JPH04273181A - ジョセフソン接合の作製方法 - Google Patents
ジョセフソン接合の作製方法Info
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- JPH04273181A JPH04273181A JP3058238A JP5823891A JPH04273181A JP H04273181 A JPH04273181 A JP H04273181A JP 3058238 A JP3058238 A JP 3058238A JP 5823891 A JP5823891 A JP 5823891A JP H04273181 A JPH04273181 A JP H04273181A
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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。
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高温酸化物超電導体
を用いたトランジスタ等のジョセフソン接合（ＳＩＳ）
を利用する電子デバイス素子の作製方法に関する。
を用いたトランジスタ等のジョセフソン接合（ＳＩＳ）
を利用する電子デバイス素子の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超電導体を利用する積層型ジョセ
フソン接合は、ＭｇＯ等の絶縁性基板上に、たとえばＹ
ｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導体薄膜をＹｂＢａ２
Ｃｕ４．５ Ｏｘ などの単一ターゲットを用いて作製
し、その後取り出してターゲットの交換を行ってＹｂＢ
ａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導薄膜上にＭｇＯ絶縁性薄膜
を形成し、さらにその上にＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ
超電導薄膜を形成することに作製される。
フソン接合は、ＭｇＯ等の絶縁性基板上に、たとえばＹ
ｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導体薄膜をＹｂＢａ２
Ｃｕ４．５ Ｏｘ などの単一ターゲットを用いて作製
し、その後取り出してターゲットの交換を行ってＹｂＢ
ａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導薄膜上にＭｇＯ絶縁性薄膜
を形成し、さらにその上にＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ
超電導薄膜を形成することに作製される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにし
て作製されたジョセフソン接合では、ターゲットの組成
ずれなどからエピタキシャル（単結晶）な超電導薄膜が
形成しにくいという問題があった。また、絶縁層にＭｇ
Ｏを用いた場合には、トンネルバリアである絶縁層と超
電導層との異種元素の界面の問題から急岐な界面が得に
くいという問題が生じるとともに、薄く平坦に形成しな
ければならない絶縁層にピンホールが発生したり、絶縁
層が島状に成長したりして良好なジョセフソン接合を形
成することが困難であるという問題があった。
て作製されたジョセフソン接合では、ターゲットの組成
ずれなどからエピタキシャル（単結晶）な超電導薄膜が
形成しにくいという問題があった。また、絶縁層にＭｇ
Ｏを用いた場合には、トンネルバリアである絶縁層と超
電導層との異種元素の界面の問題から急岐な界面が得に
くいという問題が生じるとともに、薄く平坦に形成しな
ければならない絶縁層にピンホールが発生したり、絶縁
層が島状に成長したりして良好なジョセフソン接合を形
成することが困難であるという問題があった。
【０００４】この発明は、エピタキシャルな超電導薄膜
が形成できるとともに、ピンホールのない薄い平坦な絶
縁層を形成することができ、急岐な界面が得られるジョ
セフソン接合の作製方法を提供することをその課題とす
