JPH02248082A - ジョセフソン接合の製造方法 - 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、酸化物超伝導材料の２つの層を有し、これ等
の層の間に少なくとも１つの非超伝導層が設けられたジ
ョセフソン接合の製造方法に関するものである。

このような方法はｒＪ、　Ｐｈｙｓ、　Ｄ、　Ａｐｐｌ
、　Ｐｈｙｓ、　Ｊ２０、第１３３０−１３３５頁（１
９８７年）のＭ、　Ｇ、Ｂｌａｍｉｒｅ氏外の論文に記
載されている。この論文では、サファイア基板がＹ２Ｏ
３バッファ層で被覆され、その上にＹＢａｔＣｕ３０ｙ
−δの第１の酸化物超伝導層が堆積される。続いて、ト
ンネルバリヤとして役立つＹ２Ｏ３の薄膜が設けられる
。次いで、ＹＢａｚＣｕａＯｙ−δの第２の層が設けら
れ、その上にＮｂの接点が設けられることができる。前
記の薄膜は、酸化ふん囲気中で金属ターゲツト板を用い
たｄｃ−マグネトロンスパッタリングによってつくられ
る。パターンは、プラズマエツチングまたはイオンエツ
チングにより膜に形成される。

酸化物超伝導材料の薄膜は、それ自体は公知の種々の方
法を用いて得ることができる。一般に、とりわけ酸素バ
ランスと金属原子特に銅原子の原子価に関して所望の組
成を得るには高温処理が必要とされる。ｒＡｐｐｌ、　
Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　Ｊ　５１（１３）、第１０２
９−１０２９頁（１９８７年）のＭ、　Ｇｕｒｖｉｔｃ
ｈ氏外によれば、酸化物超伝導材料ＹＢａ２ＣｕａＯｙ
−δの薄膜は、例えば、８００℃から９００℃のような
高温での焼成を伴う酸化ふん囲気中で金属ターゲツト板
を用いたｄａ−マグネトロンスパッタ堆積によってつく
られる。その他の普通に用いられる方法は、真空蒸着、
レーザアブレーション（ｌａｓｅｒ　ａｂｌａｔｉｏｎ
）および気相より・の化学析出である。ｒＡｐｐｌ、　
Ｐｈｙｓ。

Ｌｅｔｔ、　Ｊ　５２　（２１）、　　第１８２８−１
８３０頁（１９８８年）のＣ０Ｅ、Ｒｉｃｅ氏外の論文
には、ＣａＦ２．　ＳｒＦ、、　ＢｉおよびＣｕを加え
ることにより７２５℃と８５０℃での酸化工程を伴う真
空蒸着によって薄膜Ｃａ−３ｒ−Ｂｉ−Ｃｕ酸化物をつ
くる方法が記載されている。この高温処理は、高い臨界
温度Ｔｃすなわちそれ以下で超伝導挙動が生じる温度を
有する材料を得るのに必要である。

けれども、前記のＭ、　Ｇ、　Ｂｌａｍｉｃ氏外の論文
に記載された方法を酸化物超伝導材料の２つの層の接合
に対して用いると、第２の層の焼成の間に拡散、変形お
よび高温で生じるその他のプロセスにより層構造の正確
な（境界の）限定が妨げられるという問題が起きる。こ
のことは、層がパターンに従ってつくられる時、層の厚
さ方向（拡散）の限定並びに側方の限定に当嵌る。

（発明が解決しようとす課題） 本発明は、寸法が正確に限定されるジョセフソン接合を
製造する方法を供することを目的とする。

本発明は、酸化物超伝導材料を得るのに一般に必要とさ
れる高温での処理によって悪影響を受けることのない方
法を供することを特にその目的とする。本発明の別の目
的は、酸化物超伝導材料の製造に対して低い温度で行な
うことができる工程の有用性とは関係なく、ジョセフソ
ン接合をつくる簡単な方法を供することにある。

（課題を解決するための手段） 前記の目的を達成するために、本発明は、冒頭記載の方
法において、酸化物超伝導材料の２つの層を夫々貴金属
層で被覆し、２５０℃以下の温度で一緒にプレスするこ
とを特徴とする。

