JPH1098218A - トンネル型超伝導接合素子 - Google Patents

トンネル型超伝導接合素子

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JPH1098218A
JPH1098218A JP8252593A JP25259396A JPH1098218A JP H1098218 A JPH1098218 A JP H1098218A JP 8252593 A JP8252593 A JP 8252593A JP 25259396 A JP25259396 A JP 25259396A JP H1098218 A JPH1098218 A JP H1098218A
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JP
Japan
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earth element
superconducting
oxide
tunnel
electrode
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Pending
Application number
JP8252593A
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English (en)
Inventor
Akihiro Odakawa
明弘 小田川
Hideaki Adachi
秀明 足立
Kentaro Setsune
謙太郎 瀬恒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸化物超伝導薄膜を用いた高性能のトンネル
型超伝導素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 アルカリ土類元素と銅の酸化物を主成分
とするL2An+1CunO2n+4 +xで表される酸化物超伝導層に対
して、希土類元素(R)と金属元素(M)を主成分とする
RmMOm+2で表されるペロブスカイト型酸化物を上部また
は下部の電極として用いて構成する。ここで元素Mはチ
タン、バナヂウム、マンガン、ルテニウム、ニッケルの
うちの少なくとも一つの元素を示し、またLはビスマ
ス、タリウムのうち少なくとも一つの元素を示す。xは0
≦x≦1の数値を、nは1以上の整数、mは1または2を示し
ている

