JPH09331084A - 酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子 - Google Patents
酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子Info
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- JPH09331084A JPH09331084A JP8145540A JP14554096A JPH09331084A JP H09331084 A JPH09331084 A JP H09331084A JP 8145540 A JP8145540 A JP 8145540A JP 14554096 A JP14554096 A JP 14554096A JP H09331084 A JPH09331084 A JP H09331084A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】格子整合トンネルバリア絶縁体層を使用するこ
とにより、超伝導体薄膜／トンネルバリア絶縁体層／超
伝導体薄膜の界面に発生する格子不整合に起因する超伝
導体薄膜へのストレスの低減、さらには超伝導特性の劣
化を軽減できる酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子構
造を提供する。 【解決手段】ａ軸が基板主面に対して配向し、かつ、ｃ
軸が膜面内で配向している第１のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏ
x（Ｌｎ：Ｙおよびランタニド元素のうちの少なくとも
１種の元素）で示される組成の酸化物超伝導体薄膜と、
Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）で示される
組成の絶縁体薄膜と、ａ軸が基板主面に対して配向し、
かつ、ｃ軸が膜面内で配向している第２のＬｎＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏxで示される組成の酸化物超伝導体薄膜とを、基板
側より順次積層して酸化物超伝導体ジョセフソン接合素
子とする。
とにより、超伝導体薄膜／トンネルバリア絶縁体層／超
伝導体薄膜の界面に発生する格子不整合に起因する超伝
導体薄膜へのストレスの低減、さらには超伝導特性の劣
化を軽減できる酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子構
造を提供する。 【解決手段】ａ軸が基板主面に対して配向し、かつ、ｃ
軸が膜面内で配向している第１のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏ
x（Ｌｎ：Ｙおよびランタニド元素のうちの少なくとも
１種の元素）で示される組成の酸化物超伝導体薄膜と、
Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）で示される
組成の絶縁体薄膜と、ａ軸が基板主面に対して配向し、
かつ、ｃ軸が膜面内で配向している第２のＬｎＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏxで示される組成の酸化物超伝導体薄膜とを、基板
側より順次積層して酸化物超伝導体ジョセフソン接合素
子とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は酸化物超伝導体の接
合構造に係り、さらに詳しくは、ａ軸方向への超伝導電
流のトンネルを用いたＬｎＢ2Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙおよ
びランタニド元素のうちの少なくとも１種の元素）で示
される組成の酸化物超伝導体薄膜（Ｓ）／バリア層
（Ｉ）／ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx酸化物超伝導体薄膜（Ｓ）
のＳＩＳ接合を持つトンネル型ジョセフソン接合素子に
関する。
合構造に係り、さらに詳しくは、ａ軸方向への超伝導電
流のトンネルを用いたＬｎＢ2Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙおよ
びランタニド元素のうちの少なくとも１種の元素）で示
される組成の酸化物超伝導体薄膜（Ｓ）／バリア層
（Ｉ）／ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx酸化物超伝導体薄膜（Ｓ）
のＳＩＳ接合を持つトンネル型ジョセフソン接合素子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】１９８６年に発見されたＬａ2-xＭxＣｕ
Ｏ4（Ｍ：Ｓｒ、Ｂａ、０＜ｘ＜１）は、超伝導転移温
度が３０〜４０Ｋと従来の金属超伝導体のＴCと比較し
て著しく高いことから、酸化物超伝導体の探索が進めら
れ、ＴC〜９０Ｋを有するＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx酸化物超伝
導体（Ｌｎ：Ｙおよびランタニド元素）、ＴC〜１１０
Ｋを有するＢｉＳｒＣａＣｕＯx系酸化物超伝導体、ＴC
〜１２０Ｋを有するＴｌＢａＣａＣｕＯx系酸化物超伝
導体、ＴC〜１６０Ｋを有するＨｇＢａＣａＣｕＯx系酸
化物超伝導体の発見が相次いでいる。酸化物高温超伝導
体の電子デバイスへの応用を目指した研究は、現在さま
ざまな研究機関で進められている。中でも、酸化物超伝
導体のＳＩＳトンネル接合は、電子デバイスへの応用に
向けた最重要項目であり、積層構造を持つＳＩＳトンネ
ル接合の研究が盛んに行われている。酸化物超伝導体の
ＳＩＳトンネル接合の実現には、結晶性に優れ（格子欠
陥の無い）、表面平坦性に優れた酸化物超伝導体薄膜を
形成することが必須の条件となる。また、酸化物超伝導
体は強い異方性を持ち、中でもコヒーレンス長は、その
ａ軸方向が長く、ｃ軸方向に極端に短いという特徴があ
る。このように、コヒーレンス長の異方性の大きい超伝
導体薄膜を用いて、ＳＩＳトンネル接合を形成する際に
は、コヒーレンス長の長いａ軸方位が接合面に対して垂
直方向に向いている下部電極の形成が望ましい。これ
は、積層型構造を持つ酸化物超伝導体ＳＩＳ接合の電極
には、ａ軸配向のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜が適当である
ことを意味しており、結晶性、表面平坦性に優れたａ軸
配向の酸化物超伝導体薄膜の形成が最重要課題であるこ
とを示している。従来、ａ軸配向のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄
膜の形成を目的として、例えば、ＳｒＴｉＯ3（１０
０）バルク単結晶基板上へ、ａ軸配向のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
x薄膜の形成が行われてきた。しかしながら、これらの
ａ軸配向膜は、そのｃ軸が基板面内で９０°ランダムに
配向しており、かつ低い基板温度で形成されるために、
結晶性に劣り、ＳＩＳ接合の電極としては不適当なもの
であった。このため、本発明者らはＡＢ′ＢＯ4型〔A：
（+2価）、B′：（+3価）、B：（+3価）の元素よりなる
Ｋ2ＮｉＦ4型結晶構造〕基板であるＳｒＬａＧａＯ4組
成で（１００）配向の基板上に、セルフテンプレート法
を用いて、そのｃ軸が基板面内で一方向に配向してい
る、ｃ軸面内配列、ａ軸配向のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx超伝導
体薄膜の形成に成功した〔Mukaida等、APL63（1993）99
9.〕。
Ｏ4（Ｍ：Ｓｒ、Ｂａ、０＜ｘ＜１）は、超伝導転移温
