JPH04105372A - マイクロブリッジ型ジョセフソン接合素子 - Google Patents
マイクロブリッジ型ジョセフソン接合素子Info
- Publication number
- JPH04105372A JPH04105372A JP2221180A JP22118090A JPH04105372A JP H04105372 A JPH04105372 A JP H04105372A JP 2221180 A JP2221180 A JP 2221180A JP 22118090 A JP22118090 A JP 22118090A JP H04105372 A JPH04105372 A JP H04105372A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- josephson junction
- superconducting
- type josephson
- microbridge
- Prior art date
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- Pending
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- 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）
本発明は超伝導トランジスタ、赤外検知器、ジョセフソ
ンミキサ、５ＱＵＩＤ、ジョセフソンコンピュータ等に
利用ａ来るマイクロブリッジ型ジョセフソン接合素子に
関する。
ンミキサ、５ＱＵＩＤ、ジョセフソンコンピュータ等に
利用ａ来るマイクロブリッジ型ジョセフソン接合素子に
関する。
（従来の技術及びその問題点）
従来、酸化物超伝導材料からなるマイクロブリッジ型ジ
ョセフソン素子は第４図に示す構成をとるのが一般的で
ある。即ち基板１上に微細加工された超伝導膜２があり
、その上に電極５がある構成のものである。中央にある
超伝導膜のくびれ部がブリッジ部４である。
ョセフソン素子は第４図に示す構成をとるのが一般的で
ある。即ち基板１上に微細加工された超伝導膜２があり
、その上に電極５がある構成のものである。中央にある
超伝導膜のくびれ部がブリッジ部４である。
通常マイクロブリッジ型素子は、２つの幅広い超伝導膜
（バンク部）が幅の狭い部分で繋がれ、薄膜−層で出来
ている。２つのバンク部を繋ぐブリッジ部のリンク長を
コヒーレント長より短いか、少なくとも同じ程度なら、
この様な膜のくびれ型弱結合はジョセフソン素子として
振舞う。
（バンク部）が幅の狭い部分で繋がれ、薄膜−層で出来
ている。２つのバンク部を繋ぐブリッジ部のリンク長を
コヒーレント長より短いか、少なくとも同じ程度なら、
この様な膜のくびれ型弱結合はジョセフソン素子として
振舞う。
平面上で短いリンク長を作製するのが困難な場合、第５
図に示す様な段差を有する基板を用いてその段差でブリ
ッジ部４を作る方法も用いられる（準平面型マイクロブ
リッジ）。
図に示す様な段差を有する基板を用いてその段差でブリ
ッジ部４を作る方法も用いられる（準平面型マイクロブ
リッジ）。
酸化物超伝導体を用いてマイクロブリッジ型ジョセフソ
ン接合素子を作る場合、ブリッジ部のリンク長は理論上
数１０人程度でなければならず、現在の電子線やＸ線リ
ソグラフィー技術をもってしてもせいぜい数１００人が
限界である。
ン接合素子を作る場合、ブリッジ部のリンク長は理論上
数１０人程度でなければならず、現在の電子線やＸ線リ
ソグラフィー技術をもってしてもせいぜい数１００人が
限界である。
実際にＹＢａ＊Ｃｕ−０−ａ等の酸化物超伝導体を用い
たマイクロブリッジ型ジョセフソン接合は、リンク長が
４〜２０μｍ程度が多い。これは数１０人に比べ極めて
大きく、粒界による弱結合が形成れていると考えられる
。従って粒界による接合を有しないＮｂ系等と比べ、非
常に劣化し易い材料である。バンク部はブリッジ部に比
