JPS58141583A - マイクロブリッジ型ジョセフソン素子及びその製造法並びにその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は接合部か点袢触式のマイクロブ１１ツ・ノ型ジ
ョセフノン素子及びその製造方法なＣ）ひにψ１１造装
置に関する１、 一般に、マイクロブ１１ツジ型ジヨーヒフソン素イはト
ンネル４（ｊやポイントコンタクト型のもσ）ニ１」べ
ると、経時安定性［＆ね又熟サイクルに朗］でも安定で
ｉ、す、マイクロ波やミリ波の高感１８′本か出素子又
は敵弱什場の検出素子あするいげ市′勢機用車子として
、その応用Ｍｌ）囲は広く神々の１１り式のもぴ）かＩ
Ｆ１発されて（ハる。

第１図は従来の点接触式のマイクロブリッジ１１（１，
１ジヨセフソン素子を４′ｌｌ、大して示す＊＋＋ｙ図
と断面図でルする。図示の如くこの素子（″ＩＸ卑４ル
１−トのＮ　ｂなどの超伏碑ｆ１一層からなる上−）の
′＃１′忰２．３ケ、ＳｉＯ□なとの絶縁体層４Ｖｃあ
けた小さい孔か１・っな１（ るブリッジ５紮１山して十〉ミ触さ竺たものでル）す、
グリッジ長は杷Ｉイ・体層の厚みｔにａ当するのＴ’　
１０θ０八以下の４（Ｊかいものでも筒中ＶＣ製１十で
き、又）゛リッジ部か空気にさらされずに安定なに姑拡
散姓二も優れるなど、多くの偶長を治している。そして
、この素子は卯７．２図に７１＜す製造工程にしたがっ
て製糸される。

ノＳｉ　　などの基４ル１−１＝　ｖｃ蒸イｑ又はスパ
ッタリングｉｒｒ、　、Ｊ：すＮｂなどのＩ＋？イ伝洒
体層からなる下部電極３と５Ｉ０２などの欝・）縁体１
ｍ　４を形成する。

Ｏ′ｒ、＋イ子ビー広ビーム１１ソグラ′フイ技術て絶
縁体層４．１−　［ｐｔｖ＋ｔｖ＋Ａ博勝からなる孔あ
きマスク６全形欣、−す　る。

Ｇ　孔あきマスク６十にＡｙ々どの金属ゲ刷め、ｆ着し
て子１祥の小さい金に、マスク７帖“形成する。

（ＱＣＦ、ガスなどによる反応性イオンエッチングケ行
い、金属マスクの孔をポｆ！縁体層４に転写する。

■　Ａｒ　　なとの不活性ガスを用いて絶縁体１−の表
面と了１の内ネ・ｉｉｌ　（ｔ＝ヌノ（ツタクリーニン
ク１する。

■　絶縁体層の表面と孔にＮｂ　などの超伏鳩体物ｌり
ｋ　ＺＡ　ｇ又はヌノやツタリングして超伝導、体層か
らなる上筒Ｖ巾１林２とブリッジ５をｌヒ１戊する。

ところで、」ニーｉ１４の便ｂｆ、−に」呈４．５がら
も明らかなように、従来の点初触式のマイクロブリッジ
型ジョ十フンン素子は、孔釦対応する下部宙４介３の表
向のブリッジ部５′に、反応性イオンニッチソゲやヌパ
ッタクリーニング等の加工金Ｉ商すたり）１韮１傷や汚
染の彫物を受け、素子の臨界ｆＡ１＋　１８’　Ｔ　ｃ
が低くなっ５す、均一な性能をもった索子を・州イ、の
が難し、いなど問題かあった。

本発明は上記に鑑みなされたものでた一゛）て、ブリッ
ジ部に全く加工ｆ廁さず、州傷や汚僻がなく高いＩＣを
もち、再沖件か９い乃ど（＋ｂｒ　ｉｔ、、　７１：特
長を・山する点接卿ｉ・式のマイクロブリッジ型ソヨ士
フソン素子及びその製浩法ならひに製糸ヤ’：　ｉｍｒ
全提（Ｊｉ、、　ｆることを目的とする。