度が３０〜４０Ｋと従来の金属超伝導体のＴCと比較し
て著しく高いことから、酸化物超伝導体の探索が進めら
れ、ＴC〜９０Ｋを有するＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx酸化物超伝
導体（Ｌｎ：Ｙおよびランタニド元素）、ＴC〜１１０
Ｋを有するＢｉＳｒＣａＣｕＯx系酸化物超伝導体、ＴC
〜１２０Ｋを有するＴｌＢａＣａＣｕＯx系酸化物超伝
導体、ＴC〜１６０Ｋを有するＨｇＢａＣａＣｕＯx系酸
化物超伝導体の発見が相次いでいる。酸化物高温超伝導
体の電子デバイスへの応用を目指した研究は、現在さま
ざまな研究機関で進められている。中でも、酸化物超伝
導体のＳＩＳトンネル接合は、電子デバイスへの応用に
向けた最重要項目であり、積層構造を持つＳＩＳトンネ
ル接合の研究が盛んに行われている。酸化物超伝導体の
ＳＩＳトンネル接合の実現には、結晶性に優れ（格子欠
陥の無い）、表面平坦性に優れた酸化物超伝導体薄膜を
形成することが必須の条件となる。また、酸化物超伝導
体は強い異方性を持ち、中でもコヒーレンス長は、その
ａ軸方向が長く、ｃ軸方向に極端に短いという特徴があ
る。このように、コヒーレンス長の異方性の大きい超伝
導体薄膜を用いて、ＳＩＳトンネル接合を形成する際に
は、コヒーレンス長の長いａ軸方位が接合面に対して垂
直方向に向いている下部電極の形成が望ましい。これ
は、積層型構造を持つ酸化物超伝導体ＳＩＳ接合の電極
には、ａ軸配向のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜が適当である
ことを意味しており、結晶性、表面平坦性に優れたａ軸
配向の酸化物超伝導体薄膜の形成が最重要課題であるこ
とを示している。従来、ａ軸配向のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄
膜の形成を目的として、例えば、ＳｒＴｉＯ3（１０
０）バルク単結晶基板上へ、ａ軸配向のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
x薄膜の形成が行われてきた。しかしながら、これらの
ａ軸配向膜は、そのｃ軸が基板面内で９０°ランダムに
配向しており、かつ低い基板温度で形成されるために、
結晶性に劣り、ＳＩＳ接合の電極としては不適当なもの
であった。このため、本発明者らはＡＢ′ＢＯ4型〔A：
（+2価）、B′：（+3価）、B：（+3価）の元素よりなる
Ｋ2ＮｉＦ4型結晶構造〕基板であるＳｒＬａＧａＯ4組
成で（１００）配向の基板上に、セルフテンプレート法
を用いて、そのｃ軸が基板面内で一方向に配向してい
る、ｃ軸面内配列、ａ軸配向のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx超伝導
体薄膜の形成に成功した〔Mukaida等、APL63（1993）99
9.〕。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したｃ軸面内配
列、ａ軸配向のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx超伝導体薄膜の作製に
は、テンプレート法が不可欠であった。セルフテンプレ
ート法においては、ｃ軸面内配列、ａ軸配向のＹＢａ2
Ｃｕ3Ｏx超伝導体薄膜を得るための作製条件として、例
えば、基板温度、酸素圧力、酸素流量、セルフテンプレ
ート層の膜厚、レーザエネルギ等の条件の範囲が非常に
狭いという問題があり、わずかな条件の違いにより、ｃ
軸配向膜、９０°ドメインを持つａ軸配向膜が成長する
という問題があり、また、この薄膜を用いてＳＩＳ接合
を構成すると、上部電極と絶縁体層の間に、セルフテン
プレート層が必ず存在し、このセルフテンプレート層の
劣った結晶性によりＳＩＳ接合特性が劣化するという問
題がある。このため、バッファ層としてａ軸配向のＰｒ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜を用いる方法が提案されたが、ｃ軸
面内配向、ａ軸配向のＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜を成長さ
せる条件として、ｃ軸面内配向、ａ軸配向のＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏx薄膜の場合と同様に作製条件の範囲が非常に狭い
という問題がある。さらに、ＳＩＳ接合の作製を考えた
場合に、トンネル絶縁体層と上部電極超伝導体層の間
に、ａ軸配向のＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏxバッファ層を用いる
と、超伝導電極間の距離が長くなり過ぎ、超伝導電流が
超伝導電極間をトンネルできないという致命的な問題が
ある。また、格子不整合の大きい下地基板上に超伝導体
薄膜を成長させると、界面で格子不整合を緩和するため
のミスフィット転位が発生し、超伝導特性を劣化させる
という問題がある。
列、ａ軸配向のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx超伝導体薄膜の作製に
は、テンプレート法が不可欠であった。セルフテンプレ
ート法においては、ｃ軸面内配列、ａ軸配向のＹＢａ2
Ｃｕ3Ｏx超伝導体薄膜を得るための作製条件として、例
えば、基板温度、酸素圧力、酸素流量、セルフテンプレ
ート層の膜厚、レーザエネルギ等の条件の範囲が非常に
狭いという問題があり、わずかな条件の違いにより、ｃ
軸配向膜、９０°ドメインを持つａ軸配向膜が成長する
という問題があり、また、この薄膜を用いてＳＩＳ接合
を構成すると、上部電極と絶縁体層の間に、セルフテン
プレート層が必ず存在し、このセルフテンプレート層の
劣った結晶性によりＳＩＳ接合特性が劣化するという問
題がある。このため、バッファ層としてａ軸配向のＰｒ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜を用いる方法が提案されたが、ｃ軸
面内配向、ａ軸配向のＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜を成長さ
せる条件として、ｃ軸面内配向、ａ軸配向のＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏx薄膜の場合と同様に作製条件の範囲が非常に狭い
という問題がある。さらに、ＳＩＳ接合の作製を考えた
場合に、トンネル絶縁体層と上部電極超伝導体層の間
に、ａ軸配向のＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏxバッファ層を用いる
と、超伝導電極間の距離が長くなり過ぎ、超伝導電流が
超伝導電極間をトンネルできないという致命的な問題が
ある。また、格子不整合の大きい下地基板上に超伝導体
薄膜を成長させると、界面で格子不整合を緩和するため
のミスフィット転位が発生し、超伝導特性を劣化させる
という問題がある。
【０００４】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解決するものであって、格子整合トンネルバリア
絶縁体層を使用することにより、超伝導体薄膜／トンネ
ルバリア絶縁体層／超伝導体薄膜の界面に発生する格子
不整合に起因する超伝導体薄膜へのストレスの低減、さ
らには超伝導特性の劣化を軽減できる酸化物超伝導体ジ
ョセフソン接合素子構造を提供することにある。
題点を解決するものであって、格子整合トンネルバリア
絶縁体層を使用することにより、超伝導体薄膜／トンネ
ルバリア絶縁体層／超伝導体薄膜の界面に発生する格子
不整合に起因する超伝導体薄膜へのストレスの低減、さ
らには超伝導特性の劣化を軽減できる酸化物超伝導体ジ