べ幅が大きい為、多数の粒界の平均的総和で決定され、
エツジ部が大きなダメージを受けたとしても、全体的劣
化は特に問題にならない。
たマイクロブリッジ型ジョセフソン接合は、リンク長が
４〜２０μｍ程度が多い。これは数１０人に比べ極めて
大きく、粒界による弱結合が形成れていると考えられる
。従って粒界による接合を有しないＮｂ系等と比べ、非
常に劣化し易い材料である。バンク部はブリッジ部に比
べ幅が大きい為、多数の粒界の平均的総和で決定され、
エツジ部が大きなダメージを受けたとしても、全体的劣
化は特に問題にならない。
しかしながら、接合部はブリッジ幅に対して数個の粒子
しか存在いない為、個々の粒界の劣化が直接接合の劣化
へと影響してしまう。
しか存在いない為、個々の粒界の劣化が直接接合の劣化
へと影響してしまう。
更に微細加工技術を用いて超伝導膜のエツチングを行う
際、マイクロブリッジ部は幅が狭い為、サイドエツチン
グ等の影響を大きく受ける。即ちドライエツチングでは
エツチング粒子の衝撃を受けたり、ウェットエツチング
では強力なエツチング溶液の影響を受は易い。
際、マイクロブリッジ部は幅が狭い為、サイドエツチン
グ等の影響を大きく受ける。即ちドライエツチングでは
エツチング粒子の衝撃を受けたり、ウェットエツチング
では強力なエツチング溶液の影響を受は易い。
従って、マイクロブリッジ部の超伝導特性の劣化、組成
変動等によるブリッジ部特性の消失が生じ易いといった
問題がある。
変動等によるブリッジ部特性の消失が生じ易いといった
問題がある。
特に酸化物超伝導体はその酸素量によって構造が変化し
易く、他の元素比は変わらなくとも酸素の比が変化した
だけで、半導体或は絶縁体に変質し易い材料である。
易く、他の元素比は変わらなくとも酸素の比が変化した
だけで、半導体或は絶縁体に変質し易い材料である。
この様に劣化し易い材料である為素子の耐久性が悪いと
いう問題もある。
いう問題もある。
従って、本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決し
、耐久性等に優れたマイクロブリッジ型ジョセフソン接
合素子を提供することである。
、耐久性等に優れたマイクロブリッジ型ジョセフソン接
合素子を提供することである。
（問題点を解決する為の手段）
上記目的は以下の本発明によって達成される。
即ち、本発明は、基体上に超伝導膜が形成され且つブリ
ッジ部上には金属膜が積層されていることを特徴とする
マイクロブリッジ型ジョセフソン接合素子である。
ッジ部上には金属膜が積層されていることを特徴とする
マイクロブリッジ型ジョセフソン接合素子である。
（作 用）
本発明によれば、基体上に超伝導膜が形成され且つブリ
ッジ部上には金属膜が積層されている構成である為、微
細加工の際或は素子を動作させる際、最も劣化し易いブ
リッジ部の劣化を抑えることが可能となる。特に粒界に
よる弱結合を利用した酸化物超伝導体を用いた場合、ブ
リッジ部は更に劣化し易くなる為有効である。
ッジ部上には金属膜が積層されている構成である為、微
細加工の際或は素子を動作させる際、最も劣化し易いブ
リッジ部の劣化を抑えることが可能となる。特に粒界に
よる弱結合を利用した酸化物超伝導体を用いた場合、ブ
リッジ部は更に劣化し易くなる為有効である。
特にブリッジ部をＡｕ、 Ｐｔ、 Ｐｄ、 Ｒｅ、 Ｉ
ｎ又はＣｕ等の酸素を通しに（い金属で覆うことにより
酸素量変化を抑えることも可能となる。
ｎ又はＣｕ等の酸素を通しに（い金属で覆うことにより
酸素量変化を抑えることも可能となる。
更に金属膜の幅が、ブリッジ部のリンク長の１．５倍以
上、好ましくは２〜２０００倍とすることで、ブリッジ
部の劣化を最小限にくいとめることが出来る。
上、好ましくは２〜２０００倍とすることで、ブリッジ
部の劣化を最小限にくいとめることが出来る。
又、段差を用いて効率良くマイクロブリッジ部を形成す
る場合でも同様にブリッジ部を保護することが出来る。
る場合でも同様にブリッジ部を保護することが出来る。
更にその段差を超伝導膜の厚さの約１〜５倍にすること
