JPS60182784A - ジヨセフソン素子 - Google Patents

ジヨセフソン素子

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Publication number
JPS60182784A
JPS60182784A JP59037887A JP3788784A JPS60182784A JP S60182784 A JPS60182784 A JP S60182784A JP 59037887 A JP59037887 A JP 59037887A JP 3788784 A JP3788784 A JP 3788784A JP S60182784 A JPS60182784 A JP S60182784A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
alloy
electrode
josephson
base electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP59037887A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroaki Suzuki
博章 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPS60182784A publication Critical patent/JPS60182784A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/10Junction-based devices
    • H10N60/12Josephson-effect devices

Landscapes

  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 (1)発明の技術分野 本発明は、ジョセフソン素子の改良に関する。
特に、複数のジョセフソン素子が多数回の熱サイクルを
受けたとき、それぞれのジョセフソン素子の電R”電圧
特性が不均一に変化することを防止し、しかも、それぞ
れのジョセフソン素子にヒロックか発生してそのジョセ
フソン接合が破壊されることを防止する改良に関する。
(2)技術の背景 ジョセフソン素子は超電導現象を利用するものであるか
ら、使用状態においては4.2に程度に保持される必要
がある。一方、保守・点検の場合は人間か接近しうる必
要があるので室温程度に保持される必要がある。したが
って、その都度、4.2にと室温との間の温度変化を経
験することになり、いわゆる熱サイクルに曝されること
が避は難い。
一力、ジョセフソン素子は、第1図に示すように、半4
体基板l上に形成された超電導材料よりなるグランドプ
レーンz上に、絶縁物層3を介して形成された超電導材
料よりなる基部電極4と、一部領域においてはこれと1
対の接合を形成しその他の領域においては絶縁物層5に
よってこれと隔てられている超電導材料よりなる上部電
極6と、その上に絶縁物層7を介して形成された起電導
材料よりなる制御線8とよりなり、各層を構成する材ネ
1の膨張係数が大幅に異なるので、基板lとジョセフソ
ン接合の形成される層4・6との間にパンクリングか発
生し、さらに、ジョセフソン接合を形成する層4・6と
これを囲む絶縁物層3・5−7との間でも熱応力が発生
する。
(3)従来技術と問題点 従来技術においては、一般に、半導体基板1にはシリコ
ンか、グランドプレーン2にはニオビウムが、基部電極
4と制御線8とにはPb・In・Au合金が、上部電極
6にはPb−B1合づ亡か、絶縁物層3・5・7にはS
iOが、それぞれ、使用されるので、多数回の熱サイク
ルを受けると、次第に、(イ)特性が変化して各素子間
で、′上流中電圧特性に顕著なばらつきが認められるよ
うになり、直列接続をなして使用される場合の故障率か
急増するようになり、また、(ロ)超電導材lI中のグ
レインが相互に位置変化をなして非平面状に分布するよ
うになり、いわゆるヒロ・ンクとなってジョセフソン接
合を破壊するに至る。これらの原因により、 150回
程瓜以下の熱サイクルを受けた場合の故障率かQ、1〜
0.2%程度あり。
工業的見地から無視しえない大きさの故障率を有すると
いう欠点を有する。
(4)発明の目的 本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、多数
回の熱サイクルを受けても電流・電圧特性にWJジなば
らつきが発生することがなく、また、ヒロックが発生す
ることかなく、結果的に長ノI命であるジョセフソン素
子を提供することにある。
(5)発明の構成 本発明の構成は、基板とグランドプレーンとの間と、ノ
、(部電極の底面と、上部電極の上面と、制御Il線の
全表面とに、熱膨張係数が鉛合金とシリコンの間にある
物質の層が形成されてなるジョセフソン素子にある。そ
して、前記基部電極の底面と前記熱II&i張係数が鉛
合金とシリコンの間にある物質の層との間と、11q記
上部電極の上面と前記熱膨張係数が鉛合金とシリコンの
間にある物質の層との間とには絶縁物層が介在するとさ
らに有効である。
本発明は、上記の欠点が、(イ)熱サイクルにもとづき
発生する熱応力がジョセフソン接合領域に集中してこれ
に幾何学的変形をもたらすことと、(ロ)熱サイクルに
もとづき超電導材料中のグレインが相ノLに位置変化(
ずれ)を発生して突起状等のいわゆるヒロックとなり、
このヒロフクが積極的にジョセフソン接合を破壊するこ
とにある点に着目してなされたものであり、熱サイクル
は避は難いが、(イ)基板とジョセフソン素子要部との
間に金、白金、クローム、モリブデン等その膨張係数が
シリコンのそれとPb・In−Au合金、Pb・Bi金
合金の超電導材料のそれとの中間である材料の層を介在
させて、熱サイクルによって発生する幾何学的変形量を
減少させ、さらに、(ロ)ジョセフソン接合の形成され
る層4・6とこれを囲む絶縁物層との間にも上記の材料
の層を形成して、熱サイクルにもとつき超電導材料中の
