JPH098368A - 高温超電導ジョセフソン素子およびその製造方法 - Google Patents
高温超電導ジョセフソン素子およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 素子作製の歩留りを向上を可能とした高温超
電導ジョセフソン素子を提供する。 【構成】 バイクリスタル基板１１の上に高温超電導薄
膜を成膜し、この高温超電導薄膜を微細加工することに
よって超電導ブリッジ１２および２つの超電導電極１３
ａ，１３ｂを形成してなる高温超電導ジョセフソン素子
において、バイクリスタル基板１１のバイクリスタル線
（接合部）１４上に位置する超電導ブリッジ１２の上に
Ａｕなどの金属膜からなる弱結合体１５を設けた構成と
する。
電導ジョセフソン素子を提供する。 【構成】 バイクリスタル基板１１の上に高温超電導薄
膜を成膜し、この高温超電導薄膜を微細加工することに
よって超電導ブリッジ１２および２つの超電導電極１３
ａ，１３ｂを形成してなる高温超電導ジョセフソン素子
において、バイクリスタル基板１１のバイクリスタル線
（接合部）１４上に位置する超電導ブリッジ１２の上に
Ａｕなどの金属膜からなる弱結合体１５を設けた構成と
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温超電導ジョセフソ
ン素子およびその製造方法に関し、特に結晶方位が異な
る２枚の単結晶基板を接合することによって作製された
バイクリスタル基板の上に高温超電導薄膜を成膜し、こ
の高温超電導薄膜を微細加工することによって２つの超
電導電極およびこの両電極を連結する超電導ブリッジを
形成してなる高温超電導ジョセフソン素子に関するもの
である。
ン素子およびその製造方法に関し、特に結晶方位が異な
る２枚の単結晶基板を接合することによって作製された
バイクリスタル基板の上に高温超電導薄膜を成膜し、こ
の高温超電導薄膜を微細加工することによって２つの超
電導電極およびこの両電極を連結する超電導ブリッジを
形成してなる高温超電導ジョセフソン素子に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】この種の高温超電導ジョセフソン素子と
しては、例えば、文献１「D.Dimos,etal,Phys.Rev.Let
t.Vol.61,1988,pp.219-222」および文献２「B.Mayer,et
al,Appl.Phys.Lett.Vol.63,1993,pp.996-998 」に開示
されたものが知られている。図５に、この公知の高温超
電導ジョセフソン素子の構造の従来例を示す。図５にお
いて、（Ａ）は高温超電導ジョセフソン素子の平面図、
（Ｂ）はそのＡ‐Ａ′矢視断面図である。
しては、例えば、文献１「D.Dimos,etal,Phys.Rev.Let
t.Vol.61,1988,pp.219-222」および文献２「B.Mayer,et
al,Appl.Phys.Lett.Vol.63,1993,pp.996-998 」に開示
されたものが知られている。図５に、この公知の高温超
電導ジョセフソン素子の構造の従来例を示す。図５にお
いて、（Ａ）は高温超電導ジョセフソン素子の平面図、
（Ｂ）はそのＡ‐Ａ′矢視断面図である。
【０００３】この高温超電導ジョセフソン素子は、バイ
クリスタル基板５１、超電導ブリッジ５２および２つの
超電導電極５３ａ，５３ｂによって構成されている。バ
イクリスタル基板５１は、結晶方位が異なる２枚の単結
晶基板を接合することによって作製され、その真ん中の
接合部がバイクリスタル線５４となっている。このバイ
クリスタル基板５１上には、エピタキシャル成長にて成
膜された高温酸化膜である超電導薄膜を微細加工するこ
とによって超電導ブリッジ５２および２つの超電導電極
５３ａ，５３ｂが作製される。超電導ブリッジ５２は、
その長手方向がバイクリスタル線５４に対して直交する
ように形成される。
クリスタル基板５１、超電導ブリッジ５２および２つの
超電導電極５３ａ，５３ｂによって構成されている。バ
イクリスタル基板５１は、結晶方位が異なる２枚の単結
晶基板を接合することによって作製され、その真ん中の
接合部がバイクリスタル線５４となっている。このバイ
クリスタル基板５１上には、エピタキシャル成長にて成
膜された高温酸化膜である超電導薄膜を微細加工するこ
とによって超電導ブリッジ５２および２つの超電導電極
５３ａ，５３ｂが作製される。超電導ブリッジ５２は、
その長手方向がバイクリスタル線５４に対して直交する
ように形成される。
【０００４】次に、上記構成の高温超電導ジョセフソン
素子の動作原理について説明する。２枚の単結晶基板か
らなるバイクリスタル基板５１は、その表面結晶の様子
を示す図１（Ａ）の拡大図から明らかなように、バイク
リスタル線５４の両側に異なる結晶角度（例えば、２４
度と３６．８度）を有することになる。これにより、バ
イクリスタル基板５１の上にエピタキシャル成長にて成
膜される高温超電導薄膜は、この基板結晶の影響を受け
て結晶方位が違ってくる。その結果として、バイクリス
タル線５４の真上に位置する超電導ブリッジ５２の部分
に人工的な結晶粒界が集まる。
素子の動作原理について説明する。２枚の単結晶基板か
らなるバイクリスタル基板５１は、その表面結晶の様子
を示す図１（Ａ）の拡大図から明らかなように、バイク
