KR100416755B1 - Ramp-edge high-temperature superconducting josephson junction structure using gallium doping ybco and fabricating method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 갈륨이 도핑된 격벽(Ga-doped YBCO(YBa2Cu3Oy) barrier)을 이용한 사면구조(ramp-edge) 죠셉슨 접합(Josephson Junction) 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ramp-edge Josephson junction structure using a Ga-doped YBCO (YBa 2 Cu 3 O y ) barrier (GaB) barrier and a method of manufacturing the same.
단결정(Single Crystal) 기판상에 입혀진 YBCO 고온 초전도 박막과 절연층막(Insulating layer)을 반도체 이온 식각법(Photolithography)에 의해서 경사구조(Ramp-edge type)를 형성한 후, 그 경사면 상에 매우 얇은 장벽층(Barrier layer)으로서 Ga-doped YBCO film을 입히고 최종 상부전극으로서 YBCO를 입힌 구조를 만들면 매우 안정적인 죠셉슨 접합을 형성하게 된다.A YBCO high temperature superconducting thin film and an insulating layer deposited on a single crystal substrate were formed by a semiconductor ion photolithography to form a ramp-edge type, and then a very thin barrier on the inclined surface. A Ga-doped YBCO film as a barrier layer and a YBCO-coated structure as the final top electrode form a very stable Josephson junction.
일반적으로 죠셉슨 접합 구조체는 고온 초전도체를 응용한 대부분의 초전도 전자 소자에 기본이 되는 요소(Element)이다. 그 응용 예로는 초전도 양자 간섭 소자(SQUID; superconducting quantum interference device), 초전도 논리소자(Logic circuit), 광검출기(Radiation Detecter), 수퍼 컴퓨터(Supercomputer) 및 통신용 고주파 소자(Microwave Devices) 등이 있다.In general, the Josephson junction structure is an element that is the basis for most superconducting electronic devices using high temperature superconductors. Application examples include superconducting quantum interference devices (SQUID), superconducting logic devices (Logic circuits), radiation detectors, supercomputers, and microwave devices for communication.
이와 같이 초전도 전자 소자에서 기본이 되는 죠셉슨 접합의 구조체를 제작하는 방법은 여러 가지가 있지만, 대부분이 재현성이 적으며, 실제로 응용하기 위한 특성값을 갖추지 못하고 있다는 것이 문제이다.As described above, there are many ways to fabricate the Josephson junction structure, which is the basis for superconducting electronic devices, but most of them have low reproducibility, and they do not have characteristic values for practical application.
최근에 개발된 조셉슨 접합 구조체로서 도 1에 도시된 바와 같은 사면구조의 조셉슨 접합(Ramp-edge junction) 구조체가 있다. 이 사면 구조 조셉슨 접합 구조체는, 도시된 바와 같이, LaAlO3단결정 기판(1) 상에 가장자리가 경사면을 갖도록 순차로 적층된 YBCO 제1초전도체 전극(2a) 및 절연층(3)이 격벽(4)을 사이에 두고 제2초전도체 전극(2b)와 접합된 구조로 되어 있다.A recently developed Josephson junction structure is a ramp-edge junction structure having a four-sided structure as shown in FIG. 1. As shown in this sloped structure, the Josephson junction structure includes a YBCO first superconductor electrode 2a and an
이와 같은 구조는 경사면을 통하여 초전도 전자를 흘려주는 방법을 이용한것으로, 종래의 인위적인 접합 제작법중에 가장 실용화에 근접한 형태라고 볼 수 있다. 그러나 격벽(barrier)(4) 물질로서 사용하고 있는 PrBaCuO, CaRuO, NdGaO, SrTiO3등은 YBCO의 처리 온도 즉 760 ℃ 이상에서 안정하지 못하고 결정 구조에서도 부정합(mismatch)이 커서 깨끗한 계면(interface)을 형성하지 못한다는 문제점을 안고있다. 따라서 신뢰성 및 재현성이 우수한 조셉슨 접합을 형성하는데 어려움이 있다.Such a structure uses a method of flowing superconducting electrons through an inclined surface, and can be considered to be the most practical form of the conventional artificial bonding fabrication method. However, PrBaCuO, CaRuO, NdGaO, SrTiO 3, etc., which are used as barrier (4) materials, are not stable at YBCO's processing temperature, ie, above 760 ° C, and have a mismatch in crystal structure, resulting in a clean interface. The problem is that it does not form. Therefore, there is a difficulty in forming a Josephson junction having excellent reliability and reproducibility.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 760 ℃ 이상에서 안정된 물질을 격벽 재료로 사용하여 고온 초전도 물질과의 사이에 깨끗한 계면이 형성되는 격벽을 형성함으로써, 신뢰성 및 재현성이 뛰어난 갈륨 도핑 YBCO 격벽을 이용한 사면구조 고온 초전도 죠셉슨 접합 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above problems, by using a material stable at 760 ℃ or more as a barrier material to form a barrier rib to form a clean interface between the high temperature superconducting material, gallium doping excellent in reliability and reproducibility It is an object of the present invention to provide a sloped high temperature superconducting Josephson bonded structure using a YBCO partition and a manufacturing method thereof.
