JPS63283179A - Manufacture of jusephson-junction device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は、超電導量子干渉素子、超電導ミクサー、デ
ジタル演算素子等に用いられるジョセフソン接合素子の
製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Field of Industrial Application" The present invention relates to a method of manufacturing a Josephson junction element used in a superconducting quantum interference device, a superconducting mixer, a digital arithmetic device, etc.
「従来の技術」
周知のように、トンネル型のジョセフソン接合素子は、
原理的に、第４図に示すように、サファイア等からなる
基板１上に形成された第１の超電導体層２と、この第１
の超電導体層２上に形成されたバリア層３と、このバリ
ア層３上に形成された第２の超電導体層４とで構成され
ている。“Prior Art” As is well known, tunnel type Josephson junction devices are
In principle, as shown in FIG. 4, a first superconductor layer 2 formed on a substrate 1 made of sapphire or the like;
A barrier layer 3 is formed on a superconductor layer 2, and a second superconductor layer 4 is formed on this barrier layer 3.
上記バリア層３としては、絶縁体、半導体、あるいは常
電導体が用いられている。As the barrier layer 3, an insulator, a semiconductor, or a normal conductor is used.
そして、上記構成のジョセフソン接合素子は、通常、以
下のようにして製造される。The Josephson junction element having the above structure is usually manufactured as follows.
すなわち、バリア層３が絶縁体のものの場合、第１の超
電導体層２の表面に酸化処理を施すことにより酸化物（
絶縁体）からなるバリア層３を形成し、このバリア層３
上に第２の超電導体層４を形成することにより製造され
る。That is, when the barrier layer 3 is an insulator, oxidation treatment is performed on the surface of the first superconductor layer 2 to form an oxide (
A barrier layer 3 made of an insulator) is formed, and this barrier layer 3
It is manufactured by forming a second superconductor layer 4 thereon.
また、バリア層３が半導体あるいは常電導体のものの場
合、第１の超電導体層２上に蒸着あるいはスパッタリン
グにより、半導体あるいは常電導体からなるバリア層３
を形成し、このバリア層３上に第２の超電導体層４を形
成することにより製造される。In addition, when the barrier layer 3 is made of a semiconductor or a normal conductor, the barrier layer 3 made of a semiconductor or a normal conductor is deposited on the first superconductor layer 2 by vapor deposition or sputtering.
It is manufactured by forming a second superconductor layer 4 on this barrier layer 3.
「発明が解決しようとする問題点」
ところで、上記ジョセフソン接合素子の製造方法では、
バリア層３が酸化物（絶縁体）の場合、酸化速度が、酸
化雰囲気中の酸素分圧、温度、共存ガス等によって大き
く影響されるため、バリア層３の厚さく膜厚）の制御が
困難であり、さらにバリア層３の成分特性が、第１の超
電導体層２の表面の清浄度に影響されることもあり、こ
のため均一な素子特性を持つジョセフソン接合素子を得
難いという問題があった。"Problems to be Solved by the Invention" By the way, in the method for manufacturing the Josephson junction element,
When the barrier layer 3 is an oxide (insulator), the oxidation rate is greatly affected by the oxygen partial pressure in the oxidizing atmosphere, temperature, coexisting gas, etc., so it is difficult to control the thickness of the barrier layer 3. Furthermore, the component characteristics of the barrier layer 3 may be affected by the cleanliness of the surface of the first superconductor layer 2, which poses the problem that it is difficult to obtain a Josephson junction device with uniform device characteristics. Ta.
また、バリア層３が半導体あるいは常電導体の場合、蒸
着あるいはスパッタリングによりバリア層３を形成して
いるので、バリア層３が第５図に示すような不規則な島
状構造になり易い。したがって、バリア層３にピンホー
ルが発生し、このため均一な素子特性を持つジョセフソ
ン接合素子を得難いという問題があった。さらに、第１
１第２の超電導体層２，４とバリア層３との熱膨張率が
異なるため、ヒートサイクルにより歪が生じ、このため
素子特性が劣化するという問題があった。Further, when the barrier layer 3 is a semiconductor or a normal conductor, the barrier layer 3 is formed by vapor deposition or sputtering, and therefore the barrier layer 3 tends to have an irregular island-like structure as shown in FIG. Therefore, pinholes are generated in the barrier layer 3, making it difficult to obtain a Josephson junction device with uniform device characteristics. Furthermore, the first
1. Since the second superconductor layers 2 and 4 and the barrier layer 3 have different coefficients of thermal expansion, there is a problem in that distortion occurs due to heat cycling, resulting in deterioration of device characteristics.
