JPS6234084A - ｄｃＳＱＵＩＤ磁束計用抵抗体とその製造方法 - Google Patents
ｄｃＳＱＵＩＤ磁束計用抵抗体とその製造方法Info
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- JPS6234084A JPS6234084A JP17241085A JP17241085A JPS6234084A JP S6234084 A JPS6234084 A JP S6234084A JP 17241085 A JP17241085 A JP 17241085A JP 17241085 A JP17241085 A JP 17241085A JP S6234084 A JPS6234084 A JP S6234084A
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- insulating layer
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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】
〈産業上の利用分野〉
本発明は、ｄｃＳＱＵＩＤ磁束計、詳しくはトンネル形
ジョセフソン接合を抵抗でシャントした素子を基本とす
るｄｃＳＱＵＩＤ磁束計の構成における、シャント用あ
るいけ他の必要な抵抗体、並びにこれらの抵抗体の製造
方法に関する。５ＱＵＩＤ は超伝導量子干渉素子の略
である。
ジョセフソン接合を抵抗でシャントした素子を基本とす
るｄｃＳＱＵＩＤ磁束計の構成における、シャント用あ
るいけ他の必要な抵抗体、並びにこれらの抵抗体の製造
方法に関する。５ＱＵＩＤ は超伝導量子干渉素子の略
である。
〈従来の技術〉
平面形ｄｃＳＱＵＩＤ磁束計の断面構造を第２図に概念
的に示す。第２図中、８がトンネル形ジョセフソン接合
のトンネルバリア、５がシャント用抵抗体である。、 平面形ｄｃＳＱＵＩＤ磁束計は基本的には、第２図に示
すように、Ｓｔやす７アイヤの基板１、隅やめ化合物の
接地層２）ｓｌｏや５ｉｎ２の絶縁属３、隅やめ化合物
による主コイル及び下地電極４、シャント用抵抗体５、
ＳｉＯや５ｉｎ２の絶縁層６、隅やｐｂ金合金対向電極
７、並びに超伝導体電極４，７間のトンネルツクリア８
から構成される。抵抗体５はトンネル形ジョセフソン接
合をシャントしてヒステリシスのない電流−電圧特性を
示させるために用いられている。
的に示す。第２図中、８がトンネル形ジョセフソン接合
のトンネルバリア、５がシャント用抵抗体である。、 平面形ｄｃＳＱＵＩＤ磁束計は基本的には、第２図に示
すように、Ｓｔやす７アイヤの基板１、隅やめ化合物の
接地層２）ｓｌｏや５ｉｎ２の絶縁属３、隅やめ化合物
による主コイル及び下地電極４、シャント用抵抗体５、
ＳｉＯや５ｉｎ２の絶縁層６、隅やｐｂ金合金対向電極
７、並びに超伝導体電極４，７間のトンネルツクリア８
から構成される。抵抗体５はトンネル形ジョセフソン接
合をシャントしてヒステリシスのない電流−電圧特性を
示させるために用いられている。
従来、抵抗体５の形成には、金属（ＰｄやＭｏ ）や金
属間化合物の薄膜をリフトオフやエツチングによりバタ
ーニングする方法が用いられてきた。
属間化合物の薄膜をリフトオフやエツチングによりバタ
ーニングする方法が用いられてきた。
〈発明が解決しようとする問題点〉
ところで、金属や金属間化合物の薄膜を抵抗体とする場
合、その抵抗値の制御には、（１）薄膜を構成する物質
の抵抗率ρと、（２） 薄膜の厚さｄと、 （３） バターニングによる薄膜の長さｔと、（４）
バターニングによる薄膜の線幅Ｗと、の４値を全て
制御しなければならない。
合、その抵抗値の制御には、（１）薄膜を構成する物質
の抵抗率ρと、（２） 薄膜の厚さｄと、 （３） バターニングによる薄膜の長さｔと、（４）
バターニングによる薄膜の線幅Ｗと、の４値を全て
制御しなければならない。
しかし、上記（１）項の抵抗率ρは薄膜形成条件によっ
て大きくばらつくので、到達真空度、基板温度及び堆積
速度を正確に制御する必要がある。しかもρは基板の材
質にも関係するため慎重な基板選定が併せて必要である
。それでも、通常は、抵抗の設定値に対して±１０％以
上の誤差は避けられない１、 一方、ｄｃＳＱＵＩＤ磁束計に用いる素子は前述の如く
、トンネル形ジョセフソン接合を抵抗でシャントした構
