JPH01149492A - ジョセフソン素子とその製造方法 - Google Patents

ジョセフソン素子とその製造方法

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JPH01149492A
JPH01149492A JP62308226A JP30822687A JPH01149492A JP H01149492 A JPH01149492 A JP H01149492A JP 62308226 A JP62308226 A JP 62308226A JP 30822687 A JP30822687 A JP 30822687A JP H01149492 A JPH01149492 A JP H01149492A
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weak
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Yasuharu Yamada
康晴 山田
Megumi Shinada
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、例えば高速スイッチング素子、5QUID、
ミリ波検出等への応用が可能なジョセフソン素子とその
製造方法に関し、更に詳しくは、2つの超電導体間を超
電導材で形成された弱結合部で接続したタイ°プのジョ
セフソン素子とその製造方法に関する。
〈従来の技術〉 ジョセフソン素子の一般的な構造は、第5図〜第9図に
示す通りで、いずれも2つの超電導体1および2間を弱
結合部3で接続してなっている。
第5図に示すものは超電導マイクロブリッジと称される
タイプで、超電導体1.2および弱結合部3を同一の超
電導材によって一体形成している。第6図に示すものは
平面型ジョセフソン接合と称されるタイプで、2つの超
電導体1.2間に超電導材製の弱結合部3を差しわたし
ている。第7図に示すものは薄膜トンネル接合と称され
、一方の超電導体1の表面に弱結合部3となる薄い絶縁
膜を形成したものである。また、第8図に示すものはサ
ンドインチ型ジョセフソン接合と称され、同じ(絶縁体
によって弱結合部3を形成している。更に、第9図に示
すものは準平面型ジョセフソン接合と称されるタイプで
、一方の超電導体1の表面に絶縁体10を介して他方の
超電導体2を重ね、これらを超電導材製の弱結合部3で
接続している。
〈発明が解決しようとする問題点〉 以上のような各構造のジョセフソン素子の、超電導体1
,2間に電流を流すと、そのI−V特性は第10図に示
す通りとなる。ここで、ジョセフソン素子の特性を揃え
るためには、第10図の臨界電流値1cを一定値にする
必要がある。このICの値は、例えば第6図のタイプに
おいて弱結合部3の断面積WXtで決まるが、このI、
の値を適度の範囲内に収めるためには、Wおよびtの寸
法をサブミクロンオーダーの精度で加工する必要があり
、従来の加工法では■、のバラツキを所望の範囲内に抑
えこめず、素子の歩留まりを大きく低下させる要因とな
っている。
ところで、最近発見されたセラミックス高温超電導体は
、液体窒素温度で動作するジョセフソン素子を作成する
ことができることから注目されているが、セラミックス
であるが故に加工性が悪く、上記の問題が更に深刻なも
のとなっている。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、臨界電流値■。
を必要に応じて変化させることのできるジョセフソン素
子、および、高精度の加工を施すことなく臨界電流値I
cを所望の値とすることのできる、ジョセフソン素子の
製造方法の提供を目的としている。
〈問題点を解決するための手段〉 上記の各目的を達成するため、第1の発明は、実施例に
対応する第1図に示すように、2つの超電導体1,2間
を、超電導材で形成された弱結合部3により接続してな
る素子において、弱結合部3に、加熱によりこの弱結合
部3内に拡散してその臨界電流値■、を下げる物質(例
えばAIZOff膜)4を接触配置し、かつ、上記の加
熱のためのヒータ(例えばTa膜)5を熱的に接触した
ことによって、特徴づけられる。
また、第2の発明は、ジョセフソン素子の製造方法であ
って、同じ〈実施例に対応する第1図を参照しつつ説明
すると、2つの超電導体1,2間を、超電導材によって
接続して弱結合部3を形成し、次に、その弱結合部3に
、加熱によりこの弱結合部3内に拡散してその拡散領域
の超電導性を破壊する物質(例えばA1□O1膜)4を
接触させた状態で、2つの超電導体1.2間に電流を流
してそのI−V特性を測定しつつ、弱結合部3を局所的
に加熱して上記の物質4の拡散領域を順次増大せしめる
