JPH0249481A - 酸化物系ジョセフソン接合装置の製造方法 - Google Patents
酸化物系ジョセフソン接合装置の製造方法Info
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- JPH0249481A JPH0249481A JP63199002A JP19900288A JPH0249481A JP H0249481 A JPH0249481 A JP H0249481A JP 63199002 A JP63199002 A JP 63199002A JP 19900288 A JP19900288 A JP 19900288A JP H0249481 A JPH0249481 A JP H0249481A
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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。
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〕
本発明は高速、低消費電力でスイッチング動作を行う超
電導スイッチング装置に係り、とくに液体窒素温度以上
で動作可能な酸化物系のジョセフソン接合装置に関する
。
電導スイッチング装置に係り、とくに液体窒素温度以上
で動作可能な酸化物系のジョセフソン接合装置に関する
。
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物あるいはＢ１−Ｃａ−５ｒ−Ｃｕ
酸化物等の酸化物系超電導材料は臨界温度が９０に以上
であり、液体窒素温度において完全な超電導性を示すも
のである。これらＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物等の超電導材料
をエレクトロニクスの分野に応用するためには基本的な
超電導素子であるジョセフソン接合素子を得る８栗があ
る。
酸化物等の酸化物系超電導材料は臨界温度が９０に以上
であり、液体窒素温度において完全な超電導性を示すも
のである。これらＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物等の超電導材料
をエレクトロニクスの分野に応用するためには基本的な
超電導素子であるジョセフソン接合素子を得る８栗があ
る。
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物あるいはＢ１−Ｃａ−８ｒ−Ｃｕ
酸化物を用いたジョセフソン接合素子としては、同一平
面上に二個の酸化物超電導電極を近接させて配し、二枚
の電極間をＡｕで橋渡しした構造の素子が作製されてい
る。この例はイクステンディド アブストラクツ・オン
・フィツス・インターナショナル・ワークシミツブ・オ
ン・ツユ−チャ・エレクトロン・デパイシズの第１５７
頁から第１６０頁、１９８８年 （Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ ５ｔ
ｈ ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷｏｒｋｓｈｏｐ ｏ
ｎ Ｆｕｔｕｒｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ
。
酸化物を用いたジョセフソン接合素子としては、同一平
面上に二個の酸化物超電導電極を近接させて配し、二枚
の電極間をＡｕで橋渡しした構造の素子が作製されてい
る。この例はイクステンディド アブストラクツ・オン
・フィツス・インターナショナル・ワークシミツブ・オ
ン・ツユ−チャ・エレクトロン・デパイシズの第１５７
頁から第１６０頁、１９８８年 （Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ ５ｔ
ｈ ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷｏｒｋｓｈｏｐ ｏ
ｎ Ｆｕｔｕｒｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ
。
ｐｐ、１５７−１６０．１９８８）に記載されている。
上記Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物を電極とし、常電導金属であ
るＡｕを常電導カップリング材としたジョセフソン接合
装置は以下のような問題点を有している。
るＡｕを常電導カップリング材としたジョセフソン接合
装置は以下のような問題点を有している。
すなわちこのようなジョセフソン接合装置の構造におい
ては二枚の超電導ｆ！！極間距離によって特性が決定づ
