JPS61102788A - サンドイツチ型ジヨセフソン接合装置 - Google Patents
サンドイツチ型ジヨセフソン接合装置Info
- Publication number
- JPS61102788A JPS61102788A JP59224211A JP22421184A JPS61102788A JP S61102788 A JPS61102788 A JP S61102788A JP 59224211 A JP59224211 A JP 59224211A JP 22421184 A JP22421184 A JP 22421184A JP S61102788 A JPS61102788 A JP S61102788A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- nbn
- oxide
- gas
- josephson junction
- 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.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はジョセフソン接合装置の構造に関し、とくに高
速計算機用スイッチング素子に好適なサンドイッチ型ジ
ョセフソン接合素子特性を向上させ、かつ安定化するの
に適したトンネル障壁層および電極の材料に関する。
速計算機用スイッチング素子に好適なサンドイッチ型ジ
ョセフソン接合素子特性を向上させ、かつ安定化するの
に適したトンネル障壁層および電極の材料に関する。
上部、下部電極ともにＮｂを用いたジョセフソン接合に
おいて、Ａｌ酸化物をトンネル障壁層として用いること
により、リークｍＡの少ない特性が得られることは、Ａ
ｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔ、ｔ、４２ （５）。
おいて、Ａｌ酸化物をトンネル障壁層として用いること
により、リークｍＡの少ない特性が得られることは、Ａ
ｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔ、ｔ、４２ （５）。
４１２ （１９８３）におけるＧｕｒｖｉＩｌ、ｃｈに
よる”ＨｉｇｈＱｕａｌｉｔｙ Ｒｅｆｒａｃｔ、ｏ
ｒｙＪｏｓｅｐｈｓｏｎ Ｔｕｎｎｅｌυ Ｊ ｕｎｃし１ｏｎｓ ＊しｉｌｉｚｉｎｇ Ｔ
ｈｉｎ Ａ ｌｕｍｉｎｕｍＬａ’ＪｅｒＳ”と題す
る文献において論じられている。
よる”ＨｉｇｈＱｕａｌｉｔｙ Ｒｅｆｒａｃｔ、ｏ
ｒｙＪｏｓｅｐｈｓｏｎ Ｔｕｎｎｅｌυ Ｊ ｕｎｃし１ｏｎｓ ＊しｉｌｉｚｉｎｇ Ｔ
ｈｉｎ Ａ ｌｕｍｉｎｕｍＬａ’ＪｅｒＳ”と題す
る文献において論じられている。
しかしながら、ディジタル回路のより安定な動作のため
には、高臨界温度の超電導材料を用いたジョセフソン接
合が必要である。
には、高臨界温度の超電導材料を用いたジョセフソン接
合が必要である。
本発明の目的は高いギャップ電圧を有するとともに、上
部、下部電極ともに硬超電導体で構成され、かつすぐれ
たリーク電流特性を有するジョた本発明のジョセフソン
接合装置においては、下部電極膜としてＮｂ、上部電極
膜としてＮを４０〜６°Ｏａｔ％含有するＮｂＮ、
トンネル障ｇ層としてＡ２酸化物を用いる。このような
接合構造においては、４．１ｍＶのギャップ電圧を有し
、素子温度のゆらぎに対して接合パラメータのゆらぎが
わずかであり、回路の安定な動作を保証する。
部、下部電極ともに硬超電導体で構成され、かつすぐれ
たリーク電流特性を有するジョた本発明のジョセフソン
接合装置においては、下部電極膜としてＮｂ、上部電極
膜としてＮを４０〜６°Ｏａｔ％含有するＮｂＮ、
トンネル障ｇ層としてＡ２酸化物を用いる。このような
接合構造においては、４．１ｍＶのギャップ電圧を有し
、素子温度のゆらぎに対して接合パラメータのゆらぎが
わずかであり、回路の安定な動作を保証する。
上記ジョセフソン接合構造が１ｇｌ造工程上有利である
ことは以下の理由による。ギャップ電圧の高いジョセフ
ソン接合構造という観点からは、たとえば上部、下部電
極ともにＮｂＮ膜を用いることが望ましい。スパッタ法
