxide high-temperature superconductor essentially forms a Josephson junction, that is, an intrinsic Josephson junction.
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58366, there has been proposed a method of manufacturing a tunnel type Josephson element as a thin film element made of an oxide high temperature superconductor.

【0005】以下、従来のトンネル型ジョセフソン素子
の製造方法を図面を参照しながら説明する。
A conventional method of manufacturing a tunnel type Josephson device will be described below with reference to the drawings.

【0006】図13は従来のトンネル型ジョセフソン素
子の製造方法を示す工程順断面図である。トンネル型ジ
ョセフソン素子の各製造方法を順次簡単に説明すると、
まず、図13(a)に示すように、基板101の上に厚
さが約100nmの第1の超電導体薄膜102を形成し
た後、該第1の超電導体薄膜102の上面に選択的にフ
ォトレジストパターン103を形成する。
FIG. 13 is a sectional view in order of the steps, showing a conventional method for manufacturing a tunnel type Josephson element. Briefly explaining each manufacturing method of the tunnel type Josephson element,
First, as shown in FIG. 13A, after forming a first superconductor thin film 102 having a thickness of about 100 nm on a substrate 101, a photo is selectively formed on the upper surface of the first superconductor thin film 102. A resist pattern 103 is formed.

【0007】次に、図13(b)に示すように、フォト
レジストパターン103をマスクにして第1の超電導体
薄膜102に対して例えば10nmのエッチングを行な
う。
Next, as shown in FIG. 13B, the first superconductor thin film 102 is etched to a thickness of, for example, 10 nm using the photoresist pattern 103 as a mask.

【0008】次に、図13(c)に示すように、基板1
01の上に全面にわたって層間絶縁膜104を前記のエ
ッチング量と同じ程度に堆積する。
Next, as shown in FIG. 13C, the substrate 1
On the entire surface of No. 01, the interlayer insulating film 104 is deposited to the same extent as the above etching amount.

【0009】次に、図13(d)に示すように、フォト
レジストパターン103をリフトオフして該フォトレジ
ストパターン103上の層間絶縁膜104を除去した
後、第1の超電導体薄膜102におけるフォトレジスト
パターン103が覆っていた表面を酸素イオンビームで
洗浄し、その後、真空を破ることなく基板101の上に
全面にわたって厚さが約150nmの第2の超電導体薄
膜105を堆積する。その後、図13(e)に示すよう
に、第2の超電導体薄膜105に対して幅が100μm
となるようにエッチングを行なう。
Next, as shown in FIG. 13D, the photoresist pattern 103 is lifted off to remove the interlayer insulating film 104 on the photoresist pattern 103, and then the photoresist in the first superconductor thin film 102 is removed. The surface covered with the pattern 103 is cleaned with an oxygen ion beam, and then a second superconductor thin film 105 having a thickness of about 150 nm is deposited over the entire surface of the substrate 101 without breaking the vacuum. Then, as shown in FIG. 13E, the width is 100 μm with respect to the second superconductor thin film 105.
Etching is performed so that

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のトンネル型ジョセフソン素子の製造方法は、図13
(e)に示す、第1の超電導体薄膜102と第2の超電
導体薄膜105との界面である接合領域102aの結晶
性が粗悪になる。具体的には、図13(e)における接
合領域102aの拡大図である図14(b)の平面図及
び図14(b)におけるXIV −XIV 線の断面構造を示す
図14(a)に示すように、結晶が有する層状構造が接
合領域102a全体で保持されず,原子レベルにおいて
部分的に不連続になる。このため、結晶の層状構造にお
ける高抵抗層(ブロック層)による電気的な絶縁が十分
になされなくなることがあるので、結晶の層状構造にお
いて上下の(c軸方向の)低抵抗層が電気的に接続され
てしまい、トンネル接合特性が得られなくなってしまう
という問題を有している。
However, the conventional method of manufacturing a tunnel type Josephson device is not shown in FIG.
The crystallinity of the junction region 102a, which is the interface between the first superconducting thin film 102 and the second superconducting thin film 105 shown in (e), becomes poor. Specifically, FIG. 14B is a plan view of FIG. 14B, which is an enlarged view of the bonding region 102a in FIG. 13E, and FIG. 14A is a cross-sectional structure taken along line XIV-XIV of FIG. 14B. As described above, the layered structure of the crystal is not retained in the entire bonding region 102a and is partially discontinuous at the atomic level. Therefore, the high resistance layer (block layer) in the crystal layered structure may not be sufficiently electrically insulated, so that the upper and lower (c-axis direction) low resistance layers are electrically separated in the crystal layered structure. There is a problem that the tunnel junction characteristics cannot be obtained due to the connection.

【0011】また、図13(d)に示す接合領域102
aは微細加工技術により微細に形成されるため、第1の
超電導体薄膜102を形成する際に、少なくとも現在の
微細加工技術により加工可能な大きさ(約1μm以上)
の単結晶領域を、他の領域と容易に識別できる状態で得
ることが必要であるが、現在の薄膜化技術では、このよ
うな条件を満たす単結晶領域を得ることは困難である。
Further, the joining region 102 shown in FIG.
Since a is finely formed by the fine processing technique, at least a size (about 1 μm or more) that can be processed by the present fine processing technique when forming the first superconductor thin film 102.
It is necessary to obtain the single crystal region of (3) in a state where it can be easily distinguished from other regions, but it is difficult to obtain the single crystal region that satisfies such a condition with the current thinning technology.

【0012】さらに、接合領域102aを形成する際
に、第1の薄膜形成、微細加工及び第2の薄膜形成とい
う工程を必要とするため、接合領域102aに、例えば
水分子等の不純物が付着しやすくなる。従って、超電導
層と絶縁層とが交互に配向してなる固有ジョセフソン接
合を有する酸化物高温超電導体におけるc軸配向膜に該
不純物が付着すると、該絶縁層に新たな絶縁層が2層以
上積層することになるため、トンネル接合特性が得られ
なくなってしまう。このように、超電導体薄膜を複数回
に分けて形成すると、良質の接合を得ることが困難であ
るという問題を有している。
Further, since the steps of forming the first thin film, microfabrication, and forming the second thin film are required when forming the bonding region 102a, impurities such as water molecules adhere to the bonding region 102a. It will be easier. Therefore, when the impurities adhere to the c-axis oriented film in the oxide high-temperature superconductor having the intrinsic Josephson junction in which the superconducting layers and the insulating layers are alternately oriented, two or more new insulating layers are formed in the insulating layer. Since the layers are stacked, the tunnel junction characteristic cannot be obtained. As described above, when the superconductor thin film is formed in a plurality of times, it is difficult to obtain a good quality joint.

【0013】このように、特開平7−58366号公報
に提案された方法では、実質的に良好な素子特性を有す
るトンネル型ジョセフソン薄膜素子を製造することはで
きない。
As described above, the tunnel type Josephson thin film device having substantially good device characteristics cannot be manufactured by the method proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-58366.

【0014】本発明は、前記従来の問題を解決し、酸化
物高温超電導体の固有ジョセフソン接合を利用したトン
ネル型ジョセフソン素子及びその製造方法を提供するも
のである。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems and provides a tunnel type Josephson device using an intrinsic Josephson junction of an oxide high temperature superconductor and a method for manufacturing the same.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、基板の主面に酸化物高温超電導体よりな
る薄膜を形成し、該薄膜に対して酸化物高温超電導体の
結晶化温度以上の温度で熱処理を行なうことにより、該
薄膜内にc軸配向を有する単結晶粒を形成した後、該単
結晶粒の上面に第1の電極を形成し、基板の主面上にお
ける、該単結晶粒が形成された領域と異なる領域に第2
の電極を形成するものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention forms a thin film of an oxide high temperature superconductor on a main surface of a substrate, and forms a crystal of the oxide high temperature superconductor on the thin film. After forming a single crystal grain having c-axis orientation in the thin film by performing a heat treatment at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature, a first electrode is formed on the upper surface of the single crystal grain, and the first electrode is formed on the main surface of the substrate. , In a region different from the region where the single crystal grain is formed,
To form the electrode.

【0016】具体的に請求項1の発明が講じた解決手段
は、トンネル型ジョセフソン素子を、基板上に形成され
た導電性領域と、前記導電性領域の上に設けられ、酸化
物高温超電導体が該酸化物高温超電導体の結晶化温度以
上の温度で熱処理されることにより形成された単結晶粒
と、前記単結晶粒における前記導電性領域の反対側の面
に電気的に接続されている第1の電極と、前記導電性領
域の上における前記単結晶粒が形成されている領域と異
なる領域に電気的に接続されている第2の電極とを備
え、前記単結晶粒はトンネル型ジョセフソン効果を有す
るように形成されている構成とするものである。
[0016] Specifically, the solution of the invention of claim 1 is to provide a tunnel type Josephson element with a conductive region formed on a substrate and an oxide high temperature superconducting device provided on the conductive region. A single crystal grain formed by heat-treating the body at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the oxide high-temperature superconductor, and electrically connected to a surface of the single crystal grain opposite to the conductive region. And a second electrode electrically connected to a region on the conductive region different from the region where the single crystal grain is formed, the single crystal grain being a tunnel type. The configuration is such that it has the Josephson effect.

【0017】請求項1の構成により、基板上の導電性領
域の上にトンネル型ジョセフソン効果を示す結晶軸方向
に形成された酸化物高温超電導体よりなる単結晶粒が、
酸化物高温超電導体の結晶化温度以上の温度で熱処理さ
れることにより形成されているため、導電性領域の反対
側の面に電気的に接続されている第1の電極と導電性領
域を介して電気的に接続されている第2の電極が設けら
れていることにより、トンネル型ジョセフソン効果を有
する薄膜素子を実現することができる。
According to the structure of claim 1, single crystal grains made of an oxide high temperature superconductor formed in the crystal axis direction showing the tunnel type Josephson effect on the conductive region on the substrate,
Since the oxide high-temperature superconductor is formed by heat treatment at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature, the first electrode electrically connected to the surface opposite to the conductive region and the conductive region are interposed. By providing the second electrode that is electrically connected to the thin film element having the tunnel-type Josephson effect.

【0018】ここで、結晶化温度とは化合物が結晶化を
開始する温度である。従来、基板上に成膜した薄膜を、
該薄膜を構成する化合物の結晶化温度以上の温度で熱処
理した場合は、薄膜を構成する化合物の各結晶粒の結晶
性は向上するものの、薄膜中には多数の粒界が生じるの
で、電子素子には利用できないと考えられていた。しか
しながら、本発明者らは、結晶が異方性を有する化合物
の薄膜を該化合物の結晶化温度以上の温度で熱処理した
場合は、薄膜内において結晶軸異方性を有する化合物が
微細加工技術で加工可能な大きさの単結晶粒(粒子径:
約1μm以上)に成長して,該単結晶粒が基板の主面に
対してある方向に配向することを見出だし、この知見に
基づいて、前記熱処理により得られる単結晶粒のある結
晶面を横切る方向を電流方向とする素子構成とすること
により薄膜素子を実現する。
Here, the crystallization temperature is the temperature at which the compound starts to crystallize. Conventionally, a thin film formed on a substrate is
When heat-treated at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the compound forming the thin film, the crystallinity of each crystal grain of the compound forming the thin film is improved, but a large number of grain boundaries occur in the thin film. Was considered unavailable. However, the present inventors have found that when a thin film of a compound whose crystal has anisotropy is heat-treated at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the compound, the compound having a crystal axis anisotropy in the thin film can be processed by a fine processing technique. Machinable size single crystal grain (particle size:
It has been found that the single crystal grains are oriented in a certain direction with respect to the main surface of the substrate, and the crystal plane having the single crystal grains obtained by the heat treatment is determined based on this finding. A thin film element is realized by adopting an element configuration in which the crossing direction is the current direction.

【0019】請求項2の発明は、請求項1の構成に、前
記単結晶粒における、前記トンネル型ジョセフソン効果
を示す領域のc軸方向に対して垂直な方向の断面積は4
00μm2 以下である構成を付加するものである。
According to a second aspect of the present invention, in the structure of the first aspect, the cross-sectional area in the direction perpendicular to the c-axis direction of the region showing the tunnel type Josephson effect in the single crystal grain is 4
A structure having a size of 00 μm 2 or less is added.

【0020】請求項2の構成により、ジョセフソン臨界
電流を越える電流が生ずることにより素子が電圧状態に
ジャンプしたときの電圧値を、固有ジョセフソン接合の
数により決定されるトンネル電圧と同程度又はそれ以下
に制限できるため、素子を動作させる際に素子が電圧状
態にジャンプしたときに発生する熱を抑制することがで
きる。
According to the second aspect of the invention, the voltage value when the device jumps to the voltage state due to the generation of the current exceeding the Josephson critical current is approximately the same as the tunnel voltage determined by the number of intrinsic Josephson junctions or Since it can be limited to less than that, heat generated when the element jumps to the voltage state when the element is operated can be suppressed.

【0021】請求項3の発明は、請求項1又は2の構成
に、前記単結晶粒における、前記トンネル型ジョセフソ
ン効果を示す領域のc軸方向の長さは、前記酸化物高温
超電導体のブロック層の間隔の10倍以下である構成を
付加するものである。
According to a third aspect of the present invention, in the structure of the first or second aspect, the length in the c-axis direction of the region showing the tunnel type Josephson effect in the single crystal grain is the same as that of the high temperature oxide superconductor. A configuration in which the interval between the block layers is 10 times or less is added.

【0022】請求項3の構成により、トンネル型ジョセ
フソン効果を示す領域のc軸方向の長さが、酸化物高温
超電導体のブロック層の間隔の10倍以下であるため、
単結晶粒の厚さも酸化物高温超電導体のブロック層の間
隔の10倍以下になるので、固有ジョセフソン接合とし
て動作する接合の数を10個以下に制限できる。
According to the structure of claim 3, the length of the region showing the tunnel type Josephson effect in the c-axis direction is 10 times or less than the distance between the block layers of the high temperature oxide superconductor.
Since the thickness of the single crystal grain is 10 times or less than the distance between the block layers of the high temperature oxide superconductor, the number of junctions operating as intrinsic Josephson junctions can be limited to 10 or less.

【0023】請求項4の発明は、請求項1〜3の構成
に、前記酸化物高温超電導体は、Bi(ビスマス),S
r(ストロンチウム),Ca(カルシウム),Cu
(銅)及びO(酸素)を含む化合物である構成を付加す
るものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the structure of the first to third aspects, the oxide high temperature superconductor is Bi (bismuth), S.
r (strontium), Ca (calcium), Cu
The composition is a compound containing (copper) and O (oxygen).

【0024】請求項4の構成により、酸化物高温超電導
体として結晶軸異方性が強いBi系超電導体を用いてい
るため、結晶性に優れた単結晶粒が得られるので、固有
ジョセフソン接合を確実に形成することができる。
According to the structure of claim 4, since the Bi-based superconductor having a strong crystal axis anisotropy is used as the oxide high-temperature superconductor, a single crystal grain having excellent crystallinity can be obtained. Can be reliably formed.

【0025】請求項5の発明が講じた解決手段は、トン
ネル型ジョセフソン素子の製造方法を、基板の主面上に
酸化物高温超電導体よりなる薄膜を形成する超電導体薄
膜形成工程と、前記薄膜に対して前記酸化物高温超電導
体の結晶化温度以上の温度で熱処理を行なうことによ
り、前記酸化物高温超電導体よりなりc軸配向を有する
単結晶粒を形成する単結晶粒形成工程と、前記薄膜の上
面における一の領域に前記単結晶粒と電気的に接続され
る第1の電極を形成する第1の電極形成工程と、前記薄
膜の上面における他の領域に前記単結晶粒と電気的に接
続される第2の電極を形成する第2の電極形成工程とを
備えている構成とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a tunnel-type Josephson element, comprising: a superconductor thin film forming step of forming a thin film of an oxide high temperature superconductor on a main surface of a substrate; A single crystal grain forming step of forming a single crystal grain of the oxide high temperature superconductor having c-axis orientation by performing heat treatment on the thin film at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the oxide high temperature superconductor; A first electrode forming step of forming a first electrode electrically connected to the single crystal grain in one region on the upper surface of the thin film, and an electrical connection between the single crystal grain and the first electrode in another region on the upper surface of the thin film. And a second electrode forming step of forming second electrodes that are electrically connected to each other.

【0026】請求項5の構成により、基板の主面上に形
成された酸化物高温超電導体よりなる薄膜に対して該酸
化物高温超電導体の結晶化温度以上の温度で熱処理を行
なって、該薄膜内に酸化物高温超電導体よりなりc軸配
向を有する単結晶粒を形成する。従って、薄膜の上面に
おけるある領域に単結晶粒の上面部と電気的に接続され
る第1の電極を形成することができると共に、該第1の
電極が形成された領域と異なる他の領域に第2の電極を
形成することにより、該第2の電極は薄膜の単結晶粒の
下側部分と電気的に接続される。
According to the structure of claim 5, a thin film made of an oxide high temperature superconductor formed on the main surface of the substrate is heat-treated at a temperature not lower than the crystallization temperature of the oxide high temperature superconductor, Single crystal grains made of an oxide high temperature superconductor and having c-axis orientation are formed in the thin film. Therefore, it is possible to form the first electrode electrically connected to the upper surface portion of the single crystal grain in a certain area on the upper surface of the thin film, and at the other area different from the area where the first electrode is formed. By forming the second electrode, the second electrode is electrically connected to the lower portion of the single crystal grain of the thin film.

