JPH02260475A - ジョセフソン接合素子の形成方法 - Google Patents

ジョセフソン接合素子の形成方法

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JPH02260475A
JPH02260475A JP1078180A JP7818089A JPH02260475A JP H02260475 A JPH02260475 A JP H02260475A JP 1078180 A JP1078180 A JP 1078180A JP 7818089 A JP7818089 A JP 7818089A JP H02260475 A JPH02260475 A JP H02260475A
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josephson junction
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泰子 元井
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岳彦 川崎
Keisuke Yamamoto
敬介 山本
Norio Kaneko
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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、論理回路、光スイッチング素f、情報記録デ
バイス等に用いられるジョセフソン接合素子の形成方法
に関するものである。
(従来の技術) ジョセフソン接合の形式としてはポイントコンタクト型
、サンドイッチ型(StS型)、準平面型、ブリッジ型
等さまざまな形態が提案されている。なかでもブリッジ
型ジョセフソン接合素子は素Y−形態が単純な構造であ
るために、各社の金属超伝導薄膜およびB1PbBaO
超伝導薄膜において、ざまざまな形態の検討がなされて
きている。
(Japn、 J、 Appl、 Phys、、 22
.544 (1983)、特開昭59−210678) 〔発明が解決しようとする課題〕 これらのブリッジ型シミ1セフソン接合素tは5括板全
面に超伝導薄膜を形成後、エツチング等によって所望の
ブリッジを形成するのが−・数的であった。しかしなが
ら近年発見されたセラミクス超伝導薄膜、たとえばYB
a2Cu、、07−δ6 ]]ミrllazCu、、0
.−δ0くδ< 1 ) 、 B15rCaCu系44
石ではその材料組成が複雑なこともあり、エツチングに
より、たとえばY、Ba、Cuなどのエツチング速度が
W、なるため、超伝導体の組成がエツチングにより変化
し、やすいという問題があった。このためエツチングに
より超伝導特性を示さなくなったり、パターンの結晶性
、再現性、均一性も良くないという欠点もあった。
本発明は上記従来技術の問題点および課題に鑑みなされ
たものであり、新規なブリッジ形成方法により、情報記
録デバイス、各種論理回路等に有用なブリッジ型粒界シ
:lセフソン接合素子を形成しようとするものである。
(f1題を解決するための、11段) 本発明によれば、基板上に所望釘よりパターン化した無
機材料を形成後、該基板上に超伝導薄膜を成膜し、ジョ
セフソン接合素子を形成することにより、エツチング速
度程を経ることなく、再現性、結晶性、均一性を向上さ
せたジョセフソン接合を形成しうるものである。
本発明におい”C,基板1−に所望によりパターン化さ
れて形成されている無機材料は、超伝導薄膜のネガパタ
ーンとなるものである。
すなわち、基板1−の無機材料」二と、詠無機材料が形
成されていない基板上に、同一条件下で超伝導薄膜を成
膜した場合、該薄膜の無機材料上の超伝導特性が基板上
の特性より悪い、つまりジョセフソン接合素子として動
作させた時に、無機材料−Fの超伝導薄膜が超伝導特性
をほとんど示さなくなるように該無機材料は作用する。
これは無機材料と超伝導薄膜間における原子の拡散、格
子のミスマツチ、結晶性の低下等によるが、この結果と
して基板上の超伝導薄膜より臨界温度が低いかあるいは
超伝導性を示さなくなる。したがって、この条件を満た
すものであれば無機材料の種類は限定されるものではな
いが、種々の金属、酸化物、窒化物等を例示することが
でき、好ましいものとしては、Al、^u、 5in2
.^1203. znQ、 AIN等を挙げることがで
きる。
該無機材料の形成方法としては、マスクを使った蒸着や
、レジストバターニング等により行なうことができ、こ
れらの方法によれば基板、Eの任5αの位置に形成可能
であり、所望のネガパターンを形成することができる。
又、無機材料パターンは、EBn光パターニング等によ
り1μ−以下のバターニングが可能であるので、各ジョ
セフソン接合間距離を極めて小さくすることかでき、接
合数を大きくすることが1可能で高集積化にも有利であ
る。尚、該無機材料の厚みとしては数十〜数千入程度で
よい。又無機材料パターンは所望の個数のジョセフソン
接合が得ら第1るように形成すればよいが、基板十に格
子状に配置することにより、容易に高感度の粒界ジョセ
フソン接合アレイも形成することができる。
上記したように無機材料のネガパターンを形成した後、
次に超伝導薄膜を作成すれば、簡単にジョセフソン接合
アレイを形成することができる。また、ジョセフソン接
合アレイにすることによってノーマル抵抗値R,、およ
び超伝導臨界電流値ICが大きくなり、素子に印加でき
る電[fV−rcHNを上げることが5丁能となる。
また、成膜する超伝導薄膜は、粒界ジョセフソン接合を
形成しつる超伝導物質の薄膜であれば良く、代表的には