造をしており、電流−電圧特性にヒステリシスがないブ
リッジ形の特性を示す必要がある。トンネル形ジョセフ
ソン接合を抵抗でシャントしてなる素子がブリッジ形特
性を示すためには、ＭｃＣｕｍｂｅｒ （マツカンバー
）パラメータβＣと呼ばれる値が１よりも十分小さくす
る必要があり、通常はβＣを０４〜０．２程度に選ぶ。
て大きくばらつくので、到達真空度、基板温度及び堆積
速度を正確に制御する必要がある。しかもρは基板の材
質にも関係するため慎重な基板選定が併せて必要である
。それでも、通常は、抵抗の設定値に対して±１０％以
上の誤差は避けられない１、 一方、ｄｃＳＱＵＩＤ磁束計に用いる素子は前述の如く
、トンネル形ジョセフソン接合を抵抗でシャントした構
造をしており、電流−電圧特性にヒステリシスがないブ
リッジ形の特性を示す必要がある。トンネル形ジョセフ
ソン接合を抵抗でシャントしてなる素子がブリッジ形特
性を示すためには、ＭｃＣｕｍｂｅｒ （マツカンバー
）パラメータβＣと呼ばれる値が１よりも十分小さくす
る必要があり、通常はβＣを０４〜０．２程度に選ぶ。
βＣはジョセフソン接合の臨界電流ＩＣ，キャパシタン
スＣ及び常伝導トンネル抵抗ＲＮとシャント抵抗Ｒｓ
との並列抵抗値Ｒ＝ ＲＮ−Ｒｓ／ （ＲＮ ＋ Ｒ８
）の関数であり、おおよそ β（、ｏｃ １（、ｅ Ｒ８” −・・・−・一式
（１）の依存性をもっている。
スＣ及び常伝導トンネル抵抗ＲＮとシャント抵抗Ｒｓ
との並列抵抗値Ｒ＝ ＲＮ−Ｒｓ／ （ＲＮ ＋ Ｒ８
）の関数であり、おおよそ β（、ｏｃ １（、ｅ Ｒ８” −・・・−・一式
（１）の依存性をもっている。
そのため、シャン）ＪＩＩＪ抵抗体５が金属や金属間化
合物の薄膜であると前述の如くその抵抗値の誤差が±１
０％以上もあることから、臨界電流ＩＣとシャント抵抗
Ｒ８を独立に制御する場合には、臨界電流Ｉｃの制御性
に対する要求が一段と厳しくなり、５ＱＵＩＤ の設計
値に対する誤差が増大する。即ち、事実上プロセスでの
マージンがとれなくなり回路を正常に動作させることが
困龜になるという欠点があった。また、ｄｃＳＱＵＩＤ
磁束計にはシャント用抵抗の他、寄生インダクタンスに
よるＬＣ共振に対するダンピング用抵抗など、必要に応
じて他の抵抗体が使用されるが、これらの抵抗体も金属
や金属間化合物の薄膜であると、±１０％以上の誤差が
避けられず、回路動作に支障をきたす。
合物の薄膜であると前述の如くその抵抗値の誤差が±１
０％以上もあることから、臨界電流ＩＣとシャント抵抗
Ｒ８を独立に制御する場合には、臨界電流Ｉｃの制御性
に対する要求が一段と厳しくなり、５ＱＵＩＤ の設計
値に対する誤差が増大する。即ち、事実上プロセスでの
マージンがとれなくなり回路を正常に動作させることが
困龜になるという欠点があった。また、ｄｃＳＱＵＩＤ
磁束計にはシャント用抵抗の他、寄生インダクタンスに
よるＬＣ共振に対するダンピング用抵抗など、必要に応
じて他の抵抗体が使用されるが、これらの抵抗体も金属
や金属間化合物の薄膜であると、±１０％以上の誤差が
避けられず、回路動作に支障をきたす。
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑み、トンネル形
ジョセフソン接合を抵抗でシャントしてなる素子を基本
とするｄｃＳＱＵＩＤ磁束計において、５ＱＵＩＤ作製
工程上大きなマージンを確保でき、回路動作に支障をき
たすことがない、抵抗体とその製造方法を提供すること
を目的とする。
ジョセフソン接合を抵抗でシャントしてなる素子を基本
とするｄｃＳＱＵＩＤ磁束計において、５ＱＵＩＤ作製
工程上大きなマージンを確保でき、回路動作に支障をき
たすことがない、抵抗体とその製造方法を提供すること
を目的とする。
く問題点を解決するための手段〉
本発明による抵抗体は、トンネル形ジョセフソン接合を
抵抗でシャントした素子を基本要素として備えるｄｃＳ
ＱＵＩＤ磁束計に用いられる抵抗体であって、常伝導体
と超伝導体とが薄膜の絶縁層を介して接続されてなるト
ンネル接合により形成されているものである。
抵抗でシャントした素子を基本要素として備えるｄｃＳ
ＱＵＩＤ磁束計に用いられる抵抗体であって、常伝導体
と超伝導体とが薄膜の絶縁層を介して接続されてなるト
ンネル接合により形成されているものである。
また本発明による抵抗体の製造方法は、トンネル形ジョ
セフソン接合を抵抗でシャントした素子を基本要素とし
て備えるｄｃＳＱＵＩＤ磁束計に用いられる抵抗体を、
