JPS58176982A - ジヨセフソン接合素子の製造方法 - Google Patents
ジヨセフソン接合素子の製造方法Info
- Publication number
- JPS58176982A JPS58176982A JP57060570A JP6057082A JPS58176982A JP S58176982 A JPS58176982 A JP S58176982A JP 57060570 A JP57060570 A JP 57060570A JP 6057082 A JP6057082 A JP 6057082A JP S58176982 A JPS58176982 A JP S58176982A
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- JP
- Japan
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- electrode
- upper electrode
- film
- laser
- substrate
- 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.)
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-
- 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
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0912—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はジョセフソン接合素子の製造方法に関する。
酸化膜等の薄いトンネル障壁膜を、一対の下部電極及び
上部電極によって挾んで構成したジョセフソン接合素子
は、低消費電力、超高速動作が可能な電子素子として注
目されている。従来、電極としては鉛（Ｐ６） 合金
膜が使用されてきたが、近年、機械的に強く、耐湿性、
耐触性にすぐれたニオブ（Ｎ６）又はニオブ化合物膜等
のニオブ系材料を電極とするジョセフソン接合素子の研
究が注目されている。
上部電極によって挾んで構成したジョセフソン接合素子
は、低消費電力、超高速動作が可能な電子素子として注
目されている。従来、電極としては鉛（Ｐ６） 合金
膜が使用されてきたが、近年、機械的に強く、耐湿性、
耐触性にすぐれたニオブ（Ｎ６）又はニオブ化合物膜等
のニオブ系材料を電極とするジョセフソン接合素子の研
究が注目されている。
Ｎｂ又はＮｂ化合物膜は、一般に、作成中に５００℃以
上の高基板温度を用いなければ、良好な超伝導性が得ら
れ表いので、従来、とのＮｂ又はＮｂ化合物膜を電極と
するジョセフソン接合素子は、そうした５００℃以上の
基板温度を用いて製造されている。しかし、上部電極は
酸素原子等を含むトンネル障壁膜上に形成されるため、
上部電極作成時に高温状態とした場合、トンネル障壁膜
中の酸素原子等が熱的に活性化され、下部電極中及び作
成中の上部電極中に拡散してしまい、下部電極及び上部
電極の超伝導性を劣化させ、ひいては作成し九素子の電
気的特性を劣化してしまうという問題が指摘されていた
。また、高基板温度の使用は、量産化をはかる上で、種
々の問題が多い。
上の高基板温度を用いなければ、良好な超伝導性が得ら
れ表いので、従来、とのＮｂ又はＮｂ化合物膜を電極と
するジョセフソン接合素子は、そうした５００℃以上の
基板温度を用いて製造されている。しかし、上部電極は
酸素原子等を含むトンネル障壁膜上に形成されるため、
上部電極作成時に高温状態とした場合、トンネル障壁膜
中の酸素原子等が熱的に活性化され、下部電極中及び作
成中の上部電極中に拡散してしまい、下部電極及び上部
電極の超伝導性を劣化させ、ひいては作成し九素子の電
気的特性を劣化してしまうという問題が指摘されていた
。また、高基板温度の使用は、量産化をはかる上で、種
々の問題が多い。
本発明は、上記の点に鑑み、Ｎｂ又はＮｂ化合物膜を電
極とするジョセフソン接合素子を作成する上で、少くと
も上部電極作成時には高基板温度としないでも良い方法
の提供を目的としてなされたものである。この目的に従
う方法として、本発明はレーザ乃至電子ビーム岬のエネ
ルギビームによる熱処理を採用し、上部電極作成時にお
ける既述した従来の問題点を解消するとともに、量産化
に適した製造法を実現するものである。
極とするジョセフソン接合素子を作成する上で、少くと
も上部電極作成時には高基板温度としないでも良い方法
の提供を目的としてなされたものである。この目的に従
う方法として、本発明はレーザ乃至電子ビーム岬のエネ
ルギビームによる熱処理を採用し、上部電極作成時にお
ける既述した従来の問題点を解消するとともに、量産化
に適した製造法を実現するものである。
本発明を実施例に基いて概説する。
（１）下部電極の作成