ョセフソン接合素子構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ＡＢ′Ｂ
Ｏ4構造を持つ、ＳｒＬａＧａＯ4（１００）基板上に、
Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）で示される
Ｇｄ2ＣｕＯ4バッファ層を１００Å成長させた上に、Ｎ
ｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜を、通常、ｃ軸配向となる条件で
成長させたところ、ｃ軸面内配列、ａ軸配向ＮｄＢａ2
Ｃｕ3Ｏx超伝導体薄膜が成長することを本発明者らは見
出し、さらに、上記薄膜界面でミスフィット転位が発生
していないことを透過電子顕微鏡で確認し本発明をなす
に至ったものである。本発明は上記目的を達成するため
に、基本的には、ｃ軸面内配列、ａ軸配向のＬｎＢａ2
Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙおよびランタニド元素のうちの少な
くとも１種の元素）超伝導体層と格子整合するＬｎ′2
ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）を絶縁体層とする
ものである。すなわち、代表例として、Ｇｄ2ＣｕＯ4絶
縁体層上に、ｃ軸面内配列、ａ軸配向のＮｄＢａ2Ｃｕ3
Ｏx超伝導体薄膜を設けたＳＩＳ接合を有する酸化物超
伝導体ジョセフソン接合素子とするものである。本発明
の酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子は、具体的に
は、特許請求の範囲に記載のような構成とするものであ
る。すなわち、本発明は請求項１に記載のように、ａ軸
が基板主面に対して配向し、かつ、ｃ軸が膜面内で配向
している第１のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙおよびラ
ンタニド元素のうちの少なくとも１種の元素）で示され
る組成の酸化物超伝導体薄膜と、Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌ
ｎ′：ランタニド元素）で示される組成の絶縁体薄膜
と、ａ軸が基板主面に対して配向し、かつ、ｃ軸が膜面
内で配向している第２のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙ
およびランタニド元素のうちの少なくとも１種の元素）
で示される組成の酸化物超伝導体薄膜とを、基板側より
順次積層した構造の酸化物超伝導体ジョセフソン接合素
子とするものである。このような構成とすることによ
り、超伝導体薄膜／トンネルバリア絶縁体層／超伝導体
薄膜の界面における結晶性が良くなり、超伝導特性の良
い接合を実現することができる。さらに、格子整合性が
良くなるため、接合界面にミスフィット転位の発生がな
く、超伝導特性の劣化を低減できる効果がある。また、
本発明は請求項２に記載のように、ｃ軸が基板主面に対
して配向している第１のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙ
およびランタニド元素のうちの少なくとも１種の元素）
の組成で示される酸化物超伝導体薄膜を基板上の一部の
領域に形成し、該酸化物超伝導体薄膜の側面上に、Ｌ
ｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）で示される組
成の絶縁体薄膜と、ｃ軸が基板主面に対して配向してい
る第２のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙおよびランタニ
ド元素のうちの少なくとも１種の元素）で示される組成
の酸化物超伝導体薄膜とを順次積層した構造の酸化物超
伝導体ジョセフソン接合素子とするものである。このよ
うな構成とすることにより、上記請求項１と同様に、界
面における結晶性が良くなり、超伝導特性の良い接合を
実現することができ、さらに格子整合性が良くなるので
接合界面にミスフィット転位の発生がなく超伝導特性の
劣化を低減できる効果がある。また、本発明は請求項３
に記載のように、請求項１または請求項２において、Ｌ
ｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙおよびランタニド元素のう
ちの少なくとも１種の元素）で示される組成の酸化物超
伝導体薄膜およびＬｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド
元素）で示される組成の絶縁体薄膜は、上記酸化物超伝
導体薄膜のｂ軸およびｃ軸が、それぞれ上記絶縁体薄膜
のａ軸およびｃ軸と１％以下の格子整合率で整合する構
成とした酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子とするも
のである。このような構成とすることにより、上記請求
項１および請求項２と同様に、界面における結晶性が良
くなるので超伝導特性の良い接合が実現でき、さらに格
子整合性が良くなるため接合界面にミスフィット転位の
発生がなく超伝導特性の劣化を抑制できる効果がある。
また、本発明は請求項４に記載のように、請求項１また
は請求項３において、基板は、Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌ
ｎ′：ランタニド元素）で示される組成で（１００）配
向の絶縁体により構成される酸化物超伝導体ジョセフソ
ン接合素子とするものである。また、本発明は請求項５
に記載のように、請求項１または請求項３において、基
板は、Ｌｎ″2ＣｕＯ4（Ｌｎ″：ランタニド元素）で示
される組成で（１００）配向の絶縁体基板上に、Ｌｎ′
2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）で示される組成で
（１００）配向の絶縁体薄膜をバッファ層として成長さ
せた基板により構成される酸化物超伝導体ジョセフソン
接合素子とするものである。また、本発明は請求項６に
記載のように、請求項１または請求項３において、基板
は、ＡＢ′ＢＯ4構造〔A：（+2価）、B′：（+3価）、
B：（+3価）の元素よりなるＫ2ＮｉＦ4型結晶構造〕の
絶縁体基板上に、Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド
元素）で示される組成で（１００）配向の絶縁体薄膜を
バッファ層として成長させた基板により構成される酸化
物超伝導体ジョセフソン接合素子とするものである。ま
た、本発明は請求項７に記載のように、請求項５におい
て、Ｌｎ″2ＣｕＯ4（Ｌｎ″：ランタニド元素）で示さ
れる組成で（１００）配向の絶縁体基板はＮｄ2ＣｕＯ4
により構成される酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子
とするものである。また、本発明は請求項８に記載のよ
うに、請求項６において、ＡＢ′ＢＯ4構造の絶縁体基
板は、ＳｒＬａＧａＯ4の組成で（１００）配向の基板
により構成される酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子
とするものである。また、本発明は請求項９に記載のよ
うに、請求項１ないし請求項８のいずれか１項におい
て、Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）で示さ
れる組成の絶縁体はＧｄ2ＣｕＯ4により構成される酸化
物超伝導体ジョセフソン接合素子とするものである。ま
た、上記の請求項４ないし請求項９に記載の構成とする
ことにより、上記請求項１ないし請求項３と同様に、超
伝導体薄膜／トンネルバリア絶縁体層／超伝導体薄膜の
界面に生じる大きな格子不整合に起因する超伝導体薄膜
のストレス、さらには超伝導特性の劣化を軽減すること