けられる。すなわち、液体窒素温度しζおいて動作させ
るために望ましい電極間距離は１１００ｎから１０ｎｍ
の間である。この理由は超電導電極から超電導電子がし
み出して互に常電導体内部で重なり合い、ジョセフソン
効果を発揮させるためには常電導体中のコヒーレンス長
さ、すなわち数＋ｎｍの寸法に常電導体の長さを揃える
必要があるからである。
ては二枚の超電導ｆ！！極間距離によって特性が決定づ
けられる。すなわち、液体窒素温度しζおいて動作させ
るために望ましい電極間距離は１１００ｎから１０ｎｍ
の間である。この理由は超電導電極から超電導電子がし
み出して互に常電導体内部で重なり合い、ジョセフソン
効果を発揮させるためには常電導体中のコヒーレンス長
さ、すなわち数＋ｎｍの寸法に常電導体の長さを揃える
必要があるからである。
しかるに超電導電極間の距離をこのような短い距離に保
つのはきわめて困難なことである。実際上記ジョセフソ
ン接合装置においては超電導電極間距離として１μｍを
与えている。逆に望ましい超電導電極間距離１０〜１１
００ｎが得られたとして、必要な超電導電流値を得るた
めに距離を１０ｎｍ以下の精度で調節するのはきわめて
困難なことである。
つのはきわめて困難なことである。実際上記ジョセフソ
ン接合装置においては超電導電極間距離として１μｍを
与えている。逆に望ましい超電導電極間距離１０〜１１
００ｎが得られたとして、必要な超電導電流値を得るた
めに距離を１０ｎｍ以下の精度で調節するのはきわめて
困難なことである。
そこで本発明の目的はＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物あるいはＢ
１−Ｃａ−８ｒ−Ｃｕ酸化物を超電導電極として用いた
ジョセフソン接合装置に関して。
１−Ｃａ−８ｒ−Ｃｕ酸化物を超電導電極として用いた
ジョセフソン接合装置に関して。
電極間距離がジョセフソン効果を示すのに必要とされる
１０〜１１００ｎの範囲に保たれ、この間にＡｕ等の常
電導金属膜が均一に挿入し得るジョセフソン接合装置の
構造を提供することにある。
１０〜１１００ｎの範囲に保たれ、この間にＡｕ等の常
電導金属膜が均一に挿入し得るジョセフソン接合装置の
構造を提供することにある。
上記目的は以下に述べる手段によって達成できる。すな
わちＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物やＢ１−Ｃａ−３ｒ−Ｃｕ酸
化物をはじめとする酸化物を含む超電導材料を電極とす
るジョセフソン接合装置において、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇの
中から選ばれた常電導材料を介して超電導材料が電気的
に接続され、これら常電導材料の厚みを１０ｎｍ以上１
１００ｎ以下とする。これら超電導電極および常電導材
料は超電導電極膜、常電導膜および超電導電極膜の順に
積層状に構成されているものとする。
わちＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物やＢ１−Ｃａ−３ｒ−Ｃｕ酸
化物をはじめとする酸化物を含む超電導材料を電極とす
るジョセフソン接合装置において、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇの
中から選ばれた常電導材料を介して超電導材料が電気的
に接続され、これら常電導材料の厚みを１０ｎｍ以上１
１００ｎ以下とする。これら超電導電極および常電導材
料は超電導電極膜、常電導膜および超電導電極膜の順に
積層状に構成されているものとする。
このようなジョセフソン接合装置の製造方法は以下の通
りである。すなわち下層超電導膜を蒸着法あるいはスパ
ッタリング法等によって成膜し、超電導層を形成した後
、膜厚１１００ｎ以下のＰｔ、Ａｕ、あるいはＡｇ膜を
蒸着法あるいはスパッタリング法等により形成する。下
部電極膜としてのパタンを形成した後１層間絶縁膜を形
成する。しかる後にスパッタ装置あるいは蒸着装置を用
いて、基板温度を５００℃以上でかつ８００℃以下に保
ち、上層超電導膜を形成する。さらに上層超電導膜に対
して上部電極膜としてのパタンを形成してジョセフソン
接合装置を得る。このような製造方法により常電導層は
連続膜として形成される。
りである。すなわち下層超電導膜を蒸着法あるいはスパ
ッタリング法等によって成膜し、超電導層を形成した後
、膜厚１１００ｎ以下のＰｔ、Ａｕ、あるいはＡｇ膜を
蒸着法あるいはスパッタリング法等により形成する。下
部電極膜としてのパタンを形成した後１層間絶縁膜を形
成する。しかる後にスパッタ装置あるいは蒸着装置を用
いて、基板温度を５００℃以上でかつ８００℃以下に保