도 1은 종래의 다층막 사면구조 조셉슨 접합 구조체의 수직 단면도,1 is a vertical cross-sectional view of a conventional multilayered film Josephson junction structure,
도 2는 본 발명에 따른 Ga이 도핑된 YBCO 장벽을 이용한 사면구조 고온 초전도 죠셉슨 접합 구조체의 개략적 사시도,2 is a schematic perspective view of a sloped high temperature superconducting Josephson junction structure using Ga-doped YBCO barrier according to the present invention;
도 3 내지 도 8은 도 2의 Ga이 도핑된 YBCO 장벽을 이용한 사면구조 고온 초전도 죠셉슨 접합의 제조 방법을 제조 단계별로 나타내기 위한 수직 단면도로서,3 to 8 are vertical cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a sloped high temperature superconducting Josephson junction using Ga-doped YBCO barrier of FIG.
도 3은 단결정 기판상에 고온 초전도 박막 및 절연층을 증착하는 공정을 나타내는 수직 단면도,3 is a vertical cross-sectional view showing a process of depositing a high temperature superconducting thin film and an insulating layer on a single crystal substrate,
도 4는 이온 식각법을 이용해 사면(Ramp-edge) 구조를 형성하는 공정을 나타내는 수직 단면도,4 is a vertical cross-sectional view showing a process of forming a ramp-edge structure using an ion etching method,
도 5는 이온 깎기(Ion milling)로 경사면을 청소(cleaning)하는 공정을 나타내는 수직 단면도,5 is a vertical cross-sectional view showing a process of cleaning the inclined surface by ion milling (Ion milling),
도 6은 경사면상에 격벽(barrier)을 형성하는 공정을 나타내는 수직 단면도,6 is a vertical sectional view showing a process of forming a barrier on an inclined surface;
도 7은 경사면상에 초전도 상부 전극층을 형성하는 공정을 나타내는 수직 단면도,7 is a vertical sectional view showing a step of forming a superconducting upper electrode layer on an inclined surface;
도 8은 이온 식각법에 의해 상부 전극층을 형상화(Patterning)하는 공정을나타내는 수직 단면도,8 is a vertical sectional view showing a process of patterning an upper electrode layer by ion etching;
도 9는 도 2의 Ga이 도핑된 YBCO 장벽을 이용한 사면구조 고온 초전도 죠셉슨 접합 구조체의 비저항(比抵抗)-온도 특성 곡선,9 is a resistivity-temperature characteristic curve of a sloped high temperature superconducting Josephson junction structure using Ga-doped YBCO barrier of FIG.
