JP2000299509A - ジョセフソン素子の製造方法及びその構造 - Google Patents
ジョセフソン素子の製造方法及びその構造Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 基板表面に略垂直方向にｃ軸が配向した下部
電極用酸化物超電導膜を、表面に凹凸を発生させずに成
長させたジョセフソン素子の製造方法及びその構造を提
供する。 【解決手段】 超電導接合部８を形成する領域の基板表
面が、結晶軸に対して所定のオフ角を有する基板を用い
て、かかる基板上に下部電極用酸化物超電導膜２をラテ
ラル成長させることにより、下部電極用酸化物超電導膜
の表面を平坦に形成することができ、安定した超電導接
合特性を有する接合部が得られる。
電極用酸化物超電導膜を、表面に凹凸を発生させずに成
長させたジョセフソン素子の製造方法及びその構造を提
供する。 【解決手段】 超電導接合部８を形成する領域の基板表
面が、結晶軸に対して所定のオフ角を有する基板を用い
て、かかる基板上に下部電極用酸化物超電導膜２をラテ
ラル成長させることにより、下部電極用酸化物超電導膜
の表面を平坦に形成することができ、安定した超電導接
合特性を有する接合部が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物超電導接合
を用いたジョセフソン素子に関し、特に、アナログ/デ
ジタル変換器や超微小磁界検出器などに使用されるジョ
セフソン素子の製造方法及びその構造に関する。
を用いたジョセフソン素子に関し、特に、アナログ/デ
ジタル変換器や超微小磁界検出器などに使用されるジョ
セフソン素子の製造方法及びその構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は、電子情報通信学会技術研究報告
ＳＣＥ９７−３４（１９９７−１１）、第５０頁に記載
された従来構造のジョセフソン素子の断面図である。か
かるジョセフソン素子は、積層型構造の酸化物超電導接
合を備えている。図中、１はＭｇＯからなる基板であ
る。基板１上には、ＹＢａＣｕＯ（ＹＢＣＯ）のｃ軸方
向に配向した下部電極用酸化物超電導膜２、ＰｒＢａＣ
ｕＯ（ＰＢＣＯ）障壁層３、ＹＢａＣｕＯ（ＹＢＣＯ）
のｃ軸方向に配向した上部電極用酸化物超電導膜４が、
順次、積層形成されている。上部電極用酸化物超電導膜
４上には、Ａｕからなるコンタクト金属膜５が形成され
ている。更に、開口部を備えたＳｉＯ2の層間絶縁層６
が形成され、開口部内のコンタクト金属膜５に接続する
ように、層間絶縁膜６上にＡｇの配線層７が設けられて
いる。仮想線８で示す部分は、ＹＢＣＯ／ＰＢＣＯ／Ｙ
ＢＣＯからなる積層型の接合部であり、かかる接合部８
がジョセフソン効果を生じさせる酸化物超電導接合とな
り、超電導量子干渉素子や単一磁束量子素子として利用
される。
ＳＣＥ９７−３４（１９９７−１１）、第５０頁に記載
された従来構造のジョセフソン素子の断面図である。か
かるジョセフソン素子は、積層型構造の酸化物超電導接
合を備えている。図中、１はＭｇＯからなる基板であ
る。基板１上には、ＹＢａＣｕＯ（ＹＢＣＯ）のｃ軸方
向に配向した下部電極用酸化物超電導膜２、ＰｒＢａＣ
ｕＯ（ＰＢＣＯ）障壁層３、ＹＢａＣｕＯ（ＹＢＣＯ）
のｃ軸方向に配向した上部電極用酸化物超電導膜４が、
順次、積層形成されている。上部電極用酸化物超電導膜
４上には、Ａｕからなるコンタクト金属膜５が形成され
ている。更に、開口部を備えたＳｉＯ2の層間絶縁層６
が形成され、開口部内のコンタクト金属膜５に接続する
ように、層間絶縁膜６上にＡｇの配線層７が設けられて
いる。仮想線８で示す部分は、ＹＢＣＯ／ＰＢＣＯ／Ｙ
ＢＣＯからなる積層型の接合部であり、かかる接合部８
がジョセフソン効果を生じさせる酸化物超電導接合とな
り、超電導量子干渉素子や単一磁束量子素子として利用
される。
【０００３】このような素子や、素子を集積化した電子
回路では、下部電極用酸化物超電導膜２から電流を取り
出すために、下部電極用酸化物超電導膜２中を、基板１
の表面に対して平行な方向（図７では横方向）に電流を
流すことが必要である。このため、電流を流す下部電極
用酸化物超電導膜２には、超電導状態における臨界電流
密度の大きい膜を用いる必要があり、これにはｃ軸配向
膜のｃ軸に垂直方向に電流を流すのが最も適している。
ここで、ｃ軸とは、結晶軸のうち最も長軸となる結晶軸
をいう。
回路では、下部電極用酸化物超電導膜２から電流を取り