る。
が形成できるとともに、ピンホールのない薄い平坦な絶
縁層を形成することができ、急岐な界面が得られるジョ
セフソン接合の作製方法を提供することをその課題とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明によるジョセフ
ソン接合の作製方法は、酸化物超電導体を用い、超電導
体、絶縁体、超電導体をこの順序で積層してジョセフソ
ン接合を作製する方法において、超電導組成の異なる１
部の物質を除き且つ互いに異なる組成からなる複数種類
のターゲットを用意し、この複数のターゲットを単一の
ベルジャー内に配置し、スパッタすべき前記ターゲット
を選択し且つ前記ターゲットへのスパッタ時間を各ター
ゲットの蒸着速度に応じて制御することにより、第１超
電導体層、絶縁体薄膜及び第２超電導体層を積層するこ
とを特徴とするものである。又、前記複数のターゲット
はベルジャー内でイオンビームに対向するように、回転
自在に取り付けられ、この回転時間を制御するように構
成することが好ましい。
ソン接合の作製方法は、酸化物超電導体を用い、超電導
体、絶縁体、超電導体をこの順序で積層してジョセフソ
ン接合を作製する方法において、超電導組成の異なる１
部の物質を除き且つ互いに異なる組成からなる複数種類
のターゲットを用意し、この複数のターゲットを単一の
ベルジャー内に配置し、スパッタすべき前記ターゲット
を選択し且つ前記ターゲットへのスパッタ時間を各ター
ゲットの蒸着速度に応じて制御することにより、第１超
電導体層、絶縁体薄膜及び第２超電導体層を積層するこ
とを特徴とするものである。又、前記複数のターゲット
はベルジャー内でイオンビームに対向するように、回転
自在に取り付けられ、この回転時間を制御するように構
成することが好ましい。
【０００６】更に、この発明は、例えば、複数のターゲ
ットを、Ｙｂ２Ｏ３，ＢａＣｕＯｘ，ＣｕＯで構成し、
Ｙｂ２Ｏ３，ＢａＣｕＯｘ，ＣｕＯターゲットへの夫々
のスパッタ時間を制御して、Ｙｂ２Ｏ３薄膜，ＢａＣｕ
Ｏｘ薄膜，ＣｕＯ薄膜をこの順序で積層した第１の超電
導体層を形成し、続いて、Ｙｂ２Ｏ３，ＢａＣｕＯｘタ
ーゲットへの夫々のスパッタ時間を制御して、Ｙｂ２Ｏ
３薄膜，ＢａＣｕＯｘ薄膜をこの順序で積層した絶縁層
を形成し、その後、Ｙｂ２Ｏ３，ＢａＣｕＯｘ，ＣｕＯ
ターゲットへの夫々のスパッタ時間を制御して、Ｙｂ２
Ｏ３薄膜，ＢａＣｕＯｘ薄膜，ＣｕＯ薄膜をこの順序で
積層した第２の超電導体層を形成するように構成すると
良い。
ットを、Ｙｂ２Ｏ３，ＢａＣｕＯｘ，ＣｕＯで構成し、
Ｙｂ２Ｏ３，ＢａＣｕＯｘ，ＣｕＯターゲットへの夫々
のスパッタ時間を制御して、Ｙｂ２Ｏ３薄膜，ＢａＣｕ
Ｏｘ薄膜，ＣｕＯ薄膜をこの順序で積層した第１の超電
導体層を形成し、続いて、Ｙｂ２Ｏ３，ＢａＣｕＯｘタ
ーゲットへの夫々のスパッタ時間を制御して、Ｙｂ２Ｏ
３薄膜，ＢａＣｕＯｘ薄膜をこの順序で積層した絶縁層
を形成し、その後、Ｙｂ２Ｏ３，ＢａＣｕＯｘ，ＣｕＯ
ターゲットへの夫々のスパッタ時間を制御して、Ｙｂ２
Ｏ３薄膜，ＢａＣｕＯｘ薄膜，ＣｕＯ薄膜をこの順序で
積層した第２の超電導体層を形成するように構成すると
良い。
【０００７】
【作用】同一のベルジャー内で複数種類のターゲットを
用い、それぞれのターゲットのスパッタ時間を制御する
ことにより、第１超電導体層、絶縁体薄膜および第２超
電導体層を積層する。従って、ターゲットの組成ずれな
どの発生がなくエピタキシャルな超電導薄膜が形成され
る。更に、エピタキシャル成長した超電導層及び絶縁層
を真空を破ることなく同一成分で、複数のターゲットを
用いて一層ずつ低温形成ができ、且つ夫々の界面におい
て、所定のターゲットの時間制御を行なうことで急岐な
界面を得ることができる。たとえば、薄膜を形成する場
合、１つのターゲットからＹ，Ｂａ，Ｃｕの構成元素を
同時に飛ばして、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘを形成するより
も、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘの結晶構造は、層状ペロブス
カイであるので、Ｙｂ２Ｏ３薄膜，ＢａＣｕＯｘ薄膜，
ＣｕＯ薄膜と一層ずつ積層させて形成する方がより高品
