JPH0936446A - Josephson junction device and production thereof - Google Patents

Josephson junction device and production thereof

Info

Publication number
JPH0936446A
JPH0936446A JP7179194A JP17919495A JPH0936446A JP H0936446 A JPH0936446 A JP H0936446A JP 7179194 A JP7179194 A JP 7179194A JP 17919495 A JP17919495 A JP 17919495A JP H0936446 A JPH0936446 A JP H0936446A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
josephson junction
oxide superconductor
superconductor
junction device
insulator
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.)
Pending
Application number
JP7179194A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Isao Yoshida
功 吉田
Masaaki Nemoto
雅昭 根本
Shuichi Yoshikawa
修一 吉川
Masanobu Yoshisato
順信 善里
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric 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 Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP7179194A priority Critical patent/JPH0936446A/en
Publication of JPH0936446A publication Critical patent/JPH0936446A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a Josephson junction device comprising a Josephson junction element having SIS structure formed of an oxide superconductor, an insulator and an oxide superconductor and a suitable production method therefor. SOLUTION: In a Josephson junction device, a Josephson junction element having SIS structure is formed of an oxide superconductor 20 containing Tl or Y and O and an insulator 21 containing Tl or Y and O having composition similar to that of the oxide superconductor 20. The insulator 21 is formed by reforming the surface layer of oxide superconductor 20. The quality, thickness and the like of oxide superconductor 20 are controlled by controlling the lowering rate of temperature in heat treatment. The quality, thickness and the like of insulator 21 are controlled by controlling the concentration of Tl or Y in the heat treatment system.

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】本発明はジョセフソン接合素
子を備えたジョセフソン接合デバイス及びその製造方法
に関する。特に本発明は、高温酸化物超電導体、絶縁体
及び高温酸化物超電導体が順次接合されたジョセフソン
接合素子を備えたジョセフソン接合デバイス、及び前記
ジョセフソン接合素子を実現する好適なジョセフソン接
合デバイスの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Josephson junction device having a Josephson junction element and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a Josephson junction device including a Josephson junction element in which a high temperature oxide superconductor, an insulator and a high temperature oxide superconductor are sequentially joined, and a suitable Josephson junction for realizing the Josephson junction element. The present invention relates to a method of manufacturing a device.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、最も高速動作を要求される論理ゲ
ートにはジョセフソン接合素子が使用され、このジョセ
フソン接合素子は超高速デバイスの実現に不可欠であ
る。ジョセフソン接合素子は超電導体(superconducto
r)、絶縁体(insulator )、超電導体(superconducto
r)が順次接合をなすSIS構造で構成される。ジョセ
フソン接合素子の形成方法としてはステップエッジ接合
を利用する形成方法及びバイクリスタル(双結晶)接合
基板を利用する形成方法が知られている。
2. Description of the Related Art At present, Josephson junction devices are used for logic gates that are required to operate at the highest speed, and these Josephson junction devices are indispensable for realizing ultra-high speed devices. Josephson junction devices are superconducting
r), insulator (insulator), superconductor (superconducto
r) is composed of a SIS structure which is sequentially joined. As a method for forming a Josephson junction element, a formation method using a step edge junction and a formation method using a bicrystal (bicrystal) junction substrate are known.

【0003】前記ステップエッジ接合を利用するジョセ
フソン接合素子の形成方法においては、基板表面の一部
がエッチングされ、基板表面には高さが異なる2つの表
面が形成されるとともに前記2つの表面の間には段差が
形成される。この段差を含む基板表面上にエピタキシャ
ル成長法で超電導体の薄膜が成膜される。基板の高さが
異なる2つの表面上においては各々基板表面の結晶性に
対応した結晶構造で超電導体が形成できる。一方、1つ
の表面と段差との間、他の1つの表面と段差との間の部
分、すなわち段差端(ステップエッジ)においては各々
結晶粒界が形成され、超電導体の組成元素間の結合状態
が不安定になる(弱結合部又はダメージ領域が形成され
る)。通常、段差は段差端間に傾斜面を有し、この傾斜
面には超電導体が形成できる。すなわち、ジョセフソン
接合素子は1つの表面に形成された超電導体、段差端に
形成された弱結合部、段差の傾斜面に形成された超電導
体、段差端に形成された弱結合部及び他の1つの表面に
形成された超電導体を有するSN(N:normal)
SNS構造で構成される。
In the method of forming a Josephson junction element using the step edge junction, a part of the substrate surface is etched, two surfaces having different heights are formed on the substrate surface, and A step is formed between them. A thin film of a superconductor is formed on the surface of the substrate including the step by an epitaxial growth method. A superconductor can be formed on two surfaces having different substrate heights, each having a crystal structure corresponding to the crystallinity of the substrate surface. On the other hand, a grain boundary is formed between one surface and the step, and between the other one surface and the step, that is, at the step edge, and the bond state between the composition elements of the superconductor is formed. Becomes unstable (weakly bonded portions or damaged regions are formed). Usually, the step has an inclined surface between step ends, and a superconductor can be formed on this inclined surface. That is, the Josephson junction device includes a superconductor formed on one surface, a weak coupling portion formed at the step end, a superconductor formed on the inclined surface of the step, a weak coupling portion formed at the step end, and other portions. SN (N: normal) having a superconductor formed on one surface
It is composed of an SNS structure.

【0004】前記バイクリスタル接合基板を利用する形
成方法においては、結晶方位が異なる2枚の単結晶基板
を熱処理で張り合わせたバイクリスタル接合基板が作成
される。バイクリスタル接合基板には2枚の基板の張り
合せ部分に結晶粒界が形成できる。このバイクリスタル
接合基板の表面上に超電導体の薄膜がエピタキシャル成
長で成膜されると、張り合わせられた2枚の基板の各々
の表面上においては基板表面の結晶性に対応した結晶構
造で超電導体が形成できる。一方、2枚の基板を張り合
わせ結晶粒界が形成された部分には前述と同様に弱結合
領域が形成され、この非超電導体が絶縁膜として使用さ
れる。すなわち、ジョセフソン接合素子は張り合わせた
一方の基板に形成された超電導体、結晶粒界に形成され
た弱結合領域及び他の一方の基板に形成された超電導体
を有するSNS構造で構成される。
In the forming method using the bicrystal bonded substrate, a bicrystal bonded substrate is produced by bonding two single crystal substrates having different crystal orientations by heat treatment. In the bicrystal bonded substrate, crystal grain boundaries can be formed at the bonded portions of the two substrates. When a thin film of a superconductor is formed on the surface of this bicrystal bonded substrate by epitaxial growth, the superconductor has a crystal structure corresponding to the crystallinity of the substrate surface on each surface of the two bonded substrates. Can be formed. On the other hand, a weakly-bonded region is formed in a portion where two substrates are bonded and a crystal grain boundary is formed, and this non-superconductor is used as an insulating film. That is, the Josephson junction element has an SNS structure having a superconductor formed on one of the substrates bonded together, a weak coupling region formed on a grain boundary, and a superconductor formed on the other substrate.

【0005】最近、ジョセフソン接合素子の超電導体に
タリウム(Tl)系酸化物超電導体を適用する研究が注
目されている。Tl系酸化物超電導体においては、電流
が流れる結晶表面の抵抗(表面抵抗:Rs)が小さく、
さらに臨界温度(転移温度:Tc)が100Kを超える
高温度での使用が実現できる特徴がある。前記Tl系酸
化物超電導体としては一般的にTlBaCaCuO超電
導体(タリウム- バリウム- カルシウム- 銅- 酸素系超
電導体:TBCCO系超電導体)が使用される。
Recently, attention has been paid to researches in which a thallium (Tl) -based oxide superconductor is applied to a superconductor of a Josephson junction element. In the Tl-based oxide superconductor, the resistance (surface resistance: Rs) of the crystal surface through which the current flows is small,
Furthermore, there is a feature that it can be used at a high temperature with a critical temperature (transition temperature: Tc) exceeding 100K. As the Tl-based oxide superconductor, a TlBaCaCuO superconductor (thallium-barium-calcium-copper-oxygen-based superconductor: TBCCO-based superconductor) is generally used.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

(1)ジョセフソン接合素子の超電導体に酸化物高温超
電導体が使用される場合において、酸化物高温超電導体
のコヒーレンス長が数Å程度と極端に短く、このコヒー
レンス長に対応する膜厚で良質な絶縁体の薄膜が作成で
きない。従って、現在のところ、酸化物高温超電導体を
使用するSIS構造のジョセフソン接合素子が実現でき
ず、また実際に試作された報告がない。
(1) When an oxide high-temperature superconductor is used as the superconductor of the Josephson junction element, the coherence length of the oxide high-temperature superconductor is extremely short, about several Å, and the film thickness corresponding to this coherence length is good. I cannot make a thin film of a good insulator. Therefore, at the present time, a Josephson junction device having a SIS structure using an oxide high temperature superconductor cannot be realized, and there are no reports of actual trial manufacture.

【0007】金属超電導体、Nb系超電導体等において
は酸化物高温超電導体に比べてコヒーレンス長が長く、
絶縁体の作成が容易に行えるので、SIS構造のジョセ
フソン接合素子が実現されている。
In metal superconductors, Nb-based superconductors, etc., the coherence length is longer than that of oxide high temperature superconductors.
Since the insulator can be easily formed, the Josephson junction device having the SIS structure is realized.

【0008】(2)ステップエッジ接合を利用するジョ
セフソン接合素子の形成方法、バイクリスタル接合基板
を利用するジョセフソン接合素子の形成方法はいずれも
人工的に形成した結晶粒界で絶縁体が形成できる。しか
しながら、特にジョセフソン接合素子の超電導体に酸化
物高温超電導体が使用される場合においては人工的に形
成した結晶粒界には絶縁体が形成されるのではなく、非
超電導体でかつ導電性を示す化合物が生成される。すな
わち、ジョセフソン接合素子はSIS構造でなくSNS
構造で構成され、SIS構造のジョセフソン接合素子が
実現できない。
(2) In both the method of forming a Josephson junction element using step edge junction and the method of forming a Josephson junction element using a bicrystal junction substrate, an insulator is formed by artificially formed crystal grain boundaries. it can. However, especially when an oxide high-temperature superconductor is used as the superconductor of the Josephson junction element, an insulator is not formed at the crystal grain boundaries artificially formed, but a non-superconductor and a conductive material are used. Is produced. That is, the Josephson junction element is not the SIS structure but the SNS.
It is not possible to realize a Josephson junction device having a SIS structure because of the structure.

【0009】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものである。
The present invention has been made to solve the above problems.

【0010】従って、本発明の目的は、酸化物超電導
体、絶縁体及び酸化物超電導体で形成されるSIS構造
のジョセフソン接合素子を備えたジョセフソン接合デバ
イスの提供にある。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a Josephson junction device including a Josephson junction element having a SIS structure formed of an oxide superconductor, an insulator and an oxide superconductor.

【0011】さらに、本発明の他の目的は、前記ジョセ
フソン接合デバイスの好適な製造方法の提供にある。
Still another object of the present invention is to provide a preferable method for manufacturing the Josephson junction device.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に係るジョセフソン接合デバイスは、タリ
ウム元素又はイットリウム元素と酸素元素とが含まれる
酸化物超電導体と、前記酸化物超電導体の組成物質と同
一のタリウム元素又はイットリウム元素と酸素元素とが
含まれる絶縁体と、を備え、前記酸化物超電導体、前記
絶縁体及び前記酸化物超電導体が順次接合されたジョセ
フソン接合素子を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a Josephson junction device according to a first aspect of the present invention is an oxide superconductor containing thallium element or yttrium element and oxygen element, and the oxide superconductor. A Josephson junction element, comprising an insulator containing the same thallium element or yttrium element and oxygen element as the body composition substance, and the oxide superconductor, the insulator and the oxide superconductor are sequentially joined. It is characterized by having.

