JPS6256676B2 - - Google Patents
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- JPS6256676B2 JPS6256676B2 JP58020818A JP2081883A JPS6256676B2 JP S6256676 B2 JPS6256676 B2 JP S6256676B2 JP 58020818 A JP58020818 A JP 58020818A JP 2081883 A JP2081883 A JP 2081883A JP S6256676 B2 JPS6256676 B2 JP S6256676B2
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ジヨセフソン接合素子に関し、詳し
くは準平面型のジヨセフソン接合素子のスペーサ
の改良に関する。
くは準平面型のジヨセフソン接合素子のスペーサ
の改良に関する。
ジヨセフソン接合素子の応用範囲は広く、小電
力超高速スイツチングの電算機用素子として、マ
イクロ波、ミリ波などの高感度高速度応答の検出
器として、人間の脳や心臓から放射される微弱磁
場の検出器として、あるいは電圧標準器として使
用することが提案されており、その工業化に対す
る要請が日ましに増大している。
力超高速スイツチングの電算機用素子として、マ
イクロ波、ミリ波などの高感度高速度応答の検出
器として、人間の脳や心臓から放射される微弱磁
場の検出器として、あるいは電圧標準器として使
用することが提案されており、その工業化に対す
る要請が日ましに増大している。
本発明者は先に、ジヨセフソン接合素子の弱結
合部を極限まで短縮してその特性を改善すること
を可能とし、しかも容易に同一特性の素子を大量
生産し得るジヨセフソン接合素子の構成（準平面
型ジヨセフソン接合素子）を提案した（特公昭55
−7712号、特開昭57−104281，104282，104283
号）。第１図又は第２図に示すように、準平面型
ジヨセフソン接合素子では基板１上に２つの超伝
導体薄膜２，３が絶縁体のスペーサ４を挾んで部
分的に向い合い（第１，２図）、そしてスペーサ
の厚み側面を横切つて弱結合部５が上下の超伝導
体薄膜２，３にまたがつている。
合部を極限まで短縮してその特性を改善すること
を可能とし、しかも容易に同一特性の素子を大量
生産し得るジヨセフソン接合素子の構成（準平面
型ジヨセフソン接合素子）を提案した（特公昭55
−7712号、特開昭57−104281，104282，104283
号）。第１図又は第２図に示すように、準平面型
ジヨセフソン接合素子では基板１上に２つの超伝
導体薄膜２，３が絶縁体のスペーサ４を挾んで部
分的に向い合い（第１，２図）、そしてスペーサ
の厚み側面を横切つて弱結合部５が上下の超伝導
体薄膜２，３にまたがつている。
このような構成としたので弱結合部の長さは極
めて薄いスペーサ４の厚みに等しくすることがで
き、スペーサを形成するときの絶縁物質のスパツ
タリング又は蒸着時間を調整することによつて弱
結合部の長さを極めて短かくしかも精確に制御し
得る。
めて薄いスペーサ４の厚みに等しくすることがで
き、スペーサを形成するときの絶縁物質のスパツ
タリング又は蒸着時間を調整することによつて弱
結合部の長さを極めて短かくしかも精確に制御し
得る。
実際には、数百〜数千Å程度の厚さの超伝導体
薄膜２の上にSiO2などの絶縁物質又は半導体を
スパツタリングすることにより、或いは超伝導層
２の表面を酸化性雰囲気中で酸化することにより
数百Å程度の厚さのスペーサ４を形成する。スペ
ーサ４の厚みを横切つて上下の超伝導薄膜にまた
がつて適当な障害物質を数百Åないし数千Åの厚
さに蒸着して弱結合部５を形成する。このように
して上下の超伝導体層２，３を接続する弱結合部
５の長さＬはスペーサ４の厚みとなり、要求され
るインピーダンスの大きさに応じて数百Åないし
数千Åの範囲の適正値を選択することができる。
薄膜２の上にSiO2などの絶縁物質又は半導体を
スパツタリングすることにより、或いは超伝導層
２の表面を酸化性雰囲気中で酸化することにより
数百Å程度の厚さのスペーサ４を形成する。スペ
ーサ４の厚みを横切つて上下の超伝導薄膜にまた