常伝導体と超伝導体とを薄膜の絶縁層を介して接続して
なるトンネル接合により形成する方法であって、前記絶
縁層を金属の酸化物で形成し、金属の酸化をトンネル形
ジョセフソン接合のトンネルバリア形成工程において同
時に行うことを特徴とする方法である。
セフソン接合を抵抗でシャントした素子を基本要素とし
て備えるｄｃＳＱＵＩＤ磁束計に用いられる抵抗体を、
常伝導体と超伝導体とを薄膜の絶縁層を介して接続して
なるトンネル接合により形成する方法であって、前記絶
縁層を金属の酸化物で形成し、金属の酸化をトンネル形
ジョセフソン接合のトンネルバリア形成工程において同
時に行うことを特徴とする方法である。
なお、絶縁層としては、ｋＬ 、 Ｚｒおよび狗のうち
１種以上の金属の酸化物であることが＾丁゛うにう。
１種以上の金属の酸化物であることが＾丁゛うにう。
〈作 用〉
本発明の抵抗体は、常伝導金属と超伝導金属とを極薄膜
の絶縁層を介して接続したトンネル接合により形成した
ことが、従来技術と大きく異なる。しかもトンネル形ジ
ョセフソン接合の面積と抵抗体用トンネル接合の面積と
を設計値通りに制御することは容易であるため、トンネ
ル形ジョセフンン接合のトンネルバリア形成工程と同時
に、金属を酸化して抵抗体用トンネル接合の絶縁層を形
成することにより、プロセス上のマージンを従来に比べ
以下のように５０％以上増大させることができる。即ち
、 ｄｃＳＱＵＩＤ磁束計に用いる素子はトンネル形ジョセ
フソン接合を抵抗でシャントすることにより所定のブリ
ッジ形の特性を示さなければならないが、ブリッジ形の
特性を示すためには前述の如（ＭｃＣｕｍｂｅｒ （
セラカンバー）パラメータβＣと呼ばれる値を１より十
分小さくする必要があり、通常０．１〜０．２程度に選
ぶ。ＩＣはジョセフソン接合の臨界電流Ｉｃ。
の絶縁層を介して接続したトンネル接合により形成した
ことが、従来技術と大きく異なる。しかもトンネル形ジ
ョセフソン接合の面積と抵抗体用トンネル接合の面積と
を設計値通りに制御することは容易であるため、トンネ
ル形ジョセフンン接合のトンネルバリア形成工程と同時
に、金属を酸化して抵抗体用トンネル接合の絶縁層を形
成することにより、プロセス上のマージンを従来に比べ
以下のように５０％以上増大させることができる。即ち
、 ｄｃＳＱＵＩＤ磁束計に用いる素子はトンネル形ジョセ
フソン接合を抵抗でシャントすることにより所定のブリ
ッジ形の特性を示さなければならないが、ブリッジ形の
特性を示すためには前述の如（ＭｃＣｕｍｂｅｒ （
セラカンバー）パラメータβＣと呼ばれる値を１より十
分小さくする必要があり、通常０．１〜０．２程度に選
ぶ。ＩＣはジョセフソン接合の臨界電流Ｉｃ。
キャパシタンスＣ２および常伝導トンネル抵抗ＲＮとシ
ャント抵抗Ｒ３の並列抵抗 Ｒ＝ ＲＮ−Ｒｓ／ （ＲＮ＋Ｒ８）の函数であり、正
しくは次の式（２）で表わされる。
ャント抵抗Ｒ３の並列抵抗 Ｒ＝ ＲＮ−Ｒｓ／ （ＲＮ＋Ｒ８）の函数であり、正
しくは次の式（２）で表わされる。
βｃ＝２ｅＩｃＲ２ｃ／ｌｒ −・・式（２）ここで
、ｅは電子の持つ電荷の絶対値で１．６０×１０− ク
ーロン、 ｌはブランク定数で６．６２Ｘ１０−”Ｉ：Ｊ−８）を
２πで除した値である。
、ｅは電子の持つ電荷の絶対値で１．６０×１０− ク
ーロン、 ｌはブランク定数で６．６２Ｘ１０−”Ｉ：Ｊ−８）を
２πで除した値である。
ＩＣは常伝導トンネル抵抗ＲＮと下地電極のギャップエ
ネルギへおよび対向電極のギャップエネルギΔ２により ・・・・・・式（３） の形に表わされる。ここでＫは完全楕円積分である。
ネルギへおよび対向電極のギャップエネルギΔ２により ・・・・・・式（３） の形に表わされる。ここでＫは完全楕円積分である。
キャパシタンスＣは、接合面積ＳＮ、トンネルバリアの
誘電率εε０およびトンネルバリアの厚さｔにより Ｃ＝ ＳＮε’ａ／ ｔ ｏｃＳＮ／ ｔ 一式（
４）％式％ また常伝導トンネル抵抗ＲＮは、接合面積ｓＮとトンネ
ルバリアの厚さｔに対してＲＮ ｏｃ ｅｘｐ （２α
ｔ）／ＳＮ 、、、式（５）の依存性を持つ。ここ
で、αは接合を構成する材料パラメータに依存するもの
の、ｔが３＾増減すると抵抗値が約１桁変化するという
ことでほぼ定量化できる。
誘電率εε０およびトンネルバリアの厚さｔにより Ｃ＝ ＳＮε’ａ／ ｔ ｏｃＳＮ／ ｔ 一式（
４）％式％ また常伝導トンネル抵抗ＲＮは、接合面積ｓＮとトンネ