で、ブリッジ部の保護効果を損なうことのないマイクロ
ブリッジ型ジョセフソン接合素子とすることが出来る。
で、ブリッジ部の保護効果を損なうことのないマイクロ
ブリッジ型ジョセフソン接合素子とすることが出来る。
本発明において基板上に形成する超伝導膜は好ましくは
酸化物であり、且つその化学組成をＡ−Ｂ−Ｃ−Ｏと表
した場合、Ａが、Ｌａ、 Ｃｅ、 Ｐｒ、 Ｎｄ、 Ｐ
ｍ、Ｓｍ、 Ｓｃ、 Ｅｕ％Ｇｄ、 Ｔｂ、 Ｄｙ、
Ｈｏ、 Ｅｒ、 Ｔｍ、Ｙｂ、 Ｌｕ、Ｂｉ、 Ｔｌ及
びＹより成る群より選ばれた一種以上の元素、ＢがＢａ
、 Ｃｅ、 Ｓｒ及びＰｂより成る群より選ばれた一種
以上の元素、Ｃが■、Ｔｉ％Ｃｒ、 Ｍｎ、 Ｆｅ、Ｎ
ｉ、 （：ｏ、 Ａｇ、 Ｃｄ及びＣｕより成る群より
選ばれた一種以上の元素であることが好ましい。
酸化物であり、且つその化学組成をＡ−Ｂ−Ｃ−Ｏと表
した場合、Ａが、Ｌａ、 Ｃｅ、 Ｐｒ、 Ｎｄ、 Ｐ
ｍ、Ｓｍ、 Ｓｃ、 Ｅｕ％Ｇｄ、 Ｔｂ、 Ｄｙ、
Ｈｏ、 Ｅｒ、 Ｔｍ、Ｙｂ、 Ｌｕ、Ｂｉ、 Ｔｌ及
びＹより成る群より選ばれた一種以上の元素、ＢがＢａ
、 Ｃｅ、 Ｓｒ及びＰｂより成る群より選ばれた一種
以上の元素、Ｃが■、Ｔｉ％Ｃｒ、 Ｍｎ、 Ｆｅ、Ｎ
ｉ、 （：ｏ、 Ａｇ、 Ｃｄ及びＣｕより成る群より
選ばれた一種以上の元素であることが好ましい。
（実施例）
以下実施例を用いて本発明を更に詳細に説明する。
実施例１
先ず、第１図に示す様に基板１ ［５ｒＴｉＯ−（１０
０）面を用いた）上に３個の電子ビーム源からＥｒ、
Ｂａ及びＣｕを酸素含有雰囲気下、１０−’ 〜１０−
”Ｔｏｒｒで約５０００人蒸着させた。基板温度は約４
００℃とした。膜は堆積したままでは非晶質であったの
で、酸素ガス中で約９００℃で熱処理しＥｒ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−〇型超伝導膜２を製作した（第１図ａ）。
０）面を用いた）上に３個の電子ビーム源からＥｒ、
Ｂａ及びＣｕを酸素含有雰囲気下、１０−’ 〜１０−
”Ｔｏｒｒで約５０００人蒸着させた。基板温度は約４
００℃とした。膜は堆積したままでは非晶質であったの
で、酸素ガス中で約９００℃で熱処理しＥｒ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−〇型超伝導膜２を製作した（第１図ａ）。
この様にして得た超伝導膜２はＸ線回折及び電子顕微鏡
観察の結果、斜方晶構造のＣ軸が膜面に対して垂直方向
に揃った多結晶配向膜であった。
観察の結果、斜方晶構造のＣ軸が膜面に対して垂直方向
に揃った多結晶配向膜であった。
次にＲＨＭＩＦ法で金属膜３ （Ａｕを用いた）を０．
５ｍｍ幅で形成した後、レジストコート、露光及び現像
を行い、Ａｒによるイオンミリングで超伝導膜２と金属
膜３を同時にエツチングして、８μｍＸ８μｍのブリッ
ジ部４を含むマイクロブリッジ型ジジセフソン素子を形
成した（第１図ｂ）。
５ｍｍ幅で形成した後、レジストコート、露光及び現像
を行い、Ａｒによるイオンミリングで超伝導膜２と金属
膜３を同時にエツチングして、８μｍＸ８μｍのブリッ
ジ部４を含むマイクロブリッジ型ジジセフソン素子を形
成した（第１図ｂ）。
次にＣｒ−Ａｕ電極５を付け（第１図ｃ）、四端子法で
電気抵抗を測定したところ約８０にで電気抵抗がＯにな
った。Ｊｃは２０にでｌ Ｏ’ ＡｌＣｒｄであった。
電気抵抗を測定したところ約８０にで電気抵抗がＯにな
った。Ｊｃは２０にでｌ Ｏ’ ＡｌＣｒｄであった。
更に５０ＧＨｚのミリ波を照射したところシャピロステ
ップが観測され、ジョセフソン接合を形成していること
がわかった。
ップが観測され、ジョセフソン接合を形成していること
がわかった。
ブリッジ部に金属膜のない素子を同様に作成したところ
、Ｔｃは３０に、Ｊｃは２０にで１０’Ａ ／ ｃ ｍ
”であったが、ミリ波照射してもシャピロステップは
観測されなかった。
、Ｔｃは３０に、Ｊｃは２０にで１０’Ａ ／ ｃ ｍ
”であったが、ミリ波照射してもシャピロステップは
