JPH03171685A - 超電導素子 - Google Patents

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、超電導素子に関する。より詳細には、酸化物
超電導体で形成されたジョセフソン結合を用いた高速、
高感度電磁波検出器等に使用可能な超電導素子に関する
。

従来の技術 ジョセフソン結合を利用した超電導素子の一例であるジ
ョセフソンミキサは、サブミリ波、遠赤外域の受信機と
して使用可能な高速、高感度、低雑音の電磁波検出器で
あり、現在のところＩＯＴＩ｛ｚ（　ｌ　ＸＩＯｌ３Ｈ
ｚ）まで応答することが確認されている。

第３図に、従来，のジョセフソンミキサの断面概略図を
示す。第３図のジョセフソンミキサは、アンテナ２０の
後部に、点接触型ジョセフソンミキサ１が内蔵され、一
体化されている。ジョセフソンミキサ１は、先端を極め
て細く加工された金属超電導体であるＮｂ線２１がＮｂ
線２２に接して形成されている。アンテナ２０からは、
周波数ｆｓの信号波と周波数ｆＬの局部発振波とが混合
されて人力され、ジョセフソンミキサ１の出力からは、 ｆ＋ｐ＝ｆｓ　　ｎｆ，，（ｎは自然数）で表される周
波数の信号が出力される。これにより、高い周波数の信
号波をより処理が容易である低い周波数に変換すること
ができる。

ジョセフンンミヰサでは、上記のｎの値として１００程
度の値を選択することができ、局部発振波の周波数ｒ１
，の約１００倍の周波数の信号波を受信することができ
る。

上記のジョセフソンミキサは、Ｎｂ等の金属超電導体を
使用していたので、動作温度が低く、液体Ｈｅを使用し
なければならなかった。そこで最近では、臨界温度が高
い複合酸化物超電導体を使用したジョセフソンミキサが
考えられている。

発明が解決しようとする課題 複合酸化物超電導体を超電導素子の超電導電極に使用す
る場合、端子の接続が問題となる。すなわち、複合酸化
物超電導体は、金属系超電導体と異なり、端子を直接接
続することが困難である。

そのため、複合酸化物超電導体の超電導電極上に金属等
で接続部を形成し、その上に端子を接続していた。

上述のジョセフソンミキサのように、１個の超電導電極
に複数の端子が接続されている超電導装置では、従来１
個の接続部に複数の端子を接続していた。そのため、端
子間に常電導電流が流れ、ジョセフソン効果が生じなく
なることがあった。

そこで、本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決し
た、高い温度で動作し、動作が安定している超電導素子
を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明に従うと、酸化物超電導体で構成された一対の超
電導電極と、該超電導電極対の超電導電極同士が直接接
しないように該超電導電極対の間に形成されている常電
導部とを具備する超電導素子において、前記超電導電極
の各々が、前記超電導電極上に常電導体で形成された２
個の接続部にそれぞれ１個ずつ接続された２個の端子を
具備することを特徴とする超電導素子が提供される。

作用 本発明の超電導素子は、一対の酸化物超電導電極の間に
薄い常電導体が挟まれたトンネル型の構造のンヨセフソ
ン結合を有し、各超電導電極が常電導体で形成された２
個の接続部にそれぞれ１個ずつ接続された２個の端子を
具備するところにその主要な特徴がある。

本発明の超電導素子の応用例としては、例えばジョセフ
ソンミキサが考えられる。ジョセフソンミキザは、一般
に各超電導電極が２個の端子を有する４端子素子である
。本発明に従うジョセフソンミキザは、各超電導電極に
設けられた１個の接続部には１個の端子しか接続されて
いない。そのため、同じ超電導電極に接続されている端
子間に不要な常電導電流が流れず、確実に動作する。

本発明の超電導素子の超電導電極に用いる超電導体は、
任意に選択できるが、臨界温度が高いことから、複合酸
化物超電導体を用いることが好ましい。複合酸化物超電
導体の中でも、Ｙ　−Ｂａ−Ｃｕ一〇系、Ｂｉ　−Ｓｒ
−Ｃａ−Ｃｕ　−　０系、ＴＩ　−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−
○系等の複合酸化物超電導体が、特に臨界温度が高く好
ましい。

本発明の超電導素子で、超電導電極に複合酸化物超電導
体を使用した場合、常電導部は、Ａｕとすることが好ま
しい。この理由は、Ａｕ薄膜を複合酸化物超電導体上に
成膜することが容易であることと、Ａｕは酸化され難く
、複合酸化物超電導体との界面状態が侵れていること等
である。

また、複合酸化物超電導体は、コヒーレンス長が短く、
トンネル型ジョセフソン結合を形成する場合には、非超
電導体部分の厚さが非常に重要である。本発明の超電導
素子において、超電導電極に複合酸化物超電導体を使用
し、常電導部に八〇を使用する場合には、Ａｕ膜の厚さ
は１〜５Ｑｎｍであることが好ましい。Ａｕ膜の厚さが
上記の範囲を外れている場合にはいずれもジョセフソン
結合が或立しないからである。

