JPH02260472A - ジョセフソン接合素子 - Google Patents
ジョセフソン接合素子Info
- Publication number
- JPH02260472A JPH02260472A JP1078178A JP7817889A JPH02260472A JP H02260472 A JPH02260472 A JP H02260472A JP 1078178 A JP1078178 A JP 1078178A JP 7817889 A JP7817889 A JP 7817889A JP H02260472 A JPH02260472 A JP H02260472A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- josephson junction
- thin film
- superconductor
- link
- grain boundary
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- 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
〔産業上の利用分野］
本発明は、マイクロ波から赤外光にかけての電磁波の検
出に使用されるジョセフソン接合素子に関する。 〔従来の技術］ ジョセフソン接合素子を用いた電磁波検出器は、マイク
ロ波、ミリ波、赤外領域で最も感度が良く、応答の速い
広帯域検出器である。従来の検出器に用いられるジョセ
フソン接合の形式として、ポイントコンタクト型、サン
ドウィッチ型（Ｓ Ｉ Ｓ型）、準平面型、ブリッジ型
等の様々な形態が提案されている。中でも、ブリッジ型
ジョセフソン接合素子は、素子形態が単純な構造である
ために、各種の金属超伝導薄膜及びＢ１ＰｂＢａＯ酸化
物超伝導膜において、様々な形態の検討がなされてきて
いる（Ｊａｐｎ、 Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、、２
２，５４４（１９８３）、特開昭５９−２１０６７８）
。 し発明が解決すべき課題） しかしながら、近年発見されたセラミックス超伝導薄膜
、例えば、ＹＢａｚＣｕＪｔ−δ、 ＥｒＢａｚＣｕ３
０ｔ−６（０〈δ＜＋）、 ＢｉｚＳｒｚＣａｚＣｕｓ
Ｏｘ等の多結晶薄膜を用いたブリッジ型粒界ジョセフソ
ン接合素子のミリ波応答性の検討はなされているものの
（Ｊａｐｎ、 Ｊ。 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、、Ｌｌｌｌｏ （１９８８））
、電磁波検出器として感度向上を目的とした素子形態
の検討には未だ至っていない。
出に使用されるジョセフソン接合素子に関する。 〔従来の技術］ ジョセフソン接合素子を用いた電磁波検出器は、マイク
ロ波、ミリ波、赤外領域で最も感度が良く、応答の速い
広帯域検出器である。従来の検出器に用いられるジョセ
フソン接合の形式として、ポイントコンタクト型、サン
ドウィッチ型（Ｓ Ｉ Ｓ型）、準平面型、ブリッジ型
等の様々な形態が提案されている。中でも、ブリッジ型
ジョセフソン接合素子は、素子形態が単純な構造である
ために、各種の金属超伝導薄膜及びＢ１ＰｂＢａＯ酸化
物超伝導膜において、様々な形態の検討がなされてきて
いる（Ｊａｐｎ、 Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、、２
２，５４４（１９８３）、特開昭５９−２１０６７８）
。 し発明が解決すべき課題） しかしながら、近年発見されたセラミックス超伝導薄膜
、例えば、ＹＢａｚＣｕＪｔ−δ、 ＥｒＢａｚＣｕ３
０ｔ−６（０〈δ＜＋）、 ＢｉｚＳｒｚＣａｚＣｕｓ
Ｏｘ等の多結晶薄膜を用いたブリッジ型粒界ジョセフソ
ン接合素子のミリ波応答性の検討はなされているものの
（Ｊａｐｎ、 Ｊ。 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、、Ｌｌｌｌｏ （１９８８））
、電磁波検出器として感度向上を目的とした素子形態
の検討には未だ至っていない。
【課題を解決するための手段１
本発明は、上記点に鑑みなされたものであり、電磁波検
出器に用いられる高感度なブリッジ型ジョセッフソン接
合素子を提供するものである。 即ち、本発明は、基板上に超伝導体多結晶薄膜を備え、
該７Ｉ膜の結晶粒界を用いたブリッジ型ジョセフソン接
合が形成され、前記ジョセフソン接合における超伝導電
橋間を連結するリンクにおけるリンク長りがリンク幅Ｗ