【0013】Tl系酸化物超電導体、具体的にはTlα
Ba2 Can-1 Cun 2n+4超電導体(α=0−3、n
=1−4)のTl濃度と結晶化温度との相関関係につい
て、本願発明者により基礎研究が行われた。この結果、
結晶化温度とTl濃度との間に相関関係が存在し、特定
の結晶化温度の範囲内でかつ特定のTl濃度の範囲内に
おいてc軸配向をなすTl2 Ba2 Ca1 Cu2 2n+4
超電導体が形成できることが見出された。さらに、前記
特定の結晶化温度よりも低い温度範囲、Tl濃度が過剰
の範囲にはTl2 Ba2 Ca1 Cu2 2n+4超電導体を
組成する元素と同一の元素を含むTlBaCaO化合物
及びCuO化合物が混在する領域が確認された。前記化
合物にはTl2 Ba2 Ca1 Cu2 2n+4超電導体と同
一の組成元素が複数含まれているので、Tl2 Ba2
1 Cu2 2n+4超電導体の表面層が改質され生成され
た化合物であることが推測できる。これらの化合物は絶
縁特性を示し、欠陥が存在しない良質な膜質で、かつコ
ヒーレンス長に対応した非常に薄い膜厚で絶縁体が形成
できる可能性が高い。本願発明者は前記化合物が混在す
る絶縁体を使用したSIS構造のジョセフソン接合素子
を試作し、このジョセフソン接合素子の超電導特性(臨
界電流密度Jc及び電流−電圧特性)を測定した結果、
まさにSIS的動作が確認された。
Tl-based oxide superconductor, specifically Tl α
Ba 2 Ca n-1 Cu n O 2n + 4 superconductor (α = 0-3, n
Basic research was conducted by the present inventor on the correlation between the Tl concentration of = 1-4) and the crystallization temperature. As a result,
There is a correlation between the crystallization temperature and the Tl concentration, and the Tl 2 Ba 2 Ca 1 Cu 2 O 2n + is c-axis oriented within a specific crystallization temperature range and within a specific Tl concentration range. Four
It has been found that superconductors can be formed. Further, in a temperature range lower than the specific crystallization temperature and in a range in which the Tl concentration is excessive, a TlBaCaO compound and CuO containing the same element as that composing the Tl 2 Ba 2 Ca 1 Cu 2 O 2n + 4 superconductor. A region in which the compound was mixed was confirmed. Since the compound contains a plurality of the same composition elements as the Tl 2 Ba 2 Ca 1 Cu 2 O 2n + 4 superconductor, Tl 2 Ba 2 C
It can be inferred that the surface layer of the a 1 Cu 2 O 2n + 4 superconductor was a compound produced by modification. It is highly possible that these compounds have insulating properties, are of good quality without defects, and have an extremely thin film thickness corresponding to the coherence length. The inventor of the present application prototyped a Josephson junction device having a SIS structure using an insulator containing the compound, and measured the superconducting characteristics (critical current density Jc and current-voltage characteristics) of the Josephson junction device.
The SIS-like operation was confirmed.

【0014】従って、上記請求項1に係るジョセフソン
接合デバイスにおいては、酸化物超電導体の組成物質と
同一組成元素が含まれる絶縁体が形成され、この絶縁体
は良質でコヒーレンス長に対応した膜厚で形成できる。
従って、酸化物超電導体、絶縁体及び酸化物超電導体が
順次接合されたSIS構造の(SIS的動作を示す)ジ
ョセフソン接合素子が実現できる。
Therefore, in the Josephson junction device according to the above-mentioned claim 1, an insulator containing the same composition element as the composition material of the oxide superconductor is formed, and the insulator is a good quality film corresponding to the coherence length. It can be formed thick.
Therefore, it is possible to realize the Josephson junction device having the SIS structure (indicating the SIS-like operation) in which the oxide superconductor, the insulator, and the oxide superconductor are sequentially joined.

【0015】請求項2に係るジョセフソン接合デバイス
は、前記請求項1に記載されるジョセフソン接合デバイ
スにおいて、前記酸化物超電導体が特定の結晶構造で形
成できる基板表面又はバッファ層表面に沿って前記ジョ
セフソン接合素子の酸化物超電導体、絶縁体及び酸化物
超電導体が順次配列され、前記ジョセフソン接合素子が
プレーナ構造で構成されることを特徴とする。
A Josephson junction device according to a second aspect is the Josephson junction device according to the first aspect, wherein the oxide superconductor is formed along a substrate surface or a buffer layer surface on which a specific crystal structure can be formed. The oxide superconductor, the insulator and the oxide superconductor of the Josephson junction element are sequentially arranged, and the Josephson junction element has a planar structure.

【0016】請求項3に係るジョセフソン接合デバイス
は、前記請求項2に記載されるジョセフソン接合デバイ
スにおいて、前記ジョセフソン接合素子の酸化物超電導
体は粒子で形成され、前記ジョセフソン接合素子の絶縁
体は前記酸化物超電導体の粒子間の粒界に形成されるこ
とを特徴とする。
A Josephson junction device according to a third aspect is the Josephson junction device according to the second aspect, wherein the oxide superconductor of the Josephson junction element is formed of particles, and the Josephson junction element of the Josephson junction element is formed. The insulator is formed at a grain boundary between the particles of the oxide superconductor.

【0017】請求項4に係るジョセフソン接合デバイス
は、前記請求項2に記載されるジョセフソン接合デバイ
スにおいて、前記ジョセフソン接合素子の酸化物超電導
体は粒子で形成され、前記ジョセフソン接合素子の絶縁
体には前記酸化物超電導体の粒子の表面層を改質した絶
縁体が使用されることを特徴とする。
A Josephson junction device according to a fourth aspect is the Josephson junction device according to the second aspect, wherein the oxide superconductor of the Josephson junction element is formed of particles, and the Josephson junction element of the Josephson junction element is formed. As the insulator, an insulator obtained by modifying the surface layer of the particles of the oxide superconductor is used.

【0018】請求項5に係るジョセフソン接合デバイス
は、前記請求項2に記載されるジョセフソン接合デバイ
スにおいて、前記基板表面又はバッファ層表面には段差
が形成され、前記段差を除く基板表面上又はバッファ層
表面上に前記ジョセフソン接合素子の酸化物超電導体が
形成されるとともに、前記基板表面又はバッファ層表面
の段差上に前記ジョセフソン接合素子の絶縁体が形成さ
れることを特徴とする。
A Josephson junction device according to a fifth aspect is the Josephson junction device according to the second aspect, wherein a step is formed on the substrate surface or the buffer layer surface, and on the substrate surface excluding the step or The oxide superconductor of the Josephson junction element is formed on the surface of the buffer layer, and the insulator of the Josephson junction element is formed on the step of the substrate surface or the surface of the buffer layer.

【0019】請求項6に係るジョセフソン接合デバイス
は、前記請求項2に記載されるジョセフソン接合デバイ
スにおいて、前記基板又はバッファ層には互いに面方位
が異なる2種類の単結晶構造を有し、かつ2種類の単結
晶構造の間に結晶粒界を有するバイクリスタル基板又は
バイクリスタルバッファ層が使用され、前記結晶粒界を
除く基板表面上又はバッファ層表面上に前記ジョセフソ
ン接合素子の酸化物超電導体が形成されるとともに、前
記基板表面又はバッファ層表面の結晶粒界上に前記ジョ
セフソン接合素子の絶縁体が形成されることを特徴とす
る。
A Josephson junction device according to a sixth aspect is the Josephson junction device according to the second aspect, wherein the substrate or the buffer layer has two types of single crystal structures having different plane orientations, A bicrystal substrate or a bicrystal buffer layer having a crystal grain boundary between two types of single crystal structures is used, and the oxide of the Josephson junction device is on the substrate surface or the buffer layer surface excluding the crystal grain boundary. A superconductor is formed, and an insulator of the Josephson junction element is formed on a crystal grain boundary of the substrate surface or the buffer layer surface.

【0020】請求項7に係るジョセフソン接合デバイス
は、前記請求項2に記載されるジョセフソン接合デバイ
スにおいて、前記基板にはMgO基板、LaAlO3
板、SrTiO3 基板、YSZ(イットリウム安定化ジ
ルコニア)基板、CeO2 基板のいずれかの基板が使用
され、前記バッファ層にはMgOバッファ層、LaAl
3 バッファ層、SrTiO3 バッファ層、YSZバッ
ファ層、CeO2 バッファ層のいずれかのバッファ層が
使用されることを特徴とする。
A Josephson junction device according to a seventh aspect is the Josephson junction device according to the second aspect, wherein the substrate is a MgO substrate, a LaAlO 3 substrate, a SrTiO 3 substrate, YSZ (yttrium-stabilized zirconia). One of a substrate and a CeO 2 substrate is used, and the buffer layer is a MgO buffer layer or LaAl.
It is characterized in that any one of the O 3 buffer layer, the SrTiO 3 buffer layer, the YSZ buffer layer, and the CeO 2 buffer layer is used.

【0021】請求項8に係るジョセフソン接合デバイス
は、前記請求項7に記載されるジョセフソン接合デバイ
スにおいて、前記酸化物超電導体には、Tl2 Ba2
n-1 Cun 2n+4超電導体(n=1−4)、Tl1
2 Can-1 Cun 2n+3超電導体(n=1−6)、T
2 Ba2 (Ca,Y)1 Cu2 8 超電導体、Tl1
Sr2 Can-1 Cun 2n+3超電導体(n=2,3)、
(Tl,Pb)1 Sr2 Can-1 Cun 2n+3超電導体
(n=1,2,3)、(Tl,Bi)1 Sr2 Can-1
Cun 2n+3超電導体(n=2,3)、Tl1 Sr
2 (Ca,Ln)1 Cu2 7 超電導体、(Tl,P
b)(Sr,Ln)2 Cu1 5 超電導体のいずれかの
Tl系酸化物超電導体が使用されることを特徴とする。
The Josephson junction device according to claim 8 is the Josephson junction device according to claim 7, wherein the oxide superconductor is made of Tl 2 Ba 2 C.
a n-1 Cu n O 2n + 4 superconductor (n = 1-4), Tl 1 B
a 2 Ca n-1 Cu n O 2n + 3 superconductor (n = 1-6), T
l 2 Ba 2 (Ca, Y) 1 Cu 2 O 8 superconductor, Tl 1
Sr 2 Ca n-1 Cu n O 2n + 3 superconductor (n = 2, 3),
(Tl, Pb) 1 Sr 2 Ca n-1 Cu n O 2n + 3 superconductor (n = 1,2,3), (Tl , Bi) 1 Sr 2 Ca n-1
Cu n O 2n + 3 superconductor (n = 2,3), Tl 1 Sr
2 (Ca, Ln) 1 Cu 2 O 7 superconductor, (Tl, P
b) It is characterized in that a Tl-based oxide superconductor of any of the (Sr, Ln) 2 Cu 1 O 5 superconductors is used.

【0022】請求項9に係るジョセフソン接合デバイス
は、前記請求項8に記載されるジョセフソン接合デバイ
スにおいて、前記絶縁体には前記タリウム系酸化物超電
導体の組成元素で生成される少なくとも2種類の化合物
が混在した絶縁体が使用されることを特徴とする。
A Josephson junction device according to a ninth aspect is the Josephson junction device according to the eighth aspect, wherein at least two kinds of composition elements of the thallium-based oxide superconductor are formed in the insulator. It is characterized in that an insulator in which the compound of (1) is mixed is used.

【0023】請求項10に係るジョセフソン接合デバイ
スは、前記請求項9に記載されるジョセフソン接合デバ
イスにおいて、前記絶縁体には前記タリウム系酸化物超
電導体の組成元素で生成されるTlBaCaO化合物と
CuO化合物とが混在した絶縁体が使用されることを特
徴とする。
A Josephson junction device according to a tenth aspect of the present invention is the Josephson junction device according to the ninth aspect, wherein the insulator is a TlBaCaO compound generated from a composition element of the thallium-based oxide superconductor. It is characterized in that an insulator in which a CuO compound is mixed is used.

