JPS6156476A - ジヨセフソン接合素子 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） この発明はジョセフソン接合素子、特に弱結合部を極限
まで短縮し、接合部の静電容量を極力低減し、しかも、
簡単容易に製造出来る構造のジョセフソン接合素子に関
する。

（従来の技術） 従来から、ジョセフソン接合素子として、種々の接合構
造のものが提案されている。

第３図は、特公昭５５−７７１２号及び特公昭５Ｂ−４
８１９７号に開示されたブリッジ型ｌ乙属する準平面型
ジョセフソン接合素子の構造を概略的に示した線図で、
この素子は１弱結合部を極限まで短縮してその特性を改
善し、かつ、容易に同一特性の素子を大量生産し得る構
造となっている。

第３図に示す構造によれば、基板４０上に、Ｎｂ、Ｔａ
等の第一超伝導体１１り４１と５ｉ０２等の絶縁体膜４
２とを、第一超伝導体膜４１の端部に絶縁膜体４２の端
部が重なるようにして設け、この絶縁体膜４２上に第二
超伝導体膜４３を設けて、第−及び第二超伝導体４１と
４３とを絶縁体膜４２を介して部分的に対向させ、そし
てこの絶縁体膜４２を横切ってＮｂ、　Ｂｉ等の弱結合
部用膜４４を両超伝導体膜４１及び４３にまたがって形
成させている。

（発明が解決しようとする問題点） この徒米構造では、絶縁体膜４２の膜厚を数百人程度と
しているため、第−及び第二超伝導体膜４１及び４３間
に無視出来ない程度の大きさの静電容量が形成され、素
子の動作特性に悪影響を及ぼすと共に、この絶縁体＋１
５１！４２が薄いため電気的短絡を起して素子の故障の
原因となり、さらに静電容量を除去或いは低減するため
にこの絶縁体膜４２を一層薄く形成することは素子の信
頼性上はとんど不可能であった。

この発明の目的は、弱結合部を極限まで短縮し、接合部
の静電容量を除去或いは極力低減し、しかも、簡単容易
に製造出来る構造のジョセフソン接合部子を提供するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段） この発明の目的の達成を図るため、この発明によれば、
基板の基板面に直接又は第一絶縁体膜を介して間接的に
設けた第一超伝導体膜及びその上側に設けた第二絶縁体
膜とから成り該基板面上に端面を有する積層体と、該積
層体の端面と交差して設けられた第二超伝導体膜とを具
え、前記端面に現われた前記第一超伝導体膜の端面と前
記第二超伝導体膜との交差部分をジョセフソン接合部と
したことを特徴とする。

（作用） このような構成によれば、第−及び第二超伝導体膜とを
、直接又は絶縁体膜を介して間接的に、交差させ、この
交差部分をジョセフソン接合部とするのであるから１弱
結合部の長さすなわちブリッジの長さを極限にまで短縮
出来る。

さらに、第二超伝導体膜はａ帰休の上面すなわち第二絶
縁体膜の上面に延在する部分を有してい４いヵ１、つい
、よ、６□８分カ、１あア短い。１．や　　　　：電容
量を実質的に除去出来る。

さらに、静電容量を無くすか又は低減出来るので、特性
が安定し、しかも、従来普通に用いられていた技術の組
み合わせで製造出来るので、同一特性の素子を大量に生
産することが出来る。

（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の実施例につき説明す
る。尚、これら図において、同一の構成成分については
同一の符合を付して説明する。

第１図（Ａ）〜（Ｆ）はこの発明のジョセフソン接合素
、子の構造の実施例をそれぞれ示す部分的斜視図で、そ
の構造が理解出来る程度に概略的に示しである。

先ず、第１図（Ａ）に示す実施例につき説明する。

この実施例では、基板１の基板面１ａの一部分に第一絶
縁体膜２と第二絶縁体膜３との間に第一超伝導体膜４を
挟んだ構成のｌ１層体５を設け、この積層体５の端面５
ａと交差させて第二超伝導体膜６を設ける。この場合、
その基板面１ａから突出する積層体５の端面５ａを横切
って基板面１ａから積層体５の上面５ｈ（第二絶縁体膜
３の上面でもある）へと第二超伝導体膜６を部分的に延
在させて設け、この端面５ａにおいて露出している第一
超伝導体膜４の端面４ａと、この第二超伝導体膜６との
接触部分でジョセフソン接合部７を形成する構造となっ
ている。

