JPS59147473A - ジヨセフソン接合素子 - Google Patents
ジヨセフソン接合素子Info
- Publication number
- JPS59147473A JPS59147473A JP58020818A JP2081883A JPS59147473A JP S59147473 A JPS59147473 A JP S59147473A JP 58020818 A JP58020818 A JP 58020818A JP 2081883 A JP2081883 A JP 2081883A JP S59147473 A JPS59147473 A JP S59147473A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin
- josephson junction
- film
- spacer
- mask
- 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.)
- Granted
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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に関し、詳しくは準平
面型のジョセフソン接合素子のスペーサの改良に関する
。
面型のジョセフソン接合素子のスペーサの改良に関する
。
ジョセフソン接合素子の応用範囲は広く、小電力超高速
スイッチングのｔｉ機機素素子して、マイクロ波、ミリ
波などの高感度高速度応答の検出器として、人間の脳や
心臓から放射される微弱磁場の検出器として、あるいは
電圧標準器として使用することが提案されておシ、その
工業化に対する要請が日ましに増大している。
スイッチングのｔｉ機機素素子して、マイクロ波、ミリ
波などの高感度高速度応答の検出器として、人間の脳や
心臓から放射される微弱磁場の検出器として、あるいは
電圧標準器として使用することが提案されておシ、その
工業化に対する要請が日ましに増大している。
本発明者は先に、ジョセフソン接合素子の弱結合部を極
限まで短縮してその特性を改善することを可能とし、し
かも容易に同一特性の素子を人伝生産し得るジョセフソ
ン接合素子の構成（準平面型ジョセフソン接合素子）を
提案した（特公昭５５−７７１２号、特開昭５７−１０
４２８１．１０４２８２．１０４２８３号）。第１図又
は第２図に示すように、準平面型ジョセフソン接合素子
では基板１上に２つの超伝導体薄膜２．３が絶縁体のス
ペーサ４を挾んで部分的に向い合い（第１．２図）、そ
してスペーサの厚み側面を横切って弱結合部５が上下の
超伝導体薄膜２．３に寸たがっている。
限まで短縮してその特性を改善することを可能とし、し
かも容易に同一特性の素子を人伝生産し得るジョセフソ
ン接合素子の構成（準平面型ジョセフソン接合素子）を
提案した（特公昭５５−７７１２号、特開昭５７−１０
４２８１．１０４２８２．１０４２８３号）。第１図又
は第２図に示すように、準平面型ジョセフソン接合素子
では基板１上に２つの超伝導体薄膜２．３が絶縁体のス
ペーサ４を挾んで部分的に向い合い（第１．２図）、そ
してスペーサの厚み側面を横切って弱結合部５が上下の
超伝導体薄膜２．３に寸たがっている。
このような構成としたので弱結合部の長さは極めて薄い
スペーサ４の厚みに等しくすることができ、スペーサを
形成するときの絶縁物質のス・やツタリング又は蒸着時
間を調整することによって弱結合部の長さを極めて短か
くしかも梢確に制御し得る。
スペーサ４の厚みに等しくすることができ、スペーサを
形成するときの絶縁物質のス・やツタリング又は蒸着時
間を調整することによって弱結合部の長さを極めて短か
くしかも梢確に制御し得る。
′？３際には、数百〜数千λ程度の厚さの超伝導体′Ｆ