【0024】請求項11に係るジョセフソン接合デバイ
スは、前記請求項7に記載されるジョセフソン接合デバ
イスにおいて、前記酸化物超電導体には、Y1 Ba2
3 7 超電導体、Y1 Ba2 Cu4 8 超電導体、Y
1 Ba2 Cu3.5 7.5 超電導体、(Y,Ca)1 Ba
2 Cu4 8 超電導体、(Ln,Ce)2 (Ba,L
n)2 Cu3 10超電導体のいずれかのY系酸化物超電
導体が使用されることを特徴とする。
The Josephson junction device according to claim 11 is the Josephson junction device according to claim 7, wherein the oxide superconductor is Y 1 Ba 2 C.
u 3 O 7 superconductor, Y 1 Ba 2 Cu 4 O 8 superconductor, Y
1 Ba 2 Cu 3.5 O 7.5 superconductor, (Y, Ca) 1 Ba
2 Cu 4 O 8 superconductor, (Ln, Ce) 2 (Ba, L
n) Any of the Y-based oxide superconductors of 2 Cu 3 O 10 superconductor is used.

【0025】請求項12に係るジョセフソン接合デバイ
スは、前記請求項11に記載されるジョセフソン接合デ
バイスにおいて、前記絶縁体には前記イットリウム系酸
化物超電導体の組成元素で生成される少なくとも2種類
の化合物が混在した絶縁体が使用されることを特徴とす
る。
A Josephson junction device according to a twelfth aspect is the Josephson junction device according to the eleventh aspect, wherein at least two kinds of composition elements of the yttrium oxide superconductor are formed in the insulator. It is characterized in that an insulator in which the compound of (1) is mixed is used.

【0026】請求項13に係るジョセフソン接合デバイ
スの製造方法は、酸化物超電導体の結晶化温度の範囲内
で第1熱処理が行われ、タリウム元素又はイットリウム
元素と酸素元素とが含まれる酸化物超電導体を形成する
工程と、前記酸化物超電導体の組成元素で生成される化
合物の結晶化が開始される温度から前記酸化物超電導体
の結晶化温度未満の範囲内で第2熱処理が行われ、前記
酸化物超電導体の表面上に前記酸化物超電導体の組成物
質と同一のタリウム元素又はイットリウム元素と酸素元
素とが含まれる絶縁体を形成する工程と、を備えたこと
を特徴とする。請求項13に係るジョセフソン接合デバ
イスの製造方法においては、第1熱処理で酸化物超電導
体が形成でき、第2熱処理で酸化物超電導体と同一の組
成元素を含む絶縁体が形成できる。すなわち、第1、第
2熱処理の温度制御で簡易に酸化物超電導体、絶縁体が
各々形成できる。
In the method for manufacturing the Josephson junction device according to the thirteenth aspect, the first heat treatment is performed within the range of the crystallization temperature of the oxide superconductor, and the oxide containing thallium element or yttrium element and oxygen element. A step of forming a superconductor, and a second heat treatment is performed within a range from a temperature at which crystallization of a compound generated by a composition element of the oxide superconductor is started to a temperature lower than a crystallization temperature of the oxide superconductor. Forming an insulator containing the same thallium element or yttrium element and oxygen element as the composition material of the oxide superconductor on the surface of the oxide superconductor. In the method for manufacturing a Josephson junction device according to the thirteenth aspect, the oxide superconductor can be formed by the first heat treatment, and the insulator containing the same composition element as the oxide superconductor can be formed by the second heat treatment. That is, the oxide superconductor and the insulator can be easily formed by controlling the temperatures of the first and second heat treatments.

【0027】請求項14に係るジョセフソン接合デバイ
スの製造方法は、前記請求項13に記載されるジョセフ
ソン接合デバイスの製造方法において、前記第1熱処理
で前記酸化物超電導体が形成された後に、引き続き、毎
分数十度毎に温度を降下する降温速度で前記酸化物超電
導体に第2熱処理が行われ、前記酸化物超電導体の表面
層が絶縁体に改質されることを特徴とする。
A method for manufacturing a Josephson junction device according to claim 14 is the method for manufacturing a Josephson junction device according to claim 13, wherein after the oxide superconductor is formed by the first heat treatment, Subsequently, a second heat treatment is performed on the oxide superconductor at a temperature lowering rate at which the temperature drops every tens of degrees per minute, and the surface layer of the oxide superconductor is modified into an insulator. .

【0028】請求項14に係るジョセフソン接合デバイ
スの製造方法においては、第1熱処理で酸化物超電導体
が形成された後に、連続処理でしかも第1熱処理の温度
範囲から第2熱処理の温度範囲に除冷するだけで酸化物
超電導体の表面層が改質され、絶縁体が形成できる。前
記第2熱処理において毎分数十度毎に温度を降下する降
温速度は炉冷の降温速度に相当し、酸化物超電導体の表
面層が充分に改質され、良質で適正な膜厚を有する絶縁
体が形成できる。
In the method for manufacturing the Josephson junction device according to the fourteenth aspect, after the oxide superconductor is formed by the first heat treatment, continuous treatment is performed and the temperature range of the first heat treatment is changed to the temperature range of the second heat treatment. The surface layer of the oxide superconductor can be modified only by cooling to form an insulator. In the second heat treatment, the temperature lowering rate for lowering the temperature every tens of degrees per minute corresponds to the temperature lowering rate of furnace cooling, the surface layer of the oxide superconductor is sufficiently modified, and it has a good quality and an appropriate film thickness. An insulator can be formed.

【0029】請求項15に係るジョセフソン接合デバイ
スの製造方法は、前記請求項13に記載されるジョセフ
ソン接合デバイスの製造方法において、前記第1熱処理
で前記酸化物超電導体が形成された後に、引き続き、前
記酸化物超電導体に単位時間毎に温度を降下する降温速
度が少なくとも2段階に設定された第2熱処理が行わ
れ、前記酸化物超電導体の表面層が絶縁体に改質される
ことを特徴とする。
A method for manufacturing a Josephson junction device according to a fifteenth aspect is the method for manufacturing a Josephson junction device according to the thirteenth aspect, wherein after the oxide superconductor is formed by the first heat treatment, Subsequently, the oxide superconductor is subjected to a second heat treatment in which the temperature lowering rate for lowering the temperature per unit time is set in at least two stages, and the surface layer of the oxide superconductor is modified into an insulator. Is characterized by.

【0030】請求項15に係るジョセフソン接合デバイ
スの製造方法においては、酸化物超電導体の表面層の改
質の度合の制御、膜厚の制御が行え、目的に応じた最適
な絶縁体が形成できる。
In the method for manufacturing the Josephson junction device according to the fifteenth aspect, the degree of modification of the surface layer of the oxide superconductor can be controlled and the film thickness can be controlled to form an optimal insulator according to the purpose. it can.

【0031】請求項16に係るジョセフソン接合デバイ
スの製造方法は、前記請求項15に記載されるジョセフ
ソン接合デバイスの製造方法において、前記第2熱処理
は特定の降温速度で降下中に特定の温度状態が一定時間
保持されることを特徴とする。 請求項16に係るジョ
セフソン接合デバイスの製造方法においては、酸化物超
電導体の表面層の改質の度合が高められ、膜厚が増加で
き、目的に応じた最適な絶縁体が形成できる。
A method for manufacturing a Josephson junction device according to a sixteenth aspect is the method for manufacturing a Josephson junction device according to the fifteenth aspect, wherein the second heat treatment is performed at a particular temperature lowering rate at a particular temperature. It is characterized in that the state is maintained for a certain period of time. In the method for manufacturing the Josephson junction device according to the sixteenth aspect, the degree of modification of the surface layer of the oxide superconductor can be increased, the film thickness can be increased, and an optimum insulator suitable for the purpose can be formed.

【0032】請求項17に係るジョセフソン接合デバイ
スの製造方法は、前記請求項13に記載されるジョセフ
ソン接合デバイスの製造方法において、前記酸化物超電
導体にはタリウム系酸化物超電導体が使用され、前記タ
リウム系酸化物超電導体の第1熱処理は800℃以上9
00℃以下の温度範囲に設定され、前記第2熱処理は4
50℃以上800℃未満の温度範囲に設定されることを
特徴とする。
A method for manufacturing a Josephson junction device according to claim 17 is the method for manufacturing a Josephson junction device according to claim 13, wherein a thallium-based oxide superconductor is used as the oxide superconductor. The first heat treatment of the thallium-based oxide superconductor is 800 ° C. or higher 9
The temperature range is set to 00 ° C or less, and the second heat treatment is performed at 4
It is characterized in that it is set in a temperature range of 50 ° C. or higher and lower than 800 ° C.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below.

【0034】<ジョセフソン接合デバイス1>図1
(B)は本発明に係るジョセフソン接合デバイスの断面
図である。同図に示すように、ジョセフソン接合デバイ
スには基板1の表面上にジョセフソン接合素子2が搭載
される。ジョセフソン接合素子2は酸化物超電導体
(S:superconductor )20、絶縁体(I:insulator)
21及び酸化物超電導体(S:superconductor )20が
順次接合をなすSIS構造で構成される。
<Josephson Junction Device 1> FIG. 1
(B) is a cross-sectional view of a Josephson junction device according to the present invention. As shown in the figure, the Josephson junction device has the Josephson junction element 2 mounted on the surface of the substrate 1. The Josephson junction element 2 is an oxide superconductor (S: superconductor) 20, an insulator (I: insulator)
21 and an oxide superconductor (S: superconductor) 20 are sequentially joined to each other to form an SIS structure.

【0035】前記基板1の表面にジョセフソン接合素子
2の酸化物超電導体20が直接的に形成される場合に
は、基板1に酸化物超電導体20が特定の結晶構造で成
膜できる基板材料が使用される。本実施形態において酸
化物超電導体20にはペロブスカイト結晶構造を有する
Tl系酸化物超電導体が使用されるので、基板1にはM
gO基板、LaAlO3 基板、SrTiO3 基板、YS
Z(イットリア安定化ジルコニア)基板、CeO2 基板
のいずれかが使用される。特にMgO基板、LaAlO
3 基板においてはいずれも誘電率及び誘電体損(伝搬損
失:tanδ)の点で高周波特性が高められる特徴があ
る。
When the oxide superconductor 20 of the Josephson junction element 2 is directly formed on the surface of the substrate 1, a substrate material that can form the oxide superconductor 20 on the substrate 1 with a specific crystal structure. Is used. In this embodiment, since the Tl-based oxide superconductor having the perovskite crystal structure is used for the oxide superconductor 20, M is used for the substrate 1.
gO substrate, LaAlO 3 substrate, SrTiO 3 substrate, YS
Either a Z (yttria-stabilized zirconia) substrate or a CeO 2 substrate is used. Especially MgO substrate, LaAlO
Each of the three substrates is characterized in that high frequency characteristics are enhanced in terms of dielectric constant and dielectric loss (propagation loss: tan δ).

【0036】また、前記酸化物超電導体20は基板1の
表面にバッファ層を介在し間接的に形成される場合には
前記バッファ層に前述の基板材料と同一の材料が使用で
きる。すなわち、バッファ層にはMgOバッファ層、L
aAlO3 バッファ層、SrTiO3 バッファ層、YS
Zバッファ層、CeO2 バッファ層のいずれかのバッフ
ァ層が使用できる。
When the oxide superconductor 20 is indirectly formed by interposing a buffer layer on the surface of the substrate 1, the same material as the substrate material can be used for the buffer layer. That is, the buffer layer is a MgO buffer layer, L
aAlO 3 buffer layer, SrTiO 3 buffer layer, YS
Either a Z buffer layer or a CeO 2 buffer layer can be used.