このような構造によれば、第−及び第二超伝導体膜４及
び６が直接接触するのでブリッジ長は実質的に零となる
。

この実施例において、第−及び第二超伝導体膜４及び６
を、例えば、Ｗｂ、　Ｔａ、又は化合物等の他の超伝導
体材料で形成し、第−及び第二絶縁体ｎり２及び３を、
例えば、Ｓ　ｉ０２等の材料で形成することが出来る。

この場合、これらの各膜２．３．４．６の膜厚の制御は
従来技術により極めて容易に行うことが出来、特に、第
一超伝導体膜４の膜厚を１００ＯＡ以下からｐａｔオ、
−ダまでの充分な厚さに自由に制御するこたが出、来る
。また、第二絶縁体１３１３の膜厚を薄くすると、第−
及び第二超伝導体膜４及び６間に静電容量が発生してし
まうので、この第二絶縁体膜３の膜厚を充分に厚くする
と共に、この第二超伝導体膜６の幅Ａを、例えばＩＪＬ
Ｉ１１程度に狭くし、かつ、積層体５の上面５ｂに延在
している長さＢを短くすることにより、この静電容量を
除去または低減させることが出来る。

このように、第一超伝導体膜４の厚みを充分に薄く形成
することが出来ると共に、各膜２．３．４仝体の膜厚を
ＩＪＬ１１程度にすることが出来るので、第二超伝導体
６を通常の技術を用いて所望の形状に形成することが出
来る。従って、ジョセフソン接合部７の接合面積をジョ
セフソン接合素子の使用目的に応じて小さく形成するこ
とが出来る。

また、積層体５の端面５ａは基板面１ａに対して傾斜し
て突出していても或いは垂直に突出していそも良い。

さらに、図示例では、第二超伝導体ＩＩＩ　６が第二絶
縁体膜３の上面にまで延在しているが、静電容量を除去
又は低減するために、長さＢの延在部分を設けないよう
にするのが好適である。従って、以下説明する実施例で
は、長さＢの部分は形成しないとする。

第１図（Ｂ）は他の実施例を示す、積層体５の端面５ａ
と第二超伝導体膜６との間に弱結合用薄膜８を挟んだ構
造となっている。この弱結合用薄膜８はその材質により
ジョセフソン素子の特性が変わるので、設計に応じ適切
な材料１例えば第−及び第二超伝導体＠４及び６と同一
の材料とか、或し）は、他の絶縁材料を用いることが出
来る。この薄膜８を一般には真空技術で被着形成し得る
ので、その膜厚を設計に応じた厚さに正確に制御するこ
とが出来る。その場合、このｎり厚がブリッジ長を与え
るので、その膜厚により所要の目的に応じた電流立上り
特性を有する素子に作り上げることが出来る。尚、薄膜
８の形状及び被着範囲は任意に設定することが出来る。

第１図（Ｃ）に示す実施例では、第二超伝導体膜６の下
側に沿って弱結合用薄膜を設けた例であ　　　　　１１
す、本質的には第１図（Ｂ）に示す実施例と変わらない
。

第１図（Ｄ）はこの発明のさらに他の実施例を説明する
ための路線的斜視図である。この図はジョセフソン素子
の完成前の状態を示したもので、積層体５の端面５ａに
例えば酸化物により形成されスルーホール９ａを有する
絶縁薄膜９を設ける。この絶縁薄膜９のスルーホール９
ａの所でジョセフソン接合部が形成されるように第二超
伝導体膜６を直接或いは弱結合ｇ膜８を介して間接的に
、端面５ａと交差するように設けた構造とする。この絶
縁薄膜９の被着を真空蒸着で行うので、その厚みを任意
に制御することが出来、よってジョセフソン接合部の弱
結合部の距離をこの絶縁薄膜の膜厚により設定すること
が出来る。

尚、第１図（Ｅ）に示す構成例は、第１図（Ａ）の構成
例に対応するもので、ｖｔ層居住の厚みと、第二超伝導
体膜６の厚みとがほぼ同程度の場合に得られる状態を示
したものである。

さらに、第一絶縁体膜２は積層体５の端面５ａ中の第一
超伝導体膜４の端面４ａを形成し易くするために被着し
た膜であるが、必ずしも必要としないため省略しても良
い、その場合の構成を第１図（Ｆ）に示す。

次に上述したこの発明のジョセフソン接合素子の第１図
（Ｃ）に示す構成例の製造方法につき簡単に説明する。

第２図（Ａ）〜（Ｄ）はその製造工程の主要段階を示す
線図である。

先ず、基板１の基板面１ａ上に第一絶縁体膜２、第一超
伝導体ＩＩＩ　４及び第二絶縁体膜３を、従来の方法例
えばスパッタリング又は蒸着により順次に積層して、ａ
屠体５を形成する（第２図（Ａ）　）　。