ち、上層超電導膜を形成する。さらに上層超電導膜に対
して上部電極膜としてのパタンを形成してジョセフソン
接合装置を得る。このような製造方法により常電導層は
連続膜として形成される。
本発明になるジョフソン接合装置の構造は、ジョセフソ
ンカップリング部となるＰｔｔＡｕあるいはＡｇの膜厚
を調節することにより、超電導電性によって決まるもの
であり、数ｎｍの精度まで容易に達成できる。
ンカップリング部となるＰｔｔＡｕあるいはＡｇの膜厚
を調節することにより、超電導電性によって決まるもの
であり、数ｎｍの精度まで容易に達成できる。
ただし常電導層にピンホール等が存在し、上層超電導膜
と下１超電導膜が直接接した場合、超電導電極間を流れ
る電流はジョセフソン電流とはならずに、位相変化の無
い超電導電流となってしまう。本発明におけるジョセフ
ソン接合装置の製造方法に従えば、ピンホールが無く、
連続膜としての常電導層を得ることを可能とする。本発
明における製造方法の膜形成温度条件に従わない場合、
たとえば上層超電導電極層が８００℃以上において形成
され、る場合、常電導層は原子移動により連続開とはな
らない、逆に上層超電導電極層が５００℃以下で形成さ
れる場合、上層超電導電極層は液体窒素温度以上の超電
導臨界温度を示さない。
と下１超電導膜が直接接した場合、超電導電極間を流れ
る電流はジョセフソン電流とはならずに、位相変化の無
い超電導電流となってしまう。本発明におけるジョセフ
ソン接合装置の製造方法に従えば、ピンホールが無く、
連続膜としての常電導層を得ることを可能とする。本発
明における製造方法の膜形成温度条件に従わない場合、
たとえば上層超電導電極層が８００℃以上において形成
され、る場合、常電導層は原子移動により連続開とはな
らない、逆に上層超電導電極層が５００℃以下で形成さ
れる場合、上層超電導電極層は液体窒素温度以上の超電
導臨界温度を示さない。
以下、本発明を以下に述べる実施例にもとづいて説明す
る。
る。
ジョセフソン接合装置は以下の工程により作製を行なう
、すなわち、第１図に示すごとく、（１００）面方位を
有するＭｇＯ単結晶１を基板として用い、Ｙ −Ｂ ａ
−Ｃｕ酸化物薄膜２を形成する。Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化
物薄膜はあらかじめＹとＢａとＣｕを１；２：３の組成
比に焼成した焼結体をターゲットとして用い、高周波マ
グネトロンスパッタ法により、Ａｒと酸素の雰囲気中で
堆積する。膜形成時の基板温度は室温とする。膜厚は０
．７ｐｍとする。膜形成後Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物に１気
圧の酸素雰囲気中で９００℃、２時間の熱処理を施す。
、すなわち、第１図に示すごとく、（１００）面方位を
有するＭｇＯ単結晶１を基板として用い、Ｙ −Ｂ ａ
−Ｃｕ酸化物薄膜２を形成する。Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化
物薄膜はあらかじめＹとＢａとＣｕを１；２：３の組成
比に焼成した焼結体をターゲットとして用い、高周波マ
グネトロンスパッタ法により、Ａｒと酸素の雰囲気中で
堆積する。膜形成時の基板温度は室温とする。膜厚は０
．７ｐｍとする。膜形成後Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物に１気
圧の酸素雰囲気中で９００℃、２時間の熱処理を施す。
これらの処理により、斜方晶結晶構造で、８０に以上の
臨界温度を有する超電導薄膜を得る。
臨界温度を有する超電導薄膜を得る。
つぎに、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜１表面をＡｒと酸素
の雰囲気中で高周波スパッタリングを行うことにより表
面汚染層を除去する。さらに純酸素の雰囲気中で高周波
放電を行うことにより。
の雰囲気中で高周波スパッタリングを行うことにより表
面汚染層を除去する。さらに純酸素の雰囲気中で高周波
放電を行うことにより。
超電導膜表面の酸素を補う、この上に第２図のご形成す
る。
る。
つぎに第３図に示すごとくジョセフソン接合装置の下部
電極としてのパタンをレジスト材を用いて形成し、Ａｒ
を用いた高周波スパッタリング法によってＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ酸化物薄膜２の加工を行う。
電極としてのパタンをレジスト材を用いて形成し、Ａｒ
を用いた高周波スパッタリング法によってＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ酸化物薄膜２の加工を行う。