出すために、下部電極用酸化物超電導膜２中を、基板１
の表面に対して平行な方向（図７では横方向）に電流を
流すことが必要である。このため、電流を流す下部電極
用酸化物超電導膜２には、超電導状態における臨界電流
密度の大きい膜を用いる必要があり、これにはｃ軸配向
膜のｃ軸に垂直方向に電流を流すのが最も適している。
ここで、ｃ軸とは、結晶軸のうち最も長軸となる結晶軸
をいう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】基板１の表面に対して
ｃ軸が略垂直となるように、基板１上に下部電極用酸化
物超電導膜２を成長させた場合、接合部で観察できる超
電導接合特性がばらつくという問題が発生した。そこ
で、発明者らは、その原因について検討したところ、下
部電極用酸化物超電導膜２上に形成した膜厚１０ｎｍ程
度の障壁層３の膜厚分布が不均一であるため、超伝導特
性のばらつきが発生していることが分かった。更に、障
壁層３の膜厚分布が不均一となる原因について検討した
ところ、基板１上に形成した下部電極用酸化物超電導膜
２は、ｃ軸方向が長軸の矩形状の結晶粒として成長（ス
パイラル成長）するため、下部電極用酸化物超電導膜２
の表面には結晶粒の先端部分の形状に起因する凹凸が発
生して表面形状が粗くなり、かかる表面の凹凸は、ＹＢ
ａＣｕＯ膜を２００ｎｍの膜厚で成長させた場合、２０
ｎｍ程度となる。従って、かかる下部電極用酸化物超電
導膜２の表面の凹凸に起因して、その上に形成した薄層
の障壁層３の膜厚分布が不均一となっていることが分か
った。一方、接合部８ではｃ軸方向を基板表面に略垂直
な方向になるように、一方、接合部８以外の領域では基
板表面に略垂直な方向になるように、それぞれ下部電極
用酸化物超電導膜２を形成することも検討したが、ｃ軸
方向の異なる領域の境界部分に結晶粒界が形成され、素
子の電気的特性を低下させてしまうことが分かった。そ
こで、本発明は、基板表面に略垂直方向にｃ軸が配向し
た下部電極用酸化物超電導膜を、表面に凹凸を発生させ
ずに成長させたジョセフソン素子の製造方法及びその構
造を提供することを目的とする。
ｃ軸が略垂直となるように、基板１上に下部電極用酸化
物超電導膜２を成長させた場合、接合部で観察できる超
電導接合特性がばらつくという問題が発生した。そこ
で、発明者らは、その原因について検討したところ、下
部電極用酸化物超電導膜２上に形成した膜厚１０ｎｍ程
度の障壁層３の膜厚分布が不均一であるため、超伝導特
性のばらつきが発生していることが分かった。更に、障
壁層３の膜厚分布が不均一となる原因について検討した
ところ、基板１上に形成した下部電極用酸化物超電導膜
２は、ｃ軸方向が長軸の矩形状の結晶粒として成長（ス
パイラル成長）するため、下部電極用酸化物超電導膜２
の表面には結晶粒の先端部分の形状に起因する凹凸が発
生して表面形状が粗くなり、かかる表面の凹凸は、ＹＢ
ａＣｕＯ膜を２００ｎｍの膜厚で成長させた場合、２０
ｎｍ程度となる。従って、かかる下部電極用酸化物超電
導膜２の表面の凹凸に起因して、その上に形成した薄層
の障壁層３の膜厚分布が不均一となっていることが分か
った。一方、接合部８ではｃ軸方向を基板表面に略垂直
な方向になるように、一方、接合部８以外の領域では基
板表面に略垂直な方向になるように、それぞれ下部電極
用酸化物超電導膜２を形成することも検討したが、ｃ軸
方向の異なる領域の境界部分に結晶粒界が形成され、素
子の電気的特性を低下させてしまうことが分かった。そ
こで、本発明は、基板表面に略垂直方向にｃ軸が配向し
た下部電極用酸化物超電導膜を、表面に凹凸を発生させ
ずに成長させたジョセフソン素子の製造方法及びその構
造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、発明者らは鋭意
研究の結果、接合部を形成する領域の基板表面が、結晶
軸に対して所定のオフ角を有する基板を用いて、かかる
基板上に下部電極用酸化物超電導膜をラテラル成長させ
ることにより、下部電極用酸化物超電導膜の表面を平坦
に形成することができ、安定した超電導接合特性を有す
る接合部が得られることを見出し本発明を完成した。
研究の結果、接合部を形成する領域の基板表面が、結晶
軸に対して所定のオフ角を有する基板を用いて、かかる
基板上に下部電極用酸化物超電導膜をラテラル成長させ
ることにより、下部電極用酸化物超電導膜の表面を平坦
に形成することができ、安定した超電導接合特性を有す