「発明の目的」
この発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、均
一でかつ優れた素子特性を持つジョセフソン接合素子の
製造方法を提供することを目的としている。[Object of the Invention] The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a Josephson junction device having uniform and excellent device characteristics.
「問題点を解決するための手段」
この発明のジョセフソン接合素子の製造方法は、基板上
に形成された第１の超電導体層の表面部にイオンを注入
するごとにより、同表面部にバリア層を形成し、次いで
このバリア層上に第２の超電導体層を形成することを特
徴としている。"Means for Solving the Problems" The method for manufacturing a Josephson junction element of the present invention is such that each time ions are implanted into the surface of the first superconductor layer formed on the substrate, a barrier is formed on the surface of the first superconductor layer. layer, and then forming a second superconductor layer on this barrier layer.
「実施例」
第１図ないし第３図はこの発明をＮｂ系のジョセフソン
接合素子の製造方法に適用した一例を説明するためのも
のであり、この系のジョセフソン接合素子を製造するに
は、まず、石英ガラス等からなる基板ＩＯ上に、Ｎｂか
らなる第１の超電導体層（厚さ＝０．２μｘ）１２を高
周波マグネトロンスパッタ法により形成する。このとき
の条件は以下の通りである。``Example'' Figures 1 to 3 are for explaining an example in which the present invention is applied to a method for manufacturing a Nb-based Josephson junction element. First, a first superconductor layer (thickness=0.2 μx) 12 made of Nb is formed on a substrate IO made of quartz glass or the like by high-frequency magnetron sputtering. The conditions at this time are as follows.
雰囲気：Ａｒガス、 圧カニ６．７ Ｘ １０−’Ｐａ
。Atmosphere: Ar gas, pressure crab 6.7 x 10-'Pa
.
高周波型カニ３００Ｗ、 基板温度：３００℃次に、
第２図に示すように、第１の超電導体層１２の表面部に
、Ｆｅ＋イオンをイオン注入装置を用いて注入すること
により、同表面部に厚さ００３μ肩のバリア層１３を形
成する。このときの条件は以下の通りである。High frequency crab 300W, substrate temperature: 300℃, then
As shown in FIG. 2, by implanting Fe+ ions into the surface of the first superconductor layer 12 using an ion implantation device, a barrier layer 13 having a thickness of 003 μm is formed on the same surface. The conditions at this time are as follows.
イオン加速電圧：６０ＫＶ。Ion acceleration voltage: 60KV.
ドーズ量（Ｆｅ＋の量）： １ ｘ １０ ” １ｏｎ
ｓ／ ａｘ″、イオン電流値：２０〜３０μＡ１
試料室の真空度：２ Ｘ １０−’Ｐａこのようにして
形成されたバリア層１３の厚さの制御はイオン加速電圧
を制御することにより行われる。Dose amount (amount of Fe+): 1 x 10” 1on
s/ax'', ion current value: 20 to 30 μA1 Sample chamber vacuum level: 2 x 10-'Pa The thickness of the barrier layer 13 thus formed is controlled by controlling the ion acceleration voltage. .
ここで、バリア層１３の深さく厚さ）方向におけるＦｅ
原子とＮｂ原子の分布比を、ＡＥＳ（オージェ電子分光
法）により測定した結果を第３図に示す。Here, Fe in the depth (thickness) direction of the barrier layer 13
FIG. 3 shows the results of measuring the distribution ratio of atoms and Nb atoms by AES (Auger electron spectroscopy).
この測定法は、バリア層１３にスパッタリングにより加
速イオンを衝突させて、その時に叩きだされたＦｅ原子
とＮｂ原子の量をスパッタ時間に対応させて測定するこ
とによ・すＦｅ原子とＮｂ原子の分布比を求めるもので
ある。なお、第３図において、縦軸はＦｅ原子とＮｂ原
子との分布比、横軸はスパッタ時間である。This measurement method involves bombarding the barrier layer 13 with accelerated ions by sputtering and measuring the amount of Fe atoms and Nb atoms ejected at that time in correspondence with the sputtering time. This is to find the distribution ratio of . In FIG. 3, the vertical axis represents the distribution ratio of Fe atoms and Nb atoms, and the horizontal axis represents the sputtering time.
