JPH0289380A - 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
- JPH0289380A JPH0289380A JP63241502A JP24150288A JPH0289380A JP H0289380 A JPH0289380 A JP H0289380A JP 63241502 A JP63241502 A JP 63241502A JP 24150288 A JP24150288 A JP 24150288A JP H0289380 A JPH0289380 A JP H0289380A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxide superconductor
- film
- insulating film
- tunnel insulating
- conductive nitride
- 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】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、酸化物超電導体を用いたトンネル型のジョセ
フソン接合素子に関する。
フソン接合素子に関する。
（従来の技術）
最近、高温超電導体として酸化物超電導体が注目されて
いる。酸化物超電導体においては、その組成を選ぶこと
により、液体窒素温度以上の高温で超電導を示すことが
確認されており、材料作製技術の進歩により更に臨界温
度の高い超電導体が得られる可能性がある。
いる。酸化物超電導体においては、その組成を選ぶこと
により、液体窒素温度以上の高温で超電導を示すことが
確認されており、材料作製技術の進歩により更に臨界温
度の高い超電導体が得られる可能性がある。
この様な酸化物超電導体を電子素子に応用する場合、基
本構成として、二つの超電導体間にトンネル絶縁膜を介
在させた所謂トンネル型ジョセフソン接合を形成するこ
とが不可欠になる。しかし酸化物超電導体は、従来の金
属超電導体と異なり、自己を酸化することで良好な酸化
膜を得ることができない、コヒーレンス長が短いために
特性が絶縁膜厚に大きく依存する、等の問題を有する。
本構成として、二つの超電導体間にトンネル絶縁膜を介
在させた所謂トンネル型ジョセフソン接合を形成するこ
とが不可欠になる。しかし酸化物超電導体は、従来の金
属超電導体と異なり、自己を酸化することで良好な酸化
膜を得ることができない、コヒーレンス長が短いために
特性が絶縁膜厚に大きく依存する、等の問題を有する。
加えて、良好な超電導特性を得るためには酸化物超電導
体を高温条件下で形成することが必要となり、酸化物超
電導体上に何らかの絶縁膜を形成した後更にこの上に酸
化物超電導体を形成する際に、絶縁膜と酸化物超電導体
の間で組成成分の相互拡散や反応を生じ、絶縁特性が破
壊される、という問題があった。これは、酸化物超電導
体が多くの空格子を有し、他の材料と接合を形成した時
に構成原子の）０互拡散を生じ易いためである。
体を高温条件下で形成することが必要となり、酸化物超
電導体上に何らかの絶縁膜を形成した後更にこの上に酸
化物超電導体を形成する際に、絶縁膜と酸化物超電導体
の間で組成成分の相互拡散や反応を生じ、絶縁特性が破
壊される、という問題があった。これは、酸化物超電導
体が多くの空格子を有し、他の材料と接合を形成した時
に構成原子の）０互拡散を生じ易いためである。
（発明が解決しようとする課題）
以上のように、酸化物超電導体を用いて実用に供し得る
電子素子を形成するには、酸化物超電導体−トンネル絶
縁膜−酸化物超電導体という接合を如何にして作るかが
重要な基本的課題となっている。
電子素子を形成するには、酸化物超電導体−トンネル絶
縁膜−酸化物超電導体という接合を如何にして作るかが
重要な基本的課題となっている。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、酸化物超電導
体を用いて構成した良好な特性を持つトンネル型のジョ
