JPS63306676A - ジョセフソン素子 - Google Patents
ジョセフソン素子Info
- Publication number
- JPS63306676A JPS63306676A JP62142631A JP14263187A JPS63306676A JP S63306676 A JPS63306676 A JP S63306676A JP 62142631 A JP62142631 A JP 62142631A JP 14263187 A JP14263187 A JP 14263187A JP S63306676 A JPS63306676 A JP S63306676A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- josephson
- single crystal
- metal oxide
- superconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims abstract description 34
- 150000001875 compounds Chemical group 0.000 claims abstract description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 14
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 8
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 7
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910002480 Cu-O Inorganic materials 0.000 claims 1
- RGZQGGVFIISIHZ-UHFFFAOYSA-N strontium titanium Chemical compound [Ti].[Sr] RGZQGGVFIISIHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 abstract 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 22
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 19
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 12
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 10
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 150000002603 lanthanum Chemical class 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 241000238366 Cephalopoda Species 0.000 description 1
- 229910000750 Niobium-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CFJRGWXELQQLSA-UHFFFAOYSA-N azanylidyneniobium Chemical compound [Nb]#N CFJRGWXELQQLSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- RTRWPDUMRZBWHZ-UHFFFAOYSA-N germanium niobium Chemical compound [Ge].[Nb] RTRWPDUMRZBWHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N strontium titanate Chemical compound [Sr+2].[O-][Ti]([O-])=O VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/12—Josephson-effect devices
- H10N60/124—Josephson-effect devices comprising high-Tc ceramic materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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
本発明は超電導体を用いたジョセフソン素子に関するも
のである。特に化合物薄膜超電導体を用いたジョセフソ
ン素子に関するものである。
のである。特に化合物薄膜超電導体を用いたジョセフソ
ン素子に関するものである。
従来の技術
高温超電導体として、A15型2元系化合物として窒化
ニオブ(NbN)やゲルマニウムニオブ(N b s
G e )などが知られていた。またこれらの材料を用
