JPH01109780A - 酸化物超伝導体・Ｎｂ系超伝導体トンネル接合の形成方法 - Google Patents
酸化物超伝導体・Ｎｂ系超伝導体トンネル接合の形成方法Info
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- JPH01109780A JPH01109780A JP62266477A JP26647787A JPH01109780A JP H01109780 A JPH01109780 A JP H01109780A JP 62266477 A JP62266477 A JP 62266477A JP 26647787 A JP26647787 A JP 26647787A JP H01109780 A JPH01109780 A JP H01109780A
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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】
［産業上の利用分野コ
木発明は、下地電極に酸化物超伝導体、対向電極にＮｂ
系超伝導体を用いた超伝導トンネル接合の形成方法に関
する。
系超伝導体を用いた超伝導トンネル接合の形成方法に関
する。
［従来の技術］
従来から、高Ｔｃ（転穆温度）酸化物超伝導体を電極材
料に用いたジョセフソン接合の作製方法の検討が進めら
れているが、これまで満足な結果は得られていない。従
来の酸化物超伝導体を用いたジョセフソン接合は、バル
ク材料を用いた点接触型や薄膜における結晶粒界の効果
によるブリッジ型のものしかなかった。
料に用いたジョセフソン接合の作製方法の検討が進めら
れているが、これまで満足な結果は得られていない。従
来の酸化物超伝導体を用いたジョセフソン接合は、バル
ク材料を用いた点接触型や薄膜における結晶粒界の効果
によるブリッジ型のものしかなかった。
ブリッジ型のジョセフソン接合は、磁束計やサブミリ波
検出器には応用可能であるものの、従来技術により形成
されたブリッジ型のジョセフソン接合は、特性の制御が
全くできていない。しかもジョセフソン電流の分布が極
めて不均質であるため、仮にジョセフソン電流の値が制
御できたとしても、外部雑音に対して動作が不安定であ
る。
検出器には応用可能であるものの、従来技術により形成
されたブリッジ型のジョセフソン接合は、特性の制御が
全くできていない。しかもジョセフソン電流の分布が極
めて不均質であるため、仮にジョセフソン電流の値が制
御できたとしても、外部雑音に対して動作が不安定であ
る。
ジョセフソン電流値の制御および外部雑音に対する安定
動作のため、トンネル型のジョセフソン接合の作製か不
可欠である。高Ｔｃ酸化物超伝導体を下地Ｍ 極として
用いる場合、対向電極には、ギャップ電圧以下でのリー
ク電流を小さくするためｐｂ金合金るいはＮｂ、 Ｎｂ
ＮおよびＮｂ系Ａ１５化合物が用いられる。これは、基
板を冷却した状態で、極薄のトンネルバリア上にトンネ
ルバリアとの相互拡散を抑えて良質の薄膜を形成できる
からである。しかし、ｐｂ金合金、機械的強度が小さく
、信頼性が十分でないため、ＮｂやＮｂＮあるいはＮｂ
系Ａ１５化合物を用いる。
動作のため、トンネル型のジョセフソン接合の作製か不
可欠である。高Ｔｃ酸化物超伝導体を下地Ｍ 極として
用いる場合、対向電極には、ギャップ電圧以下でのリー
ク電流を小さくするためｐｂ金合金るいはＮｂ、 Ｎｂ
ＮおよびＮｂ系Ａ１５化合物が用いられる。これは、基
板を冷却した状態で、極薄のトンネルバリア上にトンネ
ルバリアとの相互拡散を抑えて良質の薄膜を形成できる
からである。しかし、ｐｂ金合金、機械的強度が小さく
、信頼性が十分でないため、ＮｂやＮｂＮあるいはＮｂ
系Ａ１５化合物を用いる。
従来技術によれは、水冷基板上に形成するＮｂ、Ｎｂ系
Ａ１５化合物あるいはＮｂＮ薄膜は、レジストステンシ
ルを用いたりフトオフ加工によりバターニングされてい
た。リフトオフ加工により対向電極をバターニングする
ことの問題点に次のものがある。レジストステンシルは
、通常ＡＺ １３５０ＪやＡＸ１４７０フォトレジスト