る接合部が得られることを見出し本発明を完成した。
【０００６】即ち、本発明は、基板上に、ｃ軸配向の下
部電極用酸化物超電導膜と、障壁層と、上部電極用酸化
物超電導膜とを順次積層形成して接合部を形成するジョ
セフソン素子の製造方法であって、少なくとも該接合部
が積層形成される領域の該基板表面が、結晶面から所定
のオフ角を有するオフ領域である該基板を準備する準備
工程と、該基板上に、該基板表面に対して略垂直方向に
ｃ軸が配向するように該下部電極用酸化物超電導膜を成
長させる成長工程とを含み、該成長工程が、少なくとも
該オフ領域上に形成される該下部電極用酸化物超電導膜
を、該オフ領域に形成された該基板表面のステップから
ラテラル成長させる工程であることを特徴とするジョセ
フソン素子の製造方法である。このように、下部電極用
酸化物超電導膜を、オフ領域を用いてラテラル成長させ
ることにより、基板に垂直方向（ｃ軸方向）の矩形状結
晶粒の成長を抑制することができる。このため、下部電
極用酸化物超電導膜の表面を、下地の基板表面と同程度
に平坦とすることができる。従って、その上に積層形成
される薄膜の障壁層の膜厚分布が均一となり、接合部に
おける超電導接合特性（臨界電流と接合特性との積。こ
の値が大きいほど素子特性が良好となる。）の再現性が
高い酸化物超電導接合を得ることが可能となる。
部電極用酸化物超電導膜と、障壁層と、上部電極用酸化
物超電導膜とを順次積層形成して接合部を形成するジョ
セフソン素子の製造方法であって、少なくとも該接合部
が積層形成される領域の該基板表面が、結晶面から所定
のオフ角を有するオフ領域である該基板を準備する準備
工程と、該基板上に、該基板表面に対して略垂直方向に
ｃ軸が配向するように該下部電極用酸化物超電導膜を成
長させる成長工程とを含み、該成長工程が、少なくとも
該オフ領域上に形成される該下部電極用酸化物超電導膜
を、該オフ領域に形成された該基板表面のステップから
ラテラル成長させる工程であることを特徴とするジョセ
フソン素子の製造方法である。このように、下部電極用
酸化物超電導膜を、オフ領域を用いてラテラル成長させ
ることにより、基板に垂直方向（ｃ軸方向）の矩形状結
晶粒の成長を抑制することができる。このため、下部電
極用酸化物超電導膜の表面を、下地の基板表面と同程度
に平坦とすることができる。従って、その上に積層形成
される薄膜の障壁層の膜厚分布が均一となり、接合部に
おける超電導接合特性（臨界電流と接合特性との積。こ
の値が大きいほど素子特性が良好となる。）の再現性が
高い酸化物超電導接合を得ることが可能となる。
【０００７】上記準備工程は、上記基板表面を結晶面に
対して所定のオフ角を有するようにエッチングして、上
記オフ領域を形成する工程であっても良い。基板には、
基板表面が最初からオフ角度を有するように作製された
オフ基板を用いることも可能であるが、通常の基板をエ
ッチングすることによって、安価にオフ領域を得ること
が可能となる。
対して所定のオフ角を有するようにエッチングして、上
記オフ領域を形成する工程であっても良い。基板には、
基板表面が最初からオフ角度を有するように作製された
オフ基板を用いることも可能であるが、通常の基板をエ
ッチングすることによって、安価にオフ領域を得ること
が可能となる。
【０００８】上記基板は、ＳｒＴｉＯ3｛１００｝基
板、及びＳｒＡｌ0.5Ｔａ0.5Ｏ3−ＬａＡｌＯ3｛１０
０｝基板からなる群より選択される一の基板であること
が好ましい。
板、及びＳｒＡｌ0.5Ｔａ0.5Ｏ3−ＬａＡｌＯ3｛１０
０｝基板からなる群より選択される一の基板であること
が好ましい。
【０００９】上記オフ角は、上記基板の｛１００｝面か
ら、＜１００＞方向に２〜１０°であることが好まし
い。＜１００＞方向に２〜１０°のオフ角を有するよう
にオフ領域を形成することにより良好なラテラル成長が
可能となり、下部電極用酸化物超電導膜の表面の平坦性
を向上させること可能となる。
ら、＜１００＞方向に２〜１０°であることが好まし
い。＜１００＞方向に２〜１０°のオフ角を有するよう
にオフ領域を形成することにより良好なラテラル成長が
可能となり、下部電極用酸化物超電導膜の表面の平坦性
を向上させること可能となる。
【００１０】上記下部電極用酸化超伝導薄膜は、ＹＢａ
ＣｕＯ、及びＮｄＢａＣｕＯからなる群より選択される
一の材料からなることが好ましい。良好な超電導接合特
性を得るためである。なお、これらの材料は斜方晶であ
り、その長軸方向がｃ軸方向として定義される。