いたジョセフソン素子も数多く研究されてきた。これら
の材料の超電導転移温度はたかだか24°にであった。
ニオブ(NbN)やゲルマニウムニオブ(N b s
G e )などが知られていた。またこれらの材料を用
いたジョセフソン素子も数多く研究されてきた。これら
の材料の超電導転移温度はたかだか24°にであった。
一方、ペロブスカイト系3元化合物は、さらに高い転移
温度が期待され、Ba−La−Cu−0系の高温超電導
体が提案された[ J、 G、 Bendorz
and K、A、Muller、 ツァイト シュリ
フト フェア フィジーク(Zetshrift r
lphysik B)−Condensed Matt
er 64.189−193(1986) ]。
温度が期待され、Ba−La−Cu−0系の高温超電導
体が提案された[ J、 G、 Bendorz
and K、A、Muller、 ツァイト シュリ
フト フェア フィジーク(Zetshrift r
lphysik B)−Condensed Matt
er 64.189−193(1986) ]。
さらに、Y−Ba−Cu−0系がより高温の超電導体で
あることが最近提案された。[M、 K、 Wu等、フ
ィジカルレビュー レターズ(Physical Re
view Latters) Vol、58. No9
.908−910 (1987)]]Y−Ba−Cu−
0の材料の超電導機構の詳細は明らかではないが、転移
温度が液体窒素温度以上に高(なる可能性があり、高温
超電導体として従来の2元系化合物より、より有望な特
性が期待される。
あることが最近提案された。[M、 K、 Wu等、フ
ィジカルレビュー レターズ(Physical Re
view Latters) Vol、58. No9
.908−910 (1987)]]Y−Ba−Cu−
0の材料の超電導機構の詳細は明らかではないが、転移
温度が液体窒素温度以上に高(なる可能性があり、高温
超電導体として従来の2元系化合物より、より有望な特
性が期待される。
しかしながら、Y−Ba−Cu−0系の材料は、現在の
技術では焼結という過程でしか形成できないため、セラ
ミックの粉末あるいはブロックの形状でしか得られない
。一方、この種の材料を実用化する場合、薄膜化が強(
要望されているが、従来の技術では、非常に困難である
。まして、この種の材料を用いたジョセフソン素子の実
現は非常に困難とされている。
技術では焼結という過程でしか形成できないため、セラ
ミックの粉末あるいはブロックの形状でしか得られない
。一方、この種の材料を実用化する場合、薄膜化が強(
要望されているが、従来の技術では、非常に困難である
。まして、この種の材料を用いたジョセフソン素子の実
現は非常に困難とされている。
本発明者らは、この種の材料を例えばスパッタリング法
等の薄膜化手法を用いると、薄膜状の高温超電導体が形
成されることを発見し、これにもとづいて新規なジョセ
フソン素子の構成を発明した。
等の薄膜化手法を用いると、薄膜状の高温超電導体が形
成されることを発見し、これにもとづいて新規なジョセ
フソン素子の構成を発明した。
問題点を解決するための手段
本発明のジョセフソン素子は、結晶性基体上に少なくと
もA、B、Cuを含む酸化物で、元素比が の3元化合物被膜を付着させた超電導体電極より構成さ
れたことを特徴としている。ここにAはSc、Yおよび
ランタン系列元素(原子番号57−71)のうちすくな
くとも一種、BはBa、Sr。
もA、B、Cuを含む酸化物で、元素比が の3元化合物被膜を付着させた超電導体電極より構成さ
れたことを特徴としている。ここにAはSc、Yおよび
ランタン系列元素(原子番号57−71)のうちすくな
くとも一種、BはBa、Sr。
Ca、Bes MgなどIla族元素のうちの少なくと
も一種の元素を示す。そして、ジョセフソン素子の接合
層を、超電導体電極とは異なる組成比とした超電導転移
をしない層あるいは臨界電流の少ない層より構成するこ
とにより、製作性に優れたジョセフソン素子を提供さす
るものである。
も一種の元素を示す。そして、ジョセフソン素子の接合
層を、超電導体電極とは異なる組成比とした超電導転移
をしない層あるいは臨界電流の少ない層より構成するこ
とにより、製作性に優れたジョセフソン素子を提供さす
るものである。
作用
本発明にかかるジョセフソン素子は、金属酸化物超電導
体を薄膜化しているため、従来の焼結体に比べて本質的
に均質な超電導体を用いていること、かつ、その組成比
を変えることにより、接合層を超電導体にならない層あ
るいは臨界電流の小さな超電導体層とすることが出来る
ため、非常に高精度なジョセフソン素子が実現される。
体を薄膜化しているため、従来の焼結体に比べて本質的
に均質な超電導体を用いていること、かつ、その組成比
を変えることにより、接合層を超電導体にならない層あ
るいは臨界電流の小さな超電導体層とすることが出来る
ため、非常に高精度なジョセフソン素子が実現される。
実施例
本発明を図面とともに説明する。
第1図および第2図は本発明のジョセフソン素子の第1
の実施例を示す斜視図および側面図である。基体11の
表面12上に、3元化合物被膜13.14を例えばスパ
ッタリング法で形成しである。また被膜13.14の間