그리고 도 10은 도 2의 Ga이 도핑된 YBCO 장벽을 이용한 사면구조 고온 초전도 죠셉슨 접합 구조체의 전류-전압 특성 곡선이다.FIG. 10 is a current-voltage characteristic curve of a sloped high temperature superconducting Josephson junction structure using Ga-doped YBCO barrier of FIG. 2.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1. LaAlO3단결정 기판 2a. YBCO 제1전극1. LaAlO 3 single crystal substrate 2a. YBCO First Electrode
2b. YBCO 제2전극 3. 절연층2b. YBCO
4. 격벽4. Bulkhead
11. LaAlO3단결정 기판 12a. YBCO 제1전극11. LaAlO 3
12b. YBCO 제2전극 13. 절연층12b. YBCO 2nd Electrode 13. Insulation Layer
14. Ga 도핑 격벽 15. 포토레지스트14. Ga-doped
16. 포토레지스트16. Photoresist
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 갈륨 도핑 YBCO 격벽을 이용한 사면구조 고온 초전도 죠셉슨 접합 구조체는, 제1초전도체 전극 및 제2초전도체 전극이 격벽을 사이에 두고 접합된 조셉슨 접합 구조체에 있어서, 상기 제1초전도체 전극의 접합면 가장자리는 소정의 각도로 기울어진 경사면으로 가지고, 상기 격벽은 x 가 0이 아닌 유리수라 할 때 YBa2Cu3-xGaxOy로 상기 경사면을 덮도록 형성되며, 상기 제2초전도체 전극은 상기 경사면 상의 격벽을 덮도록 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the sloped structure high temperature superconducting Josephson junction structure using the gallium doped YBCO partition according to the present invention is a Josephson junction structure in which a first superconductor electrode and a second superconductor electrode are joined via a partition wall. The edge of the junction surface of the first superconductor electrode has an inclined surface inclined at a predetermined angle, and the partition wall is formed to cover the inclined surface with YBa 2 Cu 3-x Ga x O y when x is a nonzero rational number. The second superconductor electrode is formed to cover the partition wall on the inclined surface.
본 발명에 있어서, 상기 제1초전도체 경사면의 기울기는 30°이하이고, 상기 Ga의 도핑 레벨을 나타내는 x 값은 0.15 < x < 0.45 범위 내에 존재하며, 상기 격벽의 두께는 10Å~900Å이며, 상기 경사면이 아닌 상기 격벽 상면과 상기 제2초전도 전극 사이에 SrTiO3절연층이 더 형성되며, 상기 제2초전도체 전극이 상기 격벽을 덮는 마이크로브리지의 폭은 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.In the present invention, the slope of the inclined surface of the first superconductor is 30 degrees or less, the x value representing the doping level of the Ga is within the range of 0.15 <x <0.45, the thickness of the partition is 10Å ~ 900Å, the slope The SrTiO 3 insulating layer is further formed between the upper surface of the barrier rib and the second superconducting electrode, and the width of the microbridge in which the second superconductor electrode covers the barrier rib is 5 μm or less.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 갈륨 도핑 YBCO 격벽을 이용한 사면구조 고온 초전도 죠셉슨 접합 구조체의 제조 방법은, 기판 상에 제1초전도체층 및 절연층을 순차로 증착하는 단계; 상기 제1초전도체층 및 절연층의 가장자리를 식각하여 가장자리가 소정 각도의 경사면을 갖는 제1초전도 전극을 형성하는 단계; 상기 경사면을 청소하는 단계; x를 Ga의 도핑 농도를 나타내는 유리수라 할 때 상기 경사면 및 절연층 상에 YBa2Cu3-xGaxOy로 격벽을 형성하는 단계; 및 상기 기판 및 상기 격벽 상에 제2초전도체층을 증착하고, 상기 제2초전도체층을 식각하여 상기 경사면을 덮는 소정폭의 마이크로브리지를 갖는 제2초전도체 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, a method of manufacturing a sloped high temperature superconducting Josephson junction structure using a gallium doped YBCO partition according to the present invention, the step of sequentially depositing a first superconductor layer and an insulating layer on a substrate; Etching edges of the first superconductor layer and the insulating layer to form a first superconducting electrode having an inclined surface at a predetermined angle; Cleaning the inclined surface; forming a barrier rib on the inclined surface and the insulating layer with YBa 2 Cu 3-x Ga x O y when x is a rational number representing a doping concentration of Ga; And depositing a second superconductor layer on the substrate and the barrier rib, and etching the second superconductor layer to form a second superconductor electrode having a microbridge having a predetermined width covering the inclined surface. do.