この目的は前記した特許請求の範囲 た本発明の各構成によって達成されるか、以斗の添付１
′ｙ１而全参拙した説明及び実施例がら、Ａ発ｉｌ７１
の構成層ひ効１来が甲に良く理解さわる，、第３図は本
発明の索子の横糸を断…１で｛１ｌ、人１，−（ホす。

責ｉ＋ｈ：ｆｌ　４　’　？ａ［−ｒルＳｉ３１Ｎ４７
　トｔ／｝＃Ｑ．（＠ｆ４１ｅｊ４の一ノ７０面に狛連
打の周囲にμＨいｌこりとＩｌ．ｔ＋　１　’づ１，・
もつＳｌ　などの基枦１が配閤されており、絶縁体層４
の他方の面子の１＼ｂなどの超伝導体層２と前６「ウの
空間１′の児板表面子のＮｂなどの超伝導体１−３とを
一貢辿孔の超伏２９．体が橋絡して構成“されている。

このように本発明の素子は、絶縁体層４下の基４Ｉｖか
、ブリッジとなる廁通孔４′の周囲に開いた９曲１′を
イ１するｔｅｌ　；ｉ’＋であるので、後述するようＶ
ＣＣ絶縁体−に負辿孔を・七・けてから超伝導体層３を
形成することができ、ぞのムーめブリッジ部５′の４’
ｔｑ　イＴ：や汚染が回避さ７１る。

第９図に本発明の素子の製造工程の一実施例を示す。

の　厚さ５０θμｍ　（／）Ｓ　ｉの基板１の一方の面
にＣ　Ｖ　Ｄ法、蒸漸又はスパッタリングによリ膜淳ヂ
ＳθへのＳｉ，Ｎ，　　の絶縁体ｌ曹４を形ｂｙ　ｔ，
、フォトリソグラフィ技術及び（；｝−ＩＦ，ガスを用
いた反応＋ｌＪ・イオンエツチングｉｃ．Ｊ：り基板１
の４Ｉｊｊ方の曲に感光剤ＡＺ／３！ｒθとδ１０，か
らなるｇｏ．ｏμ口１角の紹あきマスク８ヶ形１ｒＶ−
Ｊる。

Ｑ　ＫＯＨ（３０係、ｇ５℃）浴液をｌ−１＋いて什庁
丁ツチングを行い、基＋ｖ　Ｉ　Ｋ絶縁体層４に達する
りｌ″間１′全形（戊する。

Ｏ絶縁体層４に露光剤Ｐ　Ｍ　Ｍ　Ａ會ヌビ′ンナー塗
布し、重子ビームリングラフィ技術により孔径θ、Ｊμ
ｍの孔あきマスク６を形成する。

■　ＣＨＦ３ガスを用いた反応性イオンエツチングによ
り絶縁体層４を１通して前ｉＣ′の空間１’に達する孔
径θ、２μｍの孔４′をあける。

■　Ｎｂなどの超伝導体物質′（ｒ−蒸矩ｙはス・ぐツ
タリングにより、絶縁体層４と前記の空間１′の基板表
面と絶縁体層の孔４′とに＋１着さぜる。ス４．−１上
下の超伏嗜体層２．３の膜Ｊシはいずれも、！　０００
人でｋ）る。

第Ｓ図に上ｉピのｆＪＭ造工程で得られた素子の１−Ｖ
％性を示す。動作温度Ｔ　＝　ｇ、３°に、胞１界箪流
ＩＣ＝ｇ２０μＡ１接合抵抗Ｒｎ＝コ、θΩで優れたノ
ヨセフソン接合が形成されることか実証できＴ：。

又第７図の（ｔＴ来の素子の動作温度］か６〜７°にで
七）るのに対し、本実施例で得られた素子は９６にｈｌ
の温度変化に対してもブリッジ部が破壊されることなく
安′Ｊ〆で、極めて信和性のある素子であることか確認
できム一。

絹乙図は本発明の素子の他の製造工程の一例を示しムニ
ものであり、第９図の製造工程と同じになる工程０２０
の説、明は省略する。

Ｑ＋　　／　００　Ｆ’　Ａ桿用゛の東オイオンビーム
を用いて、約／θθＳｅｃ間の照射増速エツチングを行
い、ｓｉの基イシ１上の５ｉｎ２膜から々るｇ００ａｍ
角の窓アキマスク８を形成する。