この場合、第二絶縁体膜３の厚さは、後の工程で形成さ
れる第二超伝導体ｎｕ　６がこの絶縁体膜３の上側に形
成された時、第一超伝導体膜４と接触しないと共に、そ
の間に形成される静電容量が充分小さくなる程度の厚さ
に設定する。

次に、この積層体５の上面５ｂにレジストパターンｌＯ
を設けた後、この積層体５を部分的にエツチング除去し
基板面１ａから突出した端面５ａを形成する（第２図（
Ｂ）　）　、このエツチングにより現われた第一超伝導
体膜４の端面４ａがジョセフソン接合を形成するために
用いられる面である。

続いて、基板面１ａ、端面５ａ及び積層体５の上面５ｂ
上に、弱結合用部材を通常の方法で被着形成して１弱結
合用薄膜８を設ける（第２図（Ｃ）　）　、その膜厚は
被着時に任意の厚さに制御することが出来る。

次に、この被着された弱結合用薄膜８の上側に第二超伝
導体膜６を被着する（第２図（Ｄ）　）　。

続いて、弱結合薄膜８と、第二超伝導体ＩＩＩ　６とに
対して、通常のホトリソグラフィー技術を用いて前述し
た第１図（Ｃ）に示す構造のジョセフソン接合素子を完
成する。

上述した方法では、この弱結合用ｔｌｌｌ１８及び第二
超伝導体膜６にエツチングを行ってパターン成形したが
、これらの各膜８及び６の被着前に、予めネガタイプの
レジストによりこれら膜８及び６の形状をパターン成形
しておき、これらＭ８及び６の材料の被着後に、レジス
トを除去してこれらｎ気８及び６の形状を得るようにす
ることも出来る。

さらに、積層体５の端面５ｄの形成をエツチングによっ
て行った例につき説明したが、基板にマスクを蒸着し、
このマスクを含む基板面上に積層体５を形成した後、こ
のマスクを剥して奇麗な端面５ａを形成することも出来
る。

尚、上述した方法において、第２図（Ｃ）の工程後１弱
結合用薄膜８で被覆されていない積層体５の側面に現わ
れている第一超伝導体膜４の露出面４ｂを酸化した後に
、次工程を行うことも出来る。

（発明の効果） 上述、した説明からも明らかなように、この発明の構成
によれば、第一超伝導体膜の端面と、第二超伝導体膜と
を交差させて、その交差部分でジョセフソン接合を形成
する構造となっているので、弱結合部を極限にまで短縮
することが出来従って、目的に応じた電流立上り特性を
有するジョセフソン接合素子を作土げることが出来　　
　　する。

