JPH03268371A - トンネル型ジョセフソン素子の製造方法 - Google Patents
トンネル型ジョセフソン素子の製造方法Info
- Publication number
- JPH03268371A JPH03268371A JP2066007A JP6600790A JPH03268371A JP H03268371 A JPH03268371 A JP H03268371A JP 2066007 A JP2066007 A JP 2066007A JP 6600790 A JP6600790 A JP 6600790A JP H03268371 A JPH03268371 A JP H03268371A
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- Japan
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- thin film
- thin
- sputtering
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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Ｔｆ（タリウム）系超伝導薄膜を用いたトンネ
ル型ジョセフソン素子の製造方法に関するものである。
ル型ジョセフソン素子の製造方法に関するものである。
〈従来の技術〉
従来高精度磁束計やスクイラドを実現する手段としてＮ
ｂ等の金属からなるジョセフソン素子が用いられている
。
ｂ等の金属からなるジョセフソン素子が用いられている
。
〈発明が解決しようとする課題〉
しかしながら、金属系の薄膜を用いてジョセフソン素子
を作製した場合は超伝導状態を維持するために液体ヘリ
ウム温度（４Ｋ）にする必要があり、低温維持装置か大
掛かりとなる。
を作製した場合は超伝導状態を維持するために液体ヘリ
ウム温度（４Ｋ）にする必要があり、低温維持装置か大
掛かりとなる。
近年酸化物超伝導材料が開発され、中でもＴｌ系の酸化
物は超伝導臨界温度が１２５にと最も高いことが知られ
ている。従って、この酸化物超伝導材料でジョセフソン
素子を作製すれは低温維持装置を簡素化することができ
る。しかしＴｌは非常に毒性が高＜、Ｔｌを含むターゲ
ット材をスパッタにより着膜した場合、スパッタ装置内
（真空室や排気系等）が汚染され１作業上危険を伴うと
いう問題がある。また、スパッタしたままの状態では結
晶構造が乱れているので超伝導性を有していない、結晶
構造を整えるためにはアニールをする必要があるが、ア
ニールするために基板を９００℃程度に加熱するとＴｊ
７が蒸発してしまい、十分な超伝導性を得るのは難しい
、さらにＴｆ系超伝導薄膜の基板としてはＭｇＯや５ｒ
ＴｉＯｚが知られているが、これらの基板上に形成した
薄膜を用いてトンネル型ジョセフソン素子を実現した例
はない。
物は超伝導臨界温度が１２５にと最も高いことが知られ
ている。従って、この酸化物超伝導材料でジョセフソン
素子を作製すれは低温維持装置を簡素化することができ
る。しかしＴｌは非常に毒性が高＜、Ｔｌを含むターゲ
ット材をスパッタにより着膜した場合、スパッタ装置内
（真空室や排気系等）が汚染され１作業上危険を伴うと
いう問題がある。また、スパッタしたままの状態では結
晶構造が乱れているので超伝導性を有していない、結晶
構造を整えるためにはアニールをする必要があるが、ア
ニールするために基板を９００℃程度に加熱するとＴｊ
７が蒸発してしまい、十分な超伝導性を得るのは難しい
、さらにＴｆ系超伝導薄膜の基板としてはＭｇＯや５ｒ
ＴｉＯｚが知られているが、これらの基板上に形成した
薄膜を用いてトンネル型ジョセフソン素子を実現した例
はない。
本発明は上記従来技術の課題を解決するために成された
もので、スパッタによる薄膜形成はＴｌを含まない化合
物で行い、アニールをＴｌ蒸気中で行うことによりスパ
ッタによる装置内部の汚染を防止すると共にこの酸化物
超伝導材料を用いてトンネル型ジョセフソン素子を実現
することを目的とする。
もので、スパッタによる薄膜形成はＴｌを含まない化合
物で行い、アニールをＴｌ蒸気中で行うことによりスパ