ｊＩｔ＜ａ ２の一ヒＶＣｓ＋ｏ２ などの絶縁物質
又は半導体をス・七ツタリングすることにｊシ、或いは
超伝導層２０表面を酸化性雰囲気中で酸化することによ
ｐ数百ｘ程度の厚さのスペーサ４を形成する。スペーサ
４の厚みを横切って上下の超伝導薄膜にまだがって適当
な障害物質を数百大ないし敷千＾の厚さに蒸着して弱結
合部５を形成する。このようにして上下の超伝導体層２
．３を接続する弱結合部５の長さしはスペーサ４の厚み
となシ、要求されるインピーダンスの大きさに１６じて
数百久ないし数千久の範囲の適正値を選択することがで
きる。
ｊＩｔ＜ａ ２の一ヒＶＣｓ＋ｏ２ などの絶縁物質
又は半導体をス・七ツタリングすることにｊシ、或いは
超伝導層２０表面を酸化性雰囲気中で酸化することによ
ｐ数百ｘ程度の厚さのスペーサ４を形成する。スペーサ
４の厚みを横切って上下の超伝導薄膜にまだがって適当
な障害物質を数百大ないし敷千＾の厚さに蒸着して弱結
合部５を形成する。このようにして上下の超伝導体層２
．３を接続する弱結合部５の長さしはスペーサ４の厚み
となシ、要求されるインピーダンスの大きさに１６じて
数百久ないし数千久の範囲の適正値を選択することがで
きる。
このような構造としたことによす■電極部の超伝導体層
２．３の膜厚を大きく保ったま＼で、弱結合部の長さし
を極端に短かくでき、それにより１ｍＲＪ 積を著し
く大きくすることができ、■弱結合部に種々の材質を使
用でき、■静電容量を小さくでき、■超伝導体層３に鉛
合金以外のＮｂ 等を用いて長寿命とすることができ
、そして■フォトリソグラフィや電子ビームリソグラフ
ィを用いて容易に邦産することができるようになったの
である。
２．３の膜厚を大きく保ったま＼で、弱結合部の長さし
を極端に短かくでき、それにより１ｍＲＪ 積を著し
く大きくすることができ、■弱結合部に種々の材質を使
用でき、■静電容量を小さくでき、■超伝導体層３に鉛
合金以外のＮｂ 等を用いて長寿命とすることができ
、そして■フォトリソグラフィや電子ビームリソグラフ
ィを用いて容易に邦産することができるようになったの
である。
通常、１ｍＲ１積が大きく動作温度の広いジョセフノン
接合素子を得るためには、弱結合部５の長さしがＬ（３
，１４ξ〜５．６０ξを満足しなければならないことは
良く知られている（こ＼で、ξは超伝導体のコヒーレン
ト長）。超伝導体がニオブ（Ｎｂ） の場合、そのコ
ヒーレント長ξは４．２にで１００Ｘ程度であシ、Ｌ（
３［］ ０〜５００＾となる。また、ＮｂＮ、 Ｎｂ３
Ｓｎ、 Ｎｂ３Ｇ６などのコヒーレント長Ｅは３０χ程
度であるので、Ｌ＜１００〜１６０Ｘとなる〇 ところで、準平面型ジョセフソン接合素子では、上述の
如く弱結合部の長さしはスペーサの厚みに相当するので
、このスペーサの厚みを上記条件を４足するように構成
すればよい。
接合素子を得るためには、弱結合部５の長さしがＬ（３
，１４ξ〜５．６０ξを満足しなければならないことは
良く知られている（こ＼で、ξは超伝導体のコヒーレン
ト長）。超伝導体がニオブ（Ｎｂ） の場合、そのコ
ヒーレント長ξは４．２にで１００Ｘ程度であシ、Ｌ（
３［］ ０〜５００＾となる。また、ＮｂＮ、 Ｎｂ３
Ｓｎ、 Ｎｂ３Ｇ６などのコヒーレント長Ｅは３０χ程
度であるので、Ｌ＜１００〜１６０Ｘとなる〇 ところで、準平面型ジョセフソン接合素子では、上述の
如く弱結合部の長さしはスペーサの厚みに相当するので
、このスペーサの厚みを上記条件を４足するように構成
すればよい。
しかしながら、ス被−・す゛の厚みが２００Ｘ程度以下
になると、 ５１０７ などの絶縁物質のス・千ツタ
リング又は蒸着、或いは超伝導体の酸化等によって得ら
れるスペーサにピンホールが生じ易く、実作が％ＯＬい
という問題があった。
になると、 ５１０７ などの絶縁物質のス・千ツタ
リング又は蒸着、或いは超伝導体の酸化等によって得ら
れるスペーサにピンホールが生じ易く、実作が％ＯＬい