ＣｕＯ、及びＮｄＢａＣｕＯからなる群より選択される
一の材料からなることが好ましい。良好な超電導接合特
性を得るためである。なお、これらの材料は斜方晶であ
り、その長軸方向がｃ軸方向として定義される。
【００１１】また、本発明は、基板上に順次積層形成さ
れた、ｃ軸配向の下部電極用酸化物超電導膜と、障壁層
と、上部電極用酸化物超電導膜とからなる接合部を有
し、該障壁層を通して該下部電極用酸化物超電導膜と該
上部電極用酸化物超電導膜との間に電流が流れるジョセ
フソン素子であって、該基板が、少なくとも該接合部の
形成領域において、その表面が該基板の結晶面に対して
所定のオフ角を有するオフ領域を有し、少なくとも該オ
フ領域上に形成された該下部電極用酸化物超電導膜を、
そのｃ軸が該基板表面に略垂直となるようにラテラル成
長させたことを特徴とするジョセフソン素子でもある。
かかるジョセフソン素子では、下部超電導膜と上部超電
導膜との挟まれた薄膜の障壁層の膜厚が均一となり、良
好な超電導接合特性を得ることが可能となる。また、素
子間での超電導接合特性のばらつきを小さくすることが
でき、製造歩留まりを向上させることも可能となる。
れた、ｃ軸配向の下部電極用酸化物超電導膜と、障壁層
と、上部電極用酸化物超電導膜とからなる接合部を有
し、該障壁層を通して該下部電極用酸化物超電導膜と該
上部電極用酸化物超電導膜との間に電流が流れるジョセ
フソン素子であって、該基板が、少なくとも該接合部の
形成領域において、その表面が該基板の結晶面に対して
所定のオフ角を有するオフ領域を有し、少なくとも該オ
フ領域上に形成された該下部電極用酸化物超電導膜を、
そのｃ軸が該基板表面に略垂直となるようにラテラル成
長させたことを特徴とするジョセフソン素子でもある。
かかるジョセフソン素子では、下部超電導膜と上部超電
導膜との挟まれた薄膜の障壁層の膜厚が均一となり、良
好な超電導接合特性を得ることが可能となる。また、素
子間での超電導接合特性のばらつきを小さくすることが
でき、製造歩留まりを向上させることも可能となる。
【００１２】上記基板は、ＳｒＴｉＯ3｛１００｝基
板、及びＳｒＡｌ0.5Ｔａ0.5Ｏ3−ＬａＡｌＯ3｛１０
０｝基板からなる群より選択される一の基板であること
が好ましい。
板、及びＳｒＡｌ0.5Ｔａ0.5Ｏ3−ＬａＡｌＯ3｛１０
０｝基板からなる群より選択される一の基板であること
が好ましい。
【００１３】上記オフ角は、上記基板の｛１００｝面か
ら、＜１００＞方向に２〜１０°であることが好まし
い。下部電極用酸化物超電導膜の表面の平坦性を向上さ
せること可能となるからである。
ら、＜１００＞方向に２〜１０°であることが好まし
い。下部電極用酸化物超電導膜の表面の平坦性を向上さ
せること可能となるからである。
【００１４】上記下部電極用酸化超伝導薄膜は、ＹＢａ
ＣｕＯ、及びＮｄＢａＣｕＯからなる群より選択される
一の材料からなることが好ましい。良好な超電導接合特
性を得るためである。
ＣｕＯ、及びＮｄＢａＣｕＯからなる群より選択される
一の材料からなることが好ましい。良好な超電導接合特
性を得るためである。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
１〜６を用いて説明する。図１〜５は、本実施の形態に
かかるジョセフソン素子の製造工程の断面図であり、図
６は、完成したジョセフソン素子の断面図である。図に
おいて、図７と同一の符号を付した部分、部材は、同一
又は相当の部分、部材を示す。
１〜６を用いて説明する。図１〜５は、本実施の形態に
かかるジョセフソン素子の製造工程の断面図であり、図
６は、完成したジョセフソン素子の断面図である。図に
おいて、図７と同一の符号を付した部分、部材は、同一
又は相当の部分、部材を示す。
【００１６】最初に、図１〜５を用いて、本実施の形態
に係る製造方法について説明する。まず、図１に示すよ
うに、超電導体層を積層形成する基板１を準備する。基
板１には、例えば、ＳｒＴｉＯ3（００１）基板や、Ｓ
ｒＡｌ0.5Ｔａ0.5Ｏ3−ＬａＡｌＯ3（００１）基板が用
いられる。基板１は、その上に接合部が形成される領域
の表面が結晶面に対して所定の傾斜角（以下「オフ角」
という。）を有するようにエッチングされる。図１で
は、基板１の表面がちょうど（００１）面であるため、
この（００１）面に対して、＜１００＞方向に、オフ角
が２°〜１０°となるように、傾斜面（以下、「オフ領
域」という）が形成される。図１では、基板表面に対し