【0027】請求項6の発明が講じた解決手段は、トン
ネル型ジョセフソン素子の製造方法を、基板の主面上に
酸化物高温超電導体よりなる薄膜を形成する超電導体薄
膜形成工程と、前記薄膜の上面における一の領域に第1
の電極を形成する第1の電極形成工程と、前記薄膜の上
面における他の領域に第2の電極を形成する第2の電極
形成工程と、前記薄膜に対して前記酸化物高温超電導体
の結晶化温度以上の温度で熱処理を行なうことにより、
前記酸化物高温超電導体よりなりc軸配向を有する単結
晶粒を形成する単結晶粒形成工程とを備えている構成と
するものである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a tunnel-type Josephson element, comprising: a superconductor thin film forming step of forming a thin film of an oxide high temperature superconductor on a main surface of a substrate; First in a region on the top surface of the thin film
First electrode forming step of forming the second electrode, a second electrode forming step of forming a second electrode in another region on the upper surface of the thin film, and a crystal of the oxide high temperature superconductor for the thin film. By performing heat treatment at a temperature above the oxidization temperature,
And a single crystal grain forming step of forming a single crystal grain having the c-axis orientation made of the oxide high temperature superconductor.

【0028】請求項6の構成により、基板の主面上に形
成された酸化物高温超電導体よりなる薄膜に対して該酸
化物高温超電導体の結晶化温度以上の温度で熱処理を行
なって、該薄膜内に酸化物高温超電導体よりなりc軸配
向を有する単結晶粒を形成する。従って、薄膜の上面に
おけるある領域に単結晶粒の上面部と電気的に接続され
た第1の電極を形成することができると共に、該第1の
電極が形成された領域と異なる他の領域に形成された第
2の電極は薄膜の単結晶粒の下側部分と電気的に接続さ
れる。
According to the structure of claim 6, a thin film made of an oxide high-temperature superconductor formed on the main surface of the substrate is heat-treated at a temperature higher than the crystallization temperature of the oxide high-temperature superconductor, Single crystal grains made of an oxide high temperature superconductor and having c-axis orientation are formed in the thin film. Therefore, it is possible to form the first electrode electrically connected to the upper surface portion of the single crystal grain in a certain area on the upper surface of the thin film, and at the other area different from the area where the first electrode is formed. The formed second electrode is electrically connected to the lower portion of the single crystal grain of the thin film.

【0029】請求項7の発明は、請求項5の構成に、前
記単結晶粒形成工程と前記第1の電極形成工程との間
に、前記単結晶粒の上面部における所定領域を除く領域
を、前記基板の主面に対して所定の深さまで除去するこ
とにより、前記単結晶粒の上面部に前記所定領域よりな
る凸部を形成する工程を含み、前記第1の電極形成工程
は、前記単結晶粒の前記凸部の上面に前記第1の電極を
形成する工程を含み、前記第2の電極形成工程は、前記
単結晶粒の前記凸部を除く領域に前記第2の電極を形成
する工程を含む構成を付加するものである。
According to a seventh aspect of the present invention, in the structure of the fifth aspect, a region other than a predetermined region in the upper surface portion of the single crystal grain is provided between the single crystal grain forming step and the first electrode forming step. A step of forming a convex portion formed of the predetermined region on the upper surface portion of the single crystal grain by removing to a predetermined depth with respect to the main surface of the substrate, wherein the first electrode forming step includes The method includes the step of forming the first electrode on the upper surface of the convex portion of the single crystal grain, and the second electrode forming step forms the second electrode in a region of the single crystal grain excluding the convex portion. The configuration including the step of performing is added.

【0030】請求項7の構成により、実質的な素子形成
領域である凸部の上面に第1の電極を形成すると共に、
単結晶粒の凸部を除く領域に前記第2の電極を形成する
ため、該凸部を除く領域を素子形成領域である単結晶粒
の凸部が動作するための導電性領域に用いることができ
る。従って、凸部を除く領域に第2の電極を形成するこ
とにより、該第2の電極は単結晶粒の凸部の下側部分と
電気的に接続されるので、単結晶粒のc軸方向の電気特
性を素子として取り出すことができる。
According to the structure of claim 7, the first electrode is formed on the upper surface of the convex portion which is a substantial element forming region, and
Since the second electrode is formed in the region excluding the convex portion of the single crystal grain, the region excluding the convex portion may be used as a conductive region for operating the convex portion of the single crystal grain which is an element forming region. it can. Therefore, by forming the second electrode in the region excluding the convex portion, the second electrode is electrically connected to the lower portion of the convex portion of the single crystal grain. Can be taken out as an element.

【0031】ここで、酸化物高温超電導体は、一般に広
い温度範囲でc軸配向膜となり、c軸方向の臨界電流密
度は、c面に平行な方向の臨界電流密度に比較して非常
に小さい。従って、前記凸部における基板に垂直な方向
(c軸方向)が電流方向となるように、凸部の上面と除
去されて露出した表面とに電極をそれぞれ接続すること
により、凸部が実質的な素子部として動作する。また、
単結晶粒の凸部以外の領域は、単なる導電性領域である
チャネルとして考えることができる。
Here, the oxide high-temperature superconductor generally becomes a c-axis oriented film in a wide temperature range, and the critical current density in the c-axis direction is extremely smaller than that in the direction parallel to the c-plane. . Therefore, by connecting the electrodes to the upper surface of the convex portion and the surface exposed and removed so that the direction perpendicular to the substrate (c-axis direction) in the convex portion becomes the current direction, the convex portion is substantially formed. It operates as a simple element part. Also,
The region other than the convex portion of the single crystal grain can be considered as a channel which is simply a conductive region.

【0032】請求項8の発明は、請求項7の構成に、前
記単結晶粒の前記凸部の上面の面積は400μm2 以下
である構成を付加するものである。
The invention of claim 8 is the addition of the structure of claim 7, wherein the area of the upper surface of the convex portion of the single crystal grain is 400 μm 2 or less.

【0033】請求項8の構成により、ジョセフソン臨界
電流を越える電流により素子が電圧状態にジャンプした
ときの電圧値を、固有ジョセフソン接合の数により決定
されるトンネル電圧と同程度又はそれ以下に制限できる
ため、素子を動作させる際に素子が電圧状態にジャンプ
したときに発生する熱を抑制することができる。
According to the structure of claim 8, the voltage value when the device jumps to the voltage state due to the current exceeding the Josephson critical current is set to be equal to or less than the tunnel voltage determined by the number of intrinsic Josephson junctions. Since it can be limited, heat generated when the element jumps to the voltage state when the element is operated can be suppressed.

【0034】請求項9の発明は、請求項7又は8の構成
に、前記単結晶粒の前記凸部の高さは、前記超電導体薄
膜形成工程において形成される前記酸化物高温超電導体
のブロック層の間隔の10倍以下である構成を付加する
ものである。
According to a ninth aspect of the present invention, in the structure of the seventh or eighth aspect, the height of the convex portion of the single crystal grain is the block of the oxide high temperature superconductor formed in the superconductor thin film forming step. A structure having a layer spacing of 10 times or less is added.

【0035】請求項9の構成により、単結晶粒の上面に
おける凸部の高さが、酸化物高温超電導体のブロック層
の間隔の10倍以下であるため、単結晶粒の厚さも酸化
物高温超電導体のブロック層の間隔の10倍以下になる
ので、固有ジョセフソン接合として動作する接合の数を
10個以下に制限できる。
According to the structure of claim 9, the height of the convex portion on the upper surface of the single crystal grain is not more than 10 times the interval between the block layers of the high temperature oxide superconductor, so that the thickness of the single crystal grain is high. Since the distance between the block layers of the superconductor is 10 times or less, the number of junctions that operate as intrinsic Josephson junctions can be limited to 10 or less.

【0036】請求項10の発明は、請求項5の構成に、
前記単結晶粒形成工程と前記第1の電極形成工程との間
に、前記単結晶粒の上面部に所定の深さを有する枠状の
凹状溝を形成して、前記単結晶粒の上面を前記凹状溝に
より囲まれた第1の領域と前記凹状溝の外側の第2の領
域とに分割する工程を含み、前記第1の電極形成工程
は、前記単結晶粒の前記第1の領域に前記第1の電極を
形成する工程を含み、前記第2の電極形成工程は、前記
単結晶粒の前記第2の領域に前記第2の電極を形成する
工程を含む構成を付加するものである。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the structure of the fifth aspect.
Between the single crystal grain forming step and the first electrode forming step, a frame-shaped recessed groove having a predetermined depth is formed in the upper surface portion of the single crystal grain to form an upper surface of the single crystal grain. The step of dividing into a first region surrounded by the recessed groove and a second region outside the recessed groove, wherein the first electrode formation step is performed on the first region of the single crystal grain. The method includes the step of forming the first electrode, and the second electrode forming step adds a configuration including a step of forming the second electrode in the second region of the single crystal grain. .

【0037】請求項10の構成により、単結晶粒の上面
部に所定の深さを有する枠状の凹状溝を形成して、該単
結晶粒の上面を凹状溝により囲まれた第1の領域と凹状
溝の外側の第2の領域とに分割し、第1の領域に比較し
て第2の領域の面積を1桁以上大きい面積にすることに
より、素子形成領域である第1の領域におけるc軸方向
の接合の臨界電流値は、第2の領域におけるc軸方向の
接合の臨界電流値よりも1桁以上小さくなる。従って、
素子形成領域である第1の領域が動作するための導電性
領域として第2の領域を用いることができる。これによ
り、第2の領域に第2の電極を形成することにより、該
第2の電極は第1の領域の下側部分と電気的に接続され
るので、第1の領域のc軸方向の電気特性を素子として
取り出すことができる。
According to the structure of claim 10, a frame-shaped concave groove having a predetermined depth is formed in the upper surface portion of the single crystal grain, and the upper surface of the single crystal grain is surrounded by the first groove. And a second region outside the concave groove, and by making the area of the second region larger than the first region by one digit or more, the first region, which is an element formation region, can be formed. The critical current value of the c-axis junction is smaller than the critical current value of the c-axis junction in the second region by one digit or more. Therefore,
The second region can be used as a conductive region for operating the first region which is an element formation region. As a result, by forming the second electrode in the second region, the second electrode is electrically connected to the lower portion of the first region, so that the c-axis direction of the first region is increased. Electrical characteristics can be taken out as an element.

【0038】請求項11の発明は、請求項10の構成
に、前記単結晶粒における前記第1の領域の面積は40
0μm2 以下である構成を付加するものである。
According to the invention of claim 11, in the structure of claim 10, the area of the first region in the single crystal grain is 40.
A structure having a size of 0 μm 2 or less is added.

【0039】請求項11の構成により、ジョセフソン臨
界電流を越える電流により素子が電圧状態にジャンプし
たときの電圧値を、固有ジョセフソン接合の数により決
定されるトンネル電圧と同程度又はそれ以下に制限でき
るため、素子を動作させる際に素子が電圧状態にジャン
プしたときに発生する熱を抑制することができる。
According to the structure of claim 11, the voltage value when the element jumps to the voltage state due to the current exceeding the Josephson critical current is set to be equal to or less than the tunnel voltage determined by the number of intrinsic Josephson junctions. Since it can be limited, heat generated when the element jumps to the voltage state when the element is operated can be suppressed.

【0040】請求項12の発明は、前記単結晶粒の前記
凹状溝の所定の深さは、前記超電導体薄膜形成工程にお
いて形成される前記酸化物高温超電導体のブロック層の
間隔の10倍以下である構成を付加するものである。
According to a twelfth aspect of the present invention, the predetermined depth of the concave groove of the single crystal grain is 10 times or less than the interval between the block layers of the oxide high temperature superconductor formed in the superconductor thin film forming step. Is added.

【0041】請求項12の構成により、単結晶粒の上面
部における凹状溝の所定の深さが、酸化物高温超電導体
のブロック層の間隔の10倍以下であるため、単結晶粒
の厚さも酸化物高温超電導体のブロック層の間隔の10
倍以下になるので、固有ジョセフソン接合として動作す
る接合の数を10個以下に制限できる。
According to the twelfth aspect, since the predetermined depth of the concave groove in the upper surface portion of the single crystal grain is 10 times or less than the interval between the block layers of the high temperature oxide superconductor, the thickness of the single crystal grain is also. Oxide high-temperature superconductor block layer spacing 10
Since it is twice or less, the number of junctions that operate as intrinsic Josephson junctions can be limited to 10 or less.

【0042】請求項13の発明は、請求項5又は6の構
成に、前記超電導体薄膜形成工程の前に、前記基板の主
面部に所定の深さを有する枠状の凹状溝を形成して、前
記基板の主面部を前記凹状溝により囲まれた第1の領域
と前記凹状溝の外側の第2の領域とに分割する工程を含
み、前記超電導体薄膜形成工程は、前記基板の主面上に
前記凹状溝の所定の深さよりも大きい膜厚を有する酸化
物高温超電導体よりなる薄膜を全面的に形成する工程を
含み、前記第1の電極形成工程は、前記薄膜における前
記基板の第1の領域の上側部分に前記第1の電極を形成
する工程を含み、前記第2の電極形成工程は、前記薄膜
における前記基板の第2の領域の上側部分に前記第2の
電極を形成する工程を含む構成を付加するものである。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the structure of the fifth or sixth aspect, a frame-shaped concave groove having a predetermined depth is formed in the main surface portion of the substrate before the superconductor thin film forming step. And a step of dividing the main surface portion of the substrate into a first region surrounded by the concave groove and a second region outside the concave groove, wherein the superconducting thin film forming step includes the main surface of the substrate. The step of forming a thin film of an oxide high temperature superconductor having a film thickness larger than a predetermined depth of the recessed groove on the entire surface, wherein the first electrode forming step includes A step of forming the first electrode on the upper portion of the first region, and the second electrode forming step forms the second electrode on the upper portion of the second region of the substrate in the thin film. A configuration including steps is added.

【0043】請求項13の構成により、素子形成領域が
枠状の凹状溝により区画された基板の主面上に酸化物高
温超電導体よりなる薄膜を形成するため、該薄膜におけ
る素子形成領域も薄膜に形成される枠状の凹状溝により
区画されるので、薄膜に対してエッチングを行なうプロ
セスが不要になる。
According to the structure of the thirteenth aspect, since the thin film made of the high temperature oxide superconductor is formed on the main surface of the substrate in which the element forming region is defined by the frame-shaped concave groove, the element forming region in the thin film is also thin film. Since it is defined by the frame-shaped concave groove formed in the above step, the process of etching the thin film becomes unnecessary.

【0044】また、薄膜に熱処理を施して該薄膜におけ
る凹状溝に区画された素子形成領域をc軸配向させて単
結晶粒にするため、つまり薄膜におけるc軸配向させる
領域の面積が限定されているため、素子形成領域におい
て結晶性に優れた酸化物高温超電導体よりなる単結晶粒
を得ることができる。
Further, the thin film is subjected to a heat treatment so that the element forming region defined by the concave groove in the thin film is c-axis oriented to be a single crystal grain, that is, the area of the region of the thin film to be c-axis oriented is limited. Therefore, it is possible to obtain single crystal grains of an oxide high temperature superconductor having excellent crystallinity in the element formation region.

【0045】また、単結晶粒の形成位置を基板の主面に
形成する凹状溝によって制御できるため、実態顕微鏡に
より単結晶粒の位置を特定する作業が不要になる。
Further, since the formation position of the single crystal grain can be controlled by the concave groove formed on the main surface of the substrate, the work of specifying the position of the single crystal grain by the actual microscope becomes unnecessary.

【0046】また、酸化物高温超電導体よりなる薄膜の
膜厚は基板に形成された凹状溝の深さよりも大きいた
め、第1の領域に形成された単結晶粒の下側には、第2
の領域の薄膜と一体に形成された薄膜が存在する。従っ
て、薄膜の第2の領域に接続される第2の電極を形成す
ると、該第2の電極は薄膜の第2の領域及び薄膜の単結
晶粒の下側部分と電気的に接続される。
Further, since the thickness of the thin film made of the high temperature oxide superconductor is larger than the depth of the concave groove formed in the substrate, the second crystal is formed below the single crystal grains formed in the first region.
There is a thin film formed integrally with the thin film in the region. Therefore, when the second electrode connected to the second region of the thin film is formed, the second electrode is electrically connected to the second region of the thin film and the lower portion of the single crystal grain of the thin film.

【0047】請求項14の発明は、請求項13の構成
に、前記薄膜における前記基板の第1の領域の上側部分
の面積は400μm2 以下である構成を付加するもので
ある。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the thirteenth aspect, the area of the upper portion of the first region of the substrate in the thin film is 400 μm 2 or less.

【0048】請求項14の構成により、ジョセフソン臨
界電流を越える電流により素子が電圧状態にジャンプし
たときの電圧値を、固有ジョセフソン接合の数により決
定されるトンネル電圧と同程度又はそれ以下に制限でき
るため、素子を動作させる際に素子が電圧状態にジャン
プしたときに発生する熱を抑制することができる。
According to the structure of claim 14, the voltage value when the device jumps to the voltage state due to the current exceeding the Josephson critical current is made equal to or less than the tunnel voltage determined by the number of intrinsic Josephson junctions. Since it can be limited, heat generated when the element jumps to the voltage state when the element is operated can be suppressed.

【0049】請求項15の発明は、請求項13又は14
の構成に、前記薄膜における前記凹状溝の所定の深さ
は、前記超電導体薄膜形成工程において形成される前記
酸化物高温超電導体のブロック層の間隔の10倍以下で
ある構成を付加するものである。
The invention of claim 15 is the invention of claim 13 or 14.
In addition to the above structure, the predetermined depth of the concave groove in the thin film is 10 times or less than the interval between the block layers of the oxide high temperature superconductor formed in the superconductor thin film forming step. is there.

【0050】請求項15の構成により、凹状溝の所定の
深さが酸化物高温超電導体のブロック層の間隔の10倍
以下であるため、単結晶粒の厚さも酸化物高温超電導体
のブロック層の間隔の10倍以下になるので、固有ジョ
セフソン接合として動作する接合の数を10個以下に制
限できる。
According to the structure of the fifteenth aspect, since the predetermined depth of the concave groove is 10 times or less than the distance between the block layers of the oxide high-temperature superconductor, the thickness of the single crystal grain is also the block layer of the oxide high-temperature superconductor. Since it is 10 times or less than the interval of, the number of junctions operating as intrinsic Josephson junctions can be limited to 10 or less.