リスタル線５４の両側に異なる結晶角度（例えば、２４
度と３６．８度）を有することになる。これにより、バ
イクリスタル基板５１の上にエピタキシャル成長にて成
膜される高温超電導薄膜は、この基板結晶の影響を受け
て結晶方位が違ってくる。その結果として、バイクリス
タル線５４の真上に位置する超電導ブリッジ５２の部分
に人工的な結晶粒界が集まる。
【０００５】すると、この結晶粒界の影響によって超電
導ブリッジ５２の超電導性が弱くなるため、２つの超電
導体（超電導電極５３ａ，５３ｂ）で絶縁体（超電導ブ
リッジ５２）をサンドイッチしたいわゆるジョセフソン
接合が形成される。言い換えれば、超電導電極５３ａ
（５３ｂ）を流れてきた超電導電流に対して、バイクリ
スタル線５４の真上に位置する超電導ブリッジ５２の部
分に集まる結晶粒界がバリアとなり、ある条件下では超
電導を、他の条件下では抵抗を示すいわゆるジョセフソ
ン効果が生じる。
導ブリッジ５２の超電導性が弱くなるため、２つの超電
導体（超電導電極５３ａ，５３ｂ）で絶縁体（超電導ブ
リッジ５２）をサンドイッチしたいわゆるジョセフソン
接合が形成される。言い換えれば、超電導電極５３ａ
（５３ｂ）を流れてきた超電導電流に対して、バイクリ
スタル線５４の真上に位置する超電導ブリッジ５２の部
分に集まる結晶粒界がバリアとなり、ある条件下では超
電導を、他の条件下では抵抗を示すいわゆるジョセフソ
ン効果が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の高温超電導ジョセフソン素子では、２つの超電
導電極５３ａ，５３ｂを接合するバリアとして、超電導
酸化物自身の結晶粒界を利用していることから、このバ
リアがバイクリスタル線５４の直線性などの線質や超電
導酸化膜の成長方法に依存し、偶然の可能性も高いた
め、素子作製の歩留りが悪いという問題点があった。ま
た、ｎｍ以下の微小結晶粒界の性質を把握することがで
きないため、高臨界温度のジョセフソン素子を得るのは
技術的に困難であった。
た従来の高温超電導ジョセフソン素子では、２つの超電
導電極５３ａ，５３ｂを接合するバリアとして、超電導
酸化物自身の結晶粒界を利用していることから、このバ
リアがバイクリスタル線５４の直線性などの線質や超電
導酸化膜の成長方法に依存し、偶然の可能性も高いた
め、素子作製の歩留りが悪いという問題点があった。ま
た、ｎｍ以下の微小結晶粒界の性質を把握することがで
きないため、高臨界温度のジョセフソン素子を得るのは
技術的に困難であった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による高温超電導ジョセフソン素子は、結晶
方位が異なる２枚の単結晶基板を接合することによって
作製されたバイクリスタル基板と、このバイクリスタル
基板の上に成膜された高温超電導薄膜からなる２つの超
電導電極と、バイクリスタル基板の上に成膜された高温
超電導薄膜からなり、かつ２つの超電導電極を連結する
超電導ブリッジと、このバイクリスタル基板の接合部
（バイクリスタル線）上に位置する超電導ブリッジの上
に形成された弱結合体とを備えた構成となっている。
に、本発明による高温超電導ジョセフソン素子は、結晶
方位が異なる２枚の単結晶基板を接合することによって
作製されたバイクリスタル基板と、このバイクリスタル
基板の上に成膜された高温超電導薄膜からなる２つの超
電導電極と、バイクリスタル基板の上に成膜された高温
超電導薄膜からなり、かつ２つの超電導電極を連結する
超電導ブリッジと、このバイクリスタル基板の接合部
（バイクリスタル線）上に位置する超電導ブリッジの上
に形成された弱結合体とを備えた構成となっている。
【０００８】
【作用】上記構成の高温超電導ジョセフソン素子におい
て、バイクリスタル基板のバイクリスタル線の真上に位
置する超電導ブリッジの部分に結晶粒界が集まることか
ら、この結晶粒界を通過できない超電導電流は、超電導
ブリッジの一方側から結晶粒界の近傍で弱結合体へ流れ
込み、結晶粒界を越えた後再び超電導ブリッジの他方側
へ流れ込む。すなわち、超電導ブリッジ上に設けられた
弱結合体は、近接効果によって超電導性を持つことにな
る。
て、バイクリスタル基板のバイクリスタル線の真上に位
置する超電導ブリッジの部分に結晶粒界が集まることか
ら、この結晶粒界を通過できない超電導電流は、超電導
ブリッジの一方側から結晶粒界の近傍で弱結合体へ流れ
込み、結晶粒界を越えた後再び超電導ブリッジの他方側
へ流れ込む。すなわち、超電導ブリッジ上に設けられた
弱結合体は、近接効果によって超電導性を持つことにな
る。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例を示
す構成図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はそのＡ‐
Ａ′矢視断面図である。図１において、第１実施例に係
る高温超電導ジョセフソン素子は、バイクリスタル基板
１１、超電導ブリッジ１２、２つの超電導電極１３ａ，
１３ｂおよび弱結合体１５によって構成されている。バ
イクリスタル基板１１は、結晶方位が異なる２枚の単結
晶基板を接合することによって作製され、その真ん中の
接合部がバイクリスタル線１４となっている。