がつて適当な障害物質を数百Åないし数千Åの厚
さに蒸着して弱結合部５を形成する。このように
して上下の超伝導体層２，３を接続する弱結合部
５の長さＬはスペーサ４の厚みとなり、要求され
るインピーダンスの大きさに応じて数百Åないし
数千Åの範囲の適正値を選択することができる。
このような構造としたことにより電極部の超
伝導体層２，３の膜厚を大きく保つたまゝで、弱
結合部の長さＬを極端に短かくでき、それにより
ImRj積を著しく大きくすることができ、弱結
合部に種々の材質を使用でき、静電容量を小さ
くでき、超伝導体層３に鉛合金以外のNb等を
用いて長寿命とすることができ、そしてフオト
リソグラフイや電子ビームリソグラフイを用いて
容易に量産することができるようになつたのであ
る。
伝導体層２，３の膜厚を大きく保つたまゝで、弱
結合部の長さＬを極端に短かくでき、それにより
ImRj積を著しく大きくすることができ、弱結
合部に種々の材質を使用でき、静電容量を小さ
くでき、超伝導体層３に鉛合金以外のNb等を
用いて長寿命とすることができ、そしてフオト
リソグラフイや電子ビームリソグラフイを用いて
容易に量産することができるようになつたのであ
る。
通常、ImRj積が大きく動作温度の広いジヨセ
フソン接合素子を得るためには、弱結合部５の長
さＬがＬ＜3.14ξ〜5.30ξを満足しなければなら
ないことは良く知られている（こゝで、ξは超伝
導体のコヒーレント長）。超伝導体がニオブ
（Nb）の場合、そのコヒーレント長ξは4.2kで
100Å程度であり、Ｌ〓300〜500Åとなる。ま
た、NbN，Nb3Sn，Nb3Geなどのコヒーレント長
ξは30Å程度であるので、Ｌ＜100〜160Åとな
る。
フソン接合素子を得るためには、弱結合部５の長
さＬがＬ＜3.14ξ〜5.30ξを満足しなければなら
ないことは良く知られている（こゝで、ξは超伝
導体のコヒーレント長）。超伝導体がニオブ
（Nb）の場合、そのコヒーレント長ξは4.2kで
100Å程度であり、Ｌ〓300〜500Åとなる。ま
た、NbN，Nb3Sn，Nb3Geなどのコヒーレント長
ξは30Å程度であるので、Ｌ＜100〜160Åとな
る。
ところで、準平面型ジヨセフソン接合素子で
は、上述の如く弱結合部の長さＬはスペーサの厚
みに相当するので、このスペーサの厚みを上記条
件を満足するように構成すればよい。
は、上述の如く弱結合部の長さＬはスペーサの厚
みに相当するので、このスペーサの厚みを上記条
件を満足するように構成すればよい。
しかしながら、スペーサの厚みが200Å程度以
下になると、SiO2などの絶縁物質のスパツタリ
ング又は蒸着、或いは超伝導体の酸化等によつて
得られるスペーサにピンホールが生じ易く、製作
が難しいという問題があつた。
下になると、SiO2などの絶縁物質のスパツタリ
ング又は蒸着、或いは超伝導体の酸化等によつて
得られるスペーサにピンホールが生じ易く、製作
が難しいという問題があつた。
本発明者はこれらの問題解決のために鋭意開発
研究を重ねた結果、二酸化シリコン基板などの酸
化物表面にフオトレジスト材を付着させるために
広く使用されているヘキサアルキルジシラザンを
含む接着剤の薄膜が準平面型ジヨセフソン接合の
スペーサとして極めて有用であることを見出し
た。
研究を重ねた結果、二酸化シリコン基板などの酸
化物表面にフオトレジスト材を付着させるために
広く使用されているヘキサアルキルジシラザンを
含む接着剤の薄膜が準平面型ジヨセフソン接合の
スペーサとして極めて有用であることを見出し
た。
本発明はこの発見に基づくものであつて、その
目的とするところは、スペーサの厚みが極めて薄
くしかもピンホールがなく、製造が容易で、温度
サイクルに対して耐性のある準平面型ジヨセフソ
ン接合素子を提供することにある。
目的とするところは、スペーサの厚みが極めて薄
くしかもピンホールがなく、製造が容易で、温度
サイクルに対して耐性のある準平面型ジヨセフソ
ン接合素子を提供することにある。
この目的は、準平面型ジヨセフソン接合素子の
スペーサをヘキサアルキルジシラザンを含む接着
剤の薄膜で構成することによつて達成される。
スペーサをヘキサアルキルジシラザンを含む接着
剤の薄膜で構成することによつて達成される。
