JPH0323684A - ジョセフソン接合素子 - Google Patents

ジョセフソン接合素子

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JPH0323684A
JPH0323684A JP1159145A JP15914589A JPH0323684A JP H0323684 A JPH0323684 A JP H0323684A JP 1159145 A JP1159145 A JP 1159145A JP 15914589 A JP15914589 A JP 15914589A JP H0323684 A JPH0323684 A JP H0323684A
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JP
Japan
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thin film
link
axis
junction
current
Prior art date
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Pending
Application number
JP1159145A
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English (en)
Inventor
Yasuharu Yamada
康晴 山田
Junichi Kita
純一 喜多
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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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】 く産業上の利用分野〉 本発明はジッセフソン接合を有する素子に関し、更に詳
しくは高温超電導薄膜を用いたジョセフソン接合素子に
関する. なお、本発明は、超高感度磁場計測用のSQUIDや、
超高感度電磁波検出器等、ジッセフソン効果を利用した
あらゆるデバイスに応用可能である. 〈従来の技術〉 YBCOに代表される高温超電導薄膜を用いたジッセフ
ソン接合に関しては、既に多くの報告がなされているが
、その接合はいずれも実質的に粒界接合であり、また、
その殆どのものが平面型のマイクロブリッジ構造のもの
である。
く発明が解決しようとする課題〉 ところで、粒界を用いたジョセフソン接合では、粒界の
制御が不可能であり、同じ性能の接合を再現性よく製造
することは極めて困難である.また、平面型のマイクロ
ブリッジ構造では、その接合部の長さ(ウィークリンク
長)は平面的な微細加工に頼ることになるが、このウィ
ークリンク長は、低ノイズで良好な性能のジダセフソン
接合を得るためにはコヒーレント長の3〜5倍以下とす
る必要があり、このようなウィークリンク長を平面上で
の微細加工で実現することは極めて困難である。
く課題を解決するための手段〉 本発明は以上のような従来のジョセフソン接合における
問題点を解消すべく威されたもので、その構威を実施例
に対応する第1図を参照しつつ説明すると、本発明では
、少なくとも一箇所に段部1aが設けられた基板1の表
面の上段側および下段側にそれぞれC軸配向の高温超電
導薄膜2.3を形成し、その上段側と下段側の高温超電
導薄膜2と3を、基板1の表面の段部1aに形成された
C軸配向の高温超電導IWAからなるリンク部4で接合
し、そのリンク部4による接合部分において、上段側の
高温超電導薄膜2の下面は、下段側の高温超電導薄膜3
の上面よりも上方にくるように構威している. く作用〉 ジゴセフソン接合としては、バンク部(電極部)で臨界
電流が大き< (10,OOOA/d以上)、接合部で
は小さいことが望まれる. YBCO膜を始めとする高温超電導膜では、一般に、臨
界電流密度に異方性があり、結晶C軸に平行な方向では
、C軸に直行する方向に対して臨界電流密度が約1桁小
さい。本発明はこの点を利用しようとするものである。
すなわち、C軸配向の高温超電導薄膜2,3で電極部を
形戒することにより、この部分ではC軸と直行する方向
に電流が流れ、その臨界電流は大となる.一方、同じC
軸配向の高温超電導薄膜を基板1の段部1aに設けてな
るリンク部4では、高温超電導薄膜2と3の基板1上で
の高さ関係によって、C軸と平行な方向に電流が流れる
ことになり、その臨界電流は小さくなる。
また、この構造におけるウィークリンク長は実質的に、
後述するように接合部における高温超電導薄膜2の下面
と高温超電導薄膜3の上面との距離に関連するものとな
り、平面上での微細加工に頼る従来の平面型マイクロブ