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物を除去した部分はＭｇＯ膜４で覆
う。
う。
さらに、第４図に示すとと＜ＭｇＯ基板ｌを６５０℃に
加熱し、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物の焼結体ターゲットを用
いて、Ａｒと酸素の雰囲気中でスパッタリングを行うこ
とによりＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜２を形成する。膜厚
は１μｍとする。
加熱し、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物の焼結体ターゲットを用
いて、Ａｒと酸素の雰囲気中でスパッタリングを行うこ
とによりＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜２を形成する。膜厚
は１μｍとする。
第５図に示すごとく、つぎにジョセフソン接合装置の上
部電極としてのパタンをレジスト材を用いて形成し、Ａ
ｒを用いた高周波スパッタリング法によってＹ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物薄膜２の加工を行う。以上の作製工程により
ジョセフソン接合素子の作製を完了する。上部電極と下
部電極の重なった部分、すなわちジョセフソン結合部の
寸法は１０μｍ×１０μｍとする。
部電極としてのパタンをレジスト材を用いて形成し、Ａ
ｒを用いた高周波スパッタリング法によってＹ−Ｂａ−
Ｃｕ酸化物薄膜２の加工を行う。以上の作製工程により
ジョセフソン接合素子の作製を完了する。上部電極と下
部電極の重なった部分、すなわちジョセフソン結合部の
寸法は１０μｍ×１０μｍとする。
このようなジョセフソン接合装置の特性を、液体窒素に
よって冷却しながら行った。ジョセフソン接合装置の電
圧−電流特性は第６図に示すごと以上の作製工程にかか
るジョセフソン接合装置はジョセフソン結合材としての
Ａｕ膜厚を１１００ｎ以内の範囲内で厚くすることによ
り、その流し得る超電導電流値を減少し得る。さらにジ
ョセフソン結合材としてＡｕ以外にｐｔあるいはＡｇを
用いることによってもジョセフソン接合装置を構成する
ことができる。さらに超電導電極膜としてＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ酸化物以外にＹをＹｂやＥｒ等で置換した斜方晶系酸
化物、あるいはＢ１−Ｃａ−５ｒ−Ｃｕ酸化物等を用い
た場合にも同様のジ値にすることができる。このことは
ジョセフソン接合装置がジョセフソン効果を有している
ことを意味する。しかもこの印加磁束密度は単一のジョ
セフソン接合に対応する値である。
よって冷却しながら行った。ジョセフソン接合装置の電
圧−電流特性は第６図に示すごと以上の作製工程にかか
るジョセフソン接合装置はジョセフソン結合材としての
Ａｕ膜厚を１１００ｎ以内の範囲内で厚くすることによ
り、その流し得る超電導電流値を減少し得る。さらにジ
ョセフソン結合材としてＡｕ以外にｐｔあるいはＡｇを
用いることによってもジョセフソン接合装置を構成する
ことができる。さらに超電導電極膜としてＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ酸化物以外にＹをＹｂやＥｒ等で置換した斜方晶系酸
化物、あるいはＢ１−Ｃａ−５ｒ−Ｃｕ酸化物等を用い
た場合にも同様のジ値にすることができる。このことは
ジョセフソン接合装置がジョセフソン効果を有している
ことを意味する。しかもこの印加磁束密度は単一のジョ
セフソン接合に対応する値である。
されなかった、このことはジョセフソン接合装置の電圧
−電流特性、あるいは外部磁界を印加することによる超
電導電流の低下と対応する。
−電流特性、あるいは外部磁界を印加することによる超
電導電流の低下と対応する。
以上述べたごとく、本発明にかかるジョセフソン接合装
置は以下の効果を有する。
置は以下の効果を有する。
（１）ジョセフソン接合部の材質や厚みを調節すること
により、ジョセフソン接合装置の超電導電流を任意の値
に設定することができる。
により、ジョセフソン接合装置の超電導電流を任意の値
に設定することができる。
（２）ジョセフソン接合部が直列に複数個つながった構
造ではなく、単一のジョセフソン接合で構成されるので
、印加信号磁束に対する出力電圧変調振幅が低下するこ
とはない。したがって超電導回路用のスイッチング素子
として用いることが可能である。
造ではなく、単一のジョセフソン接合で構成されるので
、印加信号磁束に対する出力電圧変調振幅が低下するこ
とはない。したがって超電導回路用のスイッチング素子