には、接合層15を形成しである。接合層15の金属金
属濃度比は、被!l!113.14のとは変えである。
の実施例を示す斜視図および側面図である。基体11の
表面12上に、3元化合物被膜13.14を例えばスパ
ッタリング法で形成しである。また被膜13.14の間
には、接合層15を形成しである。接合層15の金属金
属濃度比は、被!l!113.14のとは変えである。
このために接合層15は、被膜13.14が超電導(S
)を示す温度においても超電導を示さないが、臨界電流
の小さな超電導体となる。従って、被膜13(S)、接
合層15と被膜14(So)とで構成されるトンネル形
あるいは、弱結合形のジョセフソン接合を実現しその特
性を確認した。第3図は接合の幅方向を1μm程度にせ
ばめ、単一のトンネル形ジョセフソン素子を作製した時
の電流・電圧特性を示す。同図にみられる様なジョセフ
ソン電流と、準粒子トンネル電流が観測された。また第
4図の様な、電流・電圧特性を示す弱結合ジョセフソン
素子も作製できた。この場合には、素子の幅方向は50
μmで、接合層15が、部分的に超電導状態となって、
臨界電流が被膜13.14よりも小さくなり、弱結合マ
イクロブリッジの集合体の様な特性を示しているものと
思われる。
)を示す温度においても超電導を示さないが、臨界電流
の小さな超電導体となる。従って、被膜13(S)、接
合層15と被膜14(So)とで構成されるトンネル形
あるいは、弱結合形のジョセフソン接合を実現しその特
性を確認した。第3図は接合の幅方向を1μm程度にせ
ばめ、単一のトンネル形ジョセフソン素子を作製した時
の電流・電圧特性を示す。同図にみられる様なジョセフ
ソン電流と、準粒子トンネル電流が観測された。また第
4図の様な、電流・電圧特性を示す弱結合ジョセフソン
素子も作製できた。この場合には、素子の幅方向は50
μmで、接合層15が、部分的に超電導状態となって、
臨界電流が被膜13.14よりも小さくなり、弱結合マ
イクロブリッジの集合体の様な特性を示しているものと
思われる。
第1図および第2図において、基体11は、超電導を示
す3元化合物被膜13.14の保持を目的としている。
す3元化合物被膜13.14の保持を目的としている。
この被膜13.14は通常数100℃の高温で形成し、
超電導を例えば液体窒素温度(−195℃)の低温で動
作させるため、特に基体11と被膜13.14の密着性
が悪(なり、しばしば被膜13.14が破損されること
を本発明者らは確認した。さらに本発明者らは、詳細な
基体の熱的特性を各種の材質について調べた結果、基体
の線熱膨張係数α> 10−”仁であれば、上記被膜の
破損がなく、実用されることを確認した。
超電導を例えば液体窒素温度(−195℃)の低温で動
作させるため、特に基体11と被膜13.14の密着性
が悪(なり、しばしば被膜13.14が破損されること
を本発明者らは確認した。さらに本発明者らは、詳細な
基体の熱的特性を各種の材質について調べた結果、基体
の線熱膨張係数α> 10−”仁であれば、上記被膜の
破損がなく、実用されることを確認した。
例えばα< 10−”eの石英ガラスを基体に用いると
、被膜13.14は無数の亀裂が入り不連続な被膜とな
り、実用に供しに(いことを本発明者らは確認した。
、被膜13.14は無数の亀裂が入り不連続な被膜とな
り、実用に供しに(いことを本発明者らは確認した。
さらに1本発明者らは、第1図の基体11に機能性から
見て、最適の材料があることを見い出した。
見て、最適の材料があることを見い出した。
すなわち、結晶性の高い3元化合物被膜13゜14を基
体11の表面12に形成させるためには、単結晶の基体
が有効である。本発明者らは3元化合物被膜の超電導体
として有効な基体材料を調べた結果、基体として、酸化
マグネシウム、サファイア(α−AI203)、スピネ
ル、チタン酸ストロンチウム、シリコン、ガリウム砒素
等の単結晶が有効であることを確認した。もっとも、こ
れは表面12に効果的に結晶性の高い被膜13゜14を
成長させるためのものであるから、少なくとも基体表面
12が単結晶であればよい。
体11の表面12に形成させるためには、単結晶の基体
が有効である。本発明者らは3元化合物被膜の超電導体
として有効な基体材料を調べた結果、基体として、酸化
マグネシウム、サファイア(α−AI203)、スピネ
ル、チタン酸ストロンチウム、シリコン、ガリウム砒素
等の単結晶が有効であることを確認した。もっとも、こ
れは表面12に効果的に結晶性の高い被膜13゜14を
成長させるためのものであるから、少なくとも基体表面
12が単結晶であればよい。
本発明の超電導体A−B−Cリー0は結晶構造や組成式
がまだ明確には決定されていないが、酸素欠損ペロブス
カイト(A、B) 3c’u30v−δともいわれてい
る。本発明者等は作製された被膜において元素比率が第
5図に示す様に、 の範囲であれば、臨界温度に多少の差があっても超電導
現象が見出されることを確認した。単結晶基体に基体温
度をエピタキシャル温度以上にあげて、単結晶被膜の超
電導材料を形成し得るが、基体温度を高めると正方晶へ
ロブスカイト構造が生成し易く、再現性よく超電導体が
得られない場合が多い。したがって、本発明の実施例に
