JPH1126823A - 超電導体一定電流間隔電圧ステップ素子及び超電導体装置 - Google Patents
超電導体一定電流間隔電圧ステップ素子及び超電導体装置Info
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- JPH1126823A JPH1126823A JP9181259A JP18125997A JPH1126823A JP H1126823 A JPH1126823 A JP H1126823A JP 9181259 A JP9181259 A JP 9181259A JP 18125997 A JP18125997 A JP 18125997A JP H1126823 A JPH1126823 A JP H1126823A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
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- H10N60/124—Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸化物超電導体ジョセフソン素子について、
高磁場中での電流−電圧特性が特殊な特性、即ち、一定
のバイアス電流間隔で電圧ステップを示すように、そし
て、この電圧ステップを応用する超電導体装置とする。 【解決手段】 基板１０上に形成された酸化物超電導体
薄膜層と非超電導体薄膜層との積層構造３０からなる酸
化物超電導体素子で、磁場中での電流−電圧特性曲線
は、一定のバイアス電流間隔で生じる電圧ステップを有
する超電導体一定電流間隔電圧ステップ素子とする。上
記積層構造３０は、Ｍ´Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ
´は、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕの１又は２以上の組合せの元
素）とＭ″Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ″は、Ｐｒ、
Ｓｃ又はこれらの組合せの元素）とを交互に堆積したも
のである。
高磁場中での電流−電圧特性が特殊な特性、即ち、一定
のバイアス電流間隔で電圧ステップを示すように、そし
て、この電圧ステップを応用する超電導体装置とする。 【解決手段】 基板１０上に形成された酸化物超電導体
薄膜層と非超電導体薄膜層との積層構造３０からなる酸
化物超電導体素子で、磁場中での電流−電圧特性曲線
は、一定のバイアス電流間隔で生じる電圧ステップを有
する超電導体一定電流間隔電圧ステップ素子とする。上
記積層構造３０は、Ｍ´Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ
´は、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕの１又は２以上の組合せの元
素）とＭ″Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ″は、Ｐｒ、
Ｓｃ又はこれらの組合せの元素）とを交互に堆積したも
のである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物超電導体素
子及び超電導体装置であり、特に高速な超電導回路、高
感度のセンサあるいは電流の標準値決定等に用いられる
超電導体素子及び超電導体装置に関するものである。
子及び超電導体装置であり、特に高速な超電導回路、高
感度のセンサあるいは電流の標準値決定等に用いられる
超電導体素子及び超電導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超電導トンネル接合は、量子効果により
現れるものであり、量子現象を電子デバイスに応用する
上で有力な候補になっている。そして、その一例である
トンネル型ジョセフソン素子は、従来、Ｐｂ、Ｎｂ、Ｎ
ｂＮ等の超電導材料を用いて形成されていた。トンネル
障壁としては、超電導材料の酸化物であるＰｂＯ、Ｎｂ
2Ｏ3等、又は、超電導材料とは異なる物質、例えばＡ
ｌ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＳｉＯ2等が用いられてきた。
このような材料構成のトンネル型ジョセフソン素子にお
いては、良好な特性が得られ、超電導メモリ、論理回
路、磁場センサ、ミリ波検出への応用が進みつつある。
しかし、このような材料系においては超電導臨界温度が
１５Ｋ以下と低く、極低温への冷却を必要とするため、
冷却に要するコスト、設備は大きく、簡単に使用するこ
とは難しい状態であった。また、弱磁場下での特性を中
心に研究及び応用開発が進められてきた。
現れるものであり、量子現象を電子デバイスに応用する
上で有力な候補になっている。そして、その一例である
トンネル型ジョセフソン素子は、従来、Ｐｂ、Ｎｂ、Ｎ
ｂＮ等の超電導材料を用いて形成されていた。トンネル
障壁としては、超電導材料の酸化物であるＰｂＯ、Ｎｂ
2Ｏ3等、又は、超電導材料とは異なる物質、例えばＡ
ｌ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＳｉＯ2等が用いられてきた。
このような材料構成のトンネル型ジョセフソン素子にお
