JPS6029234B2 - 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
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Info
- Publication number
- JPS6029234B2 JPS6029234B2 JP57024791A JP2479182A JPS6029234B2 JP S6029234 B2 JPS6029234 B2 JP S6029234B2 JP 57024791 A JP57024791 A JP 57024791A JP 2479182 A JP2479182 A JP 2479182A JP S6029234 B2 JPS6029234 B2 JP S6029234B2
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- layer
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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
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/12—Josephson-effect devices
-
- 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は接合部が点接触式のマイクロブリッジ型ジョセ
フソン素子及びその製造方法ならびに製造装置に関する
。
フソン素子及びその製造方法ならびに製造装置に関する
。
一般に、マイクロブリッジ型ジョセフソン素子はトンネ
ル型やポイントコンタクト型のものに比べると、鰹時安
定性に優れ又熱サイクルに対しても安定であり、、マイ
クロ波やミリ波の高感度検出素子又は微弱磁場の検出素
子あるいは電算機用素子として、その応用範囲は広く種
々の形式のものが開発されている。
ル型やポイントコンタクト型のものに比べると、鰹時安
定性に優れ又熱サイクルに対しても安定であり、、マイ
クロ波やミリ波の高感度検出素子又は微弱磁場の検出素
子あるいは電算機用素子として、その応用範囲は広く種
々の形式のものが開発されている。
第１図は従来の点接触式のマイクロブリッジ型ジョセフ
ソン素子を拡大して示す斜視図と断面図である。
ソン素子を拡大して示す斜視図と断面図である。
図示の如くこの素子は、基板１上のＮｂなどの超伝導体
層からなる上下の電極２，３を、Ｓｉ０２などの絶縁体
層４にあげた小さい孔からなるブリッジ５を通して接触
させたものであり、ブＩＪッジ長は絶縁体層の厚みｔに
相当するので１０００Ａ以下の短かし、ものでも簡単に
製作でき、又ブリッジ部が空気にさらされずに安定な上
熱拡散にも殴れるなど、多くの特長を有している。そし
て、この素子は第２図に示す製造工程にしたがって製造
される。■ Ｓｉなどの基板１上に蒸着又はスパッタリ
ングによりＮｂなどの超伝導体層からなる下部電極３と
Ｓｉ０２などの絶縁体層４を形成する。
層からなる上下の電極２，３を、Ｓｉ０２などの絶縁体
層４にあげた小さい孔からなるブリッジ５を通して接触
させたものであり、ブＩＪッジ長は絶縁体層の厚みｔに
相当するので１０００Ａ以下の短かし、ものでも簡単に
製作でき、又ブリッジ部が空気にさらされずに安定な上
熱拡散にも殴れるなど、多くの特長を有している。そし
て、この素子は第２図に示す製造工程にしたがって製造
される。■ Ｓｉなどの基板１上に蒸着又はスパッタリ
ングによりＮｂなどの超伝導体層からなる下部電極３と
Ｓｉ０２などの絶縁体層４を形成する。
■ 電子ビームリングラフィ技術を用いて絶縁体層４上
にＰＭＭＡ薄膜からなる孔あきマスク６を形成する。■
孔あきマスク６上にＡＩなどの金属を斜め蒸着して孔
径の小さい金属マスク７を形成する。
にＰＭＭＡ薄膜からなる孔あきマスク６を形成する。■
孔あきマスク６上にＡＩなどの金属を斜め蒸着して孔
径の小さい金属マスク７を形成する。