という問題があった。
本発明者はこれらの問題解決のために鋭意開発研究を１
１ｆねた結果、二酸化シリコン基板などの酸化物表面に
フォトレジスト材を付着させるために広く使用されてい
るヘキサアルキルジシラザンを含む接着剤の薄）摸が準
平面型ジョセフソン接合のス被−サとして極めて有用で
あることを見出した。
１ｆねた結果、二酸化シリコン基板などの酸化物表面に
フォトレジスト材を付着させるために広く使用されてい
るヘキサアルキルジシラザンを含む接着剤の薄）摸が準
平面型ジョセフソン接合のス被−サとして極めて有用で
あることを見出した。
本発明はこの発見に基づくものであって、その目的とす
るところは、スペーサの厚みが極めて薄くしかもピンホ
ールがなく、製造が容易で、温度サイクルに対して耐性
のある準平面型ジョセフソン接合素子を提供することに
ある。
るところは、スペーサの厚みが極めて薄くしかもピンホ
ールがなく、製造が容易で、温度サイクルに対して耐性
のある準平面型ジョセフソン接合素子を提供することに
ある。
この目的は、準平面型ジョセフソン接合素子のスペーサ
をヘキサアルキルジシラザンを含む接着剤の薄膜で構成
することによって達成される。
をヘキサアルキルジシラザンを含む接着剤の薄膜で構成
することによって達成される。
以下に本発明の実施例を詳しく説明する。第６〜９図を
用いて第２図の構造の準平面型ジョセフソン接合素子を
製造する場合について述べる。
用いて第２図の構造の準平面型ジョセフソン接合素子を
製造する場合について述べる。
■ 第３図に示す如く、石英の基板１上に形成したＡＺ
１３５０のレジストマスクＭ１（線巾Ｗ＝５μｍ）の上
からＮｂをスパッタ付着した後、レジスト剥離剤でレジ
ストマスクを除去して第４図の／ＩＰターンの下部超伝
導体薄Ｑ！＠（電極）２を得る。
１３５０のレジストマスクＭ１（線巾Ｗ＝５μｍ）の上
からＮｂをスパッタ付着した後、レジスト剥離剤でレジ
ストマスクを除去して第４図の／ＩＰターンの下部超伝
導体薄Ｑ！＠（電極）２を得る。
■ 第４図の基板表面をヘキサアルキルジシラザン、例
えばヘキサメチルジシラザンを含む接着剤（以下、「Ｈ
ＡＤＳ」と略称する）の蒸気にさらしてＨＡＤＳの薄膜
を付着する。得られるＨＡＤＳ薄膜の厚さは分子の層の
厚さである。
えばヘキサメチルジシラザンを含む接着剤（以下、「Ｈ
ＡＤＳ」と略称する）の蒸気にさらしてＨＡＤＳの薄膜
を付着する。得られるＨＡＤＳ薄膜の厚さは分子の層の
厚さである。
■ このＨＡＤＳ薄膜の上に第５図に示す如く、しソス
トマスクＭ２を形成し、Ｎｂ を再度スパッタ付着し
た後レジストマスクＭ２とＨＡＤＳの薄１同を除去し８
＋！６図のような上部超伝導体薄膜３金得る。超伝導体
薄膜２．３はＨＡＤＳ薄ｎへのスペーサ４を挾んで交差
している。
トマスクＭ２を形成し、Ｎｂ を再度スパッタ付着し
た後レジストマスクＭ２とＨＡＤＳの薄１同を除去し８
＋！６図のような上部超伝導体薄膜３金得る。超伝導体
薄膜２．３はＨＡＤＳ薄ｎへのスペーサ４を挾んで交差
している。
なお、ＨＡＤＳ薄膜を用いない従来の素子の場合には、
第５ツ）のマスクＭ２の上から５１０２などのｆ！縁物
）ｉｔｉをスパッタ付着し、続けてＮｂをスパッタ付着
しリフトオフして紺６図の超伝導体薄膜２．３を得てい
た。
第５ツ）のマスクＭ２の上から５１０２などのｆ！縁物
）ｉｔｉをスパッタ付着し、続けてＮｂをスパッタ付着
しリフトオフして紺６図の超伝導体薄膜２．３を得てい
た。
したがって、Ｈへ〇Ｓ薄膜をスペーサとする本発明の９
）合には絶縁物・νｆのスパッタ刺着工程が不要となる
。すなわち、ＨＡＤＳ薄膜は基板】と第５Ｍのレジスト
マスクＭ２の接着を強イヒするために、いずれにしても
付着させる必要があり、これをス々−ザとして兼用する
ことにより絶縁物質のス・卆ツタ付着工程を省いている
。
）合には絶縁物・νｆのスパッタ刺着工程が不要となる