に対しＬ≧２Ｗとなる粒界ジョセフソン接合を形成する
ことにより超伝導ノーマル抵抗ＲＮを大きくし、ＩｃＲ
，積を大きくでき、その結果としてジョセフソンミキサ
の周波数上限（ｆｃ・２ｅＲｓｌｃ／ｈ）を挙げること
が可能となる（「超電導エレクトロニクス」、オーム社
刊Ｐ９３〜）。これにより、ジョセフソンミキサの周波
数上限の高い高感度ブリッジ型ジョセフソン接合素子を
提供することができる。 また、基板上に成膜される超伝導体多結晶薄膜とは、粒
界ジョセフソン接合を構成する超伝導体の組成をＡ−Ｂ
−Ｃ−Ｄと表わすとき、ＡがＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ、
Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ。 Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ。 Ｓｃ、Ｙ、Ｂｉ、Ｔｌよりなる群より選ばれた一種以上
の元素、ＢはＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂよりなる群より選
ばれた一種以上の元素、ＣはＶ。 Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇ。 Ｃｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｒｕよりなる群より選ばれた
一種以上の元素、ＤはＯ１９からなる群より選ばれた一
種以上の元素であるような組成を有する超伝導体が最も
好ましい。 以下図面により本発明の詳細な説明する。 第１図は本発明の特徴を最も良く表わす図であり、ブリ
ッジ型粒界ジョセフソン結合の構造を示し、１は基板、
２は超伝導体多結晶薄膜、３は超伝導体結晶粒、４は結
晶粒界、 ６．６゛は超伝導電極、５は電極間を連結す
るリンク部であり、その部分には粒界ジョセフソン接合
が形成されている。リンク長、リンク幅は第１図（Ｃ）
に示す通り、各々Ｌ、ｗで表わす、ブリッジ型ジョセフ
ソン接合の典型的なｔ−Ｖ特性曲線を第２図に示す。図
中、破線から得られる抵抗を超伝導ノーマル抵抗Ｒｓ、
電圧がゼロの時の電流を臨界電流１ｃと定義する。リン
ク長を長くすることで超伝導ノーマル抵抗ＲＮが大きく
なり、リンク幅を広くすることで臨界電流Ｉｃを大きく
取れる。 しかしながら、リンク幅Ｗは超伝導体結晶粒の大きさに
制限を受ける。近年発見されたセラミ・ソクス超伝導薄
膜において、粒界ジョセフソン接合は、超伝導薄膜の作
製方法により決定されるものであり、接合特性を制御し
つるためには、特別な方法を考えなければならない。本
発明は、マグネトロンスパッタ法、クラスクーイオンビ
ーム法。 レーザー蒸着、ＣＶＤ法、電子ビーム加熱蒸着法等の適
当な成膜方法にて作製した超伝導体多結晶薄膜を用いた
ブリッジ型粒界ジョセフソン接合に関するものであり、
結晶粒の大きさに比較し、リンク幅を極めて大きくした
場合、リンク部内にジョセフソン接合が存在するものの
、接合とはならずに超伝導電極として作用する部分の存
在確立が増し、電磁波検出用素子としての性能を著しく
低下せしめることがある。このためブリッジ型粒界ジョ
セフソン接合に用いる適当なリンク幅としては、平均的
結晶粒の大きさの８倍以下程度にする必要がある。また
、リンク幅を結晶粒と同等もしくはそれ以下とした時に
は、リンク部内にジョセフソン接合が存在しない場合も
起こりうることはいうまでもない０以上よりリンク幅と
しては結晶粒の２倍から８倍程度に抑えておく必要があ
る。 本発明においては、基板上に形成した超伝導体多結晶薄
膜に対して第１図（Ｃ）に示すバターン、即ち、ジョセ
フソン接合となるリンク部５とその両側に形成された１
対の電極部６．６°をフォトエツチング等により形成す
る。 〔実施例１ 以下実施例により本発明を具体的に説明する。 夫癒■ユ ＹｒＢａｔＣｕｓＯｔ−６（０＜δ〈１）なる組成のセ
ラミックスを５インチφターゲットとしてマグネトロン
スパッタで、アルゴン気体のガス圧０．５Ｐａ 、スパ
ッタパワー２００Ｗにおいて２０℃の温度に保持したマ
グネシア基板上に厚さ５０００人のＹ＋Ｂａｔ、 ｅａ
ｃｕｓ、 ４９０７−Ｘ（０＜Ｘ＜１）なる組成の薄膜
を形成し、その後酸素雰囲気中で９４０℃において３時
間熱処理を行なった。こうして薄膜はＴｃ７５にの超伝
導体多結晶薄膜となり、結晶粒１〜３μ程度の粒界ジョ
セフソン接合を有するものができる。その後、フォトレ
ジストＯＭＲ−８３（商標、東京応化工業株式会社製）