さらに、第二超伝導体膜は最小限積層体の端面の部分に
形成すれば良いので、静電容量を除去或いは著しく低減
させることが出来る。

さらに、この静電容量の低減又は除去により素子の特性
が安定し、しかも、この発明の素子を従来の技術を用い
て膜厚を正確に制御しながら形成することが出来るので
、同一の特性の素子を大量に生産することが簡単かつ容
易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｆ）はこの発明のジョセフソン接合素
子の構成の実施例を示す路線的斜視図、第２図（Ａ）〜
（Ｄ）はこの発明のジョセフソン接合素子の一例につき
その製造方法を説明するための工程図、 第３図はこの従来のジョセフソン接合素子の構造を示す
斜視図である。 １・・・基板、　　　　　　　ｌａ・・・基板面２・・
・第一絶縁体膜、　　　３・・・第二絶縁体膜４・・・
第一超伝導体膜、　４ａ・・・端面４ｂ・・・露出面、
　　　　　　５・・・積層体５ａ・・・（′Ｍｔ層体居
住端面、５ｂ・・・上面６・・・第二超伏６体１１り、
　７・・・ジョセフソン接合部８・・・弱結合用薄膜、
　　９・・・絶縁薄膜１０・・・レジストパターン。 特許出願人　　　　　沖電気工業株式会社代理人弁理士
　　　　　大　垣　　　孝′・第２図 第２図 第３図 手続補正書（目側 昭和５８年１２月２８日 ２発明の名称 ジョセフソン接合素子 ３補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所（〒−１０５） 東京都港区虎ノ門１丁目７番１２号 名称（０２９）沖電気工業株式会社 代表者　橋本　南海男 ４代理人　〒１７０　　　廿（８８８）５５８３住所　
東京都豊島区東池袋１丁目２０番地５説明の欄、図面の
簡単な説明の欄及び図面６補正の内容 別紙の通り　　　　　　、イ泗［虚〕５、（１）、明細
書の特許請求の範囲を次の通りに訂正する（特許請求の
範囲第４項を加入する）。 ｆ２、特許請求の範囲 １、基板の基板面に直接又は第一絶縁体膜を介して間接
的に設けた第二超伝導体膜及びその上側に設けた第二絶
縁体膜とから成り該基板面上に端面を有するｆ１層体と
、該積層体の端面と交差して設けられた第二超伝導体膜
とを具え、前記端面に現われた前記第一超伝導体膜の端
面と前記第二超伝導体膜との交差部分をジョセフソン接
合部としたことを特徴とするジョセフソン接合素子。 ２、前記ジョセフソン接合部は、前記ｙＬ層体の端面と
前記第二超伝導体膜との間に１弱結合用薄膜を具えるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のジョセフソ
ン接合素子。 ３、前記ジョセフソン接合部は、前記積層体の端面と前
記第二超伝導体ｎ々との間に、該第二超伝導体膜に対応
する部分にスルーホールを有する絶縁薄Ｈりを具えるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１ＸＪＩ記載のジョセ
フソン接合素子。 ４、′″ｉ記ｎ−び第二にのい”れか−ジ　セフソン　
　　　、ｊ 山 （２）、明細書、第３頁第１１行〜第１４行を次の通り
に訂正する。 「して素子の故障の原因となる欠点があった。Ｊ（３）
、同、第５頁第７行のｒ（Ｆ）」をｒ（Ｇ）Ｊ　と訂正
す（３゜ （４）、同、第６頁第１１行〜第１２行「２及び３・φ
φ出来る。」を１２及び３を、例えば、ＳｉＯ□等の材
料または絶縁物の多層膜で形成することが出来る。或い
は超伝導体膜の表面を気体中での酸化または化成により
第−及び第二絶縁体膜とすることもできる。ｊと訂正す
る。 （５）、同、第７頁第３行の「短く」の次に１または零
にＪと訂正する。 （Ｂ）、同、第７頁第４行の「出来る。」をｒ出来る。 この場合、第二超伝導体膜６の幅の大きさをその厚みの
大きさよりも小さくするのが好適とされているが、必ず
しもそのような関係とする必要　　　　　１１はない、
」と訂正する。 （７）、同、第８頁第８行の「絶縁材料」をｒ材料」と
訂正する。 （８）、同、第１Ｏ頁第１行を次の通りに訂正する。 ｒ　（Ｆ）に示す。 第１図（Ｇ）は第二超伝導体６の両側または片側に超伝
導体ｌｌＮ８１及び６２をそれぞれ設置した構造を示す
、このような構造も通常の薄膜技術により容易に作成す
ることが出来る。 なお、すでに説明したよう゛に、第二超伝導体６の形状
としては膜である必要はなく、棒状或いはその他の形を
していても良い、」 （９）、同、第１０頁第１３及び１４行の「第一超伝導
体膜・・・と共に、」を削除する。 （１０）、同、第１２頁第３行の「蒸着」を１設置」と
訂正すると共に、第１９行の「最小限」を削除する。 （ＩＩＬ　Ｍ、ｓ１３頁ａ行）ｒ（Ｆ）　Ｊ　ヲｒ（Ｇ
）　Ｊ　トＭＴ正する。 （１２）、図面の第１図（Ｅ）を添附図面のように訂正
すると共に、第１図（Ｇｉ）を追加する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板の基板面に直接又は第一絶縁体膜を介して間接
   的に設けた第一超伝導体膜及びその上側に設けた第二絶
   縁体膜とから成り該基板面上に端面を有する積層体と、
   該積層体の端面と交差して設けられた第二超伝導体膜と
   を具え、前記端面に現われた前記第一超伝導体膜の端面
   と前記第二超伝導体膜との交差部分をジョセフソン接合
   部としたことを特徴とするジョセフソン接合素子。 ２、前記ジョセフソン接合部は、前記積層体の端面と前
   記第二超伝導体膜との間に、弱結合用薄膜を具えること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のジョセフソン
   接合素子。 ３、前記ジョセフソン接合部は、前記積層体の端面と前
   記第二超伝導体膜との間に、該第二超伝導体膜に対応す
   る部分にスルーホールを有する絶縁薄膜を具えることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のジョセフソン接
   合素子。