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速・高感度の動
作が期待されている超伝導デバイスの要素部品となるト
ンネル型超伝導接合素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年発見された酸化物超伝導体の中に
は、その超伝導臨界温度が液体窒素温度を越えるものが
あり、超伝導体の応用分野を大きく広げることとなっ
た。エレクトロニクス分野に応用が期待される超伝導デ
バイスに関しては、基本的要素部品である超伝導接合と
して、超伝導薄膜の面内の粒界を利用した接合、階段状
の段差を利用した接合などが試作されている(高田進、
応用物理、Vol.62、p.443(1993))。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これら従来試作されて
いる超伝導接合素子は特性が未だ不十分であり、理想的
なジョセフソン特性を示すトンネル型接合素子はほとん
ど実現されていない。この理由はトンネル接合が超伝導
物質と非超伝導物質という異種の材料で構成されるた
め、高温超伝導体のような複合酸化物を使って完全に乱
れのない接合を実現することが技術的に困難なことに依
る。最近になって、唯一ビスマス系酸化物超伝導体は、
超伝導物質と非超伝導物質という異種の材料の組み合わ
せが、何層もの連なった周期的積層構造を有し、それ自
身がトンネル型接合素子アレイを構成した物質であるこ
とが報告されている[鈴木、田辺、日高、狩元、宮原、
電子情報通信学会技術報告 SCE95-30, p.7 (1995)]。
【0004】しかし、エレクトロニクスへ応用するため
には、それらの構造から、単一の接合のみを制御良く取
り出す必要があるが、これまで単一の特性を示すトンネ
ル型接合素子を得るのは困難であった。
【0005】すなわち、取り出した超伝導薄膜素子とそ
の電極部分の膜厚方向の良質の接触を達成して、実用的
な優れた素子の特性を得るには、電極部分が優れた伝導
性を有しているだけでなく、材料的に両者の相性が良
く、しかも作りやすい必要がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決する本
発明のトンネル型超伝導接合素子用電極は、アルカリ土
類元素と銅の酸化物を主成分とする一般化学式L2An+1Cu
nO2n+4+xで表される複合酸化物超伝導層に対して、希土
類元素(R)と金属元素(M)を主成分とし、電気抵抗率
が温度に対して増加する金属伝導性を有する、化学式Rm
MOm+2で表されるペロブスカイト型複合酸化物を、上部
または下部、あるいは上部および下部の電極として用い
ることを特徴とするものである。ここで元素MはTi(チ
タン)、V(バナヂウム)、Mn(マンガン)、Ru(ルテ
ニウム)、Ni(ニッケル)のうちの少なくとも一つの元
素を示し、またLはBi(ビスマス)、Tl(タリウム)の
うち少なくとも一つの元素を示す。xは0≦x≦1の範囲の
数値を、nは1以上の整数を、mは1または2を示してい
る。本発明は、上記のような相性の良い超伝導材料と電
極用金属材料の組み合わせの発見に基づき達成されたも
ので、上記一連の類型物質の組み合わせの場合に、良質
のトンネル接合素子特性が得られることを見いだした。
【0007】特に、酸化物超伝導層のアルカリ土類元素
の一部を希土類元素に置換したり、また電極用酸化物の
希土類元素の一部をアルカリ土類元素で置換した場合、
特性が向上するのに加えて相性も良く作りやすくなり、
好ましい。
【0008】
【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。
【0009】(実施の形態1)酸化物超伝導層としてBi
2(La0.15Sr0.85)2CuO6を、電極用酸化物として(La0.1 5S
r0.85)2RuO4を用いて超伝導素子の作製を行った。薄膜
の作製はそれぞれ(La0. 15Sr0.85)2Ru1.2O4.2およびBi
2.4(La0.15Sr0.85)2Cu1.2O7のターゲットを用いたスパ
ッタリング法により行い、同一真空槽内で積層を実施し
た。スパッタリングは酸素20%混合した0.5Paアルゴン雰
囲気中で50Wの放電電力で行い、約600℃に加熱した基板
上に成膜を実施した。図1に素子形成の工程図を示す。
SrTiO3(100)面基板11上にビスマス層状物質Bi2(La0.15S
r0.85)2CuO6のバッファ層12を20nm初めに設けた後、下
部酸化物電極(La0.15Sr0.85)2RuO4薄膜13を50nm堆積さ
せ、超伝導トンネル素子となる層Bi2(La0.15Sr0.85)2Cu
O6薄膜14を挟み込んだ後再び酸化物(La0.15Sr0.85)2RuO
4を20nm堆積させ、上部電極15とした。超伝導層の膜厚
は堆積速度換算で0.4nmから100nmまで変化させて素子形
成を行った。これらの薄膜は全てc軸方位が基板面に垂
直に配向して成長していることが確認されている。素子
面積5μm×5μmに描画したフォトレジスト16を形成した
後、アルゴンイオンでエッチングを行い、接合部17の切
り出しを行った。その後CaF2薄膜の絶縁分離層18を形成
し、引き出し銀電極19を配線して素子を完成させた。こ
の工程を経た後で、素子は約30Kで超伝導転移すること
が確認された。
【0010】この素子の4.2Kにおける電極間の電流・電
圧特性を測定し、超伝導層の厚みとの関係を調べた。図
2は超伝導層厚1.5nmの場合の素子特性である。明確なヒ
ステリシスを持つ典型的なジョセフソン特性が認められ
る。このような良質なジョセフソン特性は、特に超伝導
層厚が1nmから10nmが再現性良く得ることができ、好ま
しいことが確認された。このように本素子構造において
優れた特性が得られるのは、超伝導素子層と酸化物電極
層の組み合わせの相性が非常に良いためと、電極層が超