본 발명에 있어서, 상기 기판은 LaAlO3단결정으로 이루어지고, 상기 제1초전도체층, 절연층 및 제2초전도체층을 증착하는 온도는 760 ℃ 이상이며, 상기 절연층은 SrTiO3로 이루어지며, 상기 제1초전도체 전극을 형성하는 단계는 상기 절연층및 제1초전도체층의 가장자리에 Ar+이온을 30°~ 60°각도로 투사하는 이온 식각법으로 식각하며, 상기 경사면을 청소하는 단계는 상기 제1초전도체 전극을 형성하는 단계에서 보다 상대적으로 저전압-저전류의 Ar+이온을 30°~ 60°각도로 투사하는 이온 식각법으로 식각하며, 상기 x 값은 0.15 < x < 0.45 범위 내에 존재하며, 상기 격벽은 10Å~900Å 의 두께로 형성하며, 상기 제2초전도체 전극을 형성하는 단계는 상기 제2초전도체층에 Ar+이온을 투사하는 이온 식각법으로 식각하며, 상기 제2초전도체 전극을 형성하는 단계에서 상기 마이크로브리지는 폭이 5 ㎛ 이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.In the present invention, the substrate is made of LaAlO 3 single crystal, the temperature for depositing the first superconductor layer, the insulating layer and the second superconductor layer is at least 760 ℃, the insulating layer is made of SrTiO 3 , The forming of the first superconductor electrode is etched by an ion etching method in which Ar + ions are projected at an angle of 30 ° to 60 ° on the edges of the insulating layer and the first superconductor layer, and the cleaning of the inclined surface is performed by the first superconductor. In the forming of the electrode, etching is performed by an ion etching method of projecting Ar + ions having a relatively low voltage-low current at an angle of 30 ° to 60 °, wherein the x value is within a range of 0.15 <x <0.45, and the partition wall Is formed in a thickness of 10 kV to 900 kV, and the forming of the second superconductor electrode is performed by etching an ion etching method of projecting Ar + ions onto the second superconductor layer, and forming the second superconductor electrode. In the microbridge is preferably formed so that the width is 5 ㎛ or less.
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 하는 갈륨 도핑 YBCO 격벽을 이용한 사면구조 고온 초전도 죠셉슨 접합 구조체 및 그 제조 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a high-temperature superconducting Josephson junction structure and a manufacturing method thereof using a gallium doped YBCO partition according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 갈륨 도핑 YBCO 격벽을 이용한 사면구조 고온 초전도 죠셉슨 접합 구조체는 사면구조의 접합에서 가장 중요한 역할을 하는 격벽을 갈륨이 도핑된(Ga-doped) YBCO 초전도 물질을 사용하여 제작함으로써, 기존의 문제점을 해결하고 실용화에 근접한 특성을 얻는다.The sloped high temperature superconducting Josephson junction structure using gallium doped YBCO barrier ribs according to the present invention is manufactured by using a Ga-doped YBCO superconducting material in the barrier rib which plays the most important role in the bonding of the slope structure. Solve the problem and get the characteristics close to practical use.