ことにより、上記のI−V特性における臨界電流値IC
が所望の値となるよう調整することによって、特徴づけ
られる。
く作用〉 Y−B−C−0系やL−3−C−0系セラミックス超電
導体等においては、A I、A 1z03.S i。
5i02等を拡散させることによってその超電導性が破
壊されることが知られている。
第1の発明の構造を有するジョセフソン素子によると、
ヒータ5による加熱により、AIZOff等の物質が弱
結合部3内に拡散してその超電導性破壊領域を増大させ
、弱結合部3の超電導性を有する断面積を縮少させるこ
とができ、必要に応じて適宜に素子のIcを低下させる
ことができる。
第2の発明による製造方法によれば、適当な断面積の超
電導材による弱結合部3に、超電導性破壊物質を拡散さ
せつつ、素子のI−V特性を測定し、■、値が所望値と
なった時点で拡散を停止することで、一定の1.値を有
するジョセフソン素子が得られる。
〈実施例〉 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。
第1図は本発明実施例の構造を示す斜視図である。
超電導体1,2および弱結合部3が同一の超電導材によ
って一体形成されてなる超電導マイクロブリッジ構造の
、弱結合部3の上面に、AlzO+膜4が形成されてお
り、更にその上面にTa膜5が形成されている。このT
a膜5の両端には、それぞれ電極(図示せず)を介して
リード線6,7が接続されている。
以上の構造は、次の方法によって製造することができる
YSZ(イツトリア安定化ジルコニア)基板上に、rf
スパッタによりY−B−C−0薄膜を作成し、フォトリ
ソグラフ・ウェットエツチングにより、超電導体1.2
および弱結合部3からなる超電導マイクロブリッジ構造
を形成した。ここで、弱結合部3の大きさは10μm×
10μm、厚さは2μmとした。なお、このパターン成
形はイオン注入法等によって行ってもよい。
次に、同じ(rfスパッタにより、弱結合部3の上にA
1□03膜4を、更にその上にTa膜5を積層した。そ
してTa膜5の両端に電極とリード線6.7を接続した
さて、以上の構造を有する素子を、液体窒素中に浸し、
超電導体1.2間に電流を流してそのI−V特性を測定
すると、例えば第2図実線の通りであった。次に、その
状態でリード線6,7間に電流を数秒間流してTa膜5
を発熱させると、Al2O。
か弱結合部3のY−B−C−0膜に所定深さだけ拡散し
てその超電導性を破壊する結果、実質的に弱結合部3の
厚さtが小さくなって断面積が小さくなり、第2図破線
で示すようなI−V特性が得られ、臨界電流値が低下し
た。更にTa膜5に通電すると、同図−点鎖線で示すよ
うに臨界電流値は更に低下した。このように、Ta膜5
への通電時間により、臨界電流値の大きさを制御するこ
とができ、所望の臨界電流値が得られた時点で通電を停
止することによって、所望の特性を有するジョセフソン
素子が得られる。
なお、■−■特性の測定と加熱のための通電は並行して
行ってもよいし、交互に行ってもよい。
測定と加熱通電を並行に行なう場合、第1図の構造の素
子を窒素ガスが充填された容器内に入れ、その容器ごと
液体窒素内に浸すことで、加熱による液体窒素の急激な
沸騰を防止できる。
また、素子の構造としては、第1図に示した超電導マイ
クロブリッジ構造のほか、第6図および第9図に示した
平面型ジョセフソン接合および準平面型ジョセフソン接
合のタイプにも適用可能であり、いずれも超電導材製弱
結合部3に超電導性破壊物質を接触配置し、この接触部
分を加熱するためのヒータを熱的に接続すればよい。
弱結合部3の超電導材料としては、Y−B−C−0系セ
ラミツクスのほか、L−5−C−0系セラミツクスでも
同様の結果を得ることができた。
また、超電導性破壊物質としては、上述のAltOsの
ほか、SiO2,AIおよびSiがほぼ同様の結果を示
し、更にSr、Ti、Feおよびその酸化物等でも効率
的ではないものの使用することができる。
次に、超電導マイクロブリッジ構造を有するジョセフソ
ン素子と、その製造方法の他の例を述べる。第3図はそ
の説明図である。この例では、まず、ysz基板等の上
に−様なY−B−C−0膜11を形成する。次に、その
Y−B−C−0膜11上に第3図に示すようにAl2O
3膜4,4または他の超電導性破壊物質の膜を形成する
。そして、このA1.03膜4,4を加熱することによ
り、Y−B−C−0膜11の膜厚方向に拡散させてA 
I 、O。
膜4,4の下方のY−B−C−0膜11を絶縁化し、超
電導マイクロブリッジ構造を得る。次いで、AIto、
膜4,4を更に加熱することによりA1□03を膜面方
向に拡散させ、弱結合部3の実質的な幅Wを小さくさせ
て断面積を小さくし、所望のI−■特性が得られた時点
