JPH0335572A - トンネル素子 - Google Patents
トンネル素子Info
- Publication number
- JPH0335572A JPH0335572A JP1171432A JP17143289A JPH0335572A JP H0335572 A JPH0335572 A JP H0335572A JP 1171432 A JP1171432 A JP 1171432A JP 17143289 A JP17143289 A JP 17143289A JP H0335572 A JPH0335572 A JP H0335572A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- plasma
- lower electrode
- nitrogen
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract description 2
- 229910002370 SrTiO3 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Landscapes
- 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】
［産業上の利用分野］
本発明はジョセフソン素子、超伝導ベーストランジスタ
、準粒子トンネル効果素子、などトンネルバリアを必要
とする超伝導デバイスに関する。
、準粒子トンネル効果素子、などトンネルバリアを必要
とする超伝導デバイスに関する。
［従来の技術］
ジョセフソン素子で説明する０周知の様にジョセフソン
素子は点接触型、結晶粒界型、サンドイッチ型の３種類
あるが集積化を図るにはサンドイッチ型、即ちトンネル
バリアを形成するタイプにする必要がある。このサンド
イッチ型には超伝導材料にコヒーレンス長さの長いＮｂ
を、トンネルバリアに酸化アルミなどを用いていた。ま
たトンネルバリアは蒸着法やスパッタ法により形成して
いた。
素子は点接触型、結晶粒界型、サンドイッチ型の３種類
あるが集積化を図るにはサンドイッチ型、即ちトンネル
バリアを形成するタイプにする必要がある。このサンド
イッチ型には超伝導材料にコヒーレンス長さの長いＮｂ
を、トンネルバリアに酸化アルミなどを用いていた。ま
たトンネルバリアは蒸着法やスパッタ法により形成して
いた。
［発明が解決しようとする課題］
しかし臨界温度が液体窒素を大幅に越え使い易くなると
共にエネルギーギャップが大きく半導体との融合や高速
スイッチ化が図れると考えられている酸化物超伝導材料
のサンドイッチ型デバイスはまだ完成していない、その
原因は酸化物超伝導材料のコヒーレンス長さがＮｂに比
べ１／１０以下と極端に短いためである。コヒーレンス
長さが短いためトンネルバリアの厚みも薄くする必要が
あり蒸着法やスパッタ法などにより絶縁膜等を形成して
トンネルバリアとする方法はＮｂ系でも高度な成膜技術
を必要としたのに更に薄くするため膜厚の制御やピンホ
ールの抑制が非常に困難となる。
共にエネルギーギャップが大きく半導体との融合や高速
スイッチ化が図れると考えられている酸化物超伝導材料
のサンドイッチ型デバイスはまだ完成していない、その
原因は酸化物超伝導材料のコヒーレンス長さがＮｂに比
べ１／１０以下と極端に短いためである。コヒーレンス
長さが短いためトンネルバリアの厚みも薄くする必要が
あり蒸着法やスパッタ法などにより絶縁膜等を形成して
トンネルバリアとする方法はＮｂ系でも高度な成膜技術
を必要としたのに更に薄くするため膜厚の制御やピンホ
ールの抑制が非常に困難となる。
今後超伝導材料の臨界温度はより高くなるものと思われ
るが臨界温度が高くなるに従いコヒーレンス長さはより
短くなるため更に上記点は大きな問題となる。
るが臨界温度が高くなるに従いコヒーレンス長さはより
短くなるため更に上記点は大きな問題となる。
本発明はこの様な問題を解決するものであり、高臨界温
度で使い安く高速スイッチ化が図れ且半導体との融合が
可能等、超伝導材料の持つ特性を引き出したトンネル素
子を容易に得んとするものである。
度で使い安く高速スイッチ化が図れ且半導体との融合が
可能等、超伝導材料の持つ特性を引き出したトンネル素
子を容易に得んとするものである。
［課題を解決するための手段］
上記の問題を解決するため本発明のトンネル素子は１）
超伝導電極の表面部を窒素または窒素と不活性ガスの混
合ガス雰囲気中でプラズマ処理し、その表面部を絶縁層
または半導体層に変えた後その上にもう一方の超伝導ま
たは金属電極を形成して成ることを特徴とする。
超伝導電極の表面部を窒素または窒素と不活性ガスの混
合ガス雰囲気中でプラズマ処理し、その表面部を絶縁層
または半導体層に変えた後その上にもう一方の超伝導ま
たは金属電極を形成して成ることを特徴とする。
［実施例］
以下実施例に従い本発明を説明する。
先ず最初に第１図に示すように単結晶５ｒＴｉ０３基板
１上に反応蒸着法によりＨｏ１Ｂａ２Ｃｕ３０Ｙ膜（以
後下部電極２とする）を２５０ｎｍ形成する。
１上に反応蒸着法によりＨｏ１Ｂａ２Ｃｕ３０Ｙ膜（以
後下部電極２とする）を２５０ｎｍ形成する。
成膜は蒸発原料にそれぞれＨＯｌＢａ、Ｃｕの金属を用
い、蒸発はＢａのみ電子ビーム、他の金属はＫｎｕｄｓ
ｅｎセルにより行なった。条件は初期真空度２＊１（Ｉ
９Ｔｏｒｒ、成膜中真空度３〜９＊１０−’Ｔｏｒｒ、
基板温度５６０〜６５０℃、成膜速度２０〜３５ｎｍ／
ｍｉｎであり、酸素の供給はマイクロ波（ＥＣＲ）で活
性化した酸素プラズマを基板部に成膜中に照射して行う