도 2는 본 발명에 따른 Ga이 도핑된 YBCO 장벽을 이용한 사면구조 고온 초전도 죠셉슨 접합 구조체의 개략적 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 Ga 도핑 YBCO 장벽을 이용한 사면구조 고온 초전도 죠셉슨 접합 구조체는, LaAlO3단결정 기판(11) 상에 가장자리가 경사면을 갖도록 순차로 적층된 YBCO 제1초전도체 전극(12a) 및 절연층(13)이 격벽(14)을 사이에 두고 제2초전도체 전극(12b)과 접합된 구조로 형성된다. 여기서, 격벽(14)은 Ga이 도핑된 YBCO 즉 YBa2Cu3-xGaxOy로 형성된다. 갈륨 도핑(Ga-doped) YBCO는 열적으로 안정하여, YBCO로 된 제1 및 제2고온 초전도체 전극(12a 및 12b)의 처리 온도에서도 문제가 없고, 열팽창계수 및 결정구조 또한 YBCO와 일치하여 고온 초전도체층을 에피텍시 성장(epitaxial growth)시키는데 매우 용이하다. 또한, 제1초전도체(12a)의 경사면 기울기는 30°이하가 바람직하고, 격벽(14) 재료인 YBa2Cu3-xGaxOy에서 Ga의 도핑 레벨을 나타내는 x 값은 0.15 < x < 0.45 범위 내가 적당하다. 격벽의 두께는 10Å~900Å이적당하다. 절연층(13)은 SrTiO3으로 형성되며, 제2초전도체 전극(12b)이 격벽(14)의 경사면을 덮는 마이크로브리지의 폭은 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.2 is a schematic perspective view of a sloped high temperature superconducting Josephson junction structure using Ga-doped YBCO barrier according to the present invention. As shown, the tetrahedral high-temperature superconducting Josephson junction structure using the Ga-doped YBCO barrier according to the present invention is a YBCO
한편, 상기와 같은 구조의 조셉슨 접합 구도체를 제조하는 방법은 다음과 같다.On the other hand, the method for producing a Josephson junction sphere of the above structure is as follows.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, LaAlO3단결정 기판(11) 상에 YBCO 제1초전도체층(12') 및 SrTiO3절연층(13')을 순차로 증착한다. 모든 박막은 펄스 레이저(Pulsed Laser)를 이용한 증착법으로 제작되며, 제작시 온도는 760 ℃ 이상으로 하고 산소 압력은 수백 mTorr 이상에서 진행된다. 이는 다음의 증착 공정들에서도 동일하게 적용된다.First, as shown in FIG. 3, the YBCO
다음에, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1초전도체층(12') 및 절연층(13)의 가장자리를 식각하여 가장자리가 30°이하의 경사면을 갖는 제1초전도체 전극(12a)을 형성한다. 30°이하의 경사각을 갖는 사면을 제작하기 위해 이온 식각법을 이용하여 Ar+이온 빔의 입사각을 35°~ 60°로 하는 Ar+이온 식각(ion milling)을 행한다.Next, as shown in FIG. 4, edges of the
다음에, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1초전도체 전극(12a)의 경사면을 청소한다. 이는 다음에 증착될 격벽(14) 물질과의 계면을 깨끗하게 하기 위해 매우 약한 에너지의 Ar+이온 빔을 투사하여 청소(leaning)한다.Next, as shown in FIG. 5, the inclined surface of the
다음에, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1초전도체 전극(12a) 및 절연층(13)의 경사면 및 절연층(13) 상에 YBa2Cu3-xGaxOy을 증착하여 격벽(14)을 형성한다. 여기서, x는 Ga의 도핑 농도의 지표가 되는 상대적 함량을 나타내는 유리수이다. 격벽(14)은 수십~수백Å(대략 10Å~900Å)의 매우 얇은 두께로 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 6, YBa 2 Cu 3-x Ga x O y is deposited on the inclined surface of the
다음에, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(11)의 노출부 및 격벽(14) 상에 YBCO 제2초전도체층(12")을 증착한 다음, 이 제2초전도체층(12")을, 도 8에 도시된 바와 같이, 이온 식각법으로 패터닝하여 5 ㎛ 이하의 매우 작은 폭(도 2의 w)의 마이크로브리지(microbridge)를 경사면 상에 형성함으로써 제2초전도체 전극(12b)을 형성한다. 이로써 조셉슨 접합이 완성된다.Next, as shown in FIG. 7, the YBCO
이상과 같은 공정을 통하여 제작된 도 2의 사면 구조 조셉슨 접합 구조체는 접합을 병렬로 2개를 갖는 DC 초전도 양자 간섭 소자(DC SQUID) 이다. 이를 이용해 매우 미세한 자장을 감지할 수 있는 자계센서를 만들 수 있다.The slope structure Josephson junction structure of FIG. 2 produced through the above process is a DC superconducting quantum interference element (DC SQUID) having two junctions in parallel. This can be used to create a magnetic field sensor that can detect very fine magnetic fields.