つつ詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例を示
す構成図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はそのＡ‐
Ａ′矢視断面図である。図１において、第１実施例に係
る高温超電導ジョセフソン素子は、バイクリスタル基板
１１、超電導ブリッジ１２、２つの超電導電極１３ａ，
１３ｂおよび弱結合体１５によって構成されている。バ
イクリスタル基板１１は、結晶方位が異なる２枚の単結
晶基板を接合することによって作製され、その真ん中の
接合部がバイクリスタル線１４となっている。
【００１０】バイクリスタル基板１１上には、エピタキ
シャル成長によって成膜された高温酸化膜である超電導
薄膜を微細加工することによって超電導ブリッジ１２お
よび２つの超電導電極１３ａ，１３ｂが作製される。超
電導ブリッジ１２は、その長手方向がバイクリスタル線
１４に対して直交するように形成される。弱結合体１５
は、バイクリスタル線１４の真上に位置する超電導ブリ
ッジ１２の上に、Ａｕ（金）などの金属材料によって形
成される。ここに、弱結合とは、超電導体の２つの部分
が弱い相互作用で結ばれている状態の結合を言う。
シャル成長によって成膜された高温酸化膜である超電導
薄膜を微細加工することによって超電導ブリッジ１２お
よび２つの超電導電極１３ａ，１３ｂが作製される。超
電導ブリッジ１２は、その長手方向がバイクリスタル線
１４に対して直交するように形成される。弱結合体１５
は、バイクリスタル線１４の真上に位置する超電導ブリ
ッジ１２の上に、Ａｕ（金）などの金属材料によって形
成される。ここに、弱結合とは、超電導体の２つの部分
が弱い相互作用で結ばれている状態の結合を言う。
【００１１】ここで、上記構成の第１実施例に係る高温
超電導ジョセフソン素子の製造方法について説明する。
先ず、バイクリスタル基板１１として、例えば２４度の
結晶角度θを持つＳｒＴｉＯ3 （市販品）を用いる。次
に、このバイクリスタル基板１１を有機溶剤で洗浄した
後、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 の高温超電導薄膜をエピタキシ
ャル成長にて成膜する。この膜の厚さは約１００ｎｍで
ある。
超電導ジョセフソン素子の製造方法について説明する。
先ず、バイクリスタル基板１１として、例えば２４度の
結晶角度θを持つＳｒＴｉＯ3 （市販品）を用いる。次
に、このバイクリスタル基板１１を有機溶剤で洗浄した
後、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 の高温超電導薄膜をエピタキシ
ャル成長にて成膜する。この膜の厚さは約１００ｎｍで
ある。
【００１２】このバイクリスタル基板１１の上に成膜し
た高温超電導薄膜を、フォトリソグラフィとエッチング
技術により、超電導ブリッジ１２および２つの超電導電
極１３ａ，１３ｂに微細加工する。超電導ブリッジ１２
の長さは十数μｍ、幅は数μｍである。次いで、超電導
ブリッジ１２の上に、Ａｕなどの金属膜を蒸着する。こ
の金属膜の厚さは１００ｎｍ程度である。最後に、金属
膜を弱結合体１５として微細加工する。この弱結合体１
５は、その長さが数μｍ、幅が超電導ブリッジ１２の幅
よりも狭くなるように形成される。
た高温超電導薄膜を、フォトリソグラフィとエッチング
技術により、超電導ブリッジ１２および２つの超電導電
極１３ａ，１３ｂに微細加工する。超電導ブリッジ１２
の長さは十数μｍ、幅は数μｍである。次いで、超電導
ブリッジ１２の上に、Ａｕなどの金属膜を蒸着する。こ
の金属膜の厚さは１００ｎｍ程度である。最後に、金属
膜を弱結合体１５として微細加工する。この弱結合体１
５は、その長さが数μｍ、幅が超電導ブリッジ１２の幅
よりも狭くなるように形成される。
【００１３】この製造方法によれば、弱結合体１５とな
る金属膜の材料や微細加工する際の寸法などを適宜選択
できるため、後述するように超電導のバリアとして作用
する弱結合体１５のバリアの特性を容易に制御できる。
る金属膜の材料や微細加工する際の寸法などを適宜選択
できるため、後述するように超電導のバリアとして作用
する弱結合体１５のバリアの特性を容易に制御できる。
【００１４】次に、第１実施例に係る高温超電導ジョセ
フソン素子の動作原理について、弱結合体１５を持たな
い高温超電導ジョセフソン素子と対比して説明する。超
電導ブリッジ１２上に弱結合体１５を設けない場合に
は、超電導ブリッジ１２の厚さが１００ｎｍ程度で薄い
ことから、超電導電極１３ａ，１３ｂが超電導状態にな
っても、先述したように、バイクリスタル線１４の真上
に位置する超電導ブリッジ１２の部分に結晶粒界が集ま
るため、この結晶粒界の影響によって超電導ブリッジ１
２は超電導状態にならない。
フソン素子の動作原理について、弱結合体１５を持たな
い高温超電導ジョセフソン素子と対比して説明する。超
電導ブリッジ１２上に弱結合体１５を設けない場合に
は、超電導ブリッジ１２の厚さが１００ｎｍ程度で薄い
ことから、超電導電極１３ａ，１３ｂが超電導状態にな
っても、先述したように、バイクリスタル線１４の真上
に位置する超電導ブリッジ１２の部分に結晶粒界が集ま
るため、この結晶粒界の影響によって超電導ブリッジ１
２は超電導状態にならない。
【００１５】粒界接合の抵抗の温度依存性を測定する