【0037】前記ジョセフソン接合素子2の酸化物超電
導体20にはTl系酸化物超電導体が使用される。具体
的にはTl系酸化物超電導体として100K以上の高温
度で超電導特性が得られるTl2 Ba2 Can-1 Cun
2n+4超電導体(n=1−4)が使用される。特に標準
的なTlBaCaCuO超電導体としてはTl2 Ba2
Ca0 Cu1 6 超電導体、Tl2 Ba2 Ca1 Cu2
8 超電導体、Tl2 Ba2 Ca2 Cu3 10超電導体
のいずれかが使用される。
As the oxide superconductor 20 of the Josephson junction element 2, a Tl-based oxide superconductor is used. Specifically, as a Tl-based oxide superconductor, Tl 2 Ba 2 C an -1 Cu n which can obtain superconducting properties at a high temperature of 100 K or higher.
O 2n + 4 superconductors (n = 1-4) are used. Especially as a standard TlBaCaCuO superconductor, Tl 2 Ba 2
Ca 0 Cu 1 O 6 superconductor, Tl 2 Ba 2 Ca 1 Cu 2
Either an O 8 superconductor or a Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 10 superconductor is used.

【0038】また、本発明においてはTlBaCaCu
O超電導体としてTl1 Ba2 Can-1 Cun 2n+3
電導体(n=1−6)が使用できる。本発明においては
上記以外のTl系酸化物超電導体としてTl2 Ba
2 (Ca,Y)1 Cu2 8 超電導体、Tl1 Sr2
n-1 Cun 2n+3超電導体(n=2,3)、(Tl,
Pb)1 Sr2 Can-1 Cun 2n+3超電導体(n=
1,2,3)、(Tl,Bi)1 Sr2 Can-1 Cun
2n+3超電導体(n=2,3)、Tl1 Sr2 (Ca,
Ln)1 Cu2 7 超電導体、(Tl,Pb)(Sr,
Ln)2 Cu1 5 超電導体のいずれかが使用できる。
Further, in the present invention, TlBaCaCu
Tl 1 Ba 2 Ca n-1 Cu n O 2n + 3 superconductor as O superconductor (n = 1-6) can be used. In the present invention, as a Tl-based oxide superconductor other than the above, Tl 2 Ba is used.
2 (Ca, Y) 1 Cu 2 O 8 superconductor, Tl 1 Sr 2 C
a n-1 Cu n O 2n + 3 superconductor (n = 2, 3), (Tl,
Pb) 1 Sr 2 Ca n-1 Cu n O 2n + 3 superconductor (n =
1, 2, 3), (Tl, Bi) 1 Sr 2 Can n-1 Cu n
O 2n + 3 superconductor (n = 2,3), Tl 1 Sr 2 (Ca,
Ln) 1 Cu 2 O 7 superconductor, (Tl, Pb) (Sr,
Any of the Ln) 2 Cu 1 O 5 superconductors can be used.

【0039】前記Tl系酸化物超電導体20は本実施形
態において粒子状態で形成され、酸化物超電導体20は
基板1の表面に沿って複数配列される。つまり、ジョセ
フソン接合素子2の酸化物超電導体20、絶縁体21、
酸化物超電導体20は基本的には横方向に配列され、ジ
ョセフソン接合素子2はプレーナ構造で構成される。図
1(B)に示すように、本実施形態においては基板1の
表面上にジョセフソン接合素子2の酸化物超電導体2
0、絶縁体21、酸化物超電導体20が縦方向にも配列
され、この縦方向にもジョセフソン接合素子2が構成さ
れる。
The Tl-based oxide superconductor 20 is formed in a particle state in this embodiment, and a plurality of oxide superconductors 20 are arranged along the surface of the substrate 1. That is, the oxide superconductor 20 of the Josephson junction element 2, the insulator 21,
The oxide superconductors 20 are basically arranged in the lateral direction, and the Josephson junction element 2 has a planar structure. As shown in FIG. 1B, in this embodiment, the oxide superconductor 2 of the Josephson junction element 2 is formed on the surface of the substrate 1.
0, the insulator 21, and the oxide superconductor 20 are arranged in the vertical direction, and the Josephson junction element 2 is also formed in the vertical direction.

【0040】前記ジョセフソン接合素子2の絶縁体21
には酸化物超電導体20、すなわちTl系酸化物超電導
体の組成元素と同一の組成元素が複数含まれる。具体的
にはTlBaCaCuO化合物及びCuO化合物が混在
して絶縁体21が形成される。絶縁体21はTl系酸化
物超電導体の組成元素と同一の組成元素を含むが、絶縁
体21は非酸化物超電導体で絶縁性を有する。
Insulator 21 of the Josephson junction element 2
Contains a plurality of composition elements that are the same as the composition elements of the oxide superconductor 20, that is, the Tl-based oxide superconductor. Specifically, the insulator 21 is formed by mixing the TlBaCaCuO compound and the CuO compound. The insulator 21 contains the same composition element as that of the Tl-based oxide superconductor, but the insulator 21 is a non-oxide superconductor and has an insulating property.

【0041】前記絶縁体21は酸化物超電導体20の間
に形成される。実際には粒子形状で形成された酸化物超
電導体20の表面層が改質され(超電導特性が消失さ
れ)絶縁体21が形成されるので、絶縁体21は酸化物
超電導体20のほとんどすべての表面上に形成されかつ
酸化物超電導体20間の粒界に形成される。
The insulator 21 is formed between the oxide superconductors 20. In reality, since the surface layer of the oxide superconductor 20 formed in the shape of particles is modified (superconducting property is lost) and the insulator 21 is formed, the insulator 21 is almost all of the oxide superconductor 20. Formed on the surface and at the grain boundaries between the oxide superconductors 20.

【0042】<ジョセフソン接合デバイスの製造方法1
>次に、前述のジョセフソン接合デバイスの製造方法に
ついて説明する。図1(A)及び図1(B)は前述のジ
ョセフソン接合デバイスを各製造工程毎に示す断面図で
ある。
<Josephson Junction Device Manufacturing Method 1
> Next, a method for manufacturing the above-mentioned Josephson junction device will be described. 1A and 1B are cross-sectional views showing the above-mentioned Josephson junction device in each manufacturing process.

【0043】まず、第1工程においては、基板1(又は
バッファ層)の表面上にTl系酸化物超電導体のプレカ
ーサが形成され、このプレカーサに結晶化温度の熱処理
が施され、図1(A)に示すように酸化物超電導体20
が形成できる。
First, in the first step, a precursor of a Tl-based oxide superconductor is formed on the surface of the substrate 1 (or the buffer layer), and this precursor is subjected to a heat treatment at a crystallization temperature, as shown in FIG. ) As shown in FIG.
Can be formed.

【0044】前記基板1にはMgO基板が使用される。
Tl系酸化物超電導体のプレカーサは例えば高周波(R
F)マグネトロンスパッタ法が使用され、プレカーサの
成膜条件は例えば以下の通り設定される。
A MgO substrate is used as the substrate 1.
A precursor of a Tl-based oxide superconductor is, for example, a high frequency (R
F) The magnetron sputtering method is used, and the film forming conditions of the precursor are set as follows, for example.

【0045】(1)ターゲット組成化:Tl2 Ba2
1 Cu2 x (2)ターゲット−基板1間距離:40mm (3)基板温度:室温 (4)スパッタリングガス:Ar (5)ガス圧:30mtorr (6)高周波パワー:90W (7)堆積速度:1. 6〓/sec 前記プレカーサは上記成膜条件においては非晶質構造で
形成される。このプレカーサの形成後にTl系酸化物超
電導体を形成する結晶化温度の範囲内で熱処理が行わ
れ、ペレブスカイト結晶構造を有しc軸配向に設定され
たTl系酸化物超電導体、すなわち例えばTl2 Ba2
Ca1 Cu2 x 超電導体が形成される。
(1) Target composition: Tl 2 Ba 2 C
a 1 Cu 2 O x (2) Target-substrate 1 distance: 40 mm (3) Substrate temperature: room temperature (4) Sputtering gas: Ar (5) Gas pressure: 30 mtorr (6) High frequency power: 90 W (7) Deposition rate 1.6 〓 / sec The precursor is formed in an amorphous structure under the above film forming conditions. After the precursor is formed, a heat treatment is performed within a crystallization temperature range for forming a Tl-based oxide superconductor, and the Tl-based oxide superconductor has a perovskite crystal structure and is set in the c-axis orientation, that is, for example, Tl 2 Ba 2
A Ca 1 Cu 2 O x superconductor is formed.

【0046】図2はTl系酸化物超電導体の熱処理温度
とTl濃度との相関関係を示す相図である。図2中、縦
軸はプレカーサに行われる熱処理温度(℃)を示す。横
軸はTly Ba2 Ca2 Cu3 δ化合物ペレットのT
l組成化(y=0−3)を示す。前記化合物ペレットは
プレカーサと同一の熱処理系内に設置され、熱処理系内
のTl濃度が調節できる。すなわち、化合物ペレットに
含まれるTlで熱処理系内のTl濃度が調節され、プレ
カーサのTl組成比を適切に保持した状態でプレカーサ
の結晶化熱処理が行える。通常、Tlは蒸発し易いの
で、Tl蒸気圧を高めた状態でプレカーサの結晶化熱処
理が行われる。図2に示すように、化合物ペレットのT
l組成化(熱処理系内のTl濃度)でプレカーサの結晶
化熱処理の温度範囲が変化するが、化合物ペレットのT
l組成化が1の場合には結晶化熱処理は800−900
℃に設定される。また、化合物ペレットのTl組成化が
1.5の場合には結晶化熱処理は810−900℃に設
定され、化合物ペレットのTl組成化が2の場合には結
晶化熱処理は850−900℃に設定される。本実施形
態において結晶化熱処理は865℃に設定される。結晶
化熱処理においては、周囲に影響を与えずにプレカーサ
自体が選択的に加熱できるRTA(Rapid Thermal
Annealing)、FA(Flash Annealing)のいずれか
が使用される。
FIG. 2 is a phase diagram showing the correlation between the Tl concentration and the heat treatment temperature of the Tl-based oxide superconductor. In FIG. 2, the vertical axis represents the heat treatment temperature (° C.) performed on the precursor. The horizontal axis Tl y Ba 2 Ca 2 Cu 3 O δ compound pellets T
1 shows composition (y = 0-3). The compound pellets are installed in the same heat treatment system as the precursor, and the Tl concentration in the heat treatment system can be adjusted. That is, the Tl concentration in the heat treatment system is adjusted by the Tl contained in the compound pellets, and the crystallization heat treatment of the precursor can be performed with the Tl composition ratio of the precursor appropriately maintained. Usually, Tl easily evaporates, so that the crystallization heat treatment of the precursor is performed with the vapor pressure of Tl increased. As shown in FIG.
Although the temperature range of the crystallization heat treatment of the precursor changes depending on the composition (Tl concentration in the heat treatment system),
When the composition is 1, the crystallization heat treatment is 800-900.
Set to ° C. When the Tl composition of the compound pellets is 1.5, the crystallization heat treatment is set to 810-900 ° C, and when the Tl composition of the compound pellets is 2, the crystallization heat treatment is set to 850-900 ° C. To be done. In this embodiment, the crystallization heat treatment is set to 865 ° C. In the crystallization heat treatment, the precursor itself can be selectively heated without affecting the surroundings.
Either Annealing) or FA (Flash Annealing) is used.

【0047】図2中、領域Bはペロブスカイト結晶構造
を有しc軸配向に設定されたTl2Ba2 Ca1 Cu2
x 超電導体が形成される領域である。従って、プレカ
ーサは領域B内において結晶化熱処理が行われ、酸化物
超電導体20が形成される。領域AはTl2 Ba2 Ca
1 Cu2 x 超電導体がランダムに混在する無配向領域
である。領域CはTlBaCaCuO化合物とCuO化
合物とが混在する領域である。この領域Cは後述するが
絶縁体21を形成するための領域である。
In FIG. 2, region B has Tl 2 Ba 2 Ca 1 Cu 2 having a perovskite crystal structure and c-axis oriented.
This is a region where the O x superconductor is formed. Therefore, the precursor is subjected to the crystallization heat treatment in the region B to form the oxide superconductor 20. Area A is Tl 2 Ba 2 Ca
This is a non-oriented region in which 1 Cu 2 O x superconductors are randomly mixed. Region C is a region in which the TlBaCaCuO compound and the CuO compound are mixed. This region C is a region for forming the insulator 21, which will be described later.