により形成するが、これらのレジストの耐熱温度は、た
かだか１３０℃程度である。
Ａ１５化合物あるいはＮｂＮ薄膜は、レジストステンシ
ルを用いたりフトオフ加工によりバターニングされてい
た。リフトオフ加工により対向電極をバターニングする
ことの問題点に次のものがある。レジストステンシルは
、通常ＡＺ １３５０ＪやＡＸ１４７０フォトレジスト
により形成するが、これらのレジストの耐熱温度は、た
かだか１３０℃程度である。
また、レジストステンシルは、下地電極をバターニング
した直後に形成し、その後下地電極表面の清浄化処理を
行い、さらにトンネルバリアを形成し、最後に対向電極
薄膜を形成してから、リフトオフをする手順で行われる
。下地電極表面の静浄化処理には、酸素をふくむ雰囲気
ガス中での加熱か必要となる場合があり、その温度は３
００〜５００℃で行われる。ところが、レジストステン
シルか存在する場合には、この加熱処理ができなくなり
、下地電極表面が十分に清浄化されない事態が生ずる。
した直後に形成し、その後下地電極表面の清浄化処理を
行い、さらにトンネルバリアを形成し、最後に対向電極
薄膜を形成してから、リフトオフをする手順で行われる
。下地電極表面の静浄化処理には、酸素をふくむ雰囲気
ガス中での加熱か必要となる場合があり、その温度は３
００〜５００℃で行われる。ところが、レジストステン
シルか存在する場合には、この加熱処理ができなくなり
、下地電極表面が十分に清浄化されない事態が生ずる。
加熱によるレジストの硬化あるいは酸素による灰化を回
避するため、対向電極を酸性溶液による化学エツチング
によってバターニングしようとすれば次の問題がある。
避するため、対向電極を酸性溶液による化学エツチング
によってバターニングしようとすれば次の問題がある。
高Ｔｃ酸化物超伝導体は、非常に濃度の薄い酸によって
すら容易に腐食され、対向電極Ｎｂ、 Ｎｂ系Ａ１５化
合物あるいはＮｂＮに対して全くエツチングの選択比を
とることができない。対向電極をエツチングする際に、
下地電極の一部はエツチング液にさらされ、その部分が
なくなってしまい、所望の接合パターンが得られなくな
る。このため、化学エツチングによる対向電極のバター
ニングは、適用できない。
すら容易に腐食され、対向電極Ｎｂ、 Ｎｂ系Ａ１５化
合物あるいはＮｂＮに対して全くエツチングの選択比を
とることができない。対向電極をエツチングする際に、
下地電極の一部はエツチング液にさらされ、その部分が
なくなってしまい、所望の接合パターンが得られなくな
る。このため、化学エツチングによる対向電極のバター
ニングは、適用できない。
［発明が解決しようとする問題点］
このように、従来技術をもってしては、高Ｔｃ酸化物超
伝導体を下地電極とするトンネル型ジョセフソン接合を
作製することは困難であった。
伝導体を下地電極とするトンネル型ジョセフソン接合を
作製することは困難であった。
木発明は、上述の欠点を改善するためになされたもので
、酸化物超伝導体を損なうことなく良好なトンネル接合
を形成し得る方法を提供することを目的とする。
、酸化物超伝導体を損なうことなく良好なトンネル接合
を形成し得る方法を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］
このような目的を達成するために、本発明は、基板上に
酸化物超伝導体からなる下地電極パターンを形成する工
程と、下地電極パターンを覆ってトンネルバリアとなる
層を形成する工程と、トンネルバリアとなる層を覆って
対向電極となるＮｂ系超伝導体薄膜を形成する工程と、
Ｎｂ系超伝導体薄膜およびトンネルバリアとなる層のそ
れぞれのうち、トンネル接合部以外の部分を反応性イオ
ンエツチングによって除去して対向電極を形成する工程
と、下地電極上に絶縁層を形成する工程と、対向電極の
上面と超伝導的に導通する配線層を形成する工程とから
なることを特徴とする。
酸化物超伝導体からなる下地電極パターンを形成する工
程と、下地電極パターンを覆ってトンネルバリアとなる
層を形成する工程と、トンネルバリアとなる層を覆って
対向電極となるＮｂ系超伝導体薄膜を形成する工程と、
