JPH04192381A - ジョセフソン接合素子 - Google Patents

ジョセフソン接合素子

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JPH04192381A
JPH04192381A JP2320399A JP32039990A JPH04192381A JP H04192381 A JPH04192381 A JP H04192381A JP 2320399 A JP2320399 A JP 2320399A JP 32039990 A JP32039990 A JP 32039990A JP H04192381 A JPH04192381 A JP H04192381A
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JP
Japan
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thin film
josephson
weak
superconducting thin
josephson junction
Prior art date
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Pending
Application number
JP2320399A
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English (en)
Inventor
Kazuhiko Takahashi
和彦 高橋
Kazuhiro Shimaoka
島岡 一博
Maruo Jinno
丸男 神野
Masanobu Yoshisato
善里 順信
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は酸化物超電導体を用いたジョセフソン接合素子
に関し、特に、ジョセフソン弱結合部を上記酸化物超電
導体と同様の結晶構造を有するジョセフソン接合素子に
関する。
(ロ)従来の技術 ジョセフソン接合素子は、その高速性、低消費電力性の
ため半導体を凌ぐ高速素子として期待され、ジョセフソ
ンコンピュータの試作が精力的に進められている。この
ために試作されている素子嘴遺は、NbあるいはNbN
の間に、ごく薄い絶縁膜を挾んだトンネル接合型のもの
が主流を占めている。
一方、酸化物超電導体が高温の臨界温度を有することが
発見されて以来、この酸化物超電導体を用いるジョセフ
ソン接合素子の開発が進められている。
しかしながら、超電導体の臨界温度が高い超電導体はど
その超電導体のコヒーレンス長が短くなり、超電導臨界
温度が80に以上である酸化物超電導体においては、コ
ヒーレンス長はC軸方向で数十穴であり、ジョセフソン
接合素子を構成する超電導体・絶縁体(又は常電導体)
・超電導体における絶縁体(又は常電導体)(以下絶縁
体等という)の厚みをその超電導体のコヒーレンス長以
下に薄くする必要があり、また、ジョセフソン電流を大
きくするためには、その絶縁体等の結晶構造を隣接する
超電導体と同様にすることが必要である。
ところで、酸化物vi電導体を用いた従来のジョセフソ
ン接合素子として、YBaCuO/、Au/YBaCu
Oを基板上に積層したトンネル接合型ものが提案されて
いる(P、M、Mankiewich etc、 ’ 
FED HiSc−ED Workshop” Miy
agi−Zao、157.1988)。
しかしこの提案されたものにおいては、YBaCuOと
Auの界面における結晶構造の不連続性と、YBaCu
Oの、Au対接面における酸素濃度の減少によるY B
 a Cu0L7)超電導性の劣化とに基ずき、素子と
して動作するために必要な2つのYBaCuO間のジョ
セフソン電流を得ることは困難である。このため、Au
以外のバリヤー材料であって、YBaCuOとの反応性
に乏しく、且つYBaCuOと結晶性において相性のよ
い材料の選定が望まれている。
このような要望に応えるものとして、前述のAuに代わ
ってPrBaCuO酸化物薄膜を用いるものを検討した
。このPrBaCuOは絶縁性を示し、しかもその結晶
構造がYBaCuOと同じである。
ところが、このP rBacuo酸化物薄膜においては
、素子として動作するために必要なジョセフソン電流を
得るための10 ”/cm’以上のキャリヤ濃度を得る
ことができなかった。
(ハ) 発明が解決しようとする課題 本発明はかかる背景の下に、超電導体と絶縁体等の界面
における結晶構造の連続性の向上、超電導体の絶縁体等
との対接面における酸素欠乏の緩和及び絶縁体等におけ
る適正なキャリヤ濃度を得ることができるジョセフソン
接合素子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 本発明によるジョセフソン接合素子は、LnBa+CU
、O,(但し、LniiY、Yb、 Er、 Eu、 
Ho、Sm、 Ndの一種又は複数種からなる)酸化物
超電導薄膜の所定部位に、L n + −y P r 
y B a 2 Cu s O* (但し、0.1<y
<0.5)薄膜部を設け、この薄膜部をジョセフソン弱
結合部にしたことを特徴とするものである。
(ホ)作用 超電導薄膜を構成するLnBaxCu+O,と、絶縁体
等を構成するL n 1− y P r y B a 
r Cu r Otとが酸化物であって、同様の結晶構
造をもつため、前述の従来例におけるAuを用いたもの
に比して、超電導薄膜と絶縁体等の界面における結晶構
造の連続性を向上することができるとともに超電導薄膜
の絶縁体等との対接面における酸素の欠乏に対してもそ
の性質が維持されることがらその対接面近傍の酸素欠乏
を緩和する効果があり、超電導特性の劣化防止にもなる
。また、前記Ln+−,Pr、BatCLI+Otにお
けるyが0. x<y<o、 5であることがら、絶縁
体等における適正なキャリヤ濃度を得ることができ、ジ
ョセフソン接合素子として動作するために必要なジョセ
フソン電流を得ることができる。
(へ)実施例 〔第1実施例〕 この実施例はマイクロブリッジ型ジョセフソン接合素子
に関するものである。
第1図はマイクロブリッジ型ジョセフソン接合素子の斜
視図である。この図面がら明らかなように、基板1上に
LnBatCusO−(但し、Lni、tY、 Yb、
 Er、 Eu、 Ho、Sm、Ndの一種又は複数種
からなる)酸化物超電導薄膜2をスパッタリング法また
は蒸着法により数百λ〜数μmの厚さに形成する。基板
1としては、All0+、5rTi○8、LaAl0+
、LaGaO4、MgOを用いることができる。
実施例においては、基板lとしてMgOを用い、超電導
薄膜2としてYBatCu+0.組成のものをスパッタ
リング法により形成した。即ち、スパッタリング装置の
ペルジャー内の対抗電極の陽極側に基板1を載置すると
ともにその陽極を掻を接地し、陰極電極をY B a 
! Cu s O*酸化物超電導体の焼結体からなるタ
ーゲツト材にて構成する。ペルジャー内にアルゴンガス
を3.0〜30.0mTorrの圧力で供給するととも
に陰極電極に負の高い電圧を印加し、スパッタ出力を2
00〜250Wをして基板lに薄膜を形成した。
その後、基板1をペルジャー内から取り8巳て電気炉に
入れ、流量21/分の酸素雰囲気中において室温から1
℃/秒で940℃まで昇温し、940℃で10分間焼成
処理を行い、−20℃/秒で室温まで降温して、基板1
上にYBa+CLl+汎超電導薄膜2全超電導薄膜 次にこのようにして得られた超電導薄膜2に、7オトレ
ジスト、メタルマスク等を用いたパターニング、又はマ
スクレススパッタエツチングによるパターニングにより
、第1図に示すように弱結合部3を有するパターンを形
成する。実施例ではフォトレジストを用いたパターニン
グによりこのパターンを形成した。このときの弱結合部
3の長さ及び幅は0.1−100μmであった。
この弱結合部3に対して、Prをイオン注入して改質す
る。実施例においては、集束イオンビームによりPrを
加速電圧数KeV〜数百KeV、ドーズ量10”−10
” (イオン量/cm’)で注入した。その後500〜
650℃の熱処理により結晶性を回復させてジョセフソ
ン弱結合部を構成する薄膜4を形成した。X@回折によ
りで調べたところ(交流帯磁率で調べてもよい)、この
薄膜4はYl−、Pr、BatCusOx(但し、o、
 1<y<0.5)薄膜であり、常電導体であることが
分かった。上記yの値は加速電圧又はドーズ量を変える
ことにより調整することができる。
このような構成により、薄膜4を〜ジョセフソン弱結合
部とするジョセフソン接合素子を形成する。
尚、弱結合部3の厚みが大のときは、この弱結合部3を
イオンエツチングにより数十Å以下に巳で、旨をイオン
注入するようにすればよい。また、このように弱結合部
3の厚みを薄くしない場合には、FIBのチャンネリン
グ効果を利用してさらに深い層までPrをイオン注入す
るようにしてもよい。
改質によるジョセフソン弱結合部(薄膜)4の形成とし
て、以上の実施例ではPrのイオン注入による方法につ
いて説明したが、Prの熱拡散により弱結合部3を改質
するようにしてもよい。この場合には、弱結合部3上に
Pr*Q+の薄膜を100λ程度形成し、大気中で50
0〜650 ”Cの温度で熱処理することにより、’l
’1−yPryBatCusO−が形成される。
〔第2実施例〕 この実施例はトンネル接合型ジョセフソン接合素子に関
するものである。
第2図はトンネル接合型ジョセフソン接合素子の斜視図
である。この図面において、基板1上にLnBa+Cu
30.酸化物超電導薄膜2を形成する点においては、第
1実施例で形成したものを用いた。
この酸化物超電導薄膜2の一部にPrをイオン注入して
ジョセフソン弱結合部を構成する改質部5を形成する。
この場合のイオン注入の深さは、C軸方向のコヒーレン
ス長が短いことから、加速電圧が数百eV〜数十KeV
とされ、イオンの注入深さが浅く (数十Å以下)され
ている。このジョセフソン弱結合部(改質部)5は第1
実施例における薄膜4と同じ(Y+−yPryBaxc
u!○バ但し、0.1<y<0.5)薄膜であり、常電
導体であることが分かった。その後、この改質部5上に
LnBatCusO−酸化物超電導薄膜6を酸化物超電
導薄膜2と同じ方法で形成した。
このような構成により、改質部5をジョセフソン弱結合
部とするジョセフソン接合素子を形成する。
ジョセフソン弱結合部(改質部)5の形成法として、第
1実施例で説明したように、Prのイオン注入による方
法に代わってPrの熱拡散により改質部5を形成するよ
うにしてもよい。
以上の第1及び第2の実施例におけるジョセフソン弱結
合部を構成する薄膜4及び改質部5がYl−yPryB
a宜cusom(但し、0.1<y<o、 5)で構成
されているので、P r B a * Cu s Ox
で構成したものに比べてジョセフソン弱結合部における
キャリア濃度を1011/am″以上に高めることがで
きる。
また、以上の実施例においては、超電導薄膜としてYB
alCulO□組成のものを用いたが、この組成Yの代
わりにYb、 Er、 Eu、 Ha、 Sm、Ndの
一種又は複数種からなるもの、あるいはこれらとYとの
組み合わせからなるものを使用しもよい。
(ト)発明の効果 本発明によるジョセフソン接合素子は、LnBa+Cu
30m(但し、LnはY、 Yb、 Er、 Eu、 
Ho、Sm、Ndの一種又は複数種からなる)酸化物超
電導薄膜の所定部位に、Ln、−、Pr、BatCu+
Ox(但し、0.1<y(0,5)薄膜部を設け、この
薄膜部をジョセフソン弱結合部にしたことを特徴とする
ものであるから、次の効果を有する。即ち、超電導薄膜
を構成するLnBa、Cu、Olと、絶縁体等を構成す
るLr++−、Pr、Ba*Cu5Oxとが酸化物であ
って、同様の結晶構造をもつため、超電導薄膜と絶縁体
等の界面における結晶構造の連続性を向上することがで
きるとともに超電導薄膜の絶縁体等との対接面における
酸素の欠乏に対してもその性質が維持されることからそ
の対接面近傍の酸素欠乏を緩和する効果があり、超電導
特性の劣化防止にもなる。また、前記Ln+−アPr。
BafCuI帆におけるyがO,l<y<Q、 5であ
ることから、ジョセフソン弱結合部における適正なキャ
リヤ濃度を得ることができ、ジョセフソン接合素子とし
て動作するために必要なジョセフソン電流を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例を示し、第1図はマイクロブリ
ッジ型ジョセフソン接合素子の斜視図、第2図はトンネ
ル接合型ジョセフソン接合素子の斜視図である。 1−−一−−−−蚤板、2−−−−−−一酸化物超電導
薄膜、3−−−−−−−弱結合部、4−−−−−−−ジ
ョセフソン弱結合部(薄膜)、  3−−−−−m−・
ジョセフソン弱結合部(改質部)、6、−−−−−−一
俵化物超電導薄膜。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)LnBa_2Cu_3O_x(但し、LnはY、
    Yb、Er、Eu、Ho、Sm、Ndの一種又は複数種
    からなる)酸化物超電導薄膜の所定部位に、Ln_1_
    −_yPr_yBa_2Cu_3O_x(但し、0.1
    <y<0.5)薄膜部を設け、この薄膜部をジョセフソ
    ン弱結合部にしたことを特徴とするジョセフソン接合素
    子。
JP2320399A 1990-11-22 1990-11-22 ジョセフソン接合素子 Pending JPH04192381A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3968395A1 (en) * 2020-09-15 2022-03-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Oxide superconductor and method for manufacturing the same
EP3968396A1 (en) * 2020-09-15 2022-03-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Oxide superconductor and method for manufacturing the same

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US12156483B2 (en) 2020-09-15 2024-11-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Oxide superconductor and method for manufacturing same
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