JPH0221677A - 超伝導体のトンネル接合 - Google Patents
超伝導体のトンネル接合Info
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- JPH0221677A JPH0221677A JP63170658A JP17065888A JPH0221677A JP H0221677 A JPH0221677 A JP H0221677A JP 63170658 A JP63170658 A JP 63170658A JP 17065888 A JP17065888 A JP 17065888A JP H0221677 A JPH0221677 A JP H0221677A
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Classifications
-
- Y02E40/64—
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は超伝導体を用いたトンネル接合に関する。超伝
導体のトンネル接合はジョセフソン接合として知られ、
高速度のデバイス素子として期待されている。本発明は
近年、発見された酸化物高温超伝導体を用いてジョセフ
ソン接合を形成せしめ、これを液体窒素温度以上の高温
で使用できるようなデバイスを作製することを目的とす
る。
導体のトンネル接合はジョセフソン接合として知られ、
高速度のデバイス素子として期待されている。本発明は
近年、発見された酸化物高温超伝導体を用いてジョセフ
ソン接合を形成せしめ、これを液体窒素温度以上の高温
で使用できるようなデバイスを作製することを目的とす
る。
従来の技術として、２枚の超伝導体の間に薄い（約１０
０〜１００００オングストローム）絶縁体や常伝導体、
半導体等を挟んだ接合はジョセフソン接合として知られ
ている。これらは超高速コンピュータ素子への応用が期
待され、研究されている。従来、この接合に用いられる
超伝導体としては臨界温度の低い金属系の物質が用いら
れ、冷媒として液体ヘリウムが用いられていた。一方、
近年、臨界温度が絶対温度９０度を越える酸化物超伝導
体が発見された。これらの酸化物超伝導体は化学式 Ｂ
ｉ２ｓ ｒｚＣａｎ−ＩＣＵ、、Ｃ）ｔｎ＋ａ （ｎ
＝１．２．３、・・・）で表される。これらの物質を用
いてトンネル接合を持つ素子を作製することが試みられ
ている。
０〜１００００オングストローム）絶縁体や常伝導体、
半導体等を挟んだ接合はジョセフソン接合として知られ
ている。これらは超高速コンピュータ素子への応用が期
待され、研究されている。従来、この接合に用いられる
超伝導体としては臨界温度の低い金属系の物質が用いら
れ、冷媒として液体ヘリウムが用いられていた。一方、
近年、臨界温度が絶対温度９０度を越える酸化物超伝導
体が発見された。これらの酸化物超伝導体は化学式 Ｂ
ｉ２ｓ ｒｚＣａｎ−ＩＣＵ、、Ｃ）ｔｎ＋ａ （ｎ
＝１．２．３、・・・）で表される。これらの物質を用
いてトンネル接合を持つ素子を作製することが試みられ
ている。
これらの酸化物超伝導体はそのコヒーレント長が数１０
オングストロームと短いため、特性のよいジョセフソン
接合を形成するためには、トンネル障壁の厚さは最大１
００オングストロームもの超薄膜でなければならない、
薄膜化技術の進歩によって適当な基板の上にこの酸化物
超伝導体薄膜をエピタキシャル成長させることは可能と
なったが、さらにそのうえに１００オングストローム程
度のトンネル障壁層を形成しさらに酸化物超伝導体層を
結晶性よく形成することは不可能と思われていた。なぜ
ならば、従来の金属系の超伝導体のトンネル接合に用い
られていた酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等はＢ
ｌ ｚＳｒ ｚＣａ 、、−１Ｃｕ、０２ｎ＋４とは
結晶構造が異なっていたからであり結晶性はよく、これ
らの接合用の被膜を形成することはできなかった。この
ため良好ジョセフソン接合を形成できなかった。
オングストロームと短いため、特性のよいジョセフソン
接合を形成するためには、トンネル障壁の厚さは最大１
００オングストロームもの超薄膜でなければならない、
薄膜化技術の進歩によって適当な基板の上にこの酸化物
超伝導体薄膜をエピタキシャル成長させることは可能と
なったが、さらにそのうえに１００オングストローム程
度のトンネル障壁層を形成しさらに酸化物超伝導体層を
結晶性よく形成することは不可能と思われていた。なぜ
ならば、従来の金属系の超伝導体のトンネル接合に用い