Ｎｂ系超伝導体薄膜およびトンネルバリアとなる層のそ
れぞれのうち、トンネル接合部以外の部分を反応性イオ
ンエツチングによって除去して対向電極を形成する工程
と、下地電極上に絶縁層を形成する工程と、対向電極の
上面と超伝導的に導通する配線層を形成する工程とから
なることを特徴とする。
［作 用コ
本発明によるジョセフソン接合の作製工程を第１図に示
す。第１図（ａ） に示すように、基板ｌ上に下地電極
パターン２を形成する。下地電極２は、（Ｍ１＋−ｘＭ
２ｘ）ｙｃｕｏｚ （０＜Ｘ ＜１．１≦Ｙ≦２．２≦
２≦４．Ｍｌは■族金属（Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ
、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｙｂ。
す。第１図（ａ） に示すように、基板ｌ上に下地電極
パターン２を形成する。下地電極２は、（Ｍ１＋−ｘＭ
２ｘ）ｙｃｕｏｚ （０＜Ｘ ＜１．１≦Ｙ≦２．２≦
２≦４．Ｍｌは■族金属（Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ
、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｙｂ。
ＬＬｌ、Ｂ、ＡＪＺ 、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｊ２ ）、Ｍ２
はＩＩ族金属（Ｂｅ、Ｍｇ、１１：ａ。
はＩＩ族金属（Ｂｅ、Ｍｇ、１１：ａ。
Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、（：ｄ、ｌ１ｇ））の中から選ばれ
た一種からなる高ＴＣ酸化物超伝導材料である。ついで
第１図（ｂ）に示すようにトンネルバリアとなる層３を
下地電極パターンを覆って形成する。トンネルバリア３
には、下地電極表面を人為的に処理した変成層やＡｌ１
２０３．ＭｇＯ，ＺｒＯ２等の異種物質を用いる。トン
ネルバリア形成の後、第１図（ｃ）に示すように基板上
全面にＮｂ系超伝導体薄膜４を形成する０次に、第１図
（ｄ） に示すように接合部レジストパターン５を形成
する。しかる後、第１図（ｅ）に示すように、レジスト
５をマスクにして、Ｎｂ系超伝導体薄膜をＣＦ４＋Ｏ□
混合ガスプラズマを用いて反応性イオンエツチングして
対向７３極４Ａおよびトンネルバリア３Ａを形成する。
た一種からなる高ＴＣ酸化物超伝導材料である。ついで
第１図（ｂ）に示すようにトンネルバリアとなる層３を
下地電極パターンを覆って形成する。トンネルバリア３
には、下地電極表面を人為的に処理した変成層やＡｌ１
２０３．ＭｇＯ，ＺｒＯ２等の異種物質を用いる。トン
ネルバリア形成の後、第１図（ｃ）に示すように基板上
全面にＮｂ系超伝導体薄膜４を形成する０次に、第１図
（ｄ） に示すように接合部レジストパターン５を形成
する。しかる後、第１図（ｅ）に示すように、レジスト
５をマスクにして、Ｎｂ系超伝導体薄膜をＣＦ４＋Ｏ□
混合ガスプラズマを用いて反応性イオンエツチングして
対向７３極４Ａおよびトンネルバリア３Ａを形成する。
この時、下地電極材料は、ＣＦ４ ＋ｏ２により全くエ
ツチングされないため、Ｎｂ系超伝導体およびトンネル
バリアとなる層のみを選択的にエツチングしてパターン
を得ることができる。
ツチングされないため、Ｎｂ系超伝導体およびトンネル
バリアとなる層のみを選択的にエツチングしてパターン
を得ることができる。
対向電極薄膜をパターニングした後、第１図（ｆ） に
示すようにレジスト５を除去することなくそのままリフ
トオフステンシルにして、絶縁層薄ＩＩ！６をパターニ
ングする。最後に、第１図（ｇ）に示すように配線層７
を形成して、ジョセフソン接合の作製を終る。
示すようにレジスト５を除去することなくそのままリフ
トオフステンシルにして、絶縁層薄ＩＩ！６をパターニ
ングする。最後に、第１図（ｇ）に示すように配線層７
を形成して、ジョセフソン接合の作製を終る。
この様な本発明の作製方法によれば、トンネルバリア形
成前の下地電極表面には、レジストパターンは存在しな