ッタによる装置内部の汚染を防止すると共にこの酸化物
超伝導材料を用いてトンネル型ジョセフソン素子を実現
することを目的とする。
く課題を解決するための手段〉
上記課題を解決するための本発明の構成は、Ｔｌを含ま
ないＢａ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｏからなる化合物のターゲット
材を用いて５ｒＴｉ０３ （１１０）からなる単結晶
基板上に薄膜を形成し、前記薄膜を形成した単結晶基板
をＴｌ雰囲気中で熱処理することにより、前記薄膜中に
Ｔｌを拡散させ、前記Ｔｌを拡散した薄膜の一部を除去
して微１ｓｌｌＩ接合領域を形成したことを特徴とする
ものである。
ないＢａ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｏからなる化合物のターゲット
材を用いて５ｒＴｉ０３ （１１０）からなる単結晶
基板上に薄膜を形成し、前記薄膜を形成した単結晶基板
をＴｌ雰囲気中で熱処理することにより、前記薄膜中に
Ｔｌを拡散させ、前記Ｔｌを拡散した薄膜の一部を除去
して微１ｓｌｌＩ接合領域を形成したことを特徴とする
ものである。
〈実施例〉
本発明の一実施例について説明する。
本実施例ではマグネトロンスパッタ法によつＴｌを含ま
ない化合物を５ｒＴｉ０３基板の（１１０）面へ着膜し
た。
ない化合物を５ｒＴｉ０３基板の（１１０）面へ着膜し
た。
スパッタ条件は次の通りである。
容器中のＡ ｒ ／ ０２ガス分圧比 ；２／ｌスパツ
タガス圧力 ；３０ｍＴｏｒｒ ターゲット材 ・ Ｂａ２Ｃａ２ Ｃｕ、０ｘ ＲＦ電力 、２００Ｗ 基板加熱 ；２００〜３００℃スパッタ時間
；１時間 次に薄膜をスパッタした基板を第１図に断面図で示す熱
処理装置を用いてアニールを行った。図において、１は
石英管であり、２は石英管を巻き回して形成された加熱
装置である。３ａ、３ｂはアルミナからなるボートであ
り、第２図の斜視図に示すように上下に分割され５重ね
た状態で縁部に形成された溝等により内部との気体の流
通が行われるように形成されている（流通溝は図では省
略）。４は薄膜が形成されたＳｒＴｉＯ３（１１０）基
板、５は金属Ｔｌまたは酸化Ｔ１であり。
タガス圧力 ；３０ｍＴｏｒｒ ターゲット材 ・ Ｂａ２Ｃａ２ Ｃｕ、０ｘ ＲＦ電力 、２００Ｗ 基板加熱 ；２００〜３００℃スパッタ時間
；１時間 次に薄膜をスパッタした基板を第１図に断面図で示す熱
処理装置を用いてアニールを行った。図において、１は
石英管であり、２は石英管を巻き回して形成された加熱
装置である。３ａ、３ｂはアルミナからなるボートであ
り、第２図の斜視図に示すように上下に分割され５重ね
た状態で縁部に形成された溝等により内部との気体の流
通が行われるように形成されている（流通溝は図では省
略）。４は薄膜が形成されたＳｒＴｉＯ３（１１０）基
板、５は金属Ｔｌまたは酸化Ｔ１であり。
これらはアルミナポートの中に配置される。６は石英管
の中に配置されたアルミナからなるキャップであり、気
体の流通が可能なように形成されている。
の中に配置されたアルミナからなるキャップであり、気
体の流通が可能なように形成されている。
アニールは第３図に示す条件により行った。即ち、１２
０分で９０５℃まで昇温し、１０分間保持後２１８０分
で３００°Ｃまで降温して徐冷する。
０分で９０５℃まで昇温し、１０分間保持後２１８０分
で３００°Ｃまで降温して徐冷する。
上記アニールによりアルミナボート中のＴｌが蒸発し、
その蒸発したＴｌが基板表面に形成された薄膜中に拡散
する。アニールは酸素流量０．２ｍ／／ｍｉｎの雰囲気
中で行った。なお、キャンプ６は蒸発したＴｌをより長
く石英管１内に滞留させてＴ１の雰囲気を高めるために
寄与する。
その蒸発したＴｌが基板表面に形成された薄膜中に拡散
する。アニールは酸素流量０．２ｍ／／ｍｉｎの雰囲気
中で行った。なお、キャンプ６は蒸発したＴｌをより長
く石英管１内に滞留させてＴ１の雰囲気を高めるために
寄与する。
上記の様なアニール装置はスパッタ装置の様にクリーン
ルームに配置する必要がなく、毒性のあるＴｌ蒸気の処
理も比較的容易である。
ルームに配置する必要がなく、毒性のあるＴｌ蒸気の処
理も比較的容易である。