第１Ａ図に示すように、まず、シリコン基板等の適当な
基板！上に、下部電極ｌとして、反応性高周波スパッタ
法により、窒化Ｎ６膜（ＮｂＮ膜）を形成した。ただし
、この電極材料はＮｂ又は他のＮ６化合物でもよく、作
成法も材料に応じて、蒸着法、気相反応法等でもよい。
基板！上に、下部電極ｌとして、反応性高周波スパッタ
法により、窒化Ｎ６膜（ＮｂＮ膜）を形成した。ただし
、この電極材料はＮｂ又は他のＮ６化合物でもよく、作
成法も材料に応じて、蒸着法、気相反応法等でもよい。
第２図は、本発明者等が使用した既存の製造装置の概略
を示しているが、この装置６は、真空室７内に設けられ
た一対の電極ｌ。
を示しているが、この装置６は、真空室７内に設けられ
た一対の電極ｌ。
りを切換え、極性変換して用いることのできるもので、
電極２は基板ホルダとしても働らいている。下部電ＩＮ
／の作成時には、ホルダ型電極りを接地し、上側電極ｔ
をＮｂのターゲット電極として用いてスパッタする。
電極２は基板ホルダとしても働らいている。下部電ＩＮ
／の作成時には、ホルダ型電極りを接地し、上側電極ｔ
をＮｂのターゲット電極として用いてスパッタする。
具体的には真空室７内に約１０チの窒素をアルゴンに混
入したガスを導入し、全圧５當Ｔｏｒｒ、室温で反応性
スパッタリングを行い、基板ｊ上に下部電極としてのＮ
ｂＮ膜／を厚味約２００ＯＡに亘って形成した、 （１１）下部電極の熱処理 室温において作成しｆｃＮ６Ｎ膜は一般に、超伝導性は
十分良好ではないが、レーザビームによる熱的処理によ
って、均一かつ良好な超伝導性を得ることができる。た
だし、レーザビームの代わシに、電子ビームを用いても
よい。第５ＷＡＫ本発明者等が用いた既存のレーザアニ
ール装置を示す。この装ｆ１０は、レーザ装置／／、
ビーム掃引装置／λ、試料室／３によって構成される
。試料室／３を１気圧の窒素ガスで満たし、レンズによ
って集光したレーザビームＬＢを、試料＊／Ｊ上部のガ
ラスｓｌ≠を通して、試料室／３中に置かれた下部電極
／の表面に照射し、掃引を行った（第１図Ｂ）。
入したガスを導入し、全圧５當Ｔｏｒｒ、室温で反応性
スパッタリングを行い、基板ｊ上に下部電極としてのＮ
ｂＮ膜／を厚味約２００ＯＡに亘って形成した、 （１１）下部電極の熱処理 室温において作成しｆｃＮ６Ｎ膜は一般に、超伝導性は
十分良好ではないが、レーザビームによる熱的処理によ
って、均一かつ良好な超伝導性を得ることができる。た
だし、レーザビームの代わシに、電子ビームを用いても
よい。第５ＷＡＫ本発明者等が用いた既存のレーザアニ
ール装置を示す。この装ｆ１０は、レーザ装置／／、
ビーム掃引装置／λ、試料室／３によって構成される
。試料室／３を１気圧の窒素ガスで満たし、レンズによ
って集光したレーザビームＬＢを、試料＊／Ｊ上部のガ
ラスｓｌ≠を通して、試料室／３中に置かれた下部電極
／の表面に照射し、掃引を行った（第１図Ｂ）。
レーザ装置／／としては、ＹＡＧレーザを使用し、レー
ザの光量、パルス周期、電極表面におけるスポットサイ
ズ、掃引ｐ経路及び速度は、電極上の全ての場所が約１
００ナノ秒間、５００℃以上の温度になるように各々の
条件を選択した。掃引に要する時間は、電極面積に比例
するが、通常の場合には、数分から数十分で足シること
が実証され、従来法の基板加熱に要する時間（数時間）
に比較して、大きく作業時間を短縮し得た。なお、試料
室中のガスはアルゴンその他の不活性ガスを用いてもよ
い。
ザの光量、パルス周期、電極表面におけるスポットサイ
ズ、掃引ｐ経路及び速度は、電極上の全ての場所が約１
００ナノ秒間、５００℃以上の温度になるように各々の
条件を選択した。掃引に要する時間は、電極面積に比例
するが、通常の場合には、数分から数十分で足シること
が実証され、従来法の基板加熱に要する時間（数時間）
に比較して、大きく作業時間を短縮し得た。なお、試料
室中のガスはアルゴンその他の不活性ガスを用いてもよ
い。
ｃｉ＊））ンネル障壁膜の作成
嬉１図Ｃに示すトンネル障壁膜３は、放電酸化法を用い
て、下部電極ｌの表面を酸化して形成した。具体的には
、第２図示の装置４の真空室に、酸素をアルゴンに数−
〜数十−混合したガス中において、全圧２０％ Ｔ。ｆ
ｆ、放電時のバイアス電圧−１００Ｖ ％酸化時間１〜
２分で行った。
て、下部電極ｌの表面を酸化して形成した。具体的には
、第２図示の装置４の真空室に、酸素をアルゴンに数−
〜数十−混合したガス中において、全圧２０％ Ｔ。ｆ
ｆ、放電時のバイアス電圧−１００Ｖ ％酸化時間１〜
２分で行った。
ただし、酸化の方法は熱酸化法でもよい。
また、このトンネル障壁膜３は、アモルファス・シリコ
ン等の他の材料を用いて、形成してもよい。
ン等の他の材料を用いて、形成してもよい。
（ｉｖ） 上部電極の作成
第１図りに示す上部電極λは、下部電極ｌと同様に、反
応性高周波スパッタ法を用いて、トンネル障壁膜３の上
に、室温において作成した。前述したように、従来法で