【0048】図3はTl系酸化物超電導体の熱処理温度
と熱処理時間との相関関係を示す図である。図3中、縦
軸はプレカーサに行われる熱処理温度(℃)を示す。横
軸は熱処理時間を示す。同図3に示すように、結晶化熱
処理は865℃で約60分間行われる。
FIG. 3 is a diagram showing the correlation between the heat treatment temperature and the heat treatment time of the Tl-based oxide superconductor. In FIG. 3, the vertical axis represents the heat treatment temperature (° C.) performed on the precursor. The horizontal axis indicates the heat treatment time. As shown in FIG. 3, the crystallization heat treatment is performed at 865 ° C. for about 60 minutes.

【0049】次に、第2工程において、酸化物超電導体
20を形成した結晶化熱処理温度から、引き続き、特定
の降温速度で冷却(除冷)し、前記図1(B)示すよう
に酸化物超電導体20間の粒界に絶縁体21が形成され
る。この絶縁体21が形成されると、酸化物超電導体2
0、絶縁体21、酸化物超電導体20が順次配列され互
いに接合をなすSIS構造のジョセフソン接合素子2が
形成され、ジョセフソン接合デバイスが完成する。
Next, in the second step, from the crystallization heat treatment temperature at which the oxide superconductor 20 is formed, the oxide superconductor 20 is subsequently cooled (removed) at a specific temperature lowering rate, and as shown in FIG. Insulators 21 are formed at the grain boundaries between the superconductors 20. When the insulator 21 is formed, the oxide superconductor 2
0, the insulator 21, and the oxide superconductor 20 are sequentially arranged to form a junction with each other to form the Josephson junction element 2 of the SIS structure, and the Josephson junction device is completed.

【0050】前記絶縁体21は前述の図2に示す領域C
の範囲内で形成される。結果的に、絶縁体21は酸化物
超電導体20の組成元素と同一で組成元素の大半を含む
TlBaCaO化合物及びCuO化合物が混在された絶
縁体で形成される。
The insulator 21 is the area C shown in FIG.
Is formed within the range. As a result, the insulator 21 is formed of an insulator in which a TlBaCaO compound and a CuO compound which are the same as the composition elements of the oxide superconductor 20 and contain most of the composition elements are mixed.

【0051】前述の図2に示すように、本実施形態に係
る絶縁体21の形成においては、化合物ペレットのTl
組成比が約0. 8−2. 2の範囲内に設定される。さら
に、絶縁体21の形成においては、前記TlBaCaO
化合物、CuO化合物の結晶化が開始される温度から前
記酸化物超電導体20の結晶化温度未満の範囲内で熱処
理が行われる。例えば、図2に示すように、化合物ペレ
ットのTl組成化が1の場合には絶縁体21の形成の熱
処理は450℃から800℃未満の範囲内に設定され
る。化合物ペレットのTl組成化が1. 5の場合には熱
処理は450℃から810℃未満の範囲内に設定され、
化合物ペレットのTl組成化が2の場合には熱処理は4
50℃から850℃未満の範囲内に設定される。
As shown in FIG. 2 described above, in the formation of the insulator 21 according to this embodiment, the Tl of the compound pellet is
The composition ratio is set within the range of about 0.8-2.2. Further, in forming the insulator 21, the TlBaCaO
The heat treatment is performed within a range from the temperature at which the crystallization of the compound or CuO compound is started to the temperature below the crystallization temperature of the oxide superconductor 20. For example, as shown in FIG. 2, when the Tl composition of the compound pellet is 1, the heat treatment for forming the insulator 21 is set within the range of 450 ° C. to less than 800 ° C. When the Tl composition of the compound pellet is 1.5, the heat treatment is set within the range of 450 ° C to less than 810 ° C,
If the Tl composition of the compound pellet is 2, the heat treatment is 4
It is set within the range of 50 ° C to less than 850 ° C.

【0052】ジョセフソン接合素子のSIS的な動作特
性に最適な前記絶縁体21の膜質並らびに膜厚であるか
否かはジョセフソン接合素子(試料)の臨界電流密度J
cで考察できる。定数K、試料温度T、超電導臨界温度
Tcとすると、臨界電流密度Jcは次式で表わされる。
The critical current density J of the Josephson junction device (sample) depends on whether the film quality and the film thickness of the insulator 21 are optimal for the SIS-like operation characteristics of the Josephson junction device.
It can be considered in c. If the constant K, the sample temperature T, and the superconducting critical temperature Tc are set, the critical current density Jc is expressed by the following equation.

【0053】Jc=K(1−T/Tc)n 前述の図3においては結晶化温度、具体的には865℃
から3種類の降温速度で3種類の絶縁体21を形成した
場合が示される。降温曲線aは1分間に数百℃の温度の
降下を行う降温速度に設定される。降温曲線aは急冷に
相当する傾向を示す。詳細には、30秒で200℃の温
度降下があるので、降温曲線aが示す降温速度は−40
0℃/minに相当する。降温曲線bは1分間に数十℃
の温度の降下を行う降温速度に設定される。降温曲線b
は炉冷に相当する傾向を示す。詳細には、20分で20
0℃の温度降下があるので、降温曲線aが示す降温速度
は−10℃/minに相当する。降温曲線cは傾きが異
なる2段階の降温速度に設定され、絶縁体21の最終的
な組成に寄与する降温曲線cの前段側が1分間に数℃の
温度の降下を行う降温速度に設定される。降温曲線cは
超除冷に相当する傾向を示す。詳細には、60分秒で1
00℃の温度降下があるので、降温曲線aの前段側が示
す降温速度は−1. 7℃/minに相当する。
Jc = K (1-T / Tc) n In the above-mentioned FIG. 3, the crystallization temperature, specifically 865 ° C.
3 shows the case where three kinds of insulators 21 are formed at three kinds of temperature decreasing rates. The temperature decrease curve a is set to a temperature decrease rate at which the temperature decreases by several hundreds of degrees Celsius per minute. The cooling curve a shows a tendency corresponding to rapid cooling. Specifically, since there is a temperature drop of 200 ° C. in 30 seconds, the temperature drop rate indicated by the temperature drop curve a is −40.
This corresponds to 0 ° C / min. Temperature drop curve b is several tens of degrees Celsius per minute
It is set to the cooling rate that lowers the temperature. Temperature drop curve b
Indicates a tendency corresponding to furnace cooling. In detail, 20 minutes in 20
Since there is a temperature drop of 0 ° C., the temperature drop rate indicated by the temperature drop curve a corresponds to −10 ° C./min. The temperature decrease curve c is set to two stages of temperature decrease rates having different slopes, and the front side of the temperature decrease curve c that contributes to the final composition of the insulator 21 is set to a temperature decrease rate of decreasing the temperature by several degrees Celsius per minute. . The temperature decrease curve c shows a tendency corresponding to super-cooling. In detail, 60 minutes 1
Since there is a temperature drop of 00 ° C., the cooling rate indicated by the front side of the cooling curve a is equivalent to −1.7 ° C./min.

【0054】前記降温曲線aに基づいて形成された絶縁
体21を使用するジョセフソン接合素子2の臨界電流密
度Jcは8. 9×103 A/cm2 (Tc:101K)
で、上記臨界電流密度Jcの指数nが2に近いので、ジ
ョセフソン接合素子2はSNS的な動作特性になる。降
温曲線bに基づいて形成された絶縁体21を使用するジ
ョセフソン接合素子2の臨界電流密度Jcは4. 5×1
5 A/cm2 (Tc:101K)で、上記臨界電流密
度Jcの指数nが1に近いので、ジョセフソン接合素子
2はSIS的な動作特性になる。ジョセフソン接合素子
2がSIS的な動作特性であるか否かは一概に臨界電流
密度Jcの温度依存性だけでは判断できず、最終的には
ジョセフソン接合素子2の電流−電圧特性(I−V特
性)においてヒステリシス特性を示す場合にSIS的な
動作特性であると判断できる。降温曲線cに基づいて形
成された絶縁体21を使用するジョセフソン接合素子2
の臨界電流密度Jcは4. 6×103 A/cm2 (T
c:101K)で、上記臨界電流密度Jcの指数nが1
に近いので、ジョセフソン接合素子2はSIS的な動作
特性になる。
The critical current density Jc of the Josephson junction element 2 using the insulator 21 formed on the basis of the temperature drop curve a is 8.9 × 10 3 A / cm 2 (Tc: 101K).
Since the index n of the critical current density Jc is close to 2, the Josephson junction device 2 has SNS-like operation characteristics. The critical current density Jc of the Josephson junction element 2 using the insulator 21 formed based on the temperature drop curve b is 4.5 × 1.
Since the index n of the critical current density Jc is close to 1 at 0 5 A / cm 2 (Tc: 101K), the Josephson junction element 2 has SIS-like operating characteristics. Whether or not the Josephson junction element 2 has an SIS-like operation characteristic cannot be generally judged only by the temperature dependence of the critical current density Jc, and finally the current-voltage characteristic (I- When the V characteristic) shows a hysteresis characteristic, it can be determined to be an SIS-like operation characteristic. Josephson junction element 2 using insulator 21 formed based on temperature drop curve c
Has a critical current density Jc of 4.6 × 10 3 A / cm 2 (T
c: 101K), the index n of the critical current density Jc is 1
Therefore, the Josephson junction element 2 has SIS-like operation characteristics.

【0055】すなわち、前述の図3において降温曲線
a、b、cで示される通り、基本的には降温速度を緩や
かに制御するとジョセフソン接合素子2がSIS的動作
特性を示す絶縁体21が形成できる。なお、図2に示す
領域Cにおいて降温中に特定の温度で一定時間安定に保
持しても、良質な絶縁体21が形成できる。例えば、図
3に示す降温曲線bの前段側に沿って865℃から76
5℃まで温度を降下し、765℃で約60分間安定に保
持した後、降温曲線cの後段側に沿って765℃からさ
らに温度を降下しも、良質な絶縁体21が形成できる。
That is, as shown by the temperature lowering curves a, b, and c in FIG. 3 described above, basically, when the temperature lowering rate is gently controlled, the Josephson junction element 2 forms the insulator 21 exhibiting SIS-like operation characteristics. it can. It should be noted that in the region C shown in FIG. 2, a good quality insulator 21 can be formed even if the temperature is kept stable at a specific temperature for a certain period of time during cooling. For example, from 865 ° C. to 76 ° C. along the front side of the cooling curve b shown in FIG.
Even if the temperature is lowered to 5 ° C. and kept stable at 765 ° C. for about 60 minutes and then further lowered from 765 ° C. along the rear stage side of the temperature decreasing curve c, the good-quality insulator 21 can be formed.

【0056】さらに、ジョセフソン接合素子のSIS的
な動作特性に最適な前記絶縁体21の膜質並らびに膜厚
は熱処理系内において化合物ペレットのTl組成比で制
御できる。図2に示すように化合物ペレットのTl組成
比が高くなるとTlBaCaO化合物、CuO化合物が
いずれも生成され易くなる。すなわち、酸化物超電導体
20の表面にTlを過剰に供給すれば、酸化物超電導体
20の表面層の改質が促進され、酸化物超電導体20の
表面に良質でコヒーレンス長に対応した薄い膜厚を有す
る絶縁体21が生成され易い。
Further, the film quality and the film thickness of the insulator 21, which are optimum for the SIS-like operation characteristics of the Josephson junction element, can be controlled by the Tl composition ratio of the compound pellet in the heat treatment system. As shown in FIG. 2, when the Tl composition ratio of the compound pellet is high, both the TlBaCaO compound and the CuO compound are likely to be produced. That is, if Tl is excessively supplied to the surface of the oxide superconductor 20, the reforming of the surface layer of the oxide superconductor 20 is promoted, and a thin film having good quality and coherence length is formed on the surface of the oxide superconductor 20. The insulator 21 having a thickness is easily generated.