いため、下地電極表面の超伝導特性を回復させる手段と
して、酸素雰囲気中で加熱あるいはプラズマ処理を行っ
ても対向電極のパターニングに支障がない。また反応性
イオンエツチングによるので、酸によるエツチングと異
なり、下地電極を損なうことがない。本発明では、以上
の効果により、トンネルバリア直下の下地電極表面の超
伝導特性を向上させたトンネル型ジョセフソン接合を提
供できる。
成前の下地電極表面には、レジストパターンは存在しな
いため、下地電極表面の超伝導特性を回復させる手段と
して、酸素雰囲気中で加熱あるいはプラズマ処理を行っ
ても対向電極のパターニングに支障がない。また反応性
イオンエツチングによるので、酸によるエツチングと異
なり、下地電極を損なうことがない。本発明では、以上
の効果により、トンネルバリア直下の下地電極表面の超
伝導特性を向上させたトンネル型ジョセフソン接合を提
供できる。
［実施例］
以下に本発明の具体的な実施例について説明する。
実施例１
サファイア基板上に高ＴＣ酸化物超伝導体を電極とする
トンネル接合を作製した。
トンネル接合を作製した。
すなわち、サファイア基板上に、Ｌａ−Ｂａ−Ｃｕ−０
ターゲツト（１００ｍｍφ、 ５ｍｍ厚）を用いて、５
ＰａのＡ「ガス中で５００Ｗ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、５００℃に加熱した
基板上に下地電極用（Ｌａｏ９Ｂａ６． Ｉ）２ＣＵＯ
４酸化物超伝導薄膜を２００ｎＩＩ＋のＨさに形成した
。つぎに、レジストコート・露光・現像および希硝酸に
よる化学エツチングの手順を経て下地電極のパターンを
形成した。
ターゲツト（１００ｍｍφ、 ５ｍｍ厚）を用いて、５
ＰａのＡ「ガス中で５００Ｗ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、５００℃に加熱した
基板上に下地電極用（Ｌａｏ９Ｂａ６． Ｉ）２ＣＵＯ
４酸化物超伝導薄膜を２００ｎＩＩ＋のＨさに形成した
。つぎに、レジストコート・露光・現像および希硝酸に
よる化学エツチングの手順を経て下地電極のパターンを
形成した。
トンネルバリア形成の前処理として、下地電極表面を０
．８気圧のＡｒ＋ １０Ｖｏｌ ［０２混合カス中で４
００℃に加熱して３０分間アニールすることにより、下
地電極表面の劣化を回復させた。次に、トンネルバリア
の形成は、雰囲気ガスを０．２気圧の＾ｒ＋５勧２に置
換して、 ４００℃で１５分間放置して下地電極表面の
極薄層を弯成させることにより形成した。
．８気圧のＡｒ＋ １０Ｖｏｌ ［０２混合カス中で４
００℃に加熱して３０分間アニールすることにより、下
地電極表面の劣化を回復させた。次に、トンネルバリア
の形成は、雰囲気ガスを０．２気圧の＾ｒ＋５勧２に置
換して、 ４００℃で１５分間放置して下地電極表面の
極薄層を弯成させることにより形成した。
次に、基板上全面に対向電極Ｎｂ薄膜をｄｃマグネトロ
ンスパッタ法により、３００ｒ＋ｍの厚さに形成（直径
１００ｍｍ 、５ｍｍ厚のターゲットを使用、Ａｒガス
圧２Ｐａ、スパッタ電流１．２Ａ） した。しかる後
、接合部のレジストパターンを形成し、平行平板型のド
ライエツチング装置を用いて、接合部の対向電極薄膜の
みを残すように反応性イオンエツチングした。１−）チ
ング条件はＣＦ４＋ ５零０２１ＱＰａ、ｒｆ電力５０
Ｗである。接合部のレジストパターンをそのまま残して
絶縁層をリフトオフするためのステンシルとして、Ｍｇ
Ｏ薄膜をｒｆマグネトロンスパッタ法により、４００ｎ
ｍの厚さに形成（直径７５ｍｍ、３ｍｍ厚のターゲット
を使用、Ａ「ガス圧４Ｐａ、ｒｆ電力３００Ｗ）し、ア
セトン中でレジストを溶解して絶縁層をパターニングし
た。
ンスパッタ法により、３００ｒ＋ｍの厚さに形成（直径
１００ｍｍ 、５ｍｍ厚のターゲットを使用、Ａｒガス
圧２Ｐａ、スパッタ電流１．２Ａ） した。しかる後
、接合部のレジストパターンを形成し、平行平板型のド
ライエツチング装置を用いて、接合部の対向電極薄膜の
みを残すように反応性イオンエツチングした。１−）チ
ング条件はＣＦ４＋ ５零０２１ＱＰａ、ｒｆ電力５０
Ｗである。接合部のレジストパターンをそのまま残して