Y−Ba−Cu−0,B1−5r−(:a−Cu−0等
を用いることができるが、その化合物組成をA−B−C
−Dと表わすときAがLa、 Ce、 Pr、 Nd。
I’m、 SIa、 Se、 Eu、 Gd、 Tb、
 Dy、 llo、 Er、 Tb、 Lu。
旧、 TlおよびYよりなる群より選ばれた一種以上の
元素:BがBa、 Ca、 SrおよびPbよりなる群
から選ばれた一種以上の元素;CがV 、 Ti、 C
r、 Mr、。
Fe、 Ni、 co、 Ag、 CdおよびCuより
なる群から選ばれた一種以Fの元素;DかSおよびOよ
りなる群から選ばれた一種以」二の元素である超伝導物
質による薄膜は薄膜化が容易であるため本発明による形
成方法に好適である。
基板上への超伝導薄膜の成膜方法としては、通常のスパ
ッタ法、電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、MBE法、C
VD法、イオンビーム法等が通用できるが、無機材料上
と基板状とで同一条件tで成膜できるものか好まし・い
。超伝導薄膜の厚みどしては 100 N1.0000
人程度程度い。
尚、基板上に成膜された超伝導薄膜は必要に応じて熱処
理されるが、基板は超伝導薄膜との熱膨張係数の近いも
のを選ぶことでさらにその耐久性を向上させることもで
きる。
この様に本発明に係るブリッジ形成方法によオIば、超
伝導薄膜は基板上に成膜律エッナング等の処理を受けな
いため5得られるジョセフソン接合素−fは再現性、結
晶性、均・性の優れたものとすることができ、又エツチ
ング等によらず、無機材料によるパターン形成によるた
めEB露光バターニング等により極めて小さい接合間距
離で各シ、。
セフソン接合を形成でき、高感度の光スイツチング素子
、論理回路、情報記録デバイス等を作成することができ
る。
尚、本発明における上記以外の構成については常法にし
たがって行なうことができる。
(実施例) 以下本発明を実施例によって、より11体的に説明する
実施例1 第1図、第2図に示す1程に従いジョセフソン接合素子
を形成した。まず昨結晶基板1(本例では、サファイア
(100)を用いた)七にバター=ニング材として無機
材料5i02を用いネガ形パターン2を作成した(第1
図)。
この基板上にY −11a −(: u −0をICB
法(クラスターイオンビーム法)で成膜した。この時の
成膜条件は、基板温度400℃、酸素分圧3 x lO
−’Torrで行い、蒸着材料としてY 、 Bad、
 Cuをそれぞれ独立のクラスタ・−イオンガン「より
基板−1−7の組成が、Y :Ba:Cu=1 : 2
 : 3になるように堆積速度を調節した。なお、Y用
のクラスターイオンガンの加速電圧は1にV、イオン化
電流は50mAとし、13aO用のクラスターイオンガ
ンの加速′電圧は05にV、イオン化電流は30mAと
し、Cu用の加速電圧は4 KV、イオン化’を流は2
00mAとした。なお堆積速度は200人/minで膜
厚は5000人だ2だ。ざらにこの基板を酸素雰囲気中
で940℃、1時間の熱処理を行い、超伝導薄1模3a
を作成した(第2図)。
次に^U電極をつけて液体11eを用いて抵抗を測定1
ノだところサファイア1−のY−Ba−Cu−0薄1漠
3aは70にで抵抗0となり超伝導性を示したが、無機
材料(Si02) 2−hのY−Ha−(:u−0薄膜
3bは4にでも抵抗0にならず、超伝導性を示さず、ジ
ョセフソン接合が形成されていることが確認された。
実施例2 Mg0 (100)基板上にマスクを利用したRFスパ
ッタ法でAl2O1パターン4を第3図に示す様に20
行20列作製した。そのn Al2O3パターン4の大
きさは7 It m 111とし、行間距@Aを3μm
に固定し、列間距離Bを0,5〜2μlと変化させBの
埴と応答周波数特性との関係を謳べた。
この基板J、にnl−5r−1:aJ:u−0焼結体タ
ーゲットを用いてマスクを用いたRFスパッタ法で成i
15! L/たところロ1−5r−1;a−Cu−0薄
膜が形成された。この時の成膜条件は、基板温度<10
0℃、 Arガス圧力0.5Pa 、スパッタパワー!
00Wで堆積速度50人101in、 !IQ厚は40
00人であった。
さらにこの基板を酸素雰囲気中で850℃、1時間の熱
処理を行い、Tc=70にとなる超伝導薄11I25 
aを作成したく第3図)。表1にBの変化による特性の
変化を示す。
なお、2μ1llX2μ■のウィークジャンクシ;1ン
部1個をもつ粒界ジョセフソン接合では、1c=0.2
mA 、 ItN= 0.9ΩでIcRm= 0.18
mVであり、本発月によりfeltN積を大巾に改善で
きた。
(発明の効果) 以上説明したように単結晶基板上にあらかじめ無機材料
でネガ形のパターンを形成した後、超伝導薄膜を形成す
るため、ネガ形パターンを制御することによって、粒界
ジョセフソン接合索子アレイの1cItN禎を大きくす
ることができ、デバイス動作時の印加電圧を大きくする
ことができる。
また、超伝導薄膜形成後のエツチング工程を必要としな
いため、素子の再現性、結晶性、均一・性を向上させる
ことができ、品質の良い素子をつくることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1で作製したジョセフソン接合素fの作
成工程のうち、基板上に無機材料が形成されている構成
を示す模式平面図、゛第2図は実施例1の第1図の次工
程で超伝導薄膜が成膜されている構成を示す模式平面図
、第3図は実施例2において作製したジョセフソン接合
素子の構成を示す模式平面図(一部省略)である。 1:基板 2.4=無機材料 3a、 5a:超伝導薄膜 lb、 5b:非超伝導薄膜 A:行間距離 B:列間距離