リッジ構造に比して大幅な短縮化が期待できる. 〈実施例〉 第1図は本発明実施例の構造を示す斜視図である. MgO基板1にはその表面に段部1aが形成されており
、その上段側および下段側のそれぞれに第1および第2
のYBCO薄膜2および3が形成されている.この第1
および第2のYBCO薄膜2および3はいずれもC軸配
向膜である.第1のYBCO薄膜2の段部1a側端面は
段部1aの手前で終焉し、その中央部に形成された突出
部2aのみが段部1aを越えて第2のYBCO薄膜3の
上面にまで延び、その突出部2aの下面所定面積のみが
第2のYBCO薄膜3の上面に接している.これにより
、第lと第2のYBCOIM2と3をバンク部とし、第
lのYBCO薄膜2の突出部2aと第2のVBGO薄膜
3との接合部分をリンク部4とするジゴセフソン接合素
子が形成されている. 以上の構造によれば、バンク部たる第1と第2のYBC
O薄膜2と3ではそれぞれC軸と直行する方向に電流が
流れるが、C軸配向膜で形成されたリンク部4の下面が
同じくc軸配向膜の第2のYBCO薄膜3の上面よりも
上方に位置することになる関係上、第lのYBCOfi
膜2と第2のYBCOI膜3間を電流が流れるためには
C軸と平行な方向に電流が流れざるを得す、つまりリン
ク部4での電流、換言すれば接合電流はC軸に平行に電
流が流れることになり、リンク部4の臨界電流はバンク
部の臨界電流に比して大幅に小さくなる. この構造でもう一点注目すべきところは、ウィークリン
ク長が極めて短くなることが期待できる点である. すなわち、第2図にリンク部4近傍の断面図でその付近
の電流密度を例示するように、例えば第lのYBCO薄
膜2から第2のYBCO薄膜3に電流が流れると、突出
部2aの下面の第2のYBCO薄膜3との接合部(リン
ク部4)でC軸と平行な方向の電流が生じ、この部分の
面積が小さいが故にここで超電導破壊が生じる.素子全
体.の電流の流れから見ると、第lのYBCOI膜2の
内部では、このような超電導破壊の発生を阻止するよう
に、リンク部4の手前の電流バスが大なるとところでC
軸に平行な方向への電流が生じ、結局は上述のような超
電導破壊は生じないように電流の流れが決まる。
従って、ウィークリンクの長さ、つまりリンク部4にお
いて実際にC軸と平行方向に電流が流れる距離は、第l
のYBCO薄膜2の突出部2aの下面(リンク部4)と
第2のYBCO薄膜3の上面間の極めて微小な距離とな
り、容易にコヒーレント長の3〜5倍以下の距離とする
ことができる.次に以上の実施例の製造方法についての
べる.第3図はその製造手順の説明図である。
まず、(a)に示すように平板状のMgO基板1の表面
適宜箇所にフォトレジスト(1400−37)10を塗
布した後、露光および現像をおこなう。
そして、レジスト10をマスクにして、ウェシトエッチ
ングによってMgO基板1を約5,−000人エッチン
グし、(b)に示すように段部1aを形成する.エッチ
ャントはしゅう酸アンモニウム飽和水溶液とし、エッチ
ング時間は約3時間である. 次に、(b)の状態のまま、その上方からYBC011
を5,000人スパンタする。この状態を(C)に示す
その後、アセトンによってレジスト10を除去すること
によって、上段側のYBCOIIをリフトオフで取り除
いた後、酸素雰囲気中でボストアニールする.これによ
って(d)に示すように基板1の下段側に超電導性を持
つYBCO薄膜3が形成されたことになる. 次に、(d)の状態の基板1を加熱し、表面上からYB
COをas−grownp/Jで全面スパンタする.こ
の膜厚も5,000人とする。これにより、(e)に示
すように基板1の上段側とYBCOI膜3の上方にまた
がって超電導性を持つYBCOii膜2が一様に形成さ
れる. その後、YBCO薄膜2の上面にフォトレジスト13を
塗布した後、これを(f)に示すようにパターン露光す
る。このとき、フォトレジスト13の突出部13aが、
YBCO薄膜3にわずかに被さるようにする。
その状態でフォトレジスト13をマスクとして、YBC
O薄M3の露出部を取り去るようにエッチングを施すこ
とにより、第1図に示す構造の素子カ得ラレル.スナワ
チ、第1のYBcOglJIW2は、その突出部2aの
下面所定面積においてのみ、第2のYBCO薄膜3の上
面にウイークに接合される。
第4図は本発明の他の実施例の構造を示す斜視図である
この例では、一体的に製膜されたC軸配向のYBCO薄
膜をパターニングすることにより、2個のバンク部21
.22と一個のリンク部23を得ている. すなわち、先の例と同様に段部1aを有する基板1の表
面に、その上段側および下段側の双方にC軸配向の一体
製膜されたYBCO薄膜からなるバンク部21と22が
形成されており、これらが同じ膜をパターニングして得
られたリンク部23によって接合されている。
この例においても、リンク部23による接合部分におい
て、上段側のバンク部21の下面は、下段側のバンク部