本発明の方法の適切な実施態様では、非超伝導層は、金
または銀が好ましい貴金属の通常の導電層である。

本発明の別の実施態様では、超伝導層を一緒にプレスす
る前に少なくとも１つの貴金属層に絶縁層を設ける。こ
の方法より非超伝導層は、金または銀が好ましい貴金属
の層を介して超伝導層に連結された絶縁層である製品が
得られる。この絶縁層は例えば酸化ジルコニウムまたは
酸化ハフニウムよりつくられる。

本発明の方法の非常に適切な実施態様では、超伝導層は
チタン酸ストロンチウムの基板に設けられる。

酸化物超伝導体のコヒーレンスの長さは非常に小さくす
なわちｌｎｍのオーダーなので、本発明の方法により得
られる接合の精度は非常に重要である。このために、接
合の特性は特に酸化物超伝導体の表面の薄膜によって決
まる。この理由で、本発明の方法でつくられた接合の特
別の利点は、超伝導材料の表面が貴金属と接触しこのた
め方法の種々の工程段階および続く処理において超伝導
材料の酸素バランスが乱れないということである。

（実施例） 以下本発明を図面を参照して実施例により更に詳しく説
明する。

例１ 第１ａ図の１０はチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ
３）の基板を示し、その上には、ＹＢａ２Ｃｕ３０ｓ、
　ｒの酸化物超伝導層１１が例えば前記基板を８５０℃
の温度に維持して真空蒸着によって堆積される。他の基
板材料例えばＭｇＯ，Ｙ２Ｏ３や保護バッファ層例えば
Ｔａ、Ｏ，、ＬａＦ、およびＺｒ０ｔを有するサファイ
アのような基板を本発明に好適に用いることができる。

本発明の方法の効果に影響を与えることなしに超伝導材
料の置換を公知のように行うことができる。例えば、Ｙ
の全部または一部を希土類金属イオンで置換え、Ｂａを
ＳｒまたはＣａで置換え、０の一部をＦで置換えること
ができる。

本発明は、代わりに、Ｃａ−３ｒ−Ｂｉ−Ｃｕ酸化物、
（Ｌａ、　５ｒ）ｚｃｕ０４およびＴｌに加えてＣａお
よび／またはＢａを含有する銅酸塩（ｃａｐｒａｔｅ）
のような他の酸化物超伝導材料に適用することができる
。

層１１は、真空蒸着の代わりに、所望の組成を有するタ
ーゲツト板を用いてスパッタリングによってつくること
もできる。この方法においては、基板は高温に維持され
るが、堆積は低い温度でも行うことができる。後者の場
合には、所望の超伝導特性を得るために高温での後処理
が必要である。

本発明方法の適切な実施態様では、層１１は、略々ＩＰ
ａの圧力のＡｒ内で１’Ｋｖの電圧でトライオードスパ
ッタリング（ｔｒｉｏｄｅ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）に
よってつくられる。材料は、該材料を空気中で８００℃
から９００℃の温度で４時間熱処理することよって超伝
導材料に変換される。

０．１から１０μｍの厚さを有する金の層１２（第１ｂ
図参照）が例えば真空蒸着によって層ｌｌ上に設けられ
る。この金と超伝導材料間の適当に良好な接触を得るた
めに、４５０℃で後焼成が行われる。金は例えば銀で好
適に置換えることができる。

夫々貴金属の層をそなえた２つの超伝導層は、酸素ふん
囲気中で２５０℃の温度と略々３ＯＮ／ｍｍ”の圧力で
一緒にプレスされる。第１Ｃ図はこの方法でつくった接
合を示したもので、この接合は、通常の導電層１２で分
けられた夫々超伝導層１１．１１’をそなえた基板１０
．１０’を有する。

接合の２つの部分を一緒にプレスする前に、層に公知の
ように例えばプラズマエツチングまたはイオンエツチン
グを伴う光りソグラフイ技術によってパターンを設ける
ことができる。