によりＮｂＮ膜を室温の下地上シミ形成した場合、Ｎａ
Ｃｌ１型結晶閘造を有するＮｂＮ膜の下地に接する部分
における平均的な結晶粒径は５ｎｍ程度であり、ＮｂＮ
のピパードコヒーレンス長さとほぼ等しい。したがって
。
ことは以下の理由による。ギャップ電圧の高いジョセフ
ソン接合構造という観点からは、たとえば上部、下部電
極ともにＮｂＮ膜を用いることが望ましい。スパッタ法
によりＮｂＮ膜を室温の下地上シミ形成した場合、Ｎａ
Ｃｌ１型結晶閘造を有するＮｂＮ膜の下地に接する部分
における平均的な結晶粒径は５ｎｍ程度であり、ＮｂＮ
のピパードコヒーレンス長さとほぼ等しい。したがって
。
ＮｂＮ膜の下地に接する面における超電導特性はバルク
の特性と比較して著しく低い。膜形成初期の段階から結
晶粒成長を促進するためには膜堆積時基板温度を高くす
る必要がある。一方、ジョセフソン接合の上部電ｔｌｌ
Ｅ３を形成するに際して、基ｖｉｉＨ度は室温、あるい
はこれ以下であることが望ましい。こオしは基板温度を
低く保つことにより、上部電極１漠形成時における下地
Ｎｂ酸化物トンネル障壁層と上部電極膜との拡散反応を
防ぐためである。これら二つの上部電極膜に対する要請
は相矛盾するものである。上部電極膜形成時の基板温度
を高くした場合、下部電極膜の下地に接する面における
超電導特性はバルクの値に近づくが（臨界温度は１６Ｋ
）、上部電極膜とＮｂ酸化物障壁層との拡散反応により
、ジョセフソン接合のリーク電流特性は必ずしも向上し
ない。
の特性と比較して著しく低い。膜形成初期の段階から結
晶粒成長を促進するためには膜堆積時基板温度を高くす
る必要がある。一方、ジョセフソン接合の上部電ｔｌｌ
Ｅ３を形成するに際して、基ｖｉｉＨ度は室温、あるい
はこれ以下であることが望ましい。こオしは基板温度を
低く保つことにより、上部電極１漠形成時における下地
Ｎｂ酸化物トンネル障壁層と上部電極膜との拡散反応を
防ぐためである。これら二つの上部電極膜に対する要請
は相矛盾するものである。上部電極膜形成時の基板温度
を高くした場合、下部電極膜の下地に接する面における
超電導特性はバルクの値に近づくが（臨界温度は１６Ｋ
）、上部電極膜とＮｂ酸化物障壁層との拡散反応により
、ジョセフソン接合のリーク電流特性は必ずしも向上し
ない。
上部電極ＮｂＮ膜の下地に接する部分の超電導特性をバ
ルク値に保つことがリーク電流特性にすぐれたジョセフ
ソン接合を得るために本質的に必要な条件であり、この
ことは上部電極Ｎ ｂ Ｎ膜形成時に下地温度より高い
温度に加熱することが不可欠であることを意味する。こ
の要請を１１り足するためには、トンネル障壁層として
、Ｎｂ酸化物より結合エネルギーの高い、安定な酸化物
を用いる必要がある。前記公知例において用いられてい
るＡｌＱ化物はＮｂ酸化物より結合エネルギーが高く、
昇温された状態においてＮｂＮ膜を堆積した場合、Ｎｂ
酸化物より相互拡散速度が遅い。
ルク値に保つことがリーク電流特性にすぐれたジョセフ
ソン接合を得るために本質的に必要な条件であり、この
ことは上部電極Ｎ ｂ Ｎ膜形成時に下地温度より高い
温度に加熱することが不可欠であることを意味する。こ
の要請を１１り足するためには、トンネル障壁層として
、Ｎｂ酸化物より結合エネルギーの高い、安定な酸化物
を用いる必要がある。前記公知例において用いられてい
るＡｌＱ化物はＮｂ酸化物より結合エネルギーが高く、
昇温された状態においてＮｂＮ膜を堆積した場合、Ｎｂ
酸化物より相互拡散速度が遅い。
一方、ＮｂＮを下部電極膜として用い、ＡｌＱ化物をト
ンネル障壁層とした場合、接合のリーク電流特性は必ず
しも改善されない。この理由はＡｆｌとＮｂＮを同一の
条件で表面酸化させて接合を作製した場合、単位面積当
りのトンネル抵抗は、ＮｂＮの酸化膜を障壁層とする接
合の方が数桁小さい。したがって、ＮｂＮ下部電極膜上
に形成したΔＱ薄膜にピンホールが存在する場合、ピン
ホールの占める相対的面積が僅小であるとしても。
ンネル障壁層とした場合、接合のリーク電流特性は必ず
しも改善されない。この理由はＡｆｌとＮｂＮを同一の
条件で表面酸化させて接合を作製した場合、単位面積当
りのトンネル抵抗は、ＮｂＮの酸化膜を障壁層とする接
合の方が数桁小さい。したがって、ＮｂＮ下部電極膜上