と、抵抗は零にならない。つまり、超電導薄膜の臨界温
度以下になっても、結晶粒界は超電導にならない。図２
は、結晶粒界を測定したデータの一例を示す温度‐抵抗
特性である。同図から明らかなように、約８Ωの抵抗は
低温側で残り、ほとんど温度に依存しない。
と、抵抗は零にならない。つまり、超電導薄膜の臨界温
度以下になっても、結晶粒界は超電導にならない。図２
は、結晶粒界を測定したデータの一例を示す温度‐抵抗
特性である。同図から明らかなように、約８Ωの抵抗は
低温側で残り、ほとんど温度に依存しない。
【００１６】これに対し、本発明に係る高温超電導ジョ
セフソン素子では、超電導ブリッジ１２上に弱結合体１
５を持つことにより、図３に示したように、バイクリス
タル線１４の真上に位置する超電導ブリッジ１２の部分
に集まる結晶粒界３１を通過できない超電導電流３２
は、超電導ブリッジ１２の一方側から結晶粒界３１の近
傍で弱結合体１５へ流れ込み、結晶粒界３１を越えた後
再び超電導ブリッジ１２の他方側へ流れ込む。
セフソン素子では、超電導ブリッジ１２上に弱結合体１
５を持つことにより、図３に示したように、バイクリス
タル線１４の真上に位置する超電導ブリッジ１２の部分
に集まる結晶粒界３１を通過できない超電導電流３２
は、超電導ブリッジ１２の一方側から結晶粒界３１の近
傍で弱結合体１５へ流れ込み、結晶粒界３１を越えた後
再び超電導ブリッジ１２の他方側へ流れ込む。
【００１７】このように、超電導ブリッジ１２上に設け
られた弱結合体１５は、近接効果によって超電導性を持
つことになる。ここに、近接効果とは、超電導体と常電
導体で接合を作って、これを超電導体の臨界温度以下に
冷却すると、超電導体に隣接する常電導体の一部に超電
導性が誘発される現象を言う。なお、弱結合体１５の材
料となるＡｕ金属と結晶粒界とを比較すると、Ａｕの金
属中の超電導ペア電子のコヒーレンス長は、結晶粒界の
それよりもずっと長い。
られた弱結合体１５は、近接効果によって超電導性を持
つことになる。ここに、近接効果とは、超電導体と常電
導体で接合を作って、これを超電導体の臨界温度以下に
冷却すると、超電導体に隣接する常電導体の一部に超電
導性が誘発される現象を言う。なお、弱結合体１５の材
料となるＡｕ金属と結晶粒界とを比較すると、Ａｕの金
属中の超電導ペア電子のコヒーレンス長は、結晶粒界の
それよりもずっと長い。
【００１８】上述したように、超電導ブリッジ１２上に
弱結合体１５を形成し、この弱結合体１５を２つの超電
導電極１３ａ，１３ｂを接合するバリアとしたことによ
り、弱結合体１５の材料や寸法などによってバリアの特
性を制御しやすくなるため、高温超電導ジョセフソン素
子を作製する際の歩留りを向上できる。また、超電導酸
化物自身の結晶粒界をバリアとして利用していないこと
から、この結晶粒界による臨界温度の低下の問題がなく
なるため、超電導膜と同様の高臨界温度のジョセフソン
素子の実現が可能となる。
弱結合体１５を形成し、この弱結合体１５を２つの超電
導電極１３ａ，１３ｂを接合するバリアとしたことによ
り、弱結合体１５の材料や寸法などによってバリアの特
性を制御しやすくなるため、高温超電導ジョセフソン素
子を作製する際の歩留りを向上できる。また、超電導酸
化物自身の結晶粒界をバリアとして利用していないこと
から、この結晶粒界による臨界温度の低下の問題がなく
なるため、超電導膜と同様の高臨界温度のジョセフソン
素子の実現が可能となる。
【００１９】図４は、本発明の第２実施例を示す断面図
であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示
してある。この第２実施例では、超電導ブリッジ１２に
おけるバイクリスタル線１４の真上およびその近傍部分
に、エッチング処理を施すことによってその表面を数ｎ
ｍ程度の深さに除去し、その上に弱結合体１５を形成し
た構成となっている。その他の構成は、図１に示した第
１実施例の場合と同じであるので、その説明については
省略する。
であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示
してある。この第２実施例では、超電導ブリッジ１２に
おけるバイクリスタル線１４の真上およびその近傍部分
に、エッチング処理を施すことによってその表面を数ｎ
ｍ程度の深さに除去し、その上に弱結合体１５を形成し
た構成となっている。その他の構成は、図１に示した第
１実施例の場合と同じであるので、その説明については
省略する。
【００２０】次に、上記構成の第２実施例に係る高温超
電導ジョセフソン素子の製造方法について説明する。Ｓ
ｒＴｉＯ3 のバイクリスタル基板１１上に、ＹＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏ7 の高温超電導薄膜を成膜した後、この高温超電
導薄膜を超電導ブリッジ１２および２つの超電導電極１
３ａ，１３ｂに微細加工する。成膜および微細加工は、
第１実施例の場合と同様にして行われる。
電導ジョセフソン素子の製造方法について説明する。Ｓ
ｒＴｉＯ3 のバイクリスタル基板１１上に、ＹＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏ7 の高温超電導薄膜を成膜した後、この高温超電
