JPH02253670A - 粒界ジョセフソン接合素子 - Google Patents
粒界ジョセフソン接合素子Info
- Publication number
- JPH02253670A JPH02253670A JP1075371A JP7537189A JPH02253670A JP H02253670 A JPH02253670 A JP H02253670A JP 1075371 A JP1075371 A JP 1075371A JP 7537189 A JP7537189 A JP 7537189A JP H02253670 A JPH02253670 A JP H02253670A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ybco
- grain boundary
- single crystal
- thin film
- substrate
- Prior art date
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- Pending
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- 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。
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〉
本発明はジョセフソン接合を有する素子に関し、更に詳
しくは、酸化物超電導体を用いたジョセフソン接合素子
に関する。
しくは、酸化物超電導体を用いたジョセフソン接合素子
に関する。
なお、本発明は、超高感度磁場計測用の５ＱＵＩＤや、
超高感度電磁波検出器等、ジョセフソン効果を利用した
あらゆるデバイスに応用可能である。
超高感度電磁波検出器等、ジョセフソン効果を利用した
あらゆるデバイスに応用可能である。
〈従来の技術〉
ＹＢＣｏに代表される酸化物超電導体を用いたジョセフ
ソン接合に関しては、既に多くの報告があるが、その接
合はいずれも実質的には粒界接合である。
ソン接合に関しては、既に多くの報告があるが、その接
合はいずれも実質的には粒界接合である。
これらの報告において、現在までに作成されている酸化
物超電導体によるジョセフソン接合素子では、接合部（
リンク）および電極部（バンク）はともに多結晶薄膜に
よって形成されている（例えばＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎ
ｏｆ ＹＢａＣｕＯＴｈ１ｎ Ｆｉｌｍ ｄｃ ５Ｑ
ＵＩＤ″。
物超電導体によるジョセフソン接合素子では、接合部（
リンク）および電極部（バンク）はともに多結晶薄膜に
よって形成されている（例えばＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎ
ｏｆ ＹＢａＣｕＯＴｈ１ｎ Ｆｉｌｍ ｄｃ ５Ｑ
ＵＩＤ″。
Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉ
ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ、 ２７＋Ｎα６．１９
８Ｂ、 ｐｐ、Ｌｌｌｌｏ−Ｌ１１１２）。
ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ、 ２７＋Ｎα６．１９
８Ｂ、 ｐｐ、Ｌｌｌｌｏ−Ｌ１１１２）。
〈発明が解決しようとする課題〉
ところで、以上のような構造によるジョセフソン接合で
例えば５ＱＵＩＤを作成した場合、Ｎｂ系等の既に実用
化されている金属系超電導体を用いた５ＱＵＩＤに比し
てノイズ（特に１／ｆノイズ）が大きくなるという問題
がある。
例えば５ＱＵＩＤを作成した場合、Ｎｂ系等の既に実用
化されている金属系超電導体を用いた５ＱＵＩＤに比し
てノイズ（特に１／ｆノイズ）が大きくなるという問題
がある。
本発明はこのような点を改良すべくなされたもので、５
ＱＵＩＤ等に適用してノイズを低減することのできる、
酸化物超電導体薄膜によるジョセフソン接合素子の提供
を目的としている。
ＱＵＩＤ等に適用してノイズを低減することのできる、
酸化物超電導体薄膜によるジョセフソン接合素子の提供
を目的としている。
〈課題を解決するための手段〉