ルバリアの厚さｔに対してＲＮ ｏｃ ｅｘｐ （２α
ｔ）／ＳＮ 、、、式（５）の依存性を持つ。ここ
で、αは接合を構成する材料パラメータに依存するもの
の、ｔが３＾増減すると抵抗値が約１桁変化するという
ことでほぼ定量化できる。
因 まずシャント抵抗Ｒｓを従来の薄膜で形成する場合
には、前述の如く薄膜そのものの抵抗率ρと膜厚ｄの制
御が困難で設計値Ｒ８Ｏに対し±１０％以上の誤差は避
けられない、またＲｓはＲＮに対して十分小さいのでＲ
＝ＲＮ・Ｒｓ／（ＲＮ＋Ｒｓ ） ’！Ｒｓ ’：Ｒｓ
ｏ＋ΔＲ、、、−１−／Ａｌ で近似できる、ただし１ΔＲ／Ｒｓｏｌ≦０．１である
。この場合、 Ｉｃ ： ２ｅＩｃ（Ｒｓｏ±ΔＲ）’ Ｃ，ｈｒ ＝
２ｅＩｃＲｓｏ （Ｒ８Ｏ＋ｚΔＲ）Ｃ／ｋ・・・式
（７） である４、一方ＩｃとＣはトンネルバリアの厚さｔに依
存し、ｔが設計値ｔ０に対し １ ＝ １．＋Δｔであれば、結局 ・・・式（８） となる βＣＯは設計値である。
には、前述の如く薄膜そのものの抵抗率ρと膜厚ｄの制
御が困難で設計値Ｒ８Ｏに対し±１０％以上の誤差は避
けられない、またＲｓはＲＮに対して十分小さいのでＲ
＝ＲＮ・Ｒｓ／（ＲＮ＋Ｒｓ ） ’！Ｒｓ ’：Ｒｓ
ｏ＋ΔＲ、、、−１−／Ａｌ で近似できる、ただし１ΔＲ／Ｒｓｏｌ≦０．１である
。この場合、 Ｉｃ ： ２ｅＩｃ（Ｒｓｏ±ΔＲ）’ Ｃ，ｈｒ ＝
２ｅＩｃＲｓｏ （Ｒ８Ｏ＋ｚΔＲ）Ｃ／ｋ・・・式
（７） である４、一方ＩｃとＣはトンネルバリアの厚さｔに依
存し、ｔが設計値ｔ０に対し １ ＝ １．＋Δｔであれば、結局 ・・・式（８） となる βＣＯは設計値である。
ＣＢ） 次にシャント抵抗Ｒｓ を本発明のトンネル
接合で形成する場合には、Ｒ８もＲＮと同様トンネルバ
リアの厚さｔに依存し Ｒ８ＣＸ： ｅｘｐ （２αｔ）／Ｓｓ 一式
（９）と表わされる。トンネルバリアの厚さをｔ −ｔ
ｏ＋Δｔ′とすると、 となる。例として、歯−ｏｘｉｄｅ −Ｐｂ トンネル
接合に対するパラメータの値を代入してみる。
接合で形成する場合には、Ｒ８もＲＮと同様トンネルバ
リアの厚さｔに依存し Ｒ８ＣＸ： ｅｘｐ （２αｔ）／Ｓｓ 一式
（９）と表わされる。トンネルバリアの厚さをｔ −ｔ
ｏ＋Δｔ′とすると、 となる。例として、歯−ｏｘｉｄｅ −Ｐｂ トンネル
接合に対するパラメータの値を代入してみる。
αよ０．４２６（：Ａ）−’ 、ｔｏ＝２５穴とする。
この時β′Ｃがβω＝０．１５ に対して例えば±５０
％以内の誤差で収まるためには 一〇８５＾≦Δｔ′≦ｏｓＡ ・・・式αυの条件
を満足する必要がある。
％以内の誤差で収まるためには 一〇８５＾≦Δｔ′≦ｏｓＡ ・・・式αυの条件
を満足する必要がある。
一方（２）で説明した薄膜抵抗の場合には、ΔＲ＝±０
．１Ｒ８Ｏとして βＣ＝βｃｏ （１±０．２Ｘ１−△ｔ／２５ ） ・
ｅｘｐ（−０，８５２△ｔ）・・・式（６） となり、これがβω＝０．１５ に対して±５０％以内
に収まるためには、 −０，２５＾≦Δｔ≦０．５３人 ・・・式（至）の条
件を満足する必要がある。
．１Ｒ８Ｏとして βＣ＝βｃｏ （１±０．２Ｘ１−△ｔ／２５ ） ・
ｅｘｐ（−０，８５２△ｔ）・・・式（６） となり、これがβω＝０．１５ に対して±５０％以内
に収まるためには、 −０，２５＾≦Δｔ≦０．５３人 ・・・式（至）の条
件を満足する必要がある。
式（ロ）と（至）を比較すると、トンネルバリア膜厚の
設計値に対するマージンが０．７８ Ａから１．３５
Ｋに増加し、従来技術に比べ約７０％もマージンが増加
することになる。
設計値に対するマージンが０．７８ Ａから１．３５
Ｋに増加し、従来技術に比べ約７０％もマージンが増加
することになる。
〈実 施 例〉
第１図を参照して、本発明の３種の実施例を説明する。
第１図は本発明におけるシャント抵抗つきトンネル形ジ
ョセフソン接合の概念的断面構造を示す断面模式図であ
る。第１図中、１はＳｔ基板、２ｕ接地層、３は絶縁層
、４は下地電極、９はトンネル接合で形成したシャント
用抵抗体、１０は抵抗用下部電極、１１はシャント抵抗
用トンネルバリア（絶縁層）、６は絶縁層、７け対向電
極、８はトンネル形ジョセフソン接合のトンネルバリア
である。
ョセフソン接合の概念的断面構造を示す断面模式図であ
る。第１図中、１はＳｔ基板、２ｕ接地層、３は絶縁層
、４は下地電極、９はトンネル接合で形成したシャント
用抵抗体、１０は抵抗用下部電極、１１はシャント抵抗