【0057】図4は酸化物超電導体20の表面層のX線
回折結果を特定の温度毎に示す図である。図4中、横軸
はX線回折角2θ(deg)を示す。縦軸はX線強度
(a.u. )を示す。X線解析の試料には、TlBaC
aCuO超電導体のプレカーサ(薄膜)が使用される。
プレカーサは880℃の結晶化温度で熱処理され、Tl
BaCaCuO超電導体が形成された段階のX線回折結
果が上段側に示される。結晶化熱処理においてはプレカ
ーサと同一熱処理系内にTl1.8 Ba2 Ca2 Cu3
δ化合物ペレットが配置され、Tl濃度(蒸気圧)、酸
素濃度(蒸気圧)が各々調節される。以下、順次降温し
ながらX線回折が行われた結果が下段側に示される。す
なわち、下段側には865℃、850℃、830℃、8
00℃の各々の降温段階においてX線回折結果が示され
る。
FIG. 4 is a diagram showing the X-ray diffraction results of the surface layer of the oxide superconductor 20 for each specific temperature. In FIG. 4, the horizontal axis represents the X-ray diffraction angle 2θ (deg). The vertical axis represents the X-ray intensity (au). The sample for X-ray analysis is TlBaC
An aCuO superconductor precursor (thin film) is used.
The precursor was heat treated at a crystallization temperature of 880 ° C.
The X-ray diffraction result at the stage where the BaCaCuO superconductor is formed is shown on the upper side. In the crystallization heat treatment, Tl 1.8 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O was used in the same heat treatment system as the precursor.
The δ compound pellets are arranged, and the Tl concentration (vapor pressure) and the oxygen concentration (vapor pressure) are adjusted respectively. Hereinafter, the results of the X-ray diffraction performed while the temperature was sequentially lowered are shown on the lower side. That is, 865 ° C, 850 ° C, 830 ° C, 8
X-ray diffraction results are shown at each temperature drop stage of 00 ° C.

【0058】図4中、880℃の段階、865℃の段
階、850℃の段階、830℃の段階はいずれも基本的
にはプレカーサの結晶化温度の範疇にあり、X線回折の
結果、Tl2 Ba2 CaCu2 δ超電導体の(00
1)結晶面のピークが見られる。しかも880℃の段階
から830℃の段階に降温が進につれ、Tl2 Ba2
aCu2 δ超電導体の(001)結晶面のピークが小
さくなる。
In FIG. 4, the steps of 880 ° C., 865 ° C., 850 ° C. and 830 ° C. are basically within the crystallization temperature of the precursor, and as a result of X-ray diffraction, Tl 2 Ba 2 CaCu 2 O δ superconductor (00
1) The peak of the crystal plane is seen. Moreover, as the temperature decreased from 880 ° C to 830 ° C, Tl 2 Ba 2 C
The peak of the (001) crystal plane of the aCu 2 O δ superconductor becomes smaller.

【0059】Tl1.8 Ba2 Ca2 Cu3 δ化合物ペ
レットで熱処理系内のTl濃度が調整され、この化合物
ペレットのTlの組成化が1. 8に設定されているの
で、前述の図2に示す820−830℃付近に領域B−
領域C間の境界が存在する。従って、図4に示す800
℃の段階は領域Cの範疇であり、X線回折の結果、Tl
BaCaO化合物、CuO化合物の各々のピークが見ら
れる。
Since the Tl concentration in the heat treatment system was adjusted with the Tl 1.8 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O δ compound pellets, and the composition of Tl of the compound pellets was set to 1.8 , the above-mentioned FIG. 2 was used. Area B- near 820-830 ° C
There are boundaries between regions C. Therefore, 800 shown in FIG.
The ℃ stage is in the category of region C, and as a result of X-ray diffraction, Tl
Each peak of the BaCaO compound and the CuO compound is seen.

【0060】すなわち、上記X線回折の結果、図2に示
す領域Bから領域Cの範囲内に降温してゆくと、酸化物
超電導体20の表面層が改質され、この改質された表面
層に絶縁体21が形成されることが考察できる。しか
も、酸化物超電導体20の表面層の改質なので、基本的
には酸化物超電導体20の組成元素と同一の組成元素を
含む化合物で絶縁体21が形成できる。絶縁体21の厚
さは酸化物超電導体20の改質される表面層の厚さに相
当し、領域Cの範囲で降温速度を遅くすることにより絶
縁体21の厚さが稼げる。
That is, as a result of the X-ray diffraction, when the temperature is lowered within the range from the region B to the region C shown in FIG. 2, the surface layer of the oxide superconductor 20 is modified, and the modified surface is obtained. It can be considered that an insulator 21 is formed in the layer. Moreover, since the surface layer of the oxide superconductor 20 is modified, the insulator 21 can be basically formed of a compound containing the same composition element as the composition element of the oxide superconductor 20. The thickness of the insulator 21 corresponds to the thickness of the surface layer of the oxide superconductor 20 to be modified, and the thickness of the insulator 21 can be increased by slowing the temperature lowering rate in the region C.

【0061】<ジョセフソン接合デバイス2>次に、ス
テップエッジ接合を利用したジョセフソン接合素子を備
えたジョセフソン接合デバイスについて説明する。
<Josephson Junction Device 2> Next, a Josephson junction device provided with a Josephson junction element utilizing step edge junction will be described.

【0062】図5(C)は本発明に係るジョセフソン接
合デバイスの断面図である。同図に示すように、ジョセ
フソン接合デバイスには基板1の表面上にジョセフソン
接合素子2が搭載される。ジョセフソン接合素子2は、
基本的には同様の構造で構成され、酸化物超電導体2
0、絶縁体21及び酸化物超電導体20が順次接合をな
すSIS構造で構成される。
FIG. 5C is a sectional view of the Josephson junction device according to the present invention. As shown in the figure, the Josephson junction device has the Josephson junction element 2 mounted on the surface of the substrate 1. The Josephson junction element 2 is
Basically, the oxide superconductor 2 has the same structure.
0, the insulator 21, and the oxide superconductor 20 are sequentially joined to form a SIS structure.

【0063】前記基板1においては表面の一部がエッチ
ングされ、基板1の表面には高さが異なる2つの表面が
形成され、かつ前記2つの表面の間には段差1Sが形成
される。前記酸化物超電導体20は基板1の2つの表面
上に各々形成され、前述と同様に酸化物超電導体20に
はTl系酸化物超電導体が使用される。絶縁体21は基
板1の段差1S上において2つの酸化物超電導体20の
間に形成される。前述と同様に絶縁体21は酸化物超電
導体20の表面層が改質され酸化物超電導体20と同一
の組成元素が含まれる絶縁体で形成される。特にステッ
プエッジ接合を利用したジョセフソン接合素子2におい
ては、基板1の段差1S上で酸化物超電導体20の間に
生成される弱結合部又はダメージ領域が絶縁体21とし
て改質されるので、絶縁体21の生成速度が速くでき
る。
A part of the surface of the substrate 1 is etched, two surfaces having different heights are formed on the surface of the substrate 1, and a step 1S is formed between the two surfaces. The oxide superconductor 20 is formed on each of the two surfaces of the substrate 1, and a Tl-based oxide superconductor is used for the oxide superconductor 20 as described above. The insulator 21 is formed on the step 1S of the substrate 1 between the two oxide superconductors 20. Similarly to the above, the insulator 21 is formed of an insulator in which the surface layer of the oxide superconductor 20 is modified and the same composition element as that of the oxide superconductor 20 is contained. In particular, in the Josephson junction element 2 using the step edge junction, the weakly bonded portion or the damaged region generated between the oxide superconductors 20 on the step 1S of the substrate 1 is modified as the insulator 21, The generation rate of the insulator 21 can be increased.

【0064】<ジョセフソン接合デバイスの製造方法2
>次に、図5(C)に示すジョセフソン接合デバイスの
製造方法について説明する。図5(A)−図5(C)は
前述のジョセフソン接合デバイスを各製造工程毎に示す
断面図である。
<Josephson Junction Device Manufacturing Method 2
> Next, a method for manufacturing the Josephson junction device shown in FIG. 5C will be described. 5A to 5C are cross-sectional views showing the above-mentioned Josephson junction device in each manufacturing process.

【0065】まず、第1工程においては、基板1(又は
バッファ層)の表面の一部がエッチングされ、図5
(A)に示すように基板1に高さが異なる2つの表面が
形成されるとともに前記2つの表面の間に段差1Sが形
成される。
First, in the first step, a part of the surface of the substrate 1 (or the buffer layer) is etched, and as shown in FIG.
As shown in (A), two surfaces having different heights are formed on the substrate 1, and a step 1S is formed between the two surfaces.

【0066】第2工程においては、前記基板1の互いに
高さが異なる2つの表面上及び段差1S上にTl系酸化
物超電導体のプレカーサが形成される。プレカーサはエ
ピタキシャル成長法又はスパッタリング法で成膜され
る。そして、このプレカーサに結晶化温度の熱処理が施
され、図5(B)に示すように基板1の高さが異なる2
つの表面上に酸化物超電導体20が各々形成できる。段
差1S上のプレカーサからは酸化物超電導体20の組成
元素と同一の組成元素を含む弱結合部(又はダメージ領
域)20Aが形成される。
In the second step, a precursor of a Tl-based oxide superconductor is formed on the two surfaces of the substrate 1 having different heights and on the step 1S. The precursor is formed by an epitaxial growth method or a sputtering method. Then, this precursor is subjected to a heat treatment at a crystallization temperature, and the height of the substrate 1 is different as shown in FIG.
An oxide superconductor 20 can be formed on each surface. A weakly coupled portion (or damaged region) 20A containing the same composition element as that of the oxide superconductor 20 is formed from the precursor on the step 1S.

【0067】第3工程においては、酸化物超電導体20
を形成した結晶化温度から、引き続き、特定の降温速度
で冷却が行われ、前記図5(C)示すように特に酸化物
超電導体20の間で段差1S上に絶縁体21が形成され
る。すなわち、ジョセフソン接合素子2のトンネル絶縁
膜として機能する絶縁体21は弱結合部20Aを改質し
て形成される。この絶縁体21が形成されると、酸化物
超電導体20、絶縁体21、酸化物超電導体20が順次
配列され互いに接合をなすSIS構造のジョセフソン接
合素子20が形成され、ジョセフソン接合デバイスが完
成する。
In the third step, the oxide superconductor 20 is used.
From the crystallization temperature at which the film was formed, cooling is subsequently carried out at a specific cooling rate, and as shown in FIG. 5C, the insulator 21 is formed on the step 1S, particularly between the oxide superconductors 20. That is, the insulator 21 that functions as the tunnel insulating film of the Josephson junction element 2 is formed by modifying the weakly coupled portion 20A. When this insulator 21 is formed, the Josephson junction element 20 of the SIS structure in which the oxide superconductor 20, the insulator 21, and the oxide superconductor 20 are sequentially arranged and joined to each other is formed, and the Josephson junction device is formed. Complete.

【0068】図6(A)は前述の図5(C)に示すSI
S構造のジョセフソン接合素子2の電流−電圧特性図
(I−V線図)、図6(B)はSNS構造のジョセフソ
ン接合素子2の電流−電圧特性図である。図6(A)
中、図6(B)中、いずれも横軸は電圧を示し、縦軸は
電流を示す。
FIG. 6A shows the SI shown in FIG. 5C.
FIG. 6B is a current-voltage characteristic diagram of the Josephson junction device 2 having the S structure, and FIG. 6B is a current-voltage characteristic diagram of the Josephson junction device 2 having the SNS structure. FIG. 6 (A)
6B, the horizontal axis represents voltage and the vertical axis represents current.