、この工程で得られた下部電極２はＸ線回折、ＲＨＥＥ
Ｄ分析、４端子法抵抗測定によるとエピタキシャル成長
した８９〜９１にの超伝導膜であった。
い、蒸発はＢａのみ電子ビーム、他の金属はＫｎｕｄｓ
ｅｎセルにより行なった。条件は初期真空度２＊１（Ｉ
９Ｔｏｒｒ、成膜中真空度３〜９＊１０−’Ｔｏｒｒ、
基板温度５６０〜６５０℃、成膜速度２０〜３５ｎｍ／
ｍｉｎであり、酸素の供給はマイクロ波（ＥＣＲ）で活
性化した酸素プラズマを基板部に成膜中に照射して行う
、この工程で得られた下部電極２はＸ線回折、ＲＨＥＥ
Ｄ分析、４端子法抵抗測定によるとエピタキシャル成長
した８９〜９１にの超伝導膜であった。
次に下部電極２の一部をレジストによりマスキングした
後プラズマリアクターを用い下部電極２の表面をプラズ
マ処理する。この時使用するガスは窒素ガスまたは窒素
とアルゴンの混合ガスである。プラズマ処理によりプラ
ズマに晒された部分は還元され半導体層か絶縁層３にな
る。尚窒素ガスのみより混合ガスを用いた方が膜厚制御
が容易になる傾向にある。
後プラズマリアクターを用い下部電極２の表面をプラズ
マ処理する。この時使用するガスは窒素ガスまたは窒素
とアルゴンの混合ガスである。プラズマ処理によりプラ
ズマに晒された部分は還元され半導体層か絶縁層３にな
る。尚窒素ガスのみより混合ガスを用いた方が膜厚制御
が容易になる傾向にある。
次にメタルマスクをした後絶縁層３上にＡｕを電子ビー
ム蒸着により厚さ、成膜速度それぞれ６ｎｍ、６ｎｍ／
ｍｉｎで成膜し中間層４を形成する。この中間層４は後
に形成するＨｏ１Ｂａ２Ｃｕ３０Ｙ膜を成膜する過程で
絶縁層３が酸化し超伝導体に戻らないよう防止する為の
ものである。後工程に於て可逆変化を起こさない超伝導
材料を用いる場合はこの中間層４は必要ない。
ム蒸着により厚さ、成膜速度それぞれ６ｎｍ、６ｎｍ／
ｍｉｎで成膜し中間層４を形成する。この中間層４は後
に形成するＨｏ１Ｂａ２Ｃｕ３０Ｙ膜を成膜する過程で
絶縁層３が酸化し超伝導体に戻らないよう防止する為の
ものである。後工程に於て可逆変化を起こさない超伝導
材料を用いる場合はこの中間層４は必要ない。
次に下部電極２と同様に反応蒸着法によりＨ。
ｌＢａ２Ｃｕ３０Ｙ膜（以後上部電極５とする）を１１
００ｎ形成する。
００ｎ形成する。
条件は初期真空度２ネ１０−”Ｔｏｒｒ、成膜中真空度
７〜９＊ＩＣｌ’Ｔｏｒｒ、 基板温度５６０℃、成
膜速度２０〜２５ｎｍ／ｍｉｎであり、酸素の供給はマ
イクロ波（ＥＣＲ）で活性化した酸素プラズマを成膜中
に照射して行う、また成膜後はチャンバー内に＃素を圧
力２Ｔｏｒｒまで導入し５６０℃で３０分ホールドした
後徐冷した。
７〜９＊ＩＣｌ’Ｔｏｒｒ、 基板温度５６０℃、成
膜速度２０〜２５ｎｍ／ｍｉｎであり、酸素の供給はマ
イクロ波（ＥＣＲ）で活性化した酸素プラズマを成膜中
に照射して行う、また成膜後はチャンバー内に＃素を圧
力２Ｔｏｒｒまで導入し５６０℃で３０分ホールドした
後徐冷した。
この様にして得られた素子のＩ−Ｖ特性とマイクロ波照
射特性を調べた。
射特性を調べた。
その結果Ｉ−Ｖ特性では超伝導ジョセ・フソン電流がマ
イクロ波照射特性ではシャピロステップ（ＶＳＴＥＰ＝
ｎ−ｆ−ｈ／ ２ ｅを満足していた。ここでｆはマ
イクロ波周波数、ｎ＝ｏ、 ±１．±２゜±３・・・
、ｈはブランク定数、ｅは電気素量である。）が見られ
ジョセフソン素子となっていることが確認された。
イクロ波照射特性ではシャピロステップ（ＶＳＴＥＰ＝
ｎ−ｆ−ｈ／ ２ ｅを満足していた。ここでｆはマ
イクロ波周波数、ｎ＝ｏ、 ±１．±２゜±３・・・
、ｈはブランク定数、ｅは電気素量である。）が見られ
ジョセフソン素子となっていることが確認された。
この様に容易にトンネル素子が出来るのはトンネルバリ
アの膜厚制御性が良いだけでなく次の点も考えられる。
アの膜厚制御性が良いだけでなく次の点も考えられる。
酸化物超伝導材料をプラズマ処理して得られる絶縁層は
エピタキシャル成長した膜を還元したものであるため構
造は規則性を持ち且超伝導体と連続している。そのため
トンネル電流の絶縁層での再配列による損失が少なくな
っている。
エピタキシャル成長した膜を還元したものであるため構
造は規則性を持ち且超伝導体と連続している。そのため
トンネル電流の絶縁層での再配列による損失が少なくな
っている。
この絶縁層の規則性保持はプラズマ処理に用いるガスに
よっても左右されフッ素系や塩素系ガスよりも窒素の方
が良く更に窒素単独よりも不活性ガスと混合させた方が
良い。
よっても左右されフッ素系や塩素系ガスよりも窒素の方
が良く更に窒素単独よりも不活性ガスと混合させた方が
良い。
尚ここではジョセフソン素子で説明したが超伝導ベース
トランジスタ、準粒子トンネル効果素子等トンネルバリ
アを形成するものであれば効果は同じであり何等差し支
えない。
トランジスタ、準粒子トンネル効果素子等トンネルバリ
アを形成するものであれば効果は同じであり何等差し支
えない。
［発明の効果］
以上述べたように本発明によれば容易に精度良く且規則
性を持ってトンネルバリアを形成できるためコヒーレン
ス長さの短い超伝導材料を用いても容易にトンネル素子
を得られる。そのため超伝導材料の持つ高臨界温度で使
い安く、高速スイッチ化が図れ互生導体との融合が可能
等の有効な特性を引き出すことが出来る。
性を持ってトンネルバリアを形成できるためコヒーレン
ス長さの短い超伝導材料を用いても容易にトンネル素子
を得られる。そのため超伝導材料の持つ高臨界温度で使
い安く、高速スイッチ化が図れ互生導体との融合が可能
等の有効な特性を引き出すことが出来る。