絶縁層をリフトオフするためのステンシルとして、Ｍｇ
Ｏ薄膜をｒｆマグネトロンスパッタ法により、４００ｎ
ｍの厚さに形成（直径７５ｍｍ、３ｍｍ厚のターゲット
を使用、Ａ「ガス圧４Ｐａ、ｒｆ電力３００Ｗ）し、ア
セトン中でレジストを溶解して絶縁層をパターニングし
た。
最後に、５００ｎｍのＮｂの配線層を形成して接合の作
製を終った。このジョセフソン接合の５ににおける特性
は、以下の通り良好であった。電流−電圧特性を第２図
に示す。
製を終った。このジョセフソン接合の５ににおける特性
は、以下の通り良好であった。電流−電圧特性を第２図
に示す。
ギャップ電圧８．５ｍＶ、Ｒ（ａｔ ５ｍＶ）／Ｒ（ａ
ｔ ｌｏｍＶ）−１４゜Ｉｊ傘ＴＩ（ａｔ ｌｏｍＶ）
−５，２ｍＶＩｊは、最大ジョセフソン電流である。
ｔ ｌｏｍＶ）−１４゜Ｉｊ傘ＴＩ（ａｔ ｌｏｍＶ）
−５，２ｍＶＩｊは、最大ジョセフソン電流である。
実力包例２
Ｍｇ０基板を用意して、直径１００ｍｍ、 ５ｍｍ厚の
Ｍ−５ｒ−Ｃｕ−０ターゲツト（Ｍ：Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、
ＩＩ：ｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｙｂ。
Ｍ−５ｒ−Ｃｕ−０ターゲツト（Ｍ：Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、
ＩＩ：ｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｙｂ。
Ｌｕ、Ｂ、ＡＩ！、、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ１）を用いて、
「ｆマグネトロンスパッタ法により、（Ｍｏ、 ７Ｓｒ
ｏ、 ３） １３ｃｕ０３（Ｍ：Ｓｃ、Ｙ。
「ｆマグネトロンスパッタ法により、（Ｍｏ、 ７Ｓｒ
ｏ、 ３） １３ｃｕ０３（Ｍ：Ｓｃ、Ｙ。
Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｂ、ＡＪ
２ 、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ ）酸化物超伝導薄膜を２００
ｎｍの厚さに堆積し （Ａｒガス圧１０Ｐａ、ｒｆ電力
５００Ｗ） 、実施例１と同様にして下地電極のパター
ンを化学エツチングにより形成した。次に、トンネルバ
リア形成の前処理として２６００Ｐａの０２ガス中で、
基板を３５０℃で３０分間アニールし、再び真空に排気
して、Ｚｒ極薄膜をｄｃマグネトロンスパッタ法により
Ｚｎｍの厚さに形成（直径７５ｍｍ、 ３ｍｍ厚のター
ゲットを使用、Ａｒガス圧４Ｐａ、スパッタ電流０．１
Ａ） シ、５０Ｐａの酸素中で酸化して、ｚｒＯ２ト
ンネルバリアを形成し、その後、対向電極Ｎｂ３Ｇｅ、
Ｎｂ５ＡＪ２ 、 Ｎｂ３Ｓｎ、Ｎｂ３Ｇａ薄膜をそれ
ぞれ３００ｎｍの厚さに形成（直径１００ｍｍ 、 ５
ｍｍ厚の合金ターゲットを使用、基板温度２００℃、Ａ
「ガス圧５Ｐａ、スパッタ電流０．８Ａ） した。し
かる後、接合部のレジストパターンを形成し、平行平板
型のトライエツチング装置を用いて、接合部の対向電極
薄膜のみを残すように反応性イオンエツチングした。エ
ツチング条件はＣＦ、＋ ＋ ５！ｊ；０２１０Ｐａ、
ｒｆ電力５０Ｗである。接合部のレジストパターンをそ
のまま残して絶縁層をリフトオフするためのステンシル
として、ＭｇＯ薄月莫をｒｆマグネトロンスパッタ法に
より、４００ｎｍの厚さに形成（直径７５ｍｍ、３ｍｍ
厚のターゲットを使用、Ａｒガス圧４Ｐａ、ｒｆ電力３
００Ｗ） Ｌ、アセトン中でレジストを溶解して絶縁
層をパターニングした。
２ 、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ ）酸化物超伝導薄膜を２００
ｎｍの厚さに堆積し （Ａｒガス圧１０Ｐａ、ｒｆ電力
５００Ｗ） 、実施例１と同様にして下地電極のパター
ンを化学エツチングにより形成した。次に、トンネルバ
リア形成の前処理として２６００Ｐａの０２ガス中で、