ができるので、高性能で信頼性の高い酸化物超伝導体ジ
ョセフソン接合素子を実現できる効果がある。
Ｏ4構造を持つ、ＳｒＬａＧａＯ4（１００）基板上に、
Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）で示される
Ｇｄ2ＣｕＯ4バッファ層を１００Å成長させた上に、Ｎ
ｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜を、通常、ｃ軸配向となる条件で
成長させたところ、ｃ軸面内配列、ａ軸配向ＮｄＢａ2
Ｃｕ3Ｏx超伝導体薄膜が成長することを本発明者らは見
出し、さらに、上記薄膜界面でミスフィット転位が発生
していないことを透過電子顕微鏡で確認し本発明をなす
に至ったものである。本発明は上記目的を達成するため
に、基本的には、ｃ軸面内配列、ａ軸配向のＬｎＢａ2
Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙおよびランタニド元素のうちの少な
くとも１種の元素）超伝導体層と格子整合するＬｎ′2
ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）を絶縁体層とする
ものである。すなわち、代表例として、Ｇｄ2ＣｕＯ4絶
縁体層上に、ｃ軸面内配列、ａ軸配向のＮｄＢａ2Ｃｕ3
Ｏx超伝導体薄膜を設けたＳＩＳ接合を有する酸化物超
伝導体ジョセフソン接合素子とするものである。本発明
の酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子は、具体的に
は、特許請求の範囲に記載のような構成とするものであ
る。すなわち、本発明は請求項１に記載のように、ａ軸
が基板主面に対して配向し、かつ、ｃ軸が膜面内で配向
している第１のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙおよびラ
ンタニド元素のうちの少なくとも１種の元素）で示され
る組成の酸化物超伝導体薄膜と、Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌ
ｎ′：ランタニド元素）で示される組成の絶縁体薄膜
と、ａ軸が基板主面に対して配向し、かつ、ｃ軸が膜面
内で配向している第２のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙ
およびランタニド元素のうちの少なくとも１種の元素）
で示される組成の酸化物超伝導体薄膜とを、基板側より
順次積層した構造の酸化物超伝導体ジョセフソン接合素
子とするものである。このような構成とすることによ
り、超伝導体薄膜／トンネルバリア絶縁体層／超伝導体
薄膜の界面における結晶性が良くなり、超伝導特性の良
い接合を実現することができる。さらに、格子整合性が
良くなるため、接合界面にミスフィット転位の発生がな
く、超伝導特性の劣化を低減できる効果がある。また、
本発明は請求項２に記載のように、ｃ軸が基板主面に対
して配向している第１のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙ
およびランタニド元素のうちの少なくとも１種の元素）
の組成で示される酸化物超伝導体薄膜を基板上の一部の
領域に形成し、該酸化物超伝導体薄膜の側面上に、Ｌ
ｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）で示される組
成の絶縁体薄膜と、ｃ軸が基板主面に対して配向してい
る第２のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙおよびランタニ
ド元素のうちの少なくとも１種の元素）で示される組成
の酸化物超伝導体薄膜とを順次積層した構造の酸化物超
伝導体ジョセフソン接合素子とするものである。このよ
うな構成とすることにより、上記請求項１と同様に、界
面における結晶性が良くなり、超伝導特性の良い接合を
実現することができ、さらに格子整合性が良くなるので
接合界面にミスフィット転位の発生がなく超伝導特性の
劣化を低減できる効果がある。また、本発明は請求項３
に記載のように、請求項１または請求項２において、Ｌ
ｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙおよびランタニド元素のう
ちの少なくとも１種の元素）で示される組成の酸化物超
伝導体薄膜およびＬｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド
元素）で示される組成の絶縁体薄膜は、上記酸化物超伝
導体薄膜のｂ軸およびｃ軸が、それぞれ上記絶縁体薄膜
のａ軸およびｃ軸と１％以下の格子整合率で整合する構
成とした酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子とするも
のである。このような構成とすることにより、上記請求
項１および請求項２と同様に、界面における結晶性が良
くなるので超伝導特性の良い接合が実現でき、さらに格
子整合性が良くなるため接合界面にミスフィット転位の
発生がなく超伝導特性の劣化を抑制できる効果がある。
また、本発明は請求項４に記載のように、請求項１また
は請求項３において、基板は、Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌ
ｎ′：ランタニド元素）で示される組成で（１００）配
向の絶縁体により構成される酸化物超伝導体ジョセフソ
ン接合素子とするものである。また、本発明は請求項５
に記載のように、請求項１または請求項３において、基
板は、Ｌｎ″2ＣｕＯ4（Ｌｎ″：ランタニド元素）で示
される組成で（１００）配向の絶縁体基板上に、Ｌｎ′
2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）で示される組成で
（１００）配向の絶縁体薄膜をバッファ層として成長さ
せた基板により構成される酸化物超伝導体ジョセフソン
接合素子とするものである。また、本発明は請求項６に
記載のように、請求項１または請求項３において、基板
は、ＡＢ′ＢＯ4構造〔A：（+2価）、B′：（+3価）、
B：（+3価）の元素よりなるＫ2ＮｉＦ4型結晶構造〕の
絶縁体基板上に、Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド
元素）で示される組成で（１００）配向の絶縁体薄膜を
バッファ層として成長させた基板により構成される酸化
物超伝導体ジョセフソン接合素子とするものである。ま
た、本発明は請求項７に記載のように、請求項５におい
て、Ｌｎ″2ＣｕＯ4（Ｌｎ″：ランタニド元素）で示さ
れる組成で（１００）配向の絶縁体基板はＮｄ2ＣｕＯ4
により構成される酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子
とするものである。また、本発明は請求項８に記載のよ
うに、請求項６において、ＡＢ′ＢＯ4構造の絶縁体基
板は、ＳｒＬａＧａＯ4の組成で（１００）配向の基板
により構成される酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子
とするものである。また、本発明は請求項９に記載のよ
うに、請求項１ないし請求項８のいずれか１項におい
て、Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）で示さ
れる組成の絶縁体はＧｄ2ＣｕＯ4により構成される酸化
物超伝導体ジョセフソン接合素子とするものである。ま
た、上記の請求項４ないし請求項９に記載の構成とする
ことにより、上記請求項１ないし請求項３と同様に、超
伝導体薄膜／トンネルバリア絶縁体層／超伝導体薄膜の
界面に生じる大きな格子不整合に起因する超伝導体薄膜
のストレス、さらには超伝導特性の劣化を軽減すること