【0051】請求項16の発明は、請求項5又は6の構
成に、前記超電導体薄膜形成工程の前に、前記基板の主
面部を、第1の平面部と第2の平面部とに分割すると共
に、前記第1の平面部と前記第2の平面部との間に、前
記基板の主面に対して15度以上且つ75度以下の角度
を有し、前記第1の平面部と前記第2の平面部とをつな
ぐ斜面部を形成する斜面部形成工程を含み、前記超電導
体薄膜形成工程は、前記基板の主面上に前記斜面部の高
さよりも小さい膜厚を有する酸化物高温超電導体よりな
る薄膜を全面的に形成する工程を含み、前記単結晶粒形
成工程は、前記薄膜における前記基板の前記斜面部の上
側部分を含む領域に前記単結晶粒を形成した後、該単結
晶粒の前記斜面部に前記単結晶粒よりなる帯状部を前記
斜面部の傾斜方向に形成する工程を含み、前記第1の電
極形成工程は、前記第1の平面部に、前記単結晶粒にお
ける前記第1の平面部と電気的に接続する前記第1の電
極を形成する工程を含み、前記第2の電極形成工程は、
前記第2の平面部に、前記単結晶粒における前記第2の
平面部と電気的に接続する前記第2の電極を形成する工
程を含む構成を付加するものである。
According to a sixteenth aspect of the invention, in the structure of the fifth or sixth aspect, the main surface portion of the substrate is divided into a first flat surface portion and a second flat surface portion before the superconductor thin film forming step. In addition, an angle of 15 degrees or more and 75 degrees or less with respect to the main surface of the substrate is formed between the first plane portion and the second plane portion, and the first plane portion and the The superconducting thin film forming step includes a slope forming step of forming a slope connecting to the second flat surface, wherein the superconducting thin film forming step has an oxide high temperature having a film thickness smaller than a height of the slope on the main surface of the substrate. The step of forming a thin film of a superconductor over the entire surface, wherein the single crystal grain forming step includes forming the single crystal grain in a region of the thin film including an upper portion of the inclined surface portion of the substrate, and thereafter forming the single crystal grain. A band portion made of the single crystal grain is provided on the slope portion of the crystal grain in the direction of inclination of the slope portion. The first electrode forming step includes a step of forming the first electrode electrically connected to the first flat surface portion of the single crystal grain on the first flat surface portion. Including the second electrode forming step,
A configuration including a step of forming the second electrode electrically connected to the second flat surface portion of the single crystal grain is added to the second flat surface portion.

【0052】請求項16の構成により、基板の主面部を
第1の平面部と第2の平面部とに分割すると共に、第1
の平面部と第2の平面部との間に、第1の平面部と第2
の平面部とをつなぐ斜面部を形成した後、基板の主面上
に全面的に斜面部の高さよりも小さい膜厚を有する酸化
物高温超電導体よりなる薄膜を形成し、その後、斜面部
を含む領域に単結晶粒を形成するため、例えば、斜面部
の上段側を第1の平面部、斜面部の下段側を第2の平面
部とすると、第2の平面部に形成される第2の電極は、
斜面部を含む領域に形成され、実質的な素子形成領域で
ある単結晶粒の下側部分と電気的に接続されるので、c
軸方向の電気特性を素子として取り出すことができる。
According to the sixteenth aspect, the main surface portion of the substrate is divided into the first flat surface portion and the second flat surface portion, and the first flat surface portion is formed.
Between the first plane portion and the second plane portion of
After forming the slope part connecting the flat part of the substrate, a thin film of oxide high temperature superconductor having a film thickness smaller than the height of the slope part is formed on the entire main surface of the substrate, and then the slope part is formed. In order to form single crystal grains in the region including the second surface portion, for example, when the upper side of the slope portion is the first flat surface portion and the lower side of the slope portion is the second flat surface portion, the second flat surface portion is formed. The electrodes of
Since it is formed in the region including the inclined surface portion and is electrically connected to the lower part of the single crystal grain which is a substantial element formation region, c
The electrical characteristics in the axial direction can be taken out as an element.

【0053】また、単結晶粒における第1の平面部の上
側部分と第2の平面部の上側部分とを結ぶ領域に単結晶
粒よりなる帯状部を形成し、実質的な素子形成領域の断
面積を小さくするため、ジョセフソン臨界電流を越える
電流により素子が電圧状態にジャンプしたときの電圧値
を、固有ジョセフソン接合の数により決定されるトンネ
ル電圧と同程度又はそれ以下に制限できるので、素子を
動作させる際に素子が電圧状態にジャンプしたときに発
生する熱を抑制することができる。
Further, a band-shaped portion made of a single crystal grain is formed in a region connecting the upper portion of the first flat surface portion and the upper portion of the second flat surface portion in the single crystal grain to substantially cut the element formation region. In order to reduce the area, the voltage value when the device jumps to the voltage state due to the current exceeding the Josephson critical current can be limited to the same level as or lower than the tunnel voltage determined by the number of intrinsic Josephson junctions. It is possible to suppress heat generated when the element jumps to a voltage state when operating the element.

【0054】また、単結晶粒形成工程において、単結晶
粒の成長が斜面部付近に促進されるため、薄膜中に粒界
が明確に生成するほど熱処理を行なう必要がない。
Further, in the single crystal grain forming step, since the growth of the single crystal grains is promoted in the vicinity of the sloped surface, it is not necessary to perform the heat treatment so that grain boundaries are clearly formed in the thin film.

【0055】請求項17の発明は、請求項5又は6の構
成に、前記超電導体薄膜形成工程の前に、前記基板の主
面部を、第1の平面部と第2の平面部とに分割すると共
に、前記第1の平面部と前記第2の平面部との間に、前
記第1の平面部と前記第2の平面部とを画する突起部を
形成する突起部形成工程を含み、前記超電導体薄膜形成
工程は、前記基板の主面上に前記突起部の高さよりも小
さい膜厚を有する酸化物高温超電導体よりなる薄膜を全
面的に形成する工程を含み、前記単結晶粒形成工程は、
前記基板の主面上における前記突起部を含む領域に前記
単結晶粒を形成した後、前記単結晶粒における前記突起
部を跨ぐ領域に前記単結晶粒よりなる帯状部を形成する
工程を含み、前記第1の電極形成工程は、前記第1の平
面部に、前記単結晶粒における前記第1の平面部と電気
的に接続する前記第1の電極を形成する工程を含み、前
記第2の電極形成工程は、前記第2の平面部に、前記単
結晶粒における前記第2の平面部と電気的に接続する前
記第2の電極を形成する工程を含む構成を付加するもの
である。
According to a seventeenth aspect of the invention, in the structure of the fifth or sixth aspect, the main surface portion of the substrate is divided into a first flat surface portion and a second flat surface portion before the superconductor thin film forming step. In addition, the method includes a step of forming a protrusion between the first flat surface portion and the second flat surface portion, the projection portion defining the first flat surface portion and the second flat surface portion, The step of forming a thin film of a superconductor includes the step of entirely forming a thin film of an oxide high temperature superconductor having a film thickness smaller than the height of the protrusion on the main surface of the substrate, and forming the single crystal grain. The process is
After forming the single crystal grain in a region including the protrusion on the main surface of the substrate, including a step of forming a band-shaped portion made of the single crystal grains in a region straddling the protrusion in the single crystal grain, The first electrode forming step includes a step of forming the first electrode on the first flat surface portion, the first electrode being electrically connected to the first flat surface portion of the single crystal grain, and the second electrode forming step. The electrode forming step adds a configuration including a step of forming, on the second flat surface portion, the second electrode electrically connected to the second flat surface portion of the single crystal grain.

【0056】請求項17の構成により、基板の主面部を
第1の平面部と第2の平面部とに分割すると共に、第1
の平面部と第2の平面部との間に、第1の平面部と第2
の平面部とを画する突起部を形成した後、基板の主面上
に全面的に突起部の高さよりも小さい膜厚を有する酸化
物高温超電導体よりなる薄膜を形成し、その後、突起部
を含む領域に単結晶粒を形成するため、第1の平面部に
形成される第1の電極及び第2の平面部に形成される第
2の電極は、突起部を含む領域に形成され、実質的な素
子形成領域である単結晶粒の下側部分に電気的に接続さ
れるので、c軸方向の電気特性を素子として取り出すこ
とができる。
According to the structure of claim 17, the main surface portion of the substrate is divided into the first flat surface portion and the second flat surface portion, and the first flat surface portion is formed.
Between the first plane portion and the second plane portion of
After forming a protrusion that separates from the plane part of the substrate, a thin film of an oxide high temperature superconductor having a film thickness smaller than the height of the protrusion is formed on the entire main surface of the substrate, and then the protrusion is formed. In order to form a single crystal grain in a region including, the first electrode formed in the first plane portion and the second electrode formed in the second plane portion are formed in the region including the protrusion, Since it is electrically connected to the lower part of the single crystal grain, which is a substantial element formation region, the electrical characteristics in the c-axis direction can be taken out as an element.

【0057】また、単結晶粒における突起部を跨ぐ領域
に単結晶粒よりなる帯状部を形成し、実質的な素子形成
領域の断面積を小さくするため、ジョセフソン臨界電流
を越える電流により素子が電圧状態にジャンプしたとき
の電圧値を、固有ジョセフソン接合の数により決定され
るトンネル電圧と同程度又はそれ以下に制限できるの
で、素子を動作させる際に素子が電圧状態にジャンプし
たときに発生する熱を抑制することができる。
Further, in order to reduce the substantial cross-sectional area of the element formation region by forming a band portion made of single crystal grains in a region of the single crystal grain that straddles the protrusion, the device is driven by a current exceeding the Josephson critical current. Since the voltage value when jumping to the voltage state can be limited to the same level as or lower than the tunnel voltage determined by the number of intrinsic Josephson junctions, it occurs when the element jumps to the voltage state when operating the element. The heat generated can be suppressed.

【0058】また、単結晶粒形成工程において、単結晶
粒の成長が斜面部付近に促進されるため、薄膜中に粒界
が明確に生成するほど熱処理を行なう必要がない。
Further, in the single crystal grain forming step, since the growth of the single crystal grains is promoted in the vicinity of the slope portion, it is not necessary to perform the heat treatment so that grain boundaries are clearly formed in the thin film.

【0059】請求項18の発明は、請求項5〜17の構
成に、前記超電導体薄膜形成工程における前記酸化物高
温超電導体は、Bi(ビスマス),Sr(ストロンチウ
ム),Ca(カルシウム),Cu(銅)及びO(酸素)
を含む化合物である構成を付加するものである。
According to an eighteenth aspect of the present invention, in the structure of the fifth to seventeenth aspects, the oxide high-temperature superconductor in the superconductor thin film forming step is made of Bi (bismuth), Sr (strontium), Ca (calcium), Cu. (Copper) and O (oxygen)
A structure which is a compound containing is added.

【0060】請求項18の構成により、酸化物高温超電
導体として結晶軸異方性が強いBi系超電導体を用いて
いるため、結晶性に優れた単結晶粒が得られるので、固
有ジョセフソン接合を確実に形成することができる。
According to the eighteenth aspect, since the Bi type superconductor having a strong crystal axis anisotropy is used as the oxide high temperature superconductor, a single crystal grain having excellent crystallinity can be obtained. Can be reliably formed.

【0061】[0061]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面を参照し
ながら説明する。なお、各実施形態においてc軸異方性
を有する化合物にBi(ビスマス)系高温超電導体を用
いたトンネル型ジョセフソン素子を説明するが、本発明
は、結晶軸異方性を有する化合物からなる薄膜を素子化
する場合に広く適用可能である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the embodiments, a tunnel type Josephson device using a Bi (bismuth) -based high temperature superconductor for a compound having c-axis anisotropy will be described. The present invention is made of a compound having crystal axis anisotropy. It can be widely applied to the case where a thin film is formed into an element.

【0062】(第1の実施形態)図1は本発明の第1の
実施形態に係るトンネル型ジョセフソン素子の断面図で
ある。図1において、MgO単結晶よりなる基板11の
上に、Bi2 Sr2 Ca1 Cu2 8 よりなる酸化物高
温超電導体の結晶化温度以上の温度で熱処理され、結晶
粒界13に囲まれたBi2 Sr2 Ca1 Cu2 8 より
なる複数の単結晶粒12A,12B,12C,…が形成
されている。単結晶粒12Aの上面部には、断面積が4
00μm2 以下で、高さがBi2 Sr2 Ca1 Cu2
8 のブロック層の間隔(15nm)の10倍以下である
凸部12aが形成されている。単結晶粒12Aの凸部1
2aの上面にはAu(金)よりなる第1の電極14Aが
形成され、単結晶粒12Aにおける凸部12a以外の導
電性領域には導電性チャネルとなる第2の電極14Bが
形成されている。15は単結晶粒12A及び12Bの上
に形成され、第1の電極14Aと単結晶粒12A及び1
2Bとを絶縁し、また、第1の電極14Aと第2の電極
14Bとを絶縁するCaF2 (フッ化カルシウム)より
なる絶縁体膜である。
(First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view of a tunnel type Josephson element according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a substrate 11 made of MgO single crystal is heat-treated at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of an oxide high temperature superconductor made of Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O 8 and surrounded by crystal grain boundaries 13. A plurality of single crystal grains 12A, 12B, 12C, ... Made of Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O 8 are formed. The cross-sectional area is 4 on the upper surface of the single crystal grain 12A.
Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O with a height of 00 μm 2 or less
The convex portion 12a is formed that is 10 times or less the interval (15 nm) between the eight block layers. Convex portion 1 of single crystal grain 12A
A first electrode 14A made of Au (gold) is formed on the upper surface of 2a, and a second electrode 14B serving as a conductive channel is formed in the conductive region of the single crystal grain 12A other than the convex portion 12a. . 15 is formed on the single crystal grains 12A and 12B, and is formed on the first electrode 14A and the single crystal grains 12A and 1B.
It is an insulator film made of CaF 2 (calcium fluoride) that insulates the first electrode 14A from the second electrode 14B and insulates the first electrode 14A from the second electrode 14B.

【0063】このように、基板11上に形成され、酸化
物高温超電導体の結晶化温度以上の温度で熱処理されて
形成された単結晶12Aの上面に断面積が400μm2
以下で、且つ、高さが酸化物高温超電導体のブロック層
の間隔の10倍以下である凸部12aを形成しておき、
導電性チャネルの反対側の面に電気的に接続されている
第1の電極14Aと、導電性チャネルである、単結晶1
2Aにおける凸部12aを除く領域に形成された第2の
電極14Bとが設けられていることにより、第2の電極
14Bは単結晶粒12Aの凸部12aの下側部分と電気
的に接続されるので、凸部12aのc軸方向の電気特性
を素子として取り出すことができる。従って、トンネル
型ジョセフソン効果を有する薄膜素子を実現することが
できる。
As described above, the cross-sectional area is 400 μm 2 on the upper surface of the single crystal 12A formed on the substrate 11 and heat-treated at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the high temperature oxide superconductor.
The convex portions 12a having a height not more than 10 times the distance between the block layers of the oxide high temperature superconductor are formed below.
A first electrode 14A electrically connected to the opposite surface of the conductive channel, and a single crystal 1 that is a conductive channel.
By providing the second electrode 14B formed in the region excluding the protrusion 12a in 2A, the second electrode 14B is electrically connected to the lower portion of the protrusion 12a of the single crystal grain 12A. Therefore, the electrical characteristics of the convex portion 12a in the c-axis direction can be taken out as an element. Therefore, a thin film element having a tunnel type Josephson effect can be realized.

【0064】また、実質上の素子部である単結晶粒12
Aの凸部12aの断面積を400μm2 以下にしている
ため、ジョセフソン臨界電流を越える電流により素子が
電圧状態にジャンプしたときの電圧値を、固有ジョセフ
ソン接合の数により決定されるトンネル電圧と同程度又
はそれ以下に制限できるので、素子を動作させる際に素
子が電圧状態にジャンプしたときに発生するジュール熱
を抑制することができる。その結果、安定して動作する
素子を実現することができる。
In addition, the single crystal grain 12 which is the substantial element portion
Since the cross-sectional area of the convex portion 12a of A is 400 μm 2 or less, the voltage value when the element jumps to the voltage state due to the current exceeding the Josephson critical current is the tunnel voltage determined by the number of intrinsic Josephson junctions. Since it can be limited to the same level or less than that, it is possible to suppress the Joule heat generated when the element jumps to the voltage state when operating the element. As a result, an element that operates stably can be realized.

【0065】また、単結晶粒12Aの凸部12aの高さ
は、酸化物高温超電導体のブロック層の間隔の10倍以
下であるため、固有ジョセフソン接合として動作する接
合部の数を10個以下に制限できる。これにより、素子
の動作に必要な電圧を数百mV以下にすることができる
ため、ジョセフソン素子のジュール熱による不安定動作
を抑制し、且つ、低消費電力化を図ることができる。
Further, since the height of the convex portion 12a of the single crystal grain 12A is 10 times or less than the interval between the block layers of the oxide high temperature superconductor, the number of joint portions operating as intrinsic Josephson junction is 10 It can be limited to: As a result, the voltage required for the operation of the element can be set to several hundred mV or less, so that the unstable operation of the Josephson element due to Joule heat can be suppressed and the power consumption can be reduced.

【0066】なお、図2は本実施形態に係るトンネル型
ジョセフソン素子の部分平面図であって、図1は図2に
おけるII−II線の断面構造である。図2において、図1
と同一符号が同一または相当する部分を示している。ま
た、結晶粒界13を便宜上方形で表わしているが、実際
には凹凸形状を有する多角形である。また、図2に示す
ように、4端子測定を可能にするため、第1の電極14
Aと同一形状を有する第3の電極14Cと、第2の電極
14Bと同一形状を有する第4の電極14Dとがそれぞ
れ形成されている。例えば、第1の電極14Aと第2の
電極14Bとの間に電流を流して第3の電極14Cと第
4の電極14Dとの間の電圧を測定することができる
が、素子として必ずしも4端子を必要とするものではな
い。
2 is a partial plan view of the tunnel type Josephson element according to the present embodiment, and FIG. 1 is a sectional structure taken along line II-II in FIG. In FIG. 2, FIG.
The same reference numerals denote the same or corresponding parts. Further, although the crystal grain boundary 13 is represented by a square for convenience, it is actually a polygon having an uneven shape. In addition, as shown in FIG. 2, the first electrode 14
A third electrode 14C having the same shape as A and a fourth electrode 14D having the same shape as the second electrode 14B are formed. For example, a current can be passed between the first electrode 14A and the second electrode 14B to measure the voltage between the third electrode 14C and the fourth electrode 14D, but it is not necessary to use four terminals as an element. Is not what you need.