22の上面よりも上方に位置し、これによってリンク部
23におけるバンク21〜22間の接合電流は結晶C軸
と平行な方向に流れざるを得す、リンク部23の臨界電
流はバンク部21.23に比して大幅に小さくなる。ま
た、ウィークリンク長についても第1図の例と同様なこ
とが言える。
この第4図の実施例の製造方法の一例を、第5図に示す
まず、第3図の方法と同様にして、基板1に段部1aを
形成したのち、この例ではその段部形或用のレジストを
除去する。その状態を(a)に示す. 次に、(b)に示すように、その基Fi1の表面に、段
部1aを跨ぐように一様にC軸配向のYBC Oas−
grownWX2 0を5,000λの膜厚で製膜する
. その後、(c)に示すように、Y B C Oas−g
ro畦膜20の上面にフォトレジスト14を塗布して、
上段側および下段側のバンク部と、段部1aの上方部分
に跨がるリンク部が残るようにパターニングし、そのフ
ォトレジスト14をマスクとしてエッチングを施し、次
いでそのフォトレジスト14を除去する.この状熊を(
d)に示す.そして、この(d)の状態において、同図
に斜線で示す部分をエッチングによって除去し、第4図
に示す構造の素子を得る.このエッチングは、リンク部
23による接合部において、バンク部21の下面をバン
ク部22の上面よりも上方に位置させることにより、リ
ンク部23において必ずC軸と平行な接合電流が流れる
ようにするためである.′なお、以上の各実施例におい
て、YBCO薄膜は他の高温超電導薄膜であってもよく
、現在知られている高温超電導薄膜は、いずれも、結晶
C軸と直行する方向の臨界電流密度は同軸に平行な方向
の臨界電流密度に対して大幅に大きく、本発明の効果を
達戒することができる. また、製造方法としては、以上の例に限られることなく
、任意の方法を採用し得ることは勿論である. く発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、高温超電導薄膜
の臨界電流密度の結晶軸に対する異方性を利用し、バン
ク部ではC軸と直行する方向に電流が流れ、リンク部に
おける接合電流は必ずC軸と平行な方向に流れるように
構威したので、バンク部で臨界電流が大きく、かつ、リ
ンク部で臨界電流の小さい理想的なジョセフソン接合が
容易に得られるとともに、そのウィークリンク長も、従
来の平面型マイクロブリッジ構造のジョセフソン接合の
ように平面上での微細加工に頼ることなく、容易にコヒ
ーレント長の3〜5倍以下とすることができ、性能の優
れたジョセフソン接合を簡単に得ることができるように
なった.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の構造を示す斜視図、第2図はそ
のリンク部4の近傍の電流密度の説明図、第3図は第1
図の素子の製造手順の一例の説明図、第4図は本発明の
他の実施例の構造を示す斜視図、第5図は第4図の素子
の製造手順の一例の説明図である. 1・・・・基板 1a・・・・段部 2・・・・第1のYBCO薄膜 2a・・・・突出部 3・・・・第2のYBCOI膜 4・・・・リンク部 第1国 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 少なくとも一箇所に段部が設けられた基板の表面の上段
    側および下段側にそれぞれc軸配向の高温超電導薄膜が
    形成され、その上段側と下段側の高温超電導薄膜が、上
    記基板表面の段部に形成されたc軸配向の高温超電導薄
    膜からなるリンク部で接合され、そのリンク部による接
    合部分において、上段側の高温超電導薄膜の下面は、下
    段側の高温超電導薄膜の上面よりも上方にあることを特
    徴とするジョセフソン接合素子。
JP1159145A 1989-06-20 1989-06-20 ジョセフソン接合素子 Pending JPH0323684A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08228029A (ja) * 1995-02-20 1996-09-03 Hitachi Ltd 超電導トランジスタ
JPH0923029A (ja) * 1993-11-29 1997-01-21 Samsung Electro Mech Co Ltd 高温超伝導ジョセフソン素子の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6411376A (en) * 1987-07-06 1989-01-13 Hitachi Ltd Josephson element with oxide superconductor

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