いては、良好な特性が得られ、超電導メモリ、論理回
路、磁場センサ、ミリ波検出への応用が進みつつある。
しかし、このような材料系においては超電導臨界温度が
１５Ｋ以下と低く、極低温への冷却を必要とするため、
冷却に要するコスト、設備は大きく、簡単に使用するこ
とは難しい状態であった。また、弱磁場下での特性を中
心に研究及び応用開発が進められてきた。
【０００３】ところで、従来の酸化物超電導体等では、
超電導臨界温度Ｔｃが液体窒素温度以上となるばかりで
はなく、強相関あるいは強い異方性の物理に関する現象
に期待されている。そこでトンネル型素子を目指した研
究が進められており、特に、高Ｔｃの酸化物超電導体
は、その結晶構造自体が層状であり、イントリンシック
接合特性が観測され、超電導機構との関係からも積層薄
膜については多くの研究がなされている。
超電導臨界温度Ｔｃが液体窒素温度以上となるばかりで
はなく、強相関あるいは強い異方性の物理に関する現象
に期待されている。そこでトンネル型素子を目指した研
究が進められており、特に、高Ｔｃの酸化物超電導体
は、その結晶構造自体が層状であり、イントリンシック
接合特性が観測され、超電導機構との関係からも積層薄
膜については多くの研究がなされている。
【０００４】しかし、人工的に作製する酸化物超電導材
料を用いたトンネル接合素子については、特性制御の難
しい弱結合型での作製の報告は有るものの、制御性の良
好なトンネル型での作製の報告はない。これは酸化物超
電導薄膜の作製温度が６００℃と高く、障壁層との相互
拡散による劣化、加えてコヒーレント長が短いことによ
り超電導電極間の結合が弱くなることによると考えられ
ている。
料を用いたトンネル接合素子については、特性制御の難
しい弱結合型での作製の報告は有るものの、制御性の良
好なトンネル型での作製の報告はない。これは酸化物超
電導薄膜の作製温度が６００℃と高く、障壁層との相互
拡散による劣化、加えてコヒーレント長が短いことによ
り超電導電極間の結合が弱くなることによると考えられ
ている。
【０００５】積層構造を実現するには同種の材料を組み
合わせることが結晶成長上有利となる。このため、ＹＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏ7-dを代表例とする１２３構造の超電導体に
対しては、ほぼ同じ結晶構造をもつにもかかわらず超電
導性を示さないＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7が選択され、多数の
作製結果が報告されている。ただし、従来ほとんど大部
分は、超電導体層として高品質薄膜堆積法の確立したＹ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-dが選択されて作製されたものであっ
た。
合わせることが結晶成長上有利となる。このため、ＹＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏ7-dを代表例とする１２３構造の超電導体に
対しては、ほぼ同じ結晶構造をもつにもかかわらず超電
導性を示さないＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7が選択され、多数の
作製結果が報告されている。ただし、従来ほとんど大部
分は、超電導体層として高品質薄膜堆積法の確立したＹ
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-dが選択されて作製されたものであっ
た。
【０００６】しかし、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-dでは歪による
螺旋転位が多く観測され、表面平坦性に問題があった。
加えてＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7とは格子整合性はよくない。
酸化物超電導体では、格子歪により酸素欠損量が増加し
超導電特性を劣化させることが知られている。実際、Ｓ
ｒＴｉＯ3単結晶基板上のａ軸配向膜のＴｃは歪の効果
により低く抑えられている。このため、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7-dとＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7の多層膜では内部に応力が蓄積
され、高品質の超電導特性を得ることが困難である。
螺旋転位が多く観測され、表面平坦性に問題があった。
加えてＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7とは格子整合性はよくない。
酸化物超電導体では、格子歪により酸素欠損量が増加し
超導電特性を劣化させることが知られている。実際、Ｓ
ｒＴｉＯ3単結晶基板上のａ軸配向膜のＴｃは歪の効果
により低く抑えられている。このため、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7-dとＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7の多層膜では内部に応力が蓄積
され、高品質の超電導特性を得ることが困難である。
【０００７】そして、先に本発明者達は、基板上に形成
される接合部は、酸化物超電導体薄膜層と非超電導体薄