【0067】以下、本発明の第1の実施形態に係るトン
ネル型ジョセフソン素子の製造方法を図面を参照しなが
ら説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing a tunnel type Josephson device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0068】図3(a)〜(d)は本発明の第1の実施
形態に係るトンネル型ジョセフソン素子の製造方法の工
程順断面図である。まず、図3(a)に示すように、例
えば、高周波マグネトロンスパッタ法を用いて、600
℃に加熱したMgO単結晶よりなる基板11の(10
0)面上に、組成がBi:Sr:Ca:Cu=2.1:
2:1:2であるBi−Sr−Ca−Cu−Oをターゲ
ットとして厚みが約200nmのBi2 Sr2 Ca1
2 8 よりなる薄膜12を形成する。この場合の雰囲
気ガスはアルゴンと酸素との混合ガスで、混合比はAr
/O2 =90/10である。また、成膜中のガス圧は
1.0Paとした。一般に、結晶性の良いBi2 Sr2
Ca1 Cu2 8 よりなる薄膜12を得るためには、8
00℃に近い基板温度が必要であるため、600℃の基
板温度により形成した薄膜12の結晶性はあまり良くな
い。しかしながら、600℃の基板温度により薄膜12
を形成した後、後述する熱処理を行なうと、大きな単結
晶粒が得られることが分かったので、薄膜12を形成す
る際の基板温度として600℃を採用する。なお、酸化
物高温超電導薄膜の酸素量を決定することは困難である
ため、実際には薄膜12の酸素量は確認していない。
FIGS. 3A to 3D are sectional views in order of the steps of the method for manufacturing the tunnel type Josephson element according to the first embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 3A, for example, by using a high frequency magnetron sputtering method, 600
(10 of the substrate 11 made of MgO single crystal heated to ℃
On the (0) plane, the composition is Bi: Sr: Ca: Cu = 2.1:
2: 1: thickness of about 200nm the Bi-Sr-Ca-Cu- O is 2 as the target Bi 2 Sr 2 Ca 1 C
A thin film 12 made of u 2 O 8 is formed. The atmosphere gas in this case is a mixed gas of argon and oxygen, and the mixing ratio is Ar.
/ O 2 = 90/10. The gas pressure during film formation was 1.0 Pa. Generally, Bi 2 Sr 2 with good crystallinity
To obtain the thin film 12 made of Ca 1 Cu 2 O 8 , 8
Since the substrate temperature close to 00 ° C. is required, the crystallinity of the thin film 12 formed at the substrate temperature of 600 ° C. is not so good. However, due to the substrate temperature of 600 ° C.
It was found that a large single crystal grain can be obtained by performing a heat treatment described later after forming, so that 600 ° C. is used as the substrate temperature when forming the thin film 12. Since it is difficult to determine the amount of oxygen in the oxide high temperature superconducting thin film, the amount of oxygen in the thin film 12 has not been actually confirmed.

【0069】また、成膜方法や、基板温度、混合ガスの
ガス比、ガス圧等の成膜条件は、形成された薄膜12の
組成がBi2 Sr2 Ca1 Cu2 8 に近くなる範囲で
適宜変更可能である。
Further, the film forming method and the film forming conditions such as the substrate temperature, the gas ratio of the mixed gas, and the gas pressure are set so that the composition of the formed thin film 12 is close to that of Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O 8. Can be changed appropriately.

【0070】次に、図3(b)に示すように、Bi2
2 Ca1 Cu2 8 よりなる薄膜12内に単結晶粒1
2A,12B,12C,…を成長させるため、例えば、
薄膜12に対して酸素雰囲気中における870℃の温度
下で24時間の熱処理を施す。熱処理が施された薄膜1
2をX線回折により測定した結果、薄膜12はBi2
2 Ca1 Cu2 8 を主成分とし、副成分にBi2
2 Cu1 6 を含む非常に高度に結晶化したc軸(基
板11の表面に対して垂直な軸)配向膜であることが分
かった。また、走査型電子顕微鏡を用いた観察により、
多数の10μm以上の粒径を有する単結晶粒12A,1
2B,12C,…及び結晶粒界13が存在することが分
かった。さらに、エネルギー分散型X線分光測定の結果
から、結晶粒内の組成はBi2 Sr2 Ca1 Cu2 8
であり、これらの結晶粒がc軸に配向した単結晶粒であ
って、結晶粒界13の粒界部分にBi2 Sr2 Cu1
6相が存在することが確認された。
Next, as shown in FIG. 3B, Bi 2 S
Single crystal grains 1 in a thin film 12 made of r 2 Ca 1 Cu 2 O 8
In order to grow 2A, 12B, 12C, ...
The thin film 12 is heat-treated in an oxygen atmosphere at a temperature of 870 ° C. for 24 hours. Heat-treated thin film 1
2 was measured by X-ray diffraction. As a result, the thin film 12 was Bi 2 S.
r 2 Ca 1 Cu 2 O 8 as a main component, and Bi 2 S as a secondary component
It was found to be a very highly crystallized c-axis (axis perpendicular to the surface of the substrate 11) oriented film containing r 2 Cu 1 O 6 . Also, by observation using a scanning electron microscope,
Many single crystal grains 12A, 1 having a grain size of 10 μm or more
It was found that 2B, 12C, ... And grain boundaries 13 exist. Furthermore, from the results of energy dispersive X-ray spectroscopy, the composition in the crystal grains was Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O 8
And these crystal grains are single crystal grains oriented in the c-axis, and Bi 2 Sr 2 Cu 1 O is present at the grain boundary portion of the crystal grain boundary 13.
It was confirmed that 6 phases were present.

【0071】単結晶粒12A等の電気抵抗温度依存性を
測定すると、超電導転移のオンセットが約80Kで、零
抵抗温度が40Kであった。転移がブロードであるの
は、測定が粒界部分を含んだ特性を示しているためであ
り、オンセットが90Kより低いのは、単結晶粒12A
等が酸素雰囲気中で熱処理されたことにより、オーバー
ドープ領域にあるためと推測できる。
When the electric resistance temperature dependence of the single crystal grains 12A and the like was measured, the onset of the superconducting transition was about 80K and the zero resistance temperature was 40K. The transition is broad because the measurement shows the characteristics including the grain boundary part, and the onset is lower than 90K because the single crystal grain 12A
It can be presumed that these are in the overdoped region due to the heat treatment of the above in an oxygen atmosphere.

【0072】次に、図3(c)に示すように、例えば、
一つの単結晶粒12Aの上面部における2μm×5μm
の凸部12aを残し、該凸部12a以外の単結晶粒12
Aの上面部を約10nmの深さで除去する。このとき、
前記の工程の長時間の熱処理によって結晶粒界13が実
体顕微鏡によって容易に目視できる程度に大きく成長し
ているので、単結晶粒12Aを特定することは容易であ
る。
Next, as shown in FIG. 3C, for example,
2 μm × 5 μm on the upper surface of one single crystal grain 12A
Of the single crystal grains 12 other than the convex portions 12a.
The upper surface of A is removed to a depth of about 10 nm. At this time,
Since the crystal grain boundaries 13 have grown so large that they can be easily viewed with a stereoscopic microscope by the heat treatment for a long time in the above process, it is easy to identify the single crystal grains 12A.

【0073】次に、図3(d)に示すように、凸部12
aの上面にAuよりなる第1の電極14Aと、単結晶粒
12Aの凸部12aを除く領域にAuよりなる第2の電
極14Bとをそれぞれ形成すると共に、該電極同士、又
は第1の電極14Aと単結晶粒12Aとを絶縁するCa
2 からなる絶縁体膜15をそれぞれ形成する。なお、
図2に示したように、4端子測定が可能となるよう第3
の電極14C及び第4の電極14Dも同時に形成する。
Next, as shown in FIG.
A first electrode 14A made of Au is formed on the upper surface of a, and a second electrode 14B made of Au is formed in a region of the single crystal grain 12A excluding the protrusion 12a, and the electrodes are connected to each other or the first electrode is formed. Ca that insulates 14A and single crystal grain 12A
An insulating film 15 made of F 2 is formed. In addition,
As shown in FIG. 2, the third
The electrode 14C and the fourth electrode 14D are simultaneously formed.

【0074】以上の構成により、単結晶粒12Aのab
面(基板11の表面に対して平行な面)方向は電気抵抗
が小さいため、第2の電極14Bは単結晶粒12Aの凸
部の下側部分と電気的に接続されるので、単結晶粒12
Aのc軸方向の電気特性を素子として利用することがで
きる。
With the above configuration, the ab of the single crystal grain 12A is
Since the electric resistance is small in the plane direction (plane parallel to the surface of the substrate 11), the second electrode 14B is electrically connected to the lower portion of the convex portion of the single crystal grain 12A. 12
The electrical characteristics of A in the c-axis direction can be used as an element.

【0075】図4は、本実施形態により製造されたトン
ネル型ジョセフソン素子の電流電圧特性を示しており、
測定温度は50Kである。2Δ=40meV(Δは超電
導エネルギーギャップ)とした場合の約4倍のエネルギ
ーギャップが測定されており、4個の固有ジョセフソン
接合が直列に接続された特性であると理解できる。
FIG. 4 shows current-voltage characteristics of the tunnel type Josephson element manufactured according to this embodiment.
The measurement temperature is 50K. An energy gap about 4 times as large as 2Δ = 40 meV (Δ is a superconducting energy gap) is measured, and it can be understood that this is a characteristic that four intrinsic Josephson junctions are connected in series.

【0076】本実施形態によると、Bi2 Sr2 Ca1
Cu2 8 の薄膜12を形成した後、該薄膜12に対し
て熱処理を行なうことにより、薄膜12内に強いc軸異
方性を有するBi2 Sr2 Ca1 Cu2 8 よりなる単
結晶粒12A,12B,12C,…が形成される。これ
らの内の1つの単結晶粒のc軸方向を電流方向とするこ
とにより、薄膜12が有する固有ジョセフソン接合特性
が安定して維持される優れた素子特性の薄膜素子を得る
ことができる。
According to this embodiment, Bi 2 Sr 2 Ca 1
After the Cu 2 O 8 thin film 12 is formed, the thin film 12 is heat-treated to form a single crystal of Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O 8 having strong c-axis anisotropy. Grains 12A, 12B, 12C, ... Are formed. By setting the c-axis direction of one of these single crystal grains as the current direction, it is possible to obtain a thin film element having excellent element characteristics in which the intrinsic Josephson junction characteristic of the thin film 12 is stably maintained.

【0077】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態を図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0078】図5(a)〜(d)は本発明の第2の実施
形態に係るトンネル型ジョセフソン素子の製造方法を示
す工程順断面図である。まず、図5(a)に示すよう
に、前記第1の実施形態と同様の方法を用いて、600
℃の温度下でMgO単結晶よりなる基板11の(10
0)面上に、厚みが約200nmのBi2 Sr2 Ca1
Cu2 8 よりなる薄膜12を形成する。
FIGS. 5A to 5D are sectional views in order of the steps, showing the method of manufacturing the tunnel type Josephson element according to the second embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 5A, the same method as in the first embodiment is used, and 600
The substrate 11 (10
0) on the surface of Bi 2 Sr 2 Ca 1 with a thickness of about 200 nm
A thin film 12 made of Cu 2 O 8 is formed.

【0079】次に、図5(b)に示すように、薄膜12
に対して酸素雰囲気中における870℃の温度下で24
時間の熱処理を施すことにより、Bi2 Sr2 Ca1
28 よりなる薄膜12内にそれぞれ結晶粒界13に
より囲まれた単結晶粒12A,12B,12C,…を成
長させる。
Next, as shown in FIG. 5B, the thin film 12
For 24 at a temperature of 870 ° C. in an oxygen atmosphere.
Bi 2 Sr 2 Ca 1 C
Single crystal grains 12A, 12B, 12C, ... Surrounded by grain boundaries 13 are grown in a thin film 12 made of u 2 O 8 .

【0080】次に、図5(c)に示すように、1つの単
結晶粒12Aの上面部に幅2μm、深さ10nmの枠状
の凹状溝12cを形成することにより、単結晶粒12A
の上面を、凹状溝12cに囲まれ面積が2μm×5μm
の第1の領域12bと、凹状溝12cの外側に位置する
第2の領域12dとに分割する。
Next, as shown in FIG. 5C, a frame-shaped concave groove 12c having a width of 2 μm and a depth of 10 nm is formed on the upper surface of one single crystal grain 12A to form the single crystal grain 12A.
Is surrounded by the concave groove 12c and has an area of 2 μm × 5 μm
The first region 12b and the second region 12d located outside the concave groove 12c are divided.

【0081】次に、図5(d)に示すように、凹状溝1
2cと単結晶粒12Aの所定領域とにCaF2 からなる
絶縁体膜15を形成した後、単結晶粒12Aの第1の領
域12bの上面にAuよりなる第1の電極14Aと,第
2の領域12dの所定部分にAuよりなる第2の電極1
4Bをそれぞれ形成する。
Next, as shown in FIG. 5D, the concave groove 1
After forming an insulator film 15 made of CaF 2 on 2c and a predetermined region of the single crystal grain 12A, a first electrode 14A made of Au and a second electrode 14A made of Au are formed on the upper surface of the first region 12b of the single crystal grain 12A. The second electrode 1 made of Au is formed on a predetermined portion of the region 12d.
4B are formed respectively.

【0082】また、図6の部分平面図に示すように、第
1の電極14Aと同等の第3の電極14Cと、第2の電
極14Bと同等の第4の電極14Dとをそれぞれ形成し
ておき、4端子測定を可能としている。図6において、
図5(d)と同一符号が同一または相当する部分を示し
ており、図5(d)は図6におけるVI−VI線の断面図で
ある。
Further, as shown in the partial plan view of FIG. 6, a third electrode 14C equivalent to the first electrode 14A and a fourth electrode 14D equivalent to the second electrode 14B are formed respectively. Every 4 terminals can be measured. In FIG.
5 (d) shows the same or corresponding portions as in FIG. 5 (d), and FIG. 5 (d) is a sectional view taken along line VI-VI in FIG.

【0083】以上説明したように、単結晶粒12Aにお
ける第2の領域12dのab面と十分大きい面積を有す
るc軸方向の第2の電極14Bによる接合構造は、第1
の領域12bに比較して電気抵抗が十分小さいため、第
2の電極14Bは単結晶粒12Aの第1の領域12bの
下側部分と電気的に接続されるので、第1の領域12b
のc軸方向の電気特性を素子として利用できる。
As described above, the junction structure by the second electrode 14B in the c-axis direction having a sufficiently large area with the ab plane of the second region 12d in the single crystal grain 12A has the first structure.
Since the electric resistance is sufficiently smaller than that of the first region 12b of the single crystal grain 12A, the second electrode 14B is electrically connected to the lower portion of the first region 12b of the single crystal grain 12A.
The electrical characteristics in the c-axis direction can be used as an element.

【0084】なお、50Kの温度下で測定した電流電圧
特性は図4に示す前記第1の実施形態と同様の特性を示
した。
The current-voltage characteristics measured at a temperature of 50 K showed the same characteristics as those of the first embodiment shown in FIG.

【0085】本実施形態の特徴として、単結晶粒12A
に対するエッチング量が少なくてすむため、単結晶粒1
2Aのエッチングによるダメージが少なくなるので、安
定した動作が可能となる。
A feature of this embodiment is that the single crystal grains 12A are
Single crystal grain 1
Since the damage due to the etching of 2A is reduced, stable operation becomes possible.

【0086】(第3の実施形態)以下、本発明の第3の
実施形態を図面を参照しながら説明する。
(Third Embodiment) Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0087】図7(a)〜(d)は本発明の第3の実施
形態に係るトンネル型ジョセフソン素子の製造方法を示
す工程順断面図である。まず、図7(a)に示すよう
に、MgO単結晶よりなる基板11の面方位が(10
0)である主面に対して、例えばアルゴンイオンミリン
グ法を施して幅2μm、深さ10nmの平面四方形状の
第1の凹状溝11aを形成することにより、基板11の
表面部を第1の凹状溝11aにより囲まれた第1の領域
16と第1の凹状溝11aの外側に位置する第2の領域
17とに分割する。本実施形態においては、第1の領域
16の大きさを5μm×10μmに設定している。
FIGS. 7A to 7D are sectional views in order of the steps, showing the method of manufacturing the tunnel type Josephson element according to the third embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 7A, the plane orientation of the substrate 11 made of MgO single crystal is (10
For example, an argon ion milling method is applied to the main surface (0) to form a first square groove 11a having a planar square shape with a width of 2 μm and a depth of 10 nm. It is divided into a first region 16 surrounded by the concave groove 11a and a second region 17 located outside the first concave groove 11a. In the present embodiment, the size of the first region 16 is set to 5 μm × 10 μm.