伝導素子層の保護膜として働いているためであると考え
られる。図3に1.5nmの超伝導素子層に対する酸化物電極
層の接合界面付近の結晶構造模式図を示す。図のように
超伝導素子層14と酸化物電極層13、15の界面結晶構造は
良く適合して接合されており、このことが、良質で単一
の超伝導トンネル素子の実現を可能にしたと思われる。
すなわち、良質で単一の超伝導トンネル素子が本素子構
造の電極を採用することで再現性良く実現できることが
示された。
【0011】なおここでは、酸化物電極として(La0.15S
r0.85)2RuO4を用いたが、La0.15Sr0 .85RuO3、La0.15Sr
0.85MnO3、La0.15Sr0.85VO3を用いた場合でも特性に大
差無いことも併せて確認した。更に、酸化物電極として
Sr2RuO4を用いた場合でも、素子動作が確認されたが、
本実施例のようにSrに対して希土類元素を一部置換する
方が素子構造の安定性から好ましい。
【0012】(実施の形態2)同様の方法で、超伝導層
として約2nmのBi2(La0.4Sr0.6)2CaCu2O8を、酸化物電極
として(La0.5Sr0.5)2NiO4を用いて素子作製を行った。
作製した素子は約30Kで超伝導転移する事が確認され
た。また、電流・電圧特性を測定した結果、約20K以下
でトンネル型ジョセフソン特性を観測できた。
【0013】本実施の形態では、超伝導層にBi2(La0.4S
r0.6)2CaCu2O8を用いたが、Tl2Ba2CaCu2O8を用いた場合
でも同様のジョセフソン特性を観測できた。
【0014】また、ここでは酸化物電極に(La0.5Sr0.5)
2NiO4を用いたが、(La0.5Sr0.5)2TiO3を用いた場合でも
特性に大差無いことを確認した。さらに、酸化物電極と
してLaTiO3を用いた場合でも素子動作が確認されたが、
本実施例のようにLaに対してアルカリ土類元素を一部置
換する方が素子構造の安定性から好ましい。
【0015】なお、希土類元素Laは他の希土類元素でも
同様に良質な特性を再現できたが、特にLa元素を使用し
た場合に再現性よく素子の実現が可能であった。また、
アルカリ土類元素として、本実施の形態以外の組み合わ
せでもトンネル型超伝導素子が形成できる。
【0016】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、高温で動
作可能な酸化物超伝導体を用いた良質の超伝導トンネル
接合特性を有する素子を実現したもので、超伝導エレク
トロニクスの基本要素部品を提供するという有利な効果
を発揮し、その発展を大いに促すものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態における超伝導素子作製
の工程を示す図
【図2】本発明の一実施の形態において作製された超伝
導素子の電流・電圧特性図
【図3】本発明の一実施の形態において作製された超伝
導素子の接合部付近の結晶構造図
【符号の説明】
11 チタン酸ストロンチウム基板 12 Bi2(La0.15Sr0.85)2CuO6バッファ層 13 (La0.15Sr0.85)2RuO4下部電極 14 Bi2(La0.15Sr0.85)2CuO6超伝導層 15 (La0.15Sr0.85)2RuO4上部電極 16 フォトレジスト 17 素子部 18 CaF2層間絶縁分離層 19 引き出しAg電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主体成分が、アルカリ土類元素(A)、銅
    (Cu)の酸化物からなる、一般化学式L2An+1CunO2n+4+x
    で表される複合酸化物超伝導層に対して、主成分が、一
    種以上の希土類元素(R)と金属元素(M)からなり、電
    気抵抗率が温度に対して増加する金属伝導性を有する、
    化学式RmMOm+2で表されるペロブスカイト型複合酸化物
    を、上部または下部、あるいは上部および下部の電極と
    して用いることを特徴とするトンネル型超伝導接合素
    子。ここで元素MはTi(チタン)、V(バナヂウム)、Mn
    (マンガン)、Ru(ルテニウム)、Ni(ニッケル)のう
    ちの少なくとも一つの元素を示す。また、LはBi(ビス
    マス)、Tl(タリウム)のうち少なくとも一つの元素を
    示す。xは0≦x≦1の範囲の数値を、nは1以上の整数を、
    mは1または2を示す。
  2. 【請求項2】電極を、希土類元素の一部をアルカリ土類
    元素で置換した化学式(R1-yAy)mMOm+2の物質で構成した
    ことを特徴とする請求項1記載のトンネル型超伝導接合
    素子。ここでyは0≦y≦1の数値を示す。
  3. 【請求項3】複合酸化物超伝導層を、アルカリ土類元素
    の一部を希土類元素で置換した化学式L2(A1-zRz)2An-1C
    unO2n+4+xの物質で構成したことを特徴とする請求項1記
    載のトンネル型超伝導接合素子。ここでzは0≦z≦0.5の
    数値を示す。
JP8252593A 1996-09-25 1996-09-25 トンネル型超伝導接合素子 Pending JPH1098218A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004077463A1 (ja) * 2003-02-26 2004-09-10 Tdk Corporation 電極層および誘電体層を含む積層体ユニット

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WO2004077463A1 (ja) * 2003-02-26 2004-09-10 Tdk Corporation 電極層および誘電体層を含む積層体ユニット

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