【0069】図6(A)に示すように、図5(C)に示
すジョセフソン接合素子2においては、電圧値0で電流
が流れる超電導現象が確認できるとともに、ヒステリシ
ス特性が確認でき、明らかにSIS的な動作特性が確認
できる。これに対して、ジョセフソン接合素子2の酸化
物超電導体20間が常電導体22で短絡され、便宜的に
作成されたSNS構造のジョセフソン接合素子2Nにお
いては、超電導現象は確認できるもののヒステリシス特
性が確認できない。
As shown in FIG. 6A, in the Josephson junction element 2 shown in FIG. 5C, a superconducting phenomenon in which a current flows at a voltage value of 0 can be confirmed, and a hysteresis characteristic can be confirmed. The SIS-like operation characteristics can be confirmed. On the other hand, in the Josephson junction element 2N having the SNS structure, which is conveniently created by short-circuiting the oxide superconductors 20 of the Josephson junction element 2 with the normal conductor 22, the superconducting phenomenon can be confirmed, but the hysteresis occurs. Characteristics cannot be confirmed.

【0070】<応用例1>本発明においては、前述のジ
ョセフソン接合素子2の酸化物超電導体20にイットリ
ウム(Y)系酸化物超電導体が使用できる。Y系酸化物
超電導体としては、Y1 Ba2 Cu3 7 超電導体、Y
1 Ba2 Cu4 8 超電導体、Y1 Ba2 Cu3.5
7.5 超電導体、(Y,Ca)1 Ba2 Cu4 8 超電導
体、(Ln,Ce)2 (Ba,Ln)2 Cu3 10超電
導体のいずれかが使用できる。
<Application Example 1> In the present invention, an yttrium (Y) -based oxide superconductor can be used as the oxide superconductor 20 of the Josephson junction element 2 described above. As the Y-based oxide superconductor, Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7 superconductor, Y
1 Ba 2 Cu 4 O 8 superconductor, Y 1 Ba 2 Cu 3.5 O
Any of 7.5 superconductor, (Y, Ca) 1 Ba 2 Cu 4 O 8 superconductor, and (Ln, Ce) 2 (Ba, Ln) 2 Cu 3 O 10 superconductor can be used.

【0071】酸化物超電導体20としてY系酸化物超電
導体が使用される場合には、Y系酸化物超電導体の組成
元素と同一の組成元素を含む化合物、具体的にはYBa
CuO化合物及びCuO化合物が混在された絶縁体21
が形成される。
When a Y-based oxide superconductor is used as the oxide superconductor 20, a compound containing the same composition element as that of the Y-based oxide superconductor, specifically, YBa.
Insulator 21 in which CuO compound and CuO compound are mixed
Is formed.

【0072】前記絶縁体21を形成する最も有効な方法
は、結晶化温度で酸化物超電導体20を形成した後の冷
却の際にY濃度を高く設定することにより、酸化物超電
導体20の表面層が改質され、絶縁体21が容易に形成
できる。
The most effective method of forming the insulator 21 is to set the Y concentration to a high value during cooling after forming the oxide superconductor 20 at the crystallization temperature so that the surface of the oxide superconductor 20 is The layer is modified and the insulator 21 can be easily formed.

【0073】<応用例2>本発明においては、バイクリ
スタル接合基板を利用して前述のジョセフソン接合素子
2が形成できる。すなわち、バイクリスタル接合基板の
互いに異なる面方位を有する表面上に各々ジョセフソン
接合素子2の酸化物超電導体20が形成される。ジョセ
フソン接合素子2の絶縁体21は前記酸化物超電導体2
1の間でバイクリスタル接合基板に人工的に設けられた
結晶粒界上の弱結合部20Aで形成される。
<Application Example 2> In the present invention, the above Josephson junction element 2 can be formed by utilizing a bicrystal junction substrate. That is, the oxide superconductors 20 of the Josephson junction element 2 are formed on the surfaces of the bicrystal junction substrate having different plane orientations. The insulator 21 of the Josephson junction element 2 is the oxide superconductor 2
1 is formed by the weakly coupled portion 20A on the crystal grain boundary artificially provided on the bicrystal junction substrate.

【0074】<応用例3>前述のジョセフソン接合デバ
イスの製造方法においては、酸化物超電導体20の結晶
化温度から特定の降温速度で冷却が行われ、酸化物超電
導体20から連続的に絶縁体21が形成される。本発明
においては、酸化物超電導体20の結晶化温度から一旦
絶縁体21が形成されない温度(例えば、400℃)ま
で急速に冷却し、再び前述の図2に示す領域Cの範囲内
で酸化物超電導体20に熱処理を行い、酸化物超電導体
20から非連続的に絶縁体21が形成できる。
<Application Example 3> In the above-described method for manufacturing the Josephson junction device, the oxide superconductor 20 is cooled at a specific temperature-decreasing rate from the crystallization temperature, and is continuously insulated from the oxide superconductor 20. A body 21 is formed. In the present invention, the oxide superconductor 20 is rapidly cooled from the crystallization temperature to a temperature (for example, 400 ° C.) at which the insulator 21 is not formed, and the oxide is again heated within the range C shown in FIG. By performing heat treatment on the superconductor 20, the insulator 21 can be formed discontinuously from the oxide superconductor 20.

【0075】[0075]

【発明の効果】本発明においては、酸化物超電導体、絶
縁体及び酸化物超電導体で形成されるSIS構造のジョ
セフソン接合素子を備えたジョセフソン接合デバイスが
提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide a Josephson junction device including a Josephson junction element having a SIS structure formed of an oxide superconductor, an insulator and an oxide superconductor.

【0076】さらに、本発明においては、前記ジョセフ
ソン接合デバイスの好適な製造方法が提供できる。
Furthermore, the present invention can provide a preferable method for manufacturing the Josephson junction device.

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

【図1】 (A)及び(B)は本発明に係るジョセフソ
ン接合デバイスを各製造工程毎に示す断面図である。
1A and 1B are cross-sectional views showing a Josephson junction device according to the present invention in each manufacturing process.

【図2】 Tl系酸化物超電導体の熱処理温度とTl濃
度との相関関係を示す相図である。
FIG. 2 is a phase diagram showing a correlation between a heat treatment temperature of a Tl-based oxide superconductor and a Tl concentration.

【図3】 Tl系酸化物超電導体の熱処理温度と熱処理
時間との相関関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a correlation between a heat treatment temperature and a heat treatment time of a Tl-based oxide superconductor.

【図4】酸化物超電導体の表面層のX線回折結果を特定
の温度毎に示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an X-ray diffraction result of a surface layer of an oxide superconductor for each specific temperature.

【図5】 (A)−(C)はジョセフソン接合デバイス
を各製造工程毎に示す断面図である。
5A to 5C are cross-sectional views showing the Josephson junction device in each manufacturing process.

【図6】 (A)はSIS構造のジョセフソン接合素子
の電流−電圧特性図、(B)はSNS構造のジョセフソ
ン接合素子の電流−電圧特性図である。
FIG. 6A is a current-voltage characteristic diagram of a Josephson junction device having a SIS structure, and FIG. 6B is a current-voltage characteristic diagram of a Josephson junction device having an SNS structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板、2,2N ジョセフソン接合素子、20 酸
化物超電導体、21絶縁体、1S 段差、20A 弱結
合部、22 常電導体。
1 substrate, 2,2N Josephson junction element, 20 oxide superconductor, 21 insulator, 1S step, 20A weak coupling part, 22 normal conductor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 善里 順信 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Junnobu Zenzato 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd.

