JPS6258554B2 - - Google Patents

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JPS6258554B2
JPS6258554B2 JP56011822A JP1182281A JPS6258554B2 JP S6258554 B2 JPS6258554 B2 JP S6258554B2 JP 56011822 A JP56011822 A JP 56011822A JP 1182281 A JP1182281 A JP 1182281A JP S6258554 B2 JPS6258554 B2 JP S6258554B2
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JP
Japan
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oxide superconductor
superconductor
josephson
superconductor layer
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Application number
JP56011822A
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English (en)
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JPS57126185A (en
Inventor
Toshiaki Murakami
Yoichi Enomoto
Minoru Suzuki
Takashi Inukai
Takahiro Inamura
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPS57126185A publication Critical patent/JPS57126185A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment
    • H10N60/0912Manufacture or treatment of Josephson-effect devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • 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素子の製法に関する。
ジヨセフソン素子として従来、第1図に示す如
き、絶縁基板1上に形成されたストライプ状の超
伝導体層2と、その超伝導体層2の表面に形成さ
れたトンネル電流を通し得るに十分な薄い厚さを
有する絶縁層3と、絶縁基板1上に超伝導体層2
の延長方向と交叉する方向に延長し且超伝導体層
2の延長途上部上に絶縁層3を介して延長せるス
トライプ状の超伝導体層4とを有し、超伝導体層
2及び4を夫々電極5及び6とし、絶縁層3の超
伝導体層2及び4にて挾まれた領域7に於てジヨ
セフソン接合8を形成している構成のものが所謂
交叉形トンネル接合型ジヨセフソン素子として提
案されている。
又従来、第2図に示す如き、絶縁基板1上に形
成されたストライプ状の超伝導体層2と、その超
伝導体層2の表面にその全域に亘つて形成された
トンネル電流を通し得るに十分な薄い厚さを有す
る絶縁層3と、絶縁基板1上に超伝導体層2の延
長線に沿つて延長し且超伝導体層2の遊端部上に
絶縁層3を介して延長せるストライプ状の超伝導
体層4とを有し、超伝導体層2及び4を夫々電極
5及び6とし、絶縁層3の超伝導体層2及び4に
て挾まれた領域7に於てジヨセフソン接合8を形
成している構成のものが所謂直線形トンネル接合
型ジヨセフソン素子として提案されている。
所で上述せる第1図及び第2図に示す従来のジ
ヨセフソン素子の場合、その何れもが、電極5及
び6間の電圧Vと電極5及び6にジヨセフソン接
合8を通つて流れる電流I1との関係でみて第3図
に示す如きヒステリシス特性を呈し、又ジヨセフ
ソン接合8に外部より与える磁界を得る為の制御
電流I2と上述せる電流I1との関係でみて第4図に
示す如き特性を呈する(但し第3図及び第4図に
於てIcは臨界電流、第3図に於て2Δは超伝導
体層2及び4が同じ超伝導体でなるものとした場
合に於けるその超伝導体のギヤツプエネルギΔの
2倍に相当する電圧)ものであるが、第1図及び
第2図に示す従来のジヨセフソン素子の場合、超
伝導体層2上に絶縁層3を介して超伝導体層4が
延長せる積層構成を有し、而して超伝導体層2及
び4と絶縁層3との間に熱膨張係数の差を有する
ことにより、室温と極低温との間の温度サイクル
で超伝導体層2及び4と絶縁層3とが特にジヨセ
フソン接合8の位置に於て熱歪が生じて疲労し、
この為ジヨセフソン素子の特性が長期の使用によ
り劣化するという欠点を有していた。
又第1図及び第2図に示す従来のジヨセフソン
素子の製法は、絶縁基板1上に超伝導体層2を形
成し、次に絶縁層3を形成し、然る后超伝導体層
4を形成するというものであり、多くの工程を要
し、従つてジヨセフソン素子を簡易に製造し得な
いという欠点を有していた。
更に第1図及び第2図に示す従来のジヨセフソ