이와 같이 제작된 갈륨 도핑 YBCO 격벽을 이용한 사면구조 조셉슨 접합 구조체에 있어서, 격벽을 통하여 흐르는 초전도 전자쌍은 c축(기판과 수직한 방향)에 비해 a-b축(기판과 평행한 방향)의 코히런스 길이(coherence length)가 큰 특성으로 인해 a-b축으로 더 용이하게 흐르게 된다. 이러한 원리를 이용해 a-b축 방향의 경사면을 이용한 경사면 접합(ramp-edge junction)을 활용하는 것이고, 실용화에 필요한 접합의 특성치를 얻기 위해서는 임계전류(Ic) 및 상저항(Rn)의 곱인 특성전압(Vc)이 높아야 한다. 따라서 높은 Vc의 값을 얻기 위해서 명확한 계면을 갖는 격벽을 형성해야 하며 또한 격벽의 저항값이 금속-절연체 전이(metal-insulator transition) 범위영역에 있어야 하는 조건이 필수적이다. 여기서, 임계전류는 초전도체에 전류를 가해줄 때 초전도 성질이 깨지는 순간의 전류값을 말하며 상저항은 초전도 성질이 깨진 상태에서의 저항값이다. 그리고 특성전압은 작은 신호에 얼마나 크게 응답할 수 있는가를 나타내는 척도라 볼 수 있다. 즉, 전자 소자에 응용시 이 값이 얼마나 큰가에 따라 실용가치가 좌우된다.In the four-sided Josephson junction structure using the gallium doped YBCO barrier rib fabricated as described above, the superconducting electron pair flowing through the barrier rib has a coherence length of the ab axis (the direction parallel to the substrate) compared to the c axis (the direction perpendicular to the substrate). The large coherence length makes it easier to flow along the ab axis. Using this principle, the ramp-edge junction using the inclined plane in the ab axis direction is utilized. In order to obtain the characteristic value of the junction required for practical use, the characteristic voltage Vc which is the product of the critical current Ic and the phase resistance Rn is used. ) Should be high. Therefore, in order to obtain a high value of Vc, it is necessary to form a barrier rib having a clear interface, and a condition that the resistance of the barrier rib must be in the metal-insulator transition range. Here, the critical current refers to the current value at the moment when the superconducting property is broken when the current is applied to the superconductor, and the phase resistance is the resistance value when the superconducting property is broken. The characteristic voltage is a measure of how large a small signal can be. In other words, the practical value depends on how large this value is when applied to electronic devices.
본 발명에서 사용한 Ga-doped YBCO 격벽은 앞서 설명한 바와 같이 매우 깨끗한 계면을 형성하며, 저항값도 상기 조건을 만족하기 때문에 높은 값의 Vc를 얻을 수가 있다. 또한 기존에 사용하던 격벽들은 그 두께에 따라서 접합의 특성이 매우 민감하게 영향을 받는데 반해 Ga-doped YBCO 격벽은 두께 변화에 둔감하여 상대적으로 신뢰성 있는 소자의 제작이 용이하다고 할 수 있다.The Ga-doped YBCO barrier used in the present invention forms a very clean interface as described above, and since the resistance value also satisfies the above conditions, a high value of Vc can be obtained. In addition, the existing barriers are very sensitive to the characteristics of the junction depending on the thickness, whereas Ga-doped YBCO barriers are insensitive to the change in thickness, it is easy to manufacture a relatively reliable device.