質な膜が形成できる。
用い、それぞれのターゲットのスパッタ時間を制御する
ことにより、第１超電導体層、絶縁体薄膜および第２超
電導体層を積層する。従って、ターゲットの組成ずれな
どの発生がなくエピタキシャルな超電導薄膜が形成され
る。更に、エピタキシャル成長した超電導層及び絶縁層
を真空を破ることなく同一成分で、複数のターゲットを
用いて一層ずつ低温形成ができ、且つ夫々の界面におい
て、所定のターゲットの時間制御を行なうことで急岐な
界面を得ることができる。たとえば、薄膜を形成する場
合、１つのターゲットからＹ，Ｂａ，Ｃｕの構成元素を
同時に飛ばして、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘを形成するより
も、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘの結晶構造は、層状ペロブス
カイであるので、Ｙｂ２Ｏ３薄膜，ＢａＣｕＯｘ薄膜，
ＣｕＯ薄膜と一層ずつ積層させて形成する方がより高品
質な膜が形成できる。
【０００８】
【実施例】以下、この発明の実施例につき図面に従い説
明する。この実施例においては、Ｙ系超電導体を用いた
場合の例について説明する。
明する。この実施例においては、Ｙ系超電導体を用いた
場合の例について説明する。
【０００９】図６はこの発明に用いて好適なイオンビー
ムスパッタリング装置の概略図である。この図６に従い
イオンビームスパッタリング装置について説明する。
ムスパッタリング装置の概略図である。この図６に従い
イオンビームスパッタリング装置について説明する。
【００１０】６１はベルジャーであり、メインの真空ポ
ンプ６２と補助ポンプ６３により、所定の真空度に設定
される。６４はベルジャー６１内の真空度を測定する真
空計である。
ンプ６２と補助ポンプ６３により、所定の真空度に設定
される。６４はベルジャー６１内の真空度を測定する真
空計である。
【００１１】６５は基板１０を保持し、且つ基板を加熱
する基板加熱ヒータである。７０はイオンの発生源とな
るメインガンであり、ガスボンベ７１から導入されるＡ
ｒガスをイオン化し、ターゲット表面に照射する。７２
はメインガン電源である。
する基板加熱ヒータである。７０はイオンの発生源とな
るメインガンであり、ガスボンベ７１から導入されるＡ
ｒガスをイオン化し、ターゲット表面に照射する。７２
はメインガン電源である。
【００１２】８０はアシストガンであり、ガスボンベ８
１から導入されるＯ２ガスをイオン化し、基板１０表面
に照射し、化合物の反応が基板付近で生じるように作用
する。８２はメインガン電源である。
１から導入されるＯ２ガスをイオン化し、基板１０表面
に照射し、化合物の反応が基板付近で生じるように作用
する。８２はメインガン電源である。
【００１３】９０はターゲットを保持するターゲット台
であり、このターゲット台９０は、ベルジャー６１内に
回転自在に取り付けられ、制御用コンピュータ９５によ
りその回転が制御される。このターゲット台９０には複
数のターゲット９１、９２、９３、９４が取り付けられ
、このターゲット台９０の回転を制御用コンピュータ９
５により制御することにより、メインガン７０に照射さ
れるターゲットが選択される。即ち、スパッタされるタ
ーゲットの時間を制御用コンピュータ９５により制御す
る。
であり、このターゲット台９０は、ベルジャー６１内に
回転自在に取り付けられ、制御用コンピュータ９５によ
りその回転が制御される。このターゲット台９０には複
数のターゲット９１、９２、９３、９４が取り付けられ
、このターゲット台９０の回転を制御用コンピュータ９
５により制御することにより、メインガン７０に照射さ
れるターゲットが選択される。即ち、スパッタされるタ
ーゲットの時間を制御用コンピュータ９５により制御す
る。
【００１４】次に、上記イオンビームスパッタ装置を用
いて、この発明によるジョセフソン接合の作製方法につ
いて説明する。
いて、この発明によるジョセフソン接合の作製方法につ
いて説明する。
【００１５】まず、図２に示すように、ＭｇＯ（１００
）基板１０上にＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導薄膜
２０をイオンビームスパッタリング装置を用いて形成す