述べたごとく、基体温度はむしろ低い範囲に選びアモル
ファスないしは微結晶構造の複合化合物被膜を形成した
後、熱処理により結晶化する方が再現性よく超電導体が
得られることを本発明者らは実験的にN認した。
がまだ明確には決定されていないが、酸素欠損ペロブス
カイト(A、B) 3c’u30v−δともいわれてい
る。本発明者等は作製された被膜において元素比率が第
5図に示す様に、 の範囲であれば、臨界温度に多少の差があっても超電導
現象が見出されることを確認した。単結晶基体に基体温
度をエピタキシャル温度以上にあげて、単結晶被膜の超
電導材料を形成し得るが、基体温度を高めると正方晶へ
ロブスカイト構造が生成し易く、再現性よく超電導体が
得られない場合が多い。したがって、本発明の実施例に
述べたごとく、基体温度はむしろ低い範囲に選びアモル
ファスないしは微結晶構造の複合化合物被膜を形成した
後、熱処理により結晶化する方が再現性よく超電導体が
得られることを本発明者らは実験的にN認した。
この場合、単結晶構造の基体は、熱処理過程において被
膜の固相エピタキシャル成長を助は有効である。なお、
超電導被膜の結晶性が特に要求されない場合(急峻な超
電導転位が不要の時)は、多結晶の磁器基体が有効であ
る。
膜の固相エピタキシャル成長を助は有効である。なお、
超電導被膜の結晶性が特に要求されない場合(急峻な超
電導転位が不要の時)は、多結晶の磁器基体が有効であ
る。
本発明者らはこの種の結晶性基体についてさらに詳細に
有効性を調べた結果、この種の結晶性基体の結晶方位に
ついても、最適方位があることを見い出した。すなわち
、サファイア単結晶を基体に用いた場合、R面上には例
えば(100)Si薄膜をヘテロエピタキシャル成長さ
せ、本発明の超電導体被膜をSO8構造シリコンデバイ
スに集積化し得ることを本発明者は確認した。同様に0
面およびa面サファイアでは(111)Si薄膜をヘテ
ロエピタキシアル成長させ、これらのSO3構成シリコ
ンデバイスと集積化させ得ることを本発明者らは確認し
た。
有効性を調べた結果、この種の結晶性基体の結晶方位に
ついても、最適方位があることを見い出した。すなわち
、サファイア単結晶を基体に用いた場合、R面上には例
えば(100)Si薄膜をヘテロエピタキシャル成長さ
せ、本発明の超電導体被膜をSO8構造シリコンデバイ
スに集積化し得ることを本発明者は確認した。同様に0
面およびa面サファイアでは(111)Si薄膜をヘテ
ロエピタキシアル成長させ、これらのSO3構成シリコ
ンデバイスと集積化させ得ることを本発明者らは確認し
た。
さらに、C面すファイア単結晶基体では、(111)G
aAs薄膜、(001)GaN薄膜、(111)GaP
l膜などの■−v族半導体薄膜を基体上にヘテロエピタ
キシャル成長させ、m−V族半導体デバイスと本発明の
層状構造の超電導体とが集積化されることを本発明者ら
は確認した。これは例えば超高速GaAsデバイスの配
線としても本発明の超電導体の実用されることを示す。
aAs薄膜、(001)GaN薄膜、(111)GaP
l膜などの■−v族半導体薄膜を基体上にヘテロエピタ
キシャル成長させ、m−V族半導体デバイスと本発明の
層状構造の超電導体とが集積化されることを本発明者ら
は確認した。これは例えば超高速GaAsデバイスの配
線としても本発明の超電導体の実用されることを示す。
さらに、スピネル単結晶基体では(100)面スピネル
を用い、(100)Si薄膜あるいは(111)GaA
s薄膜が基体表面にヘテロエピタキシャル成長させ、サ
ファイア単結晶基体と同様に、これらSiあるいはGa
Asデバイスと本発明の超電導体と集積化できることを
本発明者らは確認した。
を用い、(100)Si薄膜あるいは(111)GaA
s薄膜が基体表面にヘテロエピタキシャル成長させ、サ
ファイア単結晶基体と同様に、これらSiあるいはGa
Asデバイスと本発明の超電導体と集積化できることを
本発明者らは確認した。
同様に(110)面スピネルを基体に用い、(110)
Si薄膜および(100)GaAs薄膜を基体表面にヘ
テロエピタキシャル成長させ、これらのSiおよびGa
Asデバイスと集積化できることを本発明者らは確認し
た。さらに、チタン酸トスロンチュウム単結晶基体の場
合、(100)面を基体に用いると、成長させた超電導
被膜の結晶性が非常に優れていることを本発明者らは発
見した。
Si薄膜および(100)GaAs薄膜を基体表面にヘ
テロエピタキシャル成長させ、これらのSiおよびGa
Asデバイスと集積化できることを本発明者らは確認し
た。さらに、チタン酸トスロンチュウム単結晶基体の場
合、(100)面を基体に用いると、成長させた超電導
被膜の結晶性が非常に優れていることを本発明者らは発
見した。
以下本発明の内容をさらに深(理解させるために、さら
に具体的な具体実施例を示す。
に具体的な具体実施例を示す。
(具体実施例)
サファイア単結晶R面を基体11として用い、焼結した
YBa2CusOv−aターゲットの高周波プレナーマ
グネトロンスパッタにより、被膜13.14を付着させ
た。この場合、Arガスの圧力は0.5Pa、スパッタ
リング電力150W、スパッタリング時間約40分、被
膜の膜厚0.5μ−1基体温度250℃であった。基体