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ブリッジ型ジョセフソン接合素子の製造において、
    所望によりパターン化した無機材料を基板上に形成後、
    該基板上に超伝導薄膜を成膜することを特徴とするジョ
    セフソン接合素子の形成方法。 2、前記超伝導薄膜の化合物組成をA−B−C−Dと表
    わすとき、AがLa、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、
    Sc、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Y
    b、Lu、Bi、TlおよびYよりなる群より選ばれた
    一種以上の元素;BかBa、Ca、SrおよびPbより
    なる群より選ばれた一種以上の元素;CがV、Ti、C
    r、Mn、Fe、Ni、Co、Ag、CdおよびCuよ
    りなる群から選ばれた一種以上の元素;DがSおよびO
    よりなる群から選ばれた一種以上の元素である請求項1
    に記載のジョセフソン接合素子の形成方法。 3、前記超伝導薄膜の成膜を、基板上に形成した前記無
    機材料上および該無機材料が形成されていない基板上で
    同一条件下で行ない、該無機材料上の超伝導薄膜の臨界
    温度(超伝導転移温度)を該基板上の超伝導薄膜の臨界
    温度より低いかあるいは超伝導状態を示さない範囲にす
    ることを特徴とする請求項1に記載の形成方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63306677A (ja) * 1987-06-08 1988-12-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 超電導装置およびその製造方法
JPS6414977A (en) * 1987-07-09 1989-01-19 Matsushita Electric Industrial Co Ltd Superconducting device and manufacture thereof
JPH0228384A (ja) * 1988-06-15 1990-01-30 Shimadzu Corp ジョセフソン接合素子

Patent Citations (3)

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