【0088】次に、図7(b)に示すように、基板温度
が600℃の条件下で、組成がBi:Sr:Ca:Cu
=2.1:2:1:2のBi−Sr−Ca−Cu−Oよ
りなるターゲットを用いる高周波マグネトロンスパッタ
法により、基板11の上に約100nmの膜厚を有する
Bi2 Sr2 Ca1 Cu2 8 よりなる薄膜12を形成
する。この場合の雰囲気ガスはアルゴンと酸素との混合
ガスで、混合比は例えばAr/O2 =90/10であ
る。また、成膜中のガス圧は1.0Paとした。基板1
1には第1の凹状溝11aが形成されているため、薄膜
12にも第1の凹状溝11aに対応する深さ10nmの
第2の凹状溝12eが形成され、薄膜12における第1
の領域16は第2の凹状溝12eにより囲まれた形状と
なる。
Next, as shown in FIG. 7B, under the condition that the substrate temperature is 600 ° C., the composition is Bi: Sr: Ca: Cu.
= 2.1: 2: 1: 2 of Bi-Sr-Ca-Cu- O high-frequency magnetron sputtering method using a target made of, Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu having a thickness of about 100nm on the substrate 11 A thin film 12 of 2 O 8 is formed. The atmosphere gas in this case is a mixed gas of argon and oxygen, and the mixing ratio is, for example, Ar / O 2 = 90/10. The gas pressure during film formation was 1.0 Pa. Substrate 1
Since the first concave groove 11a is formed in the first thin film 12, a second concave groove 12e having a depth of 10 nm corresponding to the first concave groove 11a is also formed in the thin film 12, and
The region 16 has a shape surrounded by the second concave groove 12e.

【0089】また、前記の実施形態と同様に、成膜方法
や、基板温度、ガス比、ガス圧等の成膜条件は、作製さ
れた薄膜12の組成がBi2 Sr2 Ca1 Cu2 8
近くなる範囲で適宜変更可能である。
As in the above-described embodiment, the film forming method and the film forming conditions such as the substrate temperature, the gas ratio, the gas pressure and the like are such that the composition of the thin film 12 produced is Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O. It can be changed appropriately within a range close to 8 .

【0090】次に、図6(c)に示すように、薄膜12
に対して酸素雰囲気中における860℃の温度下で24
時間の熱処理を施す。熱処理が施された薄膜12をX線
回折により測定した結果、薄膜12は、Bi2 Sr2
1 Cu2 8 を主成分とし、副成分にBi2 Sr2
1 6 を含む非常に高度に結晶化したc軸配向膜であ
ることが分かった。また、原子間力顕微鏡を用いた観察
により、薄膜12における第1の領域16は、単位格子
レベルの凹凸しか持たない平坦な表面を有していること
が分かった。さらに、エネルギ分散型X線分光測定の結
果から、薄膜12における第1の領域16は、Bi2
2 Ca1 Cu2 8 の単結晶粒12Aであると結論づ
けられた。
Next, as shown in FIG. 6C, the thin film 12
For 24 at a temperature of 860 ° C. in an oxygen atmosphere.
Heat treatment for a time. As a result of measuring the heat-treated thin film 12 by X-ray diffraction, the thin film 12 was found to be Bi 2 Sr 2 C.
a 1 Cu 2 O 8 as a main component and Bi 2 Sr 2 C as a secondary component
It was found to be a very highly crystallized c-axis oriented film containing u 1 O 6 . Moreover, it was found from the observation using the atomic force microscope that the first region 16 in the thin film 12 had a flat surface having only irregularities at the unit lattice level. Further, from the result of the energy dispersive X-ray spectroscopy measurement, the first region 16 in the thin film 12 is Bi 2 S
It was concluded that it was a single crystal grain 12A of r 2 Ca 1 Cu 2 O 8 .

【0091】次に、図8及び図8におけるVIII−VIII線
の断面構造を示す図7(d)に示すように、単結晶粒1
2A及び薄膜12の上の各所定領域にCaF2 よりなる
絶縁膜15及びAuよりなる第1、第2、第3及び第4
の電極14A,14B,14C,14Dをそれぞれ形成
してトンネル型ジョセフソン素子を得る。
Next, as shown in FIG. 7 (d) showing the sectional structure taken along line VIII-VIII in FIGS. 8 and 8, single crystal grains 1
2A and the first, second, third and fourth insulating films 15 made of CaF 2 and Au on the respective predetermined regions on the thin film 12.
The electrodes 14A, 14B, 14C and 14D are formed respectively to obtain a tunnel type Josephson device.

【0092】図8において、図7(d)と同一符号が同
一または相当する部分を示し、第1及び第3の電極14
A,14Cは単結晶粒12Aに接続されていると共に、
第2及び第4の電極14B,14Dは薄膜12の第2の
領域17に接続されている。なお、単結晶粒12Aに接
続される電極を第1の電極14Aと第3の電極14Cと
に分離すると共に、薄膜12の第2の領域17に接続さ
れる電極を第2の電極14Bと第4の電極14Dとに分
離して4端子測定を可能にしている。
In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG. 7D indicate the same or corresponding portions, and the first and third electrodes 14 are shown.
A and 14C are connected to the single crystal grain 12A,
The second and fourth electrodes 14B and 14D are connected to the second region 17 of the thin film 12. The electrode connected to the single crystal grain 12A is separated into the first electrode 14A and the third electrode 14C, and the electrode connected to the second region 17 of the thin film 12 is separated from the second electrode 14B and the second electrode 14B. The four electrodes 14D are separated to enable four-terminal measurement.

【0093】以上のようにして、単結晶粒12のc軸方
向の電気特性をジョセフソン効果として利用するトンネ
ル型ジョセフソン素子を製造することができる。
As described above, a tunnel type Josephson element can be manufactured in which the electrical characteristics of the single crystal grains 12 in the c-axis direction are utilized as the Josephson effect.

【0094】本実施形態の特徴として、Bi2 Sr2
1 Cu2 8 よりなる薄膜12に結晶化温度以上の熱
処理を施して、該薄膜12における第2の凹状溝12e
に区画された素子形成領域である第1の領域16をc軸
配向したBi2 Sr2 Ca1Cu2 8 よりなる単結晶
粒にするため、つまり薄膜12におけるc軸配向させる
領域の面積が限定されているため、第1の領域16に結
晶性に優れた単結晶粒12Aを得ることができる。
A feature of this embodiment is that Bi 2 Sr 2 C is used.
The thin film 12 made of a 1 Cu 2 O 8 is heat-treated at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature, and the second concave groove 12e in the thin film 12
In order to make the first region 16 which is the element formation region partitioned into the single crystal grains of Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O 8 c-axis oriented, that is, the area of the region of the thin film 12 to be c-axis oriented is Since it is limited, single crystal grains 12A having excellent crystallinity can be obtained in the first region 16.

【0095】また、単結晶粒12Aの形成位置を基板1
1の主面に形成する凹状溝11aによって制御できるた
め、実態顕微鏡により単結晶粒12Aの位置を特定する
作業が不要になる。
Further, the formation position of the single crystal grain 12A is set on the substrate 1
Since it can be controlled by the concave groove 11a formed on the main surface of No. 1, the work of specifying the position of the single crystal grain 12A by a physical microscope becomes unnecessary.

【0096】また、薄膜12の膜厚は基板に形成された
凹状溝11aの深さよりも大きいため、第1の領域16
に形成された単結晶粒12Aの下側には、第2の領域1
7の薄膜12と一体に形成された薄膜が存在する。従っ
て、薄膜12における第2の領域17に接続される第2
の電極14Bを形成すると、該第2の電極14Bは薄膜
12における第2の領域17及び薄膜12における単結
晶粒12Aの下側部分を介して単結晶粒12Aの下面と
電気的に接続される。
Further, since the film thickness of the thin film 12 is larger than the depth of the concave groove 11a formed in the substrate, the first region 16 is formed.
Below the single crystal grains 12A formed in the second region 1
There is a thin film formed integrally with the thin film 12 of 7. Therefore, the second region connected to the second region 17 of the thin film 12
When the second electrode 14B is formed, the second electrode 14B is electrically connected to the lower surface of the single crystal grain 12A through the second region 17 of the thin film 12 and the lower portion of the single crystal grain 12A of the thin film 12. .

【0097】さらに、単結晶粒12Aに対するアルゴン
イオンミリング等のエッチングプロセスが不要となるた
め、トンネル型ジョセフソン素子を歩留まり良く製造す
ることができる。
Further, since an etching process such as argon ion milling for the single crystal grains 12A is not necessary, the tunnel type Josephson device can be manufactured with high yield.

【0098】なお、本実施形態により製造されたトンネ
ル型ジョセフソン素子における測定温度50K下の電流
電圧特性は、前記の各実施形態により得られた薄膜素子
の特性と同様であった。
The current-voltage characteristics of the tunnel type Josephson element manufactured according to this embodiment at a measurement temperature of 50 K were similar to the characteristics of the thin film element obtained according to each of the above embodiments.

【0099】以上説明した第1〜3の実施形態により得
られる薄膜素子は、実質的な素子部である第1の電極1
4Aと単結晶粒12Aとの接合部において4つのトンネ
ル型ジョセフソン接合が直列に繋がっている。すなわ
ち、酸化物高温超電導体薄膜であるBi2 Sr2 Ca1
Cu2 8 の薄膜12のエッチング量を、薄膜中のブロ
ック層(BiO層)の間隔の4倍以上、且つ、5倍以下
にして得られている。本発明においては、実質的な素子
部となる第1の電極14Aとの接合部に少なくとも1つ
のブロック層を含んでいればよく、前記第1〜3の実施
形態に示した素子構成に限定されない。特に、前記接合
部に含まれるブロック層の数を前記各実施形態の素子の
ように、10以下になるように製造すれば、動作電圧を
約400mV以下に制限できるため、ジョセフソン素子
の低消費電力化を図ることができる。
The thin film elements obtained by the first to third embodiments described above are the first electrode 1 which is a substantial element portion.
Four tunnel-type Josephson junctions are connected in series at the junction between 4A and single crystal grain 12A. That is, Bi 2 Sr 2 Ca 1 which is an oxide high temperature superconductor thin film.
The etching amount of the Cu 2 O 8 thin film 12 is obtained at 4 times or more and 5 times or less of the distance between the block layers (BiO layers) in the thin film. In the present invention, it suffices to include at least one block layer in the joint portion with the first electrode 14A, which is a substantial element portion, and is not limited to the element configurations shown in the first to third embodiments. . In particular, when the number of block layers included in the junction is manufactured to be 10 or less as in the device of each of the above-described embodiments, the operating voltage can be limited to about 400 mV or less, resulting in low consumption of the Josephson device. Electricity can be saved.

【0100】また、前記各実施形態の素子は、前記接合
部の面積(断面積)が2μm×5μmあるいは5μm×
10μmに設定されている。本発明において、第1の電
極14Aと単結晶粒12Aとの接合部の面積は、該接合
部が電圧状態にジャンプしたときの電圧値により該接合
部で発生するジュール熱を抑制するため、接合部の固有
ジョセフソン接合の数で決定されるトンネル電圧と同程
度かそれ以下に該電圧値を抑えることができる程度の面
積にするのが好ましい。現実的には、前記接合部で発生
するジュール熱を考慮すると、接合部の400μm2
下にするのが好ましい。
In the element of each of the above embodiments, the area (cross-sectional area) of the joint is 2 μm × 5 μm or 5 μm ×.
It is set to 10 μm. In the present invention, the area of the bonding portion between the first electrode 14A and the single crystal grain 12A is controlled so as to suppress the Joule heat generated at the bonding portion due to the voltage value when the bonding portion jumps to the voltage state. It is preferable that the area is such that the voltage value can be suppressed to the same level as or lower than the tunnel voltage determined by the number of intrinsic Josephson junctions of the portion. In reality, considering the Joule heat generated at the joint, it is preferable to set the joint to 400 μm 2 or less.

【0101】(第4の実施形態)以下、本発明の第4の
実施形態を図面を参照しながら説明する。
(Fourth Embodiment) A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0102】図9(a)〜(d)は本発明の第4の実施
形態に係るトンネル型ジョセフソン素子の製造方法を示
す工程順断面図である。まず、図9(a)に示すよう
に、MgO単結晶よりなる基板11の(100)主面上
に、該主面に対して60度の傾斜角を有し且つ200n
mの段差を有する斜面部18を設け、該斜面部18を境
にして基板11の主面を第1の平面部19と第2平面部
20とに分割する。
FIGS. 9A to 9D are sectional views in order of the steps, showing the method of manufacturing the tunnel type Josephson element according to the fourth embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 9A, a substrate 11 made of a MgO single crystal has a tilt angle of 60 degrees with respect to the (100) main surface and has a thickness of 200 n.
A slope portion 18 having a step of m is provided, and the main surface of the substrate 11 is divided into a first plane portion 19 and a second plane portion 20 with the slope portion 18 as a boundary.

【0103】次に、図9(b)に示すように、基板11
の表面に全面にわたって150nmのBi2 Sr2 Ca
1 Cu2 8 よりなる薄膜12を形成した後、図9
(c)に示すように、薄膜12に対して酸素雰囲気中に
おける850℃の温度下で6時間の熱処理を施すことに
より、薄膜12における斜面部18及び該斜面部18の
周辺部に単結晶粒12Aを形成する。ここで、熱処理温
度及び熱処理を行なう時間は、前記各実施形態の場合よ
りも低温で且つ短時間であるが、これは基板11に斜面
部18を設けておくと該斜面部18の近傍に単結晶粒1
2Aの成長が促進され、薄膜中に結晶粒界が明確に生成
するほどの熱処理を行なうことなく単結晶粒12Aが形
成されるためである。なお、薄膜12中において、単結
晶粒12Aは超電導体により第1の平面部19及び第2
の平面部20と接続されている。また、第1の平面部1
9及び第2の平面部20は単結晶化していないが、その
結晶化が促進されて超電導体になっている。
Next, as shown in FIG. 9B, the substrate 11
Bi 2 Sr 2 Ca of 150 nm over the entire surface of
After forming the thin film 12 of 1 Cu 2 O 8 ,
As shown in (c), the thin film 12 is heat-treated in an oxygen atmosphere at a temperature of 850 ° C. for 6 hours, so that the single crystal grains are formed on the sloped portion 18 and the peripheral portion of the sloped portion 18 in the thin film 12. 12A is formed. Here, the heat treatment temperature and the time for performing the heat treatment are lower and shorter than those in each of the above-described embodiments. This is because when the sloped portion 18 is provided on the substrate 11, the heat treatment temperature and the time for performing the heat treatment are close to each other. Crystal grain 1
This is because the growth of 2A is promoted, and the single crystal grains 12A are formed without performing heat treatment such that crystal grain boundaries are clearly formed in the thin film. In the thin film 12, the single crystal grains 12A are formed of a superconductor so that the first flat surface portion 19
Is connected to the flat portion 20. In addition, the first flat portion 1
Although the 9 and the second flat portion 20 are not single-crystallized, the crystallization is promoted to become a superconductor.

【0104】次に、図10及び図10におけるX−X線
の断面構造を示す図9(d)に示すように、単結晶粒1
2Aにおける斜面部18の傾斜方向と平行に且つ幅が1
0μm以上の帯状パターンとなるように単結晶粒12A
に対してエッチング加工を行なう。また、第1及び第2
の平面部19,20に対して斜面部18が延びる方向に
幅が共に1mmとなるようにそれぞれエッチング加工を
行なう。なお、図10において、図9(d)と同一符号
が同一または相当する部分を示している。
Next, as shown in FIG. 9D showing the sectional structure taken along line XX in FIG. 10 and FIG.
The width is 1 in parallel with the inclination direction of the slope portion 18 in 2A.
Single crystal grains 12A so as to form a band-like pattern of 0 μm or more
Etching is performed on. In addition, the first and second
Etching processing is performed on the flat surface portions 19 and 20 so that the widths thereof are both 1 mm in the extending direction of the inclined surface portion 18. Note that, in FIG. 10, the same reference numerals as those in FIG. 9D denote the same or corresponding portions.

【0105】次に、薄膜12における第1の平面部19
にAuよりなる第1の電極14A及び第3の電極14C
を形成すると共に、薄膜12における第2の平面部20
にAuよりなる第2の電極14B及び第4の電極14D
を形成する。第1の平面部19と第2の平面部20と
は、単結晶粒12Aにおける斜面部18の上面又は下面
とそれぞれ電気的に接続されている。本実施形態におい
ても4端子測定が可能なように、4つの電極を形成して
いるが、必ずしもこれに限るものではない。
Next, the first flat surface portion 19 of the thin film 12 is formed.
First electrode 14A and third electrode 14C made of Au
And the second flat surface portion 20 of the thin film 12 is formed.
Second electrode 14B and fourth electrode 14D made of Au
To form The first flat surface portion 19 and the second flat surface portion 20 are electrically connected to the upper surface or the lower surface of the inclined surface portion 18 of the single crystal grain 12A, respectively. In the present embodiment as well, four electrodes are formed so that four-terminal measurement can be performed, but the number of electrodes is not limited to this.

【0106】また、電極を形成する部材を熱処理に耐え
る部材とすれば、熱処理の前に電極を形成することも可
能である。
If the member forming the electrode is a member that can withstand the heat treatment, the electrode can be formed before the heat treatment.

【0107】本実施形態により製造されたトンネル型ジ
ョセフソン素子における測定温度50K下の電流電圧特
性は、前記の各実施形態により得られた薄膜素子の特性
と同様であった。
The current-voltage characteristics of the tunnel type Josephson element manufactured according to this embodiment at a measurement temperature of 50 K were similar to the characteristics of the thin film element obtained according to each of the above embodiments.

【0108】本実施形態の特徴として、Bi2 Sr2
1 Cu2 8 よりなる薄膜12内に単結晶粒を形成す
る際に、該薄膜内に結晶粒界が明確に生成するほどの熱
処理を行なう必要がないため、前記各実施形態に比べて
素子の製造が容易となる。
A feature of this embodiment is that Bi 2 Sr 2 C is used.
When forming single crystal grains in the thin film 12 made of a 1 Cu 2 O 8 , it is not necessary to perform heat treatment enough to form crystal grain boundaries in the thin film, and therefore, compared with each of the above embodiments. The device can be easily manufactured.