上記の目的を達成するため、本発明では、実施例に対応
する第１図に示すように、基板１の表面に形成した酸化
物超電導体の２つの単結晶薄膜２ａと２ｂとを、同じく
基板１上に形成した酸化物超電導体の多結晶薄膜３から
なるブリッジで相互に接合している。
する第１図に示すように、基板１の表面に形成した酸化
物超電導体の２つの単結晶薄膜２ａと２ｂとを、同じく
基板１上に形成した酸化物超電導体の多結晶薄膜３から
なるブリッジで相互に接合している。
く作用〉
従来の接合素子構造に基づく酸化物超電導体製の５ＱＵ
ＩＤ等においてノイズが大きくなる原因の一つは、接合
部以外の電極部に粒界が存在するからである。すなわち
、電極部に粒界が存在すると、その部分に磁束が侵入し
、それが移動することによって電圧が発生する。これが
ノイズの原因の一つとなっている。
ＩＤ等においてノイズが大きくなる原因の一つは、接合
部以外の電極部に粒界が存在するからである。すなわち
、電極部に粒界が存在すると、その部分に磁束が侵入し
、それが移動することによって電圧が発生する。これが
ノイズの原因の一つとなっている。
そこで、本発明のように、接合部（３）のみに粒界を設
けて粒界接合を得るとともに、電極部（２ａ、２ｂ）を
単結晶とすることによって粒界を無くすると、ノイズは
低減する。
けて粒界接合を得るとともに、電極部（２ａ、２ｂ）を
単結晶とすることによって粒界を無くすると、ノイズは
低減する。
〈実施例〉
第１図は本発明実施例の構造説明図で、（ａ）は上面図
、（ｂ）はそのｂ−ｂ断面図である。
、（ｂ）はそのｂ−ｂ断面図である。
単結晶Ｍｇ０（１００）製の基板１の表面に、２つのＹ
ＢＣＯ単結晶薄膜２ａおよび２ｂが形成されている。
ＢＣＯ単結晶薄膜２ａおよび２ｂが形成されている。
そして、このＹＢＣＯ単結晶薄膜２ａと２ｂは、基板１
の表面に部分的に形成されたＭｇＯ多結晶薄膜１０上に
積層形成されているＹＢＣＯ多結晶薄膜３によって相互
に接合されている。これによって、ＹＢＣＯ単結晶薄膜
２ａ、２ｂを電極部とし、ＹＢＣＯ多結晶薄膜３をブリ
ッジとするマイクロブリッジ型のジョセフソン接合を得
ている。
の表面に部分的に形成されたＭｇＯ多結晶薄膜１０上に
積層形成されているＹＢＣＯ多結晶薄膜３によって相互
に接合されている。これによって、ＹＢＣＯ単結晶薄膜
２ａ、２ｂを電極部とし、ＹＢＣＯ多結晶薄膜３をブリ
ッジとするマイクロブリッジ型のジョセフソン接合を得
ている。
以上の構造によれば、第２図にそのブリッジ部分近傍の
模式的な拡大上面図を示すように、ＹＢＣＯ多結晶薄膜
３の結晶粒３０による粒界を介して単結晶薄膜２ａと２
ｂが接合されることになり、良好な粒界が得られるとウ
ィークリンク長の短かい高性能の素子が得られると同時
に、電極部（２ａ。
模式的な拡大上面図を示すように、ＹＢＣＯ多結晶薄膜
３の結晶粒３０による粒界を介して単結晶薄膜２ａと２
ｂが接合されることになり、良好な粒界が得られるとウ
ィークリンク長の短かい高性能の素子が得られると同時
に、電極部（２ａ。
２ｂ）に粒界が存在しないことから、侵入磁束の移動に
起因する電圧の発生はない。
起因する電圧の発生はない。
次に、以上の実施例の製造方法について述べる。
第３図はその製造手順の説明図である。
マｔ’、（ａ） ニ示すヨウニＭ ｇ Ｏ単結晶（１０
０）基板１上にＥＢ露光用のポジレジスト（例えばＰＭ
ＭＡ）Ｒを一様に塗布する。次いで（ト））に示すよう
に、そのレジスＩ−ＲにＥＢ露光および現像により、基
板１の中央のブリッジを形成すべき部分にのみ孔Ｈをあ
ける。この孔Ｈの寸法は１μｍｘ１μｍ程度とする。
０）基板１上にＥＢ露光用のポジレジスト（例えばＰＭ
ＭＡ）Ｒを一様に塗布する。次いで（ト））に示すよう
に、そのレジスＩ−ＲにＥＢ露光および現像により、基
板１の中央のブリッジを形成すべき部分にのみ孔Ｈをあ
ける。この孔Ｈの寸法は１μｍｘ１μｍ程度とする。
次に、基板１を加熱せずにレジストＲの上方からＭｇＯ
をｒｆスパッタリングし、（Ｃ）に示すように一様なア
モルファス状のＭｇＯ膜１ａを形成する。スパッタ条件
の例は、ターゲットＭｇＯ，雰囲気ガスＡ ｒ ／ ０
２ ＝ ５０／ ５０でガス圧２０ｍＴｏｒｒ、入力パ
ワーは１５０Ｗであって、２０００人程度０膜厚を得る
。
をｒｆスパッタリングし、（Ｃ）に示すように一様なア
モルファス状のＭｇＯ膜１ａを形成する。スパッタ条件
の例は、ターゲットＭｇＯ，雰囲気ガスＡ ｒ ／ ０