11上にステンレスのマスクをのせて、スパッタを行い
、被膜13のパターン形成を膜の堆積と同時に行った、
その後、被膜14のパターン用のステンレスマスクを基
体11上にのせて、Cuを真空蒸着法により接合層15
を約10μm堆積させた後、再びスパッタにより被膜1
4を約0.5μm堆積させた。その後900℃で約2時
間、酸素雰囲気中で熱処理徐冷した。
YBa2CusOv−aターゲットの高周波プレナーマ
グネトロンスパッタにより、被膜13.14を付着させ
た。この場合、Arガスの圧力は0.5Pa、スパッタ
リング電力150W、スパッタリング時間約40分、被
膜の膜厚0.5μ−1基体温度250℃であった。基体
11上にステンレスのマスクをのせて、スパッタを行い
、被膜13のパターン形成を膜の堆積と同時に行った、
その後、被膜14のパターン用のステンレスマスクを基
体11上にのせて、Cuを真空蒸着法により接合層15
を約10μm堆積させた後、再びスパッタにより被膜1
4を約0.5μm堆積させた。その後900℃で約2時
間、酸素雰囲気中で熱処理徐冷した。
被膜13.14の室温抵抗率は10mΩcm、超電導転
移温度90″にであった。接合層15が超電導転移する
か否かの同定は困難であったが接合層15をはさむ被1
]W13,14間で、ジョセフソン接合が形成されてい
ることを確認した。その特性は、本実施例で前述した様
に第3図や第4図のものが得られた。また、接合層15
に10GH°2程度のマイクロ波を照射した時、電流を
増減させると、約20μV程度の階段電圧変化、いわゆ
るシャピロ(Shapiro)ステップを観測した。こ
れらのことからジョセフソン素子が形成されていること
が確認できた。第4図の場合は、被膜13.14のみで
も同様な形状の電流電圧特性を示すが、超電導電流の値
は、接合層15を介した場合の2〜3桁大きな値を示し
ており、接合層15において、部分的にジョセフソン接
合が複数個形成されているものと思われるが、実用上は
問題なく使用できる。
移温度90″にであった。接合層15が超電導転移する
か否かの同定は困難であったが接合層15をはさむ被1
]W13,14間で、ジョセフソン接合が形成されてい
ることを確認した。その特性は、本実施例で前述した様
に第3図や第4図のものが得られた。また、接合層15
に10GH°2程度のマイクロ波を照射した時、電流を
増減させると、約20μV程度の階段電圧変化、いわゆ
るシャピロ(Shapiro)ステップを観測した。こ
れらのことからジョセフソン素子が形成されていること
が確認できた。第4図の場合は、被膜13.14のみで
も同様な形状の電流電圧特性を示すが、超電導電流の値
は、接合層15を介した場合の2〜3桁大きな値を示し
ており、接合層15において、部分的にジョセフソン接
合が複数個形成されているものと思われるが、実用上は
問題なく使用できる。
また、接合層15において、Cuを蒸着した例を示した
が、その後の3元化合物被11114の堆積と熱処理に
より、Cu元素の割合の多い(第5図の非超電導領域1
7) Y−Ba−Cu−0111が形成されていること
を確認している。本実施例において、接合層15にCu
元素割合が多い例を示したが、YやBa元素の割合の多
い組成のY−Ba−Cu−0膜(第5図の非超電導領域
18)においても同様に、ジョセフソン素子が形成され
ていることを確認している。
が、その後の3元化合物被11114の堆積と熱処理に
より、Cu元素の割合の多い(第5図の非超電導領域1
7) Y−Ba−Cu−0111が形成されていること
を確認している。本実施例において、接合層15にCu
元素割合が多い例を示したが、YやBa元素の割合の多
い組成のY−Ba−Cu−0膜(第5図の非超電導領域
18)においても同様に、ジョセフソン素子が形成され
ていることを確認している。
この場合には、非超電導領域18の組成のY−Ba−C
u−0膜は、絶縁体や半導体特性を示すことが多いこと
を確認している。
u−0膜は、絶縁体や半導体特性を示すことが多いこと
を確認している。
この種の3元化合物超電導体(A、B)sCusO?
−aの構成元素AおよびBの変化による超電導特性の変
化の詳細は明らかではない。ただAは、3価、Bは2価
を示しているのは事実ではある。
−aの構成元素AおよびBの変化による超電導特性の変
化の詳細は明らかではない。ただAは、3価、Bは2価
を示しているのは事実ではある。
A元素としてYについて例をあげて説明したが、Scや
La、さらにランタン系列の元素(原子番号57〜71
)でも、超電導転移温度が変化する程度で本質的な発明
の特性を変えるものではない。
La、さらにランタン系列の元素(原子番号57〜71
)でも、超電導転移温度が変化する程度で本質的な発明
の特性を変えるものではない。
とりわけ、本発明にかかるジョセフソン素子は、超電導
体の金属組成割合を変えて超電導転移を示さない接合層
を形成する所に大きな特色がある。すなわち、超電導体
の素材を形成し、その間に金属組成を変えた素材を形成
するために、均質で、高精度なジョセフソン接合を容易
に形成し得る構造であるため、再再現性の良い生産性の
優れた高超電導転移温度のジョセフソン素子が実現され
る。
体の金属組成割合を変えて超電導転移を示さない接合層