は、５００℃以上に基板を加熱するので、トンネル障壁
膜３中の酸素原子が下部電極ｌ及び上部電極コ中に拡散
してしまうのであるが、本発明では、室温において、上
部電極−を作成するので、その虞れはない。具体的には
、第２図示の装置ｔを用いて、厚み２００〜１００ＯＡ
のＮ６Ｎ膜をトンネル障壁膜Ｊ上に堆積して上部電極コ
とした。
応性高周波スパッタ法を用いて、トンネル障壁膜３の上
に、室温において作成した。前述したように、従来法で
は、５００℃以上に基板を加熱するので、トンネル障壁
膜３中の酸素原子が下部電極ｌ及び上部電極コ中に拡散
してしまうのであるが、本発明では、室温において、上
部電極−を作成するので、その虞れはない。具体的には
、第２図示の装置ｔを用いて、厚み２００〜１００ＯＡ
のＮ６Ｎ膜をトンネル障壁膜Ｊ上に堆積して上部電極コ
とした。
効 上部電極の熱処理
第１図Ｅに示すように１下部電極ｌの熱処理と同様にし
て、上部電極コの熱処理を行った。
て、上部電極コの熱処理を行った。
本発明で使用するレーザ又は電子ビームによる熱的処理
の最大の特徴は、加熱により温度が上昇してから、再び
冷却されるまでの時間が極めて短いところにある。実施
例では、前述したよう゛に１約１００ナノ秒程度である
が、さらに、最適条件を選択することにより、よシ、短
縮化することも可能である。このような非常に短い時間
内では、トンネル障壁膜３中の酸素原子は電極中に拡散
することができず、従来法では不可能であった、トンネ
ル障壁膜Ｊ中からの酸素原子の拡散の伴わない、上部電
極λの５００℃以上での、高温熱処理が可能となった。
の最大の特徴は、加熱により温度が上昇してから、再び
冷却されるまでの時間が極めて短いところにある。実施
例では、前述したよう゛に１約１００ナノ秒程度である
が、さらに、最適条件を選択することにより、よシ、短
縮化することも可能である。このような非常に短い時間
内では、トンネル障壁膜３中の酸素原子は電極中に拡散
することができず、従来法では不可能であった、トンネ
ル障壁膜Ｊ中からの酸素原子の拡散の伴わない、上部電
極λの５００℃以上での、高温熱処理が可能となった。
なお、上部電極コの熱処理は、下部電極ｌの熱処理を兼
ねてもよい。つｔシ、下部電極ｌの熱処理工程を省略す
ることも可能である。
ねてもよい。つｔシ、下部電極ｌの熱処理工程を省略す
ることも可能である。
（ｖｉ） 上部電極の補強
熱処理を行った上部電極コの厚みは、熱処理の効果がト
ンネル障壁膜３に接する部分まで及ぶように、比較的薄
く、２００〜１０００Ａとしたが、配線における段差に
よる断線の危険性を防止するために、第１図Ｆに示すよ
うに、熱処理を行った上部電極λ上に、補強電極弘を作
成すると良い。具体的には、下部電極／、上部電極コの
作成と同様に、室温において、厚さ５０００ Ａ〜４０
００ ＡのＮ６Ｎ膜を上部電極λ上に堆積して、補強電
極参とした。
ンネル障壁膜３に接する部分まで及ぶように、比較的薄
く、２００〜１０００Ａとしたが、配線における段差に
よる断線の危険性を防止するために、第１図Ｆに示すよ
うに、熱処理を行った上部電極λ上に、補強電極弘を作
成すると良い。具体的には、下部電極／、上部電極コの
作成と同様に、室温において、厚さ５０００ Ａ〜４０
００ ＡのＮ６Ｎ膜を上部電極λ上に堆積して、補強電
極参とした。
以上、実施例に見られる通シ、従来の基板加熱による電
極作成法を用いた、ニオブ系材料を電極とするジョセフ
ソン接合素子製造方法において、問題とされた、上部電
極作成時における、トンネル障壁膜から電極への酸素原
子等の拡散が、本発明の製造方法の開示によって、解消
されることは明らかである。また、本発明の製造工程に
おける、レーザ又は電子ビーム尋、エネルギビームによ
る熱処理に要する時間は、従来の基板加熱Ｋｌ’する時
間に比べて、非常に短く、製造時間の短縮がなされ、量
産性の高いＮｂ又はＮ６化合物を電極とするジョセフソ
ン接合素子製造ができる。
極作成法を用いた、ニオブ系材料を電極とするジョセフ
ソン接合素子製造方法において、問題とされた、上部電
極作成時における、トンネル障壁膜から電極への酸素原
子等の拡散が、本発明の製造方法の開示によって、解消
されることは明らかである。また、本発明の製造工程に
おける、レーザ又は電子ビーム尋、エネルギビームによ
る熱処理に要する時間は、従来の基板加熱Ｋｌ’する時
間に比べて、非常に短く、製造時間の短縮がなされ、量
産性の高いＮｂ又はＮ６化合物を電極とするジョセフソ
ン接合素子製造ができる。
実施例で示した、素子の製造は、第４図に示すような、
第２図示装置乙の真空室７と第３図示装置１０の試料室
／３を試料の移動が可能な連結装置／ｌで結合した装置
／Ｉを用いてもよい。
第２図示装置乙の真空室７と第３図示装置１０の試料室
／３を試料の移動が可能な連結装置／ｌで結合した装置
／Ｉを用いてもよい。
第１図は、本発明の素子の各製造索工程の説明図、第２
図は窒化Ｎ６ （ＮＵＮ）電極を作製した高周波スパッ