基板を３５０℃で３０分間アニールし、再び真空に排気
して、Ｚｒ極薄膜をｄｃマグネトロンスパッタ法により
Ｚｎｍの厚さに形成（直径７５ｍｍ、 ３ｍｍ厚のター
ゲットを使用、Ａｒガス圧４Ｐａ、スパッタ電流０．１
Ａ） シ、５０Ｐａの酸素中で酸化して、ｚｒＯ２ト
ンネルバリアを形成し、その後、対向電極Ｎｂ３Ｇｅ、
Ｎｂ５ＡＪ２ 、 Ｎｂ３Ｓｎ、Ｎｂ３Ｇａ薄膜をそれ
ぞれ３００ｎｍの厚さに形成（直径１００ｍｍ 、 ５
ｍｍ厚の合金ターゲットを使用、基板温度２００℃、Ａ
「ガス圧５Ｐａ、スパッタ電流０．８Ａ） した。し
かる後、接合部のレジストパターンを形成し、平行平板
型のトライエツチング装置を用いて、接合部の対向電極
薄膜のみを残すように反応性イオンエツチングした。エ
ツチング条件はＣＦ、＋ ＋ ５！ｊ；０２１０Ｐａ、
ｒｆ電力５０Ｗである。接合部のレジストパターンをそ
のまま残して絶縁層をリフトオフするためのステンシル
として、ＭｇＯ薄月莫をｒｆマグネトロンスパッタ法に
より、４００ｎｍの厚さに形成（直径７５ｍｍ、３ｍｍ
厚のターゲットを使用、Ａｒガス圧４Ｐａ、ｒｆ電力３
００Ｗ） Ｌ、アセトン中でレジストを溶解して絶縁
層をパターニングした。
最後に、５００ｎｍの膜厚のＮｂ３Ｓｎの配線層を形成
して接合の作製を終った。表−１にこれら接合の１０Ｋ
に於る特性を示す。
して接合の作製を終った。表−１にこれら接合の１０Ｋ
に於る特性を示す。
表−１
１ＩＩ族金属を変えた場合のトンネル接合の特性ＴＪ２
１２ １５ ８ Ｎｂ３Ｇｅここ
でＲｊはギャップ電圧より８ｍＶ低い電圧における抵抗
値、ｆｉｎは、ギャップ電圧より５ｍＶ高い電圧におけ
る抵抗値である。
１２ １５ ８ Ｎｂ３Ｇｅここ
でＲｊはギャップ電圧より８ｍＶ低い電圧における抵抗
値、ｆｉｎは、ギャップ電圧より５ｍＶ高い電圧におけ
る抵抗値である。
実施例３
サファイア基板上に、直径１００ｍｍ 、 ３ｍｍ厚の
Ｙ−Ｍ−Ｃｕ−０ターゲツト（Ｍ：Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、
Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ。
Ｙ−Ｍ−Ｃｕ−０ターゲツト（Ｍ：Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、
Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ。
１１ｇ）を用いてｒｆマグネトロンスパッタ法により、
（Ｙｏ、Ｍｏ３）１３ＣｕＯ，（Ｍ：Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ
、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ。
（Ｙｏ、Ｍｏ３）１３ＣｕＯ，（Ｍ：Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ
、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ。
１１ｇ）酸化物超伝導Ｒ膜を３００ｎｍの厚さに堆積（
Ａｒガス圧６Ｐａ、ｒｆ電力４００Ｗ） Ｌ、レジス
トコート・露光・現像およびエツチングの手順を経て下
地電極をパターニングした。続いて、トンネルバリア形
成の前処理として１３００Ｐａの酸素雰囲気中で、 ５
００℃の温度で６０ｍ１ｎアニールした。再び真空に排
気した後、ＡｆＬの極薄膜をｄｃマグネトロンスパッタ
法により、３ｎｍの厚さに形成し、５０Ｐａの酸素中で
熱酸化してＡｕ２０３ トンネルバリアを形成した。
Ａｒガス圧６Ｐａ、ｒｆ電力４００Ｗ） Ｌ、レジス
トコート・露光・現像およびエツチングの手順を経て下
地電極をパターニングした。続いて、トンネルバリア形
成の前処理として１３００Ｐａの酸素雰囲気中で、 ５
００℃の温度で６０ｍ１ｎアニールした。再び真空に排
気した後、ＡｆＬの極薄膜をｄｃマグネトロンスパッタ
法により、３ｎｍの厚さに形成し、５０Ｐａの酸素中で
熱酸化してＡｕ２０３ トンネルバリアを形成した。
次に、基板上全面に対向電極ＮｂＮ薄膜をｄｃマグネト
