JPH01260868A - 酸化物超電導体を用いたｄｃ型超電導量子干渉素子 - Google Patents

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］ 本発明は酸化物超電導体を用いたＤＣ型超電導量子干渉
素子（以下ＤＣ−３ＱＵＩＤと呼称する）に関するもの
である。

［従来技術］ 一般に、超電導体からなるループ回路に、ジョセフソン
接合を１個または２個接続したデバイスを５ＱＵＩＤ　
　（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｑｕａｎｔｕｍ
　ＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎＱＱ　ｏｅｖ＋ｃｃの略で超電
導量子千庫素子）といい、ジョセフソンディジタルデバ
イスや５ＱＵＩＤ磁束計に用いられる基本デバイスであ
る。

また１個の接合を持つＳＱＵ　Ｉ　Ｄはｌ？Ｐ−３ＱＩ
ＪＩＤ磁束計や記憶素子として用いられ、２個の接合を
持つＳＱＵ　Ｉ　ＤはＤＣ−９ＱＵ　Ｉ　Ｄと呼ばれ、
記憶及びスイッチング用としてＤＣ−８ＱＵＩＤ磁束計
に用いられている。

この種のデバイスとしては、応用物理学会欧文誌Ｊａｐ
ａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＡｐｐＨｅｄ　Ｐ
ｈｙｓｌｃｓ　Ｖｏｌ、２Ｂ、Ｎｏ、　１１　Ｎｏｖ、
１９８７．ｐｐ、Ｌ１９２５−１９２［＋に“酸化物超
電導体膜の高臨界温度のＤＣ−８ＱＵ　Ｉ　Ｄ″と題し
て開示されている。

これにはＹＢａ　　Ｃｕ　　Ｏ膜を用いたＤＣ−３ＱＵ
　Ｉ　Ｄ２３７−δ の磁束と電圧との関係が研究されたことか記載されてい
る。

またＢａ２　Ｃｕ３０　　　膜を用いたＤＣ−３ＱＵ　
Ｉ　Ｄは、す７−δ ソグラフィカルなパターンによって製作され、そのＤＣ
−８ＱＬＩ　Ｉ　Ｄは臨界温度７２に以上で操作された
ことが開示されている。

従来この種のデバイスは上記文献に示されるように、Ｙ
Ｂａ　　Ｃｕ　　Ｏの薄膜をＲＦマグネトロン２３７−
δ スパッタリングにより形成し、フオトエ・ノチングによ
って、ウィークリンク２ケ所を含む超電導ループを形成
したものである。

このウィークリンクは、ＹＢａ２Ｃｕ３０７−δ系薄膜
における粒界部分がジョセフソン接合を形成するため、
Ｎｂ系やｐｂ系の旧来の超伝導体のように、トンネル接
合を形成したり、ウィークリンクをサブミクロンオーダ
ーの加工等を行わずにジョセフソン効果が生ずる。

従来の超電導体においては、サブミクロンオーダーの非
常に小さいウィークリンクであり、加工精度上問題があ
ったが、前記文献に示すように、酸化物超電導体の場合
数百ミクロン巾のウィークリンクを有するＤＣ−９ＱＵ
ＩＤを形成することが可能となるので加工が容易になっ
た。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら前述の文献に記載されているように、磁束
に対する出力電圧の変化量が１μＶ程度しか発生せず、
この出力電圧の小ささが、ＳＱＵ　Ｉ　Ｄを用いた磁束
計等を構成する場合、問題となっていた。

この大きな原因として、ウィークリンクの超電導臨界電
流１　と常電導抵抗Ｒの積Ｉ　Ｒがｏ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　ｎ　　　　　　　　　　ｏｎ
小さいということが挙げられる。

このため抵抗を大にするためにウィークリンクを長くす
ることが考えられるが、これを行うと、ＳＱＵ　Ｉ　Ｄ
の孔の面積が大きくなり、ループのインダクタンスが大
きくなり、外部磁界の影響を受は易くなったり、熱雑音
が大きくなるなどの５ＱＵＩＤ動作に支障を来たすため
に不可能であった。

本発明は、以上述べた従来のＤＣ−９ＱＵ　！　Ｄにお
ける出力電圧が小さいという欠点を排除し、出力電圧の
大きいＤＣ−８ＱＵ　Ｉ　Ｄを提供することを目的とす
るものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、酸化物超電導膜を用いた２ケ所のウィークリ
ンクを有するＤＣ型超電導量子干渉素子において、前記
ウィークリンクをミアンダ形状としたことを特徴とする
酸化物超電導体を用いたＤＣ型超電導量子干渉素子であ
る。

［作用］ 本発明の酸化物超電導体を用いた２ケ所のウィークリン
クを有するＤＣ型超電導量子干渉素子においては、磁気
抵抗素子としてのウィークリンクをミアンダ−形状（ｍ
ｅａｎｄｅｒ曲がりくねり型）とすることによって、抵
抗値を増加せしめたので、ループのインダクタンスを殆
ど大きくせず、ウィークリンクの超電導臨界電流１　と
常電導抵抗Ｒｎの積Ｉ　Ｒを大きくすることを可能とし
たもの　　　　ｎ である。