第４図は上記方法により作製した超伝導薄膜の結晶の構
造を示す図である０図中イ３ロ部は薄膜を除去した部分
であり、ハ部は微細接合部である。
造を示す図である０図中イ３ロ部は薄膜を除去した部分
であり、ハ部は微細接合部である。
第５図は第４図を拡大した拡散面の模式図であり。
結晶が＜１１０＞方向に配向して成長している状態を示
している。第６図は基板の拡散面をレーサトリミングし
て約３０μｍの微細接合領域を形成した状態を示す図、
第７図は基板の薄膜面に銀ベストを用いて電極１０ａ〜
１０ｄおよび電流源１１、電圧計１２を取り付けた状態
を示す図であり、基板は図示しない液体ヘリウム雰囲気
に配置する。
している。第６図は基板の拡散面をレーサトリミングし
て約３０μｍの微細接合領域を形成した状態を示す図、
第７図は基板の薄膜面に銀ベストを用いて電極１０ａ〜
１０ｄおよび電流源１１、電圧計１２を取り付けた状態
を示す図であり、基板は図示しない液体ヘリウム雰囲気
に配置する。
第８図は上記薄膜の６６Ｋにおける電圧−電流特性を示
す図である１図から明らかな様にトンネル接合が直列に
複数結合した時に観測される多数の電圧のとびとジョセ
フソン電流（イで示す部分）およびヒステリシス（口で
示す部分）が現れているゆ 第９図は同じく温度−臨界電流特性を示すもので、６６
にでの臨界電流Ｊ ｓ （Ｔ ） ／Ｊ ｓ （０）と
臨界温度Ｔ ／ Ｔ ｃとの関係を規格化して示してい
る、ここで実線はＶ、 Ａｌｂｅａａｏｋａｒと Ａ、
Ｂａｒａｔｏｆｆによって求められたトンネル形ジョセ
フソン効果における温度〜臨界特性でありＰｈｙ、Ｒｅ
ｖ、Ｌｅｔｔ、１０（１９６３）４８６頁に記載された
ものである。白丸印は本発明の薄膜の実測値であるが７
両者が良い一致を示していることからトンネル接合が形
成されていることが分る。
す図である１図から明らかな様にトンネル接合が直列に
複数結合した時に観測される多数の電圧のとびとジョセ
フソン電流（イで示す部分）およびヒステリシス（口で
示す部分）が現れているゆ 第９図は同じく温度−臨界電流特性を示すもので、６６
にでの臨界電流Ｊ ｓ （Ｔ ） ／Ｊ ｓ （０）と
臨界温度Ｔ ／ Ｔ ｃとの関係を規格化して示してい
る、ここで実線はＶ、 Ａｌｂｅａａｏｋａｒと Ａ、
Ｂａｒａｔｏｆｆによって求められたトンネル形ジョセ
フソン効果における温度〜臨界特性でありＰｈｙ、Ｒｅ
ｖ、Ｌｅｔｔ、１０（１９６３）４８６頁に記載された
ものである。白丸印は本発明の薄膜の実測値であるが７
両者が良い一致を示していることからトンネル接合が形
成されていることが分る。
第１０図は結晶の配列方向に平行にトリミングを行った
ものであり、この方向においても同様の特性を得ること
ができる。
ものであり、この方向においても同様の特性を得ること
ができる。
なお１本実施例においては薄膜をマグネトロンスパッタ
法を用いて作製し、レーザトリミングによりＩ！ｔ１１
１Ｉ接合を形成したが、薄膜形成装置の種類および微細
接合の形成方法は任意である。また。
法を用いて作製し、レーザトリミングによりＩ！ｔ１１
１Ｉ接合を形成したが、薄膜形成装置の種類および微細
接合の形成方法は任意である。また。
アニールの条件を具体的数値で示したが本実施例に限る
ものではなく、より良好な値を得るために適宜変更可能
である。また、酸化化合物の構成はＢａ２ Ｃａ２ Ｃ
ｕ、ＯＸに限ることなく他の組成でも良い６ 〈発明の効果〉 以上、実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば、スパッタによる薄膜形成はＴｌを含まない化合
物で行い、アニールをＴｌ蒸気中で行うことによりＴｌ
をＢａ−Ｃａ−Ｃｕ−０薄膜に拡散させる様にしたので
スパッタによる装置内部の汚染を防止すると共に十分な
超伝導性を有する高温超伝導薄膜を得ることが出来、さ
らに。
ものではなく、より良好な値を得るために適宜変更可能
である。また、酸化化合物の構成はＢａ２ Ｃａ２ Ｃ
ｕ、ＯＸに限ることなく他の組成でも良い６ 〈発明の効果〉 以上、実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば、スパッタによる薄膜形成はＴｌを含まない化合
物で行い、アニールをＴｌ蒸気中で行うことによりＴｌ