て仰角θとなる方向からＡｒイオンが入射するようにイ
オンミリングが行なわれ、基板表面がエッチングされて
オフ領域が形成される。このようなオフ領域では、基板
表面が（００１）結晶面から僅かに（２°〜１０°）傾
斜しているため、微視的に見ると、傾斜面は複数のステ
ップからなる階段形状を有することとなる。尚、基板を
エッチングしてオフ領域を形成する代わりに、当初から
基板表面全体が、（００１）面から所定のオフ角を有す
る、いわゆるオフ基板を用いることも可能である。
に係る製造方法について説明する。まず、図１に示すよ
うに、超電導体層を積層形成する基板１を準備する。基
板１には、例えば、ＳｒＴｉＯ3（００１）基板や、Ｓ
ｒＡｌ0.5Ｔａ0.5Ｏ3−ＬａＡｌＯ3（００１）基板が用
いられる。基板１は、その上に接合部が形成される領域
の表面が結晶面に対して所定の傾斜角（以下「オフ角」
という。）を有するようにエッチングされる。図１で
は、基板１の表面がちょうど（００１）面であるため、
この（００１）面に対して、＜１００＞方向に、オフ角
が２°〜１０°となるように、傾斜面（以下、「オフ領
域」という）が形成される。図１では、基板表面に対し
て仰角θとなる方向からＡｒイオンが入射するようにイ
オンミリングが行なわれ、基板表面がエッチングされて
オフ領域が形成される。このようなオフ領域では、基板
表面が（００１）結晶面から僅かに（２°〜１０°）傾
斜しているため、微視的に見ると、傾斜面は複数のステ
ップからなる階段形状を有することとなる。尚、基板を
エッチングしてオフ領域を形成する代わりに、当初から
基板表面全体が、（００１）面から所定のオフ角を有す
る、いわゆるオフ基板を用いることも可能である。
【００１７】続いて、図２に示すように、オフ領域を含
む基板１の上に、まず、ｃ軸配向の下部電極用酸化物超
電導膜２が結晶成長技術により形成される。下部電極用
酸化物超電導膜２としては、例えば、ＹＢａＣｕＯや、
ＮｄＢａＣｕＯなどを用いることができる。ここで、下
部電極用酸化物超電導膜２は、電流を流す配線層として
も使用されるため、超電導状態における臨界電流密度が
大きい材料を選択する必要がある。従って、本実施の形
態では、上記材料がｃ軸配向に垂直な方向の電流が流れ
やすい（超電導状態における臨界電流密度が大きい）性
質を用いるため、基板１の表面に対して下部電極用酸化
物超電導膜２のｃ軸が略垂直となるような条件で、下部
電極用酸化物超電導膜２の結晶成長を行う。
む基板１の上に、まず、ｃ軸配向の下部電極用酸化物超
電導膜２が結晶成長技術により形成される。下部電極用
酸化物超電導膜２としては、例えば、ＹＢａＣｕＯや、
ＮｄＢａＣｕＯなどを用いることができる。ここで、下
部電極用酸化物超電導膜２は、電流を流す配線層として
も使用されるため、超電導状態における臨界電流密度が
大きい材料を選択する必要がある。従って、本実施の形
態では、上記材料がｃ軸配向に垂直な方向の電流が流れ
やすい（超電導状態における臨界電流密度が大きい）性
質を用いるため、基板１の表面に対して下部電極用酸化
物超電導膜２のｃ軸が略垂直となるような条件で、下部
電極用酸化物超電導膜２の結晶成長を行う。
【００１８】上述のように、オフ領域の傾斜面は、微細
な階段状のステップからなるため、いわゆるラテラル成
長により下部電極用酸化物超電導膜２の成長を行うこと
により、下部電極用酸化物超電導膜２表面を平坦にする
ことが可能となる。即ち、従来構造のジョセフソン素子
（図７）の作製に使用したオフ領域を有さない基板上に
結晶成長させた場合は、結晶成長は縦方向に進むため、
結晶表面は、微視的に見て、凹凸のある状態で成長が進
むこととなる（スパイラル成長）。これに対して、ラテ
ラル成長では、階段状のステップから横方向に結晶成長
が進むため、オフ領域上に成長させた下部電極用酸化物
超電導膜２の表面は、下地の基板１の表面と同程度の平
坦性を保つこととなる。ここで成長させる下部電極用酸
化物超電導膜２の膜厚は、２００ｎｍ程度である。
な階段状のステップからなるため、いわゆるラテラル成
長により下部電極用酸化物超電導膜２の成長を行うこと
により、下部電極用酸化物超電導膜２表面を平坦にする
ことが可能となる。即ち、従来構造のジョセフソン素子
（図７）の作製に使用したオフ領域を有さない基板上に
結晶成長させた場合は、結晶成長は縦方向に進むため、
結晶表面は、微視的に見て、凹凸のある状態で成長が進
むこととなる（スパイラル成長）。これに対して、ラテ