用トンネルバリア（絶縁層）、６は絶縁層、７け対向電
極、８はトンネル形ジョセフソン接合のトンネルバリア
である。
〔実施例１：Ａｔ酸酸化物使用
熱酸化膜のついた２インチのＳｔｔ板１ （Ｓ１０２膜
厚〜１０００Ｋ）を用意して接地面２用め膜を、９９．
９９％のめターゲット（１００智φ。
厚〜１０００Ｋ）を用意して接地面２用め膜を、９９．
９９％のめターゲット（１００智φ。
厚さ５ ｍ ）を用いて２ Ｘ １０−２ｔｏｒｒのＡ
ｒガス中でＤＣマグネトロンスパッタ法により３００℃
の基板温度で４００λ／−の堆積速度で２０００λの厚
さに形成した。この歯薄膜をレジストコート、Ｍ光、現
像、エツチングして接地面２ （Ｇ、Ｐ、）のパターン
を形成した。
ｒガス中でＤＣマグネトロンスパッタ法により３００℃
の基板温度で４００λ／−の堆積速度で２０００λの厚
さに形成した。この歯薄膜をレジストコート、Ｍ光、現
像、エツチングして接地面２ （Ｇ、Ｐ、）のパターン
を形成した。
次にこれらの基板上に層間絶縁層３用のレジストステン
シルを、米国シプレーφサー・イースト社（５ＨＩＰＬ
ＥＹ ＳＡＲＥＡＳＴ Ｌｔｄ、）の商品″″ＡＺ１３
５０Ｊ”レジストにより形成した後、ＳＩＯを蒸着り７
トオフし接地面２上に絶縁層３を形成した。次にこれら
の基板を用いて５ＱＵＩＤ の構成要素であるシャント
抵抗つきのトンネル形ジョセフソン接合素子を作製した
。すなわち絶縁層３上に下地電極４用述ｇをＤＣ−ｆグ
ネトロンスパツタ法により形成しく２０００λ、基板温
度２５０℃）レジストコート、露光、現像、エツチング
によりノぐターニングした後シャント抵抗用トンネル接
合の下地電極１０用のり７トオ７ステンシルを形成し、
め膜４表面をクリーニングして導電性を確保した後ＭＯ
膜をＤＣマグネロトロンスバッタ法により形成しくｚｓ
ｏｏＡ、基板温度室温）す７トオフしてＭｏ電極１０を
形成した。次にジョセフソン接合用窓とシャント抵抗用
窓のついた絶縁層６をＳｌＯをり７トオ７して形成した
。設計値はジョセフソン電流密度５ ＫＡ／ｍ 、ジョ
セフソン接合の面積１１ｔｒｒ１０゜βＣ＝ ０．１５
上帆０５と選び、Ａｔ−ｏｘｉｄｅをバリアとした場合
の要求値としてシャント抵抗Ｒ８’：４Ωを実現するた
めシャント抵抗用接合の面積を８．５μ−とした。対向
電極７を形成する前処理としてまず隅およびＭｏ電極４
．１０表面（接合部）をＡｒ 十ＣＦ、混合ガス中でｒ
ｆスパッタエツチングしてクリーニングした後、極薄膜
のＡｔ膜（３ｏＸ）をＤＣマグネトロンスパッタ法によ
り形成し、純酸素を１ ｔｏｒｒ導入してＡｔを１５分
間自然酸化してトンネルバリア８，１１を形成し、その
ｔま真空を破らずに対向電極７用歯膜をＤＣマグネトロ
ンスパッタ法により形成しく ３ ｓ ｏ ｏ Ｘ。
シルを、米国シプレーφサー・イースト社（５ＨＩＰＬ
ＥＹ ＳＡＲＥＡＳＴ Ｌｔｄ、）の商品″″ＡＺ１３
５０Ｊ”レジストにより形成した後、ＳＩＯを蒸着り７
トオフし接地面２上に絶縁層３を形成した。次にこれら
の基板を用いて５ＱＵＩＤ の構成要素であるシャント
抵抗つきのトンネル形ジョセフソン接合素子を作製した
。すなわち絶縁層３上に下地電極４用述ｇをＤＣ−ｆグ
ネトロンスパツタ法により形成しく２０００λ、基板温
度２５０℃）レジストコート、露光、現像、エツチング
によりノぐターニングした後シャント抵抗用トンネル接
合の下地電極１０用のり７トオ７ステンシルを形成し、
め膜４表面をクリーニングして導電性を確保した後ＭＯ
膜をＤＣマグネロトロンスバッタ法により形成しくｚｓ
ｏｏＡ、基板温度室温）す７トオフしてＭｏ電極１０を
形成した。次にジョセフソン接合用窓とシャント抵抗用
窓のついた絶縁層６をＳｌＯをり７トオ７して形成した
。設計値はジョセフソン電流密度５ ＫＡ／ｍ 、ジョ
セフソン接合の面積１１ｔｒｒ１０゜βＣ＝ ０．１５
上帆０５と選び、Ａｔ−ｏｘｉｄｅをバリアとした場合
の要求値としてシャント抵抗Ｒ８’：４Ωを実現するた
めシャント抵抗用接合の面積を８．５μ−とした。対向
電極７を形成する前処理としてまず隅およびＭｏ電極４
．１０表面（接合部）をＡｒ 十ＣＦ、混合ガス中でｒ
ｆスパッタエツチングしてクリーニングした後、極薄膜
のＡｔ膜（３ｏＸ）をＤＣマグネトロンスパッタ法によ
り形成し、純酸素を１ ｔｏｒｒ導入してＡｔを１５分
間自然酸化してトンネルバリア８，１１を形成し、その
ｔま真空を破らずに対向電極７用歯膜をＤＣマグネトロ
ンスパッタ法により形成しく ３ ｓ ｏ ｏ Ｘ。