第１図は絶縁層形成までの膜の断面図。
第２図はトンネル素子の断面図。
１・・・基板
２・・・下部電極
３・・・絶縁層
４・・・中間層
５・・・上部電極
以上
第
■
図
第２１１
Claims (1)
- （１）超伝導電極の表面部を窒素または窒素と不活性ガ
スの混合ガス雰囲気中でプラズマ処理し、その表面部を
絶縁層または半導体層に変えた後その上にもう一方の超
伝導または金属電極を形成して成ることを特徴とするト
ンネル素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1171432A JPH0335572A (ja) | 1989-07-03 | 1989-07-03 | トンネル素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1171432A JPH0335572A (ja) | 1989-07-03 | 1989-07-03 | トンネル素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0335572A true JPH0335572A (ja) | 1991-02-15 |
Family
ID=15923020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1171432A Pending JPH0335572A (ja) | 1989-07-03 | 1989-07-03 | トンネル素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0335572A (ja) |
-
1989
- 1989-07-03 JP JP1171432A patent/JPH0335572A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5846846A (en) | Method for making a superconducting field-effect device with grain boundary channel | |
| US5322526A (en) | Method for manufacturing a superconducting device having an extremely thin superconducting channel formed of oxide superconductor material | |
| EP0390704B1 (en) | Tunnel junction type Josephson device and method for fabricating the same | |
| JPH0577347B2 (ja) | ||
| US4536414A (en) | Superconductive tunnel junction device with enhanced characteristics and method of manufacture | |
| KR100372889B1 (ko) | 경사형 모서리 조셉슨 접합소자 및 그 제조방법 | |
| EP0478466B1 (en) | A superconducting device and a method for manufacturing the same | |
| EP0342039B1 (en) | Josephson device and method of making same | |
| US5219834A (en) | Process for producing a superconducting transistor | |
| US6524643B1 (en) | Method for preparing layered structure including oxide superconductor thin film | |
| JPH04285012A (ja) | 酸化物超伝導体薄膜の形成方法 | |
| JPH0335571A (ja) | トンネル素子 | |
| JPH02186682A (ja) | ジョセフソン接合装置 | |
| JP2680949B2 (ja) | 超電導電界効果型素子の作製方法 | |
| Horibe et al. | Fabrication of natural-barrier ramp-edge Josephson junctions | |
| JPH02194569A (ja) | 酸化物超伝導薄膜の作製方法と超伝導素子 | |
| JP2641970B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JP2691065B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JPH07120822B2 (ja) | ジョセフソン素子の製造方法 | |
| JPH0523073B2 (ja) | ||
| JP2667289B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JP2641971B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JP2647251B2 (ja) | 超電導素子および作製方法 | |
| JPS63283179A (ja) | ジョセフソン接合素子の製造方法 | |
| JPH039579A (ja) | 酸化物超伝導パターン |