JPS59193372A

JPS59193372A - 薄膜スクイド

Info

Publication number: JPS59193372A
Application number: JP6885383A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Naito; 内藤　誠一; Yasushi Tono; 靖東野
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1983-04-19
Filing date: 1983-04-19
Publication date: 1984-11-01

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、薄膜ヌクイド（５ＱＵＩＤ　）に関するもの
である。更に詳しくは、本発明は例えばニオブ薄膜ポイ
ントコンタクト形のジョゼフソン接合を有するスクイド
に関するものである。

超伝導体間の弱い部分をジョゼフソン結合といい、この
弱い結合部分を含むリングを一般にスクイ　　ド　（Ｓ
ｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　　Ｑｕａｎｔｕｍ　　
ＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＤｅＶ］、ＣｅＥ；　　の略
として５ＱＵＩＤと表示）と呼んでいる。

このスクイドは、高感度の磁束計、磁束勾配計。

電流計、低瀞１用温度泪等、各種の分野に応用が可能で
ある。

従来の２、り膜スクイドには、マイクロブリッジ形又は
、トンネル接合形のジョゼフソン接合を利用したものが
使われてきた。

しか１２ながら、マイクロブリッジ形は、微細加工技術
による制約と、平面構造上の理由から良好なジョゼフソ
ン特性（ＡＣジョゼフソン効果）を得ることは困帷であ
った。特に、ブリッジの長さが超伝導体のコヒーレンス
長の数倍以」二のブリッジでは、？！）波付相関係がｓ
ｉｎ関数からずれることが一般に分かっている。特にヒ
ートサイクルに強く、実用上重要な超伝導体であるニオ
ブの場合、そのコヒーレンス長は１００〜２００λであ
り、通常の微細加工技術を用いて良好なブリッジを作成
することは非常に困１１１１　Ｔ　Ｓ）った。また、マ
イクロブリッジでは、臨界電流値の温度依存性が大きい
ため、動作温度範囲が±０．１に程度と狭く、そのため
スクイドノイズが大きくなるという問題点があった。

トンネル接合形は、接合間の容量のために、接合のＩ−
Ｖ特性にヒステリシスが表われ、スクイド動作には有害
となる。そのため、接合間にシャント抵抗を入れてヒス
テリシスを消す必要があり、それだけ製造工程が増加す
る欠点があった。

ことにおいて、本発明は従来技術におけるこのような問
題点や欠点に鑑みてなされたものであって、ニオブ薄膜
ポイントコンタクト形のジョセフソン接合を用いること
によって、動作温度範囲が広く、ノイズの小さいスクイ
ドを実覗するものである。

第１図及び第２図は本発明に係るスクイドの一例を示す
構成斜視図である。第１図は１ホール形を、第２図は２
ホール形をそれぞれ示し、これらに結合するり、Ｃの並
列共振回路は、従来と同様であるので省略する。

第３図及び第４図は、第１図、第２図における接合部分
（破線で囲んだ部分）の拡大図で、第３図は平面図、第
４図は斜視図である。

これらの図において、１は基板で、第１図においては丸
棒状、第２図においては平板状のものが使用されている
。この基板としては、例えばＡ１□０３　単結晶（サフ
ァイヤ）等が用いられる。２はこの基板１上に着膜され
た下部電極で、例えばニオブ（Ｎｂ）の薄膜で形成され
る。２０はこの下部電極２に設けられた例えば１１４ｍ
程度幅のスリット、５は下部↑Ｆｔ、極２上に一方の端
部分が酸化膜４を介してつくられたＦ部電極で、スリッ
）２０上を跨いで構成されている。この上部電極３も例
えばニオブの薄ＩＩΦ−で形成されている。５は下部電
極２と上部電極３との間であって、酸化膜４を形成した
部分に設けたポイントコンタクトである。

