JPH0358488A - プレーナ型ジョセフソン素子及びその製造方法 - 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】 （技術分野） 本発明は、酸化物超伝導材料からなる二つの層を有し、
これらの間に少なくとも一つの超伝導性でない層が設け
られたプレーナ型ジョセフソン素子及びその製造方法に
関するものである。

（背景技術） ジョセフソン素子又はジョセフソン接合の製造方法は、
エム・ジー・ブラ旦ル等（Ｍ．Ｇ．ＢＩａｍｉｒｅｅｔ
　ａｌ）による文献、’Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐ１、
Ｐｈｙｓ．　２０　，第ｌ３３０〜ｌ３３５頁Ｊ　（１
９８７年）に記載されている．この文献では、Ｙ９ａ２
ＣｕｓＯｔ−／からなる第一の酸化物超伝導層が被着さ
れるＹ２０３のバッファ層をサファイア基板に設ける。

次いで、トンネル障壁として働＜　ｈａ３の薄層を設け
る。次に、ＹＢａｚＣｕ＊Ｏ，イ　からなる第二の層を
被着し、この上にＮｂの接点を設けることができる。こ
れらの薄層は、酸化雰囲気中で金属ターゲットプレート
を使用したｄｃ［電管スパッタリングによって製造する
。これらの層中に、プラズマエッチング又はイオンエッ
チングによってパターンを形威する。

これまで知られている酸化物超伝導材料においては、超
伝導特性、特に超伝導性の発現する最高温度Ｔｃは、多
数の金属元素が存在することでマイナスの影響を受け、
銀と金とが僅かな例外のうちの二つである。特に酸素含
量のかく乱は不所望な作用をもたらすように見える。従
って、トンネル障壁が必要な、ジョセフソン接合のよう
な素子を製造するに際しては、トンネル障壁から超伝導
材料へと向かって拡散が生じたり、又はトンネル障壁と
超伝導材料との間で反応が生じたりするのを防止しなけ
ればならない。この目的のため、銀のように、酸素を透
過する金属からなるバッファ層を使用できるが、しかし
、これは高温においては必ずしも充分ではない。

（発明の開示） 本発明の目的は、特に、銀は別として、トンネル障壁中
に他の金属元素を使用しない、ジョセフソン素子及びこ
うした素子を製造する単純な方法を提供することである
． 本発明の他の目的は、超伝導材料を焼戒する間に必要な
高温で安定な、ジョセフソン素子用のトンネル障壁を提
供することである． 本発明の更に他の目的は、二つの超伝導膜の双方が同一
か又は二つの異なる酸化物超伝導材料から形威されてい
るジョセフソン素子を提供することである。

本発明に従い、この目的は、序文に記載した素子及び方
法において、超伝導性でない層を、銀塩から製造し、銀
層を通して超伝導層へと接続することによって達成され
る。

例えば、塩化恨、臭化銀、塩素酸銀及びリン酸銀を銀塩
として使用できる。本発明に従う方法の好適例では、銀
塩を硫酸銀とする。

本発明に従う方法の好適例では、硫酸銀を、銀から、二
酸化イオウ及び三酸化イオウの混合物との反応によって
製造する． 本発明に従う方法の他の例では、硫酸銀を、銀から、硫
化水素と反応させた後に酸素で酸化することによって製
造する。この態様による特別の利点は、酸素による酸化
と酸化物超伝導材料の焼成工程とを同時に実施すること
が可能なことである。

超伝導性でない層を貴金属層を通して酸化物超伝導材料
からなる二つの層へと接続する、ジョセフソン素子の製
造方法は、本出願の優先日時点で未公開のオランダ国特
許出願ＮＬ　　８９００４０５号に記載されている． 酸化物超伝導材料からなる薄膜は、それ自体は既知であ
る種々の方法によって得ることができる。

−ａに、特に、酸素つり合いと金属原子、特に銅原子の
原子価に関して所望組成を得るためには、高温処理が必
要である。ｒＡｐｐ１、Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．　５１（
１３），第１０２７〜１０２９頁Ｊ　（１９８７年）の
エム．ガーヴイッチ等によれば、酸化物超伝導材料ＹＢ
ａ２Ｃｕ３０７−Ｉの薄膜を、例えば、酸化性雰囲気中
で金属ターゲットプレートを使用してｄｃ［電管スパッ
タリングで堆積し、次いで例えば８００〜９００℃の高
温で焼成することによって製造している。他の一般的に
使用される方法として、真空蒸着、レーザーアプレーシ
ョン、及び気相からの化学堆積がある。

「Δｐｐ１、Ｐｈｙｓ．１、ｅｔｔ．　５２　（２１）
　，第１８２８　〜１８３０頁」（１９８８年）におい
て、シー．イー．ライス等（Ｃ．Ｅ．Ｒｉｃｅ　ｅｔ　
ａｌ）は、真空蒸着によってＣａＦ　ｚ　＋　ＳｒＦ　
ｚ　＋Ｂｉ及びＣｕを被着させ、次いで７２５゜及び８
５０’Ｃでの酸化工程によって、Ｃａ−Ｓｒ−Ｂｉ−Ｃ
ｕ酸化物の薄膜を製造する方法について記載する。比界
温度Ｔｃ、即ち、超伝導挙動が発現する上限の温度が高
い材料を得るためには、高温での処理が必要である。

（実施例） 本発明を実施例によって添付図面を参照しながら更に詳
細に説明する。ここで、第１図は、本発明に従うジョセ
フソン素子を概略的に示し、第２ａ　−　ｃ図は、本発
明に従う方法の一連の工程を概略的に示す。