室温）レジストコート、Ｍ光、現像、エツチングにより
バターニングしシャント抵抗つきのトンネル形ジョセフ
ソン接合作製工程を終了した。この接合の特性はジョセ
フソン電流密度４．２ ＫＡ／ｍ 、 Ｒ３＝＝ｍ ４
．７６ΩでβＣ＝ ０．Ｌ７７でありやや電流密度が小
さいものの５ＱＵＩＤの動作には全く支障のない特性で
あった。
バターニングしシャント抵抗つきのトンネル形ジョセフ
ソン接合作製工程を終了した。この接合の特性はジョセ
フソン電流密度４．２ ＫＡ／ｍ 、 Ｒ３＝＝ｍ ４
．７６ΩでβＣ＝ ０．Ｌ７７でありやや電流密度が小
さいものの５ＱＵＩＤの動作には全く支障のない特性で
あった。
〔実施例２：Ｍｇ酸化物使用〕
実施例１で接地面２ （Ｇ、Ｐ、）上に絶縁層３まで形
成した基板１を用いて、５ＱＵＩＤ の構成要素であ
るシャント抵抗つきのトンネル形ジョセフソン接合素子
を、珈酸化物を用いて作製した。すなわち絶縁層３上に
シャント抵抗用トンネル接合の下部電極１０用リフトオ
フステンシルを形成し、Ｐｄ膜をＤＣマグネトロンスパ
ッタ法により形成しく１００ＯＡ、基板温度室温）す７
トオフしてＰｄ電極１０を形成した。次にジョセフソン
接合用歯膜４をＤＣマグネトロンスパッタ法により形成
しくｚｏｏｏＸ、基板温度２５０℃）レジストコート、
Ｎ光、現像、エツチングによりパターニングし、その後
ジョセフソン接合用窓とシャント抵抗用窓をＳｉＯ絶縁
層６により形成した。設計値はジョセフソン電流密度８
ＫＡ／ｃｄ。
成した基板１を用いて、５ＱＵＩＤ の構成要素であ
るシャント抵抗つきのトンネル形ジョセフソン接合素子
を、珈酸化物を用いて作製した。すなわち絶縁層３上に
シャント抵抗用トンネル接合の下部電極１０用リフトオ
フステンシルを形成し、Ｐｄ膜をＤＣマグネトロンスパ
ッタ法により形成しく１００ＯＡ、基板温度室温）す７
トオフしてＰｄ電極１０を形成した。次にジョセフソン
接合用歯膜４をＤＣマグネトロンスパッタ法により形成
しくｚｏｏｏＸ、基板温度２５０℃）レジストコート、
Ｎ光、現像、エツチングによりパターニングし、その後
ジョセフソン接合用窓とシャント抵抗用窓をＳｉＯ絶縁
層６により形成した。設計値はジョセフソン電流密度８
ＫＡ／ｃｄ。
ジョセフソン接合の面積１μｍＸ１μｍ、βＣ＝ｏ、ｉ
ｓ±０．０５と選び、ＭｇＯ（ε〜９．８）をトンネル
バリアとした場合のシャント抵抗に対する要求値Ｒ８＝
４．３０を実現するためシャント抵抗用トンネル接合
の面積を４．７μ−とした。対向電極７を形成する前処
理としてまず歯およびＰｄ電極４，１０表面（接合部）
をＡｒ ＋ ＣＦ４混合ガス中でｒｆスパッタエツチン
グしてクリーニングした後極薄膜の素膜（３０Ｋ）を基
板上にＤＣマグネトロンスパッタ法によね形成し、純酸
素を１ ｔｏｒｒ導入して素膜を２０分間自然酸化して
トンネルバリア８゜１１を形成し、そのまま真空を破ら
ずに対向電極７用め膜をＤＣマグネ）０ンスパツタ法に
より形成しく３０００＾、基板温度室温）レジストフー
ト露光、現像、エツチングによりパターニングしシャン
ト抵抗つきのトンネル形ジョセフソン接合作製工程を終
了した。
ｓ±０．０５と選び、ＭｇＯ（ε〜９．８）をトンネル
バリアとした場合のシャント抵抗に対する要求値Ｒ８＝
４．３０を実現するためシャント抵抗用トンネル接合
の面積を４．７μ−とした。対向電極７を形成する前処
理としてまず歯およびＰｄ電極４，１０表面（接合部）
をＡｒ ＋ ＣＦ４混合ガス中でｒｆスパッタエツチン
グしてクリーニングした後極薄膜の素膜（３０Ｋ）を基
板上にＤＣマグネトロンスパッタ法によね形成し、純酸
素を１ ｔｏｒｒ導入して素膜を２０分間自然酸化して
トンネルバリア８゜１１を形成し、そのまま真空を破ら
ずに対向電極７用め膜をＤＣマグネ）０ンスパツタ法に
より形成しく３０００＾、基板温度室温）レジストフー
ト露光、現像、エツチングによりパターニングしシャン
ト抵抗つきのトンネル形ジョセフソン接合作製工程を終
了した。
本実施例２の素子の特性を表−１に示す。
〔実施例３：Ｚｒ醗化物使用〕
実施例１で接地面２ （Ｇ、Ｐ、）上に絶縁層３まで形
成した基板１を用いて５ＱＵＩＤ の構成要素である
シャント抵抗つきのトンネル形ジョセフソン接合素子を
、今度はＺｒ酸化物を用いて作製した。すなわち絶縁層
３上にシャント抵抗用トンネル接合の下部電極１０用リ
フトオフステンシルを形成し、Ｐｄ膜をＤＣマグネトロ
ンスパッタ法により形成しく１０００人、基板温度室温