タ装置の概略構成図、第５図はＮ６Ｎ電極の熱処理を行
ったレーザアニール装置の概略構成図、第４図は第２，
５図示の装置を結合した装置の概略構成図を示す。 図中、ｌは下部電極、コは上部電極、３はトンネル障壁
膜、弘は補強電極、よけ基板、を示す。
図は窒化Ｎ６ （ＮＵＮ）電極を作製した高周波スパッ
タ装置の概略構成図、第５図はＮ６Ｎ電極の熱処理を行
ったレーザアニール装置の概略構成図、第４図は第２，
５図示の装置を結合した装置の概略構成図を示す。 図中、ｌは下部電極、コは上部電極、３はトンネル障壁
膜、弘は補強電極、よけ基板、を示す。
Claims (1)
- ニオブ系材料製の超伝導膜を電極とするジョセフソン接
合素子の製造方法において、電極に、エネルギビームを
照射し、加熱処理を行うことを特徴とするジョセフソン
接合素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57060570A JPS58176982A (ja) | 1982-04-12 | 1982-04-12 | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57060570A JPS58176982A (ja) | 1982-04-12 | 1982-04-12 | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58176982A true JPS58176982A (ja) | 1983-10-17 |
| JPH0381313B2 JPH0381313B2 (ja) | 1991-12-27 |
Family
ID=13146044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57060570A Granted JPS58176982A (ja) | 1982-04-12 | 1982-04-12 | ジヨセフソン接合素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58176982A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61261465A (ja) * | 1985-05-16 | 1986-11-19 | Natl Res Inst For Metals | 化合物超電導体の製造方法 |
| JPS637676A (ja) * | 1986-06-28 | 1988-01-13 | Agency Of Ind Science & Technol | 熱処理を用いた超伝導装置の製造方法 |
| JPS63224270A (ja) * | 1987-11-11 | 1988-09-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超伝導コイルの作製方法 |
| JPS63250881A (ja) * | 1987-04-07 | 1988-10-18 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超電導体の作製方法 |
-
1982
- 1982-04-12 JP JP57060570A patent/JPS58176982A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61261465A (ja) * | 1985-05-16 | 1986-11-19 | Natl Res Inst For Metals | 化合物超電導体の製造方法 |
| JPH0453048B2 (ja) * | 1985-05-16 | 1992-08-25 | Kagaku Gijutsucho Kinzoku Zairyo Gijutsu Kenkyu Shocho | |
| JPS637676A (ja) * | 1986-06-28 | 1988-01-13 | Agency Of Ind Science & Technol | 熱処理を用いた超伝導装置の製造方法 |
| JPS63250881A (ja) * | 1987-04-07 | 1988-10-18 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超電導体の作製方法 |
| JPS63224270A (ja) * | 1987-11-11 | 1988-09-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超伝導コイルの作製方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0381313B2 (ja) | 1991-12-27 |
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