られていた酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等はＢ
ｌ ｚＳｒ ｚＣａ 、、−１Ｃｕ、０２ｎ＋４とは
結晶構造が異なっていたからであり結晶性はよく、これ
らの接合用の被膜を形成することはできなかった。この
ため良好ジョセフソン接合を形成できなかった。
本発明は、トンネル障壁として酸化物超伝導体Ｂ ｉｚ
Ｓ ｒｚｃａ、、−１Ｃｕ、、Ｏｚｎ＋ａと同じ結晶構
造、はぼ同じ格子定数を有するものをもちいれば、酸化
物超伝導体とトンネル障壁との間を結晶性を損なうこと
なくトンネル接合を形成することが可能と考え本発明に
至った。７３ ｉｚＳ ｒ ｚＬ ｎ ｆｉ−＋Ｃｕ
、、Ｏｚｎ−ａ （Ｌ ｎはイツトリウム（元素記号Ｙ
）、またはランタノイド元素）で表される酸化物は酸化
物超伝導体Ｂ １ ｇＳ ｒ ２Ｃａ ｎ−ＩＣｕＩｌ
。
Ｓ ｒｚｃａ、、−１Ｃｕ、、Ｏｚｎ＋ａと同じ結晶構
造、はぼ同じ格子定数を有するものをもちいれば、酸化
物超伝導体とトンネル障壁との間を結晶性を損なうこと
なくトンネル接合を形成することが可能と考え本発明に
至った。７３ ｉｚＳ ｒ ｚＬ ｎ ｆｉ−＋Ｃｕ
、、Ｏｚｎ−ａ （Ｌ ｎはイツトリウム（元素記号Ｙ
）、またはランタノイド元素）で表される酸化物は酸化
物超伝導体Ｂ １ ｇＳ ｒ ２Ｃａ ｎ−ＩＣｕＩｌ
。
２１゜、と同じ結晶構造を有し、格子定数もほぼ同じで
あるが、抵抗の温度変化は半導体的で超伝導を示さない
物質として知られている。本発明はこのＢ ｉ ｚＳ
ｒ ２Ｌ ｎ、−ｌ Ｃｕｒ＋０１゜４をトンネル障壁
として用いることによって結晶性のよいトンネル接合を
ヘテロエピタキシャル成長によって得るものである。以
下、実施例にしたがってより詳細に本発明を説明する。
あるが、抵抗の温度変化は半導体的で超伝導を示さない
物質として知られている。本発明はこのＢ ｉ ｚＳ
ｒ ２Ｌ ｎ、−ｌ Ｃｕｒ＋０１゜４をトンネル障壁
として用いることによって結晶性のよいトンネル接合を
ヘテロエピタキシャル成長によって得るものである。以
下、実施例にしたがってより詳細に本発明を説明する。
「実施例」
酸化物超伝導体およびトンネル障壁はＲＦマグネトロン
スパッタリング法によって膜状に形成した。第１図に本
実施例にて、使用したスパッタリング装置の概要を示す
。スパッタリングターゲソ１− （７１、Ｆ８１として
は、Ｂ ｉｚＳ ｒｚｃａ ｃｕ、、０７（７）および
Ｂ ｉ ｚＳ ｒ ２Ｙ Ｃｕ ｚＣ７（８１の焼結体
を用いたターゲットの組成が超伝導体のそれと少し異な
るのは、スパッタリングによって膜の組成がずれるのを
補償するためである。ターゲットをこのような組成にす
ることによって、化学世論的組成（Ｂｉ ２Ｓ ｒ２Ｃ
ａ ＣｕｚｏａおよびＢｉｚＳｒ ２Ｙ Ｃｕ ２０ｇ
）の膜が得られる。ターゲットはチャンバー内に２つ（
１３ｊ２３ ｒ２Ｃａ Ｃｕ。
スパッタリング法によって膜状に形成した。第１図に本
実施例にて、使用したスパッタリング装置の概要を示す
。スパッタリングターゲソ１− （７１、Ｆ８１として
は、Ｂ ｉｚＳ ｒｚｃａ ｃｕ、、０７（７）および
Ｂ ｉ ｚＳ ｒ ２Ｙ Ｃｕ ｚＣ７（８１の焼結体
を用いたターゲットの組成が超伝導体のそれと少し異な
るのは、スパッタリングによって膜の組成がずれるのを
補償するためである。ターゲットをこのような組成にす
ることによって、化学世論的組成（Ｂｉ ２Ｓ ｒ２Ｃ
ａ ＣｕｚｏａおよびＢｉｚＳｒ ２Ｙ Ｃｕ ２０ｇ
）の膜が得られる。ターゲットはチャンバー内に２つ（
１３ｊ２３ ｒ２Ｃａ Ｃｕ。
Ｏ７およびＢ ｒ ｚＳ ｒ ２Ｙ Ｃｕｘｏｑの焼結
体）用意し、雰囲気を変えることなく連続的に膜形成が
できるようになっている。膜を形成する基板（１）とし
ては酸化マグネシウム車結晶の（１００）へきかい面を
用いた。膜形成は、基板温度５００ ’Ｃ１酸素：アル
ゴンーｌ：１の混合気体（全圧１００ミリト〜ル）、堆
積速度約３ｎｍ／秒でおこなった。トンネル接合の作製
方法を第２図に示す。まず、Ｂ ｉ ２Ｓ ｒ ２Ｃａ
Ｃｕ２０ａ（９）を約２０００オングストローム形成
した（第２図（ａ））あと、ターゲットを交換し、素子
の領域の大きさにあわせたマスクα乃をしてＢ ｉｚ
Ｓ ｒ、ＹＣｕｚＯ，Ｑｏｌをその上に約１００オング
ストローム堆積する。
体）用意し、雰囲気を変えることなく連続的に膜形成が
できるようになっている。膜を形成する基板（１）とし
ては酸化マグネシウム車結晶の（１００）へきかい面を
用いた。膜形成は、基板温度５００ ’Ｃ１酸素：アル
ゴンーｌ：１の混合気体（全圧１００ミリト〜ル）、堆
積速度約３ｎｍ／秒でおこなった。トンネル接合の作製