る場合について説明する。表１は、ＭｇＯ基板１０上に
ＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導薄膜２０を形成した
際のスパッタ条件を、表２は酸素アシスト条件をそれぞ
れ示す。
）基板１０上にＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導薄膜
２０をイオンビームスパッタリング装置を用いて形成す
る場合について説明する。表１は、ＭｇＯ基板１０上に
ＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導薄膜２０を形成した
際のスパッタ条件を、表２は酸素アシスト条件をそれぞ
れ示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】ターゲットとしてＹｂ２ Ｏ３ 、ＢａＣ
ｕＯｘ 、ＣｕＯの３種のものを用いる。ターゲットと
して、この３種を選択したのは一番安定しているからで
ある。 各ターゲットの蒸着速度は、Ｙｂ２ Ｏ３ が０．０７
ｎｍ／ｍｉｎ、ＢａＣｕＯｘ が０．２７ｎｍ／ｍｉｎ
、ＣｕＯが０．２９ｎｍ／ｍｉｎであり、ターゲット台
９０の回転時間を制御することにより、ＭｇＯ基板１０
上にＹｂ２ Ｏ３ 層１、ＣｕＯ層２およびＢａＣｕＯ
ｘ 層３の３層からなる膜厚１ｎｍのＹｂＢａ２ Ｃｕ
３ Ｏｘ １ユニツトセル層を複数層形成した。基板温
度は６３０〜７００℃で、酸素アシストを同時に行い、
ａｓ−ｇｒｏｗｎでＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導
薄膜を作製した。即ち、ＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ を
蒸着させた後、６３０〜７００℃で熱処理を行ない結晶
化させて超電導薄膜を作成する。
ｕＯｘ 、ＣｕＯの３種のものを用いる。ターゲットと
して、この３種を選択したのは一番安定しているからで
ある。 各ターゲットの蒸着速度は、Ｙｂ２ Ｏ３ が０．０７
ｎｍ／ｍｉｎ、ＢａＣｕＯｘ が０．２７ｎｍ／ｍｉｎ
、ＣｕＯが０．２９ｎｍ／ｍｉｎであり、ターゲット台
９０の回転時間を制御することにより、ＭｇＯ基板１０
上にＹｂ２ Ｏ３ 層１、ＣｕＯ層２およびＢａＣｕＯ
ｘ 層３の３層からなる膜厚１ｎｍのＹｂＢａ２ Ｃｕ
３ Ｏｘ １ユニツトセル層を複数層形成した。基板温
度は６３０〜７００℃で、酸素アシストを同時に行い、
ａｓ−ｇｒｏｗｎでＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導
薄膜を作製した。即ち、ＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ を
蒸着させた後、６３０〜７００℃で熱処理を行ない結晶
化させて超電導薄膜を作成する。
【００１９】各ターゲットの回転時間は、例えば、以下
のように制御される。Ｙｂ２ Ｏ３ を１６１秒間スパ
ッタし、蒸着すると、０．０７×１６１／６０＝０．１
９ｎｍのＹｂ２ Ｏ３ １が蒸着される。ＢａＣｕＯｘ
を１５４秒間スパッタし、蒸着すると、０．２７×１
５４／６０＝０．７０ｎｍのＢａＣｕＯｘ ２が蒸着さ
れる。ＣｕＯを２２秒間スパッタし、蒸着すると、０．
２９×２２／６０＝０．１１ｎｍのＣｕＯ３が蒸着され
る。となり、図２に示すように合計約１ｎｍである。
のように制御される。Ｙｂ２ Ｏ３ を１６１秒間スパ
ッタし、蒸着すると、０．０７×１６１／６０＝０．１
９ｎｍのＹｂ２ Ｏ３ １が蒸着される。ＢａＣｕＯｘ
を１５４秒間スパッタし、蒸着すると、０．２７×１
５４／６０＝０．７０ｎｍのＢａＣｕＯｘ ２が蒸着さ
れる。ＣｕＯを２２秒間スパッタし、蒸着すると、０．
２９×２２／６０＝０．１１ｎｍのＣｕＯ３が蒸着され
る。となり、図２に示すように合計約１ｎｍである。
【００２０】面積は全て同じとすると、その１ｎｍ中に
Ｙｂ２ Ｏ３ 、ＢａＣｕＯｘ 、ＣｕＯの密度は以下
のようになる。Ｙｂ２ Ｏ３ は密度９．２２ｇ／ｃｍ
３、１モル３９４ｇであるから、 ９．２２×０．１９×１０−９÷３９４＝４．４×
１０−１２（モル）ゆえに、Ｙｂは４．４×１０−１２