を用いバターニングした後、アルゴンイオンミーリング
装置によりエツチングし、第１図（Ｃ）のパターンを形
成した。こうして形成したジョセフソン接合素子の特性
を４．５Ｋに冷却したクライオスタット中にて５０ＧＨ
ｚのミリ波を照射して得られるＩ−Ｖ特性上のシャピロ
ステップの次数により評価した。第１表にリンク長及び
リンク幅を変えた時のＩｃＲ５積とミリ波応答性の評価
結果を示す、ミリ波応答性の評価に当っては、５次以上
のステップが得られたものについて０，２〜４次のステ
ップが得られたものをΔ、１次以下のものをＸとした。 第１表 Ｂ１５Ｓｒ＊Ｃａ＊ＣＬｌｓＯｘなる組成のセラミック
スを５インチφターゲットとして、実施例１と同様のス
パッタ条件にてマグネシア基板上に厚さ４０００人のＢ
ｉｚＳｒｚ、 ｏｓｃａａ、 ４ｏｃｕｚ、 ａｔＯｘ
なる組成の薄膜を形成し、その後酸素雰囲気中で８５０
℃において１時間熱処理を行なった。こうして薄膜はＴ
ｃ ６５にの超伝導体多結晶薄膜となり、結晶粒０．８
〜１．５鱗程度の粒界ジョセフソン接合を有するものが
できた。 実施例１と同様の方法でバターニングした後に同様にミ
リ波応答性の評価を行なった。結果を第２表に示す。 第１表 り及びリンク幅Ｗの比Ｌ ／ ｗが２以上となる時、比
較的ＩＣＲＮ積が大きく、５０ＧＨｚのミリ波照射によ
り５次以上のシャピロステップが現われる高感度なジョ
セフソン接合素子を得ることができた。 【発明の効果】 以上説明したように、超伝導体多結晶薄膜を用いたブリ
ッジ型粒界ジョセフソン接合におけるリンク部のリンク
長りがリンク幅Ｗに対しＬ≧２Ｗとなるようにすること
で、ジョセフソン接合素子のＩＣＲＮ積が大きくとれ、
ジョセフソンミキサとしての周波数上限を上げることと
なり、電磁波検出素子としての高感度が図られる。
出器に用いられる高感度なブリッジ型ジョセッフソン接
合素子を提供するものである。 即ち、本発明は、基板上に超伝導体多結晶薄膜を備え、
該７Ｉ膜の結晶粒界を用いたブリッジ型ジョセフソン接
合が形成され、前記ジョセフソン接合における超伝導電
橋間を連結するリンクにおけるリンク長りがリンク幅Ｗ
に対しＬ≧２Ｗとなる粒界ジョセフソン接合を形成する
ことにより超伝導ノーマル抵抗ＲＮを大きくし、ＩｃＲ
，積を大きくでき、その結果としてジョセフソンミキサ
の周波数上限（ｆｃ・２ｅＲｓｌｃ／ｈ）を挙げること
が可能となる（「超電導エレクトロニクス」、オーム社
刊Ｐ９３〜）。これにより、ジョセフソンミキサの周波
数上限の高い高感度ブリッジ型ジョセフソン接合素子を
提供することができる。 また、基板上に成膜される超伝導体多結晶薄膜とは、粒
界ジョセフソン接合を構成する超伝導体の組成をＡ−Ｂ
−Ｃ−Ｄと表わすとき、ＡがＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ、
Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ。 Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ。 Ｓｃ、Ｙ、Ｂｉ、Ｔｌよりなる群より選ばれた一種以上
の元素、ＢはＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂよりなる群より選
ばれた一種以上の元素、ＣはＶ。 Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇ。 Ｃｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｒｕよりなる群より選ばれた
一種以上の元素、ＤはＯ１９からなる群より選ばれた一
種以上の元素であるような組成を有する超伝導体が最も
好ましい。 以下図面により本発明の詳細な説明する。 第１図は本発明の特徴を最も良く表わす図であり、ブリ
ッジ型粒界ジョセフソン結合の構造を示し、１は基板、
２は超伝導体多結晶薄膜、３は超伝導体結晶粒、４は結
晶粒界、 ６．６゛は超伝導電極、５は電極間を連結す
るリンク部であり、その部分には粒界ジョセフソン接合
が形成されている。リンク長、リンク幅は第１図（Ｃ）
に示す通り、各々Ｌ、ｗで表わす、ブリッジ型ジョセフ
ソン接合の典型的なｔ−Ｖ特性曲線を第２図に示す。図
中、破線から得られる抵抗を超伝導ノーマル抵抗Ｒｓ、
電圧がゼロの時の電流を臨界電流１ｃと定義する。リン
ク長を長くすることで超伝導ノーマル抵抗ＲＮが大きく
なり、リンク幅を広くすることで臨界電流Ｉｃを大きく
取れる。 しかしながら、リンク幅Ｗは超伝導体結晶粒の大きさに