方法を第２図に示す。まず、Ｂ ｉ ２Ｓ ｒ ２Ｃａ
Ｃｕ２０ａ（９）を約２０００オングストローム形成
した（第２図（ａ））あと、ターゲットを交換し、素子
の領域の大きさにあわせたマスクα乃をしてＢ ｉｚ
Ｓ ｒ、ＹＣｕｚＯ，Ｑｏｌをその上に約１００オング
ストローム堆積する。
（第２図（ｂ））
再びターゲットを交換してＢ ｉｚＳ ｒ２Ｃａ Ｃｕ
２Ｏ３第２のマスクαＪを用いて、約２０００オングス
トローム堆積する。（第２図（Ｃ））以上でトンネル接
合を形成することができた。酸化物超伝導体およびトン
ネル障壁はＸ線回折法および電子線回折法、ＲＨＥＥＤ
パターンから結晶性をあわせて形成されていることが確
かめられた。
２Ｏ３第２のマスクαＪを用いて、約２０００オングス
トローム堆積する。（第２図（Ｃ））以上でトンネル接
合を形成することができた。酸化物超伝導体およびトン
ネル障壁はＸ線回折法および電子線回折法、ＲＨＥＥＤ
パターンから結晶性をあわせて形成されていることが確
かめられた。
また、このトンネル接合は液体窒素温度で動作すること
が直流および交流ジョセフソン効果によって確認された
。
が直流および交流ジョセフソン効果によって確認された
。
この時の電流電圧特性を第３図に示す。測定温度は８０
にであった。また本実施例において、ＹＢａ ｚ Ｃｕ
：＋ ０１−ｘ （９１αυをスパッタ法により形成し
た後に酸素雰囲気大において、高温アニールを行い超伝
導特性を向上させることは有効であった。
にであった。また本実施例において、ＹＢａ ｚ Ｃｕ
：＋ ０１−ｘ （９１αυをスパッタ法により形成し
た後に酸素雰囲気大において、高温アニールを行い超伝
導特性を向上させることは有効であった。
また超伝導体（９）、トンネル接合構成物質００）およ
び超伝導体０υを積層して形成した後に全体をアニルし
超伝導体（９）０υの超伝導特性を向上させさらにトン
ネル接合構成物質と超伝導体の結晶性の整合を行うこと
ができ、トンネル接合特性の向上に結びつき効果的な処
理であった。
び超伝導体０υを積層して形成した後に全体をアニルし
超伝導体（９）０υの超伝導特性を向上させさらにトン
ネル接合構成物質と超伝導体の結晶性の整合を行うこと
ができ、トンネル接合特性の向上に結びつき効果的な処
理であった。
本実施例において超伝導体又はトンネル接合用物質の形
成にはスパッタリング法を用いたが、その他の形成法で
あってもトンネル接合部分の結晶性を損なわずに形成で
きるものであれば適用可能である。
成にはスパッタリング法を用いたが、その他の形成法で
あってもトンネル接合部分の結晶性を損なわずに形成で
きるものであれば適用可能である。
「効果」
本発明によって酸化物高温超伝導体だけでジョセフソン
・トンネル接合を形成することが可能となり、これによ
って、液体窒素を冷媒とする、低コストの超伝導デバイ
スの作製が可能となった。
・トンネル接合を形成することが可能となり、これによ
って、液体窒素を冷媒とする、低コストの超伝導デバイ
スの作製が可能となった。
本発明によるトンネル接合はジョセフソンコンピュータ
ーの素子や超伝導トランジスター、量子干渉磁気検出装
置（ＳＱＵＩＤ）等に用いることができ、本発明は工業
的に存効な発明である。
ーの素子や超伝導トランジスター、量子干渉磁気検出装
置（ＳＱＵＩＤ）等に用いることができ、本発明は工業
的に存効な発明である。
第１図 ＲＦマグネトロンスパンタリング装置の概略図
第２図 トンネル接合の作製手順を示す。
第３図は電流・電圧特性を示す。
１ 基板 ４ ＲＦ電源
２ 電極 ５ 真空容器（チャンバー）３ 排
気系 ６ ガス系 ７．８ ターゲット （Ｂ ｉｚｓ ｒｚＣａ Ｃｕ３
０、およびＢ ｉ ｚＳ ｒ ｚＹ Ｃｕ ：＋０９の
焼結体）９ ＢｉｚＳｒ２ＣａＣｕｚＯｓ膜 １０ Ｂ ｉ２３ ｒｚＹｃｕｚｏｅ膜１１ Ｂ
ｉｚＳ ｒｚＣａ Ｃｕ２０６膜１２ 第１のマスク １３ 第２のマスク
気系 ６ ガス系 ７．８ ターゲット （Ｂ ｉｚｓ ｒｚＣａ Ｃｕ３
０、およびＢ ｉ ｚＳ ｒ ｚＹ Ｃｕ ：＋０９の
焼結体）９ ＢｉｚＳｒ２ＣａＣｕｚＯｓ膜 １０ Ｂ ｉ２３ ｒｚＹｃｕｚｏｅ膜１１ Ｂ
ｉｚＳ ｒｚＣａ Ｃｕ２０６膜１２ 第１のマスク １３ 第２のマスク
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、化学式Ｂｉ＿２Ｓｒ＿２Ｃａ＿ｎ＿−＿１Ｃｕ＿ｎ
Ｏ＿２＿ｎ＿＋＿４（ｎ＝１、２、３、・・・）で表さ
れる酸化物超伝導体を用い、前記超伝導体によって構成
される一対の電極の間に絶縁体もしくは常伝導体、半導
体を挟むトンネル接合であって、超伝導体に挟まれトン
ネル障壁を構成する物質として、化学式Ｂｉ＿２Ｓｒ＿
２Ｌｎ＿ｎ＿−＿１Ｃｕ＿ｎＯ＿２＿＋＿４（Ｌｎはイ
ットリウム（元素記号Ｙ）、またはランタノイド元素）
で表される酸化物を用いることを特徴とする超伝導体の
トンネル接合。 ２、特許請求の範囲第１項において、超伝導体及びトン
ネル障壁を構成する物質は、前記超伝導体と同様の結晶
方位を示すことを特徴とする超伝導体のトンネル接合。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63170658A JPH0221677A (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 超伝導体のトンネル接合 |
| US07/376,012 US5106819A (en) | 1988-07-08 | 1989-07-06 | Oxide superconducting tunnel junctions and manufacturing method for the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63170658A JPH0221677A (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 超伝導体のトンネル接合 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0221677A true JPH0221677A (ja) | 1990-01-24 |
Family
ID=15908966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63170658A Pending JPH0221677A (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 超伝導体のトンネル接合 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0221677A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0296386A (ja) * | 1988-10-03 | 1990-04-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超電導素子 |
| JPH03218686A (ja) * | 1988-05-11 | 1991-09-26 | Canon Inc | ジョセフソン素子 |
| US5468973A (en) * | 1990-03-09 | 1995-11-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Stacked Josephson junction device composed of oxide superconductor material |
| CN102393721A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-03-28 | 江苏科技大学 | 大型多油罐液位自动测量集成系统 |
-
1988
- 1988-07-08 JP JP63170658A patent/JPH0221677A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03218686A (ja) * | 1988-05-11 | 1991-09-26 | Canon Inc | ジョセフソン素子 |
| JPH0296386A (ja) * | 1988-10-03 | 1990-04-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超電導素子 |
| US5468973A (en) * | 1990-03-09 | 1995-11-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Stacked Josephson junction device composed of oxide superconductor material |
| CN102393721A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-03-28 | 江苏科技大学 | 大型多油罐液位自动测量集成系统 |
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