ができるので、高性能で信頼性の高い酸化物超伝導体ジ
ョセフソン接合素子を実現できる効果がある。
【０００６】
〈実施の形態１〉図１に、本実施の形態で例示する酸化
物超伝導体ジョセフソン接合素子の構成を示す。１は、
例えばＬｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）組成
で（１００）配向の基板を示し、ここでは組成がＮｄ2
ＣｕＯ4で（１００）配向の基板、２はｃ軸面内配列、
ａ軸配向のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏxで示される組成の下部電
極超伝導体薄膜、ここでは組成がＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏxの
酸化物超伝導体、３はＬｎ′2ＣｕＯ4組成の極薄い薄膜
よりなるトンネルバリア層、ここでは組成がＧｄ2Ｃｕ
Ｏ4のトンネルバリア層、４はｃ軸面内配列、ａ軸配向
のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏxで示される組成の上部電極超伝導
体薄膜、ここでは組成がＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏxの酸化物超
伝導体である。なお、ここで本実施の形態の説明の前
に、ＡＢ′ＢＯ4型材料、Ｌｎ′2ＣｕＯ4型材料および
ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏxで示される組成の酸化物超伝導体の
薄膜成長温度における格子定数の整合性について、図２
を用いて説明する。図２は、横軸に材料のａ（ｂ）軸の
長さ（Å）、縦軸に材料のｃ軸の長さ（Å）を示し、上
記各材料の格子定数の整合性を示す。ここでは、図の煩
雑さを避けるために、ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx超伝導酸化物
についてはＹＢａ2Ｃｕ3ＯxとＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏxのみと
し、Ｌｎ′2ＣｕＯ4については、Ｇｄ2ＣｕＯ4とＮｄ2
ＣｕＯ4のみとした。なお、図２中に示す○印はＡＢ′
ＢＯ4型結晶材料、□印はＬｎ′2ＣｕＯ4型材料、●印
はＬｎＢａ2Ｃｕ3ＯX型超伝導体、△印はＡＢＯ3型立方
晶ペロブスカイトを示す。図２から明らかなように、Ｓ
ｒＬａＧａＯ4上にａ軸配向ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜を成長
させようとすると、基板に対する成長する薄膜のａ軸、
およびｃ軸の格子不整合率が非常に大きいことが分か
る。すなわち、ａ軸配向のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜の成長
が難しいことになる。一方、Ｇｄ２ＣｕＯ4と、ａ軸配
向のＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏxの関係を見ると、Ｇｄ2ＣｕＯ4
と、ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏxのａ軸およびｃ軸はほぼ一致
（格子不整合率０.５％以下）しており、それぞれのｃ
軸長も近い。すなわち、格子整合性が良いためＧｄ2Ｃ
ｕＯ4（１００）配向の薄膜上に、ａ軸配向のＮｄＢａ2
Ｃｕ3Ｏx酸化物超伝導体薄膜が成長しやすいことを示し
ている。本発明者らは、実際に、基板温度７００℃、酸
素圧力４００mTorr（mmHg／10）の条件で、ＮｄＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏx薄膜上にＧｄ2ＣｕＯ4極薄膜を１００Å成長さ
せ、さらに、その上にＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜を、通常
のＭｇＯ基板等の上ではｃ軸配向となる条件で成長させ
たところ、下部超伝導体薄膜の軸関係を、Ｇｄ2ＣｕＯ4
極薄膜、上部超伝導体薄膜がそのまま引継ぎ、下部超伝
導体薄膜のｂ軸方向には、それぞれの薄膜のｂ軸が、下
部超伝導体薄膜のｃ軸方向には、それぞれの薄膜のｃ軸
がエピタキシャル成長することを見出した。通常の場合
は、ｃ軸配向膜となる成膜条件でありながら、ａ軸配向
のＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx超伝導体薄膜が成長しており、本
発明の高温成膜によって、従来の低温成膜における結晶
性の劣化の問題を解決することができる。図１に示す、
本発明のｂ、ｃ軸整合した酸化物超伝導体と絶縁体との
組み合わせを用いることにより、基板上での薄膜の成膜
温度を低下させることなく、高温で超伝導体／絶縁体／
超伝導体接合を実現できるため、界面における結晶性が
良くなり、超伝導特性の良い接合を実現することができ
る。さらに、格子整合性が良くなるため、接合界面にミ
スフィット転位の発生が無く、超伝導特性の劣化を低減
できる効果がある。本実施の形態では、Ｌｎ′2ＣｕＯ4
として、ランタニド元素を１種類を挙げて説明したが、
Ｌｎの固溶体系である、例えばＮｄ2-xＣｅxＣｕＯ4の
ように、Ｌｎとしてランタノイドを２種類以上用いた場
合も上記と同様の効果を得ることができた。
物超伝導体ジョセフソン接合素子の構成を示す。１は、
例えばＬｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）組成
で（１００）配向の基板を示し、ここでは組成がＮｄ2
ＣｕＯ4で（１００）配向の基板、２はｃ軸面内配列、
ａ軸配向のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏxで示される組成の下部電
極超伝導体薄膜、ここでは組成がＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏxの
酸化物超伝導体、３はＬｎ′2ＣｕＯ4組成の極薄い薄膜
よりなるトンネルバリア層、ここでは組成がＧｄ2Ｃｕ
Ｏ4のトンネルバリア層、４はｃ軸面内配列、ａ軸配向
のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏxで示される組成の上部電極超伝導
体薄膜、ここでは組成がＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏxの酸化物超
伝導体である。なお、ここで本実施の形態の説明の前
に、ＡＢ′ＢＯ4型材料、Ｌｎ′2ＣｕＯ4型材料および
ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏxで示される組成の酸化物超伝導体の
薄膜成長温度における格子定数の整合性について、図２
を用いて説明する。図２は、横軸に材料のａ（ｂ）軸の
長さ（Å）、縦軸に材料のｃ軸の長さ（Å）を示し、上
記各材料の格子定数の整合性を示す。ここでは、図の煩
雑さを避けるために、ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx超伝導酸化物
についてはＹＢａ2Ｃｕ3ＯxとＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏxのみと
し、Ｌｎ′2ＣｕＯ4については、Ｇｄ2ＣｕＯ4とＮｄ2
ＣｕＯ4のみとした。なお、図２中に示す○印はＡＢ′
ＢＯ4型結晶材料、□印はＬｎ′2ＣｕＯ4型材料、●印
はＬｎＢａ2Ｃｕ3ＯX型超伝導体、△印はＡＢＯ3型立方
晶ペロブスカイトを示す。図２から明らかなように、Ｓ
ｒＬａＧａＯ4上にａ軸配向ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜を成長
させようとすると、基板に対する成長する薄膜のａ軸、