膜層とを交互に堆積した積層構造を備える酸化物超電導
体ジョセフソン素子を提案した。（特願平８−１５６６
２７号）具体的には、酸化物超電導体薄膜としてＭ´Ｂ
ａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ´は、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ等
の希土類元素の１又は２以上の組合せの元素）、非超電
導体薄膜としてＭ″Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ″
は、Ｐｒ、Ｓｃ又はこれらの組合せの元素）である。
される接合部は、酸化物超電導体薄膜層と非超電導体薄
膜層とを交互に堆積した積層構造を備える酸化物超電導
体ジョセフソン素子を提案した。（特願平８−１５６６
２７号）具体的には、酸化物超電導体薄膜としてＭ´Ｂ
ａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ´は、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ等
の希土類元素の１又は２以上の組合せの元素）、非超電
導体薄膜としてＭ″Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ″
は、Ｐｒ、Ｓｃ又はこれらの組合せの元素）である。
【０００８】この酸化物超電導体ジョセフソン素子を含
めて、従来の超電導体素子の磁場中の挙動についての解
析は、弱磁場中での解析が中心であって、高磁場中での
特性の研究はほとんどないに等しい状況であった。
めて、従来の超電導体素子の磁場中の挙動についての解
析は、弱磁場中での解析が中心であって、高磁場中での
特性の研究はほとんどないに等しい状況であった。
【０００９】そして、従来、ジョセフソン素子に周波数
ｆの電磁波を印加すると、その電流−電圧特性にステッ
プが現れることが知られている。このステップの電圧Ｖ
の大きさは、周波数ｆに比例しており、 Ｖ＝（ｈ／２ｅ）ｆ という関係で決まる。ただし、ｈ：プランク定数、ｅ：
電子の電荷 したがって、周波数ｆが正確に知られていれば、電圧Ｖ
が正確に求められることになる。この関係を利用すれば
電圧標準が作られる。
ｆの電磁波を印加すると、その電流−電圧特性にステッ
プが現れることが知られている。このステップの電圧Ｖ
の大きさは、周波数ｆに比例しており、 Ｖ＝（ｈ／２ｅ）ｆ という関係で決まる。ただし、ｈ：プランク定数、ｅ：
電子の電荷 したがって、周波数ｆが正確に知られていれば、電圧Ｖ
が正確に求められることになる。この関係を利用すれば
電圧標準が作られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、先に提案し
た酸化物超電導体ジョセフソン素子について、高磁場中
での電流−電圧特性を解析することにより、この素子が
特殊な特性を示すことを見出したことによりなされたも
のである。即ち、非超電導体であるＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7
層を中心に、それと近い格子定数をもつ超電導体ＮｄＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏ7を選択し、内部応力の小さい、従って高Ｔ
ｃとなる積層構造とすることにより、磁場中での電流−
電圧特性曲線に一定のバイアス電流間隔で電圧ステップ
を示すようにするものであり、そして、この電圧ステッ
プを応用する超電導体装置とすることをねらいとするも
のである。
た酸化物超電導体ジョセフソン素子について、高磁場中
での電流−電圧特性を解析することにより、この素子が
特殊な特性を示すことを見出したことによりなされたも
のである。即ち、非超電導体であるＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7
層を中心に、それと近い格子定数をもつ超電導体ＮｄＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏ7を選択し、内部応力の小さい、従って高Ｔ
ｃとなる積層構造とすることにより、磁場中での電流−
電圧特性曲線に一定のバイアス電流間隔で電圧ステップ
を示すようにするものであり、そして、この電圧ステッ
プを応用する超電導体装置とすることをねらいとするも
のである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
された酸化物超電導体薄膜層と非超電導体薄膜層との積
層構造からなる酸化物超電導体素子であって、磁場中で
の電流−電圧特性曲線は、一定のバイアス電流間隔で生
じる電圧ステップを有する超電導体一定電流間隔電圧ス
テップ素子である。
された酸化物超電導体薄膜層と非超電導体薄膜層との積
層構造からなる酸化物超電導体素子であって、磁場中で
の電流−電圧特性曲線は、一定のバイアス電流間隔で生
じる電圧ステップを有する超電導体一定電流間隔電圧ス
テップ素子である。
【００１２】また、本発明は、上記積層構造は、Ｍ´Ｂ
ａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ´は、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕの
１又は２以上の組合せの元素）とＭ″Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7薄
膜（ここでＭ″は、Ｐｒ、Ｓｃ又はこれらの組合せの元
素）とを交互に堆積したものであることを特徴とする超
電導体一定電流間隔電圧ステップ素子である。
ａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ´は、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕの
１又は２以上の組合せの元素）とＭ″Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7薄
膜（ここでＭ″は、Ｐｒ、Ｓｃ又はこれらの組合せの元
素）とを交互に堆積したものであることを特徴とする超
電導体一定電流間隔電圧ステップ素子である。
【００１３】そして、本発明は、超電導体素子を具備
し、磁場中で一定のバイアス電流間隔で生じる電圧ステ
ップを示す電流−電圧特性を利用する超電導体装置であ
って、前記超電導体素子は、上記超電導体一定電流間隔
電圧ステップ素子である超電導体装置である。
し、磁場中で一定のバイアス電流間隔で生じる電圧ステ
ップを示す電流−電圧特性を利用する超電導体装置であ
って、前記超電導体素子は、上記超電導体一定電流間隔
電圧ステップ素子である超電導体装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の発明の実施の形態を説明
する。本発明の超電導体一定電流間隔電圧ステップ素子
の実施例について説明する。ここでは代表例を述べるも
ので、これによって特許請求の範囲に記載された超電導
体一定電流間隔電圧ステップ素子及び超電導体装置が限
定されるものではない。超電導体一定電流間隔電圧ステ
ップ素子は低キャリア濃度であるため、その電気特性は
正孔キャリアを供給する酸素の含有量に強く依存し、そ
して、この酸素量は格子歪と強く関係づけられているの
で、歪が加わった状態とすると、酸素欠損が生じて超電
導特性が劣化する。また、異なる材料を組み合わせて積
層構造とする場合、格子定数あるいは熱膨張率の差によ
り、接合界面より内部歪が生じる。これにより機械強度
が弱くなるばかりでなく、酸化物超電導特性が低下して
しまう。したがって、このような積層構造を有する超電
導体素子を作製する場合には、この歪をできるだけ小さ
くすることが、高性能の超電導性を実現する上で重要に
なる。本発明は、このようにして作製された超電導体素
子について、高磁場中での特性を調べることにより見出
され、発明されたものである。
する。本発明の超電導体一定電流間隔電圧ステップ素子
の実施例について説明する。ここでは代表例を述べるも
ので、これによって特許請求の範囲に記載された超電導
体一定電流間隔電圧ステップ素子及び超電導体装置が限
定されるものではない。超電導体一定電流間隔電圧ステ
ップ素子は低キャリア濃度であるため、その電気特性は
正孔キャリアを供給する酸素の含有量に強く依存し、そ
して、この酸素量は格子歪と強く関係づけられているの
で、歪が加わった状態とすると、酸素欠損が生じて超電
導特性が劣化する。また、異なる材料を組み合わせて積
層構造とする場合、格子定数あるいは熱膨張率の差によ
り、接合界面より内部歪が生じる。これにより機械強度
が弱くなるばかりでなく、酸化物超電導特性が低下して
しまう。したがって、このような積層構造を有する超電
導体素子を作製する場合には、この歪をできるだけ小さ
くすることが、高性能の超電導性を実現する上で重要に
なる。本発明は、このようにして作製された超電導体素
子について、高磁場中での特性を調べることにより見出
され、発明されたものである。
【００１５】（実施例） 実施例１ 図１に、本発明の超電導体一定電流間隔電圧ステップ素
子の作製工程の一例の概略を示す。作製される超電導体
一定電流間隔電圧ステップ素子は、ＳｒＴｉＯ3単結晶
基板１０上に酸化物超電導体であるＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ7
（ＮＢＣＯ）薄膜と非超電導体であるＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7（ＰＢＣＯ）薄膜との積層構造３０からなり、磁場中
での電流−電圧特性曲線は、一定のバイアス電流間隔で
生じる電圧ステップを有する酸化物超電導体素子であ
る。
子の作製工程の一例の概略を示す。作製される超電導体
一定電流間隔電圧ステップ素子は、ＳｒＴｉＯ3単結晶
基板１０上に酸化物超電導体であるＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ7
（ＮＢＣＯ）薄膜と非超電導体であるＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ
7（ＰＢＣＯ）薄膜との積層構造３０からなり、磁場中
での電流−電圧特性曲線は、一定のバイアス電流間隔で
生じる電圧ステップを有する酸化物超電導体素子であ
る。
【００１６】本実施例１の超電導体一定電流間隔電圧ス
テップ素子を作製するには、まず、ＳｒＴｉＯ3単結晶
基板１０上全面にレーザアブレーション法によりＮＢＣ
Ｏ薄膜（下部電極）２０を作製する。薄膜作製条件は、
ターゲットとしてＮＢＣＯ多結晶体を用い、基板温度は
７９０℃、酸素分圧１００ｍＴｏｒｒ、成長時間２分と