例−」エ ジョセフソン接合は前の例で説明したようにつくられる
が、この場合には絶縁層が超伝導層の間に設けられる点
が相違する。

第２ａ図はＹＢａｚＣｕａＯａ、　７の層２１’　を有
するチタン酸ストロンチウム９基板２０′　を示し、こ
の層２１′上には金の層２２′が設けられている。第２
ｂ図はＹＢａｃｃｕｓｅｓ、　ｙの層２、ををするチタ
ン酸ストロンチウムの基板２０を示し、この層２１上に
は金層２２が設けられ、この金層の筆には、この例では
例えば０．１から１０μｍの厚さを有する酸化ハフニウ
ム（ＨｆＯ□）の絶縁層２３が堆積されている。この層
２３は例えば酸化ふん囲気中でのハフニウムの真空蒸着
によって得られる。酸化ハフニウムの代わりに例えば酸
化ジルコニウムＺｒＯを用いることもできる。

第２ｃ図は第２ａ図と第２ｂ図の層を一緒にプレスした
後の状態を示す。接合は、超伝導層２１．２１’　と絶
縁層２３によって形成されている。貴金属の保護層２２
．２２’　は絶縁層と超伝導層の間に位置する。

この例では、超伝導層は不活性支持体２０．２０’上に
設けられている。

阿−ユ ジョセフソン接合は例１に説明したようにつ（られるが
、この場合には、少なくとも１つの超伝導層と貴金属層
の間に付加層が設けられている点で相違する。

第３ａ図は、金層３２′　が設けられたＹＢａ２Ｃｕ３
０ｓ、　７の層３１’を有するチタン酸ストロンチウム
の基板３０′　を示す。第３ｂ図は、所望のパターンの
層３４で被覆されたＹＢａｚＣｕａＯａ、　ｙの層３１
を有するチタン酸ストロンチウムの基板３０を示し、こ
の場合層３４は上昇した温度において超伝導挙動が局部
的に消失するように酸化物超伝導材料と反応する材料よ
り成り、例えば酸化モリブデンまたは酸化アルミニウム
の層である。この例によれば、例えば１０μｍ２の表面
積を有する孔３５がこの層に設けられている。

次いで金層３２が設けられ、接合は、第３ａ図と第３ｂ
図に示した部分により前述したようにして形成される。

このように、超伝導層は欧州特許公開公報第０３００５
６７号にも記載されているようにその表面を部分的に絶
縁層で被覆される。このようにして、小さな有効表面積
を有するが大きな機械的程度を有するジョセフソン接合
がつくられる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、　ｂ、　　ｃは本発明のジョセフソン接合の
製造方法の一実施例の各製造段階における状態を示す略
断面図、 第２図ａ、　　ｂ、　　ｃは別の実施例の各製造段階に
おける状態を示す略断面図、 第３図ａ、　ｂは別の実施例の各半部を夫々示す略断面
図である。 １０、２０．２０’　、　３０．３０’　・・・基板１
１、２１．２１’　、　３１．３１’　・・・超伝導層
１２、２２．２２’　、　３２．３２’　・・・金層２
３・・・絶縁層 ３４・・・所望のパターンの層 ３５・・・孔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸化物超伝導材料の２つの層を有し、これ等の層の
   間に少なくとも１つの非超伝導層が設けられたジョセフ
   ソン接合の製造方法において、酸化物超伝導材料の２つ
   の層を夫々貴金属層で被覆し、２５０℃以下の温度で一
   緒にプレスすることを特徴とするジョセフソン接合の製
   造方法。 ２、非超伝導層は、金または銀が好ましい貴金属の通常
   の導電層である請求項１記載の製造方法。 ３、超伝導層を一緒にプレスする前に少なくとも１つの
   貴金属層に絶縁層を設ける請求項１記載の製造方法。 ４、非超伝導層は、金または銀が好ましい貴金属の層を
   介して超伝導層に連結された絶縁層である請求項３記載
   の製造方法。 ５、絶縁層は酸化ジルコニウムまたは酸化ハフニウムよ
   りつくられる請求項３または４記載の製造方法。 ６、超伝導層をチタン酸ストロンチウムの基板に設ける
   請求項１乃至５の何れか１項記載の製造方法。