制限を受ける。近年発見されたセラミ・ソクス超伝導薄
膜において、粒界ジョセフソン接合は、超伝導薄膜の作
製方法により決定されるものであり、接合特性を制御し
つるためには、特別な方法を考えなければならない。本
発明は、マグネトロンスパッタ法、クラスクーイオンビ
ーム法。 レーザー蒸着、ＣＶＤ法、電子ビーム加熱蒸着法等の適
当な成膜方法にて作製した超伝導体多結晶薄膜を用いた
ブリッジ型粒界ジョセフソン接合に関するものであり、
結晶粒の大きさに比較し、リンク幅を極めて大きくした
場合、リンク部内にジョセフソン接合が存在するものの
、接合とはならずに超伝導電極として作用する部分の存
在確立が増し、電磁波検出用素子としての性能を著しく
低下せしめることがある。このためブリッジ型粒界ジョ
セフソン接合に用いる適当なリンク幅としては、平均的
結晶粒の大きさの８倍以下程度にする必要がある。また
、リンク幅を結晶粒と同等もしくはそれ以下とした時に
は、リンク部内にジョセフソン接合が存在しない場合も
起こりうることはいうまでもない０以上よりリンク幅と
しては結晶粒の２倍から８倍程度に抑えておく必要があ
る。 本発明においては、基板上に形成した超伝導体多結晶薄
膜に対して第１図（Ｃ）に示すバターン、即ち、ジョセ
フソン接合となるリンク部５とその両側に形成された１
対の電極部６．６°をフォトエツチング等により形成す
る。 〔実施例１ 以下実施例により本発明を具体的に説明する。 夫癒■ユ ＹｒＢａｔＣｕｓＯｔ−６（０＜δ〈１）なる組成のセ
ラミックスを５インチφターゲットとしてマグネトロン
スパッタで、アルゴン気体のガス圧０．５Ｐａ 、スパ
ッタパワー２００Ｗにおいて２０℃の温度に保持したマ
グネシア基板上に厚さ５０００人のＹ＋Ｂａｔ、 ｅａ
ｃｕｓ、 ４９０７−Ｘ（０＜Ｘ＜１）なる組成の薄膜
を形成し、その後酸素雰囲気中で９４０℃において３時
間熱処理を行なった。こうして薄膜はＴｃ７５にの超伝
導体多結晶薄膜となり、結晶粒１〜３μ程度の粒界ジョ
セフソン接合を有するものができる。その後、フォトレ
ジストＯＭＲ−８３（商標、東京応化工業株式会社製）
を用いバターニングした後、アルゴンイオンミーリング
装置によりエツチングし、第１図（Ｃ）のパターンを形
成した。こうして形成したジョセフソン接合素子の特性
を４．５Ｋに冷却したクライオスタット中にて５０ＧＨ
ｚのミリ波を照射して得られるＩ−Ｖ特性上のシャピロ
ステップの次数により評価した。第１表にリンク長及び
リンク幅を変えた時のＩｃＲ５積とミリ波応答性の評価
結果を示す、ミリ波応答性の評価に当っては、５次以上
のステップが得られたものについて０，２〜４次のステ
ップが得られたものをΔ、１次以下のものをＸとした。 第１表 Ｂ１５Ｓｒ＊Ｃａ＊ＣＬｌｓＯｘなる組成のセラミック
スを５インチφターゲットとして、実施例１と同様のス
パッタ条件にてマグネシア基板上に厚さ４０００人のＢ
ｉｚＳｒｚ、 ｏｓｃａａ、 ４ｏｃｕｚ、 ａｔＯｘ
なる組成の薄膜を形成し、その後酸素雰囲気中で８５０
℃において１時間熱処理を行なった。こうして薄膜はＴ
ｃ ６５にの超伝導体多結晶薄膜となり、結晶粒０．８
〜１．５鱗程度の粒界ジョセフソン接合を有するものが
できた。 実施例１と同様の方法でバターニングした後に同様にミ
リ波応答性の評価を行なった。結果を第２表に示す。 第１表 り及びリンク幅Ｗの比Ｌ ／ ｗが２以上となる時、比
較的ＩＣＲＮ積が大きく、５０ＧＨｚのミリ波照射によ
り５次以上のシャピロステップが現われる高感度なジョ
セフソン接合素子を得ることができた。 【発明の効果】 以上説明したように、超伝導体多結晶薄膜を用いたブリ
ッジ型粒界ジョセフソン接合におけるリンク部のリンク
長りがリンク幅Ｗに対しＬ≧２Ｗとなるようにすること
で、ジョセフソン接合素子のＩＣＲＮ積が大きくとれ、
ジョセフソンミキサとしての周波数上限を上げることと
なり、電磁波検出素子としての高感度が図られる。
第１図はブリッジ型粒界ジョセフソン結合の構造を示し
、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図、（Ｃ）はジョセフ
ソン接合素子のパターン図であり、第２図はブリッジ型
ジョセフソン接合のＩ−Ｖ特性曲線を示す。 第１表及び第２表からも分るように、リンク長・・・基
板 ・・・超伝導体多結晶薄膜 ・・・超伝導体結晶粒 ・・・結晶粒界 ・・・リンク部 、６°・・・超伝導電極
、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図、（Ｃ）はジョセフ