■ ＣＦ４ガスなどによる反応性イオンエッチングを行
い、金属マスクの孔を絶縁体層４に転写する。■ Ａｒ
などの不活性ガスを用いて絶縁体層の表面と孔の内表面
をスパッタクリーニングする。
い、金属マスクの孔を絶縁体層４に転写する。■ Ａｒ
などの不活性ガスを用いて絶縁体層の表面と孔の内表面
をスパッタクリーニングする。
■ 絶縁体層の表面と孔にＮｂなどの超伝導体物質を蒸
着又はスパッタリングして超伝導体層からなる上部電極
２とブリッジ５を形成する。ところで、上記の製造工程
４，５からも明らかなように、従来の点酸触式のマイク
ロブリッジ型ジョセフソン素子は、孔に対応する下部電
極３の表面のブリッジ部５′に、反応性イオンエッチン
グやスパッタクリーニング等の加工を施すため損傷や汚
染の影響を受け、素子の臨界温度Ｔｃが低くなったり、
均一な性能をもった素子を得るのが難しいなど問題があ
った。本発明は上記に鑑みてなされたものであって、ブ
リッジ部に全く加工を施さず、損傷や汚染がなく高いＴ
ｃをもち、再現性が良いなど優れた特長を有する点接触
式のマイクロブリッジ型ジョセフソン素子及びその製造
法ならびに製造装置を提供することを目的とする。
着又はスパッタリングして超伝導体層からなる上部電極
２とブリッジ５を形成する。ところで、上記の製造工程
４，５からも明らかなように、従来の点酸触式のマイク
ロブリッジ型ジョセフソン素子は、孔に対応する下部電
極３の表面のブリッジ部５′に、反応性イオンエッチン
グやスパッタクリーニング等の加工を施すため損傷や汚
染の影響を受け、素子の臨界温度Ｔｃが低くなったり、
均一な性能をもった素子を得るのが難しいなど問題があ
った。本発明は上記に鑑みてなされたものであって、ブ
リッジ部に全く加工を施さず、損傷や汚染がなく高いＴ
ｃをもち、再現性が良いなど優れた特長を有する点接触
式のマイクロブリッジ型ジョセフソン素子及びその製造
法ならびに製造装置を提供す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に記載された本発明
の各構成によって達成されるが、以下の添付図面を参照
した説明及び実施例から、本発明の構成及び効果が更に
良く理解される。
の各構成によって達成されるが、以下の添付図面を参照
した説明及び実施例から、本発明の構成及び効果が更に
良く理解される。
第３図は本発明の素子の構造を断面で拡大して示す。
貫通孔４′を有するＳｉ３Ｎ４などの絶縁体層４の一方
の面に貫通孔の周囲に開いた空間１′をもつＳｉなどの
基板１が配置されており、絶縁体層４の他方の面上のＮ
ｂなどの超伝導体層２と前記の空間１′の基板表面上の
Ｎｂなどの超伝導体層３とを貫通孔の超伝導体が橋絡し
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下の基板が、ブリッジとなる貫通孔４′の周囲に開
いた空間１′を有する構造であるので、後述するように
絶縁体層に貫通孔をあげてから超伝導体層３を形成する
ことができ、そのためブリッジ部５′の損傷や汚染が回
避される。第４図に本発明の素子の製造工程の一実施例
を示す。
の面に貫通孔の周囲に開いた空間１′をもつＳｉなどの
基板１が配置されており、絶縁体層４の他方の面上のＮ
ｂなどの超伝導体層２と前記の空間１′の基板表面上の
Ｎｂなどの超伝導体層３とを貫通孔の超伝導体が橋絡し
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下の基板が、ブリッジとなる貫通孔４′の周囲に開
いた空間１′を有する構造であるので、後述するように
絶縁体層に貫通孔をあげてから超伝導体層３を形成する
ことができ、そのためブリッジ部５′の損傷や汚染が回
避される。第４図に本発明の素子の製造工程の一実施例
を示す。
■ 厚さ５００仏ｍのＳｉの基板１の一方の面にＣＶＤ
法、蒸着又はスパッタリングにより膜厚９５０△のＳｉ
３Ｎ４の絶縁体層４を形成し、フオトリソグラフィ技術
及びＣＨＦ３ガスを用いた反応性イオンエッチングによ
り基板１の他方の面に感光剤ＡＺ１３５０とＳｉ０２か