セフソン接合素子を提供することを目的とする。
体を用いて構成した良好な特性を持つトンネル型のジョ
セフソン接合素子を提供することを目的とする。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明にかかるジョセフソン接合素子は、酸化物超電導
体からなる第１．第２の主電極と、これらの間に挟まれ
るトンネル絶縁膜との間に導電性窒化物膜を介在させた
ことを特徴とする。
体からなる第１．第２の主電極と、これらの間に挟まれ
るトンネル絶縁膜との間に導電性窒化物膜を介在させた
ことを特徴とする。
本発明において用いる導電性窒化物としては、それ自体
ある温度以下で超電導特性を示すＮｂＮやＭｏＮなどが
好ましい。しかしこれら以外にも、超電導特性を示さな
いＷＮなどを用いることが可能である。トンネル障壁部
を構成する絶縁膜は、熱的に安定な材料であることが好
ましく、例えばＭｇ Ｏなどが適している。
ある温度以下で超電導特性を示すＮｂＮやＭｏＮなどが
好ましい。しかしこれら以外にも、超電導特性を示さな
いＷＮなどを用いることが可能である。トンネル障壁部
を構成する絶縁膜は、熱的に安定な材料であることが好
ましく、例えばＭｇ Ｏなどが適している。
本発明において、酸化物超電導体電極と導電性窒化物膜
の間に更に金属膜を介在させることも有効である。これ
は、酸化物超電導体と導電性窒化物膜との電気的接触を
良好にするためであり、例えば、Ａｇ、Ａｕなどが挙げ
られる。
の間に更に金属膜を介在させることも有効である。これ
は、酸化物超電導体と導電性窒化物膜との電気的接触を
良好にするためであり、例えば、Ａｇ、Ａｕなどが挙げ
られる。
本発明の構造を一層安定化し、特性を改善するためには
、全体をエピタキシャル成長させることが望ましい。そ
のためには、互いに格子整合のとれた材料を用いること
が必要である。
、全体をエピタキシャル成長させることが望ましい。そ
のためには、互いに格子整合のとれた材料を用いること
が必要である。
その様な組合わせとして、酸化物超電導体にＹＢａ ２
Ｃｕ ３０．−ａを用い、導電性窒化物としてＮｂＮ
、トンネル絶縁膜としてＭｇ Ｏを用いることが考えら
れる。
Ｃｕ ３０．−ａを用い、導電性窒化物としてＮｂＮ
、トンネル絶縁膜としてＭｇ Ｏを用いることが考えら
れる。
（作用）
ＮｂＮに代表される導電性窒化物は、結晶構造がち密で
あり、また高融点で耐熱性を有し容易には酸化されない
。従ってこの様な導電性窒化物膜を酸化物超電導体電極
とトンネル絶縁膜の間に介在させると、酸化物超電導体
を形成する際の高温熱工程において酸化物超電導体とト
ンネル絶縁膜との間の相互拡散や反応を防止することが
できる。加えて、Ｎｂ、ＮやＭｏＮ等の導電性窒化物は
高い臨界温度を有する超電導材料であるため、これらの
臨界温度の２倍程度の温度においては酸化物超電導体か
らの近接効果が有効に働き、そのコヒーレンス長が増大
する。従って本発明のジョセフソン接合素子は、例えば
２０〜３０にという簡便な冷凍機で容易に実現できる温
度領域において、酸化物超電導体の大きいギャップ・エ
ネルギーを反映した発生電圧の大きい良好な特性を示す
。
あり、また高融点で耐熱性を有し容易には酸化されない
。従ってこの様な導電性窒化物膜を酸化物超電導体電極
とトンネル絶縁膜の間に介在させると、酸化物超電導体
を形成する際の高温熱工程において酸化物超電導体とト
ンネル絶縁膜との間の相互拡散や反応を防止することが
できる。加えて、Ｎｂ、ＮやＭｏＮ等の導電性窒化物は
高い臨界温度を有する超電導材料であるため、これらの
臨界温度の２倍程度の温度においては酸化物超電導体か
らの近接効果が有効に働き、そのコヒーレンス長が増大
する。従って本発明のジョセフソン接合素子は、例えば
２０〜３０にという簡便な冷凍機で容易に実現できる温
度領域において、酸化物超電導体の大きいギャップ・エ
ネルギーを反映した発生電圧の大きい良好な特性を示す
。
（実施例）
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は、一実施例のジョセフソン接合素子である。１
