JPH02207574A - トンネル接合とその製造方法 - 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〕 本発明は酸化物超伝導体を一方の電極に持つトンネル接
合とその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

Ｙ、　Ｂａ、　Ｃｕ３ｏ、−ｓに代表される１−２−３
相化合物やＢ１−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０，ＴＱ−Ｂａ−
Ｃａ−Ｃｕ−０などの高温酸化物超伝導体の自然に形成
された表面は、非超伝導な物質でできているので、酸化
物超伝導体（Ｓ）−絶縁体（Ｉ）−超伝導体（Ｓ′）や
酸化物超伝導体（Ｓ）−絶縁体（Ｉ）−常伝導体（Ｎ）
トンネル接合を簡単に作ることは難しい０通常のパック
スバッタ法などによる表面のクリーニングは、超伝導体
の結晶化にイオンダメージを与えるので効果がない。そ
こで考えられたのが劈開面を使用した清浄な表面を作る
方法である。その−例を第６図（ａ）、（ｂ）に示す。

図中、１は酸化物超伝導体膜、２は基板、４は膜側壁劈
開面、３２はトンネル障壁を含むバルク対向電極である
。第６図（ａ）のような基板２上に成膜されている酸化
物超伝導体膜１を、低温環境において劈開する。それ−
二より得られた膜側壁劈開面は、低温環境下では化学変
化を起こさないので大変清浄に保たれている。このよう
な清浄な酸化物超伝導体の劈開面に、第６図（ｂ）のよ
うなバルク対向電極３２を押し付ける。対向電極３２は
通常トンネル障壁（絶縁膜）に覆われているので、この
ようにして５−Ｉ−５’又は５−Ｉ−Ｎ接合が作られる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような接合は室温に戻すと、酸化物超伝導
体臂開面がすぐに劣化してしまうので、温度サイクルに
耐えられず、実用化に向いていなかった。またトンネル
障壁の厚さのコントロールも不可能であったので、良質
のトンネル接合は得られなかった。当然のことながら良
質のジョセフソントンネル接合を作ることも不可能であ
った。

本発明の目的は前記課題を解決したトンネル接合とその
製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本発明によるトンネル接合に
おいては、酸化物超伝導体膜の膜側壁劈開面上に成膜さ
れたトンネル障壁と、その上に成膜された対向電極とよ
りなるものである。

また、前記トンネル接合の膜側壁劈開面とトンネル障壁
間に拡散障壁を備えている。

本発明のトンネル接合は、基板上に成膜されている酸化
物超伝導体膜を低温真空環境において劈開し、得られた
膜側壁劈開面上に、前記と同一の低温真空環境において
、トンネル障壁、拡散障壁などを成膜する製造方法によ
って得られる。

〔作用〕

本発明の作用を第５図（ａ）〜（ｃ）をもって説明する
。

図中、１は酸化物超伝導体膜、２は基板、３１は拡散障
壁又はトンネル障壁、４は膜側壁劈開面、９は基板に作
られた溝である。第５図（ａ）のような溝９が作っであ
る基板２を低温真空中で機械的に劈開する。すると第５
図（ｂ）のような膜側壁劈開面４が露出する。この劈開
面４は低温環境にあるので化学的に劣化を起しにくく清
浄さを保つことができる。この劈開のプロセスはすべて
真空で行われたので、劈開後すぐに第５図（ｃ）のよう
に真空成膜ができる。成膜された拡散障壁又はトンネル
障壁３１は酸化物超伝導体と熱化学的に安定な材料であ
る。拡散障壁は酸化物超伝導体の劈開面から主に酸素な
どが拡散して表面が劣化することを防ぐ役目をする。特
に１−２−３物質は酸素が不安定であるので、トンネル
障壁と酸化物超伝導体間の酸素の拡散を防止するのにこ
のような拡散障壁膜が有効である。拡散障壁膜は常伝導
体であるが、数ｎｍに厚さを限定すれば近接効果により
超伝導のオーダーパラメータは殆どこの層により減衰し
ない。

また酸素拡散などによりトンネル障壁と酸化物超伝導体
とが劣化しないような材料では、トンネル障壁膜を直接
劈開面上に成膜してもよい。拡散障壁又はトンネル障壁
成膜後１表面は安定化するので真空から取り出しても安
全である。また同−真空内で対向電極まですべて成膜す
ることもできる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を示す。

