JPH02125672A

JPH02125672A - ジョセフソン接合素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH02125672A
Application number: JP63279694A
Authority: JP
Inventors: Masao Nakao; 中尾　昌夫
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1988-11-04
Filing date: 1988-11-04
Publication date: 1990-05-14

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】（イ）産業上の利用分野本発明は、高温酸化物超電導薄膜を用いたジョセフソン
接合素子及びその製造方法に関する。

（ロ）従来の技術ジョセフソン接合素子は、その高速性、低消費電力性の
ため半導体をしのぐ高速素子として期待され、ジョセフ
ソンコンピュータの試作が精力的に進められている（″
ジョセフソン。コンピューター技術”パリティ別冊ＮＱ
１．１９８６、Ｐ４０〜Ｐ１７）。

現在試作されている素子構造は、ニオブ（Ｎｂ）あるい
は窒化ニオブ（Ｎ　ｂ　Ｎ）の間に、ご（薄い絶縁膜を
挟んだトンネル接合型のものが主流を占めている。

（・・）発明が解決しようとする課題１足来のジョセフソン接合素子は、液体ヘリウム温度で
動作することを前提としている。これに対して、最近発
見された高温酸化物超電導体を用いたジョセフソン接合
素子を作成することができれば、液体窒素温度での動作
が可能となり、実用性、経済性が苦しく向上する。

ところが、高温酸化物超電導体はコヒーレンス長が１０
人ときわめて短いため、絶縁膜の厚みを同程度まで薄く
することが困難で、トンネル型接合の作成には成功して
いなかった。

本発明はかかる点に鑑み発明されたものにして、トンネ
ル型接合のジョセフソン素子及びその製造方法の提供を
課題とする。

（ニ）課題を解決するための手段本発明によるジョセフソン接合素子は、高温酸化物超を
導体Ｌ　ｎ　Ｂ　ａ　ｒ　Ｃｕ　ｓｏ　＋−ａと、この
超電導体と同一の結晶構造を有する非超電導体ＰｒＢａ
　ｒｃ　ｕ　＋Ｏ＋−ａと、の積層構造からなるもので
ある。

また、本発明によるその素子の製造方法は、ＭＢＥ装置
の成長室内で、高温酸化物超電導体ＬｎＢ　ａ　ｒｃ　
ｕ　、ｏｔ−ａと、この超電導体と同一の結晶構造を有
する非超電導体Ｐ　ｒ　Ｂ　ａ　ｔｃ　ｕ　ｓｏ　ｖ−
ａとを連続的に形成することを特徴とするものである。

（＋）作　用非超電導体ｉ’　ｒ　Ｂａ、Ｃｕ５Ｏ＋−ｚは、高温酸
化物超電導体Ｌ　ｎ　Ｂ　ａ　ｚｃ　ｕ　、０　？−＃
と結晶構造が同一であり、互いにエピタキシャル成長が
可能である。このため、非超電導体の膜厚は、結晶の配
向性を保持したまま任意になし得、ｔ、ｎ以外は構成元
素が共通であり、相互拡散などで高温酸化物超、［導体
のＭｉ電導性を阻害することがない。

また、高温酸化物超電導体と非超電導体とを同じＭ　Ｂ
　Ｅ装置で連続的に形成することができる。

（・・）実施例本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

この図面において、成長室ｌ内には準備室２がら基板３
が挿入されており、成長室１は到達真空度１ｘｌＯ−’
Ｐａであり、ターボポンプ４、イオンポンプ５及び液体
窒素ンユラウド１１にて超高真空が形成される。前記基
板としてマグネシア（Ｍｇｏ）を用いた。

成長室ｌは５個の分子線源６を有し、ＬｎＢａ）　Ｃｕ
　ｓ　Ｏｙ−ｚ及びＰｒＢａｍＣｕ５Ｏ＋−ａの構成元
素である金属バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、プラセオ
ジウム（Ｐｒ）、希土類元素（Ｌｎ）及び固体酸素源（
Ｓｂ、０．）が用意され、各分子線源６から個別に原子
又は分子で基板３に照射されるようになっている。希土
類元素（Ｌｎ）はＹ、　　Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇ
ｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの少なくとも
一種が用いられる。