し、作製された膜厚は３０ｎｍである。用いたレーザは
ＫｒＦのエキシマレーザで、波長２４８ｎｍ、エネルギ
密度５Ｊ／ｃｍ2である。その後、ＰＢＣＯ薄膜を作製
する。ターゲットとして同一チャンバ内にあるＰＢＣＯ
多結晶体を用いる。薄膜作製条件は、ＮＢＣＯ薄膜とほ
ぼ同じ、基板温度は７９０℃、酸素分圧１００ｍＴｏｒ
ｒ、成長時間３分で膜厚は５０ｎｍである。これを交互
に繰り返すことにより多層膜３０を作製した。本実施例
１の場合にはＮＢＣＯ／ＰＢＣＯ／ＮＢＣＯの積層構造
を得るため３回繰返した。この上に金電極となる電極層
５０を作製する。次に、フォトレジスト絶縁膜８０を作
製し、通常のフォトリソグラフィ及びＡｒイオンエッチ
ングによって、１０μｍ角の部分及び下部電極２０とな
る部分を残して他の部分を除去した。１０μｍ角の部分
が接合部となる。図１（ｂ）に示す。この後、金電極５
０を作製するために再度フォトレジスト絶縁膜８０を形
成し、そして、フォトレジスト絶縁膜８０の一部を除去
し、金電極５０を形成する。図１（ｃ）に示す。次にフ
ォトレジスト絶縁膜８０について、絶縁部となる部分以
外を除去する。図１（ｄ）に示す。更に、金電極５０に
ワイヤをボンディングする。図１（ｅ）に示す。これは
４端子法によって電流−電圧特性を測定するためのもの
である。
テップ素子を作製するには、まず、ＳｒＴｉＯ3単結晶
基板１０上全面にレーザアブレーション法によりＮＢＣ
Ｏ薄膜（下部電極）２０を作製する。薄膜作製条件は、
ターゲットとしてＮＢＣＯ多結晶体を用い、基板温度は
７９０℃、酸素分圧１００ｍＴｏｒｒ、成長時間２分と
し、作製された膜厚は３０ｎｍである。用いたレーザは
ＫｒＦのエキシマレーザで、波長２４８ｎｍ、エネルギ
密度５Ｊ／ｃｍ2である。その後、ＰＢＣＯ薄膜を作製
する。ターゲットとして同一チャンバ内にあるＰＢＣＯ
多結晶体を用いる。薄膜作製条件は、ＮＢＣＯ薄膜とほ
ぼ同じ、基板温度は７９０℃、酸素分圧１００ｍＴｏｒ
ｒ、成長時間３分で膜厚は５０ｎｍである。これを交互
に繰り返すことにより多層膜３０を作製した。本実施例
１の場合にはＮＢＣＯ／ＰＢＣＯ／ＮＢＣＯの積層構造
を得るため３回繰返した。この上に金電極となる電極層
５０を作製する。次に、フォトレジスト絶縁膜８０を作
製し、通常のフォトリソグラフィ及びＡｒイオンエッチ
ングによって、１０μｍ角の部分及び下部電極２０とな
る部分を残して他の部分を除去した。１０μｍ角の部分
が接合部となる。図１（ｂ）に示す。この後、金電極５
０を作製するために再度フォトレジスト絶縁膜８０を形
成し、そして、フォトレジスト絶縁膜８０の一部を除去
し、金電極５０を形成する。図１（ｃ）に示す。次にフ
ォトレジスト絶縁膜８０について、絶縁部となる部分以
外を除去する。図１（ｄ）に示す。更に、金電極５０に
ワイヤをボンディングする。図１（ｅ）に示す。これは
４端子法によって電流−電圧特性を測定するためのもの
である。
【００１７】図２には、このように作製された本実施例
１の素子の電気−電圧特性を得る装置を使用するときの
説明図である。接合部１００の金電極上に第１の端子２
０１を接触させ、接合部１００とは別の金電極上に第２
の端子２０２を接触させ、電圧計２００で電圧を測定す
る。接合部１００の他の金電極上に第３の端子２１１を
接触させ、接合部１００とは別の金電極上に第４の端子
２１２を接触させ、電流計２１０で電流を測定する。
１の素子の電気−電圧特性を得る装置を使用するときの
説明図である。接合部１００の金電極上に第１の端子２
０１を接触させ、接合部１００とは別の金電極上に第２
の端子２０２を接触させ、電圧計２００で電圧を測定す
る。接合部１００の他の金電極上に第３の端子２１１を
接触させ、接合部１００とは別の金電極上に第４の端子
２１２を接触させ、電流計２１０で電流を測定する。
【００１８】図３は、本実施例１で作製された素子の電
気抵抗の温度特性を示しており、横軸は温度（Ｋ）であ
り、縦軸は３００Ｋにおける抵抗値に対する比である。
そして、図４は、磁場をかけずに１１Ｋにおける電流−
電圧特性を４端子法で測定した結果を示す。これによる
と、作製された素子は、超電導トンネル電流と超電導エ
ネルギギャップ電圧に対応する７５０μＶで電流の急激
な増加が見られ、準粒子トンネル特性が得られているこ
とがわかる。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本実施例１
の超電導体素子について、７Ｔという高磁場を印加して
電流−電圧特性を測定したものであり、図５（ｂ）は、
図５（ａ）の拡大説明図である。特定の電圧レベル
（０．１５ｍＶ程度）のところで段差（ステップ）が現
れている。この電圧値の間隔は一定ではなく、磁場によ
るゼーマン効果により発生するものと考えられる。一
方、電圧ステップの起きる電流値は３ｍＡと等間隔であ
る。つまり、これは電流と磁場との、したがってローレ
ンツ力が関与する現象であって、磁束量子の運動に起因
するものと考えられる。
気抵抗の温度特性を示しており、横軸は温度（Ｋ）であ
り、縦軸は３００Ｋにおける抵抗値に対する比である。
そして、図４は、磁場をかけずに１１Ｋにおける電流−
電圧特性を４端子法で測定した結果を示す。これによる
と、作製された素子は、超電導トンネル電流と超電導エ
ネルギギャップ電圧に対応する７５０μＶで電流の急激
な増加が見られ、準粒子トンネル特性が得られているこ