次に本発明の実施例について述べる。

［実施例］ 第１図（ａ）は、酸化物超電導膜によるＤＣ−８ＱＵ　
Ｉ　Ｄの等価回路の説明図を示し、第１図（ｂ）は一般
的なパターンの説明図、第１図（ｅ）は、本発明のＤＣ
−３ＱＵ　Ｉ　Ｄのパターンの説明図である。

図において、１は超電導膜、２はウィークリンク、３は
孔である。

第１図（ａ）及び第１図（ｂ）は、２ケ所のウィークリ
ンク２とこれを含む超電導ループで構成されている。

また第１図（Ｃ）は、第１図（ｂ）の孔と同じ孔の面積
を有し、常電導抵抗を大きくすることが出来る。

薄膜は、ＲＦマグネトロンスパッタリングによるＹＢａ
　　Ｃｕ　　Ｏ膜を用い、その形成条件は次の２３７−
δ 通りである。

ガス圧　　　５　ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒ。

使用ガス　　　Ａ「ガス。

電力　　　　２．５　ｖ／ｃｄ で単結晶Ｍｇ０（１００）上に１．５μ−の厚さで薄膜
を形成した。

続いて、熱処理を９２０℃、０，５時間の条件によって
超電導体薄膜とした。

この超電導体薄膜の臨界温度Ｔｃは８３にであり、臨界
電流密度Ｊｃは９００Ａ／　ｃｄ　（ａｔ７７Ｋ）であ
った。

またパターンニングはポジレジスト（東京応化■製ＯＦ
　ｌ？　Ｒ８００′）を用い、燐酸（２νｔ％）によっ
てエツチングを行った。

この５ＱＵＩＤは、第１図（ｃ）に示す如く、ウィーク
リング２をミアンダ形状とし、５ＱＵＩＤの孔の面積は
９００００（ｌＪａ＋２）とし、線＋ｌ］は２０−１長
さは直線換算にて約８００１１＋ｍとした。

また第１図（ｂ）のタイプの５ＱＵＩＤも同し膜を用い
、孔の大きさ３００　Ｘ　３００　ＩＩｍとし、ウィー
クリンク２の長さを２００μｍ幅を２０−として形成し
た。

第２図は、上記第１図（ｂ）及び第１図（ｅ）における
ＳＱＵ　Ｉ　Ｄの磁束（Φ。）と出力電圧（μＶ）の関
係図を示すものである。これらはそれぞれバイアス電流
を最適化しである。

この第２図から、両方のＤＣ−８ＱＵ　Ｉ　Ｄにおいて
出力電圧（μ■）が磁束量子Φ。の整数倍の周期をもっ
て変化する出力特性を示していることがわかる。

この特性により各種の磁気センサーへの用途に応用出来
ることが期待される。

また第２図から、出力電圧の振幅が従来法の場合の１．
２μＶからミアンダタイプのウィークリンク時の４μ■
へと増加し、出力電圧はミアンダしない時に比べてミア
ンダタイプの時は、より大きな出力電圧を有しているこ
とは明らかである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の酸化物超電導体を用いた
ｌ）Ｃ型超電導量子干渉素子によれば、ＤＣ型超電導量
子干渉素子ＤＣのウィークリンクをミアンダ形状とし、
ループのインダクタンスを変化せずに、超電導臨界電流
！　と常電導抵抗Ｒの積ｎ １１ン　　を大きくすることが出来る。

　　　　ｎ さらに、本発明は、出力電圧の振幅が、従来法の場合の
１．２μＶから本発明の場合は４μ■へと増加し、この
ため、磁束計等への応用がより容易になるなどの効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、酸化物超電導膜によるＤＣ−３ＱＵ　
Ｉ　Ｄの等価回路の説明図、第１図（ｂ）は一般的なパ
ターンの説明図、第１図（ｃ）は、本発明のＤＣ−３Ｑ
Ｕ　Ｉ　Ｄのパターンの説明図、第２図は、第１図（ｂ
）及び第１図（Ｃ）における５ＱＵＩＤの磁束と出力電
圧との関係図である。 図において、１は超電導膜、２はウィークリンク、３は
孔である。 （０）（ｂ’） 不も月のＤＣ−５ｏＵＩＤのパターン３え５月ごゴ（Ｃ
） 第１図 成東　（φ０） λテａｉ−ｉジフコ電万仁との５閂イ透ミｒ？コ第２図 手続補正書（自発） ｔｊｊ、１１．２１ 昭和　　年　　月　　日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　酸化物超電導膜を用いた２ケ所のウィーク リンクを有するＤＣ型超電導量子干渉素子において、前
   記ウィークリンクをミアンダ形状としたことを特徴とす
   る酸化物超電導体を用いたＤＣ型超電導量子干渉素子。