存分子線源６の前には、成長速度制御器７にて制御され
るシャッター８が取付けられている。

以上の構成において、６００〜６５０℃に加熱した基板
３上に、超電導薄膜ＬｎＢａ、Ｃｕ３０ｔ、を形成する
際には、Ｐｒの分子線源６の前のシャッター８のみが閉
じられ、他のシャッターは全て開かれる。代表的な成長
速度は１人／秒程度である。この場合の基板３の結晶の
成長は、第２図に示すように、各分子線源６から出発し
た原子又は分子が基板３の方に飛んでいき、基板３に衝
突する。すると、基板上で一部再蒸発するものもあるが
、多くは基板表面近傍にとどまり、熟エネルギーを基板
３に４えながら動き回り、捕獲中心で原ｒ−村又は原子
集団を捕獲し、核を形成し、この績はつぎつぎ到着する
原子と合体して安定核となり、順次成長していく。Ｓ　
ｂ　ｓ　Ｏｓはこの合体時に、酸素のみが取り込まれ、
ｓｂ又はｓｂｏが基板゛３から飛散する。かくして超電
導薄；漢を厚み０．２μｍに形成した。

この超電導薄膜の形成に続いて、Ｌｎのシャッター８を
閉じると同時にＰｒのシャンク−を開き、１重続的に絶
縁膜として機能するＰｒ、Ｂａ＋Ｃｕ、Ｏ＋９を数１０
秒で厚み２３〜３５人に形成した。

その後再びＰｒのシャッター８を閉じ、Ｌｎのシャッタ
ーを開けて超電導薄膜を形成した。

このようにしてトンネル型ジョセフソン接合素ｆを得た
。第３図はこの素子の模式断面図であフ、基板３上に高
温酸化物超電導薄膜ＬｎＢａ。

Ｃｔｌ　１０　＋−１９、非超電導薄膜ＰｒＢａ＋Ｃｕ
＋（）＋−ａｌｏ及び高温酸化物超電導薄膜ＬｎＢａ。

Ｃｋｌ　３０　ｔ　−ａ　９を順次積層したものである
。

而して、超１を等薄膜９の電気抵抗特性を測定したとこ
ろ、第４図の特性を得た。この図面はＬｎとしてＹ、Ｅ
ｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄを用いた場合を示しているが、こ
れ以外にＬａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｌｌ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ
を用いて超電導薄膜９を形成してもよい。これらの元素
を含む超電導薄膜９はいずれも第６図に示すＸ線（Ｃｕ
−Ｋａ線）回折特性を有し、結晶構造が同じである。

非超電導薄膜１０の電気抵抗特性を第５図に示す。また
、この非超電導！Ｖ膜ｌＯのＸ線（Ｃｕ−Ｋａ線）回折
特性を第７図に示す。第６図及び第７図から、肉薄膜９
と１０は同じ結晶構造をもつことがわかる。

尚、実施例において、分子状態で照射される固（本酸素
源としてｓｂ、ｏ、を用いたが、これに代ってＡｓ、Ｏ
，を用いることもできる。特にＡＳ＋Ｏｉはｓｂ、ｏ、
に比し低い温度で照射するのに好ましい。

（ト）発明の効果本発明によれば、絶縁膜となる非超電導体Ｐｒ１（ａ　
ｒｃ　ｕ　、ｏ　＋−１の膜厚を、高温酸化物超電導体
１、ｎ　Ｒａ　＋　Ｃｕ　ｓｏ　＋−＃のコヒーレンス
長程度にしたトンネル型ジョセフソン接合素子を提供す
ることができる。また、その高温酸化物超電導体と非超
電導体を連続的に形成することにより、ジョセフソン接
合素子の製造が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＭ　Ｂ　Ｅ装置の模式図、第２図はＭ　Ｂ　Ｅ
装置における基板上の薄膜の形成状況の説明図、第３図
はジョセフソン接合素子の模式断面図、第１図及び第５
図は高温酸化物超電導体及び非超電る。３・・基板、９・・・高温酸化物超電導体、１０・・・
非超電導体。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高温酸化物超電導体ＬｎＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７
＿−＿■と、この超電導体と同一の結晶構造を有する非超電導体Ｐｒ
Ｂａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿■と、の積層構造からな
るジョセフソン接合素子。但し、ＬｎはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ
、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの少なくとも一種であ
る。
（２）ＭＢＥ装置の成長室内で、高温酸化物超電導体Ｌ
ｎＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−■と、この超電導体と同
一の結晶構造を有する非超電導体ＰｒＢａ＿２Ｃｕ＿３
Ｏ＿７＿−＿■とを連続的に形成することを特徴とする
ジョセフソン素子の製造方法。但し、ＬｎはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ
、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの少なくとも一種であ
る。