JPH02249284A - ジョセフソン素子 - 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１例えばスクイド（ＳＱＵＩＤ　）に設けられ
るＮｂ薄膜ポイントコンタクト形のジョセフソン素子に
関するものであり、更に詳しくはコンタクト部の改良に
関するものである。

〈従来の技術〉 超伝導体間の弱い接合部分をジョセフソン接合といい、
この弱い部分を含んで構成したリングを一般的にスクイ
ドと呼んでいる。スクイドは高感美ヤ 度の磁束計、磁束勾配凰、電流計、低温用温度計など各
種の分野に応用が可能である。

この様な薄膜スクイドに用いられるジョセフソン素子と
してはマイクロブリッジ型やトンネル接合型、ポイント
コンタクト型と呼ばれるものがあるが、マイクロブリッ
ジ型は微細加工技術による制約、平面構造上の理由等に
より良好なジョセフソン素子を得るのが困雑であり、ま
た、トンネル接合型は接合間の容量の為にスクイド動作
に有害となる接合のＩ−Ｖ特性ヒステリシスか現われこ
のヒステリシスを打消すためのシャント抵抗が必要とな
るので製造工程が複雑になる。

ポイントコンタクト型は上記の欠点を解決したもので１
例えば第３図に示すものが知られている。

（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である
。これらの図において１はサファイア（Ａ１２０３　）
等の単結晶基板、２は下部電極としてのＮｂ薄膜、３は
同材質の上部電極、４はＮｂ薄膜の表面を酸化させて形
成した絶縁膜、５は酸化膜に形成した小穴を結合して設
けられたポイントコンタクト部（ジョセフソン結合）で
ある。

上記構成によれば結合部の長さ０４ｅａｋ　Ｌｉｎｋ長
）をＮｂの酸化膜の厚さで決めることが出来るので酸化
時間を調整する事によりその厚さを任意の寸法に精度よ
く形成することが出来る。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記構成においては小穴の径が０．５〜
１μｍ程度と極めて小さな寸法であるため１接合部の周
囲（Ｂで示す部分〉に存在するＮｂ２Ｏ５やＮｂ低級酸
化物により接合部近傍の酸化状態により、接合特性がば
らついてしまうという問題点があった。

本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて成されたもので
、絶縁層としてＡｊ’２０３を用いる事によりＮｂ酸化
物の影響をなくシ、製作時の再現性および安定性の向上
をはかったものである。

〈課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するための本発明の構成は、基板と、こ
の基板上に形成された第１のＮｂ薄膜と。

このＮｂ薄膜の上に積層されたＡｌおよび第１のＡ１２
０３薄膜と、前記Ａ１および第１のＡｌ２Ｏ３を貫通し
て形成された小穴と、前記小穴の内面に形成された第２
のＡ　１２０３膜と１前記小穴を含む第１のＡｌ　２０
３膜上に第２のＮｂ層を形成した事を特徴とするもので
ある。

く実方麺例〉 第１図は本発明の一実施例を示す斜視図（ａ）（ａ＞の
Ａ−Ａ″断面図（ｂ）である。図において第３図と同一
要素には同一符号を付して説明は省略するが、１０はＡ
ｌ膜、１１は第１のＡｌ２Ｏ３膜、１２は第２のＡｌ２
Ｏ，＠である。

第２図（ａ）〜（ｅ）は上記ジョセフソン素子の製作工
程の概略を示すものである。

工程（ａ） 基板上に第１のＮｂ、Ａｌおよび第１のＡｌ２Ｏコの薄
膜を順次スパッタ装置により積層する。

ここでＮｂとＡｌ２Ｏ３の間にＡ１層を設けたのは両層
の親和性をはかる為である。各層の膜厚は５０〜１１０
０ｎ程度とする。

工程（ｂ） 前記Ａｌおよび第１のＡ１２０ｚ膜を貫通してＮｂ１１
ｇに達する小穴を形成する。この小穴はフォトリソグラ
フィの技術や電子ビーム露光装置を用いて膜厚とエツチ
ング速度との関係を考慮しながら穴の底部がＮｂ膜に達
するまで行い０．５〜１μｍ程度の径に形成する。

工程（ｃ） 前記小穴を含む第１のＡｌ２Ｏ３薄膜上に１゜Ｏｎｍ程
度に第２のＡｌ２Ｏ，薄膜を形成する。

この工程もスパッタ装置により行う。

工程（ｄ） 前記第２のＡ１２０ｗ薄膜を異方性ドライエツチングの
技術を用いて小穴の側面に形成された第２のＡ　ｌ　２
０３のみを残して除去する。この加工により小穴の側壁
には９０ｎｍ程度のＡｌ２Ｏ３が形成される。

工程（ｅ） 前記小穴を含む第１のＡｌ　２０３薄膜上に３゜Ｏｎｍ
程度のＮｂの薄膜をスパッタにより形成する。

〈発明の効果〉 以上実施例とともに具体的に説明したように本発明によ
れば、絶縁層としてのＡｉ’２０３薄膜を小穴の側面に
も形成したので ■　Ｎｂ膜の酸化膜を用いた場合に比較して製作時の再
現性や特性の安定したジョセフソン結合を得ることが出
来る。

■　小穴に側壁を形成した後第２のＮｂ薄膜を形成して
いるのでセルファライン加工となり、接合部の面積を小
さくすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のジョセフソン素子の一実施例を示す斜
視図（ａ）および（ａ＞のＡ−Ａ″断面図、第２図は概
略製作工程を示す説明図、第３図は従来例を示す斜視図
（ａ）および（ａ）のＡ−Ａ”断面図である。 １・・・基板、２・・・第１のＮｂＮＨ，３・・・第２
のＮｂ薄Ｍ、４・・・小穴、１０・・・Ａ／薄膜、１１
・・・第１のＡ　Ｉ　２０３　Ｍ、　１２−第２のＡｌ
２Ｏ３゜第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板と、この基板上に形成された第１のＮｂ薄膜と、こ
   のＮｂ薄膜の上に積層されたＡｌおよび第１のＡｌ＿２
   Ｏ＿３薄膜と、前記Ａｌおよび第１のＡｌ＿２Ｏ＿３を
   貫通して形成された小穴と、前記小穴の内面に形成され
   た第２のＡｌ＿２Ｏ＿３膜と、前記小穴を含む第１のＡ
   ｌ＿２Ｏ＿３膜上に第２のＮｂ層を形成した事を特徴と
   するジョセフソン素子。