観測されなかった。
実施例２
基板中央に１μｍの段差のあるＭｇＯ単結晶基板１を用
いて第２図に示す様な素子を作成した。
いて第２図に示す様な素子を作成した。
超伝導膜２はクラスターイオンビーム法で形成したＹ−
Ｂａ−Ｃｕ−０膜である。条件は基板温度４００℃でＣ
ｕ用のクラスターイオンビームガンの加速電圧は４ＫＶ
、イオン化電流２００ｍＡ、Ｂａ用のクラスターイオン
ビームガンの加速電圧はＩＫＶ、イオン化電流５０ｍＡ
、Ｙ用のクラスターイオンビームガンの加速電圧は２Ｋ
Ｖ、イオン化電流は１００ｍＡとし、堆積速度をＹ：
Ｂａ： Ｃｕ＝ １ ： ２：３モル比となる様に制御
した。膜厚はｓｏｏ。
Ｂａ−Ｃｕ−０膜である。条件は基板温度４００℃でＣ
ｕ用のクラスターイオンビームガンの加速電圧は４ＫＶ
、イオン化電流２００ｍＡ、Ｂａ用のクラスターイオン
ビームガンの加速電圧はＩＫＶ、イオン化電流５０ｍＡ
、Ｙ用のクラスターイオンビームガンの加速電圧は２Ｋ
Ｖ、イオン化電流は１００ｍＡとし、堆積速度をＹ：
Ｂａ： Ｃｕ＝ １ ： ２：３モル比となる様に制御
した。膜厚はｓｏｏ。
人とした。
９００℃で１時間の熱処理を行った後、金属膜３をイオ
ンビームスパッタ法で１ｍｍ幅で形成した。材料はｐｔ
を用いた。
ンビームスパッタ法で１ｍｍ幅で形成した。材料はｐｔ
を用いた。
実施例１と同様に微細加工した。ブリッジ部は幅１０１
．Ｌｍ、長さは３０１．Ｌｍとした。４端子測定したと
ころＴｃ＝８５Ｋを示した。
．Ｌｍ、長さは３０１．Ｌｍとした。４端子測定したと
ころＴｃ＝８５Ｋを示した。
次に光応答を見る為、この素子を４．５Ｋに冷却し、ブ
リッジ部にＨｅ−Ｎｅレーザー５ｍＷを１００Ｈｚ周波
数で１０μｍ５ｅｃ、時間照射したところ、電圧信号が
得られ光−電圧変換が８来ることがわかった。
リッジ部にＨｅ−Ｎｅレーザー５ｍＷを１００Ｈｚ周波
数で１０μｍ５ｅｃ、時間照射したところ、電圧信号が
得られ光−電圧変換が８来ることがわかった。
実施例３
２μｍの段差６ａと６ｂとを有するＭｇＯ基板を用いて
、ＲＦマグネストロンスパッタ法でＢ１−３ｒ−Ｃａ−
Ｃｕ ＩｌＩを形成した。後熱処理（８２０℃、２時間
）を行った後、Ａｕをマスク蒸着で蒸着し、エツチング
して第３図に示す様に加工した。この様にして２つのジ
ョセフソン接合からなる超伝導量子干渉デバイスを実現
することが出来る。
、ＲＦマグネストロンスパッタ法でＢ１−３ｒ−Ｃａ−
Ｃｕ ＩｌＩを形成した。後熱処理（８２０℃、２時間
）を行った後、Ａｕをマスク蒸着で蒸着し、エツチング
して第３図に示す様に加工した。この様にして２つのジ
ョセフソン接合からなる超伝導量子干渉デバイスを実現
することが出来る。
このデバイスを液体窒素を用いて７７Ｋに冷却し、量子
干渉デバイスとして動作させる。この際には、引出し電
極２１．２２を通して信号の検出を行う。
干渉デバイスとして動作させる。この際には、引出し電
極２１．２２を通して信号の検出を行う。
（発明の効果）
以上説明した様に、本発明によって以下の効果が奏され
る。
る。
（１）ブリッジ部に金属が積層されている為に、微細加
工の際或は素子を動作させる際、最も劣化し易いブリッ
ジ部の劣化を抑えることが出来る。
工の際或は素子を動作させる際、最も劣化し易いブリッ
ジ部の劣化を抑えることが出来る。
（２）特に酸化物超伝導体は酸素量で変質し易い為、酸
素を通しに（い金属で覆うことで酸素量変化を抑えるこ
とも可能となる。
素を通しに（い金属で覆うことで酸素量変化を抑えるこ
とも可能となる。
（３）超伝導体の劣化を抑える為素子の歩留り並びに耐
久性が向上する。
久性が向上する。
第１図は実施例１の概念図、第２図は実施例２の概念図
、第３図は実施例３の概念図、第４図は従来のマイクロ
ブリッジ型ジョセフソン接合の形態を示した図、第５図
は準平面型マイクロブリッジを示す図である。 １：基板 ２．２１，２２：超伝導膜 ３：金属膜 ４ニブリッジ部 ５：電極 ６．６ａ、６ｂ：段差 第１図 （ａ） 第２図 第３図 第４図 第５図