導薄膜を超電導ブリッジ１２および２つの超電導電極１
３ａ，１３ｂに微細加工する。成膜および微細加工は、
第１実施例の場合と同様にして行われる。
【００２１】次いで、超電導ブリッジ１２の中央部分に
位置する高温超電導薄膜を、約２μｍ幅、数ｎｍ深さに
エッチングすることにより、超電導ブリッジ１２の中央
部分の表面を除去する。その後、弱結合体１５を形成す
る。その形成に当たっては、超電導ブリッジ１２上に例
えばＡｕ膜を成膜し、このＡｕ膜をリソグラフィとエッ
チング技術によって微細加工したり、あるいは超電導ブ
リッジ１２上にレジストを塗布し、例えばＡｕ膜を蒸着
した後、リフトオフによってＡｕ膜を微細加工すること
により、弱結合体１５を作製する。
位置する高温超電導薄膜を、約２μｍ幅、数ｎｍ深さに
エッチングすることにより、超電導ブリッジ１２の中央
部分の表面を除去する。その後、弱結合体１５を形成す
る。その形成に当たっては、超電導ブリッジ１２上に例
えばＡｕ膜を成膜し、このＡｕ膜をリソグラフィとエッ
チング技術によって微細加工したり、あるいは超電導ブ
リッジ１２上にレジストを塗布し、例えばＡｕ膜を蒸着
した後、リフトオフによってＡｕ膜を微細加工すること
により、弱結合体１５を作製する。
【００２２】上述したように、超電導ブリッジ１２の中
央部分の表面をエッチング処理によって除去し、その上
に弱結合体１５を形成するようにしたことにより、高温
超電導ジョセフソン素子の製造の際の歩留りをより向上
できる。すなわち、高温超電導薄膜の作製法によって、
超電導ブリッジ１２の表面に薄い変質層が生じる可能性
がある。この変質層は超電導性を失って近接効果の障害
となる。
央部分の表面をエッチング処理によって除去し、その上
に弱結合体１５を形成するようにしたことにより、高温
超電導ジョセフソン素子の製造の際の歩留りをより向上
できる。すなわち、高温超電導薄膜の作製法によって、
超電導ブリッジ１２の表面に薄い変質層が生じる可能性
がある。この変質層は超電導性を失って近接効果の障害
となる。
【００２３】そこで、超電導ブリッジ１２の中央部分の
表面をエッチング処理によって除去し、その上に金属の
弱結合体１５を形成することで、超電導ブリッジ１２と
金属の弱結合体１５との間にきれいな超電導／ノーマル
金属の界面を形成でき、ジョセフソン効果を容易に生じ
させることができるため、素子作製の歩留りをより向上
できる。
表面をエッチング処理によって除去し、その上に金属の
弱結合体１５を形成することで、超電導ブリッジ１２と
金属の弱結合体１５との間にきれいな超電導／ノーマル
金属の界面を形成でき、ジョセフソン効果を容易に生じ
させることができるため、素子作製の歩留りをより向上
できる。
【００２４】なお、上記各実施例では、高温超電導とし
てＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 を用いた場合を例に挙げて説明し
たが、Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 ，（Ｂｉ，Ｐｂ）2 Ｓｒ
2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ8 ，ＴｌＢａ2 ＣａＣｕ2 Ｏ7 ，Ｔｌ
Ｂａ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ9 などの銅酸化物高温超電導、あ
るいは（ＢａＫ）ＢｉＯ3 ，（ＢａＲｂ）ＢｉＯ3 など
の同方性酸化物超電導を用いることも可能である。ま
た、ＳｒＴｉＯ3 バイクリスタル基板を用いた場合を例
に挙げたが、これらの高温超電導を成膜できるＭｇＯ，
ＬａＡｌＯ3 ，ＺｒＯ2 ，サーファアなどのバイクリス
タル基板も適用可能である。
てＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 を用いた場合を例に挙げて説明し
たが、Ｂｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 ，（Ｂｉ，Ｐｂ）2 Ｓｒ
2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ8 ，ＴｌＢａ2 ＣａＣｕ2 Ｏ7 ，Ｔｌ
Ｂａ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ9 などの銅酸化物高温超電導、あ
るいは（ＢａＫ）ＢｉＯ3 ，（ＢａＲｂ）ＢｉＯ3 など
の同方性酸化物超電導を用いることも可能である。ま
た、ＳｒＴｉＯ3 バイクリスタル基板を用いた場合を例
に挙げたが、これらの高温超電導を成膜できるＭｇＯ，
ＬａＡｌＯ3 ，ＺｒＯ2 ，サーファアなどのバイクリス
タル基板も適用可能である。
【００２５】また、上記各実施例においては、Ａｕ膜を
弱結合体１５として用いた場合について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕなどの
導電性の良い金属、あるいはＳｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓなど
の半導体を弱結合体１５の材料として用いることも可能
である。
弱結合体１５として用いた場合について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕなどの
導電性の良い金属、あるいはＳｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓなど
の半導体を弱結合体１５の材料として用いることも可能
である。
【００２６】なお、上記各実施例に係る高温超電導ジョ
セフソン素子は、超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ；su
perconducting quantum interference device)や、マイ
クロ波およびミリ波回路の発振素子などに用いて好適な
ものとなる。
セフソン素子は、超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ；su
perconducting quantum interference device)や、マイ
クロ波およびミリ波回路の発振素子などに用いて好適な
ものとなる。
【００２７】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、バイクリスタル基板の上に高温超電導薄膜を成膜
し、この高温超電導薄膜を微細加工することによって２
つの超電導電極および超電導ブリッジを形成してなる高
温超電導ジョセフソン素子において、バイクリスタル基
板の接合部上に位置する超電導ブリッジの上に弱結合体
を設けたことにより、近接効果によって弱結合体が超電
導のバリアとして作用するため、弱結合体の材料や寸法
などによってバリアの特性を制御しやすくなり、素子作
製の歩留りを向上できる。
れば、バイクリスタル基板の上に高温超電導薄膜を成膜
し、この高温超電導薄膜を微細加工することによって２
つの超電導電極および超電導ブリッジを形成してなる高
温超電導ジョセフソン素子において、バイクリスタル基
板の接合部上に位置する超電導ブリッジの上に弱結合体
を設けたことにより、近接効果によって弱結合体が超電
導のバリアとして作用するため、弱結合体の材料や寸法
などによってバリアの特性を制御しやすくなり、素子作
製の歩留りを向上できる。
【００２８】また、超電導酸化物自身の結晶粒界をバリ
アとして利用していないことから、この結晶粒界による
臨界温度の低下の問題がなくなるため、超電導膜と同様
の高臨界温度のジョセフソン素子の実現が可能になると
いう効果も得られる。
アとして利用していないことから、この結晶粒界による
臨界温度の低下の問題がなくなるため、超電導膜と同様
の高臨界温度のジョセフソン素子の実現が可能になると
いう効果も得られる。
【図１】本発明の第１実施例を示す概略構成図であり、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）はそのＡ‐Ａ′矢視断面図であ
る。
（Ａ）は平面図、（Ｂ）はそのＡ‐Ａ′矢視断面図であ
る。
【図２】粒界接合の抵抗の温度依存性を示す温度‐抵抗
特性図である。
特性図である。
【図３】本発明の動作原理の説明に供する動作説明図で
ある。
ある。
【図４】本発明の第２実施例を示す断面図である。
【図５】従来例を示す概略構成図であり、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）はそのＡ‐Ａ′矢視断面図である。
図、（Ｂ）はそのＡ‐Ａ′矢視断面図である。
１１ バイクリスタル基板 １２ 超電導ブリッジ １３ａ，１３ｂ 超電導電極 １４ バイクリスタル線 １５ 弱結合体
Claims (3)
- 【請求項１】 結晶方位が異なる２枚の単結晶基板を接
合することによって作製されたバイクリスタル基板と、 前記バイクリスタル基板の上に成膜された高温超電導薄
膜からなる２つの超電導電極と、 前記バイクリスタル基板の上に成膜された高温超電導薄
膜からなり、かつ前記２つの超電導電極を連結する超電
導ブリッジと、 前記バイクリスタル基板の接合部上に位置する前記超電
導ブリッジの上に形成された弱結合体とを備えたことを
特徴とする高温超電導ジョセフソン素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の高温超電導ジョセフソン
素子の製造方法であって、 前記バイクリスタル基板の上に高温超電導薄膜を成膜
し、 前記高温超電導薄膜を微細加工することによって前記２
つの超電導電極および前記超電導ブリッジを形成し、 前記超電導ブリッジの前記接合部上に位置する部分に金
属膜を蒸着し、この金属膜を微細加工することによって
前記弱結合体を形成することを特徴とする高温超電導ジ
ョセフソン素子の製造方法。 - 【請求項３】 前記超電導ブリッジの前記接合部上に位
置する部分の表面を除去する処理を行い、 この除去処理部分の上に金属膜を蒸着し、この金属膜を
微細加工することによって前記弱結合体を形成すること
を特徴とする請求項２記載の高温超電導ジョセフソン素
子の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7157567A JPH098368A (ja) | 1995-06-23 | 1995-06-23 | 高温超電導ジョセフソン素子およびその製造方法 |