ラル成長では、階段状のステップから横方向に結晶成長
が進むため、オフ領域上に成長させた下部電極用酸化物
超電導膜２の表面は、下地の基板１の表面と同程度の平
坦性を保つこととなる。ここで成長させる下部電極用酸
化物超電導膜２の膜厚は、２００ｎｍ程度である。
【００１９】続いて、障壁層３、上部電極用酸化物超電
導膜４をスパッタ法やレーザ蒸着法などを用いることに
より順次、積層形成する。障壁層３としては、例えば、
ＰｒＢａＣｕＯが用いられ、膜厚は１０ｎｍ程度であ
る。また、上部電極用酸化物超電導膜４には、下部電極
用酸化物超電導膜２と同様に、例えば、ＹＢａＣｕＯ
や、ＮｄＢａＣｕＯなどが用いられ、膜厚は２００ｎｍ
程度である。上部電極用酸化物超電導膜４も、基板１の
表面に略垂直な方向にｃ軸が配向するように形成され
る。更に、例えば、Ａｕからなるコンタクト金属膜５を
蒸着法等により形成する。なお、図２では、かかる４層
はオフ領域周囲のみに形成されているが、実際には基板
１の表面全体に形成される。
導膜４をスパッタ法やレーザ蒸着法などを用いることに
より順次、積層形成する。障壁層３としては、例えば、
ＰｒＢａＣｕＯが用いられ、膜厚は１０ｎｍ程度であ
る。また、上部電極用酸化物超電導膜４には、下部電極
用酸化物超電導膜２と同様に、例えば、ＹＢａＣｕＯ
や、ＮｄＢａＣｕＯなどが用いられ、膜厚は２００ｎｍ
程度である。上部電極用酸化物超電導膜４も、基板１の
表面に略垂直な方向にｃ軸が配向するように形成され
る。更に、例えば、Ａｕからなるコンタクト金属膜５を
蒸着法等により形成する。なお、図２では、かかる４層
はオフ領域周囲のみに形成されているが、実際には基板
１の表面全体に形成される。
【００２０】続いて、図３に示すように、コンタクト金
属膜５、上部電極用酸化物超電導膜４、障壁層３を、マ
スク（図示せず）を用いてエッチング除去し、オフ領域
近傍のみに残るようにする。かかるエッチング工程で残
った領域が、超電導材料／障壁層／超電導材料の積層構
造からなる接合部８となる。
属膜５、上部電極用酸化物超電導膜４、障壁層３を、マ
スク（図示せず）を用いてエッチング除去し、オフ領域
近傍のみに残るようにする。かかるエッチング工程で残
った領域が、超電導材料／障壁層／超電導材料の積層構
造からなる接合部８となる。
【００２１】続いて、図４に示すように、下部電極用酸
化物超電導膜２が、接合部８以外の領域で、上部電極用
酸化物超電導膜４と電気的に短絡することを防止するた
めに、接合部８以外の領域をＳｉＯ2等の層間絶縁層６
で覆う。具体的には、全体を層間絶縁層６で覆った後、
接合部８の上部以外の領域にマスクを被せて、層間絶縁
層６をエッチングすることにより行う。
化物超電導膜２が、接合部８以外の領域で、上部電極用
酸化物超電導膜４と電気的に短絡することを防止するた
めに、接合部８以外の領域をＳｉＯ2等の層間絶縁層６
で覆う。具体的には、全体を層間絶縁層６で覆った後、
接合部８の上部以外の領域にマスクを被せて、層間絶縁
層６をエッチングすることにより行う。
【００２２】続いて、図５に示すように、接合部８の中
央部を覆うようにマスク（図示せず）を形成し、全面に
Ａｇ等の配線材料を蒸着し、リフトオフ法を用いてマス
ク上の配線材料を除去することにより、配線層７を形成
する。
央部を覆うようにマスク（図示せず）を形成し、全面に
Ａｇ等の配線材料を蒸着し、リフトオフ法を用いてマス
ク上の配線材料を除去することにより、配線層７を形成
する。
【００２３】最後に、コンタクト金属膜５のうち、配線
層７で覆われていない領域をエッチング除去し、図６に
示すジョセフソン素子が完成する。図には記載されてい
ないが、下部電極用酸化物超電導膜４は電流を流すため
の下部配線として、他の素子などに接続されている。
層７で覆われていない領域をエッチング除去し、図６に
示すジョセフソン素子が完成する。図には記載されてい
ないが、下部電極用酸化物超電導膜４は電流を流すため
の下部配線として、他の素子などに接続されている。
【００２４】以上に示す製造方法により作製されたジョ
セフソン素子の断面図を図６に示す。かかるジョセフソ
ン素子では、基板１にオフ領域を形成し、かかるオフ領
域上に接合部８を形成するため、下部電極用酸化物超電
導膜２の表面を、下地の基板１の表面と同程度に平坦と
することができる。従って、下部電極用酸化物超電導膜
２上に形成される薄膜の障壁層３の膜厚分布を均一にす
ることができ、超電導接合特性が均一で安定した接合部
８の形成が可能となり、作製したジョセフソン素子の超