ン素子は、超伝導体層2及び4の外絶縁層3を形
成するを要するという欠点を有していたと共に、
その絶縁層3をそれにトンネル電流が通り得るに
十分な10〜40Åの如き極めて薄い厚さに高精度に
形成することが必要であることにより、その絶縁
層3を形成するに困難を伴い、この為ジヨセフソ
ン素子を簡易に製造し得ないという欠点を有して
いた。
尚更に第1図及び第2図に示す従来のジヨセフ
ソン素子の製法は、上述せる如く絶縁層3を極め
て薄い厚さに高精度に形成するに困難を伴い、一
方第3図に示す如き電圧V−電流I1特性及び第4
図に示す如き電流I2−I1特性に於ける臨界電流Ic
が絶縁層3の厚さに大きく依存することにより、
ジヨセフソン素子を所期の優れた特性を有するも
のとして得るに困難を伴うものであつた等の欠点
を有していた。
依つて本発明は上述せる欠点のないジヨセフソ
ン素子を、上述せる欠点なしに得ることの出来る
新規なジヨセフソン素子の製法を提案せんとする
もので、以下詳述する所より明らかとなるであろ
う。
第5図は本発明によるジヨセフソン素子の製法
の実施例を示し、第5図Aに示す如き例えばサフ
アイア基板でなる絶縁基板31を予め用意し、而
してその絶縁基板31上に、第5図Bに示す如
く、BaPb0.75Bi0.25O3でなる酸化物層32を、例
えば絶縁基板31を例えば250℃の温度に加熱
し、ターゲツトとしてBaPb0.75Bi0.25O3でなる組
成のセラミツク板を用い、雰囲気を例えばAr及
びO2を各50%の割合で含み2×10-2Torrのガス
圧を有するものとし、スパツタ電圧を例えば
1.8kVとせるスパツタリング処理により、例えば
5000Åの厚さに形成し、次にその酸化物層32に
対するアニール処理を、温度例えば500℃、時間
例えば12時間で、酸化物層32を形成せる絶縁基
板31を例えばPbO粉末を入れた容器内に配して
なし、斯くて第5図Cに示す如く、酸化物層32
の超伝導体層化せるBaPb0.75Bi0.25O3でなる酸化
物超伝導体層33を形成する。
次に酸化物超伝導体層33上に、第5図Dに示
す如く、例えば1辺の長さを5μmとせる正方形
の酸化物超伝導体層33を外部に臨ませる窓34
を有するA2O3,SiO2等でなる例えば約1000Å
の厚さの絶縁層35を、例えばスパツタリング法
によつて絶縁層(絶縁層35に窓34が形成され
ていないとした場合のその絶縁層35と同じ)を
形成し、その絶縁層にリングラフイ法によつてそ
の絶縁層に酸化物超伝導体層33を外部に臨ませ
る窓34と同じ窓を穿設することにより、形成す
る。
次に酸化物超伝導体層33に対する絶縁層35
をマスクとせるスパツタリングエツチング処理を
なし、第5図Eに示す如く酸化物超伝導体層33
の窓34に臨む表面側に高抵抗層36を形成す
る。この場合のスパツタリングエツチング処理
は、雰囲気として例えばAr及びO2を各50%の割
合で含み例えば6×10-2Torrのガス圧を有する
ものとし、スパツタ電圧及び電力を夫々例えば
400V及び10Wとせる、例えば50Å/分のスパツ
タリングエツチング速度を有するスパツタリング
エツチング処理とし得、斯くすれば酸化物超伝導
体層33の表面側の組成が、その酸化物超伝導体
層33の場合に比しPbの割合の少ないものとな
り、この為その表面側がスパツタリングエツチン
グの深さに関係なく高精度で高抵抗を有するもの
となり、依つて高抵抗層36が形成されるもので
ある。
次に、第5図Fに示す如く、絶縁層35上に延
長し且窓34を通じて高抵抗層36に連結延長せ
る例えば酸化物超伝導体層33と同様の組成でな
る酸化物超伝導体層37を、酸化物超伝導体層3
3を得た場合と同様のスパツタリング処理、アニ
ール処理により形成する。
次に酸化物超伝導体層37上に第5図Gに示す
如くA2O3,SiO2等でなる絶縁層38を例えば
蒸着、スパツタリングによつて形成し、然る后絶
縁層38上に第5図Hに示す如く上方よりみて高
抵抗層36を横切る態様を以つて、制御用超伝導
体層39を例えばリソグラフイ法により形成し、
斯くて目的とせるジヨセフソン素子を得る。
以上が本発明によるジヨセフソン素子の製法の
一例であるが、斯る製法によつて得られた第5図
Hに示すジヨセフソン素子は、その絶縁基板3
1;酸化物超伝導体層33及び37;及び高抵抗
層36が、第1図及び第2図にて上述せる従来の
絶縁基板1;超伝導体層2及び4;及び絶縁層3
の領域7に夫々対応し、従つて酸化物超伝導体層
33及び37を夫々電極5及び6とし、高抵抗層
36に於てジヨセフソン接合8を形成し、而して
電極5及び6間の電圧V′と電極5及び6にジヨ
セフソン接合8を通つて流れる電流I′1との関係
でみて図示せざるも第3図にて上述せると同様の
ヒステリシス特性を呈し、又ジヨセフソン接合8
に外部より磁を与えるものとした場合のその磁界
を得る為の制御電流I′2と上述せる電流I′1との関
係でみて図示せざるも第4図にて上述せると同様
の特性を呈すること明らかである。
この為本発明の製法によつて得られる第4図H
に示すジヨセフソン素子は、これを第1図及び第
2図にて上述せる従来のジヨセフソン素子と同様
に使用し得るものである。即ち第4図Hに示す如
く酸化物超伝導体層37上に絶縁層38が形成さ
れ、その絶縁層38上に高抵抗層36に対向して
延長せる制御用超伝導体層39が形成されている