に形成したΔＱ薄膜にピンホールが存在する場合、ピン
ホールの占める相対的面積が僅小であるとしても。
接合特性にあられれるリーク電流は無視できない。
以上述べた理由により、上部電極膜にＮｂＮを用いて高
ギャップ電圧の接合を形成する場合。
ギャップ電圧の接合を形成する場合。
ＮｂＮ上部電ｐ＠収に対して好適な組合せとなるトンネ
ル障壁層材料はＡｌＱ化物が好適であり、これら上部電
極膜とトンネル障壁層に対して好適な組合せとなる下部
電極膜材料はＮｂである。
ル障壁層材料はＡｌＱ化物が好適であり、これら上部電
極膜とトンネル障壁層に対して好適な組合せとなる下部
電極膜材料はＮｂである。
以下１本発明を実施例にもとづいて第１図を用いて説明
する。下部電極をＮｂ、 トンネル障壁層をΔＱ酸酸化
物上上部電極Ｎ ｂ Ｎとするジョセフソン接合は以下
の工程によって作製した０寸法２インチのシリコンウェ
ハ１を真空装置中の基板ホルダに設置する。直流マグネ
トロンスパッタ法により、Ｎｂ膜２を厚さ２００ｎｍ堆
積する。引続いてＡｌツタ−ットから、直流マグネトロ
ンスパッタ法により、Ａｌ膜をＮｂ膜上に４ｎｍ堆積す
る。Ｎｂ膜堆積時における基板温度は室温、導入したＡ
ｒ圧力は０．６ Ｐ ａ 、堆積速度は３ｎｍ／ｓとし
た。ＡｌＱ堆積時における基板温度は室温、導入したＡ
「圧力は０．６ Ｐ ａ 、堆積速度は０．５ｎ ｍ
／ ｓとした。次に１００Ｐａの０２ガスを導入し、数
分間ＡｌＱ表面を０２ガスに曝することによりＡｌＱ化
物３を形成した。次にＡｒとＮ２ガスを同時に導入し、
全圧が２Ｐａ、Ｎ、分圧が０．１７Ｐａになるように流
量を調節した。Δ［とＮ２ガス雰囲気中でＮｂをスパッ
タすることにより、膜厚１１００ｎのＮｂＮ膜４を堆積
した。
する。下部電極をＮｂ、 トンネル障壁層をΔＱ酸酸化
物上上部電極Ｎ ｂ Ｎとするジョセフソン接合は以下
の工程によって作製した０寸法２インチのシリコンウェ
ハ１を真空装置中の基板ホルダに設置する。直流マグネ
トロンスパッタ法により、Ｎｂ膜２を厚さ２００ｎｍ堆
積する。引続いてＡｌツタ−ットから、直流マグネトロ
ンスパッタ法により、Ａｌ膜をＮｂ膜上に４ｎｍ堆積す
る。Ｎｂ膜堆積時における基板温度は室温、導入したＡ
ｒ圧力は０．６ Ｐ ａ 、堆積速度は３ｎｍ／ｓとし
た。ＡｌＱ堆積時における基板温度は室温、導入したＡ
「圧力は０．６ Ｐ ａ 、堆積速度は０．５ｎ ｍ
／ ｓとした。次に１００Ｐａの０２ガスを導入し、数
分間ＡｌＱ表面を０２ガスに曝することによりＡｌＱ化
物３を形成した。次にＡｒとＮ２ガスを同時に導入し、
全圧が２Ｐａ、Ｎ、分圧が０．１７Ｐａになるように流
量を調節した。Δ［とＮ２ガス雰囲気中でＮｂをスパッ
タすることにより、膜厚１１００ｎのＮｂＮ膜４を堆積
した。
ＮｂＮ膜４堆積時の基板温度は１５０℃とした。
ＮｂＮ膜４の堆積速度はｌｎｍ／ｓであった。
ＮｂＮ膜４形成後、ウェハを真空装百より取り出し、接
α部および、下部電極のＮｂ膜２配ａを含むレジストパ
ターンを形成した。イオンエツチングａ；により、Ｎｂ
２．ΔＱ酸化物３およびＮ ｂ Ｎ膜・１のエツチング
を行った。次に接合部分に対応するレジストパターンを
形成した。ＣＦ４を用いたプラズマエツチングにより、
接合部分以外のエツチングを行った。ＣＦ４３用いてい
るのでＡ Ｑ酸化物３の層まで達した段階でエツチング
がＡ行しなくなる。したがって、Ｎｈの配線層は確保さ
れるのである。次にレジストパターンを残した状態にお
いて、ＳｉＯ暎５を１１００ｎ蒸着し、Ｆ Ａ・部以外
の絶経ヲ保った。さらにレジストを除去した後、Ｎｂ膜
を２００ｎｍの厚さに形成した。最後に上部電極に接続
される配線のためのレジストパターンを形成した後、Ｃ
Ｆ、を用いたプラズマエツチングによりＮｂ膜６のパタ
ーンを完成した。
α部および、下部電極のＮｂ膜２配ａを含むレジストパ
ターンを形成した。イオンエツチングａ；により、Ｎｂ
２．ΔＱ酸化物３およびＮ ｂ Ｎ膜・１のエツチング
を行った。次に接合部分に対応するレジストパターンを
形成した。ＣＦ４を用いたプラズマエツチングにより、
接合部分以外のエツチングを行った。ＣＦ４３用いてい
るのでＡ Ｑ酸化物３の層まで達した段階でエツチング
がＡ行しなくなる。したがって、Ｎｈの配線層は確保さ