。すなわち、ＨＡＤＳ薄膜は基板】と第５Ｍのレジスト
マスクＭ２の接着を強イヒするために、いずれにしても
付着させる必要があり、これをス々−ザとして兼用する
ことにより絶縁物質のス・卆ツタ付着工程を省いている
。
■ 第６図の超伝導体薄膜２．３の表面に形成される酸
化膜を取シ除くため、スパッタエツチングした後、全面
ＫＮｂ を約１３０Ｘの厚さにス／ぞツタし、その上
から電子ビームＶシスト〔ソマール工業ににのＳ Ｅ
Ｌ、−Ｎ（Ｆ）、５ＥＬ−Ｎ（１４００ＥＢ Ａ４）
、東洋薄ＪＫＫ（７）ＣＭＳ−ＥＸＣに）などを被覆す
る。そして電子ビーム露光により第７図に示すように電
子ビームレジストマスクＭ３（線巾１１１ｒｎ以−ト）
を得る。
化膜を取シ除くため、スパッタエツチングした後、全面
ＫＮｂ を約１３０Ｘの厚さにス／ぞツタし、その上
から電子ビームＶシスト〔ソマール工業ににのＳ Ｅ
Ｌ、−Ｎ（Ｆ）、５ＥＬ−Ｎ（１４００ＥＢ Ａ４）
、東洋薄ＪＫＫ（７）ＣＭＳ−ＥＸＣに）などを被覆す
る。そして電子ビーム露光により第７図に示すように電
子ビームレジストマスクＭ３（線巾１１１ｒｎ以−ト）
を得る。
■ レジストマスクＭ３の下取外のＮｂ をノ臂ルス
電流ＶＣよって陽極酸化するか、或いはＣＦ４１ｆスに
よる反応性プラズマエツチングによって取除くと第８図
のようになる。最後にレジストマスクＭ６を除去するこ
とによシ、弱結合部５が上下の超伝導体薄膜２．３を結
合した本発明のジ合素子の醒圧電流特性の一例を示す。
電流ＶＣよって陽極酸化するか、或いはＣＦ４１ｆスに
よる反応性プラズマエツチングによって取除くと第８図
のようになる。最後にレジストマスクＭ６を除去するこ
とによシ、弱結合部５が上下の超伝導体薄膜２．３を結
合した本発明のジ合素子の醒圧電流特性の一例を示す。
１０ＧＨ２のマイクロ波によって誘起された定電圧ステ
ップ（ｖ：２０μＶ／目盛、Ｈ：２００μＡ／目盛）が
明瞭に観測されてお匂、極めて性能の良いことが理°解
される。
ップ（ｖ：２０μＶ／目盛、Ｈ：２００μＡ／目盛）が
明瞭に観測されてお匂、極めて性能の良いことが理°解
される。
第１図と第２図は準平面型ジョセフソン接合素子の一例
を拡大して示す斜視図、第６〜８図は、本発明のジョセ
フソン接合素子の製造工程の一例を示す説明図、第１’
ｉ ＋図は本発明の実施例で得らｉｔたジョセフソン接
合素子の電圧−電流特性を示す。 図中の符号： １・・・基板、２．３・・・超伝導薄膜、４・・・スペ
ーグー、５・・・弱結合部、Ｍｌ、Ｍ２、Ｍ３・・・レ
ジストマスク 特許出願人： 理化学研究所 第９図 −１２袷 補 ｉｌ：’？’） 昭和 年 月 １１ 特許庁長官 若 杉 和 ヤ、 殿
１事イ’ｌの表ボ 昭和；）８年 特 許 １卯 第２０ ＲＩ ８ ’号
２、Ｑ明の名称 ジヲセフソン接合素了！（、
ン−１１１・を−４る五 事＋’ｌとの１ｙｉ係 出側人 名１１； （（ｉ７ｑ＞理化学研究ｉ’ｌｉ４、代理
人 ５、禎１１・命令の１−１付 自 発１ｉ、 Ｄｉ
ｌｌ・の文１象 明細刊、の発明の詳細な説明の
ｌｌｌ’１よりよび図面 ７Ｔｉｌｉ ｉｌ・の内容 １ 明細書ｔハＢ （’（第４行″＋２．ＸＣ１（”を
（１ぺｘ （’Ｒ） ＪおＩｔｒｉｌす。、
、：）２、第９図を別１１シの２
．おり訂１１−する。 ′ ・第９図 電圧（２０１１狡惰盛）
を拡大して示す斜視図、第６〜８図は、本発明のジョセ
フソン接合素子の製造工程の一例を示す説明図、第１’
ｉ ＋図は本発明の実施例で得らｉｔたジョセフソン接
合素子の電圧−電流特性を示す。 図中の符号： １・・・基板、２．３・・・超伝導薄膜、４・・・スペ
ーグー、５・・・弱結合部、Ｍｌ、Ｍ２、Ｍ３・・・レ
ジストマスク 特許出願人： 理化学研究所 第９図 −１２袷 補 ｉｌ：’？’） 昭和 年 月 １１ 特許庁長官 若 杉 和 ヤ、 殿
１事イ’ｌの表ボ 昭和；）８年 特 許 １卯 第２０ ＲＩ ８ ’号