らなる８００山ｍ角の窓あきマスク８を形成する。
法、蒸着又はスパッタリングにより膜厚９５０△のＳｉ
３Ｎ４の絶縁体層４を形成し、フオトリソグラフィ技術
及びＣＨＦ３ガスを用いた反応性イオンエッチングによ
り基板１の他方の面に感光剤ＡＺ１３５０とＳｉ０２か
らなる８００山ｍ角の窓あきマスク８を形成する。
■ ＫＯＨ（３０％，８ｙｏ）溶液を用いて化学エッチ
ングを行い、基板１に絶縁体層４に達する空間１′を形
成する。
ングを行い、基板１に絶縁体層４に達する空間１′を形
成する。
■ 絶縁体層４に霧光斉岬ＭＭＡをスピンナー塗布し、
電子ビームリングラフィ技術により孔径０．２〃ｍの孔
あきマスク６を形成する。
電子ビームリングラフィ技術により孔径０．２〃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ッチングによ
り絶縁体層４を貫通して前記の空間１′に達する孔径０
．２ｒｍの孔４′をあげる。
り絶縁体層４を貫通して前記の空間１′に達する孔径０
．２ｒｍの孔４′をあげる。
■ Ｎｂなどの超伝導体物質を蒸着又はスパッタリング
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′とに付着させる。
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′とに付着させる。
なお、上下の超伝導体層２，３の膜厚はいずれも２００
０Ａである。第５図に上記の製造工程で得られた素子の
１−Ｖ特性を示す。
０Ａである。第５図に上記の製造工程で得られた素子の
１−Ｖ特性を示す。
動作温度Ｔ＝８．３ｏＫ、臨界電流ｌｃ＝８２０仏Ａ、
接合抵抗Ｒｎ＝２．００で優れたジョセフソン接合が形
成されることが実証できた。又第１図の従釆の素子の動
作温度Ｔが６〜７Ｋであるのに対し、本実施例で得られ
た素子は９Ｋ程度の高い温度で動作し、更に室温から４
．２Ｋまでの温度変化に対してもブリッジ部が破壊され
ることなく安定で、極めて信頼性のある素子であること
が確認できた。第６図は本発明の素子の製造工程の一例
を示したものであり、第４図の製造工程と同じになる工
程■，■の説明は省略する。
接合抵抗Ｒｎ＝２．００で優れたジョセフソン接合が形
成されることが実証できた。又第１図の従釆の素子の動
作温度Ｔが６〜７Ｋであるのに対し、本実施例で得られ
た素子は９Ｋ程度の高い温度で動作し、更に室温から４
．２Ｋまでの温度変化に対してもブリッジ部が破壊され
ることなく安定で、極めて信頼性のある素子であること
が確認できた。第６図は本発明の素子の製造工程の一例
を示したものであり、第４図の製造工程と同じになる工
程■，■の説明は省略する。
■ １００ＰＡ程度の集東イオンビームを用いて、約１
０庇ｅｃ間の照射増遠エッチングを行い、Ｓｉの基板１
上のＳｉ０２膜からなる８００ムｍ角の窓あきマスク８
を形成する。
０庇ｅｃ間の照射増遠エッチングを行い、Ｓｉの基板１
上のＳｉ０２膜からなる８００ムｍ角の窓あきマスク８
を形成する。
■ Ａｕ＋の集東イオンビームを用いてエッチングを行
い絶縁体層４に孔４′をあげる。
い絶縁体層４に孔４′をあげる。
なお、この孔あげの工程に際し、第７図に示す装鷹を用
いることにより極めて容易に孔径を制御できる利点があ
る。すなわち、集東イオンビーム投射装置（図示せず）
の投射面９の下方に電極１０を配置し、イオンビーム電
流を検出装置１１でモニターすることにより、第８図に
示す如く孔があくと電流が急に立上るので、孔があいた
ことが確認でき、又、電流の立上りを検出しイオンビー
ムを所望の時点でプランキングすることにより孔径を制
御できる。また、第６図の製造工程において、絶縁体層
４を集東イオンビームで孔４′を完全にあげないで数１
０〜１００Ａ度残し、この状態で超伝導体層２を蒸着又
はスパッタリングにより形成し、次いで〜イオンエッチ
ングにより孔４′の残留した絶縁体層をエッチングして
孔４′を貫通させ、その後超伝導体層３を蒸着又はスパ
ッタリングにより形成してもよい。
いることにより極めて容易に孔径を制御できる利点があ