グレインが相互に位置変化(ずれ)を発生して突起状等
のいわゆるヒロックとなることを防止し、このヒロック
によってジョセフソン接合が破壊されることを防止した
ものである。
(6)発明の実施例 以下図面を参照しつ−、本発明の実施例に係るンヨセフ
ンン素子についてさらに説明する。
第2図参照 厚さ 300 p−m程度のシリコン基板1の表面を酸
化して薄いS XO2膜l゛を形成した後、金、白金、
クローム、モリブデン等を蒸着して厚す1O00λ程度
の層9を形成し、その上にニオビウムをスパッタして厚
さ3000λ程度のグランドプレーン2を形成する。グ
ランドプレーン2の表面を陽極酸化して厚さ300λ程
度のNb2O5の層lOを形成し、さらに、SiOを蒸
着して厚さ3000λ程度の絶縁物層3を形成する。
次に、リフトオフ法を使用するため、フォトレジスト膜
11を形成し、フォトマスクを使用して基部電極形成予
定領域のみを露光し、フォトレジスト膜11を基部電極
形成予定領域から溶解除去してここに開口If’ を形
成する。
全面に金、白金、クローム、モリブデン等を蒸着して厚
さ100OA程度の層12’ を形成し、さらに、その
上にPb・In*Au合金を蒸着して厚ご200OA程
度の層4°を形成する。
第3図参照 フォトレジスト膜11を溶解除去して、その底面に金、
白金、クローム、モリブデン等よりなる層12を有する
基部電極4を完成する。
リフI・オフ法を使用して、ジョセフソン接合形成予定
領域5゛以外の領域に3000 A程度の厚さのSiO
絶縁層5を真空蒸着法をもって形成する。
第4図参照 リフトオフ法を使用するためフォトレジスト1113を
形成した後これを上部電極形成予定領域から除去して開
口13゛ を形成する。ここで、プラズマ醇化法を使用
して基部電極4の露出している表面に、pbとInの酸
化物からなる極めて薄い絶縁層14を形成する。
全面にPbeBi合金を蒸着して厚さ4000λ程度の
層6゛を形成する。
さらに、蒸着により」二部電極6の表面に極めて薄い5
iOIQI5を形成し、金、白金、クローム、モリブデ
ン等よりなる層16を厚さ100OA程度に形成する。
第5図参照 フォトレジスト膜13を溶解除去して」二部電極6を完
成する。
第6図参照 全面にSiOを厚さ500OA程度に蒸着して絶縁11
り7を形成する。
リフトオフ法を使用して、厚さ1oooA1?l瓜の金
、白金、クローム、モリブデン等よりなる層17によっ
て覆われ、厚さ8000 A程度のPb会I n・Au
合金層よりなる制御MA8を形成し、最後にSiOを蒸
着して保護膜17を全面に形成する。
以上の工程をもって製造されたジョセフソン素子におい
ては、(イ)基板とジョセフソン素子要部との間に金、
白金、クローム、モリブデン等その膨張係数がシリコン
のそれとPb・IneAu合金、Pb*Bi合金等の超
電導材料のそれとの中間である材料の層が介在しており
、熱サイクルによって発生する幾何学的変形量が減少し
、さらに、(ロ)ジョセフソン接合の形成される層4・
6とこれを囲む絶縁物層との間にも上記の材料の層が形
成されており、熱サイクルにもとつき超電導材料中のグ
レインが相互に位置変化(ずれ)を発生して突起状等の
いわゆるヒロックとなることが防止され、このヒロック
によってジョセフソン接合か破壊されることか防止され
ているので、多数回の熱サイクルを受けても電流・電圧
特性に顕著なばらつきが発生することかなく、また、ヒ
ロックが発生することもなく、長寿命になる。
第7図参照 り(、金、白金、クローム、モリブデン等よりなる層1
2・16と超電導材料層4・6と直接接触する構造にお
いては金と鉛とが合金しやすいため、超電導材料の組成
が制御しにくいという欠点がある。
これを避けるために、これらの層をSiO等の絶縁物よ
りなる層18をもって隔離するとよい。
(7)発明の詳細 な説明せるとおり、本発明によれば、多数回の熱サイク
ルを受けても電流・電圧特性に顕著なばらつきが発生す
ることがなく、また、ヒロックが発生することかなく、
結果的に長寿命であるジョセフソン素子を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、ジョセフソン素子の概略構成を示す断面図で
ある。第2図〜第6図は本発明の一実施例に係るジョセ
フソン素子の主要製造工程を説明する断面図である。第
7図は本発明の他の実施例に係るジョセフソン素子を説
明する断面図である。 1・・・半導体基板、1゛ ・・・絶縁物(SiO)、
 2・・・グランドプレーン(N b)、3.5.7.
15.17・・φ絶縁物(Sin)、4**−*基部電
極(Pb*InaAu合金)、4° ee*PbeIn
*Au合金層、6Φ1上部電極(pb轡Bi合金)、6
° 争Φ・Pb・Bi合金層、 8・・・制御線(Pb
−In・Au合金)、9,12.12’ 、 1G、φ
Φ−金、白金、クローム、モリブデン等よりなる層、l
O争拳−Nb O層、 11.13・争−フオトレ5 シストUL II’ 、 +3゛−−、開口、 14−
−−PbとInの酸化物からなる絶縁物層、 18・・
第1 図 第2図 第3図 第4図 第6図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) :j、(板とグランドブレーンとの間と、基部
    電極の底面と、上部電極の上面と、制御線の全表面とに
    、熱膨張係数が鉛合金とシリコンの間にある物質の層が
    形成されてなるジョセフソン素子。
  2. (2)前記基部電極の底面と前記熱膨張係数が鉛合金と
    シリコンの間にある物質の層との間と、前記上flfI
    i電極の上面と前記熱膨張係数が鉛合金とシリコンの間
    にある物質の層との間とには絶縁物層が介在されてなる
    特許請求の範囲第1ダI記載のジョセフソン素子。
JP59037887A 1984-02-29 1984-02-29 ジヨセフソン素子 Pending JPS60182784A (ja)

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