×２＝８．８×１０−１２（モル）となる。ＢａＣｕＯ
ｘ は密度５．８２ｇ／ｃｍ３、１モル２３３ｇである
から、 ５．８２×０．７０×１０−９÷２３２＝１７．６
×１０−１２（モル）ゆえに、Ｂａ、Ｃｕとも１７．６
×１０−１２（モル）となる。ＣｕＯは密度６．５１ｇ
／ｃｍ３、１モル７９．６ｇであるから、 ６．５１×０．１１×１０−９÷７９．６＝９．０
×１０−１２（モル）ゆえに、Ｃｕは９．０×１０−１
２（モル）となる。即ち、Ｙｂ２ Ｏ３ 、ＢａＣｕＯ
ｘ 、ＣｕＯの３層からなる膜厚１ｎｍ中にＹｂは８．
８×１０−１２（モル）、Ｂａは１７．６×１０−１２
（モル）、Ｃｕは１７．６×１０−１２＋９．０×１０
−１２＝２６．６×１０−１２（モル）となる。従って
、Ｙｂ：Ｂａ：Ｃｕ≒１：２：３となる。
Ｙｂ２ Ｏ３ 、ＢａＣｕＯｘ 、ＣｕＯの密度は以下
のようになる。Ｙｂ２ Ｏ３ は密度９．２２ｇ／ｃｍ
３、１モル３９４ｇであるから、 ９．２２×０．１９×１０−９÷３９４＝４．４×
１０−１２（モル）ゆえに、Ｙｂは４．４×１０−１２
×２＝８．８×１０−１２（モル）となる。ＢａＣｕＯ
ｘ は密度５．８２ｇ／ｃｍ３、１モル２３３ｇである
から、 ５．８２×０．７０×１０−９÷２３２＝１７．６
×１０−１２（モル）ゆえに、Ｂａ、Ｃｕとも１７．６
×１０−１２（モル）となる。ＣｕＯは密度６．５１ｇ
／ｃｍ３、１モル７９．６ｇであるから、 ６．５１×０．１１×１０−９÷７９．６＝９．０
×１０−１２（モル）ゆえに、Ｃｕは９．０×１０−１
２（モル）となる。即ち、Ｙｂ２ Ｏ３ 、ＢａＣｕＯ
ｘ 、ＣｕＯの３層からなる膜厚１ｎｍ中にＹｂは８．
８×１０−１２（モル）、Ｂａは１７．６×１０−１２
（モル）、Ｃｕは１７．６×１０−１２＋９．０×１０
−１２＝２６．６×１０−１２（モル）となる。従って
、Ｙｂ：Ｂａ：Ｃｕ≒１：２：３となる。
【００２１】作製したＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電
導薄膜のＸ線回折パターンを図３に示す。このようにし
て作製された超電導膜は、Ｃ軸配向した単結晶膜で、臨
界温度が８０〜９０Ｋのものが得られた。
導薄膜のＸ線回折パターンを図３に示す。このようにし
て作製された超電導膜は、Ｃ軸配向した単結晶膜で、臨
界温度が８０〜９０Ｋのものが得られた。
【００２２】このようにマルチターゲットを用いること
により、単一のターゲットに比べ組成ずれを少なくし、
単結晶薄膜の形成が低温で容易となった。即ち、単一タ
ーゲット、例えばＹ１Ｂａ２Ｃｕ４．５Ｏｘ では、１
度にＹ，ＢＡ，Ｃｕを蒸着させるため、再現良くＹ１Ｂ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ を作製することは困難である。しかし
マルチターゲットの場合は、上述したように、一層毎組
成を組み合わせて蒸着させるため、再現良くＹ１Ｂａ２
Ｃｕ３Ｏｘを作製することができる。
により、単一のターゲットに比べ組成ずれを少なくし、
単結晶薄膜の形成が低温で容易となった。即ち、単一タ
ーゲット、例えばＹ１Ｂａ２Ｃｕ４．５Ｏｘ では、１
度にＹ，ＢＡ，Ｃｕを蒸着させるため、再現良くＹ１Ｂ
ａ２Ｃｕ３Ｏｘ を作製することは困難である。しかし
マルチターゲットの場合は、上述したように、一層毎組
成を組み合わせて蒸着させるため、再現良くＹ１Ｂａ２
Ｃｕ３Ｏｘを作製することができる。
【００２３】次に、図４に示すように、ＭｇＯ（１００
）基板１０上にＹｂ２ ＢａＣｕＯｘ 絶縁層３０をイ
オンビームスパッタリング装置を用いて形成する場合に
ついて説明する。
）基板１０上にＹｂ２ ＢａＣｕＯｘ 絶縁層３０をイ
オンビームスパッタリング装置を用いて形成する場合に
ついて説明する。
【００２４】表３は、ＭｇＯ基板１０上にＹｂ２ Ｂａ
ＣｕＯｘ 絶縁層３０を形成した際のスパッタ条件を、
表４は酸素アシスト条件をそれぞれ示す。
ＣｕＯｘ 絶縁層３０を形成した際のスパッタ条件を、
表４は酸素アシスト条件をそれぞれ示す。
【００２５】
【表３】
【００２６】
【表４】
【００２７】まず、上述したＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ
超電導薄膜の形成時と同じようにＹｂ２ Ｏ３ 、Ｂ