る。すなわち、集東イオンビーム投射装置（図示せず）
の投射面９の下方に電極１０を配置し、イオンビーム電
流を検出装置１１でモニターすることにより、第８図に
示す如く孔があくと電流が急に立上るので、孔があいた
ことが確認でき、又、電流の立上りを検出しイオンビー
ムを所望の時点でプランキングすることにより孔径を制
御できる。また、第６図の製造工程において、絶縁体層
４を集東イオンビームで孔４′を完全にあげないで数１
０〜１００Ａ度残し、この状態で超伝導体層２を蒸着又
はスパッタリングにより形成し、次いで〜イオンエッチ
ングにより孔４′の残留した絶縁体層をエッチングして
孔４′を貫通させ、その後超伝導体層３を蒸着又はスパ
ッタリングにより形成してもよい。
このようにすれば、超伝導体層３の形成（特に孔４′部
）が容易となり、プロセスの信頼性、得られる素子の安
定性が向上する。このように集東イオンビームを用いる
ことにより、マスクレスプロセスで素子を製造すること
ができ、そのため製造工程が簡単になる利点がある。な
お、本発明に用いる超伝導体層や絶縁体層の材質は上記
の実施例に限定されるものではなく、例えば、Ｔａ，Ｗ
，Ｌａ，Ｐｂ，Ｓｎ，ｌｎ，ＡＩなどの金属あるいはそ
れらの合金など超伝導性を示す各種の超伝導物質、Ｓｉ
，Ｓｉ０２などの絶縁物質をそれぞれ用いることができ
る。
）が容易となり、プロセスの信頼性、得られる素子の安
定性が向上する。このように集東イオンビームを用いる
ことにより、マスクレスプロセスで素子を製造すること
ができ、そのため製造工程が簡単になる利点がある。な
お、本発明に用いる超伝導体層や絶縁体層の材質は上記
の実施例に限定されるものではなく、例えば、Ｔａ，Ｗ
，Ｌａ，Ｐｂ，Ｓｎ，ｌｎ，ＡＩなどの金属あるいはそ
れらの合金など超伝導性を示す各種の超伝導物質、Ｓｉ
，Ｓｉ０２などの絶縁物質をそれぞれ用いることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の点接触式マイクロブリッジ型ジョセフソ
ン素子の構造を拡大して示す斜視図と断面図、第２図は
従来の素子の製造工程の説明図、第３図は本発明の素子
の構造を断面で拡大して示す側面図、第４図は本発明の
素子の製造工程の一例を示す説明図、第５図は本発明の
実施例で得られた素子の１−Ｖ特性を示すグラフ、第６
図は本発明の素子の他の製造工程の一例を示す説明図、
第７図は本発明の素子の製造法に用いる装置のブロック
図、第８図は第７図の装置で得られるイオンビーム電流
の変化の様子を示すグラフ。 図中の符号：１・・・・・・基板、１′・・・・・・空
間、２・・・…上部電極（超伝導体層）、４′……孔（
貫通孔）、３・・・・・・下部電極（超伝導体層）、５
′・・・・・・フリッジ部、４・・・・・・絶縁体層、
ｔ・…・・厚み、５・・…・ブリッジ、６……孔あきマ
スク、８……窓あきマスク、９・・・・・・投射面、１
０・・・・・・電極、１１・・・・・・検出装置。 第１図 第２図 第３図 第４図 第７図 第５図 第６図 第８図
ン素子の構造を拡大して示す斜視図と断面図、第２図は
従来の素子の製造工程の説明図、第３図は本発明の素子
の構造を断面で拡大して示す側面図、第４図は本発明の
素子の製造工程の一例を示す説明図、第５図は本発明の
実施例で得られた素子の１−Ｖ特性を示すグラフ、第６
図は本発明の素子の他の製造工程の一例を示す説明図、
第７図は本発明の素子の製造法に用いる装置のブロック
図、第８図は第７図の装置で得られるイオンビーム電流
の変化の様子を示すグラフ。 図中の符号：１・・・・・・基板、１′・・・・・・空
間、２・・・…上部電極（超伝導体層）、４′……孔（
貫通孔）、３・・・・・・下部電極（超伝導体層）、５
′・・・・・・フリッジ部、４・・・・・・絶縁体層、
ｔ・…・・厚み、５・・…・ブリッジ、６……孔あきマ
スク、８……窓あきマスク、９・・・・・・投射面、１
０・・・・・・電極、１１・・・・・・検出装置。 第１図 第２図 第３図 第４図 第７図 第５図 第６図 第８図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 貫通孔を有する絶縁体層の一方の面に前記の貫通孔