（？１ＡＬＩ＋の集束イオンビームを用いてエツチング
を行い杷糾・体層４に引４′ケあける。なお、この孔ル
）けの二■−程にイｔ（１、第り１ソ１に示す装置ケ用
いることＶＣＪり椿めて容易に孔径を副側Ｉできる利小
がある。すなわち、年中イオンビーム投射装恥（図示せ
ず）の投射面９の下刃に霜；榊１ｏを配置１シ、イオン
ビーム゛ｆ）ｌ：　、に、を４９・出会ず白１１でモニ
ターすることＶＣより、第に１ヌ１に７１−１−り１１
（孔かあくと中流か急に立上るので、孔がル）い１ここ
とが確認でき、又、′＠雌の立上り全検出（−イオンビ
ームをＰＪｒ串の（情Ａ５でブランキングすることＫ　
（り刊杼奮ｆｆｆｌｌ岬できる１、このように央宋イオ
ンヒ゛−ムを月１（へイ）ことに４−リ、マスクレスブ
ロセスで素子な・製；’ｈ’−するこ−１が・でき、そ
のため製造工程が簡単になる＋１」小がＡハフ、。

なお、本発明に用いるビイ伝導体層や絶縁体層の材質は
上記の実ノイク例に限定さＪするもσ）で＆；ｔ　ｌｊ
ｒ　＜、９１１えげ、　　Ｔａ　、Ｗ　、Ｌａ　、Ｐｂ
　、　Ｓｎ　、　Ｉｎ、　Ａｔ々との金属あるいはそれ
らの合金など闇伝祷＋１・ケル−を名ｌｌ１ｌの超伝導
物η、Ｓｉ、Ｓｉｎ、などの憎ＩＭ−物も含・そオ′１
ぞれ用いることかできる。

【図面の簡単な説明】

第７図は従来の点接触式マイクロブリッジ型ノヨセフソ
ン素子の構造を拡大して示−４“斜＋Ｕ図と断面図、第
Ω図は従来の素子の製造工朽、の説明１ｙｌ、第３図は
本発明の素子の構造ケ服１面でＤノ、大１．て４くす側
面図、第９図は本発明の素子の製造工４ｉｌ！の一例金
示す駅１明図、第Ｓ図は本発明の実か１１例でイ灯し）
れた素子のｌ−Ｖ％性を示すグラフ、小乙図は／＋に発
明の素子の他の製造」、程の一例を示す説明図、第７図
は本発明の素子の装〕責法に用いる装置のブロック〆１
、第Ｓ図は第７１′ｙ＋の装置ｈ−で伸らｎるイオンビ
ーム訃流の燻化の様子を示すグラフ。 図中の杓−１−ｉ： １・・・基＆１′・・・空間 ２・・・上部’ｒｌｉ桶Ｊ（招伝導体層）４′・・・孔
（寅通孔）３・・・−下部布枠（ｄイ４伝洒体層）５′
・・・ブリツノ部４　・・・　４イ１８　蘇　イレ音・
１ナリ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　ｔ　・・・　１１し、み５・・・ブリッジ ６・・・狙あきマスク ８・・・窓ル）きマスク ９・・・杵゛射面 １０　・・・′市、極 １１・・・杉１出校ｉｆｆ 舶Ｊ［出願人　：ＩＩＩ！　什写＝イυ１　死　所特許
庁し官　　若　　杉　　相　　尤　　殿１．事件の表ボ 昭和５７年　特　許　廟　第２４７４１　ＩＱ・　　３
．袖１１−をする者 事件との関係　　１１１１卯人 名称（ｆｉ７！１）理化学１す［突所 ４、代理人 ！ｉ、　−Ｉｌｉ　ｉＦ命令の日付　　自　発１、　明
細）ム）枦、（）自や、／、行、パ・・・・・′ｌｌｉ
制御了゛さる。”　ｏ＞　’ｐ；　４７次のつ７を挿入
する。 ＋　　：Ｉ：　？−、第ｆｉ図の製ｉ５’ｒ　Ｉ’、　
４Ｍ　＋、こおいて、絶縁体１ＦＩ４　；？ｊ：　集中
・（ｔ　７１−４−　Ａ　−／ｉ　ａ　４　’を完全４
７７＋け）、１′いて数１０へ−１０（１人枦ｉ！　１
９：ターし、この状態で逢イ１伝導体１＠゛？を蒸着ソ
（：ｉスパッタリング（、こ、、ｉ　ｖ＋　１１６成ｊ
、　次いと・静イオンエノ千ング１．．″よ”ｌ　ｒｌ
、　４　’　ｃ／）　％、’３７　ｌ　ノ：−，Ｊｌ’
＋ｉｄ　体Ｉｎ　ヲｘ　７　チンク１、了孔４′を１′
１曲。（廿、その後紹（ム導体１−３を葬箔ン（：（ソ
、パノダリングＧこより）形成してもよい。、：のよ・
ジζ；ｌ−７１−れば、紹（１，導体Ｉｎ　３の形成（
特Ｇご（°１．４′部）か容易−なり　プＩＩセス（Ｄ
　ｆｒ５　ｉｎｎ性、ｍ　＋’＋　レイ）素子０）　’
ｂ”、　定ｉＬ　カ向］−４−ル。１？