で加熱を停止する。
この方法は第6図および第9図に示した平面型および準
平面型ジョセフソン接合のタイプに適用できる。準平面
型ジョセフソン接合を存する素子への適用例を第4図に
示す。この例では、超電導体1と、その上に絶縁体10
を介して重ねられた超電導体2の上に、−様なY−B−
C−0膜11を形成し、そのY−B−C−0膜11の上
方には、中心部分を除いてAl2O3膜4およびTa膜
5を積層し、更にTa膜5の両端に加熱用電流を流すた
めのリード線6.7を接続している。この構造において
リード線6,7を介して電流を流してTa膜5を発熱さ
せることにより、AI、+0.lがY−B−C−〇膜1
1の膜厚方向に拡散し、Y−B−C−0膜11の中心部
を除く部分が絶縁化される。つまり、超電導性が残る中
心部が弱結合部3を形成することになる。そして、同様
に更に通電して加熱することにより、AlzOsがY−
B−C−0膜11の膜面方向に拡散し、弱結合部3の実
質的な幅Wを適宜に狭めることができる。
〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明のジョセフソン素子によれ
ば、超電導材製の弱結合部に、加熱によりその超電導性
を破壊し、弱結合部の実質的な断面積を小さくしてその
超電導臨界電流を低下させる物質が接触配置され、かつ
、加熱用のヒータが熱的に接続されているから、必要に
応じてその■−V特性を適宜に変化させることができ、
使用上の汎用性が増大する。
また、本発明の製造方法によると、弱結合部の、加工精
度を高度化することなく、I−V特性を所望の状態に調
整することができるので、歩留まりが向上し、ひいては
製造コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の構造を示す斜視図、第2図はそ
の作用説明図、 第3図および第4図は本発明の他の実施例の説明図、 第5図乃至第9図は従来のジョセフソン素子の構造例を
示す斜視図、 第10図はそのI−V特性を示すグラフである。 1.2・・・超電導体 3・・・弱接合部 4・・・A1□O8膜 5・・・Ta膜 6.7・・・リード線 10・・・絶縁体 11・・・Y−B−C−0膜 特許出願人    株式会社島津製作所代 理 人  
  弁理士 西1)新 築1図 第2図 ■ 第3図 第4図 第5図    第7図 第9図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)2つの超電導体間を、超電導材で形成された弱結
    合部により接続してなる素子において、上記弱結合部に
    、加熱により当該弱結合部内に拡散してその超電導臨界
    電流値を下げる物質を接触配置し、かつ、上記加熱のた
    めのヒータを熱的に接触したことを特徴とする、ジョセ
    フソン素子。
  2. (2)上記弱結合部の超電導材がセラミックス超電導材
    で、その弱結合部に接触配置される上記物質がAl、A
    l_2O_3、SiまたはSiO_2であることを特徴
    とする、特許請求の範囲第1項記載のジョセフソン素子
  3. (3)2つの超電導体間を、超電導材により接続して弱
    結合部を形成し、次に、その弱結合部に、加熱により当
    該弱結合部内に拡散してその拡散領域における超電導性
    を破壊する物質を接触させた状態で、上記2つの超電導
    体間に電流を流してその I −V特性を測定しつつ、上
    記弱結合部を局所的に加熱して上記物質の拡散領域を順
    次増大せしめることにより、上記 I −V特性における
    臨界電流値が所望の値となるよう調整することを特徴と
    する、ジョセフソン素子の製造方法。
  4. (4)上記弱結合部をセラミックス超電導体で形成する
    とともに、その弱結合部に接触させる上記物質をAl、
    Al_2O_3、SiまたはSiO_2とすることを特
    徴とする、特許請求の範囲第3項記載のジョセフソン素
    子の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112098910A (zh) * 2020-10-10 2020-12-18 邵阳学院 一种六点法卷对卷传动式高温超导长带临界电流测试装置及方法

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CN112098910A (zh) * 2020-10-10 2020-12-18 邵阳学院 一种六点法卷对卷传动式高温超导长带临界电流测试装置及方法

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