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 タリウム元素又はイットリウム元素と酸
素元素とが含まれる酸化物超電導体と、 前記酸化物超電導体の組成物質と同一のタリウム元素又
はイットリウム元素と酸素元素とが含まれる絶縁体と、
を備え、 前記酸化物超電導体、前記絶縁体及び前記酸化物超電導
体が順次接合されたジョセフソン接合素子を備えたこと
を特徴とするジョセフソン接合デバイス。
1. An oxide superconductor containing thallium element or yttrium element and oxygen element, and an insulator containing the same thallium element or yttrium element and oxygen element as the composition material of the oxide superconductor,
And a Josephson junction element in which the oxide superconductor, the insulator, and the oxide superconductor are sequentially joined.
【請求項2】 前記請求項1に記載されるジョセフソン
接合デバイスにおいて、 前記酸化物超電導体が特定の結晶構造で形成できる基板
表面又はバッファ層表面に沿って前記ジョセフソン接合
素子の酸化物超電導体、絶縁体及び酸化物超電導体が順
次配列され、 前記ジョセフソン接合素子がプレーナ構造で構成される
ことを特徴とするジョセフソン接合デバイス。
2. The Josephson junction device according to claim 1, wherein the oxide superconductor of the Josephson junction element is provided along a substrate surface or a buffer layer surface on which the oxide superconductor can be formed with a specific crystal structure. A Josephson junction device, wherein a body, an insulator, and an oxide superconductor are sequentially arranged, and the Josephson junction element has a planar structure.
【請求項3】 前記請求項2に記載されるジョセフソン
接合デバイスにおいて、 前記ジョセフソン接合素子の酸化物超電導体は粒子で形
成され、 前記ジョセフソン接合素子の絶縁体は前記酸化物超電導
体の粒子間の粒界に形成されることを特徴とするジョセ
フソン接合デバイス。
3. The Josephson junction device according to claim 2, wherein the oxide superconductor of the Josephson junction element is formed of particles, and the insulator of the Josephson junction element is of the oxide superconductor. A Josephson junction device characterized by being formed at grain boundaries between grains.
【請求項4】 前記請求項2に記載されるジョセフソン
接合デバイスにおいて、 前記ジョセフソン接合素子の酸化物超電導体は粒子で形
成され、 前記ジョセフソン接合素子の絶縁体には前記酸化物超電
導体の粒子の表面層を改質した絶縁体が使用されること
を特徴とするジョセフソン接合デバイス。
4. The Josephson junction device according to claim 2, wherein the oxide superconductor of the Josephson junction element is formed of particles, and the oxide superconductor is formed in an insulator of the Josephson junction element. Josephson junction device, characterized in that an insulating material obtained by modifying the surface layer of the particles is used.
【請求項5】 前記請求項2に記載されるジョセフソン
接合デバイスにおいて、 前記基板表面又はバッファ層表面には段差が形成され、 前記段差を除く基板表面上又はバッファ層表面上に前記
ジョセフソン接合素子の酸化物超電導体が形成されると
ともに、前記基板表面又はバッファ層表面の段差上に前
記ジョセフソン接合素子の絶縁体が形成されることを特
徴とするジョセフソン接合デバイス。
5. The Josephson junction device according to claim 2, wherein a step is formed on the substrate surface or the buffer layer surface, and the Josephson junction is formed on the substrate surface or the buffer layer surface excluding the step. A Josephson junction device, wherein an oxide superconductor of the element is formed and an insulator of the Josephson junction element is formed on a step on the surface of the substrate or the surface of the buffer layer.
【請求項6】 前記請求項2に記載されるジョセフソン
接合デバイスにおいて、 前記基板又はバッファ層には、互いに面方位が異なる2
種類の単結晶構造を有し、かつ2種類の単結晶構造の間
に結晶粒界を有するバイクリスタル基板又はバイクリス
タルバッファ層が使用され、 前記結晶粒界を除く基板表面上又はバッファ層表面上に
前記ジョセフソン接合素子の酸化物超電導体が形成され
るとともに、前記基板表面又はバッファ層表面の結晶粒
界上に前記ジョセフソン接合素子の絶縁体が形成される
ことを特徴とするジョセフソン接合デバイス。
6. The Josephson junction device according to claim 2, wherein the substrate or the buffer layer has two different plane orientations.
A bicrystal substrate or a bicrystal buffer layer having two kinds of single crystal structures and having a crystal grain boundary between two kinds of single crystal structures is used, and the substrate surface or the buffer layer surface excluding the crystal grain boundaries is used. The oxide superconductor of the Josephson junction element is formed on the substrate, and the insulator of the Josephson junction element is formed on the crystal grain boundary of the substrate surface or the buffer layer surface. device.
【請求項7】 前記請求項2に記載されるジョセフソン
接合デバイスにおいて、 前記基板にはMgO基板、LaAlO3 基板、SrTi
3 基板、YSZ基板、CeO2 基板のいずれかの基板
が使用され、 前記バッファ層にはMgOバッファ層、LaAlO3
ッファ層、SrTiO3 バッファ層、YSZバッファ
層、CeO2 バッファ層のいずれかのバッファ層が使用
されることを特徴とするジョセフソン接合デバイス。
7. The Josephson junction device according to claim 2, wherein the substrate is a MgO substrate, a LaAlO 3 substrate, or SrTi.
Any one of an O 3 substrate, a YSZ substrate, and a CeO 2 substrate is used, and the buffer layer is any one of a MgO buffer layer, a LaAlO 3 buffer layer, a SrTiO 3 buffer layer, a YSZ buffer layer, and a CeO 2 buffer layer. Josephson junction device characterized in that a buffer layer is used.
【請求項8】 前記請求項7に記載されるジョセフソン
接合デバイスにおいて、 前記酸化物超電導体には、Tl2 Ba2 Can-1 Cun
2n+4超電導体(n=1−4)、Tl1 Ba2 Can-1
Cun 2n+3超電導体(n=1−6)、Tl2 Ba
2 (Ca,Y)1 Cu2 8 超電導体、Tl1 Sr2
n-1 Cun 2n+3超電導体(n=2,3)、(Tl,
Pb)1 Sr2 Can-1 Cun 2n+3超電導体(n=
1,2,3)、(Tl,Bi)1 Sr2 Can-1 Cun
2n+3超電導体(n=2,3)、Tl1 Sr2 (Ca,
Ln)1 Cu2 7 超電導体、(Tl,Pb)(Sr,
Ln)2 Cu1 5 超電導体のいずれかのタリウム系酸
化物超電導体が使用されることを特徴とするジョセフソ
ン接合デバイス。
8. The Josephson junction device according to claim 7, wherein the oxide superconductor is Tl 2 Ba 2 C an -1 Cu n.
O 2n + 4 superconductor (n = 1-4), Tl 1 Ba 2 Ca n-1
Cu n O 2n + 3 superconductor (n = 1-6), Tl 2 Ba
2 (Ca, Y) 1 Cu 2 O 8 superconductor, Tl 1 Sr 2 C
a n-1 Cu n O 2n + 3 superconductor (n = 2, 3), (Tl,
Pb) 1 Sr 2 Ca n-1 Cu n O 2n + 3 superconductor (n =
1, 2, 3), (Tl, Bi) 1 Sr 2 Can n-1 Cu n
O 2n + 3 superconductor (n = 2,3), Tl 1 Sr 2 (Ca,
Ln) 1 Cu 2 O 7 superconductor, (Tl, Pb) (Sr,
A Josephson junction device, characterized in that a thallium-based oxide superconductor of any one of Ln) 2 Cu 1 O 5 superconductor is used.
【請求項9】 前記請求項8に記載されるジョセフソン
接合デバイスにおいて、 前記絶縁体には、前記タリウム系酸化物超電導体の組成
元素で生成される少なくとも2種類の化合物が混在した
絶縁体が使用されることを特徴とするジョセフソン接合
デバイス。
9. The Josephson junction device according to claim 8, wherein the insulator is an insulator in which at least two kinds of compounds generated by the composition element of the thallium-based oxide superconductor are mixed. Josephson junction device characterized by being used.
【請求項10】 前記請求項9に記載されるジョセフソ
ン接合デバイスにおいて、 前記絶縁体には、前記タリウム系酸化物超電導体の組成
元素で生成されるTlBaCaO化合物とCuO化合物
とが混在した絶縁体が使用されることを特徴とするジョ
セフソン接合デバイス。
10. The Josephson junction device according to claim 9, wherein the insulator is a mixture of a TlBaCaO compound and a CuO compound generated by a composition element of the thallium-based oxide superconductor. A Josephson junction device characterized in that
【請求項11】 前記請求項7に記載されるジョセフソ
ン接合デバイスにおいて、 前記酸化物超電導体には、Y1 Ba2 Cu3 7 超電導
体、Y1 Ba2 Cu4 8 超電導体、Y1 Ba2 Cu
3.5 7.5 超電導体、(Y,Ca)1 Ba2 Cu4 8
超電導体、(Ln,Ce)2 (Ba,Ln)2 Cu3
10超電導体のいずれかのイットリウム系酸化物超電導体
が使用されることを特徴とするジョセフソン接合デバイ
ス。
11. The Josephson junction device according to claim 7, wherein the oxide superconductor is Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7 superconductor, Y 1 Ba 2 Cu 4 O 8 superconductor, Y. 1 Ba 2 Cu
3.5 O 7.5 Superconductor, (Y, Ca) 1 Ba 2 Cu 4 O 8
Superconductor, (Ln, Ce) 2 (Ba, Ln) 2 Cu 3 O
A Josephson junction device, characterized in that an yttrium-based oxide superconductor is used as one of the 10 superconductors.
【請求項12】 前記請求項11に記載されるジョセフ
ソン接合デバイスにおいて、 前記絶縁体には、前記イットリウム系酸化物超電導体の
組成元素で生成される少なくとも2種類の化合物が混在
した絶縁体が使用されることを特徴とするジョセフソン
接合デバイス。
12. The Josephson junction device according to claim 11, wherein the insulator is an insulator in which at least two kinds of compounds generated by the composition element of the yttrium oxide superconductor are mixed. Josephson junction device characterized by being used.
【請求項13】 下記工程(1)及び工程(2)を備え
たことを特徴とするジョセフソン接合デバイスの製造方
法。 (1)酸化物超電導体の結晶化温度の範囲内で第1熱処
理が行われ、タリウム元素又はイットリウム元素と酸素
元素とが含まれる酸化物超電導体を形成する工程。 (2)前記酸化物超電導体の組成元素で生成される化合
物の結晶化が開始される温度から前記酸化物超電導体の
結晶化温度未満の範囲内で第2熱処理が行われ、前記酸
化物超電導体の表面上に前記酸化物超電導体の組成物質
と同一のタリウム元素又はイットリウム元素と酸素元素
とが含まれる絶縁体を形成する工程。
13. A method of manufacturing a Josephson junction device, comprising the following steps (1) and (2). (1) A step of performing first heat treatment within a range of crystallization temperature of the oxide superconductor to form an oxide superconductor containing thallium element or yttrium element and oxygen element. (2) The second heat treatment is performed within a range from a temperature at which crystallization of a compound generated by the composition element of the oxide superconductor is started to a temperature lower than a crystallization temperature of the oxide superconductor, and A step of forming an insulator containing the same thallium element or yttrium element and oxygen element as the composition material of the oxide superconductor on the surface of the body.
【請求項14】 前記請求項13に記載されるジョセフ
ソン接合デバイスの製造方法において、 前記第1熱処理で前記酸化物超電導体が形成された後
に、引き続き、毎分数十度毎に温度を降下する降温速度
で前記酸化物超電導体に第2熱処理が行われ、前記酸化
物超電導体の表面層が絶縁体に改質されることを特徴と
するジョセフソン接合デバイスの製造方法。
14. The method for manufacturing a Josephson junction device according to claim 13, wherein after the oxide superconductor is formed by the first heat treatment, the temperature is continuously lowered every tens of degrees per minute. A second heat treatment is performed on the oxide superconductor at a temperature lowering rate to change the surface layer of the oxide superconductor to an insulator, thereby manufacturing a Josephson junction device.
【請求項15】 前記請求項13に記載されるジョセフ
ソン接合デバイスの製造方法において、 前記第1熱処理で前記酸化物超電導体が形成された後
に、引き続き、前記酸化物超電導体に単位時間毎に温度
を降下する降温速度が少なくとも2段階以上に設定され
た第2熱処理が行われ、前記酸化物超電導体の表面層が
絶縁体に改質されることを特徴とするジョセフソン接合
デバイスの製造方法。
15. The method for manufacturing a Josephson junction device according to claim 13, wherein after the oxide superconductor is formed by the first heat treatment, the oxide superconductor is continuously formed on a unit time basis. A method for manufacturing a Josephson junction device, characterized in that the surface layer of the oxide superconductor is modified into an insulator by performing a second heat treatment in which a temperature lowering rate for lowering the temperature is set to at least two stages or more. .
【請求項16】 前記請求項15に記載されるジョセフ
ソン接合デバイスの製造方法において、 前記第2熱処理は特定の降温速度で降下中に特定の温度
状態が一定時間保持されることを特徴とするジョセフソ
ン接合デバイスの製造方法。
16. The method for manufacturing a Josephson junction device according to claim 15, wherein the second heat treatment holds a specific temperature state for a certain time while the second heat treatment is decreasing at a specific temperature decreasing rate. Method for manufacturing Josephson junction device.
【請求項17】 前記請求項13に記載されるジョセフ
ソン接合デバイスの製造方法において、 前記酸化物超電導体にはタリウム系酸化物超電導体が使
用され、 前記タリウム系酸化物超電導体の第1熱処理は800℃
以上900℃以下の温度範囲に設定され、 前記第2熱処理は450℃以上800℃未満の温度範囲
に設定されることを特徴とするジョセフソン接合デバイ
スの製造方法。
17. The method for manufacturing a Josephson junction device according to claim 13, wherein a thallium-based oxide superconductor is used as the oxide superconductor, and the first heat treatment of the thallium-based oxide superconductor is performed. Is 800 ° C
The method for manufacturing a Josephson junction device is characterized in that the temperature is set to a temperature range of 900 ° C. or higher and the second heat treatment is set to a temperature range of 450 ° C. or higher and lower than 800 ° C.
JP7179194A 1995-07-14 1995-07-14 Josephson junction device and production thereof Pending JPH0936446A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7179194A JPH0936446A (en) 1995-07-14 1995-07-14 Josephson junction device and production thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7179194A JPH0936446A (en) 1995-07-14 1995-07-14 Josephson junction device and production thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0936446A true JPH0936446A (en) 1997-02-07

Family

ID=16061585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7179194A Pending JPH0936446A (en) 1995-07-14 1995-07-14 Josephson junction device and production thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0936446A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6226858B1 (en) Method of manufacturing an oxide superconductor wire
EP0390704A2 (en) Tunnel junction type Josephson device and method for fabricating the same
JPH10511926A (en) Low temperature preparation of melt textured YBCO superconductors (T below 950 ° C)
JPH0936446A (en) Josephson junction device and production thereof
JP2500302B2 (en) Superconducting element and superconducting circuit
JPH04275470A (en) Product composed of superconductor/insulator structure and manufacture of said product
JPH07309700A (en) Oxide thin film, its production and superconducting element using the same
JP2797186B2 (en) Semiconductor substrate having superconductor layer
JPH02391A (en) Superconductive field-effect transistor
US5399312A (en) Method for fabricating high-jc thallium-based superconducting tape
JPH06302872A (en) Method for depositing thin film on superconductive thin oxide
JPS63239740A (en) Manufacture for superconductive compound thin film
Hasegawa et al. Improvement of superconducting characteristics of a Bi/sub 2/Sr/sub 2/CaCu/sub 2/O/sub 2//Ag thick film by controlling the microstructure under reduced O/sub 2/atmosphere
JPH01280380A (en) Semiconductor substrate having superconductor layer
JP3217613B2 (en) Superconducting junction device and manufacturing method thereof
JPH01219019A (en) Production of oxide superconductor film
JPH05101726A (en) Manufacture of oxide superconductive wire rod
JPH01100096A (en) Production of oxide superconductor thin film
KR100821209B1 (en) Manufacturing method of high temperature superconductor thick films by using cu-free precursors on ni substrates
JP3155641B2 (en) Superconducting tunnel junction device
JPH01183175A (en) Superconducting 3-terminal element
JPH08208229A (en) Bismuth superconductor element
JPH01280378A (en) Semiconductor substrate having superconductor layer
JPH02186681A (en) Superconductive junction device
JP2000264788A (en) Oxide superconductive film, electric device using same and their production