次に、第１図に示すように、上記バリア層１３の表面中
央部以外の部分にフォトリソグラフィによりマスキング
を施して、上記第１の超電導体層１２を形成したときと
同条件でスパッタリングを行うことにより、バリア層１
３の表面中央部に第２の超電導体層１４（厚さ２０．２
８度）を形成する上記ジョセフソン接合素子の製造方法
によれば、第１の超電導体層１２表面部にＦｅ＋イオン
を注入することにより、同表面部にバリア層１３を形成
したので、イオン加速電圧を制御することにより容易に
バリア層１３の厚さを制御することができ、しかも従来
のようなバリア層３が不規則な島状構造になることに起
因するバリア層３へのピンホールの発生を防止すること
ができる。したがって、均一な素子特性を持つジぢセフ
ソン接合素子を得ることができる。Next, as shown in FIG. 1, parts other than the center of the surface of the barrier layer 13 are masked by photolithography, and sputtering is performed under the same conditions as when forming the first superconductor layer 12. By this, barrier layer 1
A second superconductor layer 14 (thickness 20.2
According to the above method for manufacturing a Josephson junction device that forms an angle of 8 degrees, Fe + ions are implanted into the surface of the first superconductor layer 12 to form the barrier layer 13 on the same surface, so that ion acceleration is The thickness of the barrier layer 13 can be easily controlled by controlling the voltage, and pinholes in the barrier layer 3 caused by the conventional barrier layer 3 having an irregular island-like structure can be easily controlled. Occurrence can be prevented. Therefore, a di-Sephson junction device with uniform device characteristics can be obtained.
また、バリア層１３の成分特性は、第１の超電導体層１
２の表面の清浄度にあまり影響されないので、この点に
おいても均一な素子、特性を持つジョセフソン接合素子
を得ることができると共に、ジョセフソン接合素子の歩
留まりの向上が期待できる。Further, the component characteristics of the barrier layer 13 are the same as those of the first superconductor layer 1.
Since it is not greatly affected by the cleanliness of the surface of 2, it is possible to obtain a Josephson junction element with uniform elements and characteristics in this respect as well, and it is expected that the yield of Josephson junction elements will be improved.
さらに、第１の超電導体層１２にＦｅ＋イオンを注入す
ることによりバリア層１３を形成したので、第１の超電
導体層１２とバリア層１３との結合が強固である。した
がって、ヒートサイクルにより歪が生じにくく、よって
素子特性の劣化を防止することができる。Furthermore, since the barrier layer 13 is formed by implanting Fe+ ions into the first superconductor layer 12, the bond between the first superconductor layer 12 and the barrier layer 13 is strong. Therefore, distortion is less likely to occur due to heat cycles, thereby preventing deterioration of device characteristics.
なお、上記実施例では、第１の超電導体層１２に注入す
るイオンとしてＦｅ＋イオンを用いたが、これに限るこ
となく、Ｎ“、Ａｒ１等のガスイオン、あるいはＧａ“
、Ｃｕ”等の金属イオンを用いてもよい。In the above embodiment, Fe+ ions were used as the ions to be implanted into the first superconductor layer 12, but the present invention is not limited to this, and gas ions such as N", Ar1, etc., or Ga"
, Cu'' or other metal ions may also be used.
また、上記実施例では、この発明をＮｂ系のジョセフソ
ン接合素子の製造方法について適用したが、Ａ −Ｂ
−Ｃｕ−０系（ＡはＬａ、Ｙ、Ｓｃ、Ｙｂ等のＩＩＩａ
族元素、ＢはＳｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属）等の酸
化物系のものについて適用してもよい。In addition, in the above embodiment, the present invention was applied to a method for manufacturing an Nb-based Josephson junction element, but A-B
-Cu-0 series (A is IIIa such as La, Y, Sc, Yb, etc.)
The present invention may be applied to oxide-based elements such as group elements (B is an alkaline earth metal such as Sr and Ba).