ものとした場合、その制御用超伝導体層39に例
えば2値表示で「1」及び「0」の値をとる制御
電流を流せば、高抵抗層36に従つてジヨセフソ
ン接合8に2値表示で「1」及び「0」の値をと
る磁界が与えられるので、スイツチング素子とし
て使用し得るものである。
然し乍ら本発明の製法によつて得られる第5図
Hに示すジヨセフソン素子は、それが絶縁基板3
1上に形成された酸化物超伝導体層33と、その
酸化物超伝導体層33に対するスパツタリングエ
ツチング処理により酸化物超伝導体層33の表面
側に形成された高抵抗層36と、その高抵抗層3
6上に延長せる酸化物超伝導体層37とを有して
なる構成であるので、室温と極低温との間の温度
サイクルで、酸化物超伝導体層33及び37と高
抵抗層36とが特にジヨセフソン接合8の位置に
於て、第1図及び第2図にて上述せる従来のジヨ
セフソン素子のジヨセフソン接合8の位置に於け
るが如く熱歪が生じて疲労が生じたりすることが
なく、この為超伝導体層の特性が長期の使用によ
つても劣化することがないという特徴を有するも
のである。
一方第5図A〜Hにて上述せる本発明による製
法は絶縁基板31上に酸化物超伝導体層33を形
成し、その酸化物超伝導体層33に対するスパツ
タリングエツチング処理によりその酸化物超伝導
体層33の表面側に高抵抗層36を形成し、その
高抵抗層36上に延長せる酸化物超伝導体層37
を形成することにより目的とせるジヨセフソン素
子を得るというものである。
依つて第5図A〜Hにて上述せる本発明による
製法によれば、上述せる優れた特徴を有するジヨ
セフソン素子を、簡易に得ることが出来るもので
ある。
又第5図A〜Hにて上述せる本発明による製法
によれば、高抵抗層36を酸化物超伝導体層33
に対するスパツタリングエツチング処理により第
5図Eにて上述せる機構で形成するものであるの
で、その高抵抗層36を高精度に高い一定抵抗値
を有するものとして容易に得ることが出来、従つ
てジヨセフソン素子を所期の優れた特性を有する
ものとして容易に製造し得るものである。
更に第5図A〜Hにて上述せる本発明による製
法によれば、高抵抗層36を、酸化物超伝導体層
33に対する窓34を有する絶縁層35をマスク
とせるスパツタリングエツチング処理により形成
するものであり従つて高抵抗層36が絶縁層35
の窓34のパターンを以つて形成されるものであ
るが、その絶縁層35の窓34はこれを高精度に
容易に形成し得るので、ジヨセフソン素子を所期
の優れた特性を有するものとして容易に形成し得
るものである等の大なる特徴を有するものであ
る。
尚上述に於ては酸化物超伝導体層33及び37
を共にBaPb0.75Bi0.25O3層でなるものとして形成
する場合につき述べたが、一般に酸化物超伝導体
層33をBaPb1-xBixO3層(但し0.05≦x≦0.3)
層でなるものとして、又酸化物超伝導体層37を
BaPb1-yBiyO3(但し0.03≦y≦0.3)層でなるも
のとして形成することも出来、その他本発明によ
る精神を脱することなしに種々の変型変更をなし
得るであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は夫々従来のジヨセフソン素
子を示す略線的斜視図、第3図及び第4図は夫々
それ等の電圧V−電流I1特性及び電流I2−電流I1
特性を示す曲線図、第5図A〜Hは本発明による
ジヨセフソン素子の製法の実施例を示す順次の工
程に於ける略線的断面図である。 図中、5及び6は電極、8はジヨセフソン接
合、31は絶縁基板、33及び37は酸化物超伝
導体層、34は窓、35及び38は絶縁層、36
は高抵抗層、39は制御用超伝導体層を夫々示
す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 絶縁基板上にBaPb1-xBixO3(但し0.05≦x≦
    0.3)でなる第1の酸化物超伝導体層を形成する
    工程と、 上記第1の酸化物超伝導体層に対する上記絶縁
    基板側とは反対側の表面よりのスパツタリングエ
    ツチング処理により上記第1の酸化物超伝導体層
    の表面側に高抵抗層を形成する工程と、 上記高抵抗層上に延長せるBaPb1-yBiyO3(但
    し0.05≦y≦0.3)でなる第2の酸化物超伝導体
    層を形成する工程とを含む事を特徴とするジヨセ
    フソン素子の製法。 2 絶縁基板上にBaPb1-xBixO3(但し0.05≦x≦
    0.3)でなる第1の酸化物超伝導体層を形成する
    工程と、 上記第1の酸化物超伝導体層上に当該第1の酸
    化物超伝導体層を外部に臨ませる窓を有する絶縁
    層を形成する工程と、 上記第1の酸化物超伝導体層に対する上記絶縁
    層をマスクとせるスパツタリングエツチング処理
    により上記第1の酸化物超伝導体層の上記窓に臨
    む表面側に高抵抗層を形成する工程と、 上記絶縁層上に延長し且上記窓を通じて上記高
    抵抗層に連結延長せるBaPb1-yBiyO3(但し0.05≦
    y≦0.3)でなる第2の酸化物超伝導体層を形成
    する工程とを含む事を特徴とするジヨセフソン素
    子の製法。
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