夫益盟土 第２ａ図はチタン酸ストロンチウムＳｒＴｉ０３の基Ｆ
ｉ．１０を示し、この上に、ＹＢａｚＣｕ３０６．　？
からなる酸化物超伝導層１１を、例えば、真空蒸着によ
って、基板を８５０゜Ｃの温度に保持しながら設ける．
他の基板材料、例えばＭｇＯ，　Ｙ２０．及び保護バッ
ファ層、例えばＴａｚ０５，　Ｉ，ａＦ３及びＺｒ０２
を有するサファイアのような基板も、本発明に従う方法
において好適に使用できる。

超伝導材料の置換を、本発明に従う方法の有効性に影響
することなしに既知の方法で実施できる。

例えば、Ｙは希土類金属イオンによって完全に又は部分
的に置換でき、ＢａはＳｒ又はＣａによって置換でき、
ＯはＦによって部分的に置換できる。この代わりに、Ｃ
ａ−Ｓｒ−Ｂｉ−Ｃｕ酸化物のような他の酸化物超伝導
材料を使用して本発明を適用することができ、Ｂｉは、
Ｐｂ，　（Ｌａ　＋　Ｓｒ）ｇｃｕ０４及びＴＩに加え
てＣａ及び／又はＢａを含有する銅酸塩によって部分的
に置換可能である。

層１工を製造するには、真空蒸着の代わりに、例えば、
所望組成を有するターゲットプレートを使用したスパッ
タリングを適用できる。この工程において、基板を高温
に保持するが、しかし堆積はやはり、これより低い温度
で生じうる。後者の場合には、所望の超伝導特性を得る
ためには高温での後処理が必要とされる。

本発明に従う方法の好適例では、ＩＫＶの電圧でアルゴ
ン中約０．５Ｐａの圧力下で、ｄｃ三極管スパッタリン
グによって層ｌ１を製造する。次いで、この層を、７０
０゜Ｃ〜８００″Ｃで酸素中約２時間焼戒処理へと供し
、この結果、層１１は、適当な酸素含量と所望の超伝導
特性とを得るに至る。第２ｂ図に示すように、５０ｎｍ
の厚さを有する銀層１２を、例えばスパッタリングによ
って層ｌ１へと被着させる。次いで、これらの層を、４
５０゜Ｃで酸素中０．５時間焼戒処理へと供し、こうし
て銀ｌ２と超伝導材料１１との間に超伝導接触を形或す
る。

この銀層の表面を、Ｈ２ＳとＮ２との基体混合物（容量
比１：４）と室温で、１気圧の圧力で１０分間反応させ
、次いで３５０″Ｃで酸素中１時間後焼戒処理すること
により、硫酸銀Ａｇ．ＳＯ．へと変換する。

この方法で、約２ｎｍの厚さを有する硫酸銀層１３を製
造する。

基板ｌＯ′へと被着され、銀層１２′が設けられた第二
の超伝導層１１′　を、硫酸銀層１３上へと、２００？
Ｃの温度で、酸素雰囲気中約３０Ｎ／ｎＩＩｎ”の圧力
で加圧する。第１図は、この方法で製造されたジョセフ
ソン素子を示す。

ジョセフソン素子の二つの部分を互いに加圧するのに先
立って、これらの層を、既知の方法で、例えば、フォト
リソグラフィー技術に続くプラズマエッチング又はイオ
ンエッチングによるパターンで設けることができる。

この代わりに、硫酸銀層１３を形威した後に、この上に
真空蒸着によって銀層１２′を設け、この後に超伝導１
ｉｉｉ１１’　を銀層１２’へと被着させるといった方
法で、このジョセフソン素子を製造できる。

硫化ｉ１（ｔｔｚｓとの反応によって生或した）の硫酸
銀への変換が、一つの又は複数の超伝導層に必要な焼戒
処理と同時に起こるようにすることが特に有利である。

実施員工 銀層１２をＳＯ■及びＳ（ｈの基体混合物（容量比１：
１）と室温で大気圧下に１０分間反応させることにより
、硫酸銀層１３を製造し、この点で異なる以外は、 実施例ｌで記載した方法でジョセフソン素子を製造する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従うジョセフソン素子を示す概略図、 第２ａ図、第２ｂ図及び第２ｃ図は、本発明に従う方法
の一連の工程を示す概略図である。 １０．　１０′　・・・基板 １１．　１１′・・・酸化物超伝導層（酸化物超伝導材
料）１２．　１２′　・・・銀層（銀） １３・・・硝酸銀層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸化物超伝導材料からなる二つの層を有し、これら
   の層の間に少なくとも一つの超伝導性でない層が設けら
   れたプレーナ型ジョセフソン素子において、この超伝導
   性でない層が銀塩からなり、銀層を通して超伝導層へと
   接続されていることを特徴とするプレーナ型ジョセフソ
   ン素子。 ２、酸化物超伝導材料からなる二つの層を有し、これら
   の層の間に少なくとも一つの超伝導性でない層が設けら
   れたジョセフソン素子を製造する方法において、この超
   伝導性でない層が銀塩から製造され、銀層を通して超伝
   導層へと接続されていることを特徴とする、ジョセフソ
   ン素子の製造方法。 ３、銀塩が硫酸銀であることを特徴とする、請求項２記
   載のジョセフソン素子の製造方法。 ４、銀から二酸化イオウ及び三酸化イオウの混　合物と
   の反応によって硝酸銀を製造することを特徴とする、請
   求項３記載のジョセフソン素子の製造方法。 ５、銀から硫化水素との反応に続いて酸素で酸化するこ
   とによって硫酸銀を製造することを特徴とする、請求項
   ３記載のジョセフソン素子の製造方法。 ６、酸素による酸化を、酸化物超伝導材料の焼成工程と
   同時に実施することを特徴とする請求項５記載のジョセ
   フソン素子の製造方法。