を形成する所に大きな特色がある。すなわち、超電導体
の素材を形成し、その間に金属組成を変えた素材を形成
するために、均質で、高精度なジョセフソン接合を容易
に形成し得る構造であるため、再再現性の良い生産性の
優れた高超電導転移温度のジョセフソン素子が実現され
る。
また、本実施例では超電導電極となる3元化合物被膜1
3.14を接合層15をはさんで積層する構造について
述べたが、この構造に限るわけではなく、第6図に示す
様に、基体21上に、超電導電極となる3元化合物被膜
23.24が接合層25をはさんで平面上でジョセフソ
ン接合を形成する構造においても同様に本発明の効果が
あるは明らかである。この構造の場合、第1図において
、被I!113上に積層された被膜14をフォトリソグ
ラフィとドライエツチングにより除去するか、リフトオ
フ技術により容易に作製できた。また、集束イオンビー
ム注入により、Cu、Ba。
3.14を接合層15をはさんで積層する構造について
述べたが、この構造に限るわけではなく、第6図に示す
様に、基体21上に、超電導電極となる3元化合物被膜
23.24が接合層25をはさんで平面上でジョセフソ
ン接合を形成する構造においても同様に本発明の効果が
あるは明らかである。この構造の場合、第1図において
、被I!113上に積層された被膜14をフォトリソグ
ラフィとドライエツチングにより除去するか、リフトオ
フ技術により容易に作製できた。また、集束イオンビー
ム注入により、Cu、Ba。
Y等の金属を打ち込んで接合層25を形成できることも
確認した。
確認した。
発明の効果
すでに説明したごと(、本発明を用いてSiあるいはG
aAsなどのデバイスとの集積化が可能であるとともに
、スクイド(Superconducting Qua
ntnm Interference Device
: 超電導量子干渉計)等やジョセフソン論理回路
等の素子、あるいは非線形素子等として、実用される。
aAsなどのデバイスとの集積化が可能であるとともに
、スクイド(Superconducting Qua
ntnm Interference Device
: 超電導量子干渉計)等やジョセフソン論理回路
等の素子、あるいは非線形素子等として、実用される。
特にこの種の化合物超電導体の転移温度が室温になる可
能性もあり、従来の実用の範囲は広く、本発明の工業的
価値は高い。
能性もあり、従来の実用の範囲は広く、本発明の工業的
価値は高い。
第1図および第2図は本発明の一実施例のジョセフソン
素子一実施例を示す斜視図および側面図、第3図および
第4図は本発明のジョセフソン素子の基本特性図、第5
図は本発明のジョセフソン素子を構成する材料の一例を
示すY−Ba−Cu−0111の相図、第6図は本発明
のジョセフソン素子の第二の実施例を示す側面図である
。 11.21・・・基体、12・・・表面、13.14,
23.24・・・3元化合物被膜、15.25・・・接
合膜。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏−男 ほか1名第1図 /l五体 笥2図 @3図 第4図 “851′4 し
素子一実施例を示す斜視図および側面図、第3図および
第4図は本発明のジョセフソン素子の基本特性図、第5
図は本発明のジョセフソン素子を構成する材料の一例を
示すY−Ba−Cu−0111の相図、第6図は本発明
のジョセフソン素子の第二の実施例を示す側面図である
。 11.21・・・基体、12・・・表面、13.14,
23.24・・・3元化合物被膜、15.25・・・接
合膜。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏−男 ほか1名第1図 /l五体 笥2図 @3図 第4図 “851′4 し
Claims (14)
- (1)金属酸化物超電導体から成る少なくとも一対の電
極と、上記電極間に上記金属酸化物超電体とは異なる組
成比の金属酸化物から成る接合層とで構成したジョセフ
ソン素子。 - (2)接合層の金属酸化物の組成比を、金属濃度により
変えたこと特徴とする特許請求の範囲第1項記載のジョ
セフソン素子。 - (3)金属酸化物として、A−B−Cu−O複合化合物
を用いたこと特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2
項記載のジョセフソン素子。 ここに、AはSc、Y、LaおよびLa系列元素(原子
番号57〜71)のうちすくなくとも一種、Bは、Ba
、SrなどIIa族元素のうちのすくなくとも一種、かつ
A、B元素とCu元素の濃度は0.5≦(A+B/Cu
)≦2.5。 - (4)金属酸化物を基体上に被覆した薄膜で構成したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のジョセフソ
ン素子。 - (5)基体を、線膨脹係数α>10^−^6/℃の材質
で構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
のジョセフソン素子。 - (6)基体を、(100)面酸化マグネシウム単結晶を
用いたことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載のジ