２ ＝ ５０／ ５０でガス圧２０ｍＴｏｒｒ、入力パ
ワーは１５０Ｗであって、２０００人程度０膜厚を得る
。
その後、レジストＲを除去して孔Ｈの部分以外のＭｇＯ
膜１ａをリフトオフした後、電気炉に入れて９００°Ｃ
で１時間焼成する。これによって、（ｄ）に示すように
、ＭｇＯ単結晶基板１の表面中央部に微小面積のＭｇＯ
多結晶膜１０が形成されることになる。
膜１ａをリフトオフした後、電気炉に入れて９００°Ｃ
で１時間焼成する。これによって、（ｄ）に示すように
、ＭｇＯ単結晶基板１の表面中央部に微小面積のＭｇＯ
多結晶膜１０が形成されることになる。
次に、（ｅ）にＡで示される基板１上の領域に、アモル
ファス状のＭｇＯ膜を形成する。この場合、パターンが
大きいのでレジストのパターニングは光学露光を使用す
ることができる。つまり、（ｄ）の状態の基板１の上面
にレジスト、例えばマイクロポジッ日４００３７、を−
様に塗布し、そのレジストを領域Ａのみを光学露光と現
像によって除去した後、上記と同様のｒｆスパッタおよ
びリフトオフによって、領域Ａにのみアモルファス状の
ＭｇＯ膜を形成する。
ファス状のＭｇＯ膜を形成する。この場合、パターンが
大きいのでレジストのパターニングは光学露光を使用す
ることができる。つまり、（ｄ）の状態の基板１の上面
にレジスト、例えばマイクロポジッ日４００３７、を−
様に塗布し、そのレジストを領域Ａのみを光学露光と現
像によって除去した後、上記と同様のｒｆスパッタおよ
びリフトオフによって、領域Ａにのみアモルファス状の
ＭｇＯ膜を形成する。
そして、このような状態の基板１の上方から、活性化反
応性蒸着法によってＹＢＣＯ薄膜を基板１の上面に一様
に形成する。
応性蒸着法によってＹＢＣＯ薄膜を基板１の上面に一様
に形成する。
活性化反応性蒸着法によるｙＢｃＯｉ膜の製膜において
、基板側を単結晶としておくことによって、膜をエピタ
キシャル成長させ、単結晶膜を得る技術は既に確立され
ている（例えば、“Ｓｉｎｇｌｅ−ＣｒｙｓｔａｌＹＢ
ａｚＣｕ＋０７−、 ＴｈｉｎＦｉｌｍｓ ｂｙ Ａｃ
ｔｉｖａｔｅｄ ＲｅａｃｔｉｖｅＥｖａｐｏｒａｔｉ
ｏｎ” Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａ
ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ１ｓｉｃｓ。
、基板側を単結晶としておくことによって、膜をエピタ
キシャル成長させ、単結晶膜を得る技術は既に確立され
ている（例えば、“Ｓｉｎｇｌｅ−ＣｒｙｓｔａｌＹＢ
ａｚＣｕ＋０７−、 ＴｈｉｎＦｉｌｍｓ ｂｙ Ａｃ
ｔｉｖａｔｅｄ ＲｅａｃｔｉｖｅＥｖａｐｏｒａｔｉ
ｏｎ” Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａ
ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ１ｓｉｃｓ。
ｖｏｌ ２７． Ｎａ １．１９８８． ｐｐ、Ｌ９１
−Ｌ９３）すなわち、単結晶基板を５００〜６００’Ｃ
程度に加熱しつつ、その基板表面に局部的に０□ガスを
供給し、ＹおよびＢａを電子ビーム等を用いて、またＣ
ｕをヒータ加熱等によって蒸発させ、基板と蒸発源間に
高周波パワーによってプラズマを形成しつつ蒸着させる
ことによって、ＹＢＣＯ単結晶薄膜が得られる。
−Ｌ９３）すなわち、単結晶基板を５００〜６００’Ｃ
程度に加熱しつつ、その基板表面に局部的に０□ガスを
供給し、ＹおよびＢａを電子ビーム等を用いて、またＣ
ｕをヒータ加熱等によって蒸発させ、基板と蒸発源間に
高周波パワーによってプラズマを形成しつつ蒸着させる
ことによって、ＹＢＣＯ単結晶薄膜が得られる。
このような技術を用いて第３図（ｅ）に示される基板１
にＹＢＣＯ薄膜を形成すると、ＭｇＯ多結晶薄膜１０と
領域Ａのアモルファス状ＭｇＯ膜の形成されていない部
分は単結晶のＹＢＣＯ薄膜が成長する。
にＹＢＣＯ薄膜を形成すると、ＭｇＯ多結晶薄膜１０と
領域Ａのアモルファス状ＭｇＯ膜の形成されていない部
分は単結晶のＹＢＣＯ薄膜が成長する。
一方、ＭｇＯ多結晶薄膜１０の上には多結晶のＹＢＣＯ
薄膜が形成され、また、領域Ａにはアモルファス状のＹ
ＢＣＯＩ膜が形成される。アルモファス状のＹＢＣＯ薄
膜は超電導性を示さず、従ってこの−様な成膜によって
、第１図に示した構造の素子が得られる。この製法によ