| US08/652,680 US5849669A (en) | 1995-06-23 | 1996-05-30 | High temperature superconducting Josephson device and method for manufacturing the same |
| US09/140,661 US5981443A (en) | 1995-06-23 | 1998-08-26 | Method of manufacturing a high temperature superconducting Josephson device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7157567A JPH098368A (ja) | 1995-06-23 | 1995-06-23 | 高温超電導ジョセフソン素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH098368A true JPH098368A (ja) | 1997-01-10 |
Family
ID=15652514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7157567A Pending JPH098368A (ja) | 1995-06-23 | 1995-06-23 | 高温超電導ジョセフソン素子およびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5849669A (ja) |
| JP (1) | JPH098368A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001042540A1 (en) * | 1999-12-09 | 2001-06-14 | Cornell Research Foundation, Inc. | Fabrication of periodic surface structures with nanometer-scale spacings |
| CN108048904A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-18 | 安徽省恒伟铋业有限公司 | 一种铋晶体制作设备 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997025748A1 (en) * | 1996-01-12 | 1997-07-17 | International Business Machines Corporation | Electronic device |
| US6197267B1 (en) | 1997-07-25 | 2001-03-06 | International Business Machines Corporation | Catalytic reactor |
| US6130182A (en) * | 1997-07-25 | 2000-10-10 | International Business Machines Corporation | Dielectric catalyst structures |
| US6193832B1 (en) | 1997-07-25 | 2001-02-27 | International Business Machines Corporation | Method of making dielectric catalyst structures |
| JP4033997B2 (ja) * | 1999-01-26 | 2008-01-16 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 異方性エッチングが可能な被加工材料を用いた電子素子の製造方法及びその製造装置 |
| US6495854B1 (en) | 1999-12-30 | 2002-12-17 | International Business Machines Corporation | Quantum computing with d-wave superconductors |
| EP1614104A4 (en) * | 2002-10-09 | 2006-01-11 | Univ East Carolina | FREQUENCY-MODIFIED AUDIO RETURN TO TREAT PATHOLOGIES OTHER THAN BEGIN |
| WO2004105147A1 (en) * | 2003-01-23 | 2004-12-02 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Method for preparing atomistically straight boundary junctions in high temperature superconducting oxides |
| WO2004070853A1 (en) | 2003-01-31 | 2004-08-19 | The Trustees Of Columbia University In The City Ofnew York | Method for preparing atomistically straight boundary junctions in high temperature superconducting oxide |