とがわかる。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本実施例１
の超電導体素子について、７Ｔという高磁場を印加して
電流−電圧特性を測定したものであり、図５（ｂ）は、
図５（ａ）の拡大説明図である。特定の電圧レベル
（０．１５ｍＶ程度）のところで段差（ステップ）が現
れている。この電圧値の間隔は一定ではなく、磁場によ
るゼーマン効果により発生するものと考えられる。一
方、電圧ステップの起きる電流値は３ｍＡと等間隔であ
る。つまり、これは電流と磁場との、したがってローレ
ンツ力が関与する現象であって、磁束量子の運動に起因
するものと考えられる。
【００１９】実施例２ 基本的に実施例１と同様の工程により素子が作製され
る。本実施例２の超電導体一定電流間隔電圧ステップ素
子は、ＳｒＴｉＯ3単結晶基板上に酸化物超電導体であ
るＳｍＢａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜と非超電導体であるＳｃＢａ2
Ｃｕ3Ｏ7薄膜との積層構造からなり、そして、磁場中で
の電流−電圧特性曲線は、一定のバイアス電流間隔で生
じる電圧ステップを有する。
る。本実施例２の超電導体一定電流間隔電圧ステップ素
子は、ＳｒＴｉＯ3単結晶基板上に酸化物超電導体であ
るＳｍＢａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜と非超電導体であるＳｃＢａ2
Ｃｕ3Ｏ7薄膜との積層構造からなり、そして、磁場中で
の電流−電圧特性曲線は、一定のバイアス電流間隔で生
じる電圧ステップを有する。
【００２０】本実施例２の超電導体一定電流間隔電圧ス
テップ素子を作製するには、まず、ＳｒＴｉＯ3単結晶
基板上全面にスパッタ法によりＳｍＢａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜
を作製する。薄膜作製条件は、ターゲットとしてＳｍＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏ7多結晶体を用い、基板温度は７４０℃、雰
囲気圧８４ｍＴｏｒｒ、酸素ガス流量０．５ｓｃｃｍで
アルゴンガス流量１０ｓｃｃｍ、成長時間３分で、膜厚
は２５ｎｍである。用いたＲＦパワーは８０Ｗである。
その後、基板上全面にスパッタ法によりＳｃＢａ2Ｃｕ3
Ｏ7薄膜を作製する。ターゲットとしてＳｃＢａ2Ｃｕ3
Ｏ7多結晶体を用い、基板温度は７４０℃、雰囲気圧８
４ｍＴｏｒｒ、酸素ガス流量０．５ｓｃｃｍでアルゴン
ガス流量１０ｓｃｃｍ、成長時間７分で膜厚は５５ｎｍ
である。これを交互に繰り返すことにより多層膜を作製
した。その後、通常のフォトリソグラフィ及びＡｒイオ
ンエッチングによって、１０μｍ角の部分及び下部電極
２０を残し除去した。１０μｍ角の部分が接合部とな
る。次に絶縁膜を形成し、部分的にこれを除いて、金電
極を形成する。更に金電極にワイヤをボンディングす
る。これは４端子法によって電流−電圧特性を測定する
ためのものである。この接合部についても図６（ｂ）及
び図６（ｃ）に示すように、実施例１と同様の電流−電
圧特性が観測された。図６（ａ）は、磁場をかけないと
きであり、図６（ｂ）は温度が１１Ｋで、磁場が４Ｔで
あり、そして、図６（ｃ）は磁場が７Ｔのときのそれぞ
れ電流−電圧特性の説明図である。特定の電圧レベル
（０．５ｍＶ程度）のところで電圧ステップが現れてお
り、そして、この電圧値の間隔は一定ではないが、電圧
ステップの起きる電流値は約１ｍＡと等間隔である。実
施例１の超電導体一定電流間隔電圧ステップ素子と同様
にトンネル型接合が作製されていることがわかった。本
実施例２の超電導体一定電流間隔電圧ステップ素子にお
いても、磁場によるゼーマン効果により発生するものと
考えられる。
テップ素子を作製するには、まず、ＳｒＴｉＯ3単結晶
基板上全面にスパッタ法によりＳｍＢａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜
を作製する。薄膜作製条件は、ターゲットとしてＳｍＢ
ａ2Ｃｕ3Ｏ7多結晶体を用い、基板温度は７４０℃、雰
囲気圧８４ｍＴｏｒｒ、酸素ガス流量０．５ｓｃｃｍで
アルゴンガス流量１０ｓｃｃｍ、成長時間３分で、膜厚
は２５ｎｍである。用いたＲＦパワーは８０Ｗである。
その後、基板上全面にスパッタ法によりＳｃＢａ2Ｃｕ3
Ｏ7薄膜を作製する。ターゲットとしてＳｃＢａ2Ｃｕ3
Ｏ7多結晶体を用い、基板温度は７４０℃、雰囲気圧８
４ｍＴｏｒｒ、酸素ガス流量０．５ｓｃｃｍでアルゴン
ガス流量１０ｓｃｃｍ、成長時間７分で膜厚は５５ｎｍ
である。これを交互に繰り返すことにより多層膜を作製
した。その後、通常のフォトリソグラフィ及びＡｒイオ
ンエッチングによって、１０μｍ角の部分及び下部電極
２０を残し除去した。１０μｍ角の部分が接合部とな
る。次に絶縁膜を形成し、部分的にこれを除いて、金電
極を形成する。更に金電極にワイヤをボンディングす
る。これは４端子法によって電流−電圧特性を測定する
ためのものである。この接合部についても図６（ｂ）及
び図６（ｃ）に示すように、実施例１と同様の電流−電
圧特性が観測された。図６（ａ）は、磁場をかけないと
きであり、図６（ｂ）は温度が１１Ｋで、磁場が４Ｔで
あり、そして、図６（ｃ）は磁場が７Ｔのときのそれぞ
れ電流−電圧特性の説明図である。特定の電圧レベル
（０．５ｍＶ程度）のところで電圧ステップが現れてお