ａＣｕＯｘ の２種のターゲットの回転時間を制御する
ことにより、ＭｇＯ基板１０上にＹｂ２ Ｏ３ 層１お
よびＢａＣｕＯｘ 層３の２層からなる膜厚０．２ｎｍ
のＹｂ２ ＢａＣｕＯ５ １ユニツトセル層を複数層形
成した。絶縁層３０の膜厚は、コヒーレント長より短く
しなければならないため、厚くても数ｎｍのためこのよ
うに薄くつけていく必要がある。
超電導薄膜の形成時と同じようにＹｂ２ Ｏ３ 、Ｂ
ａＣｕＯｘ の２種のターゲットの回転時間を制御する
ことにより、ＭｇＯ基板１０上にＹｂ２ Ｏ３ 層１お
よびＢａＣｕＯｘ 層３の２層からなる膜厚０．２ｎｍ
のＹｂ２ ＢａＣｕＯ５ １ユニツトセル層を複数層形
成した。絶縁層３０の膜厚は、コヒーレント長より短く
しなければならないため、厚くても数ｎｍのためこのよ
うに薄くつけていく必要がある。
【００２８】基板温度は、６３０〜７００℃でａｓ−ｇ
ｒｏｗｎで絶縁層３０が形成できる。作製したＹｂ２
ＢａＣｕＯｘ 絶縁層３０のＸ線回折パターンを図５に
示すが、ａｓ−ｇｒｏｗｎでＹｂ２ ＢａＣｕＯｘ が
低温形成できている。また、ＭｇＯ絶縁層を同様に形成
した場合に比べピンホールもなく、島状成長も見られず
平坦な絶縁層が得られた。
ｒｏｗｎで絶縁層３０が形成できる。作製したＹｂ２
ＢａＣｕＯｘ 絶縁層３０のＸ線回折パターンを図５に
示すが、ａｓ−ｇｒｏｗｎでＹｂ２ ＢａＣｕＯｘ が
低温形成できている。また、ＭｇＯ絶縁層を同様に形成
した場合に比べピンホールもなく、島状成長も見られず
平坦な絶縁層が得られた。
【００２９】このように、数種のターゲットを用いるこ
とにより、ＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導体薄膜お
よびＹｂ２ ＢａＣｕＯｘ 絶縁層が同じ装置で形成で
きることがわかる。
とにより、ＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導体薄膜お
よびＹｂ２ ＢａＣｕＯｘ 絶縁層が同じ装置で形成で
きることがわかる。
【００３０】次に、図１に示すようなジョセフソン接合
の作製方法を示す。
の作製方法を示す。
【００３１】まず、ＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導
体の形成のときに述べたようにＭｇＯ等の絶縁性基板１
０上に、Ｙｂ２ Ｏ３ からスパッタして、ＣｕＯ、Ｂ
ａＣｕＯ２ と順にスパッタし、Ｙｂ２ Ｏ３ 層１、
ＣｕＯ層２およびＢａＣｕＯｘ 層３の３層からなるＹ
ｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ １ユニツトセル層を数１０層
形成し、膜厚５０〜２００ｎｍのＹｂＢａ２ Ｃｕ３
Ｏｘ 下側超電導層２０を形成する。
体の形成のときに述べたようにＭｇＯ等の絶縁性基板１
０上に、Ｙｂ２ Ｏ３ からスパッタして、ＣｕＯ、Ｂ
ａＣｕＯ２ と順にスパッタし、Ｙｂ２ Ｏ３ 層１、
ＣｕＯ層２およびＢａＣｕＯｘ 層３の３層からなるＹ
ｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ １ユニツトセル層を数１０層
形成し、膜厚５０〜２００ｎｍのＹｂＢａ２ Ｃｕ３
Ｏｘ 下側超電導層２０を形成する。
【００３２】そして、最後のＢａＣｕＯｘ 層３の形成
時間を（ＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ １ユニツトセル形
成に必要な時間＋Ｙｂ２ ＢａＣｕＯ５ １ユニット形
成に必要時間）だけスパッタすることにより、下側超電
導層２０の最上層であるＢａＣｕＯｘ 層３とその上に
形成される絶縁層３０の最下層であるＢａＣｕＯ２ 層
３とを形成する。
時間を（ＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ １ユニツトセル形
成に必要な時間＋Ｙｂ２ ＢａＣｕＯ５ １ユニット形
成に必要時間）だけスパッタすることにより、下側超電
導層２０の最上層であるＢａＣｕＯｘ 層３とその上に
形成される絶縁層３０の最下層であるＢａＣｕＯ２ 層
３とを形成する。
【００３３】次に、Ｙｂ２ Ｏ３ 層１を積層し、Ｙｂ
２Ｏ３ 層１およびＢａＣｕＯ２ 層３の２層からなる