「発明の効果」
以上説明したように、この発明のジョセフソン接合素子
の製造方法によれば、第１の超電導体層表面部にイオン
を注入することにより、同表面部にバリア層を形成した
ので、イオン加速電圧を制御することにより容易にバリ
ア層の厚さを制御することができ、しかも従来のような
バリア層が不規則な島状構造になることに起因するバリ
ア層へのピンホールの発生を防止することができる。し
たがって、均一な素子特性を持つジョセフソン接合素子
を得ることができる。"Effects of the Invention" As explained above, according to the method for manufacturing a Josephson junction device of the present invention, by implanting ions into the surface of the first superconductor layer, a barrier layer is formed on the surface of the first superconductor layer. Therefore, the thickness of the barrier layer can be easily controlled by controlling the ion accelerating voltage, and pinholes in the barrier layer caused by the conventional barrier layer having an irregular island structure can be avoided. can be prevented from occurring. Therefore, a Josephson junction device with uniform device characteristics can be obtained.
また、バリア層の成分特性は、第１の超電導体層の表面
の清浄度にあまり影響されないので、この点においても
均一な素子特性を持つジョセフソン接合素子を得ること
ができると共に、ジョセフソン接合素子の歩留まりの向
上が期待できる。In addition, since the component characteristics of the barrier layer are not significantly affected by the cleanliness of the surface of the first superconductor layer, it is possible to obtain a Josephson junction device with uniform device characteristics in this respect as well. It is expected that the yield of devices will improve.
さらに、第１の超電導体層にイオンを注入することによ
りバリア層を形成したので、第１の超電導体層とバリア
層との結合が強固である。したがって、ヒートサイクル
により歪が生じに＜＜、よって素子特性の劣化を防止す
ることができる。Furthermore, since the barrier layer is formed by implanting ions into the first superconductor layer, the bond between the first superconductor layer and the barrier layer is strong. Therefore, distortion occurs due to heat cycles, and deterioration of device characteristics can therefore be prevented.
第１図ないし第３図はこの発明の一実施例を示すもので
あり、第１図はジョセフソン接合素子の断面図、第２図
は第１の超電導体層にイオンを注入した状態を示す断面
図、第３図はバリア層の深さく厚さ）方向におけるＦｅ
原子とＮｂ原子の分布比を示す表、第４図および第５図
は従来のジョセフソン接合素子を示すものであり、第４
図はジョセフソン接合素子の断面図、第５図は島状構造
のバリア層を示す断面図である。
ＩＯ・・・・・基板、１２・・・・・・第１の超電導体
層、１３・・・・・・バリア層、Ｉ４・・・・・・第２
の超電導体層。Figures 1 to 3 show an embodiment of the present invention, with Figure 1 being a cross-sectional view of a Josephson junction element, and Figure 2 showing a state in which ions have been implanted into the first superconductor layer. A cross-sectional view, Fig. 3 shows Fe in the depth and thickness direction of the barrier layer.
Tables showing the distribution ratios of atoms and Nb atoms, FIGS. 4 and 5, show conventional Josephson junction elements.
The figure is a cross-sectional view of a Josephson junction element, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing a barrier layer having an island-like structure. IO...Substrate, 12...First superconductor layer, 13...Barrier layer, I4...Second
superconductor layer.
Claims (1)
を注入することにより、同表面部にバリア層を形成し、
次いでこのバリア層上に第２の超電導体層を形成するこ
とを特徴とするジョセフソン接合素子の製造方法。Forming a barrier layer on the surface of the first superconductor layer formed on the substrate by implanting ions into the surface of the first superconductor layer,
A method for manufacturing a Josephson junction device, comprising: then forming a second superconductor layer on the barrier layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62118627A JPS63283179A (en) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | Manufacture of jusephson-junction device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62118627A JPS63283179A (en) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | Manufacture of jusephson-junction device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63283179A true JPS63283179A (en) | 1988-11-21 |
Family
ID=14741213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62118627A Pending JPS63283179A (en) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | Manufacture of jusephson-junction device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63283179A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0269981A (en) * | 1988-09-05 | 1990-03-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Josephson device and manufacture of it |
| JPH02298086A (en) * | 1989-05-12 | 1990-12-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of superconductive device |
-
1987
- 1987-05-15 JP JP62118627A patent/JPS63283179A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0269981A (en) * | 1988-09-05 | 1990-03-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Josephson device and manufacture of it |
| JPH02298086A (en) * | 1989-05-12 | 1990-12-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of superconductive device |
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