電導接合特性の再現性が向上することとなる。
セフソン素子の断面図を図６に示す。かかるジョセフソ
ン素子では、基板１にオフ領域を形成し、かかるオフ領
域上に接合部８を形成するため、下部電極用酸化物超電
導膜２の表面を、下地の基板１の表面と同程度に平坦と
することができる。従って、下部電極用酸化物超電導膜
２上に形成される薄膜の障壁層３の膜厚分布を均一にす
ることができ、超電導接合特性が均一で安定した接合部
８の形成が可能となり、作製したジョセフソン素子の超
電導接合特性の再現性が向上することとなる。
【００２５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかるジョセフソン素子の製造方法を用いることによ
り、ｃ軸配向した下部電極用酸化物超電導膜の表面を、
下地の基板の表面と同程度に平坦とすることが可能とな
る。従って、かかる下部電極用酸化物超電導膜上に形成
される障壁層の膜厚分布の均一性が向上し、所定の超電
導接合特性を備えたジョセフソン素子を再現性良く形成
することが可能となり、ジョセフソン素子の製造歩留ま
りの向上を図ることが可能となる。
にかかるジョセフソン素子の製造方法を用いることによ
り、ｃ軸配向した下部電極用酸化物超電導膜の表面を、
下地の基板の表面と同程度に平坦とすることが可能とな
る。従って、かかる下部電極用酸化物超電導膜上に形成
される障壁層の膜厚分布の均一性が向上し、所定の超電
導接合特性を備えたジョセフソン素子を再現性良く形成
することが可能となり、ジョセフソン素子の製造歩留ま
りの向上を図ることが可能となる。
【００２６】また、本実施の形態にかかるジョセフソン
素子では、障壁層の膜厚が均一となり、良好な超電導接
合特性を得ることが可能となる。
素子では、障壁層の膜厚が均一となり、良好な超電導接
合特性を得ることが可能となる。
【図１】 本発明にかかるジョセフソン素子の製造工程
の断面図である。
の断面図である。
【図２】 本発明にかかるジョセフソン素子の製造工程
の断面図である。
の断面図である。
【図３】 本発明にかかるジョセフソン素子の製造工程
の断面図である。
の断面図である。
【図４】 本発明にかかるジョセフソン素子の製造工程
の断面図である。
の断面図である。
【図５】 本発明にかかるジョセフソン素子の製造工程
の断面図である。
の断面図である。
【図６】 本発明にかかるジョセフソン素子の断面図で
ある。
ある。
【図７】 従来構造のジョセフソン素子の断面図であ
る。
る。
１ 基板、２ 下部電極用酸化物超電導膜、３ 障壁
層、４ 上部電極用酸化物超電導膜、５ コンタクト金
属膜、６ 層間絶縁層、７配線層、８ 接合部。
層、４ 上部電極用酸化物超電導膜、５ コンタクト金
属膜、６ 層間絶縁層、７配線層、８ 接合部。
Claims (9)
- 【請求項１】 基板上に、ｃ軸配向の下部電極用酸化物
超電導膜と、障壁層と、上部電極用酸化物超電導膜とを
順次積層形成して接合部を形成するジョセフソン素子の
製造方法であって、 少なくとも該接合部が積層形成される領域の該基板表面
が、結晶面から所定のオフ角を有するオフ領域である該
基板を準備する準備工程と、 該基板上に、該基板表面に対して略垂直方向にｃ軸が配
向するように該下部電極用酸化物超電導膜を成長させる
成長工程とを含み、 該成長工程が、少なくとも該オフ領域上に形成される該
下部電極用酸化物超電導膜を、該オフ領域に形成された
該基板表面のステップからラテラル成長させる工程であ
ることを特徴とするジョセフソン素子の製造方法。 - 【請求項２】 上記準備工程が、上記基板表面を結晶面
に対して所定のオフ角を有するようにエッチングして、
上記オフ領域を形成する工程であることを特徴とする請
求項１に記載のジョセフソン素子の製造方法。 - 【請求項３】 上記基板が、ＳｒＴｉＯ3｛１００｝基
板、及びＳｒＡｌ0.5Ｔａ0.5Ｏ3−ＬａＡｌＯ3｛１０
０｝基板からなる群より選択される一の基板であること
を特徴とする請求項１に記載のジョセフソン素子の製造
方法。 - 【請求項４】 上記オフ角が、上記基板の｛１００｝面
から、＜１００＞方向に２〜１０°であることを特徴と
する請求項１〜３のいずれかに記載のジョセフソン素子
の製造方法。 - 【請求項５】 上記下部電極用酸化超伝導薄膜が、ＹＢ
ａＣｕＯ、及びＮｄＢａＣｕＯからなる群より選択され
る一の材料からなることを特徴とする請求項１〜４のい
ずれかに記載のジョセフソン素子の製造方法。 - 【請求項６】 基板上に順次積層形成された、ｃ軸配向