ロンスパッタ法により、 ３００ｎｍの厚さに形成（直
径１００ｍｍ 、５ｍｍ厚のターゲットを使用、Ａｒ＋
３０零Ｎ２ガス圧２Ｐａ、スパッタ電流１．２八）
Ｌ／た。しかる後、接合部のレジストパターンを形成
し、平行平仮型のドライエツチング装置を用いて、接合
部の対向電極薄膜のみを残すように反応性イオンエツチ
ングした。エツチング条件はＣＦ４＋ ５％’０２１０
Ｐａ。
ロンスパッタ法により、 ３００ｎｍの厚さに形成（直
径１００ｍｍ 、５ｍｍ厚のターゲットを使用、Ａｒ＋
３０零Ｎ２ガス圧２Ｐａ、スパッタ電流１．２八）
Ｌ／た。しかる後、接合部のレジストパターンを形成
し、平行平仮型のドライエツチング装置を用いて、接合
部の対向電極薄膜のみを残すように反応性イオンエツチ
ングした。エツチング条件はＣＦ４＋ ５％’０２１０
Ｐａ。
「ｆ電力５０Ｗである。接合部のレジストパターンをそ
のまま残して絶縁層をリフトオフするためのステンシル
として、ＭｇＯ薄膜を「ｆマグネトロンスパッタ法によ
り、４００ｎＩｎの厚さに形成 （直径７５ｎｕｎ、３
ｍｍ厚のターゲットを使用、Ａｒガス圧４Ｐａ、ｒｆ電
力３００Ｗ） ｌ、、アセトン中でレジストを溶解し
て絶縁層をバターニングした。
のまま残して絶縁層をリフトオフするためのステンシル
として、ＭｇＯ薄膜を「ｆマグネトロンスパッタ法によ
り、４００ｎＩｎの厚さに形成 （直径７５ｎｕｎ、３
ｍｍ厚のターゲットを使用、Ａｒガス圧４Ｐａ、ｒｆ電
力３００Ｗ） ｌ、、アセトン中でレジストを溶解し
て絶縁層をバターニングした。
最後に、５００口ｍの膜厚のＮｂＮの配線層を形成して
接合の作製を終った。表−２にこれら接合の１０ににお
ける特性を示す。表−２から明らかなようにこれらの接
合は良好な特性を示した。
接合の作製を終った。表−２にこれら接合の１０ににお
ける特性を示す。表−２から明らかなようにこれらの接
合は良好な特性を示した。
表−２
ＩＩ族金属を変えた場合のトンネル接合の特性ＩＩ族金
属 ギャップ電圧（ｍＶ） １１７口ｎ Ｉ ｊ
（ｍＡ）［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、トンネルバリア
形成前の下地電極表面には、レジストパターンは存在し
ないため、下地電極表面の超伝導特性を回復させる手段
として、酸素雰囲気中で加熱あるいはプラズマ処理を行
っても対向電極のパターニングに支障がない。また反応
性イオンエツチングによるので、酸によるエツチングと
異なり、下地電極を損なうことがない。本発明では、以
上の効果により、トンネルバリア直下の下地電極表面の
超伝導特性を向上させたトンネル型ジョセフソン接合を
提供できる。
属 ギャップ電圧（ｍＶ） １１７口ｎ Ｉ ｊ
（ｍＡ）［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、トンネルバリア
形成前の下地電極表面には、レジストパターンは存在し
ないため、下地電極表面の超伝導特性を回復させる手段
として、酸素雰囲気中で加熱あるいはプラズマ処理を行
っても対向電極のパターニングに支障がない。また反応
性イオンエツチングによるので、酸によるエツチングと
異なり、下地電極を損なうことがない。本発明では、以
上の効果により、トンネルバリア直下の下地電極表面の
超伝導特性を向上させたトンネル型ジョセフソン接合を
提供できる。
第１図は本発明によるトンネル接合の形成手順を示す工
程図、 第２図はジョセフソントンネル接合の電流・電圧特性の
例を示す特性図である。 １・・・基板、 ２・・・ジョセフソントンネル接合の下地電極、 ３・・・トンネルバリア、 ４・・・ジョセフソントンネル接合の対向電極、 ５・・・接合部のレジストパターン、 ６・・・絶縁層薄膜、 ７・・・配線層、 Ｉｊ・・・最大ジョセフソン電流、 Ｖｇ・・・ギャップ電圧、 Ｒｊ・・・サブギャップ抵抗、 Ｒｎ・・・常伝導トンネル抵抗。 １（を流） ジ：？亡フソントンネ】し玲今の電：Ｌ＝電圧特性図第
２図
程図、 第２図はジョセフソントンネル接合の電流・電圧特性の