２、Ｑ明の名称 ジヲセフソン接合素了！（、
ン−１１１・を−４る五 事＋’ｌとの１ｙｉ係 出側人 名１１； （（ｉ７ｑ＞理化学研究ｉ’ｌｉ４、代理
人 ５、禎１１・命令の１−１付 自 発１ｉ、 Ｄｉ
ｌｌ・の文１象 明細刊、の発明の詳細な説明の
ｌｌｌ’１よりよび図面 ７Ｔｉｌｉ ｉｌ・の内容 １ 明細書ｔハＢ （’（第４行″＋２．ＸＣ１（”を
（１ぺｘ （’Ｒ） ＪおＩｔｒｉｌす。、
、：）２、第９図を別１１シの２
．おり訂１１−する。 ′ ・第９図 電圧（２０１１狡惰盛）
Claims (2)
- （１） ヘキサアルキルジシラザンを含む接着剤の薄
膜から成るス被−サを挾んだ２つの超伝導体薄膜を、弱
結合部が前記スペーサの厚み側面を横切って結合するこ
とを特徴とするジョセフソン接合素子。 - （２） 前記の超伝導体薄膜がＮｂ、 ＮｂＮ、 Ｎ
ｂ３Ｓｎ、又はＮｂ３Ｇｅである特許請求の範囲第１項
に記載のジョセフソン接合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58020818A JPS59147473A (ja) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | ジヨセフソン接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58020818A JPS59147473A (ja) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | ジヨセフソン接合素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59147473A true JPS59147473A (ja) | 1984-08-23 |
| JPS6256676B2 JPS6256676B2 (ja) | 1987-11-26 |
Family
ID=12037607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58020818A Granted JPS59147473A (ja) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | ジヨセフソン接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59147473A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02172285A (ja) * | 1988-12-23 | 1990-07-03 | Shimadzu Corp | 準平面型ジョセフソン接合の製造方法 |
| JPH07297459A (ja) * | 1995-04-05 | 1995-11-10 | Shimadzu Corp | 準平面型ジョセフソン接合の製造方法 |
-
1983
- 1983-02-10 JP JP58020818A patent/JPS59147473A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02172285A (ja) * | 1988-12-23 | 1990-07-03 | Shimadzu Corp | 準平面型ジョセフソン接合の製造方法 |
| JPH07297459A (ja) * | 1995-04-05 | 1995-11-10 | Shimadzu Corp | 準平面型ジョセフソン接合の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6256676B2 (ja) | 1987-11-26 |
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