（実施例１） 第１図は本発明の第１の実施例の断面図である。

１は酸化物超伝導体膜、２は基板、３は対向電極、４は
膜側壁劈開面、５はトンネル障壁、６はトンネル接合で
ある。まず真空装置内で基板２上に作られた酸化物超伝
導体膜１を低温に保つ。これは液体窒素トラップのつい
たサンプルホルダーなどにより簡単に達成できる。次に
基板２ごと酸化物超伝導体膜１を劈開する。劈開直後に
第１図の矢印の成膜方向に沿ってトンネル障壁５と対向
電極３とを順次成膜すると、膜側壁劈開面４の部分にト
ンネル接合６ができる。酸化物超伝導体膜１にＢ１−５
ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０やＴＱ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０など
の比較的安定な物質を使用した場合にはトンネル障壁５
をうすいＭｇＯなどの材料で構成できる。また対向電極
３は超伝導体であれば、トンネル障壁５の厚さをｎｍ位
にするとジョセフソントンネル接合ができる。

またエピタキシャルに成膜された酸化物超伝導体膜を使
用すると、比較的平坦な劈開面が得られるので、リーク
の少ない良質なトンネル接合が得られる。

（実施例２） 第２図は本発明の第２の実施例の断面図である。

本実施例の構成及び製造方法はほぼ第１の実施例と同じ
である。相違点としてはトンネル障壁５と膜側壁劈開面
４間に拡散障壁７を設け、この層を劈開後まず成膜する
ことにある。酸化物超伝導体膜１がＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０
で代表される１−２−３化合物など非常に化学的に不安
定な物質の場合、数ｎｍの金又は白金などの酸化されに
くい材料で拡散障壁７を作ると、表面の劣化を防ぐこと
ができる。その後にＡＱｌｏｚ　＊　Ｍ　ｇ　ＯＨＺｒ
Ｏ、５ｒＴｉ０３などの比較的多様なトンネル障壁を使
用することができる。

（実施例３） 第３図は本発明の第３の実施例の断面図である。

本実施例の構成要素及び製法は本発明の第２の実施例と
ほぼ同じである。相違点としては絶縁膜８を劈開前に予
め酸化物超伝導体膜１の上に成膜しておき、これを真空
中低温状態で基板２．酸化物超伝導体膜１と同時に劈開
することにある。劈開直後図示のように第２の実施例と
は９０度異なった矢印の方向から拡散障壁７、トンネル
障壁５、対向電極３などを順次成膜する。このように処
理することにより基板２の裏側に成膜しなくてよいトン
ネル接合が得られる。

（実施例４） 第４図は本発明の第４の実施例の断面図である。

本実施例は第２の実施例とその構成及び製法において類
似している６本実施例では対向電極に酸化物超伝導体対
向電極３３を使用したことを想定している。したがって
第１の拡散障壁７１のほか、トンネル障壁５と対向電極
３３間の酸素の拡散などの化学変化を防ぐために、第２
の拡散障壁７２をそれらの間にさらに備えている。第１
．第２の拡散障壁７１．７２に金や白金を使用すること
により、１−２−３化合物のような酸素の不安定な材料
も使用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、膜薄よりなる良質
なトンネル特性を持つＳ−Ｉ−Ｎ又は５−Ｉ−３’トン
ネル接合もしくはジョセフソントンネル接合を得ること
ができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図はそれぞれ本発明の第
１．第２．第３及び第４の実施例の断面図、第５図（ａ
）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は本発明の詳細な説明する
ための図、第６図（ａ）、（ｂ）は従来の製法例を示す
略図である。 １・・・酸化物超伝導体膜　　２・・・基板３・・・対
向電極　　３１・・・拡散障壁又はトンネル障壁３２・
・・バルク対向電極　　　４・・・膜側壁劈開面５・・
・トンネル障壁　　　　６・・・トンネル接合７．７１
，７２・・・拡散障壁　　　８・・・絶縁膜９・・・溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化物超伝導体膜の膜側壁劈開面上に成膜された
   トンネル障壁と、その上に成膜された対向電極とよりな
   るトンネル接合。
2. （２）前記トンネル接合の膜側壁劈開面とトンネル障壁
   間に拡散障壁を備えた請求項第（１）項に記載のトンネ
   ル接合。
3. （３）基板上に成膜されている酸化物超伝導体膜を低温
   真空環境において劈開し、得られた膜側壁劈開面上に、
   前記と同一の低温真空環境において、トンネル障壁、拡
   散障壁などを成膜するトンネル接合の製造方法。