第１図のスクイドにおいては、丸棒状の基板１を一周す
る部分で４ホールを形成している。第２図に示すスクイ
ドＵ：下部電極２に設けた穴２１．２２で２ホールを形
成する。

第５図は、このように構成された素子の製造方法の一例
を示すフローチャートである。

はじめに、ザファイア基板トに、ＲＦマグネトロンスパ
ッタ装置によりＮｂの薄膜を着膜する（ステップ１）。

着膜の条件の一例を第１表に示す。

第１表次にフォトリソグラにより、下部電極パターンをパター
ンニングする（ステップ２）５．ここでＮｂ薄膜のエツ
チングには、例えば高周波スパッタエッヂ又は弗硝酸水
溶液によるケミカルエッチを用いる。次にパターンニン
グを終えた下部電極２の一４二に電子線レジストを塗布
し、電子ビーム露光装置により０．５〜１１Ｊｍのレジ
ストパターンを作成す小（ステップ３）。次に、この１
／ジス（・パターンをマスクに下部Ｎｌ：＋　布、極の
一部表面を酸化する（ステップ４）。これによって、酸
化膜４を形成させる。酸化の方法としては、熱酸化、陽
極酸化、プラズマ酸化などが可能である。このときレジ
ストの付着力が弱いと、レジストがはがれ全面酸化され
てＬ−！１．うので、プリベーク、ポストベークを十分
に行うと共に試料の表面をクリーンに保つことが必要で
ある。次に電子線レジストを除去する（ステ、プ５）。

続いて、リントオフ法によって上部Ｎｌ）　電極５を作
成する（ステップ６）。

このステップ６においては、はじめに上部電極をパター
ンニングするためのレジストパターンを作成し、次にＲ
Ｆスパックエッチにより下部Ｎｂｆｆ１極表面のクリー
ニングを行なう。このクリーニングは非常に重要であり
、特にクリーニング時間により素子の特性が大きく変化
する。実験の結果によれば、クリーニング時間は、２〜
４分程度が最適であった。クリ・−ニング終了後、真空
を破らずに続ケて、Ｉｌ、］’マグネトロンスパッタに
より」一部ｒｖｂ　Ｎ杼の着力１′５を行ない、リフト
オフする。

以トのように、ステップ１〜ステ、プロの工程を経て第
１図あるいは第２図に示すような構造の薄膜スクイドが
完成する。

なお、上記の説明において、超伝導金属としてはＮｂ以
外の他の金属でもよい。

このように構成されたスクイドによれば、接合部の長さ
く　Ｗｅａｋ　１ｊ−ｎｋ　長）をＮｂの酸化膜４の厚
さで決めることができることから、短かくできる。

まだ、接合部が三次元構造となっており、放熱効果を大
きくできる。従って、本発明によれば、次に列挙するよ
うな特長を有する薄膜スクイドが実現できる。

（ａ）　　Ｉ　（超伝導臨界電流値）の温度依存性が少
なくなり、動作温度範囲が広い。

（ｂ）　　電流−位相関係がｓｉｎに近づき、良好なジ
ョゼフノン接合となる。

（Ｑ）　　（ａ）　ｌ　（ｂ）の理由により、スクイド
ノイズが減少できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係るスクイドの一例を示す
構成斜視図、第５図及び第４図は第１図。第２図における接合部分の拡大図、第５図は製造方法の
一例を示すフローチャートである。１・・・基板、２・・・下部電極、３・・・上部電極、
４・・酸化膜、５・・・ポイントコンタクト部、２０・
・・スリット　部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　基板と、この基板トに付着されスリット部を
有する超伝導金属の下部電極薄膜と、前記スリット部を
跨ぎ一方の端部分が酸化膜を介して前記下部電極上に形
成された超伝導金属の−に１部電極薄膜と、前記下部電
極と一ト部電極との間であって前記酸化膜を形成した部
分に設けられたポイン）・コンタクト部とで惜成される
スクイド。