JPS6188576A - 薄膜squid - Google Patents

薄膜squid

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JPS6188576A
JPS6188576A JP59209351A JP20935184A JPS6188576A JP S6188576 A JPS6188576 A JP S6188576A JP 59209351 A JP59209351 A JP 59209351A JP 20935184 A JP20935184 A JP 20935184A JP S6188576 A JPS6188576 A JP S6188576A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
superconducting
lower electrode
film
upper electrode
electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP59209351A
Other languages
English (en)
Inventor
Seiichi Naito
内藤 誠一
Yasushi Tono
靖 東野
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.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Hokushin Electric Corp filed Critical Yokogawa Hokushin Electric Corp
Priority to JP59209351A priority Critical patent/JPS6188576A/ja
Publication of JPS6188576A publication Critical patent/JPS6188576A/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

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • 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】 (産業上の利用分野) 本発明は、4)膜5QUIDに関するものである。
さらに詳しくは、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づる5QUIDに関
するものである。
(従来の技’+4i > 超伝導体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SQUID(Supe
rconducting  Quantum  )nt
erference  [)evicesの略ンど呼ん
でいる。この5QUIDは、高感度の磁束訓、磁束勾配
計、電流ム1.低温用温度計等、各種の分野に応用が可
能である。
従来の薄膜5QUIDには、マイク[]ブ1ノッジ形ま
たは、トンネル接合形のジョげフソン接合を利用したも
のが使われてさた。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、マイクロブリッジ形は、微細加工技術に
よるHi11約と、平面構造上の理由f’s +ら良好
なジョゼフソン特4!(ACジョぜフソン効果)を得る
ことは困難であった。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上のブリッジでは、電流位相
関係がsin関数からfれることか一般に分かつている
。特にヒートサイクルに強く、実用上手数な超伝導体で
あるニオブの揚台、そのコヒーレンス長は100〜20
0Δンダストロームであり、通常の做細加工技術を用い
て良好なブリッジを作成することは非常に困難であった
また、マイクロブリッジは、臨界電流値の温度依存性が
大きいため、動作湿度範囲が狭く、そのため5QUID
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現れ5QUID動作には有害と
なる。そのため、接合間にシャント抵抗をいれてヒステ
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。
従来DO5QLIIDではpb金合金用いたトンネル接
合とシャント抵抗を用いたものが主に用いられてきた(
J、M、Jaycox  andM、B、Ketche
n:IEEE  Trans。
Vol  MAG−17pp400(1981)および
大川、野ロ、浜中:信学技報 5CE83−43 (1
984年)参p、(り。この場合、Pb合金トンネル接
合を用いたDC5QUIDは2つの接合の特性を揃える
ことは比較的容易だが、低温プロセスを用いる必要があ
るため通常シリコンなどのICプロセス技術(例えばス
パッタリングなど)を使用することができず、リフトオ
フ法により非常に多くの工程を必要とするし、液体ヘリ