として用いることが可能である。
第１図はジョセフソン接合装置の作製においてＹ−Ｂａ
−Ｃｕ酸化物薄膜を形成する工程図、第２図はＡｕ薄膜
を形成する工程図、第３図は下部電極膜バタンおよびＭ
ｇＯ膜を形成する工程図、第４図はＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化
物薄膜を形成する工程図、第５図は上部電極膜パタンを
形成する工程図、第６図はジョセフソン接合装置の電圧
−電流特性を示す図である。 １−Ｍ ｇ Ｏ基板、２＝４’−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜
、３・・・Ａｕ１ｌ［，４・・・ＭｇＯ薄膜、５・・・
零磁界時特性、 ６・・・磁界印加時特性。
−Ｃｕ酸化物薄膜を形成する工程図、第２図はＡｕ薄膜
を形成する工程図、第３図は下部電極膜バタンおよびＭ
ｇＯ膜を形成する工程図、第４図はＹ−Ｂａ−Ｃｕ酸化
物薄膜を形成する工程図、第５図は上部電極膜パタンを
形成する工程図、第６図はジョセフソン接合装置の電圧
−電流特性を示す図である。 １−Ｍ ｇ Ｏ基板、２＝４’−Ｂａ−Ｃｕ酸化物薄膜
、３・・・Ａｕ１ｌ［，４・・・ＭｇＯ薄膜、５・・・
零磁界時特性、 ６・・・磁界印加時特性。
Claims (1)
- １、平坦な基板上に設けられた酸化物系の超電導材料か
らなる下部電極層と、この下部電極層上に積層状に設け
られたジョセフソンカップリング層と、このジョセフソ
ンカップリング層上に積層状に設けられた上記超電導材
料からなる上部電極層とで構成される酸化物系ジョセフ
ソン接合装置において、上記ジョセフソンカップリング
層はＰｔ、Ａｕ及びＡｇの中から選ばれた少なくとも１
つの常電導材料で構成され、その厚みは１０ｎｍ以上か
ら１００ｎｍ以下の連続膜であり、かつ、上記上部電極
層は少なくとも５００℃以上から８００℃以下の成膜温
度にて形成されていることを特徴とする酸化物系ジョセ
フソン接合装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63199002A JPH0249481A (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 酸化物系ジョセフソン接合装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63199002A JPH0249481A (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 酸化物系ジョセフソン接合装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0249481A true JPH0249481A (ja) | 1990-02-19 |
| JPH0561787B2 JPH0561787B2 (ja) | 1993-09-07 |
Family
ID=16400466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63199002A Granted JPH0249481A (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 酸化物系ジョセフソン接合装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0249481A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10380494B2 (en) * | 2017-08-04 | 2019-08-13 | International Business Machines Corporation | Josephson junctions for improved qubits |
-
1988
- 1988-08-11 JP JP63199002A patent/JPH0249481A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10380494B2 (en) * | 2017-08-04 | 2019-08-13 | International Business Machines Corporation | Josephson junctions for improved qubits |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0561787B2 (ja) | 1993-09-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |