JPH04188683A - プレーナ型トンネルジョセフソン素子及びその製造方法 - Google Patents
プレーナ型トンネルジョセフソン素子及びその製造方法Info
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- JPH04188683A JPH04188683A JP2313485A JP31348590A JPH04188683A JP H04188683 A JPH04188683 A JP H04188683A JP 2313485 A JP2313485 A JP 2313485A JP 31348590 A JP31348590 A JP 31348590A JP H04188683 A JPH04188683 A JP H04188683A
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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】
（イ）産業上の利用分野
本発明は、ＹＢａＣｕＯ系、Ｂ１５ｒＣａＣｕＯ系、Ｔ
（ＢａＣａＣｕＯ系などの高温酸化物超電導体を用いた
超電導体・絶縁体・超電導体のプレーナ型トンネルジョ
セフソン素子及びその製造方法に関する。
（ＢａＣａＣｕＯ系などの高温酸化物超電導体を用いた
超電導体・絶縁体・超電導体のプレーナ型トンネルジョ
セフソン素子及びその製造方法に関する。
（ロ）従来の技術
超電導薄膜を積層したトンネル接合型ジョセフソン素子
は、素子動作の安定性や再現性に優れるため、従来の金
属系超電導体を用いた接合では主流となっており、酸化
物超電導体を用いたものにおいてもその開発が急務であ
り、多くの研究機関で鋭意検討されている。
は、素子動作の安定性や再現性に優れるため、従来の金
属系超電導体を用いた接合では主流となっており、酸化
物超電導体を用いたものにおいてもその開発が急務であ
り、多くの研究機関で鋭意検討されている。
しかしながら、超電導体（Ｓ）・絶縁体（１）・超電導
体（Ｓ）接合では、トンネルバリアである絶縁体層を超
電導体のコヒーレンス長程度まで薄くする必要があり、
酸化物超電導体ではコヒーレンス長が数十Å以下と見積
られることより、絶縁体層の厚みを同程度にすることと
ともに、均質性がよく、ピンホール等の欠陥がないこと
とが要求されるが、製造に際してこれらの要求を満足す
ることは困難であった。
体（Ｓ）接合では、トンネルバリアである絶縁体層を超
電導体のコヒーレンス長程度まで薄くする必要があり、
酸化物超電導体ではコヒーレンス長が数十Å以下と見積
られることより、絶縁体層の厚みを同程度にすることと
ともに、均質性がよく、ピンホール等の欠陥がないこと
とが要求されるが、製造に際してこれらの要求を満足す
ることは困難であった。
（ハ〉 発明が解決しようとする課題
酸化物超電導体により上記Ｓｉ３型のジョセフンン接合
素子を製造する場合には、上述の問題の他に、酸化物特
有の次のような問題がある。
素子を製造する場合には、上述の問題の他に、酸化物特
有の次のような問題がある。
即ち、第１に、多結晶の酸化物超電導薄膜では、粒界に
進入した磁束の揺らぎ（ｆｌｕｃｔｕａｔｅ）による１
／ｆノイズ等の磁束ノイズの増大や超電導臨界電流の変
動等、超電導特性が不安定なものになる。このためＳ、
Ｉ、Ｓのいずれの層においても単結晶膜でヘテロエピタ
キシャル成長させる必要がある。この場合に単結晶セラ
ミック基板、例えばＭ ｇ Ｏ（１００）、（１１０）
、Ｓ ｒ Ｔ ｉ Ｏ５（１００）、（１１０）等の上
には酸化物超電導膜の単結晶化が可能であるが、層間絶
縁膜Ｉ （Ｍ ｇ Ｏ，Ａ ｌ ｔＯ−等） ノ良好な
単結晶化が困難である。
進入した磁束の揺らぎ（ｆｌｕｃｔｕａｔｅ）による１
／ｆノイズ等の磁束ノイズの増大や超電導臨界電流の変
動等、超電導特性が不安定なものになる。このためＳ、
Ｉ、Ｓのいずれの層においても単結晶膜でヘテロエピタ
キシャル成長させる必要がある。この場合に単結晶セラ
ミック基板、例えばＭ ｇ Ｏ（１００）、（１１０）
、Ｓ ｒ Ｔ ｉ Ｏ５（１００）、（１１０）等の上
には酸化物超電導膜の単結晶化が可能であるが、層間絶
縁膜Ｉ （Ｍ ｇ Ｏ，Ａ ｌ ｔＯ−等） ノ良好な
単結晶化が困難である。
第２に、酸化物超電導体は物性の異方性が太きく、ａｂ
面方向はＣ軸方向に比べて電気伝導性が１桁大きく、又
コヒーレンス長も同様に１桁大きい。このため超電導電
子対の移動し易さ及びコヒーレンス長に起因する絶縁層
厚みを考慮すると、基板に対してＣ軸を基板表面に平行
に倒−１ａｂ面方向に超電導電子対が移動する素子構造
が望まれる。しかし酸化物超電導膜は基板表面と直行方
向にＣ軸が配向する傾向が強く、その直行方向にａｂ面
方向を配向することはプロセス条件が大きく制約を受け
、極めて困難である。
面方向はＣ軸方向に比べて電気伝導性が１桁大きく、又
コヒーレンス長も同様に１桁大きい。このため超電導電
子対の移動し易さ及びコヒーレンス長に起因する絶縁層
厚みを考慮すると、基板に対してＣ軸を基板表面に平行
に倒−１ａｂ面方向に超電導電子対が移動する素子構造
が望まれる。しかし酸化物超電導膜は基板表面と直行方
向にＣ軸が配向する傾向が強く、その直行方向にａｂ面
方向を配向することはプロセス条件が大きく制約を受け
、極めて困難である。
本発明はかかる背景の下に発明されたものにして、酸化
物超電導体を用いた５−Ｉ−８型トンネルジョセフソン
接合の形成において、各Ｓ、 Ｉ、８層がエピタキシ
ャル成長し、又、超電導電子対がａｂ面方向に移動する
理想的な素子及びその製造方法を提供することを解決課
題とする。
物超電導体を用いた５−Ｉ−８型トンネルジョセフソン
接合の形成において、各Ｓ、 Ｉ、８層がエピタキシ
ャル成長し、又、超電導電子対がａｂ面方向に移動する
理想的な素子及びその製造方法を提供することを解決課
題とする。
（ニ）課題を解決するための手段
かかる解決課題を解決するため、本発明によるプレーナ
型トンネルジョセフソン素子は、単結晶基板の一部の表
面上に形成された第１の酸化物超電導薄膜と、この第１
の酸化物超電導薄膜の前記基板上の傾斜端面上に形成さ
れた絶縁膜と、この絶縁膜上及び前記基板の残余部上に
形成された第２の酸化物超電導薄膜とよりなるものであ
る。
型トンネルジョセフソン素子は、単結晶基板の一部の表
面上に形成された第１の酸化物超電導薄膜と、この第１
の酸化物超電導薄膜の前記基板上の傾斜端面上に形成さ
れた絶縁膜と、この絶縁膜上及び前記基板の残余部上に
形成された第２の酸化物超電導薄膜とよりなるものであ
る。
また、本発明によるプレーナ型トンネルジョセフソン素
子の製造方法は、単結晶基板の一部の表面上に第１の酸
化物超電導薄膜を形成する第１の工程と、前記基板の表
面上に位置する前記第１の酸化物超電導薄膜の端面を傾
斜面にする第２の工程と、前記傾斜面上及び前記基板の
残余部上に絶縁膜を形成する第３の工程と、前記傾斜面
上の絶縁膜及び前記基板の残余部上に絶縁膜の表面上に
第２の酸化物超電導薄膜を形成する第４の工程とよりな
るものである。
子の製造方法は、単結晶基板の一部の表面上に第１の酸
化物超電導薄膜を形成する第１の工程と、前記基板の表
面上に位置する前記第１の酸化物超電導薄膜の端面を傾
斜面にする第２の工程と、前記傾斜面上及び前記基板の
残余部上に絶縁膜を形成する第３の工程と、前記傾斜面
上の絶縁膜及び前記基板の残余部上に絶縁膜の表面上に
第２の酸化物超電導薄膜を形成する第４の工程とよりな
るものである。
（ホ）作用
本発明によるプレーナ型トンネルジョセフソン素子は、
第１の酸化物超電導薄膜の傾斜端面上の絶ＨＡ膜を介し
て第】及び第２の酸化物超電導薄膜が接合する構成であ
るから、前記基板の表面と平行方向、即ちａｂ面方向に
Ｓ−１−５型トンネルジョセフソン接合を有し、前記絶
縁膜のａｂ面方向の厚みをコヒーレンス長程度とするプ
レーナ型トンネルジョセフソン素子となる。
第１の酸化物超電導薄膜の傾斜端面上の絶ＨＡ膜を介し
て第】及び第２の酸化物超電導薄膜が接合する構成であ
るから、前記基板の表面と平行方向、即ちａｂ面方向に
Ｓ−１−５型トンネルジョセフソン接合を有し、前記絶
縁膜のａｂ面方向の厚みをコヒーレンス長程度とするプ
レーナ型トンネルジョセフソン素子となる。
また、本発明によるプレーナ型トンネルジョセフソン素
子の製造方法では、第２工程において前記基板の表面上
に位置する前記第１の酸化物超電導薄膜の端面を傾斜面
にするから、第３工程において形成される傾斜面上の絶
縁膜のａｂ面方向の厚みをコヒーレンス長程度とするこ
とができ、第１及び第２の酸化物超電導薄膜並びに絶縁
膜をいずれも基板の表面と直交方向にＣ軸が配向してエ
ピタキシャル成長させ、基板表面方向にａｂ面が形成さ
れ、この方向にＳＩＳ接合を形成することができる。
子の製造方法では、第２工程において前記基板の表面上
に位置する前記第１の酸化物超電導薄膜の端面を傾斜面
にするから、第３工程において形成される傾斜面上の絶
縁膜のａｂ面方向の厚みをコヒーレンス長程度とするこ
とができ、第１及び第２の酸化物超電導薄膜並びに絶縁
膜をいずれも基板の表面と直交方向にＣ軸が配向してエ
ピタキシャル成長させ、基板表面方向にａｂ面が形成さ
れ、この方向にＳＩＳ接合を形成することができる。
（へ）実施例
本発明の一実施例を図面に基ずいて説明する。
第１図は本発明によるプレーナ型トンネルジョセフソン
素子の模式断面図である。この図面において、単結晶基
板１の一部上に、第１の酸化物超電導薄膜２が形成され
ている。この薄膜２の端面は傾斜面３にされている。こ
の傾斜面３、薄膜２及び基板１の残余部上に絶縁膜４が
形成されている。さらに、この絶縁膜４上に第２の酸化
物超電導薄膜５が形成されている。
素子の模式断面図である。この図面において、単結晶基
板１の一部上に、第１の酸化物超電導薄膜２が形成され
ている。この薄膜２の端面は傾斜面３にされている。こ
の傾斜面３、薄膜２及び基板１の残余部上に絶縁膜４が
形成されている。さらに、この絶縁膜４上に第２の酸化
物超電導薄膜５が形成されている。
この場合に、第１及び第２の酸化物超電導薄膜２と５は
２０００人の膜厚に形成さノｔ、絶縁膜４は基板１の表
面の直行方向に２００人の膜厚に形成されているが、傾
斜面３の水平方向の膜厚は５０人程度である。
２０００人の膜厚に形成さノｔ、絶縁膜４は基板１の表
面の直行方向に２００人の膜厚に形成されているが、傾
斜面３の水平方向の膜厚は５０人程度である。
単結晶基板１としては、ＮＩｇＯ（１００）、ＳｒＴ
＋ Ｃ）＋（１００）などの単結晶セラミンク基板を用
いるが、基板の結晶方位は（１００）方向であることが
重要であり、これよｔ）良質な酸化物超電導薄膜がその
Ｃ軸が基板表面と直行方向であるように成長する。また
、基板表面がエピタキシャル層の欠陥発生に大きく影響
するので、その表面処理を入念に行う必要がある。表面
処理法としては、希釈酸溶液への浸漬が適している。こ
の溶液としては、Ｈｃｌ、ＨＮＯ，、Ｈ，ＰＯ，、Ｈ，
ＳＯ，の各希釈水溶液、エタノール溶液及び過酸化水素
水を一部加えた溶液などが代表的である。たとえば、０
．５〜１０重量？石のＨｃｌ溶液に５分間浸漬すれば表
面凹凸が格段に平滑化され、材料欠陥の少ない清浄面が
形成できる。この実施例においてはこの方法で基板表面
を清浄巳な。
＋ Ｃ）＋（１００）などの単結晶セラミンク基板を用
いるが、基板の結晶方位は（１００）方向であることが
重要であり、これよｔ）良質な酸化物超電導薄膜がその
Ｃ軸が基板表面と直行方向であるように成長する。また
、基板表面がエピタキシャル層の欠陥発生に大きく影響
するので、その表面処理を入念に行う必要がある。表面
処理法としては、希釈酸溶液への浸漬が適している。こ
の溶液としては、Ｈｃｌ、ＨＮＯ，、Ｈ，ＰＯ，、Ｈ，
ＳＯ，の各希釈水溶液、エタノール溶液及び過酸化水素
水を一部加えた溶液などが代表的である。たとえば、０
．５〜１０重量？石のＨｃｌ溶液に５分間浸漬すれば表
面凹凸が格段に平滑化され、材料欠陥の少ない清浄面が
形成できる。この実施例においてはこの方法で基板表面
を清浄巳な。
次に、第１及び第２の酸化物超電導薄膜２と５を、原料
としてハロゲン化物を用いた化学的気相成長（以下Ｃ〜
７Ｄという）法又は有機金属錯体を用いた金属錯体化学
的気相成長（以下Ｍ ＯＣＶ Ｄという）法で作成する
ことができるが、ＣＶ Ｄ法で作成した実施例を説明す
る。
としてハロゲン化物を用いた化学的気相成長（以下Ｃ〜
７Ｄという）法又は有機金属錯体を用いた金属錯体化学
的気相成長（以下Ｍ ＯＣＶ Ｄという）法で作成する
ことができるが、ＣＶ Ｄ法で作成した実施例を説明す
る。
第２図は実施例で用いるＣ〜′Ｄ装置の概念図である。
まずこの装置を用いて第１の超電導薄膜２の製造につい
て説明する。
て説明する。
この図面において、使用するＣ Ｖ Ｄ装置は、多元蒸
発管型のＨｏｔ Ｗａｌｌ型の装置である。即ち、反応
管が二重構造であり、外側反応管１１の内部に内側反応
管１２が設けられており、この内側反応管１２の内部に
４本の蒸発管１３〜１６が配置されている。この各蒸発
管には、目的とする超電導体の構成元素を含むハロゲン
化物であり、ソース材料である固形材料を配置する。こ
の実施例て゛は高温酸化物超電導体として、Ｂｉ２５ｒ
ｒＣａ。
発管型のＨｏｔ Ｗａｌｌ型の装置である。即ち、反応
管が二重構造であり、外側反応管１１の内部に内側反応
管１２が設けられており、この内側反応管１２の内部に
４本の蒸発管１３〜１６が配置されている。この各蒸発
管には、目的とする超電導体の構成元素を含むハロゲン
化物であり、ソース材料である固形材料を配置する。こ
の実施例て゛は高温酸化物超電導体として、Ｂｉ２５ｒ
ｒＣａ。
Ｃｕ、Ｏｘを用いる。このためその構成元素を含むハロ
ゲン化物であるＢｉＣ！１１７、Ｃｕ１１８、Ｃａ１．
］、９及びＳｒ１．２０の固形材料をボート上に配置す
る。この各蒸発管にはガス供給器２１からキャリアガス
としてＨｅガスが各蒸発管当り０．１〜５１ 、、、’
分供給され、各蒸発管の吐出側の内側反応管１２の内部
には混合部２２が形成される。外側反応管１】の内部に
おいて、この混合部２２に対抗する部位には、傾斜サセ
プタ２３上に基板ｌが載置されており、この外側反応管
１１には反応ガスとして、Ｏ，ガス０．１〜５２／分と
、５０〜７０℃に加熱したＨ ｔ Ｏ水にＨｅガスを１
．０〜５ｉ／分の流量でバブリングして得られたＨ、Ｏ
蒸気とＨｅガスの混合ガスとを併せて導入する。また、
外側反応管１１の周囲には各ソース材料と基板を加熱す
る抵抗加熱炉２５〜２９が設けられている。
ゲン化物であるＢｉＣ！１１７、Ｃｕ１１８、Ｃａ１．
］、９及びＳｒ１．２０の固形材料をボート上に配置す
る。この各蒸発管にはガス供給器２１からキャリアガス
としてＨｅガスが各蒸発管当り０．１〜５１ 、、、’
分供給され、各蒸発管の吐出側の内側反応管１２の内部
には混合部２２が形成される。外側反応管１】の内部に
おいて、この混合部２２に対抗する部位には、傾斜サセ
プタ２３上に基板ｌが載置されており、この外側反応管
１１には反応ガスとして、Ｏ，ガス０．１〜５２／分と
、５０〜７０℃に加熱したＨ ｔ Ｏ水にＨｅガスを１
．０〜５ｉ／分の流量でバブリングして得られたＨ、Ｏ
蒸気とＨｅガスの混合ガスとを併せて導入する。また、
外側反応管１１の周囲には各ソース材料と基板を加熱す
る抵抗加熱炉２５〜２９が設けられている。
この実施例では、各ソース材料の加熱温度をＢ＋（ｊ！
＋１７は１８０℃、Ｃｕ１１８は５００℃、Ｃａ１ｔ１
９は７８０℃、Ｓｒｌ、２０は８２０℃、基板１は８０
０〜８５０℃とした。また基板ｌと−ては表面処理を施
したＭｇ０（１００）単結晶基板を用いた。
＋１７は１８０℃、Ｃｕ１１８は５００℃、Ｃａ１ｔ１
９は７８０℃、Ｓｒｌ、２０は８２０℃、基板１は８０
０〜８５０℃とした。また基板ｌと−ては表面処理を施
したＭｇ０（１００）単結晶基板を用いた。
内側反応管１２の先端部に設けた混１部２２には、石英
ガラスウールが適量（５〜２０ｇ）均一に充填される。
ガラスウールが適量（５〜２０ｇ）均一に充填される。
この石英ガラスウールは非常に細かい繊維（１〜５μｍ
）で、透明石英ガラスを原料にしているため、Ｓ１０．
が９９．９８％以北と高純度であり、耐熱性、耐薬品性
に優れている。
）で、透明石英ガラスを原料にしているため、Ｓ１０．
が９９．９８％以北と高純度であり、耐熱性、耐薬品性
に優れている。
第２図においては、４本の蒸発管１３〜１６が上下に示
されているが、実際には内側反応ｇｆ１２の中に４本の
蒸発管が束状に配置されている。
されているが、実際には内側反応ｇｆ１２の中に４本の
蒸発管が束状に配置されている。
このように酸化物超電導体の構成元素のハロゲン化物を
各蒸発管に配置するのは、上記各構成元素の蒸発量を個
別に制御するためである。
各蒸発管に配置するのは、上記各構成元素の蒸発量を個
別に制御するためである。
この基板１上にＣＶＤ反応成長を行えば、Ｃ軸が基板に
垂直にエピタキシャル成長した第１の超電導薄膜２（第
１図参照）としてのＢｉ、Ｓｒ、Ｃａ ｌｃ ｕ ｓｅ
ｘ膜が成膜速度約１０００λ２／時で形成でき、薄膜２
の膜厚は５００〜２０００人程度が望まし程度尚、第２
図中、２４は流量計である。
垂直にエピタキシャル成長した第１の超電導薄膜２（第
１図参照）としてのＢｉ、Ｓｒ、Ｃａ ｌｃ ｕ ｓｅ
ｘ膜が成膜速度約１０００λ２／時で形成でき、薄膜２
の膜厚は５００〜２０００人程度が望まし程度尚、第２
図中、２４は流量計である。
次に、基板ｌ上の第１の超電導薄膜２の端面を傾斜面３
に形成する方法について説明する。
に形成する方法について説明する。
この方法として、反応性イオンエツチング法、Ａｒイオ
ンビームミリング法及びケミカルウニ・ントエツチング
法の３法のいずれかを利用することができる。
ンビームミリング法及びケミカルウニ・ントエツチング
法の３法のいずれかを利用することができる。
反応性イオンエツチング法で行うときにはＣＦ、とＯ７
の混合ガスを用いる。０．ガスの混入によりレジスト層
のエツチングが促進され、レジストの側壁がエツチング
中に後退することを利用して傾斜面３が自動的に形成さ
れる。この傾斜面の傾斜角度はＯ，ガスの混合比、高周
波電力などによって制御できる。
の混合ガスを用いる。０．ガスの混入によりレジスト層
のエツチングが促進され、レジストの側壁がエツチング
中に後退することを利用して傾斜面３が自動的に形成さ
れる。この傾斜面の傾斜角度はＯ，ガスの混合比、高周
波電力などによって制御できる。
反応性イオンエツチング装置は、容量結合方式又は平行
平板方式のいずれの型でもよい。反応管内のガス圧を０
． １−１０Ｔｏｒｒ、１３．５６ＭＨｚの高周波を数
十〜数百Ｗ程度外部高周波電極に印加すると、グロー放
電が生じ、エツチングが進ｉテする。
平板方式のいずれの型でもよい。反応管内のガス圧を０
． １−１０Ｔｏｒｒ、１３．５６ＭＨｚの高周波を数
十〜数百Ｗ程度外部高周波電極に印加すると、グロー放
電が生じ、エツチングが進ｉテする。
平行平板型反応性イオンエツチング装置のエツチング条
件の一例を第１表に示す。この条件で傾斜角８０’の傾
斜面３を形成することができた。
件の一例を第１表に示す。この条件で傾斜角８０’の傾
斜面３を形成することができた。
第１表
□
１０、ガス流量 −−−−−−−−−−−−−−一−２
０ＳＣＣ〜１１次に、Ａｒイオンビームミリングシ去で
テーパーエツチングを行うときには、次のようにすれば
よい。
０ＳＣＣ〜１１次に、Ａｒイオンビームミリングシ去で
テーパーエツチングを行うときには、次のようにすれば
よい。
第３図（ａ）に示すように、超電導薄膜２上にレジスト
（たとえばＡＺ−１３５０Ｊ ）のパターン６を形成し
た後に、同図（ｂ）に示すように入射角度をもたせたＡ
ｒ＋のイオンビーム７を照射し、同図（ｃ）に示すよう
にレジストパターン６を除去すれば、容易に所望の傾斜
面３が得られる。たとえば、使用ガスをアルゴン、加速
電圧を５００ｅ〜′、イオン電流密度を０．８５ｍＡ７
ｃｍ’、動作真空度を２Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ、入射角度
を７０°とすると、８０°の傾斜面３を形成できる。
（たとえばＡＺ−１３５０Ｊ ）のパターン６を形成し
た後に、同図（ｂ）に示すように入射角度をもたせたＡ
ｒ＋のイオンビーム７を照射し、同図（ｃ）に示すよう
にレジストパターン６を除去すれば、容易に所望の傾斜
面３が得られる。たとえば、使用ガスをアルゴン、加速
電圧を５００ｅ〜′、イオン電流密度を０．８５ｍＡ７
ｃｍ’、動作真空度を２Ｘ１０−’Ｔｏｒｒ、入射角度
を７０°とすると、８０°の傾斜面３を形成できる。
ケミカルウェットエツチング法でテーパーエツチングを
行うときには、第４図（ａ）に示すように、超電導薄膜
２上にレジスト（たとえばＡＺ−１３５０Ｊ）のパター
ン６を形成した後に、同図（ｂ）の矢印で示すようにエ
ツチングが進行する。即ち、エツチングは等方性を示す
。
行うときには、第４図（ａ）に示すように、超電導薄膜
２上にレジスト（たとえばＡＺ−１３５０Ｊ）のパター
ン６を形成した後に、同図（ｂ）の矢印で示すようにエ
ツチングが進行する。即ち、エツチングは等方性を示す
。
ドライエツチング法においても、プラズマエツチングは
反応機構が化学反応であり、等方性のため、ウェットエ
ツチング法と同じ意味合いで使用できるが、傾斜面３の
傾斜角の制御性については前述の反応性イオンエツチン
グ法やＡｒイオンビームミリング法に比べて劣る。
反応機構が化学反応であり、等方性のため、ウェットエ
ツチング法と同じ意味合いで使用できるが、傾斜面３の
傾斜角の制御性については前述の反応性イオンエツチン
グ法やＡｒイオンビームミリング法に比べて劣る。
以上に説明した反応性イオンエツチング法、Ａｒイオン
ビームミリング法及びケミカルウェットエツチング法の
いずれかの方法で傾斜端面３を形成した第１の超電導薄
膜２及び基板１上に絶縁膜４を形成する。
ビームミリング法及びケミカルウェットエツチング法の
いずれかの方法で傾斜端面３を形成した第１の超電導薄
膜２及び基板１上に絶縁膜４を形成する。
絶縁ｌｉｔ！ ４としては、ｘｉｇＯ，Ａｌ２Ｏ５等が
適しており、この絶縁膜の形成法と−では直進性の高い
電子ビーム蒸着法を用いるのがよい この蒸着法の蒸着条件は、たとえば加速電圧を１０ＫＶ
、エミッション電流を４０ｍＡ、基板温度を６５０℃、
成膜速度を５０人、７分としてＦ＆摸すれば、下地の超
電導薄膜２の結晶方位に沿ったＨｏｏ）単結晶絶縁膜４
を形成することができる。傾斜角８０°の傾斜面３を有
する超電導薄膜２の平坦面上に２００人の膜厚になるよ
うにＭｇ０（１００）をエピタキシャル成長させたとこ
ろ、傾斜面３上の水平面（ａｂ面）方向の膜厚は５０人
程度であった。
適しており、この絶縁膜の形成法と−では直進性の高い
電子ビーム蒸着法を用いるのがよい この蒸着法の蒸着条件は、たとえば加速電圧を１０ＫＶ
、エミッション電流を４０ｍＡ、基板温度を６５０℃、
成膜速度を５０人、７分としてＦ＆摸すれば、下地の超
電導薄膜２の結晶方位に沿ったＨｏｏ）単結晶絶縁膜４
を形成することができる。傾斜角８０°の傾斜面３を有
する超電導薄膜２の平坦面上に２００人の膜厚になるよ
うにＭｇ０（１００）をエピタキシャル成長させたとこ
ろ、傾斜面３上の水平面（ａｂ面）方向の膜厚は５０人
程度であった。
尚、絶縁膜４として、前述のＭｇＯ等に代わってＣａを
抜いたＢ１５ｒＣｕＯ（アキミツ相）を使用することが
できる。
抜いたＢ１５ｒＣｕＯ（アキミツ相）を使用することが
できる。
続いて、この絶縁膜４上に、第１の超電導薄膜２と同じ
成膜条件で第２の超電導薄膜５を形成した。
成膜条件で第２の超電導薄膜５を形成した。
このようにして、基板１の表面の水平方向にＳＩｓ構造
のトンネル型ジョセフソン接合ができ、ＳＩＳ型の１層
の長さを超電導体のａｂ面方向のコヒーレンス長程度に
することができる。
のトンネル型ジョセフソン接合ができ、ＳＩＳ型の１層
の長さを超電導体のａｂ面方向のコヒーレンス長程度に
することができる。
以上の如く、酸化物高温超電導体の異方性の利用と傾斜
面における絶縁膜の膜厚の制御性の向上により、良好な
ジョセフソン特性を示すＳＩＳ接合を形成することがで
きる。即ち、傾斜面３に形成された絶縁膜４によるトン
ネル障壁はその膜厚が極めて薄く、それを介して第１及
び第２の超電導薄膜２と５がａｂ面方向に対置している
ため、ａｂ面方向の超電導電子対のトンネリングが容易
である。一方、Ｃ軸方向は、絶縁膜４が比較的厚く、コ
ヒーレンス長がより短いため、超電導電子対のトンネリ
ングが難しい。
面における絶縁膜の膜厚の制御性の向上により、良好な
ジョセフソン特性を示すＳＩＳ接合を形成することがで
きる。即ち、傾斜面３に形成された絶縁膜４によるトン
ネル障壁はその膜厚が極めて薄く、それを介して第１及
び第２の超電導薄膜２と５がａｂ面方向に対置している
ため、ａｂ面方向の超電導電子対のトンネリングが容易
である。一方、Ｃ軸方向は、絶縁膜４が比較的厚く、コ
ヒーレンス長がより短いため、超電導電子対のトンネリ
ングが難しい。
第】及び第２の超電導薄膜２と５をＣＶＤ法によるエピ
タキシャル膜で形成するので、この膜中にトラップされ
た磁束の影響を排除することができ、超電導臨界電流値
の安定など接合特性の向上二二寄与するものとなる。
タキシャル膜で形成するので、この膜中にトラップされ
た磁束の影響を排除することができ、超電導臨界電流値
の安定など接合特性の向上二二寄与するものとなる。
（ト）発明の効果
本発明によるプレーナ型トンネルジョセフソン素子は、
単結晶基板の一部の表面上に形成された第１の酸化物超
電導薄膜と、この第１の酸化物超電導薄膜の前記基板上
の傾斜端面上に形成された絶縁膜と、この絶縁膜上及び
前記基板の残余部上に形成された第２の酸化物超電導薄
膜とよりなるものであるから、前記基板の表面と平行方
向、即ちａｂ面方向にＳ・■・Ｓ型トンネルジョセフソ
ン接合を有し、前記絶縁膜のａｂ面方向の厚みをコヒー
レンス長程度とするプレーナ型トンネルジョセフソン素
子となる。
単結晶基板の一部の表面上に形成された第１の酸化物超
電導薄膜と、この第１の酸化物超電導薄膜の前記基板上
の傾斜端面上に形成された絶縁膜と、この絶縁膜上及び
前記基板の残余部上に形成された第２の酸化物超電導薄
膜とよりなるものであるから、前記基板の表面と平行方
向、即ちａｂ面方向にＳ・■・Ｓ型トンネルジョセフソ
ン接合を有し、前記絶縁膜のａｂ面方向の厚みをコヒー
レンス長程度とするプレーナ型トンネルジョセフソン素
子となる。
また、本発明によるプレーナ型トンネルジョセフソン素
子の製造方法は、単結晶基板の一部の表面上に第１の酸
化物超電導薄膜を形成する第１の工程と、前記基板の表
面上に位置する前記第１の酸化物超電導薄膜の端面を傾
斜面にする第２の工程と、前記傾斜面上及び前記基板の
残余部上に絶縁膜を形成する第３の工程と、前記傾斜面
上の絶縁膜及び前記基板の残余部上に絶縁膜の表面上に
第２の酸化物超電導薄膜を形成する第４の工程とよりな
るものであるから、第２工程において前記基板の表面上
に位置する前記第１の酸化物超電導薄膜の端面を傾斜面
にするから、第３工程において形成される傾斜面上の絶
縁膜のａｂ面方向の厚みをコヒーレンス長程度とするこ
とができ、第１及び第２の酸化物超電導薄膜並びに絶縁
膜をいずれも基板の表面と直交方向にＣ軸が配向してエ
ピタキシャル成長させ、基板表面方向にａｂ面が形成さ
れ、この方向にＳＩＳ接合を形成することができる。
子の製造方法は、単結晶基板の一部の表面上に第１の酸
化物超電導薄膜を形成する第１の工程と、前記基板の表
面上に位置する前記第１の酸化物超電導薄膜の端面を傾
斜面にする第２の工程と、前記傾斜面上及び前記基板の
残余部上に絶縁膜を形成する第３の工程と、前記傾斜面
上の絶縁膜及び前記基板の残余部上に絶縁膜の表面上に
第２の酸化物超電導薄膜を形成する第４の工程とよりな
るものであるから、第２工程において前記基板の表面上
に位置する前記第１の酸化物超電導薄膜の端面を傾斜面
にするから、第３工程において形成される傾斜面上の絶
縁膜のａｂ面方向の厚みをコヒーレンス長程度とするこ
とができ、第１及び第２の酸化物超電導薄膜並びに絶縁
膜をいずれも基板の表面と直交方向にＣ軸が配向してエ
ピタキシャル成長させ、基板表面方向にａｂ面が形成さ
れ、この方向にＳＩＳ接合を形成することができる。
図面は本発明の一実施例を示し、第１図はジョセフソン
素子の要部拡大断面図、第２図は実施例で用いる化学的
気相成長装置の概念図、第３図（ａ ）（ｂ ）（ｃ
）はＡｒイオンビームミリングの説明図、第４図（ａ）
（ｂ）はウエントエッチングの説明図である。 １、−−−−−−一羞板、２．５−−−−−−一酸化物
超電導薄膜、３−〜−−−−−−傾斜面、４−−−−−
−−一葡縁膜、１１−−−−−−−一外側反応管、】２
−−−−一一一−−内側反応管、１３〜１６−−−−−
−−一蒸発管、１７〜２０−−−−−−−−ソース材料
、２１−−−−−−−−ガス供給機、２２−一−−−−
−−混合部、２３−−−−−−−−サセプタ、２５〜２
９−−−−−−一祇抗加熱炉。
素子の要部拡大断面図、第２図は実施例で用いる化学的
気相成長装置の概念図、第３図（ａ ）（ｂ ）（ｃ
）はＡｒイオンビームミリングの説明図、第４図（ａ）
（ｂ）はウエントエッチングの説明図である。 １、−−−−−−一羞板、２．５−−−−−−一酸化物
超電導薄膜、３−〜−−−−−−傾斜面、４−−−−−
−−一葡縁膜、１１−−−−−−−一外側反応管、】２
−−−−一一一−−内側反応管、１３〜１６−−−−−
−−一蒸発管、１７〜２０−−−−−−−−ソース材料
、２１−−−−−−−−ガス供給機、２２−一−−−−
−−混合部、２３−−−−−−−−サセプタ、２５〜２
９−−−−−−一祇抗加熱炉。
Claims (2)
- （１）単結晶基板の一部の表面上に形成された第１の酸
化物超電導薄膜と、 この第１の酸化物超電導薄膜の前記基板上の傾斜端面上
に形成された絶縁膜と、 この絶縁膜上及び前記基板の残余部上に形成された第２
の酸化物超電導薄膜とよりなるプレーナ型トンネルジョ
セフソン素子。 - （２）単結晶基板の一部の表面上に第１の酸化物超電導
薄膜を形成する第１の工程と、 前記基板の表面上に位置する前記第１の酸化物超電導薄
膜の端面を傾斜面にする第２の工程と、前記傾斜面上及
び前記基板の残余部上に絶縁膜を形成する第３の工程と
、 前記傾斜面上の絶縁膜及び前記基板の残余部上に絶縁膜
の表面上に第２の酸化物超電導薄膜を形成する第４の工
程とよりなるプレーナ型トンネルジョセフソン素子の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2313485A JPH04188683A (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | プレーナ型トンネルジョセフソン素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2313485A JPH04188683A (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | プレーナ型トンネルジョセフソン素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04188683A true JPH04188683A (ja) | 1992-07-07 |
Family
ID=18041878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2313485A Pending JPH04188683A (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | プレーナ型トンネルジョセフソン素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04188683A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012024983A (ja) * | 2010-07-21 | 2012-02-09 | Shibuya Kogyo Co Ltd | 脆性材料の面取り方法とその装置 |
| JPWO2023199419A1 (ja) * | 2022-04-13 | 2023-10-19 |
-
1990
- 1990-11-19 JP JP2313485A patent/JPH04188683A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012024983A (ja) * | 2010-07-21 | 2012-02-09 | Shibuya Kogyo Co Ltd | 脆性材料の面取り方法とその装置 |
| JPWO2023199419A1 (ja) * | 2022-04-13 | 2023-10-19 | ||
| WO2023199419A1 (ja) * | 2022-04-13 | 2023-10-19 | 富士通株式会社 | ジョセフソン接合素子、量子デバイス及びジョセフソン接合素子の製造方法 |
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