以下、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。

実施例 第１図に本発明の超電導素子の一例のジョセフソンミキ
サの断面図を示す。第１図のジョセフソンミキサは、Ｍ
ｇＯ基板３上に形戊されたＹＩＢａ２Ｃｕ３０ｔ−ｘ薄
膜による第１の超電導電極ｌ１と、第１の超電導電極１
１の中央部に形成されたＡｕ膜４と、Ａｕ膜４上に第１
の超電導電極１１と直接接触しないように形成されたや
はりＹ＋Ｂａ２Ｃｕ３０，−８薄膜による第２の超電導
電極ｌ２を具備する。第２の電極上にはそれぞれ接続部
を構成する２個の金属電極５および６が配置されている
。また、第１の超電導電極ｌｌ上の＾Ｕ膜４の形成され
ていない端部には、それぞれ端子１７および１８が接続
された接続部である金属電極７および８が設けられてい
る。

金属電極５および６は上面以外を絶縁膜９で覆われ、絶
縁膜９上に形戒された金属膜１５および１６により金属
電極７および８の近傍でそれぞれ端子２７および２８に
接続されている。

上記本実施例のジョセフソンミキサにおいては、第１お
よび第２の超電導電極の厚さは最大４００１ｍであり、
Ａｕ膜の厚さはｌＱｎｍとした。また、第２の超電導電
極１２上の金属電極５および６は、第２の超電導電極１
２と接する下層がＡｇで上層がＡｕである２層構造の電
極とした。この２層構造の金属電極は、複合酸化物超電
導体に悪影響を与えず、また複合酸化物超電導体との密
着性もよい。

第２図（ａ）〜（ｇ）を参照して、上記のジョセフソン
ミキサを作製する手順を説明する。最初にＭｇＯ基板３
上に第１のＹ，Ｂａ２Ｃｕ３０７−Ｘ超電導薄膜１１１
、＾Ｕ膜４、第２のＹ．Ｂａ２Ｃｕ３０１−Ｘ超電導薄
膜１１２および金属膜１１４を順に、各々の下層の膜の
表面を完全に被覆するよう積層する。第ｌのＹＩＢａ２
Ｃｕ３０ｔ−ｘ超電導薄膜１１１および第２のＹ＋Ｂａ
２Ｃｕ３０７−ｘ超電導薄膜１１２は、スパッタリング
法により、それぞれ４００ｎｍ程度の厚さに形成する。

また、Ａｕ膜４は、真空蒸着法によりｌＱｎｍ程度の厚
さに形成する。

金属膜１１４は、真空蒸着法で形成した厚さ１５０ｎｍ
のＡｇ膜の上に、やはり真空蒸着法で厚さ１５０ｎｍの
Ａｕ膜を形戊して形成する。その後金属膜１１４・上に
、第２図（ａ）に示すようフォトレジスト膜８を形戊す
る。次に、第２図（ｂ）に示すように金属電極となる部
分８１および８２が残るようにパターンを形成する。

そして、Ａｒイオンエッチングにより、金属膜１１４を
エッチングし、フォトレジスト膜８ｌおよび８２で覆わ
れていない部分を完全に除去し、第２図（Ｃ）に示すよ
う金属電極５および６を形成する。その次には、第２図
（ｄ）に示すよう金属電極５および６を覆うようにフォ
トレジスト膜８３を第２のＹ，Ｂａ２Ｃｕ３０７−Ｘ超
電導薄膜１１２上に形成する。

モしてＡｒイオンエッチングにより、第２のＹ１Ｂａ２
（１：ｕ３０ｔ−ｘ超電導薄膜１１２　、Ａｕ膜４およ
び第ｌのＹ．Ｂａ２Ｃｕ，０７−Ｘ超電導薄膜１１１の
一部を第２図（ｅ）に示すようエッチングし、第１の超
電導電極１１および第２の超電導電極ｌ２を形戒する。

次いで、第２図（ｆ）に示すよう第１の超電導電極１１
の端部３７、３８および金属電極５、６の上面以外の部
分を絶縁膜９で被覆する。最後に第２図（勃に示すよう
、第１の超電導電極１１の端部３７、３８にそれぞれ金
属電極７、８を、金属膜１５、ｌ６をそれぞれ金属電極
５、６の上面から絶縁膜上に形成して本発明によるジョ
セフソンミキサは完戊する。

上記のジョセフソンミキサの電流一電圧特性を第４図に
示す。本発明のジョセフソンミキサは、９Ｇｌ｛ｚでも
安定に動作した。

発明の効果 以上説明したように、本発明の超電導素子は、トンネル
型接合構造および４個の端子を有するので、従来のもの
よりも安定に動作し、また取り扱いも容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の超電導素子の一例のジョセフソンミ
キサの断面図であり、 第２図は、第１図のジョセフソンミキサの作製手順を示
した図であり、 第３図は、従来のジョセフソンミキサの概念図であり、 第４図は、第１図のジョセフソンミキサの電流−電圧特
性を示したグラフである。 〔主な参照番号〕 １・・・ジョセフソンミキザ、 ３・・・基板、 ４・・・Ａｕ膜、 ５、６・・・金属電極、 ９・・・絶縁膜、 １１、ｌ２・・・超電導電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸化物超電導体で構成された一対の超電導電極と、該超
   電導電極対の超電導電極同士が直接接しないように該超
   電導電極対の間に形成されている常電導部とを具備する
   超電導素子において、前記超電導電極の各々が、前記超
   電導電極上に常電導体で形成された２個の接続部にそれ
   ぞれ１個ずつ接続された２個の端子を具備することを特
   徴とする超電導素子。