例を示す特性図である。 １・・・基板、 ２・・・ジョセフソントンネル接合の下地電極、 ３・・・トンネルバリア、 ４・・・ジョセフソントンネル接合の対向電極、 ５・・・接合部のレジストパターン、 ６・・・絶縁層薄膜、 ７・・・配線層、 Ｉｊ・・・最大ジョセフソン電流、 Ｖｇ・・・ギャップ電圧、 Ｒｊ・・・サブギャップ抵抗、 Ｒｎ・・・常伝導トンネル抵抗。 １（を流） ジ：？亡フソントンネ】し玲今の電：Ｌ＝電圧特性図第
２図
Claims (2)
- （１）基板上に酸化物超伝導体からなる下地電極パター
ンを形成する工程と、該下地電極パターンを覆ってトン
ネルバリアとなる層を形成する工程と、 該トンネルバリアとなる層を覆って対向電極となるＮｂ
系超伝導体薄膜を形成する工程と、該Ｎｂ系超伝導体薄
膜および前記トンネルバリアとなる層のそれぞれのうち
、トンネル接合部以外の部分を反応性イオンエッチング
によつて除去して対向電極を形成する工程と、 前記下地電極上に絶縁層を形成する工程と、前記対向電
極の上面と超伝導的に導通する配線層を形成する工程と からなることを特徴とする酸化物超伝導体・Ｎｂ系超伝
導体トンネル接合の形成方法。 - （２）前記酸化物超伝導体が（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
、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔ
ｌ）、Ｍ２はII族金属（Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ
、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ））の中から選ばれた一つであり、
Ｎｂ系超伝導体がＮｂ、Ｎｂ＿３Ｇｅ、Ｎｂ＿３Ａｌ、
Ｎｂ＿３Ｓｎ、Ｎｂ＿３Ｇａ、ＮｂＮの中から選ばれた
一つであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の酸化物超伝導体・Ｎｂ系超伝導体トンネル接合の形成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62266477A JPH01109780A (ja) | 1987-10-23 | 1987-10-23 | 酸化物超伝導体・Ｎｂ系超伝導体トンネル接合の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62266477A JPH01109780A (ja) | 1987-10-23 | 1987-10-23 | 酸化物超伝導体・Ｎｂ系超伝導体トンネル接合の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01109780A true JPH01109780A (ja) | 1989-04-26 |
Family
ID=17431474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62266477A Pending JPH01109780A (ja) | 1987-10-23 | 1987-10-23 | 酸化物超伝導体・Ｎｂ系超伝導体トンネル接合の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01109780A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05167111A (ja) * | 1991-12-16 | 1993-07-02 | Nec Corp | トンネル型ジョセフソン接合素子 |
-
1987
- 1987-10-23 JP JP62266477A patent/JPH01109780A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05167111A (ja) * | 1991-12-16 | 1993-07-02 | Nec Corp | トンネル型ジョセフソン接合素子 |
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