およびｃ軸の格子不整合率が非常に大きいことが分か
る。すなわち、ａ軸配向のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏｘ薄膜の成長
が難しいことになる。一方、Ｇｄ２ＣｕＯ4と、ａ軸配
向のＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏxの関係を見ると、Ｇｄ2ＣｕＯ4
と、ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏxのａ軸およびｃ軸はほぼ一致
（格子不整合率０.５％以下）しており、それぞれのｃ
軸長も近い。すなわち、格子整合性が良いためＧｄ2Ｃ
ｕＯ4（１００）配向の薄膜上に、ａ軸配向のＮｄＢａ2
Ｃｕ3Ｏx酸化物超伝導体薄膜が成長しやすいことを示し
ている。本発明者らは、実際に、基板温度７００℃、酸
素圧力４００mTorr（mmHg／10）の条件で、ＮｄＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏx薄膜上にＧｄ2ＣｕＯ4極薄膜を１００Å成長さ
せ、さらに、その上にＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜を、通常
のＭｇＯ基板等の上ではｃ軸配向となる条件で成長させ
たところ、下部超伝導体薄膜の軸関係を、Ｇｄ2ＣｕＯ4
極薄膜、上部超伝導体薄膜がそのまま引継ぎ、下部超伝
導体薄膜のｂ軸方向には、それぞれの薄膜のｂ軸が、下
部超伝導体薄膜のｃ軸方向には、それぞれの薄膜のｃ軸
がエピタキシャル成長することを見出した。通常の場合
は、ｃ軸配向膜となる成膜条件でありながら、ａ軸配向
のＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx超伝導体薄膜が成長しており、本
発明の高温成膜によって、従来の低温成膜における結晶
性の劣化の問題を解決することができる。図１に示す、
本発明のｂ、ｃ軸整合した酸化物超伝導体と絶縁体との
組み合わせを用いることにより、基板上での薄膜の成膜
温度を低下させることなく、高温で超伝導体／絶縁体／
超伝導体接合を実現できるため、界面における結晶性が
良くなり、超伝導特性の良い接合を実現することができ
る。さらに、格子整合性が良くなるため、接合界面にミ
スフィット転位の発生が無く、超伝導特性の劣化を低減
できる効果がある。本実施の形態では、Ｌｎ′2ＣｕＯ4
として、ランタニド元素を１種類を挙げて説明したが、
Ｌｎの固溶体系である、例えばＮｄ2-xＣｅxＣｕＯ4の
ように、Ｌｎとしてランタノイドを２種類以上用いた場
合も上記と同様の効果を得ることができた。
【０００７】〈実施の形態２〉図３に、本実施の形態で
例示する酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子の構成を
示す。図において、１′は、例えばＬｎ″2ＣｕＯ4組成
の（１００）配向の基板、ここではＮｄ2ＣｕＯ4組成で
（１００）配向の基板、２はｃ軸面内配列、ａ軸配向の
ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏxで示される組成の下部電極超伝導体
薄膜、ここでは、ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx組成の酸化物超伝
導体薄膜、３はＬｎ′2ＣｕＯ4極薄膜トンネルバリア
層、ここではＧｄ2ＣｕＯ4組成のトンネルバリア層、４
はｃ軸面内配列、ａ軸配向のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx組成の
上部電極超伝導体薄膜、ここではＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx組
成の酸化物超伝導体薄膜、５はＬｎ′2ＣｕＯ4組成の極
薄い膜厚のバッファ層、ここではＧｄ2ＣｕＯ4組成のバ
ッファ層である。本実施の形態は、上記実施の形態１の
下部超伝導電極の下地材料として格子整合性の良いＧｄ
2ＣｕＯ4バッファ層５を挿入した点以外は、すべて実施
の形態１と同樣である。この格子整合性の良いＧｄ2Ｃ
ｕＯ4バッファ層により、下部電極超伝導体薄膜の作製
において、セルフテンプレート等の結晶性の悪い薄膜を
用いることなく、成長初期より高品質の酸化物超伝導体
薄膜を作製することができる。
例示する酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子の構成を
示す。図において、１′は、例えばＬｎ″2ＣｕＯ4組成
の（１００）配向の基板、ここではＮｄ2ＣｕＯ4組成で
（１００）配向の基板、２はｃ軸面内配列、ａ軸配向の
ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏxで示される組成の下部電極超伝導体
薄膜、ここでは、ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx組成の酸化物超伝
導体薄膜、３はＬｎ′2ＣｕＯ4極薄膜トンネルバリア
層、ここではＧｄ2ＣｕＯ4組成のトンネルバリア層、４
はｃ軸面内配列、ａ軸配向のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx組成の
上部電極超伝導体薄膜、ここではＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx組
成の酸化物超伝導体薄膜、５はＬｎ′2ＣｕＯ4組成の極
薄い膜厚のバッファ層、ここではＧｄ2ＣｕＯ4組成のバ
ッファ層である。本実施の形態は、上記実施の形態１の
下部超伝導電極の下地材料として格子整合性の良いＧｄ
2ＣｕＯ4バッファ層５を挿入した点以外は、すべて実施
の形態１と同樣である。この格子整合性の良いＧｄ2Ｃ
ｕＯ4バッファ層により、下部電極超伝導体薄膜の作製
において、セルフテンプレート等の結晶性の悪い薄膜を
用いることなく、成長初期より高品質の酸化物超伝導体
薄膜を作製することができる。
【０００８】〈実施の形態３〉図４に、本実施の形態で
例示する酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子の構成を
示す。６は、例えばＳｒＴｉＯ3組成の（１００）配向
の基板、７はｃ軸配向ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx組成の下部電
極超伝導体薄膜、ここではＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏxを示し、
８はＬｎ′2ＣｕＯ4組成の極薄膜トンネルバリア層、こ
こではＧｄ2ＣｕＯ4組成のトンネルバリア層、９はｃ軸
配向ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏxで示される組成の上部電極超伝
導体薄膜、ここではＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx組成の酸化物超
伝導体薄膜、１０は層間絶縁体層である。次に、本実施
の形態の接合素子の作製方法について説明する。例え
ば、下部電極超伝導体薄膜７および層間絶縁体層１０の
一部をエッチングにより除去するか、もしくは一部のみ
マスクして、基板面内の一部のみに下部電極超伝導体薄
膜７および層間絶縁体層１０を有する積層体を作製す
る。次に、上記積層体上に、トンネルバリア層８、上部
電極超伝導体薄膜９を成長させる。その後、下部電極超
伝導体薄膜７上の上部電極超伝導体薄膜９、層間絶縁体
層１０を除去し、下部電極超伝導体薄膜７からの電流端
子１１を取り出す。本接合構造において、エッジ接合の
接合面となるところのトンネルバリア層が超伝導体薄膜
のｂ軸とｃ軸に格子整合したバリア材料であるため、上