ウム−空温間のヒートサイクルにより特性が変化すると
いう問題点があった。またヒスプリシスをなくずための
抵抗材料にもヒートサイクルに対して安定なものを必要
とする。また、DOSQU【Dの出ツノ電圧は接合の臨
界電流Icとノーマル抵抗RNの積で決まるため、トン
ネル接合は接合長が電子の平均自由行程より短いきれい
な弱接合よりも出力信号が小さいことが明らかとなって
いる(K、に、Likharev、Rev、 Mod。
Phys、Vo151.pplol、(1979))。
(問題点を解決するための手段) 本発明の′77tI膜5QUIDは、基板と、この塁根
上に付着された超伝導金属の下部電極薄膜と、一方の端
部分が酸化膜を介し前記下部電極上に形成された超伝導
金属の上部電極薄膜と、前記下部電極と上部電極との間
であって前記酸化膜を形成した部分に設けられた2つの
ポイントコンタクト部とを備え、下部電極1yJII!
と2つのポイントコンタクト部と上部電極薄膜とで超伝
導リングを構成したことを特徴とする。
(作用) 上記構成の薄膜5QUIDによれば、NbJ膜ポイント
コンタクト接合により実現されるきれいな弱接合により
、人さな出力を1qることができるとともに、DC5Q
UID作成プロセスを簡単化し、ヒートサイクルに強い
DC5QUIDを実現することができる。
(実施例) 以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。
第1図は本発明に係る薄膜5QUIDの一実施例を示す
構成斜視図である。1はサファイアなどの絶縁体からな
る塁仮、2はこの基板1上に着膜された下部電極で、例
えばNbにオブ)の薄膜で形成される。3はその一部分
がこの下部電極2上に酸化膜4(下部電極2のスリット
20を挟む部分に形成された酸化膜41および42から
なる)を介してつくられた上部電極でその一部がスリッ
ト20上を跨いで構成されている。この下部電極3も例
えばNbの薄膜で形成されている。5は下部電極2と上
部電極3との間であって、酸化膜4を形成した部分の前
記スリット20を挟む位置に設けた2つのポイントコン
タクトである。下部電4m2.2つのポイントコンタク
ト5および上部電極3はホール25の周りに2つのジャ
ンクションを含む超伝導リングを構成している。
第2図は第1図のoc  5ouroの製作工程を示す
工程説明図である。
(A>まずサファイアなどの絶縁体からなる基板1上に
、高周波スパッタリング、電子ビーム蒸着などの方法に
よりNbを約300nm着膜し、Nb膜200を形成す
る。
(B)次にフォトリソグラフィにより、SQU、IDリ
ングを含む下部電極のレジス1−パターンを形成した後
に、ケミカルエツヂングまたはArスパッタエツチング
あるいはりアクティブエッチングなどの方法によりNb
薄膜を蝕刻し、レジストを剥aする。ここで21.22
は接合部、23は5QIJIDリング、24はポンディ
ングパッド部分である。
(C)次に、電子ビーム露光法ま1=はフォトリソグラ
フィにより21.22の接合部面上に面積が約0.2μ
m2のレジストパターン53.54を形成する。その後
に、レジストパターン53,54をマスクとして接合部
分21.22周辺上に陽極酸化、熱酸化、プラズマ酸化
等により、約60nm厚のNb酸化膜を形成する。
(D)次にレジストパターン53.54を剥離後、上部
電極を反転した形のレジストパターンをフォトリソグラ
フィによって形成し、高周波スパッタリングの場合には
逆スパツタエツチング、電子ビーム蒸着の場合にはイオ
ンエツチング等の方法により、レジストパターン53.
54に覆われていた接合部表面をクリーニングした後、
Nbをそれぞれの方法において約300nm着膜する。
その後に、レジスト溶剤に基板を浸漬し、レジスト部に
”IrB’AしていたNb股をレジストとともに剥離す
ると、上部電極3のみが残り、素子の作成が完了する。
なお、上記(D>で上部電極3を形成する際に、上部電
極レジストパターンを形成せずに、接合部表面のエツチ
ング(クリーニング)を行い、続けて全面にNbを着膜
した後にフォトリソグラフィとNbのエツチングにより
上部電極部分のみを残すようにしてもよい。
第3図は第1図の[)C5QtJJ[)の基本的動作回
路を示す図である。2つのほぼ特性の揃ったジョゼフソ
ン接合J+ 、J2を含む超伝導リングに電流■を流し
、その両端の電圧を観測すると第4図の特性曲線図のよ
うになる。超伝導リングを貫く外部磁束Φの値によって
I−V特性は変化し、Φ=nΦo(n:整数、Φ。:磁
束i)子)の時臨界電流1直は扇大となり、Φ= (n
+1/2)の。
の時臨界電流値は最小となる。ここでIo、Rは各ジョ
ゼフソン接合の臨界電流値と常伝導抵抗であり、ジャン
クシコンJ+ 、J2はともにそれらが等しいとしてい
る。
したがって、今DC5QUIDIこ流す電流Iを固定バ
イアスとして、外部磁束Φを変イヒさせた時の電圧■の
変化をWf2 l!111すると第5図のようになる。
電流Iを大きくするにしたカーって電圧波形(ま上の方
へ移動してゆく。第5図の特性をl!l 11 L/て