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／）貢通孔を有する絶縁体層の一力の面Ｋ　ＩＶｉ’ｌ
   記の１〕…孔の周囲に開いた空間を壱するノー、　ｌｖ
   が配置１ｔ！されており、前記の絶縁体層の他方の而ｌ
   −の超伝導体層と前記の空間の基枦表面十の超伝導体層
   とを前記の真補孔の超伝導体か愉１絡（、てｌｚｌ、４
   ＋ことを％徴とするマイクロブリッジ型ジョセフソン軍
   子。 ２）一方の面に躯！縁体層を楢する麦４ルの仙１ノの面
   に孔あきフスクを配置１〜て化学Ｊ、ラッチング・１１
   、前記の絶縁体層に珍する開（へた伊曲台・−′″）〈
   す、前記の絶縁体層の上に、前目己のり１ン聞Ｖこｆｌ
   か相対するように孔あきマスフケ配置（、、てイオンコ
   ーツチングし、前ｄピの絶縁体層を狛辿して前ｒｉ＋″
   の仝曲に連絡する孔をあ、け、そして 超伏嗜体語ノタイｔを削ｄ己の絶縁体層と前ｉｌｌ’：
   のイと曲の基＆表面とＩＩＩ　Ｍ［：の絶線体層の孔と
   に刊虐セ］。 める こと全特徴とするマイクロブリッジ型ジョセフソン素子
   の製〕青方法。 ３）一方の而に杷は体層を南する基板のイ１（１方の面
   に孔あきマスフケ内Ｅ装置して化学エツチングをし、前
   記の絶糾・体層に達するＲ＋いた空間をつくり、集中イ
   オンビームｆｆｉ　１１４！射Ｅ７て前記１の動部体層
   を狛ｊ山１７て釣１０己の空間Ｖｒ、番申絡する子１を
   あけ、そ（、で 超伝導体物！穎を１１１１紀の絶鵜体層と前層【４の空
   間の遍板衣酌１と前Ｍｌｊσ）泗−會イイネ層の千１と
   りこ小１青号せしめる ことを牛１１徴と′−４石マイクロフ゛リッジｉ（・ｊ
   ジョセフソン素子の製］ｈ万ｌノー。 ｌＩ）　　４Ｊｊ、−未イオンヒ゛−ム投身＋　装Ｍ　
   、　　イオンヒ゛−ムの投射面下方ＶＣ（１”僅゛シ、
   た′中枠、おＪびこの′４イ１極に接続され、イオンビ
   ーム市１ηｔを様出する装［ど１１価え、イオンビー１
   、か投“射１１１上の絶縁体ｒ＠　Ｖ（Ｊｌ辿孔′ｊＫ
   ：あけて前Ｉｉ１’：の市、極に〕１１達しム７時点を
   枚１知−するこトｋ　’１′、’Ｉ徴Ｊ′するマイクロ
   ブリッジ４リジョセフノン索−Ｆｋｌｌ＃＋告する装鵬
   。