部電極と下部電極との間のトンネルバリア部分で、格子
不整合に付随したミスフィット転位が発生することがな
い。そのため、実施の形態１および実施の形態２と同様
に超伝導特性の劣化を抑制することができる。本発明で
は、超伝導薄膜としてＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜、極薄膜
トンネルバリア層としてＧｄ2ＣｕＯ4薄膜を用いたが、
ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜とＬｎ′2ＣｕＯ4薄膜が、薄膜
成長中のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx超伝導体のｂ軸およびｃ軸
がＬｎ′2ＣｕＯ4のａ軸およびｃ軸との格子不整合率
が、多くとも１％以下である組み合わせであれば、上記
実施の形態と同様の効果が得られることを確認してい
る。
例示する酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子の構成を
示す。６は、例えばＳｒＴｉＯ3組成の（１００）配向
の基板、７はｃ軸配向ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx組成の下部電
極超伝導体薄膜、ここではＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏxを示し、
８はＬｎ′2ＣｕＯ4組成の極薄膜トンネルバリア層、こ
こではＧｄ2ＣｕＯ4組成のトンネルバリア層、９はｃ軸
配向ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏxで示される組成の上部電極超伝
導体薄膜、ここではＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx組成の酸化物超
伝導体薄膜、１０は層間絶縁体層である。次に、本実施
の形態の接合素子の作製方法について説明する。例え
ば、下部電極超伝導体薄膜７および層間絶縁体層１０の
一部をエッチングにより除去するか、もしくは一部のみ
マスクして、基板面内の一部のみに下部電極超伝導体薄
膜７および層間絶縁体層１０を有する積層体を作製す
る。次に、上記積層体上に、トンネルバリア層８、上部
電極超伝導体薄膜９を成長させる。その後、下部電極超
伝導体薄膜７上の上部電極超伝導体薄膜９、層間絶縁体
層１０を除去し、下部電極超伝導体薄膜７からの電流端
子１１を取り出す。本接合構造において、エッジ接合の
接合面となるところのトンネルバリア層が超伝導体薄膜
のｂ軸とｃ軸に格子整合したバリア材料であるため、上
部電極と下部電極との間のトンネルバリア部分で、格子
不整合に付随したミスフィット転位が発生することがな
い。そのため、実施の形態１および実施の形態２と同様
に超伝導特性の劣化を抑制することができる。本発明で
は、超伝導薄膜としてＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜、極薄膜
トンネルバリア層としてＧｄ2ＣｕＯ4薄膜を用いたが、
ＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx薄膜とＬｎ′2ＣｕＯ4薄膜が、薄膜
成長中のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx超伝導体のｂ軸およびｃ軸
がＬｎ′2ＣｕＯ4のａ軸およびｃ軸との格子不整合率
が、多くとも１％以下である組み合わせであれば、上記
実施の形態と同様の効果が得られることを確認してい
る。
【０００９】
【発明の効果】本発明の格子整合トンネルバリア絶縁体
層を使用することにより、超伝導体薄膜／トンネルバリ
ア絶縁体層／超伝導体薄膜の界面に発生する大きな格子
不整合に起因する超伝導体薄膜へのストレス、さらには
超伝導特性の劣化を軽減することができるので、高性能
で信頼性の高い酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子を
実現できる効果がある。
層を使用することにより、超伝導体薄膜／トンネルバリ
ア絶縁体層／超伝導体薄膜の界面に発生する大きな格子
不整合に起因する超伝導体薄膜へのストレス、さらには
超伝導特性の劣化を軽減することができるので、高性能
で信頼性の高い酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子を
実現できる効果がある。
【図１】本発明の実施の形態１で例示した酸化物超伝導
体ジョセフソン接合素子の構成を示す模式図。
体ジョセフソン接合素子の構成を示す模式図。
【図２】本発明の実施の形態１で例示した各種の基板、
酸化物超伝導体薄膜および絶縁体薄膜の格子定数の整合
性〔ａ（ｂ）軸の長さとｃ軸の長さの関係〕を示す説明
図。
酸化物超伝導体薄膜および絶縁体薄膜の格子定数の整合
性〔ａ（ｂ）軸の長さとｃ軸の長さの関係〕を示す説明
図。
【図３】本発明の実施の形態２で例示した酸化物超伝導
体ジョセフソン接合素子の構成を示す模式図。
体ジョセフソン接合素子の構成を示す模式図。
【図４】本発明の実施の形態３で例示した酸化物超伝導
体ジョセフソン接合素子の構成を示す模式図。
体ジョセフソン接合素子の構成を示す模式図。
１…Ｌｎ′2ＣｕＯ4（例えば、Ｎｄ2ＣｕＯ4）組成で
（１００）配向の基板 １′…Ｌｎ″2ＣｕＯ4（例えば、Ｎｄ2ＣｕＯ4）組成で
（１００）配向の基板 ２…ｃ軸面内配列、ａ軸配向のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（例
えば、ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx）で示される組成の下部電極
超伝導体薄膜 ３…トンネル絶縁体となるａ軸配向のＬｎ′2ＣｕＯ
4（例えばＧｄ2ＣｕＯ4）で示される組成のトンネルバ
リア層 ４…ｃ軸面内配向、ａ軸配向のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（例
えば、ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx）で示される組成の上部電極
超伝導体薄膜 ５…Ｌｎ′2ＣｕＯ4（例えば、Ｇｄ2ＣｕＯ4）で示され
る組成の極薄いバッファ層 ６…ＳｒＴｉＯ3組成で（１００）配向の基板 ７…ｃ軸配向のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（例えば、ＮｄＢａ2
Ｃｕ3Ｏx）で示される組成の下部電極超伝導体薄膜 ８…トンネル絶縁体となるｃ軸配向のＬｎ′2ＣｕＯ
4（例えば、Ｇｄ2ＣｕＯ4）で示される組成のトンネル
バリア層 ９…ｃ軸配向のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（例えば、ＮｄＢａ2
Ｃｕ3Ｏx）で示される組成の上部電極超伝導体薄膜 １０…層間絶縁体層 １１…電流端子
（１００）配向の基板 １′…Ｌｎ″2ＣｕＯ4（例えば、Ｎｄ2ＣｕＯ4）組成で
（１００）配向の基板 ２…ｃ軸面内配列、ａ軸配向のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（例
えば、ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx）で示される組成の下部電極
超伝導体薄膜 ３…トンネル絶縁体となるａ軸配向のＬｎ′2ＣｕＯ
4（例えばＧｄ2ＣｕＯ4）で示される組成のトンネルバ
リア層 ４…ｃ軸面内配向、ａ軸配向のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（例
えば、ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏx）で示される組成の上部電極