り、そして、この電圧値の間隔は一定ではないが、電圧
ステップの起きる電流値は約１ｍＡと等間隔である。実
施例１の超電導体一定電流間隔電圧ステップ素子と同様
にトンネル型接合が作製されていることがわかった。本
実施例２の超電導体一定電流間隔電圧ステップ素子にお
いても、磁場によるゼーマン効果により発生するものと
考えられる。
【００２１】実施例１及び２の超電導体一定電流間隔電
圧ステップ素子は、いずれも高磁場中での電流−電圧特
性曲線が、一定のバイアス電流間隔で生じる電圧ステッ
プを有しているので、この電流−電圧特性曲線を利用す
る超電導体装置に使用することができる。
圧ステップ素子は、いずれも高磁場中での電流−電圧特
性曲線が、一定のバイアス電流間隔で生じる電圧ステッ
プを有しているので、この電流−電圧特性曲線を利用す
る超電導体装置に使用することができる。
【００２２】なお、酸化物超電導体であるＭ´Ｂａ2Ｃ
ｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ´は、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕの１又は
２以上の組合せの元素）と非超電導体であるＭ″Ｂａ2
Ｃｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ″は、Ｐｒ、Ｓｃ又はこれらの
組合せの元素）とを交互に堆積した積層構造として、Ｎ
ｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜とＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜との積層
構造、及び、ＳｍＢａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜とＳｃＢａ2Ｃｕ3
Ｏ7薄膜との積層構造の例を示したが、これ以外の積層
構造であっても、高磁場中において同様の特性を奏する
ことを本発明者達は確認しており、ゼーマン効果による
のではないかと考えている。
ｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ´は、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕの１又は
２以上の組合せの元素）と非超電導体であるＭ″Ｂａ2
Ｃｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ″は、Ｐｒ、Ｓｃ又はこれらの
組合せの元素）とを交互に堆積した積層構造として、Ｎ
ｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜とＰｒＢａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜との積層
構造、及び、ＳｍＢａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜とＳｃＢａ2Ｃｕ3
Ｏ7薄膜との積層構造の例を示したが、これ以外の積層
構造であっても、高磁場中において同様の特性を奏する
ことを本発明者達は確認しており、ゼーマン効果による
のではないかと考えている。
【００２３】以上実施例で示したように、酸化物超電導
体素子は、磁場中で電流−電圧特性曲線に一定のバイア
ス電流間隔で生じる電圧ステップを有しているが、この
ような特性を示すためには、膜厚として３０ｎｍ以下で
あることが必要であるが、この値は、膜質に強く依存し
ており、今後欠陥の少ない薄膜が作製することが可能に
なると、もっと大きくてもよいようになることが予想さ
れている。
体素子は、磁場中で電流−電圧特性曲線に一定のバイア
ス電流間隔で生じる電圧ステップを有しているが、この
ような特性を示すためには、膜厚として３０ｎｍ以下で
あることが必要であるが、この値は、膜質に強く依存し
ており、今後欠陥の少ない薄膜が作製することが可能に
なると、もっと大きくてもよいようになることが予想さ
れている。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、電流−電圧特性曲線に
電圧ステップ（段差）が得られる。しかもこれが起きる
バイアス電流値は等間隔である。このため、この特性を
利用する超電導体装置を実現する上で、本発明は基礎技
術となるものである。
電圧ステップ（段差）が得られる。しかもこれが起きる
バイアス電流値は等間隔である。このため、この特性を
利用する超電導体装置を実現する上で、本発明は基礎技
術となるものである。
【図１】本発明の超電導体一定電流間隔電圧ステップ素
子の作製工程の一例の概略説明図。
子の作製工程の一例の概略説明図。
【図２】４端子法によって素子の電流−電圧特性を得る
装置の説明図。
装置の説明図。
【図３】作製された素子の電気抵抗の温度依存性の説明
図。
図。
【図４】作製された素子の１１Ｋにおける電流−電圧特
性の測定結果の説明図。
性の測定結果の説明図。
【図５】本実施例１の素子の磁場中における電流−電圧
特性の説明図。
特性の説明図。
【図６】本実施例２の素子の磁場中における電流−電圧
特性の説明図。
特性の説明図。
１０ 基板 ２０ 下部電極 ３０ ＮＢＣＯ／ＰＢＣＯ積層 ５０ 金電極、電極層 ８０ フォトレジスト絶縁層 １００ 接合部 ２００ 電圧計 ２０１ 第１の端子 ２０２ 第２の端子 ２１０ 電流計 ２１１ 第３の端子 ２１２ 第４の端子
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に形成された酸化物超電導体薄膜
層と非超電導体薄膜層との積層構造からなる酸化物超電
導体素子であって、 磁場中での電流−電圧特性曲線は、一定のバイアス電流
間隔で生じる電圧ステップを有することを特徴とする超
電導体一定電流間隔電圧ステップ素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の超電導体一定電流間隔電
圧ステップ素子において、 上記積層構造は、Ｍ´Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ´
は、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕの１又は２以上の組合せの元素）
とＭ″Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7薄膜（ここでＭ″は、Ｐｒ、Ｓｃ
又はこれらの組合せの元素）とを交互に堆積したもので
あることを特徴とする超電導体一定電流間隔電圧ステッ
プ素子。 - 【請求項３】 超電導体素子を具備し、磁場中で一定の
バイアス電流間隔で生じる電圧ステップを示す電流−電
圧特性を利用する超電導体装置であって、 前記超電導体素子は、請求項１又は２に記載の超電導体
一定電流間隔電圧ステップ素子であることを特徴とする
超電導体装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9181259A JPH1126823A (ja) | 1997-07-07 | 1997-07-07 | 超電導体一定電流間隔電圧ステップ素子及び超電導体装置 |
| US09/110,173 US6372368B1 (en) | 1997-07-07 | 1998-07-06 | Superconducting regular current interval voltage step element and superconducting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9181259A JPH1126823A (ja) | 1997-07-07 | 1997-07-07 | 超電導体一定電流間隔電圧ステップ素子及び超電導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1126823A true JPH1126823A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=16097584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9181259A Pending JPH1126823A (ja) | 1997-07-07 | 1997-07-07 | 超電導体一定電流間隔電圧ステップ素子及び超電導体装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6372368B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1126823A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4352118B2 (ja) * | 2002-01-24 | 2009-10-28 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 高感度磁場センサー |
| CN111092147B (zh) * | 2019-07-05 | 2022-02-08 | 河南大学 | 一种pbco/nsto超导阻变存储器及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5047390A (en) * | 1988-10-03 | 1991-09-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Josephson devices and process for manufacturing the same |
| US6011981A (en) * | 1996-03-12 | 2000-01-04 | International Superconductivity Technology Center | Oxide superconductor multilayered film and oxide superconductor josephson device |
-
1997
- 1997-07-07 JP JP9181259A patent/JPH1126823A/ja active Pending
-
1998
- 1998-07-06 US US09/110,173 patent/US6372368B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6372368B1 (en) | 2002-04-16 |
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