はチタン酸ストロンチウム（Ｓｒ Ｔ１０３ ）基板で
あり、２．６はそれぞれ第１．第２の主電極となる臨界
温度８４にのＹ Ｂａ ２ Ｃｕ ３０７−ａ膜であり
、４はトンネル絶縁膜としてのＭｇ Ｏ膜である。Ｍｇ
Ｏ膜４とＹ Ｂａ ２ Ｃｕ ３０ｔ−ａ膜２，６の
間にはそれぞれ、導電性窒化物であるＮｂＮ膜３．５が
設けられている。
はチタン酸ストロンチウム（Ｓｒ Ｔ１０３ ）基板で
あり、２．６はそれぞれ第１．第２の主電極となる臨界
温度８４にのＹ Ｂａ ２ Ｃｕ ３０７−ａ膜であり
、４はトンネル絶縁膜としてのＭｇ Ｏ膜である。Ｍｇ
Ｏ膜４とＹ Ｂａ ２ Ｃｕ ３０ｔ−ａ膜２，６の
間にはそれぞれ、導電性窒化物であるＮｂＮ膜３．５が
設けられている。
具体的な製造工程を説明する。基板１上に先ず、第１の
主電極として多元反応性スパッタ法により約５００ ｎ
ｍのＹ Ｂａ ２ Ｃｕ ３０７−Ｊ膜２を形成する。
主電極として多元反応性スパッタ法により約５００ ｎ
ｍのＹ Ｂａ ２ Ｃｕ ３０７−Ｊ膜２を形成する。
この製膜時の基板温度は約５３０℃である。
次いでこのＹ Ｂａ ２ Ｃｕ ３０７−Ｊ膜２上に反
応性スパッタ法によりＮｂＮ膜３を厚さ５０ｎｍＲＦス
パッタ法によりＭｇ Ｏ膜４を１．５ｔ＋ｍ。
応性スパッタ法によりＮｂＮ膜３を厚さ５０ｎｍＲＦス
パッタ法によりＭｇ Ｏ膜４を１．５ｔ＋ｍ。
再び反応性スパッタによりＮｂＮ膜５を５０ ｎｍ堆積
し、更にこの上に多元反応性スパッタ法により３００
ｎｍのＹ Ｂａ ２ Ｃｕ ３０ｔ−ａ膜６を堆積する
。
し、更にこの上に多元反応性スパッタ法により３００
ｎｍのＹ Ｂａ ２ Ｃｕ ３０ｔ−ａ膜６を堆積する
。
その後通常の露光方法でパターン形成したレジストを用
いてＹ Ｂａ ２ Ｃｕ ３０１−ａ膜６をＡ「を用い
たイオンミリング法で加工し、更にＮ、ｂ Ｎ−Ｍｇ
０−Ｎｂ Ｎの積層膜をＣＦ４およびＣＦ４＋０□ガス
を用いた反応性イオンエッチング法により加工して、図
の素子構造を得る。
いてＹ Ｂａ ２ Ｃｕ ３０１−ａ膜６をＡ「を用い
たイオンミリング法で加工し、更にＮ、ｂ Ｎ−Ｍｇ
０−Ｎｂ Ｎの積層膜をＣＦ４およびＣＦ４＋０□ガス
を用いた反応性イオンエッチング法により加工して、図
の素子構造を得る。
第２図は、この実施例のジョセフソン接合素子の温度２
０Ｋにおける電流−電圧特性である。
０Ｋにおける電流−電圧特性である。
図示のように大きい超電導ギャップ（２Δζ１０ｍＶ）
が観測され、良好なジョセフソン接合が形成されている
ことが確認された。酸化物超電導体とトンネル絶縁膜の
間に導電性窒化物膜を介在させることにより、界面反応
のない良好な接合が形成され、また酸化物超電導体から
導電性窒化物膜への近接効果によって導電性窒化物膜内
に大きい超電導ギャップが誘起されていることが理解さ
れる。
が観測され、良好なジョセフソン接合が形成されている
ことが確認された。酸化物超電導体とトンネル絶縁膜の
間に導電性窒化物膜を介在させることにより、界面反応
のない良好な接合が形成され、また酸化物超電導体から
導電性窒化物膜への近接効果によって導電性窒化物膜内
に大きい超電導ギャップが誘起されていることが理解さ
れる。
第２図は、本発明の他の実施例のジョセフソン接合素子
である。第１図の実施例と対応する部分には第１図と同
一符号を付して詳細な説明は省略する。この実施例では
、ＹＢａ ２ Ｃｕ ３０ｔ−ａ膜２とＮｂＮ膜３の間
、およびＹ Ｂ ａ ２Ｃｕ３０ を膜６とＮｂＮ膜５
の間にそれぞれＡｇ膜７，８を介在させている。
である。第１図の実施例と対応する部分には第１図と同
一符号を付して詳細な説明は省略する。この実施例では
、ＹＢａ ２ Ｃｕ ３０ｔ−ａ膜２とＮｂＮ膜３の間
、およびＹ Ｂ ａ ２Ｃｕ３０ を膜６とＮｂＮ膜５
の間にそれぞれＡｇ膜７，８を介在させている。
この実施例の素子でも先の実施例と同様、優れたジョセ
フソン接合特性が得られる。またこの実施例の場合、Ｙ
Ｂａ ２ Ｃｕ ３０７−Ｊ膜とＮｂＮ膜の間に金属膜