れるのである。次にレジストパターンを残した状態にお
いて、ＳｉＯ暎５を１１００ｎ蒸着し、Ｆ Ａ・部以外
の絶経ヲ保った。さらにレジストを除去した後、Ｎｂ膜
を２００ｎｍの厚さに形成した。最後に上部電極に接続
される配線のためのレジストパターンを形成した後、Ｃ
Ｆ、を用いたプラズマエツチングによりＮｂ膜６のパタ
ーンを完成した。
１゜
以上の方法により作製したジョセフソン接合において、
Ｎｂ膜の臨界温度は９に、ＮｂＮ膜の臨界温度は１５Ｋ
を示した。さらにジョセフソン接合のギャップ電圧は４
．１ｍＶであり、トンネル抵抗とリーク抵抗の比は２０
以上であった。
Ｎｂ膜の臨界温度は９に、ＮｂＮ膜の臨界温度は１５Ｋ
を示した。さらにジョセフソン接合のギャップ電圧は４
．１ｍＶであり、トンネル抵抗とリーク抵抗の比は２０
以上であった。
以上述べたごとく、本発明によれば、電極材料として用
いたＮｂおよびＮｂＮ膜のゆえに、（１）耐久性にすぐ
れ、（２）高いギャップ電圧を有し、（３）リーク電流
が少ないという特徴を有する。
いたＮｂおよびＮｂＮ膜のゆえに、（１）耐久性にすぐ
れ、（２）高いギャップ電圧を有し、（３）リーク電流
が少ないという特徴を有する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、下部電極をＮｂとし、上部電極をＮを ４０〜６０ａｔ％含有するＮｂＮとすることを特徴とす
るサンドイッチ型ジョセフソン接合装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のジョセフソン接合装置
において、トンネル障壁層がＡｌ酸化物であることを特
徴とするサンドイッチ型ジョセフソン接合装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59224211A JPS61102788A (ja) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | サンドイツチ型ジヨセフソン接合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59224211A JPS61102788A (ja) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | サンドイツチ型ジヨセフソン接合装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61102788A true JPS61102788A (ja) | 1986-05-21 |
Family
ID=16810259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59224211A Pending JPS61102788A (ja) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | サンドイツチ型ジヨセフソン接合装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61102788A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5104848A (en) * | 1988-04-21 | 1992-04-14 | U.S. Philips Corporation | Device and method of manufacturing a device |
-
1984
- 1984-10-26 JP JP59224211A patent/JPS61102788A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5104848A (en) * | 1988-04-21 | 1992-04-14 | U.S. Philips Corporation | Device and method of manufacturing a device |
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