ソン接合素子のパターン図であり、第２図はブリッジ型
ジョセフソン接合のＩ−Ｖ特性曲線を示す。 第１表及び第２表からも分るように、リンク長・・・基
板 ・・・超伝導体多結晶薄膜 ・・・超伝導体結晶粒 ・・・結晶粒界 ・・・リンク部 、６°・・・超伝導電極
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板上に超伝導体多結晶薄膜を備え、該薄膜の結晶
粒界を用いたブリッジ型ジョセフソン接合が形成され、
前記ジョセフソン接合における超伝導電極間を連結する
リンクにおけるリンク長Ｌがリンク幅ｗに対しＬ≧２ｗ
となる粒界ジョセフソン接合を形成されたジョセフソン
接合素子。 ２、超伝導体多結晶薄膜の組成をＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄと表わ
すとき、ＡがＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇ
ｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｃ
、Ｙ、Ｂｉ、Ｔｌよりなる群より選ばれた一種以上の元
素、ＢはＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂよりなる群より選ばれ
た一種以上の元素、ＣはＶ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、
Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｒｕより
なる群より選ばれた一種以上の元素、Ｄは０．５からな
る群より選ばれた一種以上の元素であることを特徴とす
る請求項１記載のジョセフソン接合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1078178A JPH02260472A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ジョセフソン接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1078178A JPH02260472A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ジョセフソン接合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02260472A true JPH02260472A (ja) | 1990-10-23 |
Family
ID=13654711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1078178A Pending JPH02260472A (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | ジョセフソン接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02260472A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5244870A (en) * | 1990-05-11 | 1993-09-14 | The University Of Tokyo | Superconductive optoelectronic device with the basic substance Cu2 O of superconductive-conjugate photoconductivity |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP1078178A patent/JPH02260472A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5244870A (en) * | 1990-05-11 | 1993-09-14 | The University Of Tokyo | Superconductive optoelectronic device with the basic substance Cu2 O of superconductive-conjugate photoconductivity |
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