【0109】なお、基板11における斜面部18の高
さ、すなわち第1の平面部19と第2の平面部20との
段差を200nmに設定し薄膜12の膜厚を150nm
に形成したが、本発明はこれに限定されない。単結晶粒
12Aにおける斜面部18上の帯状パターンに第1の平
面部19と第2の平面部20とを貫通するab面が存在
しないように、すなわち、該帯状パターンを流れる電流
が必ずc軸方向に流れるようにするために、斜面部18
の高さが薄膜12の膜厚よりも大きくなるという条件を
満たすようにすれば、本実施形態と同様の効果を有する
素子を得ることができる。
The height of the inclined surface portion 18 of the substrate 11, that is, the step between the first flat surface portion 19 and the second flat surface portion 20 is set to 200 nm, and the thickness of the thin film 12 is set to 150 nm.
However, the present invention is not limited to this. Make sure that the band-shaped pattern on the inclined surface portion 18 of the single crystal grain 12A does not have an ab plane penetrating the first flat surface portion 19 and the second flat surface portion 20, that is, the current flowing through the strip-shaped pattern is always the c-axis. In order to allow flow in the direction
By satisfying the condition that the height is larger than the film thickness of the thin film 12, an element having the same effect as that of the present embodiment can be obtained.

【0110】また、本実施形態において、基板11にお
ける斜面部18の基板面に対する傾斜角度を60度に形
成したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本
発明は斜面部18の傾斜角度が15度ないし75度の範
囲にあれば本実施形態と同様の効果を有する素子を得る
ことができる。
Further, in the present embodiment, the inclination angle of the inclined surface portion 18 of the substrate 11 with respect to the substrate surface is formed to be 60 degrees, but the present invention is not limited to this. That is, according to the present invention, an element having the same effect as that of the present embodiment can be obtained if the inclination angle of the slope portion 18 is in the range of 15 degrees to 75 degrees.

【0111】また、本実施形態において、単結晶粒12
Aにおける斜面部18上の帯状パターンの幅を10μm
に形成したが、本発明はこれに限定されない。すなわ
ち、本発明は帯状パターンの幅が1μmないし100μ
mの範囲にあれば本実施形態と同様の効果を得ることが
できる。
Further, in this embodiment, the single crystal grain 12 is used.
The width of the strip-shaped pattern on the slope portion 18 in A is 10 μm
However, the present invention is not limited to this. That is, according to the present invention, the width of the strip pattern is 1 μm to 100 μm.
Within the range of m, the same effect as this embodiment can be obtained.

【0112】(第5の実施形態)以下、本発明の第5の
実施形態を図面を参照しながら説明する。
(Fifth Embodiment) Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0113】図11(a)〜(d)は本発明の第5の実
施形態に係るトンネル型ジョセフソン素子の製造方法を
示す工程順断面図である。まず、図11(a)に示すよ
うに、MgO単結晶よりなる基板11の主面部に、高さ
200nm、幅2μmの帯状の突起部21を設け、該突
起部21を境にして基板11の主面を第1の平面部22
と第2平面部23とに分割する。
11A to 11D are sectional views in order of the steps, showing the method of manufacturing the tunnel type Josephson element according to the fifth embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 11A, a strip-shaped protrusion 21 having a height of 200 nm and a width of 2 μm is provided on the main surface of the substrate 11 made of MgO single crystal, and the substrate 21 is separated by the protrusion 21. The main surface is the first flat surface portion 22.
And the second plane portion 23.

【0114】次に、図11(b)に示すように、基板1
1の表面に全面にわたって150nmのBi2 Sr2
1 Cu2 8 よりなる薄膜12を形成した後、図11
(c)に示すように、薄膜12に対して酸素雰囲気中に
おける850℃の温度下で6時間の熱処理を施すことに
より、薄膜12における突起部21及び該突起部21の
段差部にc軸配向した単結晶粒12Aを形成する。ここ
で、熱処理温度及び熱処理を行なう時間は、前記第4の
実施形態の場合と同様に低温で且つ短時間でよく、基板
11に突起部21を設けておくと該突起部21の近傍に
単結晶粒12Aの成長が促進される。その後、単結晶粒
12Aにおける突起部21に直交する方向に幅10μm
の帯状パターンとなるように単結晶粒12Aに対してエ
ッチング加工を行なう。なお、薄膜12中において、単
結晶粒12Aは超電導体により第1の平面部22及び第
2の平面部23と接続されている。また、第1の平面部
22及び第2の平面部23は単結晶化していないが、そ
の結晶化が促進されて超電導体になっている。
Next, as shown in FIG. 11B, the substrate 1
150 nm of Bi 2 Sr 2 C on the entire surface of No. 1
After forming the thin film 12 made of a 1 Cu 2 O 8 , as shown in FIG.
As shown in (c), the thin film 12 is heat-treated in an oxygen atmosphere at a temperature of 850 ° C. for 6 hours, whereby the projections 21 in the thin film 12 and the stepped portions of the projections 21 are c-axis oriented. The formed single crystal grains 12A are formed. Here, the heat treatment temperature and the time for performing the heat treatment may be a low temperature and a short time as in the case of the fourth embodiment, and if the protrusion 21 is provided on the substrate 11, the heat treatment may be performed near the protrusion 21. The growth of the crystal grains 12A is promoted. After that, the width of the single crystal grain 12A is 10 μm in the direction orthogonal to the protrusion 21.
Etching is performed on the single crystal grains 12A so as to form the strip-shaped pattern. In the thin film 12, the single crystal grains 12A are connected to the first flat surface portion 22 and the second flat surface portion 23 by a superconductor. Although the first plane portion 22 and the second plane portion 23 are not single-crystallized, their crystallization is promoted to become a superconductor.

【0115】次に、図12及び図12におけるXII −XI
I 線の断面構造を示す図11(d)に示すように、薄膜
12における第1の平面部22にAuよりなる第1の電
極14A及び第3の電極14Cを形成すると共に、薄膜
12における第2の平面部23にAuよりなる第2の電
極14B及び第4の電極14Dを形成する。第1の平面
部22と第2の平面部23とは、単結晶粒12Aの突起
部21の両側にそれぞれ電気的に接続されている。本実
施形態においても4端子測定が可能なように、4つの電
極を形成しているが、必ずしもこれに限るものではな
い。なお、図12において、図11(d)と同一符号が
同一または相当する部分を示している。
Next, XII-XI in FIG. 12 and FIG.
As shown in FIG. 11D showing the cross-sectional structure of the I line, the first electrode 14A and the third electrode 14C made of Au are formed on the first plane portion 22 of the thin film 12, and at the same time, The second electrode 14B and the fourth electrode 14D made of Au are formed on the second flat portion 23. The first plane portion 22 and the second plane portion 23 are electrically connected to both sides of the protrusion 21 of the single crystal grain 12A, respectively. In the present embodiment as well, four electrodes are formed so that four-terminal measurement can be performed, but the number of electrodes is not limited to this. Note that, in FIG. 12, the same reference numerals as those in FIG. 11D indicate the same or corresponding portions.

【0116】また、電極を形成する部材を熱処理に耐え
る部材とすれば、熱処理の前に電極を形成することも可
能である。
If the member forming the electrode is a member that can withstand the heat treatment, the electrode can be formed before the heat treatment.

【0117】本実施形態により製造されたトンネル型ジ
ョセフソン素子における測定温度50K下の電流電圧特
性は、前記の各実施形態により得られた薄膜素子の特性
と同様であった。
The current-voltage characteristics of the tunnel-type Josephson element manufactured according to this embodiment at a measurement temperature of 50 K were similar to the characteristics of the thin-film element obtained according to each of the above-mentioned embodiments.

【0118】本実施形態の特徴として、前記第4の実施
形態と同様に、帯状の突起部21がBi2 Sr2 Ca1
Cu2 8 よりなる薄膜12の単結晶化を促進するた
め、該薄膜12内に単結晶粒12Aを形成する際に、該
薄膜内に結晶粒界が明確に生成するほどの熱処理を行な
う必要がないため、素子の製造が容易となる。
As a feature of this embodiment, as in the fourth embodiment, the strip-shaped protruding portion 21 has Bi 2 Sr 2 Ca 1
In order to promote the single crystallization of the thin film 12 made of Cu 2 O 8 , it is necessary to perform a heat treatment at the time of forming the single crystal grain 12A in the thin film 12 so that a crystal grain boundary is clearly formed in the thin film 12. Therefore, the element can be easily manufactured.

【0119】なお、本実施形態においては、帯状の突起
部21の幅を2μmにしたが、本発明はこれに限定され
るものではない。すなわち、突起部21の幅は単結晶粒
12Aの大きさ、すなわち熱処理工程の処理条件に応じ
て調整すれば良い。
In the present embodiment, the width of the strip-shaped protrusion 21 is set to 2 μm, but the present invention is not limited to this. That is, the width of the protrusion 21 may be adjusted according to the size of the single crystal grain 12A, that is, the processing condition of the heat treatment step.

【0120】また、本実施形態においては、帯状の突起
部21の高さを200nmに形成し、Bi2 Sr2 Ca
1 Cu2 8 よりなる薄膜12の膜厚を150nmに形
成したが、本発明はこれに限定されない。単結晶粒12
Aにおける突起部21上の帯状パターンに第1の平面部
22と第2の平面部23とを貫通するab面が存在しな
いように、すなわち、該帯状パターンを流れる電流が必
ずc軸方向に流れるようにするために、突起部21の高
さが薄膜12の膜厚よりも大きいという条件を満たせ
ば、本発明は本実施形態と同様の効果を有する素子を得
ることができる。
Further, in the present embodiment, the height of the strip-shaped protruding portion 21 is set to 200 nm, and Bi 2 Sr 2 Ca is formed.
Although the thin film 12 made of 1 Cu 2 O 8 is formed to have a thickness of 150 nm, the present invention is not limited to this. Single crystal grain 12
The ab plane penetrating the first flat surface portion 22 and the second flat surface portion 23 does not exist in the strip-shaped pattern on the protrusion 21 in A, that is, the current flowing through the strip-shaped pattern always flows in the c-axis direction. In order to do so, if the condition that the height of the protrusion 21 is larger than the film thickness of the thin film 12 is satisfied, the present invention can obtain an element having the same effect as that of the present embodiment.

【0121】また、本実施形態においては、単結晶粒1
2Aにおける突起部21と直交する部分の幅を10μm
に形成したが、本発明はこれに限定されない。すなわ
ち、本発明は単結晶粒12Aにおける突起部21と直交
する部分の幅が1μmないし100μmの範囲にあれ
ば、本実施形態と同様の効果を有する素子を得ることが
できる。
In this embodiment, the single crystal grain 1
The width of the portion orthogonal to the protruding portion 21 in 2A is 10 μm
However, the present invention is not limited to this. That is, according to the present invention, if the width of the portion of the single crystal grain 12A orthogonal to the protrusion 21 is in the range of 1 μm to 100 μm, an element having the same effect as that of the present embodiment can be obtained.

【0122】また、前記第4の実施形態及び第5の実施
形態により得られる素子は、帯状の接合部の面積と該接
合部におけるジョセフソン接合の数とを特定することは
難しい。しかしながら、これらの素子が前記第1〜3の
実施形態により得られる素子と同様の素子特性を示すこ
とから、第4及び第5の実施形態による素子は前記第1
〜3の実施形態の素子と同様のトンネル型ジョセフソン
素子を構成しているものと考えられる。
Further, in the devices obtained according to the fourth and fifth embodiments, it is difficult to specify the area of the band-shaped junction and the number of Josephson junctions in the junction. However, since these elements show the same element characteristics as the elements obtained in the first to third embodiments, the elements according to the fourth and fifth embodiments are the same as those in the first embodiment.
It is considered that the tunnel type Josephson device similar to the devices of the first to third embodiments is configured.

【0123】また、前記各実施形態において、酸化物高
温超電導体膜としてBi2 Sr2 Ca1 Cu2 8 から
なる薄膜を用いたが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、これ以外の他の組成からなる酸化物高温超電導
体膜を用いても同様の効果を得ることができる。特に、
Bi2 Sr2 Ca2 Cu3 10や,Pbを含んだ(B
i,Pb)2 Sr2 Ca2 Cu3 10は、Bi2 Sr2
Ca1 Cu2 8 よりも超電導臨界温度が高い酸化物高
温超電導体であるため、この薄膜を用いた場合は、液体
窒素温度77K以上の高温度下で素子を動作させること
が可能となる。また、Bi系の酸化物高温超電導体と同
様に、その結晶構造内に2重のブロック層を有するTl
系の酸化物高温超電導体は、同一の結晶構造のBi系の
酸化物高温超電導体に比べて超電導臨界温度が高くなる
ので、素子を高温動作させる上で有益である。
In each of the above-mentioned embodiments, a thin film of Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O 8 is used as the oxide high temperature superconductor film, but the present invention is not limited to this, and other than that. Similar effects can be obtained by using an oxide high-temperature superconductor film having another composition. Especially,
Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 and Pb were included (B
i, Pb) 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 is Bi 2 Sr 2
Since it is an oxide high temperature superconductor having a higher superconducting critical temperature than Ca 1 Cu 2 O 8, it is possible to operate the device at a high temperature of liquid nitrogen temperature of 77 K or higher when using this thin film. Also, as in the Bi-based high-temperature oxide superconductor, Tl having a double block layer in its crystal structure is used.
The system oxide high-temperature superconductor has a higher superconducting critical temperature than the Bi-system oxide high-temperature superconductor having the same crystal structure, and is therefore useful for operating the device at high temperatures.

【0124】また、前記各実施形態では単結晶粒が基板
に対してc軸配向しているが、本発明はこれに限定され
ない。すなわち、単結晶粒がその配向方向が明確になっ
ているものであれば、同様の効果を得ることができる。
In each of the above embodiments, the single crystal grains are c-axis oriented with respect to the substrate, but the present invention is not limited to this. That is, the same effect can be obtained as long as the orientation direction of the single crystal grains is clear.

【0125】また、前記各実施形態において、基板にM
gO単結晶を使用し、該MgO単結晶の(100)面上
にBi2 Sr2 Ca1 Cu2 8 膜を形成したが、本発
明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、基板に
例えばSrTiO3 単結晶若しくはLaAlO3 単結晶
の(100)面、又はNdGaO3 単結晶の(001)
面を用い、これらの結晶面に酸化物高温超電導体膜を形
成するようにしても、同様の効果を得ることができる。
この場合は、MgO単結晶の(100)面を用いる場合
に比して、格子定数のミスマッチが低減されるため、薄
膜中に形成される単結晶粒の粒径が大きくなることが予
想され、一つの単結晶粒に複数の素子を作製することも
可能となる。
Further, in each of the above-mentioned embodiments, the M
Although the gO single crystal was used and the Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O 8 film was formed on the (100) plane of the MgO single crystal, the present invention is not limited to this. That is, according to the present invention, the substrate has, for example, a (100) plane of SrTiO 3 single crystal or LaAlO 3 single crystal, or a (001) plane of NdGaO 3 single crystal.
Similar effects can be obtained by using a plane and forming an oxide high temperature superconductor film on these crystal planes.
In this case, the lattice constant mismatch is reduced as compared with the case of using the (100) plane of the MgO single crystal, so that the grain size of the single crystal grain formed in the thin film is expected to be large, It is also possible to fabricate a plurality of elements in one single crystal grain.

【0126】[0126]

【発明の効果】請求項1の発明に係るトンネル型ジョセ
フソン素子によると、基板上の導電性領域の上に形成さ
れた酸化物高温超電導体よりなる単結晶粒が、酸化物高
温超電導体の結晶化温度以上の温度で熱処理されること
により形成されているため、結晶軸異方性を示す結晶の
異方的電気特性が安定して維持されるので,素子は良好
な素子特性を示す。
According to the tunnel type Josephson element of the first aspect of the present invention, the single crystal grains of the oxide high temperature superconductor formed on the conductive region on the substrate are made of oxide high temperature superconductor. Since it is formed by heat treatment at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature, the anisotropic electrical characteristics of the crystal exhibiting the crystal axis anisotropy are stably maintained, and the element exhibits good element characteristics.

【0127】請求項2の発明に係るトンネル型ジョセフ
ソン素子によると、請求項2の発明に係るトンネル型ジ
ョセフソン素子の効果が得られる上に、素子を動作させ
る際に素子が電圧状態にジャンプしたときに発生する熱
が抑制されるため、素子の動作が安定する。
According to the tunnel type Josephson element according to the invention of claim 2, the effect of the tunnel type Josephson element according to the invention of claim 2 is obtained, and the element jumps to a voltage state when the element is operated. Since the heat generated at the time is suppressed, the operation of the element is stabilized.

【0128】請求項3の発明に係るトンネル型ジョセフ
ソン素子によると、請求項1又は2の発明に係るトンネ
ル型ジョセフソン素子の効果が得られる上に、単結晶粒
の厚さが酸化物高温超電導体のブロック層の間隔の10
倍以下になり、固有ジョセフソン接合として動作する接
合の数を10個以下に制限できるため、素子の動作に必
要な電圧を数百mV以下にすることができるので、ジョ
セフソン素子の低消費電力化を図ると共に安定した動作
を実現することができる。
According to the tunnel type Josephson element according to the invention of claim 3, the effect of the tunnel type Josephson element according to the invention of claim 1 or 2 is obtained, and in addition, the thickness of the single crystal grain is high in the oxide high temperature. The spacing of the superconductor block layer is 10
Since the number of junctions operating as intrinsic Josephson junctions can be limited to 10 or less, the voltage required for the operation of the element can be set to several hundred mV or less, and thus the low power consumption of the Josephson element And stable operation can be realized.

【0129】請求項4の発明に係るトンネル型ジョセフ
ソン素子によると、請求項1〜3の発明に係るトンネル
型ジョセフソン素子の効果が得られる上に、酸化物高温
超電導体として結晶軸異方性が強いBi系超電導体を用
いているため、結晶性に優れた単結晶粒が得られるの
で、固有ジョセフソン接合を確実に形成することができ
る。これにより、一層安定した動作を実現できる。
According to the tunnel type Josephson element according to the invention of claim 4, the effect of the tunnel type Josephson element according to the inventions of claims 1 to 3 is obtained, and in addition, the crystal axis is anisotropic as an oxide high temperature superconductor. Since a Bi-based superconductor having a strong property is used, a single crystal grain having excellent crystallinity can be obtained, so that an intrinsic Josephson junction can be reliably formed. Thereby, a more stable operation can be realized.