）す７トオ７してＰｄ電極１０を形成した。次にジョセ
フソン接合用め膜４ｔ−ＤＣマグネトロンスパッタ法に
より形成しく２ｏｏｏＡ、基板温度２５０℃）レジスト
コート、露光、現像、エツチングによりパターニングし
、その後ジョセフソン接合用窓とシャント抵抗用窓を８
１０絶縁層６により形成した。設計値はジョセフソン電
流密度８ Ｋｖｌ。
成した基板１を用いて５ＱＵＩＤ の構成要素である
シャント抵抗つきのトンネル形ジョセフソン接合素子を
、今度はＺｒ酸化物を用いて作製した。すなわち絶縁層
３上にシャント抵抗用トンネル接合の下部電極１０用リ
フトオフステンシルを形成し、Ｐｄ膜をＤＣマグネトロ
ンスパッタ法により形成しく１０００人、基板温度室温
）す７トオ７してＰｄ電極１０を形成した。次にジョセ
フソン接合用め膜４ｔ−ＤＣマグネトロンスパッタ法に
より形成しく２ｏｏｏＡ、基板温度２５０℃）レジスト
コート、露光、現像、エツチングによりパターニングし
、その後ジョセフソン接合用窓とシャント抵抗用窓を８
１０絶縁層６により形成した。設計値はジョセフソン電
流密度８ Ｋｖｌ。
ジョセフソン接合の面積１μｍＸ１μｍ、βＣ＝０．１
５±０．０５と選び、Ｚｒ０２（ｔ 〜１０ ）をトン
ネルバリアとした場合のシャント抵抗に対する要求値Ｒ
８：４．３０ を実現するためシャント抵抗用接合の面
積を４．７μ−°とした。
５±０．０５と選び、Ｚｒ０２（ｔ 〜１０ ）をトン
ネルバリアとした場合のシャント抵抗に対する要求値Ｒ
８：４．３０ を実現するためシャント抵抗用接合の面
積を４．７μ−°とした。
対向電極７を形成する前処理としてまず冷およびＰｄ電
極４，１０表面（接合部）ｔ−Ａｒ＋ＣＦ４混合ガス中
でｒｆスパッタエツチングしてクリーニングした後極薄
膜のＺｒ膜（３０λ）を基板上にＤＣマグネトロンスパ
ッタ法によシ形成し、純酸素を１ ｔｏｒｒ導入してＺ
ｒ膜を１０分間自然酸化してトンネルバリア８，１１を
形成し、その１１真空を破らずに対向電極７用励膜をＤ
Ｃマグネトｐシンスパッタ法より形成しく３０００人、
基板温度室温）レジストフート露光、現像、エツチング
によシバターニングしシャント抵抗つきのトンネル形ジ
ョ七フソン接合作製工程を終了した。本実施例３の素子
の特性を表−１に示す。
極４，１０表面（接合部）ｔ−Ａｒ＋ＣＦ４混合ガス中
でｒｆスパッタエツチングしてクリーニングした後極薄
膜のＺｒ膜（３０λ）を基板上にＤＣマグネトロンスパ
ッタ法によシ形成し、純酸素を１ ｔｏｒｒ導入してＺ
ｒ膜を１０分間自然酸化してトンネルバリア８，１１を
形成し、その１１真空を破らずに対向電極７用励膜をＤ
Ｃマグネトｐシンスパッタ法より形成しく３０００人、
基板温度室温）レジストフート露光、現像、エツチング
によシバターニングしシャント抵抗つきのトンネル形ジ
ョ七フソン接合作製工程を終了した。本実施例３の素子
の特性を表−１に示す。
表−１より判るように、これらの素子の特性は５ＱＵＩ
Ｄ の動作に十分である。
Ｄ の動作に十分である。
〈発明の効果〉
以上説明したように、本発明によれば、ｄｃＳＱＵＩＤ
磁束計、詳しくはトンネル形ジョセフソン接合を抵抗で
シャントした素子を基本とするｄｃＳＱＵＩＤ磁束計の
構成においてシャント抵抗およびその他の必要な抵抗体
を常伝導金属と超伝導金属とを極薄膜の絶縁層を介して
接続したトンネル接合により形成し、例えば極薄膜の絶
縁層をｈｔ＋ＺｒｒＭｇ のうち一種以上の金属の酸
化物で構成し、しかもジョセフソン接合のトンネルバリ
アを形成する工程において同時に絶縁層を形成して抵抗
値を制御することにより、ＳＱＵより 作製工程のマー
ジンを増大させることができる。
磁束計、詳しくはトンネル形ジョセフソン接合を抵抗で
シャントした素子を基本とするｄｃＳＱＵＩＤ磁束計の
構成においてシャント抵抗およびその他の必要な抵抗体
を常伝導金属と超伝導金属とを極薄膜の絶縁層を介して
接続したトンネル接合により形成し、例えば極薄膜の絶
縁層をｈｔ＋ＺｒｒＭｇ のうち一種以上の金属の酸
化物で構成し、しかもジョセフソン接合のトンネルバリ
アを形成する工程において同時に絶縁層を形成して抵抗
値を制御することにより、ＳＱＵより 作製工程のマー
ジンを増大させることができる。
第１図は本発明によるシャント抵抗つきトンネル形ジョ
セフソン接合の一例を示す断面模式図、第２図は平面形
ｄｃＳＱＵＩＤ磁束計の概念断面図である。 図面中、１はＳｔ基板、２１７接地面、３は絶縁層、４