ョセフソン素子。 - (7)基体として、R面サファイア単結晶を用いたこと
を特徴とする特許請求の範囲第4項記載のジョセフソン
素子。 - (8)基体として、C面サファイア単結晶を用いたこと
を特徴とする特許請求の範囲第4項記載のジョセフソン
素子。 - (9)基体として、a面サファイア単結晶を用いたこと
を特徴とする特許請求の範囲第4項記載のジョセフソン
素子。 - (10)基体として、(111)面スピネル単結晶を用
いたことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載のジョ
セフソン素子。 - (11)基体として、(110)面スピネル単結晶を用
いたことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載のジョ
セフソン素子。 - (12)基体として、(100)面スピネル単結晶を用
いたことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載のジョ
セフソン素子。 - (13)基体として、(100)面チタンストロンチウ
ム単結晶を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第4
項記載のジョセフソン素子。 - (14)基体としてシリコン、ガリウム砒素等の半導体
単結晶を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第4項
記載のジョセフソン素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62142631A JPS63306676A (ja) | 1987-06-08 | 1987-06-08 | ジョセフソン素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62142631A JPS63306676A (ja) | 1987-06-08 | 1987-06-08 | ジョセフソン素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63306676A true JPS63306676A (ja) | 1988-12-14 |
Family
ID=15319836
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62142631A Pending JPS63306676A (ja) | 1987-06-08 | 1987-06-08 | ジョセフソン素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63306676A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6451680A (en) * | 1987-08-22 | 1989-02-27 | Sumitomo Electric Industries | Oxide ceramics laminated layer structure and its manufacture |
JPH0294676A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Toshiba Corp | 超電導素子 |
JPH02234480A (ja) * | 1989-03-07 | 1990-09-17 | Nec Corp | 酸化物超伝導トンネル接合素子 |
EP0390704A2 (en) * | 1989-03-31 | 1990-10-03 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Tunnel junction type Josephson device and method for fabricating the same |
EP0476687A2 (en) * | 1990-09-20 | 1992-03-25 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Superconductor junction structure and process for fabricating the same |
US5232903A (en) * | 1987-05-06 | 1993-08-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Oxide superconducting device having uniform oxygen concentration |
-
1987
- 1987-06-08 JP JP62142631A patent/JPS63306676A/ja active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART2 LETTERS=1987 * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5232903A (en) * | 1987-05-06 | 1993-08-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Oxide superconducting device having uniform oxygen concentration |