の下部電極用酸化物超電導膜と、障壁層と、上部電極用
酸化物超電導膜とからなる接合部を有し、該障壁層を通
して該下部電極用酸化物超電導膜と該上部電極用酸化物
超電導膜との間に電流が流れるジョセフソン素子であっ
て、 該基板が、少なくとも該接合部の形成領域において、そ
の表面が該基板の結晶面に対して所定のオフ角を有する
オフ領域を有し、 少なくとも該オフ領域上に形成された該下部電極用酸化
物超電導膜を、そのｃ軸が該基板表面に略垂直となるよ
うにラテラル成長させたことを特徴とするジョセフソン
素子。 - 【請求項７】 上記基板が、ＳｒＴｉＯ3｛１００｝基
板、及びＳｒＡｌ0.5Ｔａ0.5Ｏ3−ＬａＡｌＯ3｛１０
０｝基板からなる群より選択される一の基板であること
を特徴とする請求項６に記載のジョセフソン素子。 - 【請求項８】 上記オフ角が、上記基板の｛１００｝面
から、＜１００＞方向に２〜１０°であることを特徴と
する請求項６に記載のジョセフソン素子。 - 【請求項９】 上記下部電極用酸化超伝導薄膜が、ＹＢ
ａＣｕＯ、及びＮｄＢａＣｕＯからなる群より選択され
る一の材料からなることを特徴とする請求項６〜８のい
ずれかに記載のジョセフソン素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11103824A JP2000299509A (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | ジョセフソン素子の製造方法及びその構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11103824A JP2000299509A (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | ジョセフソン素子の製造方法及びその構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000299509A true JP2000299509A (ja) | 2000-10-24 |
Family
ID=14364171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11103824A Pending JP2000299509A (ja) | 1999-04-12 | 1999-04-12 | ジョセフソン素子の製造方法及びその構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000299509A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115440877A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-12-06 | 合肥本源量子计算科技有限责任公司 | 超导电路、量子芯片及超导电路的制备方法 |
| US20230172075A1 (en) * | 2021-07-08 | 2023-06-01 | Ambature, Inc. | Axis Josephson Junctions with Improved Smoothness |
-
1999
- 1999-04-12 JP JP11103824A patent/JP2000299509A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230172075A1 (en) * | 2021-07-08 | 2023-06-01 | Ambature, Inc. | Axis Josephson Junctions with Improved Smoothness |
| US12672488B2 (en) * | 2021-07-08 | 2026-06-30 | Ambature, Inc. | A-axis Josephson junctions with improved smoothness |
| CN115440877A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-12-06 | 合肥本源量子计算科技有限责任公司 | 超导电路、量子芯片及超导电路的制备方法 |
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