Ｙｂ２ ＢａＣｕＯ５ １ユニツトセル層を１ユニット
形成する。そして、ＢａＣｕＯｘ 層３およびＹｂ２
Ｏ３ 層１を交互に積層し、膜厚３〜６ｎｍのＹｂ２
ＢａＣｕＯ５ 絶縁層３０を形成する。
２Ｏ３ 層１およびＢａＣｕＯ２ 層３の２層からなる
Ｙｂ２ ＢａＣｕＯ５ １ユニツトセル層を１ユニット
形成する。そして、ＢａＣｕＯｘ 層３およびＹｂ２
Ｏ３ 層１を交互に積層し、膜厚３〜６ｎｍのＹｂ２
ＢａＣｕＯ５ 絶縁層３０を形成する。
【００３４】そして、最後のＹｂ２ Ｏ３ 層３１の形
成時間を（Ｙｂ２ ＢａＣｕＯ５ １ユニツトセル形成
に必要な時間＋ＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ １ユニット
形成に必要時間）だけスパッタすることにより、絶縁層
３０の最上層であるＹｂ２ Ｏ３ 層１とその上に形成
される上側超電導層４０の最下層であるＹｂ２ Ｏ３
層１とを形成する。
成時間を（Ｙｂ２ ＢａＣｕＯ５ １ユニツトセル形成
に必要な時間＋ＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ １ユニット
形成に必要時間）だけスパッタすることにより、絶縁層
３０の最上層であるＹｂ２ Ｏ３ 層１とその上に形成
される上側超電導層４０の最下層であるＹｂ２ Ｏ３
層１とを形成する。
【００３５】次に、ＣｕＯ層２およびＢａＣｕＯｘ 層
３を順にスパッタし、Ｙｂ２ Ｏ３ 層１、ＣｕＯ層２
およびＢａＣｕＯｘ 層３の３層からなるＹｂＢａ２
Ｃｕ３ Ｏｘ １ユニツトセル層を１ユニット形成する
。そして、Ｙｂ２ Ｏ３ 層１、ＣｕＯ層２およびＢａ
ＣｕＯｘ 層３を順に積層し、ＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏ
ｘ １ユニツトセル層を数１０層形成して、膜厚１００
〜２００ｎｍのＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 上側超電導
層４０を形成する。
３を順にスパッタし、Ｙｂ２ Ｏ３ 層１、ＣｕＯ層２
およびＢａＣｕＯｘ 層３の３層からなるＹｂＢａ２
Ｃｕ３ Ｏｘ １ユニツトセル層を１ユニット形成する
。そして、Ｙｂ２ Ｏ３ 層１、ＣｕＯ層２およびＢａ
ＣｕＯｘ 層３を順に積層し、ＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏ
ｘ １ユニツトセル層を数１０層形成して、膜厚１００
〜２００ｎｍのＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 上側超電導
層４０を形成する。
【００３６】これにより、図１のようなジョセフソン接
合が得られる。
合が得られる。
【００３７】尚、上述した実施例においては、絶縁層に
Ｙｂ２ ＢａＣｕＯ５ を用いる場合について説明した
が、Ｙｂ２ Ｏ３、ＢａＣｕＯｘ 等を用いてもよい。
Ｙｂ２ ＢａＣｕＯ５ を用いる場合について説明した
が、Ｙｂ２ Ｏ３、ＢａＣｕＯｘ 等を用いてもよい。
【００３８】又、上述した実施例においては、イオンビ
ームスパッタリング法を用いた場合について説明したが
が、マグネトロンスパッタリング法、ＥＢ法においても
同様に用いることができる。
ームスパッタリング法を用いた場合について説明したが
が、マグネトロンスパッタリング法、ＥＢ法においても
同様に用いることができる。
【００３９】
【発明の効果】この発明によれば、エピタキシャル（単
結晶）な超電導薄膜を形成できるとともに、ピンホール
のない薄い平坦な絶縁層を形成することができ、急岐な
界面が得られる。
結晶）な超電導薄膜を形成できるとともに、ピンホール
のない薄い平坦な絶縁層を形成することができ、急岐な
界面が得られる。
【図１】この発明の方法により得られたジョセフソン接
合を示す断面図である。
合を示す断面図である。
【図２】ＭｇＯ基板上にイオンビームスパッタリング装
置を用いてＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導薄膜を形
成した状態を示す断面図である。
置を用いてＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導薄膜を形