【0130】請求項5又は6の発明に係るトンネル型ジ
ョセフソン素子の製造方法によると、酸化物高温超電導
体の結晶化温度以上の温度で熱処理を行なって、酸化物
高温超電導体よりなる薄膜内にc軸配向を有する単結晶
粒を形成するため、結晶軸異方性を示す結晶の異方的電
気特性が安定して維持されるので、良好な素子特性を有
するジョセフソン素子を製造することができる。
According to the method of manufacturing a tunnel-type Josephson device according to the invention of claim 5 or 6, heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the oxide high temperature superconductor, so that a thin film of the oxide high temperature superconductor is formed. Since a single crystal grain having a c-axis orientation is formed in the film, the anisotropic electrical characteristics of the crystal exhibiting the crystal axis anisotropy can be stably maintained. Therefore, a Josephson device having good device characteristics should be manufactured. You can

【0131】請求項7の発明に係るトンネル型ジョセフ
ソン素子の製造方法によると、請求項5の発明に係るト
ンネル型ジョセフソン素子の製造方法の効果が得られる
上に、酸化物高温超電導体よりなる単結晶粒の上面部に
形成された凸部を除く領域に第2の電極を形成すること
により、該第2の電極は単結晶粒の凸部の下側部分と電
気的に接続されるため、c軸方向の電気特性を素子とし
て取り出すことができる。これにより、酸化物高温超伝
導体よりなる単結晶粒の固有ジョセフソン接合を確実に
利用することができる。
According to the method of manufacturing a tunnel-type Josephson device according to the invention of claim 7, the effect of the method of manufacturing a tunnel-type Josephson device according to the invention of claim 5 can be obtained, and in addition to the high temperature oxide superconductor, By forming the second electrode in a region excluding the convex portion formed on the upper surface of the single crystal grain, the second electrode is electrically connected to the lower portion of the convex portion of the single crystal grain. Therefore, the electrical characteristics in the c-axis direction can be taken out as an element. As a result, it is possible to reliably utilize the intrinsic Josephson junction of the single crystal grain made of the oxide high temperature superconductor.

【0132】請求項8、11又は14の発明に係るトン
ネル型ジョセフソン素子の製造方法によると、素子を動
作させる際に素子が電圧状態にジャンプしたときに発生
する熱を抑制できるので、安定して動作するジョセフソ
ン素子を製造することができる。
According to the method of manufacturing a tunnel type Josephson element according to the invention of claim 8, 11 or 14, heat generated when the element jumps to a voltage state when the element is operated can be suppressed, so that it is stable. It is possible to manufacture a Josephson device that operates as described above.

【0133】請求項9、12又は15の発明に係るトン
ネル型ジョセフソン素子の製造方法によると、単結晶粒
の厚さが酸化物高温超電導体のブロック層の間隔の10
倍以下になり、固有ジョセフソン接合として動作する接
合の数を10個以下に制限できるため、素子の動作に必
要な電圧を数百mV以下にすることができるので、ジョ
セフソン素子の低消費電力化を図ると共に安定した動作
を実現することができる。
According to the method of manufacturing a tunnel type Josephson element according to the invention of claim 9, 12 or 15, the thickness of the single crystal grain is 10 times the interval between the block layers of the oxide high temperature superconductor.
Since the number of junctions operating as intrinsic Josephson junctions can be limited to 10 or less, the voltage required for the operation of the element can be set to several hundred mV or less, and thus the low power consumption of the Josephson element And stable operation can be realized.

【0134】請求項10の発明に係るトンネル型ジョセ
フソン素子の製造方法によると、請求項5の発明に係る
トンネル型ジョセフソン素子の製造方法の効果が得られ
る上に、酸化物高温超電導体よりなる単結晶粒におけ
る、素子形成領域である第1の領域の外側部分である第
2の領域に第2の電極を形成することにより、該第2の
電極は第1の領域の下側部分を介して第1の電極と電気
的に接続されるので、c軸方向の電気特性を素子として
取り出すことができる。これにより、酸化物高温超伝導
体よりなる単結晶粒の固有ジョセフソン接合を確実に利
用することができる。
According to the method of manufacturing a tunnel-type Josephson device according to the invention of claim 10, the effect of the method of manufacturing a tunnel-type Josephson device according to the invention of claim 5 can be obtained and, in addition, a high temperature oxide superconductor can be used. By forming the second electrode in the second region, which is an outer portion of the first region that is the element forming region, in the single crystal grain, the second electrode causes the lower portion of the first region to be formed. Since it is electrically connected to the first electrode via the device, the electrical characteristics in the c-axis direction can be taken out as an element. As a result, it is possible to reliably utilize the intrinsic Josephson junction of the single crystal grain made of the oxide high temperature superconductor.

【0135】請求項13の発明に係るトンネル型ジョセ
フソン素子の製造方法によると、請求項5又は6の発明
に係るトンネル型ジョセフソン素子の製造方法の効果が
得られる上に、基板に形成する枠状の凹状溝により薄膜
における素子形成領域を制御できるため、薄膜をエッチ
ングするプロセスが不要になり、薄膜がエッチングによ
るダメージを受けないので、ジョセフソン素子の歩留ま
りが向上すると共に、薄膜におけるc軸配向させる領域
の面積が限定されているため、素子形成領域において結
晶性に優れた酸化物高温超伝導体よりなる単結晶粒を得
ることができるので、安定して動作するジョセフソン素
子を製造することができる。
According to the method of manufacturing a tunnel-type Josephson element according to the invention of claim 13, the effect of the method of manufacturing a tunnel-type Josephson element according to the invention of claim 5 or 6 is obtained, and the tunnel-type Josephson element is formed on a substrate. Since the element formation region in the thin film can be controlled by the frame-shaped concave groove, the process of etching the thin film is not necessary, and the thin film is not damaged by the etching, so that the yield of the Josephson device is improved and the c-axis of the thin film is improved. Since the area of the oriented region is limited, it is possible to obtain a single crystal grain composed of an oxide high temperature superconductor having excellent crystallinity in the device forming region, so that a Josephson device that operates stably can be manufactured. be able to.

【0136】また、単結晶粒の位置を基板の主面部に形
成する凹状溝によって制御できるため、実体顕微鏡によ
り単結晶粒の位置を特定する作業が不要になるので、工
業化に適した製造方法を実現できる。
Further, since the position of the single crystal grain can be controlled by the concave groove formed in the main surface portion of the substrate, the work of specifying the position of the single crystal grain by a stereoscopic microscope becomes unnecessary, and therefore, a manufacturing method suitable for industrialization can be provided. realizable.

【0137】さらに、酸化物高温超伝導体よりなる薄膜
の膜厚は基板に形成された凹状溝の深さよりも大きいた
め、薄膜における基板の第1の領域の上側部分つまり単
結晶粒の上面に接続された第1の電極と薄膜における基
板の第2の領域の上側部分に接続された第2の電極との
間に電流を流すことにより、薄膜の第1の領域に形成さ
れた酸化物高温超伝導体よりなる単結晶粒の固有ジョセ
フソン接合を確実に利用することができる。
Further, since the thickness of the thin film made of the high temperature oxide superconductor is larger than the depth of the concave groove formed in the substrate, the thin film is formed on the upper portion of the first region of the substrate, that is, on the upper surface of the single crystal grain. High temperature oxide formed in the first region of the thin film by passing a current between the first electrode connected to the second electrode connected to the upper part of the second region of the substrate in the thin film The intrinsic Josephson junction of a single crystal grain made of a superconductor can be surely utilized.

【0138】請求項16の発明に係るトンネル型ジョセ
フソン素子の製造方法によると、請求項5又は6の発明
に係るトンネル型ジョセフソン素子の製造方法の効果が
得られる上に、酸化物高温超伝導体よりなる薄膜の斜面
部を含む領域に単結晶粒を形成するため、斜面部の上段
側を第1の平面部、斜面部の下段側を第2の平面部とす
ると、第2の平面部に形成される第2の電極は、斜面部
を含む領域に形成された単結晶粒の下側部分に電気的に
接続されるので、c軸方向の電気特性を素子として取り
出すことができる。これにより、酸化物高温超伝導体よ
りなる単結晶粒の固有ジョセフソン接合を確実に利用す
ることができる。
According to the method of manufacturing a tunnel-type Josephson element according to the invention of claim 16, the effect of the method of manufacturing a tunnel-type Josephson element according to the invention of claim 5 or 6 can be obtained, and in addition to the high temperature oxide. In order to form a single crystal grain in a region including a slant surface of a thin film made of a conductor, the upper surface of the slant surface is defined as a first flat surface portion and the lower surface of the slant surface portion is defined as a second flat surface portion. Since the second electrode formed in the portion is electrically connected to the lower portion of the single crystal grain formed in the region including the inclined surface portion, the electric characteristics in the c-axis direction can be taken out as an element. As a result, it is possible to reliably utilize the intrinsic Josephson junction of the single crystal grain made of the oxide high temperature superconductor.

【0139】また、素子を動作させる際に素子が電圧状
態にジャンプしたときに発生する熱を抑制できるので、
安定して動作するジョセフソン素子を製造することがで
きる。
Since the heat generated when the element jumps to the voltage state when operating the element can be suppressed,
A Josephson device that operates stably can be manufactured.

【0140】また、単結晶粒形成工程において、単結晶
粒の成長が斜面部付近に促進されるため、薄膜中に粒界
が明確に生成するほど熱処理を行なう必要がないので、
製造が容易になる。
Further, in the single crystal grain forming step, since the growth of the single crystal grains is promoted in the vicinity of the slope portion, it is not necessary to perform the heat treatment so that grain boundaries are clearly formed in the thin film.
Manufacturing becomes easier.

【0141】請求項17の発明に係るトンネル型ジョセ
フソン素子の製造方法によると、請求項5又は6の発明
に係るトンネル型ジョセフソン素子の製造方法の効果が
得られる上に、酸化物高温超伝導体よりなる薄膜の突起
部を含む領域に単結晶粒を形成するため、第1の平面部
に形成される第1の電極及び第2の平面部に形成される
第2の電極は、突起部を含む領域に形成された単結晶粒
の下側部分にそれぞれ電気的に接続されるので、c軸方
向の電気特性を素子として取り出すことができる。これ
により、酸化物高温超伝導体よりなる単結晶粒の固有ジ
ョセフソン接合を確実に利用することができる。
According to the method of manufacturing a tunnel-type Josephson element according to the invention of claim 17, the effect of the method of manufacturing a tunnel-type Josephson element according to the invention of claim 5 or 6 is obtained, and in addition to the high temperature oxide. Since the single crystal grains are formed in the region including the protrusion of the thin film made of a conductor, the first electrode formed on the first plane and the second electrode formed on the second plane are Since they are electrically connected to the lower portions of the single crystal grains formed in the regions including the parts, the electrical characteristics in the c-axis direction can be taken out as an element. As a result, it is possible to reliably utilize the intrinsic Josephson junction of the single crystal grain made of the oxide high temperature superconductor.

【0142】また、単結晶粒形成工程において、単結晶
粒の成長が斜面部付近に促進されるため、薄膜中に粒界
が明確に生成するほど熱処理を行なう必要がないので、
製造が容易になる。
Further, in the single crystal grain forming step, since the growth of the single crystal grains is promoted in the vicinity of the slope portion, it is not necessary to perform the heat treatment so that grain boundaries are clearly formed in the thin film.
Manufacturing becomes easier.

【0143】請求項18の発明に係るトンネル型ジョセ
フソン素子の製造方法によると、請求項5〜17の発明
に係るトンネル型ジョセフソン素子の製造方法の効果が
得られる上に、酸化物高温超電導体として結晶軸異方性
が強いBi系超電導体を用いているため、結晶性に優れ
た単結晶粒が得られるので、固有ジョセフソン接合を確
実に形成することができるので、一層安定して動作する
ジョセフソン素子を製造することができる。
According to the method of manufacturing a tunnel-type Josephson element according to the invention of claim 18, the effects of the method of manufacturing a tunnel-type Josephson element according to the invention of claims 5 to 17 can be obtained, and in addition, high temperature oxide superconductivity can be obtained. Since a Bi-based superconductor having a strong crystal axis anisotropy is used as the body, a single crystal grain having excellent crystallinity can be obtained, so that an intrinsic Josephson junction can be surely formed, and thus more stable. A working Josephson device can be manufactured.

【0144】以上説明したように、本発明によると、超
電導コンピュータ、超電導デジタル回路、超電導量子干
渉素子又はミリ波ないし遠赤外領域の電磁波検出のため
のミキサ等に幅広く利用される、酸化物高温超電導体が
有する固有ジョセフソン接合を利用したトンネル型ジョ
セフソン素子を簡易且つ確実に製造することができるの
で、本発明の産業的価値は極めて大きい。
As described above, according to the present invention, the oxide high temperature widely used in the superconducting computer, the superconducting digital circuit, the superconducting quantum interference device or the mixer for detecting the electromagnetic wave in the millimeter wave or far infrared region. The tunnel-type Josephson device using the intrinsic Josephson junction of the superconductor can be manufactured easily and reliably, so that the industrial value of the present invention is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態に係るトンネル型ジョ
セフソン素子の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a tunnel type Josephson element according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態に係るトンネル型ジョ
セフソン素子の部分平面図である。
FIG. 2 is a partial plan view of a tunnel type Josephson element according to the first embodiment of the present invention.

【図3】(a)〜(d)は本発明の第1の実施形態に係
るトンネル型ジョセフソン素子の製造方法の工程順断面
図である。
3A to 3D are cross-sectional views in order of the steps of a method of manufacturing a tunnel-type Josephson device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施形態に係るトンネル型ジョ
セフソン素子の電流電圧特性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a current-voltage characteristic of the tunnel type Josephson element according to the first embodiment of the present invention.

【図5】(a)〜(d)は本発明の第2の実施形態に係
るトンネル型ジョセフソン素子の製造方法の工程順断面
図である。
5A to 5D are cross-sectional views in order of the steps of a method of manufacturing a tunnel-type Josephson device according to the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施形態に係るトンネル型ジョ
セフソン素子の部分平面図である。
FIG. 6 is a partial plan view of a tunnel type Josephson device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】(a)〜(d)は本発明の第3の実施形態に係
るトンネル型ジョセフソン素子の製造方法の工程順断面
図である。
7A to 7D are cross-sectional views in order of the steps of a method of manufacturing a tunnel-type Josephson device according to the third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施形態に係るトンネル型ジョ
セフソン素子の部分平面図である。
FIG. 8 is a partial plan view of a tunnel type Josephson element according to a third embodiment of the present invention.

【図9】(a)〜(d)は本発明の第4の実施形態に係
るトンネル型ジョセフソン素子の製造方法の工程順断面
図である。
9A to 9D are cross-sectional views in order of the steps of a method for manufacturing a tunnel-type Josephson device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4の実施形態に係るトンネル型ジ
ョセフソン素子の部分平面図である。
FIG. 10 is a partial plan view of a tunnel type Josephson element according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】(a)〜(d)は本発明の第5の実施形態に
係るトンネル型ジョセフソン素子の製造方法の工程順断
面図である。
11A to 11D are cross-sectional views in order of the steps in a method for manufacturing a tunnel-type Josephson device according to the fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第5の実施形態に係るトンネル型ジ
ョセフソン素子の部分平面図である。
FIG. 12 is a partial plan view of a tunnel type Josephson device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図13】従来のトンネル型ジョセフソン素子の製造方
法の工程順断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view in order of the steps of a method for manufacturing a conventional tunnel Josephson device.