JPS6451680A (en) * | 1987-08-22 | 1989-02-27 | Sumitomo Electric Industries | Oxide ceramics laminated layer structure and its manufacture |
JPH0294676A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Toshiba Corp | 超電導素子 |
JPH02234480A (ja) * | 1989-03-07 | 1990-09-17 | Nec Corp | 酸化物超伝導トンネル接合素子 |
EP0390704A2 (en) * | 1989-03-31 | 1990-10-03 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Tunnel junction type Josephson device and method for fabricating the same |
US6157044A (en) * | 1989-03-31 | 2000-12-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Tunnel junction type josephson device |
EP0476687A2 (en) * | 1990-09-20 | 1992-03-25 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Superconductor junction structure and process for fabricating the same |
EP0476687B1 (en) * | 1990-09-20 | 2000-03-15 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Superconductor junction structure and process for fabricating the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH08502629A (ja) | 高温ジョセフソン接合及び方法 | |
JPH02177381A (ja) | 超伝導体のトンネル接合素子 | |
JPS63306676A (ja) | ジョセフソン素子 | |
JPS63224116A (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
JPS63239742A (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
JPS63306678A (ja) | ジョセフソン素子 | |
JP3037514B2 (ja) | 薄膜超伝導体及びその製造方法 | |
JPH0221676A (ja) | 超伝導体のトンネル接合 | |
US5480859A (en) | Bi-Sr-Ca-Cu-O superconductor junction through a Bi-Sr-Cu-O barrier layer | |
JPH05190921A (ja) | 超電導接合を有する素子およびその作製方法 | |
JPH01208327A (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
JPH04275470A (ja) | 超電導体/絶縁体層構造からなる製品、およびその製品の製造方法 | |
JP2702711B2 (ja) | 薄膜超電導体の製造方法 | |
JP2976427B2 (ja) | ジョセフソン素子の製造方法 | |
JP2594271B2 (ja) | 超電導体用薄膜の製造装置および超電導体用薄膜の製造方法 | |
JPS63224113A (ja) | 超電導体 | |
JPH02260473A (ja) | ジョセフソン接合素子 | |
JPH0221677A (ja) | 超伝導体のトンネル接合 | |
US5362709A (en) | Superconducting device | |
JPH0719922B2 (ja) | 超電導体および集積化超電導装置 | |
JP2899287B2 (ja) | ジョセフソン素子 | |
JP2802063B2 (ja) | 超電導体 | |
JPH03275504A (ja) | 酸化物超伝導体薄膜およびその製造方法 | |
Li et al. | Heteroepitaxial growth of MgO films by dual ion beam sputtering | |
JPH07106896B2 (ja) | 超電導体 |