微小な磁束の測定が可能となる。
1 、= 2 I o付近で動作させた場合、出力電圧
の振幅ΔVはΔ■キ(R/2)・21o=IoRとなる
。IoRの値はジョゼフソン接合の種類や形状によって
異なるが、Nb薄膜ポイントコンタクト接合はきれいな
弱接合に近I/)特性を示す(S。
N aito     and     Y、   ト
1iQashino:Jap、J、 Appl、Phy
s、、vol、23、pp570 (1984))ので
トンネル1妄合と比較づ゛ると最大で約218人さくな
る。
第6図は、本発明に係るDO5QtJIDのイ也の実諺
例を示す斜視図である。61(よFI]筒1%4反、6
2はこの円筒基板61上に形成された下813′〜1題
、63はこの下部電極62とン1ミイン1−コンタクト
8b65を介して接続する上部電極、66.67はこの
DC5QUIDの電流リード線、68.69はこのDC
:  5QUIDの電圧リード線である。
このような構成にすると、外部磁束を5QUIDに伝達
するインプットコイルとの結合が容易となる(インプッ
トコイルからの磁束を円筒の中に通せばよい)。
第7図は、本発明に係るDC5QUIDの第3の実施例
で、平面形のDC5QIJIDにおいて超伝導リングが
眼鏡状に2つ並列になっていることを特徴とするものを
示す斜視図である。71−は基板、72はこの基板71
上に形成された下部電極、73はこの下部電極72とポ
イントコンタクト部75を介して接続する上部電極、7
4はこの上部電極73と前記下部電極72の間を絶縁す
る絶縁膜、76.77はこのDC5QUIDの電流リー
ド線、78.79はこのDC5QUIDの電圧リード線
である。このように構成すると、2つのリングを貫り磁
束の差分だけが検出されるのでS/N比が向上する。
なお、上記の各実施例では電極材料にNbを用いている
が、同様にNbNやNbzGeなどのNb合金でも製作
可能である。
(発明の効果) 以上述べたように本発明によれば、従来用いられてきた
トンネル接合によるDC5QUIDとくらべ、出力電圧
が大きく、S/N比の優れたDC5QUIDを実現でき
る。
また、トンネル接合の場合に用いるシャント抵抗のプロ
セスが不要なため製作が簡単で、シャント抵抗の経時変
化などによる特性変化も無い。
また、トンネル接合で一般に用いられているPb合金と
異なり、Nbは経時変化やヒートサイクルに関してより
安定な動作、特性を実現することができる。
ざらにNbやNb合金は高融点金属であり、シリコンな
どのICプロセス技術を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る薄膜5QUIDの一実施例を示す
構成斜視図、第2図は第1区装首のゲJ作工稈を示すブ
ロック図、第3図は第1図のDC8QUIDの見本的動
作回路を示す図、第4図。 第5図はイの特性曲線図、第6図(よ本発明の第2の実
施例を示す構成斜視図、第7図は本発明の第3の実施例
を示す溝成斜祝図である。 1.61.71・・・基板、2,62.72・・・下部
電極薄膜、4.74・・・酸化膜、3.63.73・・
・上部電極薄膜、5,65.75・・・ポイントコンタ
クト部。 一ン1、。 尼3図 ■ 第6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  基板と、この基板上に付着された超伝導金属の下部電
    極薄膜と、一方の端部分が酸化膜を介し前記下部電極上
    に形成された超伝導金属の上部電極薄膜と、前記下部電
    極と上部電極との間であつて前記酸化膜を形成した部分
    に設けられた2つのポイントコンタクト部とを備え、下
    部電極薄膜と2つのポイントコンタクト部と上部用極薄
    膜とで超伝導リングを構成したことを特徴とする薄膜S
    QUID。
JP59209351A 1984-10-05 1984-10-05 薄膜squid Pending JPS6188576A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5218297A (en) * 1988-02-05 1993-06-08 Hitachi, Ltd. Superconductive quantum interference device in high temperature environments having reduced inductance and improved thermal noise response

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58209178A (ja) * 1982-05-31 1983-12-06 Fujitsu Ltd ジヨセフソン集積回路
JPS59101884A (ja) * 1982-12-02 1984-06-12 Yokogawa Hokushin Electric Corp 薄膜ポイントコンタクト素子の製造方法

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