【図14】(a)は従来のトンネル型ジョセフソン素子
の接合領域の拡大断面図である。(b)は従来のトンネ
ル型ジョセフソン素子の接合領域の拡大平面図である。
FIG. 14A is an enlarged sectional view of a junction region of a conventional tunnel type Josephson element. (B) is an enlarged plan view of a junction region of a conventional tunnel type Josephson element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 11a 第1の凹状溝 12 薄膜 12a 凸部 12b 第1の領域 12c 凹状溝 12d 第2の領域 12e 第2の凹状溝 12A 単結晶粒 12B 単結晶粒 12C 単結晶粒 13 結晶粒界 14A 第1の電極 14B 第2の電極 14C 第3の電極 14D 第4の電極 15 絶縁体膜 16 第1の領域 17 第2の領域 18 斜面部 19 第1の平面部 20 第2の平面部 21 突起部 22 第1の平面部 23 第2の平面部 Reference Signs List 11 substrate 11a first concave groove 12 thin film 12a convex portion 12b first region 12c concave groove 12d second region 12e second concave groove 12A single crystal grain 12B single crystal grain 12C single crystal grain 13 crystal grain boundary 14A first 1st electrode 14B 2nd electrode 14C 3rd electrode 14D 4th electrode 15 Insulator film 16 1st area | region 17 2nd area | region 18 Slope part 19 1st plane part 20 2nd plane part 21 Projection part 22 1st plane part 23 2nd plane part

フロントページの続き (72)発明者 瀬恒 謙太郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内Front page continuation (72) Inventor Kentaro Seitsune 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された導電性領域と、 前記導電性領域の上に設けられ、酸化物高温超電導体が
該酸化物高温超電導体の結晶化温度以上の温度で熱処理
されることにより形成された単結晶粒と、 前記単結晶粒における前記導電性領域の反対側の面に電
気的に接続されている第1の電極と、 前記導電性領域の上における前記単結晶粒が形成されて
いる領域と異なる領域に電気的に接続されている第2の
電極とを備え、 前記単結晶粒はトンネル型ジョセフソン効果を有するよ
うに形成されていることを特徴とするトンネル型ジョセ
フソン素子。
1. A conductive region formed on a substrate, and a high temperature oxide superconductor provided on the conductive region and heat-treated at a temperature equal to or higher than a crystallization temperature of the high temperature oxide superconductor. A first electrode electrically connected to a surface of the single crystal grain opposite to the conductive region, and the single crystal grain formed on the conductive region. And a second electrode electrically connected to a different region, wherein the single crystal grain is formed so as to have a tunnel type Josephson effect. element.
【請求項2】 前記単結晶粒における、前記トンネル型
ジョセフソン効果を示す領域のc軸方向に対して垂直な
方向の断面積は400μm2 以下であることを特徴とす
る請求項1に記載のトンネル型ジョセフソン素子。
2. The cross-sectional area of the single crystal grain in the region showing the tunnel type Josephson effect in a direction perpendicular to the c-axis direction is 400 μm 2 or less. Tunnel type Josephson device.
【請求項3】 前記単結晶粒における、前記トンネル型
ジョセフソン効果を示す領域のc軸方向の長さは、前記
酸化物高温超電導体のブロック層の間隔の10倍以下で
あることを特徴とする請求項1又は2に記載のトンネル
型ジョセフソン素子。
3. The length in the c-axis direction of the tunnel type Josephson effect region in the single crystal grain is 10 times or less than the distance between the block layers of the oxide high temperature superconductor. The tunnel type Josephson device according to claim 1 or 2.
【請求項4】 前記酸化物高温超電導体は、Bi(ビス
マス),Sr(ストロンチウム),Ca(カルシウ
ム),Cu(銅)及びO(酸素)を含む化合物であるこ
とを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のト
ンネル型ジョセフソン素子。
4. The oxide high temperature superconductor is a compound containing Bi (bismuth), Sr (strontium), Ca (calcium), Cu (copper) and O (oxygen). 4. The tunnel type Josephson device according to any one of 3 to 3.
【請求項5】 基板の主面上に酸化物高温超電導体より
なる薄膜を形成する超電導体薄膜形成工程と、 前記薄膜に対して前記酸化物高温超電導体の結晶化温度
以上の温度で熱処理を行なうことにより、前記酸化物高
温超電導体よりなりc軸配向を有する単結晶粒を形成す
る単結晶粒形成工程と、 前記薄膜の上面における一の領域に前記単結晶粒と電気
的に接続される第1の電極を形成する第1の電極形成工
程と、 前記薄膜の上面における他の領域に前記単結晶粒と電気
的に接続される第2の電極を形成する第2の電極形成工
程とを備えていることを特徴とするトンネル型ジョセフ
ソン素子の製造方法。
5. A superconductor thin film forming step of forming a thin film of an oxide high temperature superconductor on a main surface of a substrate, and a heat treatment for the thin film at a temperature equal to or higher than a crystallization temperature of the oxide high temperature superconductor. By carrying out, a single crystal grain forming step of forming a single crystal grain made of the oxide high temperature superconductor and having c-axis orientation, and electrically connected to the single crystal grain in one region on the upper surface of the thin film. A first electrode forming step of forming a first electrode, and a second electrode forming step of forming a second electrode electrically connected to the single crystal grain in another region on the upper surface of the thin film. A method of manufacturing a tunnel-type Josephson device, characterized by being provided.
【請求項6】 基板の主面上に酸化物高温超電導体より
なる薄膜を形成する超電導体薄膜形成工程と、 前記薄膜の上面における一の領域に第1の電極を形成す
る第1の電極形成工程と、 前記薄膜の上面における他の領域に第2の電極を形成す
る第2の電極形成工程と、 前記薄膜に対して前記酸化物高温超電導体の結晶化温度
以上の温度で熱処理を行なうことにより、前記酸化物高
温超電導体よりなりc軸配向を有する単結晶粒を形成す
る単結晶粒形成工程とを備えていることを特徴とするト
ンネル型ジョセフソン素子の製造方法。
6. A superconducting thin film forming step of forming a thin film of an oxide high temperature superconductor on a main surface of a substrate, and a first electrode forming forming a first electrode in one region on an upper surface of the thin film. And a second electrode forming step of forming a second electrode in another region on the upper surface of the thin film, and heat treating the thin film at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the high temperature oxide superconductor. And a single crystal grain forming step of forming single crystal grains made of the oxide high-temperature superconductor and having c-axis orientation, according to the method of manufacturing a tunnel type Josephson device.
【請求項7】 前記単結晶粒形成工程と前記第1の電極
形成工程との間に、 前記単結晶粒の上面部における所定領域を除く領域を、
前記基板の主面に対して所定の深さまで除去することに
より、前記単結晶粒の上面部に前記所定領域よりなる凸
部を形成する工程を含み、 前記第1の電極形成工程は、前記単結晶粒の前記凸部の
上面に前記第1の電極を形成する工程を含み、 前記第2の電極形成工程は、前記単結晶粒の前記凸部を
除く領域に前記第2の電極を形成する工程を含むことを
特徴とする請求項5に記載のトンネル型ジョセフソン素
子の製造方法。
7. A region other than a predetermined region in the upper surface of the single crystal grain is formed between the single crystal grain forming process and the first electrode forming process,
The step of forming a convex portion formed of the predetermined region on the upper surface portion of the single crystal grain by removing to a predetermined depth with respect to the main surface of the substrate, wherein the first electrode forming step includes The method further includes the step of forming the first electrode on the upper surface of the convex portion of the crystal grain, and the second electrode forming step forms the second electrode in a region of the single crystal grain excluding the convex portion. The method of manufacturing a tunnel type Josephson device according to claim 5, further comprising steps.
【請求項8】 前記単結晶粒の前記凸部の上面の面積は
400μm2 以下であることを特徴とする請求項7に記
載のトンネル型ジョセフソン素子の製造方法。
8. The method of manufacturing a tunnel-type Josephson device according to claim 7, wherein an area of an upper surface of the convex portion of the single crystal grain is 400 μm 2 or less.
【請求項9】 前記単結晶粒の前記凸部の高さは、前記
超電導体薄膜形成工程において形成される前記酸化物高
温超電導体のブロック層の間隔の10倍以下であること
を特徴とする請求項7又は8に記載のトンネル型ジョセ
フソン素子の製造方法。
9. The height of the convex portion of the single crystal grain is 10 times or less than the distance between the block layers of the high temperature oxide superconductor formed in the superconductor thin film forming step. A method of manufacturing a tunnel type Josephson device according to claim 7.
【請求項10】 前記単結晶粒形成工程と前記第1の電
極形成工程との間に、 前記単結晶粒の上面部に所定の深さを有する枠状の凹状
溝を形成して、前記単結晶粒の上面を前記凹状溝により
囲まれた第1の領域と前記凹状溝の外側の第2の領域と
に分割する工程を含み、 前記第1の電極形成工程は、前記単結晶粒の前記第1の
領域に前記第1の電極を形成する工程を含み、 前記第2の電極形成工程は、前記単結晶粒の前記第2の
領域に前記第2の電極を形成する工程を含むことを特徴
とする請求項5に記載のトンネル型ジョセフソン素子の
製造方法。
10. Between the single crystal grain forming step and the first electrode forming step, a frame-shaped concave groove having a predetermined depth is formed in the upper surface portion of the single crystal grain to form the single crystal grain. The step of dividing the upper surface of the crystal grain into a first region surrounded by the concave groove and a second region outside the concave groove, wherein the first electrode forming step includes A step of forming the first electrode in a first region, and a step of forming the second electrode includes a step of forming the second electrode in the second region of the single crystal grain. The method of manufacturing a tunnel-type Josephson device according to claim 5.
【請求項11】 前記単結晶粒における前記第1の領域
の面積は400μm2 以下であることを特徴とする請求
項10に記載のトンネル型ジョセフソン素子の製造方
法。
11. The method of manufacturing a tunnel type Josephson device according to claim 10, wherein the area of the first region in the single crystal grain is 400 μm 2 or less.
【請求項12】 前記単結晶粒の前記凹状溝の所定の深
さは、前記超電導体薄膜形成工程において形成される前
記酸化物高温超電導体のブロック層の間隔の10倍以下
であることを特徴とする請求項10又は11に記載のト
ンネル型ジョセフソン素子の製造方法。
12. The predetermined depth of the concave groove of the single crystal grain is 10 times or less than the interval between the block layers of the high temperature oxide superconductor formed in the superconductor thin film forming step. The method for manufacturing a tunnel-type Josephson device according to claim 10 or 11.
【請求項13】 前記超電導体薄膜形成工程の前に、 前記基板の主面部に所定の深さを有する枠状の凹状溝を
形成して、前記基板の主面部を前記凹状溝により囲まれ
た第1の領域と前記凹状溝の外側の第2の領域とに分割
する工程を含み、 前記超電導体薄膜形成工程は、前記基板の主面上に前記
凹状溝の所定の深さよりも大きい膜厚を有する酸化物高
温超電導体よりなる薄膜を全面的に形成する工程を含
み、 前記第1の電極形成工程は、前記薄膜における前記基板
の第1の領域の上側部分に前記第1の電極を形成する工
程を含み、 前記第2の電極形成工程は、前記薄膜における前記基板
の第2の領域の上側部分に前記第2の電極を形成する工
程を含むことを特徴とする請求項5又は6に記載のトン
ネル型ジョセフソン素子の製造方法。
13. A frame-shaped concave groove having a predetermined depth is formed in the main surface portion of the substrate before the step of forming the superconductor thin film, and the main surface portion of the substrate is surrounded by the concave groove. A step of dividing into a first region and a second region outside the concave groove, wherein the superconducting thin film forming step has a film thickness larger than a predetermined depth of the concave groove on the main surface of the substrate. And forming a thin film of an oxide high-temperature superconductor having: on the entire surface, the first electrode forming step forms the first electrode on the upper portion of the first region of the substrate in the thin film. 7. The method according to claim 5 or 6, wherein the second electrode forming step includes a step of forming the second electrode in an upper portion of the thin film on the second region of the substrate. A method for manufacturing a tunnel-type Josephson device as described.
【請求項14】 前記薄膜における前記基板の第1の領
域の上側部分の面積は400μm2 以下であることを特
徴とする請求項13に記載のトンネル型ジョセフソン素
子の製造方法。
14. The method of manufacturing a tunnel type Josephson device according to claim 13, wherein an area of an upper portion of the first region of the substrate in the thin film is 400 μm 2 or less.
【請求項15】 前記薄膜における前記凹状溝の所定の
深さは、前記超電導体薄膜形成工程において形成される
前記酸化物高温超電導体のブロック層の間隔の10倍以
下であることを特徴とする請求項13又は14に記載の
トンネル型ジョセフソン素子の製造方法。
15. The predetermined depth of the concave groove in the thin film is 10 times or less than the distance between the block layers of the high temperature oxide superconductor formed in the superconductor thin film forming step. A method of manufacturing a tunnel type Josephson device according to claim 13.
【請求項16】 前記超電導体薄膜形成工程の前に、 前記基板の主面部を、第1の平面部と第2の平面部とに
分割すると共に、前記第1の平面部と前記第2の平面部
との間に、前記基板の主面に対して15度以上且つ75
度以下の角度を有し、前記第1の平面部と前記第2の平
面部とをつなぐ斜面部を形成する斜面部形成工程を含
み、 前記超電導体薄膜形成工程は、前記基板の主面上に前記
斜面部の高さよりも小さい膜厚を有する酸化物高温超電
導体よりなる薄膜を全面的に形成する工程を含み、 前記単結晶粒形成工程は、前記薄膜における前記基板の
前記斜面部の上側部分を含む領域に前記単結晶粒を形成
した後、該単結晶粒の前記斜面部に前記単結晶粒よりな
る帯状部を前記斜面部の傾斜方向に形成する工程を含
み、 前記第1の電極形成工程は、前記第1の平面部に、前記
単結晶粒における前記第1の平面部と電気的に接続する
前記第1の電極を形成する工程を含み、 前記第2の電極形成工程は、前記第2の平面部に、前記
単結晶粒における前記第2の平面部と電気的に接続する
前記第2の電極を形成する工程を含むことを特徴とする
請求項5又は6に記載のトンネル型ジョセフソン素子の
製造方法。
16. The main surface portion of the substrate is divided into a first flat surface portion and a second flat surface portion, and the first flat surface portion and the second flat surface portion are formed before the step of forming the superconductor thin film. Between the plane part and the main surface of the substrate, 15 degrees or more and 75
A slope portion forming step of forming a slope portion connecting the first flat surface portion and the second flat surface portion with an angle of less than or equal to 5 degrees, wherein the superconductor thin film forming step is performed on the main surface of the substrate. Including a step of forming a thin film of an oxide high-temperature superconductor having a film thickness smaller than the height of the inclined surface on the whole surface, wherein the single crystal grain forming step is above the inclined surface of the substrate in the thin film. After forming the single crystal grain in a region including a portion, including a step of forming a band-shaped portion made of the single crystal grain in the slope portion of the single crystal grain in the inclination direction of the slope portion, the first electrode The forming step includes a step of forming, on the first flat surface portion, the first electrode electrically connected to the first flat surface portion of the single crystal grain, and the second electrode forming step, The second flat portion of the single crystal grain is provided on the second flat portion. 7. The method of manufacturing a tunnel type Josephson device according to claim 5, further comprising the step of forming the second electrode electrically connected to the surface portion.
【請求項17】 前記超電導体薄膜形成工程の前に、 前記基板の主面部を、第1の平面部と第2の平面部とに
分割すると共に、前記第1の平面部と前記第2の平面部
との間に、前記第1の平面部と前記第2の平面部とを画
する突起部を形成する突起部形成工程を含み、 前記超電導体薄膜形成工程は、前記基板の主面上に前記
突起部の高さよりも小さい膜厚を有する酸化物高温超電
導体よりなる薄膜を全面的に形成する工程を含み、 前記単結晶粒形成工程は、前記基板の主面上における前
記突起部を含む領域に前記単結晶粒を形成した後、前記
単結晶粒における前記突起部を跨ぐ領域に前記単結晶粒
よりなる帯状部を形成する工程を含み、 前記第1の電極形成工程は、前記第1の平面部に、前記
単結晶粒における前記第1の平面部と電気的に接続する
前記第1の電極を形成する工程を含み、 前記第2の電極形成工程は、前記第2の平面部に、前記
単結晶粒における前記第2の平面部と電気的に接続する
前記第2の電極を形成する工程を含むことを特徴とする
請求項5又は6に記載のトンネル型ジョセフソン素子の
製造方法。
17. The main surface portion of the substrate is divided into a first flat surface portion and a second flat surface portion, and the first flat surface portion and the second flat surface portion are formed before the step of forming the superconductor thin film. A step of forming a protrusion that separates the first flat portion and the second flat portion between the flat portion and the flat portion, wherein the superconductor thin film forming step is performed on the main surface of the substrate. A step of forming a thin film of an oxide high-temperature superconductor having a film thickness smaller than the height of the protrusion on the whole surface, wherein the single crystal grain forming step includes forming the protrusion on the main surface of the substrate. After forming the single crystal grains in the region containing, including a step of forming a band-shaped portion made of the single crystal grains in a region straddling the protrusion in the single crystal grains, the first electrode forming step, Electrically connected to the first plane portion of the single crystal grain on the first plane portion. The step of forming the first electrode that continues, the second electrode forming step includes the step of electrically connecting the second plane portion to the second plane portion of the single crystal grain. 7. The method for manufacturing a tunnel type Josephson device according to claim 5, further comprising the step of forming two electrodes.
【請求項18】 前記超電導体薄膜形成工程における前
記酸化物高温超電導体は、Bi(ビスマス),Sr(ス
トロンチウム),Ca(カルシウム),Cu(銅)及び
O(酸素)を含む化合物であることを特徴とする請求項
5〜17のいずれか1項に記載のトンネル型ジョセフソ
ン素子の製造方法。
18. The high temperature oxide superconductor in the step of forming a superconductor thin film is a compound containing Bi (bismuth), Sr (strontium), Ca (calcium), Cu (copper) and O (oxygen). 18. The method for manufacturing a tunnel type Josephson device according to claim 5, further comprising:
JP8238163A 1995-09-28 1996-09-09 Tunnel type josephson device and its manufacture Withdrawn JPH09266331A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8238163A JPH09266331A (en) 1995-09-28 1996-09-09 Tunnel type josephson device and its manufacture

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25122895 1995-09-28
JP7-251228 1995-09-28
JP8-11428 1996-01-26
JP1142896 1996-01-26
JP8238163A JPH09266331A (en) 1995-09-28 1996-09-09 Tunnel type josephson device and its manufacture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09266331A true JPH09266331A (en) 1997-10-07

Family

ID=27279412

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8238163A Withdrawn JPH09266331A (en) 1995-09-28 1996-09-09 Tunnel type josephson device and its manufacture

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09266331A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2907832B2 (en) Superconducting device and manufacturing method thereof
EP0329603B1 (en) Grain boundary junction devices using high-tc superconductors
JP3278638B2 (en) High-temperature superconducting Josephson junction and method of manufacturing the same
US5981443A (en) Method of manufacturing a high temperature superconducting Josephson device
US5821556A (en) Superconductive junction
JPH03228384A (en) Superconducting element
JP3189403B2 (en) Element having superconducting junction and method of manufacturing the same
JPH0714079B2 (en) Oxide superconducting three-terminal device
JP2500302B2 (en) Superconducting element and superconducting circuit
JPH09266331A (en) Tunnel type josephson device and its manufacture
US5856204A (en) Tunnel-type Josephson element and method for manufacturing the same
EP0597663B1 (en) Process of producing a Josephson junction
JPH104223A (en) Oxide superconducting josephson element
JPH09260734A (en) Composite substrate and manufacture thereof
JPH04275470A (en) Product composed of superconductor/insulator structure and manufacture of said product
JPH09121064A (en) High temperature superconducting josephson junction device
JPH1174573A (en) Superconductinc element circuit, its manufacture and superconducting device
JP3076503B2 (en) Superconducting element and method of manufacturing the same
JPH0936449A (en) Josephson element
JP2544390B2 (en) Oxide superconducting integrated circuit
JP3379533B2 (en) Method for manufacturing superconducting device
JP2831918B2 (en) Superconducting element manufacturing method
JP2909455B1 (en) Superconducting element
JPH05251773A (en) Josephson element and manufacture thereof
JPH04332180A (en) Josephson element

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: 20031202