超伝導体薄膜 ５…Ｌｎ′2ＣｕＯ4（例えば、Ｇｄ2ＣｕＯ4）で示され
る組成の極薄いバッファ層 ６…ＳｒＴｉＯ3組成で（１００）配向の基板 ７…ｃ軸配向のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（例えば、ＮｄＢａ2
Ｃｕ3Ｏx）で示される組成の下部電極超伝導体薄膜 ８…トンネル絶縁体となるｃ軸配向のＬｎ′2ＣｕＯ
4（例えば、Ｇｄ2ＣｕＯ4）で示される組成のトンネル
バリア層 ９…ｃ軸配向のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（例えば、ＮｄＢａ2
Ｃｕ3Ｏx）で示される組成の上部電極超伝導体薄膜 １０…層間絶縁体層 １１…電流端子
Claims (9)
- 【請求項１】ａ軸が基板主面に対して配向し、かつ、ｃ
軸が膜面内で配向している第１のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏ
x（Ｌｎ：Ｙおよびランタニド元素のうちの少なくとも
１種の元素）で示される組成の酸化物超伝導体薄膜と、
Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）で示される
組成の絶縁体薄膜と、ａ軸が基板主面に対して配向し、
かつ、ｃ軸が膜面内で配向している第２のＬｎＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙおよびランタニド元素のうちの少なく
とも１種の元素）で示される組成の酸化物超伝導体薄膜
とを、基板側より順次積層してなることを特徴とする酸
化物超伝導体ジョセフソン接合素子。 - 【請求項２】ｃ軸が基板主面に対して配向している第１
のＬｎＢａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙおよびランタニド元素
のうちの少なくとも１種の元素）の組成で示される酸化
物超伝導体薄膜を基板上の一部の領域に形成し、該酸化
物超伝導体薄膜の側面上に、Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：
ランタニド元素）で示される組成の絶縁体薄膜と、ｃ軸
が基板主面に対して配向している第２のＬｎＢａ2Ｃｕ3
Ｏx（Ｌｎ：Ｙおよびランタニド元素のうちの少なくと
も１種の元素）で示される組成の酸化物超伝導体薄膜と
を順次積層してなることを特徴とする酸化物超伝導体ジ
ョセフソン接合素子。 - 【請求項３】請求項１または請求項２において、ＬｎＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏx（Ｌｎ：Ｙおよびランタニド元素のうちの
少なくとも１種の元素）で示される組成の酸化物超伝導
体薄膜およびＬｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元
素）で示される組成の絶縁体薄膜は、上記酸化物超伝導
体薄膜のｂ軸およびｃ軸が、それぞれ上記絶縁体薄膜の
ａ軸およびｃ軸と１％以下の格子整合率で整合する構成
としてなることを特徴とする酸化物超伝導体ジョセフソ
ン接合素子。 - 【請求項４】請求項１または請求項３において、基板
は、Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）で示さ
れる組成で（１００）配向の絶縁体よりなることを特徴
とする酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子。 - 【請求項５】請求項１または請求項３において、基板
は、Ｌｎ″2ＣｕＯ4（Ｌｎ″：ランタニド元素）で示さ
れる組成で（１００）配向の絶縁体基板上に、Ｌｎ′2
ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）で示される組成で
（１００）配向の絶縁体薄膜をバッファ層として成長さ
せた基板よりなることを特徴とする酸化物超伝導体ジョ
セフソン接合素子。 - 【請求項６】請求項１または請求項３において、基板
は、Ｋ2ＮｉＦ4型結晶構造を有するＡＢ′ＢＯ4構造の
絶縁体基板上に、Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド
元素）で示される組成で（１００）配向の絶縁体薄膜を
バッファ層として成長させた基板よりなることを特徴と
する酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子。 - 【請求項７】請求項５において、Ｌｎ″2ＣｕＯ4（Ｌ
ｎ″：ランタニド元素）で示される組成で（１００）配
向の絶縁体基板は、Ｎｄ2ＣｕＯ4よりなることを特徴と
する酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子。 - 【請求項８】請求項６において、ＡＢ′ＢＯ4構造の絶
縁体基板は、ＳｒＬａＧａＯ4の組成で（１００）配向
した基板よりなることを特徴とする酸化物超伝導体ジョ
セフソン接合素子。 - 【請求項９】請求項１ないし請求項８のいずれか１項に
おいて、Ｌｎ′2ＣｕＯ4（Ｌｎ′：ランタニド元素）で
示される組成の絶縁体はＧｄ2ＣｕＯ4よりなることを特
徴とする酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8145540A JPH09331084A (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | 酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8145540A JPH09331084A (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | 酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09331084A true JPH09331084A (ja) | 1997-12-22 |
Family
ID=15387556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8145540A Pending JPH09331084A (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | 酸化物超伝導体ジョセフソン接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09331084A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003086851A (ja) * | 2001-09-11 | 2003-03-20 | Fujitsu Ltd | 低インダクタンス超伝導接合及びその製造方法 |
| JP2012031468A (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導体薄膜の製造方法 |
-
1996
- 1996-06-07 JP JP8145540A patent/JPH09331084A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003086851A (ja) * | 2001-09-11 | 2003-03-20 | Fujitsu Ltd | 低インダクタンス超伝導接合及びその製造方法 |
| JP2012031468A (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導体薄膜の製造方法 |
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