成した状態を示す断面図である。
【図３】ＹｂＢａ２ Ｃｕ３ Ｏｘ 超電導薄膜のＸ線
回折パターンを示すグラフである。
回折パターンを示すグラフである。
【図４】ＭｇＯ基板上にイオンビームスパッタリング装
置を用いてＹｂ２ ＢａＣｕＯ５ 絶縁層を形成した状
態を示す断面図である。
置を用いてＹｂ２ ＢａＣｕＯ５ 絶縁層を形成した状
態を示す断面図である。
【図５】Ｙｂ２ ＢａＣｕＯ５ 絶縁層のＸ線回折パタ
ーンを示すグラフである。
ーンを示すグラフである。
【図６】この発明に用いて好適なイオンビームスパッタ
リング装置の概略図である。
リング装置の概略図である。
１０ 絶縁性基板
２０ 下側超電導層
３０ 絶縁層
４０ 上側超電導層
Claims (3)
- 【請求項１】 酸化物超電導体を用い、超電導体、絶
縁体、超電導体をこの順序で積層してジョセフソン接合
を作製する方法において、超電導組成の異なる１部の物
質を除き、且つ互いに異なる組成からなる複数種類のタ
ーゲットを用意し、この複数のターゲットを単一のベル
ジャー内に配置し、スパッタすべき前記ターゲットを選
択し、且つ前記ターゲットへのスパッタ時間を各ターゲ
ットの蒸着速度に応じて制御することにより、第１超電
導体層、絶縁体薄膜および第２超電導体層を積層するこ
とを特徴とするジョセフソン接合の作製方法。 - 【請求項２】 前記複数のターゲットはベルジャー内
でイオンビームに対向するように、回転自在に取り付け
られ、この回転時間を制御することを特徴とする請求項
１に記載のジョセフソン接合の作製方法。 - 【請求項３】 前記複数のターゲットは、Ｙｂ２Ｏ３
，ＢａＣｕＯｘ，ＣｕＯで構成され、Ｙｂ２Ｏ３，Ｂａ
ＣｕＯｘ，ＣｕＯターゲットへの夫々のスパッタ時間を
制御して、Ｙｂ２Ｏ３薄膜，ＢａＣｕＯｘ薄膜，ＣｕＯ
薄膜をこの順序で積層した第１の超電導体層を形成し、
続いて、Ｙｂ２Ｏ３，ＢａＣｕＯｘターゲットへの夫々
のスパッタ時間を制御して、Ｙｂ２Ｏ３薄膜，ＢａＣｕ
Ｏｘ薄膜をこの順序で積層した絶縁層を形成し、その後
、Ｙｂ２Ｏ３，ＢａＣｕＯｘ，ＣｕＯターゲットへの夫
々のスパッタ時間を制御して、Ｙｂ２Ｏ３薄膜，ＢａＣ
ｕＯｘ薄膜，ＣｕＯ薄膜をこの順序で積層した第２の超
電導体層を形成することを特徴とする請求項１又は２に
記載のジョセフソン接合の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058238A JP2983670B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | ジョセフソン接合の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058238A JP2983670B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | ジョセフソン接合の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04273181A true JPH04273181A (ja) | 1992-09-29 |
| JP2983670B2 JP2983670B2 (ja) | 1999-11-29 |
Family
ID=13078522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3058238A Expired - Fee Related JP2983670B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | ジョセフソン接合の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2983670B2 (ja) |
-
1991
- 1991-02-27 JP JP3058238A patent/JP2983670B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2983670B2 (ja) | 1999-11-29 |
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