の周囲に開いた空間を有する基板が配置されており、前
記の絶縁体層の他方の面上の超伝導体層と前記の空間の
基板表面上の超伝導体層とを前記の貫通孔の超伝導体が
橋絡していることを特徴とするマイクロブリツジ型ジヨ
セフソン素子。 ２ 一方の面に絶縁体層を有する基板の他方の面に孔あ
きマスクを配置して化学エツチングをし、前記の絶縁体
層に達する開いた空間をつくり、前記の絶縁体層の上に
、前記の空間に孔が相対するように孔あきマスクを配置
してイオンエツチングし、前記の絶縁体層を貫通して前
記の空間に連絡する孔をあけ、そして、超伝導体物質を
前記の絶縁体層と前記の空間の基板表面と前記の絶縁体
層の孔とに付着せしめることを特徴とするマイクロブリ
ツジ型ジヨセフソン素子の製造方法。 ３ 一方の面に絶縁体層を有する基板の他方の面に孔あ
きマスクを配置して化学エツチングをし、前記の絶縁体
層に達する開いた空間をつくり、集束イオンビームを照
射して前記の絶縁体層を貫通して前記の空間に連絡する
孔をあけ、そして超伝導体物質を前記の絶縁体層と前記
の空間の基板表面と前記の絶縁体層の孔とに付着せしめ
ることを特徴とするマイクロブリツジ型ジヨセフソン素
子の製造方法。 ４ 集束イオンビーム投射装置、イオンビームの投射面
下方に配置した電極、およびこの電極に接続され、イオ
ンビーム電流を検出する装置を備え、イオンビームが投
射面上の絶縁体層に貫通孔をあけて前記の電極に到着し
た時点を検知することを特徴とするマイクロブリツジ型
ジヨセフソン素子を製造する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57024791A JPS6029234B2 (ja) | 1982-02-18 | 1982-02-18 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57024791A JPS6029234B2 (ja) | 1982-02-18 | 1982-02-18 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58141583A JPS58141583A (ja) | 1983-08-22 |
| JPS6029234B2 true JPS6029234B2 (ja) | 1985-07-09 |
Family
ID=12148003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57024791A Expired JPS6029234B2 (ja) | 1982-02-18 | 1982-02-18 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6029234B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4751563A (en) * | 1984-11-05 | 1988-06-14 | International Business Machines, Corp. | Microminiaturized electrical interconnection device and its method of fabrication |
| JP6254032B2 (ja) * | 2014-03-28 | 2017-12-27 | 住友重機械工業株式会社 | Ｓｎｓ型ジョセフソン接合素子の製造方法及びｓｎｓ型ジョセフソン接合素子製造装置 |
-
1982
- 1982-02-18 JP JP57024791A patent/JPS6029234B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58141583A (ja) | 1983-08-22 |
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