は下地電極、６１を絶縁層、７は対向電極、８はトンネ
ル形ジョセフソン接合のトンネルバリア、９はシャント
用抵抗体、１０はその下部電極、１１はシャント抵抗用
トンネルバリア（絶縁物）である。
セフソン接合の一例を示す断面模式図、第２図は平面形
ｄｃＳＱＵＩＤ磁束計の概念断面図である。 図面中、１はＳｔ基板、２１７接地面、３は絶縁層、４
は下地電極、６１を絶縁層、７は対向電極、８はトンネ
ル形ジョセフソン接合のトンネルバリア、９はシャント
用抵抗体、１０はその下部電極、１１はシャント抵抗用
トンネルバリア（絶縁物）である。
Claims (3)
- （１）トンネル形ジョセフソン接合を抵抗でシャントし
た素子を基本要素として備えるｄｃＳＱＵＩＤ磁束計に
用いられる抵抗体であつて、常伝導体と超伝導体とが薄
膜の絶縁層を介して接続されてなるトンネル接合により
形成されている抵抗体。 - （２）特許請求の範囲第１項において、前記絶縁層がＡ
ｌ、ＺｒおよびＭｇのうち１種以上の金属の酸化物で構
成されている抵抗体。 - （３）トンネル形ジョセフソン接合を抵抗でシャントし
た素子を基本要素として備えるｄｃＳＱＵＩＤ磁束計に
用いられる抵抗体を、常伝導体と超伝導体とを薄膜の絶
縁層を介して接続してなるトンネル接合により形成する
方法であつて、前記絶縁層を金属の酸化物で形成し、金
属の酸化をトンネル形ジョセフソン接合のトンネルバリ
ア形成工程において同時に行うことを特徴とする抵抗体
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17241085A JPS6234084A (ja) | 1985-08-07 | 1985-08-07 | ｄｃＳＱＵＩＤ磁束計用抵抗体とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17241085A JPS6234084A (ja) | 1985-08-07 | 1985-08-07 | ｄｃＳＱＵＩＤ磁束計用抵抗体とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6234084A true JPS6234084A (ja) | 1987-02-14 |
Family
ID=15941438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17241085A Pending JPS6234084A (ja) | 1985-08-07 | 1985-08-07 | ｄｃＳＱＵＩＤ磁束計用抵抗体とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6234084A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012530895A (ja) * | 2009-06-20 | 2012-12-06 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 時間変動する磁場又は磁場勾配を測定するための測定機器、電気抵抗素子及び測定システム |
-
1985
- 1985-08-07 JP JP17241085A patent/JPS6234084A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012530895A (ja) * | 2009-06-20 | 2012-12-06 | フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 時間変動する磁場又は磁場勾配を測定するための測定機器、電気抵抗素子及び測定システム |
| US9476950B2 (en) | 2009-06-20 | 2016-10-25 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Measuring instrument, electrical resistance elements and measuring system for measuring time-variable magnetic fields or field gradients |
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