を介在させることにより、オーミック接触特性が改善さ
れ、この結果近接効果を一層有効に働かせることができ
る。
フソン接合特性が得られる。またこの実施例の場合、Ｙ
Ｂａ ２ Ｃｕ ３０７−Ｊ膜とＮｂＮ膜の間に金属膜
を介在させることにより、オーミック接触特性が改善さ
れ、この結果近接効果を一層有効に働かせることができ
る。
本発明は上記実施例に限られるものではない。
例えば実施例では、酸化物超電導体としてＹＢａ ２
Ｃｕ ３０７−４を用イタカ、臨界温度ノヨり高いＢｉ
系、Ｔｈ系等他の酸化物超電導体を用いることができる
。
Ｃｕ ３０７−４を用イタカ、臨界温度ノヨり高いＢｉ
系、Ｔｈ系等他の酸化物超電導体を用いることができる
。
［発明の効果］
以上述べたように１本発明によれば、酸化物超電導体電
極とトンネル絶縁膜の間に導電性窒化物膜を介在させる
ことにより、酸化物超電導体とトンネル絶縁膜の間の相
互拡散や反応を防止して、優れた特性を実現したジョセ
フソン接合素子を得ることができる。
極とトンネル絶縁膜の間に導電性窒化物膜を介在させる
ことにより、酸化物超電導体とトンネル絶縁膜の間の相
互拡散や反応を防止して、優れた特性を実現したジョセ
フソン接合素子を得ることができる。
第１図は本発明の一実施例のジョセフソン接合素子を示
す図、第２図はそのジョセフソン接合素子の電流−電圧
特性を示す図、第３図は他の実施例のジョセフソン接合
素子を示す図である。 １−・・Ｓｒ Ｔ１０３基板、２− Ｙ Ｂ ａ２ Ｃ
０３０ｔ−ａ膜（第１の主電極） ３・・・ＮｂＮ膜（
導電性窒化物膜） ４・・・Ｍｇ Ｏ膜（トンネル絶縁
膜） ５・・・ＮｂＮ膜（導電性窒化物膜）、６・・・
Ｙ Ｂａ ２ Ｃｕ ３０７−ａ膜（第２の主電極）、
７゜８・・・Ａｇ膜。 第１図
す図、第２図はそのジョセフソン接合素子の電流−電圧
特性を示す図、第３図は他の実施例のジョセフソン接合
素子を示す図である。 １−・・Ｓｒ Ｔ１０３基板、２− Ｙ Ｂ ａ２ Ｃ
０３０ｔ−ａ膜（第１の主電極） ３・・・ＮｂＮ膜（
導電性窒化物膜） ４・・・Ｍｇ Ｏ膜（トンネル絶縁
膜） ５・・・ＮｂＮ膜（導電性窒化物膜）、６・・・
Ｙ Ｂａ ２ Ｃｕ ３０７−ａ膜（第２の主電極）、
７゜８・・・Ａｇ膜。 第１図
Claims (1)
- （１）相対向する二つの酸化物超電導体からなる第１、
第２の主電極と、これら主電極間に設けられたトンネル
絶縁膜とを有するジョセフソン接合素子において、前記
第１、第２の主電極とトンネル絶縁膜との間に導電性窒
化物膜を介在させたことを特徴とするジョセフソン接合
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63241502A JPH0289380A (ja) | 1988-09-27 | 1988-09-27 | ジョセフソン接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63241502A JPH0289380A (ja) | 1988-09-27 | 1988-09-27 | ジョセフソン接合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0289380A true JPH0289380A (ja) | 1990-03-29 |
Family
ID=17075279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63241502A Pending JPH0289380A (ja) | 1988-09-27 | 1988-09-27 | ジョセフソン接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0289380A (ja) |
-
1988
- 1988-09-27 JP JP63241502A patent/JPH0289380A/ja active Pending
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