ると、酸化物超電導薄膜そのもののバターニングを必要
とせず、本来の特性を劣化させることなく所望パターン
の接合素子を得ることができる。
薄膜が形成され、また、領域Ａにはアモルファス状のＹ
ＢＣＯＩ膜が形成される。アルモファス状のＹＢＣＯ薄
膜は超電導性を示さず、従ってこの−様な成膜によって
、第１図に示した構造の素子が得られる。この製法によ
ると、酸化物超電導薄膜そのもののバターニングを必要
とせず、本来の特性を劣化させることなく所望パターン
の接合素子を得ることができる。
なお、以上の製法において、基板１の領域ＡのＭｇＯを
アモルファス化することに代えて、この領域Ａに例えば
Ｓｔ等のようにＹＢＣＯ中に拡散してその超電導性を破
壊する材料を形成しておいてもよい。
アモルファス化することに代えて、この領域Ａに例えば
Ｓｔ等のようにＹＢＣＯ中に拡散してその超電導性を破
壊する材料を形成しておいてもよい。
また、酸化物超電導体としてはＹＢＣＯ以外のものを使
用してもよく、基板の材料もＭｇＯに限られることなく
、使用する超電導材料に整合性の良好な任意の材料を使
用できることは勿論である。
用してもよく、基板の材料もＭｇＯに限られることなく
、使用する超電導材料に整合性の良好な任意の材料を使
用できることは勿論である。
〈発明の効果〉
以上説明したように、本発明によれば、接合部のみに結
晶粒界が存在し、電極部には粒界が存在しないので、従
来のように磁束が侵入して移動することによる電圧の発
生がなく、このような接合で５ＱＵＩＤを作成するとノ
イズが低減する。
晶粒界が存在し、電極部には粒界が存在しないので、従
来のように磁束が侵入して移動することによる電圧の発
生がなく、このような接合で５ＱＵＩＤを作成するとノ
イズが低減する。
第１図は本発明実施例の構造説明図。
第２図はそのブリッジ部近傍の模式的な拡大上面図、
第３図はその製造手順の例の説明図である。
１・・・ＭｇＯ単結晶基板
２ａ、２ｂ・・・ＹＢＣＯ単結晶薄膜
３・・・ＹＢＣｏ多結晶薄膜
１０・・・ＭｇＯ多結晶薄膜
第１図
Claims (1)
- 基板の表面に形成された２つの酸化物超電導体単結晶薄
膜が、この基板上に形成された酸化物超電導体多結晶薄
膜からなるブリッジによって相互に接合されてなる粒界
ジョセフソン接合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1075371A JPH02253670A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 粒界ジョセフソン接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1075371A JPH02253670A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 粒界ジョセフソン接合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02253670A true JPH02253670A (ja) | 1990-10-12 |
Family
ID=13574287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1075371A Pending JPH02253670A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 粒界ジョセフソン接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02253670A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02154484A (ja) * | 1988-12-06 | 1990-06-13 | Nec Corp | ジヨセフソン素子 |
-
1989
- 1989-03-27 JP JP1075371A patent/JPH02253670A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02154484A (ja) * | 1988-12-06 | 1990-06-13 | Nec Corp | ジヨセフソン素子 |
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