도 9 및 도 10에는 각각 실제로 도 2에 도시된 바와 같은 구조로 제작된 Ga이 도핑된 YBCO 장벽을 이용한 사면구조 고온 초전도 죠셉슨 접합 구조체의저항율-온도 특성 곡선 및 전류-전압 특성 곡선이 도시된다. 여기서, 측정된 고온 초전도 조셉슨 접합 구조체는 펄스 레이저(Pulsed Laser)를 이용하여 다층박막이 제작되었으며, 제작시 온도는 760 ℃ 이상이고 산소압력은 400 mTorr 이상으로 하였다. 30°이하의 경사각을 갖는 사면을 제작하기 위해 Ar+이온 빔의 입사각을 45°로 하는 Ar+이온 식각(ion milling)을 행하였고, 격벽과의 계면을 깨끗하게 하기위해 매우 약한 에너지의 이온빔으로 청소해 주었다. 격벽은 약 200 Å의 매우 얇은 두께로 입혔으며 그 위에 상부전극으로 YBCO 초전도 박막을 입혔다. 다시 한번 이온 식각법으로 형상화작업을 해주어 매우 폭이 가는 5㎛의 마이크로브리지(microbridge)를 형성해 죠셉슨 접합을 완성한 것이다. 이와 같이 제작된 조셉슨 접합의 특성 곡선에서 온도가 내려감에 따라 저항값이 감소하며, 특정온도(임계온도 Tc)에서 저항값이 완전히 0이 되어 초전도 성질을 가짐을 보여준다. 도 9는 약 80°K 가 임계온도임을 보여준다. 도 10은 전압이 일정 지점에서급격히 상승하다가 완만하게 직선 형태가되는 모양을 띄고 있다. 이는 조셉슨 접합이 형성되었음을 알려준다. 이러한 곡선의 형태를 RSJ(resistively shunted junction) 곡선이라 한다.9 and 10 respectively show resistivity-temperature characteristic curves and current-voltage characteristic curves of a four-sided high temperature superconducting Josephson junction structure using Ga-doped YBCO barrier fabricated as shown in FIG. 2. . Here, the measured high-temperature superconducting Josephson junction structure was a multi-layer thin film using a pulsed laser (Pulsed Laser), the temperature at the time of manufacturing was at least 760 ℃ and the oxygen pressure was 400 mTorr or more. Ar + ion etching was performed to make the incidence angle of the Ar + ion beam 45 ° to produce a slope having an inclination angle of 30 ° or less, and cleaned with a very weak energy beam to clean the interface with the partition wall. I did it. The bulkhead was coated with a very thin thickness of about 200
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 갈륨 도핑 YBCO 격벽을 이용한 사면 구조 고온 초전도 조셉슨 접합 구조체는 다음과 같은 잇점을 갖는다.As described above, the slope structure high temperature superconducting Josephson junction structure using the gallium doped YBCO partition according to the present invention has the following advantages.
첫째, Ga-doped YBCO 격벽이 열적으로 안정되어 YBCO의 처리 온도에서도 깨끗한 계면을 형성할 수 있고, 열팽창계수 및 결정구조 또한 YBCO와 일치하여 부정합 없이 다층의 초전도 박막을 에피택시 성장시키기에 매우 용이하다.First, Ga-doped YBCO barriers are thermally stable to form a clean interface even at YBCO's treatment temperature, and the thermal expansion coefficient and crystal structure are also consistent with YBCO, making it easy to epitaxy grow multilayer superconducting thin films without mismatch. .
둘째, 명확한 계면을 갖는 격벽을 형성하며 또한 격벽의 저항값이 metal-insulator transition 범위영역에 있어 높은 값의 Vc를 갖는 접합을 얻을 수가 있다.Secondly, it is possible to form a barrier rib with a definite interface and to obtain a junction having a high value of Vc in the resistance range of the barrier rib in the metal-insulator transition range region.
세째, Ga-doped YBCO 격벽은 두께 변화에 따른 접합의 특성이 둔감하여 제작이 매우 용이하다.Third, Ga-doped YBCO bulkhead is very easy to fabricate due to the insensitive nature of the junction due to the change in thickness.
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US4220959A (en) * | 1979-03-23 | 1980-09-02 | Sperry Corporation | Josephson tunnel junction with polycrystalline silicon, germanium or silicon-germanium alloy tunneling barrier |
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KR970000005A (en) * | 1995-06-23 | 1997-01-21 | 소오이치 야마모토 | Grain fungus |
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-
1997
- 1997-06-28 KR KR1019970028570A patent/KR100416755B1/en not_active IP Right Cessation
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