、第３図は実施例３の概念図、第４図は従来のマイクロ
ブリッジ型ジョセフソン接合の形態を示した図、第５図
は準平面型マイクロブリッジを示す図である。 １：基板 ２．２１，２２：超伝導膜 ３：金属膜 ４ニブリッジ部 ５：電極 ６．６ａ、６ｂ：段差 第１図 （ａ） 第２図 第３図 第４図 第５図
Claims (6)
- （１）基体上に超伝導膜が形成され且つブリッジ部上に
は金属膜が積層されていることを特徴とするマイクロブ
リッジ型ジョセフソン接合素子。 - （２）超伝導膜が酸化物であり、化学組成をＡ−Ｂ−Ｃ
−Ｏと表すとき、Ａは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ
、Ｓｍ、Ｓｃ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、
Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｂｉ、Ｔｌ及びＹより成る群より選
ばれた一種以上の元素、ＢはＢａ、Ｃａ、Ｓｒ及びＰｂ
より成る群より選ばれた一種以上の元素、ＣはＶ、Ｔｉ
、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｃｄ及びＣｕ
より成る群より選ばれた一種以上の元素である請求項１
に記載のマイクロブリッジ型ジョセフソン接合素子。 - （３）金属膜がＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｉｎ及びＣｕ
から成る群より選ばれた一種以上の金属である請求項１
又は２に記載のマイクロブリッジ型ジョセフソン接合素
子。 - （４）金属膜の幅が、ブリッジ部のリンク長の１．５倍
以上である請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロブ
リッジ型ジョセフソン接合素子。 - （５）基体が段差を有する基板であり、その段差部分に
超伝導弱結合を有する超伝導膜を含んで構成される請求
項１〜４のいずれかに記載のマイクロブリッジ型ジョセ
フソン接合素子。 - （６）段差の高さが、超伝導膜の厚さの約１〜５倍であ
る請求項５に記載のマイクロブリッジ型ジョセフソン接
合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2221180A JPH04105372A (ja) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | マイクロブリッジ型ジョセフソン接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2221180A JPH04105372A (ja) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | マイクロブリッジ型ジョセフソン接合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04105372A true JPH04105372A (ja) | 1992-04-07 |
Family
ID=16762735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2221180A Pending JPH04105372A (ja) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | マイクロブリッジ型ジョセフソン接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04105372A (ja) |
-
1990
- 1990-08-24 JP JP2221180A patent/JPH04105372A/ja active Pending
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