| US7776718B2 (en) * | 2007-06-25 | 2010-08-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing semiconductor substrate with reduced gap size between single-crystalline layers |
| US10224475B2 (en) | 2014-06-11 | 2019-03-05 | The Regents Of The University Of California | Method for fabricating superconducting devices using a focused ion beam |
| US10205081B2 (en) | 2014-11-20 | 2019-02-12 | The Regents Of The University Of California | Magnetic flux-to-voltage transducer based on josephson junction arrays |
| US10381542B2 (en) * | 2015-04-30 | 2019-08-13 | International Business Machines Corporation | Trilayer Josephson junction structure with small air bridge and no interlevel dielectric for superconducting qubits |
| US11563162B2 (en) * | 2020-01-09 | 2023-01-24 | International Business Machines Corporation | Epitaxial Josephson junction transmon device |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5219826A (en) * | 1990-08-20 | 1993-06-15 | Conductus, Inc. | Superconducting junctions and method of making same |
| US5134117A (en) * | 1991-01-22 | 1992-07-28 | Biomagnetic Technologies, Inc. | High tc microbridge superconductor device utilizing stepped edge-to-edge sns junction |
| US5196395A (en) * | 1991-03-04 | 1993-03-23 | Superconductor Technologies, Inc. | Method for producing crystallographic boundary junctions in oxide superconducting thin films |
| US5543630A (en) * | 1995-01-31 | 1996-08-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | High Tc superconducting devices on bi-crystal substrates |
-
1995
- 1995-06-23 JP JP7157567A patent/JPH098368A/ja active Pending
-
1996
- 1996-05-30 US US08/652,680 patent/US5849669A/en not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-08-26 US US09/140,661 patent/US5981443A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001042540A1 (en) * | 1999-12-09 | 2001-06-14 | Cornell Research Foundation, Inc. | Fabrication of periodic surface structures with nanometer-scale spacings |
| CN108048904A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-18 | 安徽省恒伟铋业有限公司 | 一种铋晶体制作设备 |
| CN108048904B (zh) * | 2017-11-30 | 2021-02-26 | 安徽省恒伟铋业有限公司 | 一种铋晶体制作设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5981443A (en) | 1999-11-09 |
| US5849669A (en) | 1998-12-15 |
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