JPS63276284A

JPS63276284A - 超伝導接合

Info

Publication number: JPS63276284A
Application number: JP62112015A
Authority: JP
Inventors: Yujiro Kato; 加藤　雄二郎; Hidefumi Asano; 秀文浅野; Keiichi Tanabe; 圭一田辺; Shugo Kubo; 衆伍久保; Osamu Michigami; 修道上
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-05-08
Filing date: 1987-05-08
Publication date: 1988-11-14

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、比較的高温で動作が可能な超伝導接合に関す
るものである。

（従来の技術）従来型の超伝導接合は、電極材料にｐｂ金合金Ｎｂある
いはＮｂ化合物を用いている。従来から用いられている
これら材料は、超伝導転移温度がたかだか２０に以下で
あり、超伝導接合は。

液体ヘリウムを用いて冷却しなければ動作できないもの
であった。

従来型の超伝導接合は、トンネルバリアに下地電極を直
接酸化して形成される酸化物や、　Ａｌ、０．、ＭｇＯ
，ＺｒＯ□などの高絶縁性酸化物を用いていた。

このような従来型の超伝導接合の持つ問題点に次のもの
がある。

■　従来型の超伝導接合を用いて、ヒステリシスを示さ
ない電流−電圧特性を実現するには。

接合に並列のシャント抵抗を接続する必要がある。この
とき、シャント抵抗を形成するために作製工程数が増え
るだけでなく、シャント抵抗の抵抗値の制御性の確保お
よび、シャント抵抗と電極とのコンタクトの確保が不可
欠となり。

作製法そのものの難易度が増す。

■　Ｈｅは、高価な資源であるだけでなく、液化するの
に特殊な装置を必要とする。また、液化には大電力を要
する。このため、超伝導接合を用いた電子回路は、その
動作に膨大な運転コストを必要としていた。

■　液体Ｈｅは、熱容量が極めて小さく、冷却能力が小
さいだけでなく、蓄えるのに２重の魔法瓶構造、或はそ
れに匹敵する断熱層を有するコンテナが必要となる。こ
のため、超伝導接合を用いた電子回路は、コンテナの中
に室温で動作する外部機器との間のインターフェイス回
路を持ち込む必要があるが、その導入は断熱層を介して
行わねばならず９回路が極めて複雑になると言う問題が
あった。

■　液体Ｈｅを用いるため、システムが大型になり、移
動が困難である。このため、超伝導接合を用いた電子回
路は、特定の場所でしか使用できなかった。

（問題点を解決するための手段）本発明は、超伝導接合を形成するに際し、下地電極およ
び対向電極に、比較的高い超伝導転移温度（Ｔｃ）を有
する酸化物超伝導体を用い。

トンネルバリアに導電性を有する酸化物を用いる。

具体的には、超伝導接合を形成する電極材料に（Ｍ１＋
−ｘＭ２ｘ）ｙｃｕＯｚ　（０＜　Ｘ　＜　１、ｌ≦Ｙ
≦２．２≦Ｚ≦４、Ｍｌは■族金属（Ｓｃ　ｌ　ｖ　＋
　ｔａ　＊　Ｃｅ　ＩＰｒ、ＮｄｌＰｍ１Ｙｂ、Ｌｕ１
ＢＩＡ１．Ｇａｌ　Ｉｎ、Ｔ１．Ｅｓ）からなる群から
選ばれた一または二基上の元素、Ｍ２は■族金属（Ｂａ
ｔ　Ｍｇｔ　Ｃａｔ　Ｓｒ、　Ｂａｔ　Ｚｎｌ　Ｃｄ、
　Ｈｇｌ　Ｃｆ　）からなる群から選ばれた一または二
基上の元素）からなる酸化物超伝導体を用い、トンネル
バリアに導電性を有するＣｕ０ｘ、ＭｏＯｘ、ＶＯｘの
いずれかを用いる。

（作用）第１図に本発明の超伝導接合の概念断面図を示す。１は
基板、２は下地電極、４は対向電極であり、２及び３は
酸化物超伝導体からなる。

３はトンネルバリアであり導電性を有するＣｕ０ｘ、　
ＭｏＯｘ、　ＶＯｘのいずれかからなる。

２．３の酸化物超伝導材料として２０に以上の温度で完
全に超伝導状態に転移するものを用いるので本接合は２
０に以上の温度で動作が可能になる。

また、トンネルバリアに導電性を有するＣｕ０ｘ、　Ｍ
ｏＯｘ、　ＶＯｘのいずれかを用いるので、バリアのし
きい値が小さくなり、バリアの膜厚に対するジョセフソ
ントンネル電流の制御性が向上する。また、バリアの膜
厚を厚くできるため接合の静電容量を小さくすることが
できる。同時に。