をＢａ−Ｃａ−Ｃｕ−０薄膜に拡散させる様にしたので
スパッタによる装置内部の汚染を防止すると共に十分な
超伝導性を有する高温超伝導薄膜を得ることが出来、さ
らに。
（１１０）に配向した５ｒＴｉ０３基板にＴｌ系薄膜を
形成したので高温で動作する良好なトンネル形ジョセフ
ソン接合を実現することができ、冷却装置の簡素化をは
かることができる。
形成したので高温で動作する良好なトンネル形ジョセフ
ソン接合を実現することができ、冷却装置の簡素化をは
かることができる。
第１図はアニール装置の一実施例を示す図、第２図は基
板とＴｌを収納するボートを示す斜視図。 第３図はアニールの温度条件を示す図、第４図は薄膜の
結晶の構造を示す図、第５図は基板に成長した結晶の模
式図、第６図、第１０図は薄膜に微細接合を形成した状
態を示す図、第７図は電圧−電流特性を測定する為の配
置図、第８図は電圧−電流特性を示す図、第９図は温度
−臨界＠流特性を示す図である。 尚７第４図は「結晶の構造」を示す図に付き図面に代わ
る写真を提出する。 ■・・・石英管、２・・・加熱装置、３ａ、３ｂ・・・
アルミナボート、４−３ｒＴｉＯコ （１１０）基板。 第４図 第５図 パターニング前 第６図 パターニング後 第９図 Ｔ／Ｔｃ 温度−臨界電流特性 第１０図
板とＴｌを収納するボートを示す斜視図。 第３図はアニールの温度条件を示す図、第４図は薄膜の
結晶の構造を示す図、第５図は基板に成長した結晶の模
式図、第６図、第１０図は薄膜に微細接合を形成した状
態を示す図、第７図は電圧−電流特性を測定する為の配
置図、第８図は電圧−電流特性を示す図、第９図は温度
−臨界＠流特性を示す図である。 尚７第４図は「結晶の構造」を示す図に付き図面に代わ
る写真を提出する。 ■・・・石英管、２・・・加熱装置、３ａ、３ｂ・・・
アルミナボート、４−３ｒＴｉＯコ （１１０）基板。 第４図 第５図 パターニング前 第６図 パターニング後 第９図 Ｔ／Ｔｃ 温度−臨界電流特性 第１０図
Claims (1)
- Ｔｌを含まないＢａ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｏからなる化合物
のターゲット材を用いてＳｒＴｉＯ＿３（１１０）から
なる単結晶基板上に薄膜を形成し、前記薄膜を形成した
単結晶基板をＴｌ雰囲気中で熱処理することにより、前
記薄膜中にＴｌを拡散させ、前記Ｔｌを拡散した薄膜の
一部を除去して微細接合領域を形成したことを特徴とす
るトンネル型ジョセフソン素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2066007A JPH03268371A (ja) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | トンネル型ジョセフソン素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2066007A JPH03268371A (ja) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | トンネル型ジョセフソン素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03268371A true JPH03268371A (ja) | 1991-11-29 |
Family
ID=13303460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2066007A Pending JPH03268371A (ja) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | トンネル型ジョセフソン素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03268371A (ja) |
-
1990
- 1990-03-16 JP JP2066007A patent/JPH03268371A/ja active Pending
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