以下に本発明の実施例を詳しく説明する。第３
〜９図を用いて第２図の構造の準平面型ジヨセフ
ソン接合素子を製造する場合について述べる。
〜９図を用いて第２図の構造の準平面型ジヨセフ
ソン接合素子を製造する場合について述べる。
第３図に示す如く、石英の基板１上に形成し
たAZ1350のレジストマスクM1（線巾ｗ＝３μ
ｍ）の上からNbをスパツタ付着した後、レジ
スト剥離剤でレジストマスクを除去して第４図
のパターンの下部超伝導体薄膜（電極）２を得
る。
たAZ1350のレジストマスクM1（線巾ｗ＝３μ
ｍ）の上からNbをスパツタ付着した後、レジ
スト剥離剤でレジストマスクを除去して第４図
のパターンの下部超伝導体薄膜（電極）２を得
る。
第４図の基板表面をヘキサアルキルジシラザ
ン、例えばヘキサメチルジシラザンを含む接着
剤（以下、「HADS」と略称する）の蒸気にさ
らしてHADSの薄膜を付着する。得られる
HADS薄膜の厚さは分子の層の厚さである。
ン、例えばヘキサメチルジシラザンを含む接着
剤（以下、「HADS」と略称する）の蒸気にさ
らしてHADSの薄膜を付着する。得られる
HADS薄膜の厚さは分子の層の厚さである。
このHADS薄膜の上に第５図に示す如く、レ
ジストマスクＭ２を形成し、Nbを再度スパツ
タ付着した後レジストマスクＭ２とHADSの薄
膜を除去し第６図のような上部超伝導体薄膜３
を得る。超伝導体薄膜２，３はHADS薄膜のス
ペーサ４を挾んで交差している。
ジストマスクＭ２を形成し、Nbを再度スパツ
タ付着した後レジストマスクＭ２とHADSの薄
膜を除去し第６図のような上部超伝導体薄膜３
を得る。超伝導体薄膜２，３はHADS薄膜のス
ペーサ４を挾んで交差している。
なお、HADS薄膜を用いない従来の素子の場
合には、第５図のマスクＭ２の上からSiO2な
どの絶縁物質をスパツタ付着し、続けてNbを
スパツタ付着しリフトオフして第６図の超伝導
体薄膜２，３を得ていた。
合には、第５図のマスクＭ２の上からSiO2な
どの絶縁物質をスパツタ付着し、続けてNbを
スパツタ付着しリフトオフして第６図の超伝導
体薄膜２，３を得ていた。
したがつて、HADS薄膜をスペーサとする本
発明の場合には絶縁物質のスパツタ付着工程が
不要となる。すなわち、HADS薄膜は基板１と
第５図のレジストマスクＭ２の接着を強化する
ために、いずれにしても付着させる必要があ
り、これをスペーサとして兼用することにより
絶縁物質のスパツタ付着工程を省いている。
発明の場合には絶縁物質のスパツタ付着工程が
不要となる。すなわち、HADS薄膜は基板１と
第５図のレジストマスクＭ２の接着を強化する
ために、いずれにしても付着させる必要があ
り、これをスペーサとして兼用することにより
絶縁物質のスパツタ付着工程を省いている。
第６図の超伝導体薄膜２，３の表面に形成さ
れる酸化膜を取り除くため、スパツタエツチン
グした後、全面にNbを約130Åの厚さにスパツ
タし、その上から電子ビームレジスト〔ソマー
ル工業KKのSEL−Ｎ（Ｆ），SEL−Ｎ（1400
EB No.４）、東洋曹達KKのCMS−EX（Ｒ）
などを被覆する。そして電子ビーム露光により
第７図に示すように電子ビームレジストマスク
Ｍ３（線巾１μｍ以下）を得る。
れる酸化膜を取り除くため、スパツタエツチン
グした後、全面にNbを約130Åの厚さにスパツ
タし、その上から電子ビームレジスト〔ソマー
ル工業KKのSEL−Ｎ（Ｆ），SEL−Ｎ（1400
EB No.４）、東洋曹達KKのCMS−EX（Ｒ）
などを被覆する。そして電子ビーム露光により
第７図に示すように電子ビームレジストマスク
Ｍ３（線巾１μｍ以下）を得る。
レジストマスクＭ３の下以外のNbをパルス
電流によつて陽極酸化するか、或いはCF4ガス
による反応性プラズマエツチングによつて取除
くと第８図のようになる。最後にレジストマス
クＭ３を除去することにより、弱結合部５が上
下の超伝導体薄膜２，３を結合した本発明のジ
ヨセフソン接合素子が完成する。
電流によつて陽極酸化するか、或いはCF4ガス
による反応性プラズマエツチングによつて取除
くと第８図のようになる。最後にレジストマス
クＭ３を除去することにより、弱結合部５が上
下の超伝導体薄膜２，３を結合した本発明のジ