接合の常伝導トンネル抵抗値を絶縁酸化物トンネルバリ
アの抵抗値に比べて１桁程度小さくでき、しかもその制
御も容易になる。このとき。

接合のヒステリシスパラメータ　βＣは９次式％式％ｌｊは接合の最大ジョセフソン電流Ｒｎは接合の常伝導トンネル抵抗値Ｃは接合の静電容量 φ。は磁束量子（２，０７ｘｌＯ−”　Ｗｂ）本発明に
よれば、ＲｎおよびＩｊの制御が容易であり、　Ｒｎお
よびＣが小さくなれば、シャント抵抗を用いることなく
接合の電流・電圧特性がヒステリシスを示さないための
条件βＣ〈ｌを実現するのが容易になる。また、Ｓｃ＜
１であっても、接合の出力電圧Ｉｊ−Ｒｎは従来型の接
合を抵抗体でシャントしたものに比較すると数倍大きく
なる。さらに、電極に酸化物超伝導体を用いるため、こ
れら酸化物バリアとの間で酸素の相互拡散がない。この
ためＣｕ０ｘ＋　ＭｏＯｘ。

ＶＯｘは、経時変化せずしかも磁束をトラップすること
もない。

（実施例）〔実施例１〕酸化物超伝導体と格子整合が可能な酸化物絶縁体基板を
用意して、酸化物超伝導体を電極とし、銅の酸化物Ｃｕ
０ｘをトンネルバリアとする超伝導接合を作製した。

すなわち、予め超伝導接合の下地電極をパターニングす
るためのレジストステンシル（ＡＺ　１４７０）をその
上に形成したＬａ２ＣｕＯ４の多結晶絶縁性基板上に、
　Ｌａ−Ｂａ−Ｃｕ−０ターゲツト（１００ＩＩＩ１１
φ、　５ｍｍ厚）を用いて、　５Ｐａの＾ｒガス中で５
００Ｈの電力を印加して、　ｒｆマグネトロンスパッタ
リングにより、水冷基板上に下地電極用（Ｌａｏ、　Ｊ
ａｏ、　＋）　ｔｃｕＯａ酸化物超伝導薄膜を２００ｎ
ｍの厚さに形成した。つぎに、アセトン中でレジストを
溶解して不用な部分の薄膜を除去して下地電極のパター
ンを形成した。つぎに。

超伝導接合の対向電極をパターニングするためのレジス
トステンシルをＡＺ　１４７０フオトレジストにより形
成した。つぎに、　Ｃｕターゲット（１００ｍｍφ、　
２ｍｍ厚）を用いて、　ｄｃマグネトロンスパッタリン
グ（Ａｒガス圧３Ｐａ、スパッタ電流０、１Ａ）により
、　３ΩｍのＣｕ極薄膜を形成した。

引続き、同一真空中で酸素を２００Ｐａ導入して３０分
間の自然酸化を行って、トンネルバリアを形成した。最
後に、対向電極として（Ｌａｏ、　ｑＢａ６゜＋）　ｚ
ｃｕ０４酸化物超伝導薄膜を下地電極と同一の条件で３
００ｎｏ＋の厚さに形成して、アセトン中でレジストを
溶解して、対向電極をパターニングし、超伝導接合の作
製を終った。

この超伝導接合を小型冷凍器を用いて、冷却し動作温度
を調べたところ、２５に以下の温度でジョセフソン電流
が流れる高温動作超伝導接合であることが確認できた。

また、この超伝導接合のＩＯＫにおける特性は以下の通
りであった。

Ｉｊ　＝　１００μＡ、　Ｊｃ　＝　ＩＫＡ／ｃｍ”、
　（接合面積１０　ａｍ”）Ｒｎ　＝　６Ω、　　　Ｉ
ｊ−Ｒｎ　＝　６００ｕＶＣ＝　０．０５４８ｐＨ。

βｃ　＝　０．６０この実施例から明らかなように、この超伝導接合は、出
力電圧が６００μＶと大きく、シかもシャント抵抗を接
続することなくヒステリシスパラメータが０．６と小さ
く制御できる極めて良好な特性を有する高性能の接合で
あった。

〔実施例２〕（ＺｒＯｚ）　ｏ、　ｂｓ　（ＳｒＯ）　０．３５の（
１００）面単結晶基板を用意して、下地電極をパターニ
ングするためのリフトオフステンシルをＡＺ１４７０フ
ォトレジストにより形成し、　Ｍ−５ｒ−Ｃｕ−０混合
物（Ｍ　：　Ｓｃ。

Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ１Ｎｄ、Ｐ＋ｗ、Ｙｂ１ＬｕｌＢ
、Ａ１１Ｇａｌ　Ｉｎ、ＴＩ、８ｇ）を蒸着原料として
真空蒸着により、　（Ｍ。、　ｔｓｒａ、　ｓ）１．３
ＣｕＯｆｆｉ　（Ｍ　：　Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ
＋Ｎｄ、Ｐｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｂ。

Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、ＴＩ、Ｅｓ）酸化物超伝導薄膜を４
００ｎｍの厚さに堆積し、アセトン中でリフトオフして
パターニングした。つぎに、対向電極をパターニングす
るためのりフトオフステンシルをＡＺＩ４７０レジスト
により形成し、　Ｍｏターゲット（１００ｗｍφ、　４
ａ＋ｍ厚）を用いてｄｃマグネトロンスパッタにより３
Ωｍの厚さに形成（Ａｒ　４Ｐａ、　Ｉ″ｄｃ　＝　０
．１Ａ、　２ｍ１ｎ）Ｌ、　　Ｌかる後、酸素を５００
Ｐａ導入してＭｏＯｘ　　）ンネルバリアを形成し、同
一真空中で、下地電極と同一条件で対向電極酸化物超伝
導薄膜を５５０ｎｒａの厚さに堆積して。

アセトン中でリフトオフして、パターニングして超伝導
接合の作製を終った。

表−１に、これらの接合の特性を示す。表に示す様に、
全ての接合は、　２０に以上の温度で動作する。シャン
ト抵抗不要の高性能の超伝導接合であった。

（以下余白）表−１■属金属を変えた場合の超伝導接合の特性〔実施
例３〕（ＺｒＯｚ）　ｏ、　ｂｓ　（ＭＯＸ）　ｏ、　３ｓの
ランダム配向基板（Ｍ　：　Ｂｅ、Ｍｇ１ＣａｌＳｒ、
Ｂａ１ＺｎｌＣｄ、Ｈｇ、Ｃｆ）を用意して、下地電極
をパターニングするためのリフトオフステンシルをＡＺ
１４７０フォトレジストにより形成し、　Ｙ−Ｍ−Ｃｕ
−０混合物（Ｍ　：　Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ。

Ｓｒ、Ｂａ＋Ｚｎ、Ｃｄ＋）Ｉｇ＋ｃｆ）を蒸着原料と
して真空蒸着により＋　（Ｙｏ−Ｊｏ、ｓ）＋、５ｃｕ
Ｏｓ　（Ｍ　：　Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ。

Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃｆ）酸化物超伝導薄
膜を３００１１の厚さに堆積し、アセトン中でリフトオ
フしてパターニングした。つぎに、対向電極をパターニ
ングするためのリフトオフステンシルをＡＺ１４７０レ
ジストにより形成し、Ｖターゲット（７５ａ＋ｎ＋φ、
２ＩＩＩＩ１１厚）を用いて、　２０ｎｍの厚さにｒｆ
マグネトロンスパッタリングによりＶＯｘ薄膜を形成（
Ａｒ＋２０χ０２ガス圧８Ｐａ＋　ｒｆ電力５０Ｗ）　
Ｌ、同一真空中で対向電極薄膜を下地電極と同一の条件
で３００ｎｍの厚さに形成し、アセトン中でリフトオフ
して、パターニングした。

これらの超伝導接合の性能を表−２に示す。

表から明らかなように２作製した接合は全て高出力でシ
ャント不要の高温動作接合であり、小型冷凍器の使用が
可能なシステム全体を小型化できるものであった。

（発明の効果）以上説明したように９本発明の超伝導接合は。

超伝導接合を形成するに際し、下地電極および対向電極
に高Ｔｃ酸化物超伝導体を用い、トンネルバリアに導電
性を有する酸化物を用いることにより、２０に以上の温
度で動作可能で、シャント抵抗を用いずともヒステリシ
スを示さず。

しかも出力電圧の大きい高性能の高温動作超伝導接合を
提供する。

本発明の超伝導接合は、小型冷凍機の使用が可能である
ため、運転コストが従来型の超伝導接合に比べて格段に
低くなるだけでなく、システムの小型化ができる。また
、システムの移動・設置が容易になるため、電子回路の
応用分野が飛躍的に増加する。液体Ｈｅを用いないため
。

電子回路と外部との間の断熱層は薄く出来る。

このため、電子回路と外部回路とのインターフェイスが
簡略になる。

本発明では１以上の効果により、高性能の高温動作超伝
導接合を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の超伝導接合の概念断面図を示す。１・・・　基板２・・・　下地電極３・・・　トンネルバリア４・・・　対向電極

Claims

【特許請求の範囲】

（１）超伝導体で構成される下地電極、および超伝導体
で構成される対向電極を超伝導体以外の物質で形成され
るトンネルバリアで接続した基本構造を有する超伝導接
合において、下地電極および対向電極が酸化物超伝導体
であり、トンネルバリアがＣｕ、Ｍｏ、Ｖのいずれかの
酸化物であることを特徴とする超伝導接合。
（２）酸化物超伝導体が（Ｍ１＿１＿−＿ｘＭ２＿ｘ）
＿ＹＣｕＯ＿ｚ（０＜Ｘ＜１、１≦Ｙ≦２、２≦Ｚ≦４
、Ｍ１はIII族金属（Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎ
ｄ、Ｐｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、
Ｅｓ）からなる群から選ばれた一または二以上の元素、
Ｍ２はII族金属（Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ
、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｃｆ）からなる群から選ばれた一または
二以上の元素）であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の超伝導接合。