ヨセフソン接合素子が完成する。
第９図にヘキサメチルジシラザンを用い上記実
施例で得られたジヨセフソン接合素子の電圧電流
特性の一例を示す。10GHzのマイクロ波によつて
誘起された定電圧ステツプ（Vs20μｖ／目盛、
Ｈ：200μＡ／目盛）が明瞭に観測されており、
極めて性能の良いことが理解される。
施例で得られたジヨセフソン接合素子の電圧電流
特性の一例を示す。10GHzのマイクロ波によつて
誘起された定電圧ステツプ（Vs20μｖ／目盛、
Ｈ：200μＡ／目盛）が明瞭に観測されており、
極めて性能の良いことが理解される。
第１図と第２図は準平面型ジヨセフソン接合素
子の一例を拡大して示す斜視図、第３〜８図は本
発明のジヨセフソン接合素子の製造工程の一例を
示す説明図、第９図は本発明の実施例で得られた
ジヨセフソン接合素子の電圧−電流特性を示す。 図中の符号：１……基板、２，３……超伝導薄
膜、４……スペーサ、５……弱結合部、Ｍ１，Ｍ
２，Ｍ３……レジストマスク。
子の一例を拡大して示す斜視図、第３〜８図は本
発明のジヨセフソン接合素子の製造工程の一例を
示す説明図、第９図は本発明の実施例で得られた
ジヨセフソン接合素子の電圧−電流特性を示す。 図中の符号：１……基板、２，３……超伝導薄
膜、４……スペーサ、５……弱結合部、Ｍ１，Ｍ
２，Ｍ３……レジストマスク。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ヘキサアルキルジシラザンを含む接着剤の薄
膜から成るスペーサを挾んだ２つの超伝導体薄膜
を、弱結合部が前記スペーサの厚み側面を横切つ
て結合することを特徴とするジヨセフソン接合素
子。 ２ 前記の超伝導体薄膜がNb，NbN，Nb3Sn、
又はNb3Geである特許請求の範囲第１項に記載の
ジヨセフソン接合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58020818A JPS59147473A (ja) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | ジヨセフソン接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58020818A JPS59147473A (ja) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | ジヨセフソン接合素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59147473A JPS59147473A (ja) | 1984-08-23 |
| JPS6256676B2 true JPS6256676B2 (ja) | 1987-11-26 |
Family
ID=12037607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58020818A Granted JPS59147473A (ja) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | ジヨセフソン接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59147473A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02172285A (ja) * | 1988-12-23 | 1990-07-03 | Shimadzu Corp | 準平面型ジョセフソン接合の製造方法 |
| JPH07297459A (ja) * | 1995-04-05 | 1995-11-10 | Shimadzu Corp | 準平面型ジョセフソン接合の製造方法 |
-
1983
- 1983-02-10 JP JP58020818A patent/JPS59147473A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59147473A (ja) | 1984-08-23 |
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