JPH05110151A - ジヨセフソン接合素子およびその製造方法 - Google Patents
ジヨセフソン接合素子およびその製造方法Info
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- JPH05110151A JPH05110151A JP3271235A JP27123591A JPH05110151A JP H05110151 A JPH05110151 A JP H05110151A JP 3271235 A JP3271235 A JP 3271235A JP 27123591 A JP27123591 A JP 27123591A JP H05110151 A JPH05110151 A JP H05110151A
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- electrode
- substrate
- superconductor
- josephson junction
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ジョセフソン接合素子において、超電導体よ
りなる二つ電極間の境目を一つの粒界面とする 【構成】 例えばＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 等により構成さ
れた基板１の表面に、Ｙ系超電導体のｃ軸が基板１の表
面に対して垂直に配向したｃ軸配向膜２を形成する。次
に、このｃ軸配向膜２の上に、Ｙ系超電導体のａ軸が基
板１の表面に対して垂直に配向したａ軸配向膜３を形成
する。ｃ軸配向膜２およびａ軸配向膜３は電極を構成す
る。
りなる二つ電極間の境目を一つの粒界面とする 【構成】 例えばＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3 等により構成さ
れた基板１の表面に、Ｙ系超電導体のｃ軸が基板１の表
面に対して垂直に配向したｃ軸配向膜２を形成する。次
に、このｃ軸配向膜２の上に、Ｙ系超電導体のａ軸が基
板１の表面に対して垂直に配向したａ軸配向膜３を形成
する。ｃ軸配向膜２およびａ軸配向膜３は電極を構成す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高感度磁気センサ（Ｓ
ＱＵＩＤ）、赤外線センサ等各種センサ、及び演算器、
増幅器等の素子に応用されるジョセフソン接合素子およ
びその製造方法に関するものである。
ＱＵＩＤ）、赤外線センサ等各種センサ、及び演算器、
増幅器等の素子に応用されるジョセフソン接合素子およ
びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属酸化物系超電導体を用いたジ
ョセフソン接合素子としては、例えば特開平２−２６４
４８６に開示された、粒界型ジョセフソン接合素子（ま
たは弱結合型ジョセフソン接合素子）がある。
ョセフソン接合素子としては、例えば特開平２−２６４
４８６に開示された、粒界型ジョセフソン接合素子（ま
たは弱結合型ジョセフソン接合素子）がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例で
は、無数にある粒界がそれぞれ接合として機能するの
で、そのジョセフソン接合素子を用いてセンサ等を形成
した場合、非常に雑音が大きくなることが指摘されてい
る。また、粒界がたくさん存在するほど、ジョセフソン
接合素子の電流電圧特性において、臨界電流を超えたと
きの電圧の立ち上がりが鋭くなくなり、例えば磁気セン
サ等にした場合、磁場の変化に対する電圧の変化が小さ
くなり、感度が小さくなる。
は、無数にある粒界がそれぞれ接合として機能するの
で、そのジョセフソン接合素子を用いてセンサ等を形成
した場合、非常に雑音が大きくなることが指摘されてい
る。また、粒界がたくさん存在するほど、ジョセフソン
接合素子の電流電圧特性において、臨界電流を超えたと
きの電圧の立ち上がりが鋭くなくなり、例えば磁気セン
サ等にした場合、磁場の変化に対する電圧の変化が小さ
くなり、感度が小さくなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属酸化物超
電導体により構成された二つの電極において、その結晶
構造の配向性の選定により、ジョセフソン効果の生じる
粒界を単一にできるという発明者の知見に基づくもので
あり、金属酸化物超電導体を用いた粒界型のジョセフソ
ン接合素子において、或る一定の配向性を有する金属酸
化物超電導体により構成された第１の電極と、前記金属
酸化物超電導体とは別の配向性を持つ金属酸化物超電導
体により構成された第２の電極と、を基板上に具備し、
前記第１の電極と第２の電極とが接触した構造であると
いう技術的手段を採用したものである。
電導体により構成された二つの電極において、その結晶
構造の配向性の選定により、ジョセフソン効果の生じる
粒界を単一にできるという発明者の知見に基づくもので
あり、金属酸化物超電導体を用いた粒界型のジョセフソ
ン接合素子において、或る一定の配向性を有する金属酸
化物超電導体により構成された第１の電極と、前記金属
酸化物超電導体とは別の配向性を持つ金属酸化物超電導
体により構成された第２の電極と、を基板上に具備し、
前記第１の電極と第２の電極とが接触した構造であると
いう技術的手段を採用したものである。
【０００５】本発明においては、両金属酸化物超電導体
を、化学式ＹＢａ2Ｃｕ3 Ｏy （但し、６＜ｙ≦７）で
表される金属酸化物超電導体により構成し、第１の電極
を、超電導体の結晶構造のｃ軸が前記基板の表面に対し
て垂直に配向した膜により構成し、第２の電極を、超電
導体の結晶構造のｃ軸が基板の表面に対して平行に配向
した膜により構成することができる。
を、化学式ＹＢａ2Ｃｕ3 Ｏy （但し、６＜ｙ≦７）で
表される金属酸化物超電導体により構成し、第１の電極
を、超電導体の結晶構造のｃ軸が前記基板の表面に対し
て垂直に配向した膜により構成し、第２の電極を、超電
導体の結晶構造のｃ軸が基板の表面に対して平行に配向
した膜により構成することができる。
【０００６】また、第１の電極を、上記超電導体の結晶
構造のｃ軸が基板の表面に対して垂直に配向した膜によ
り構成し、第２の電極を、上記超電導体の結晶構造の
［１１０］方向が基板の表面に対して垂直に配向した膜
により構成してもよい。さらには、第１の電極を、上記
超電導体の結晶構造の［１１０］方向が基板の表面に対
して垂直に配向した膜により構成し、第２の電極を、上
記超電導体の結晶構造のｃ軸が基板の表面に対して平行
に配向した膜により構成してもよい。
構造のｃ軸が基板の表面に対して垂直に配向した膜によ
り構成し、第２の電極を、上記超電導体の結晶構造の
［１１０］方向が基板の表面に対して垂直に配向した膜
により構成してもよい。さらには、第１の電極を、上記
超電導体の結晶構造の［１１０］方向が基板の表面に対
して垂直に配向した膜により構成し、第２の電極を、上
記超電導体の結晶構造のｃ軸が基板の表面に対して平行
に配向した膜により構成してもよい。
【０００７】本発明によれば、第１、第２の電極を構成
する膜は、物理蒸着法を用いて所定の基板温度で成膜す
ることにより構成することができる。該基板温度は上記
の結晶構造の配向性により異なり、請求項５〜７で記載
したとおりである。
する膜は、物理蒸着法を用いて所定の基板温度で成膜す
ることにより構成することができる。該基板温度は上記
の結晶構造の配向性により異なり、請求項５〜７で記載
したとおりである。
【０００８】
【発明の作用効果】本発明においては電流の流れる方向
に対して一つの粒界面を有する構成とすることができ、
従ってジョセフソン効果が生じる粒界が単一であるの
で、センサ等に形成した場合、雑音が小さく高感度とな
る。
に対して一つの粒界面を有する構成とすることができ、
従ってジョセフソン効果が生じる粒界が単一であるの
で、センサ等に形成した場合、雑音が小さく高感度とな
る。
【０００９】
【実施例】図１において、１は前記絶縁性基板であり、
例えばＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ3 等により構成されている。
２は例えばＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy の金属酸化物超電導体に
より構成された第１の電極を形成する膜であり、基板１
上に形成されている。該膜２はそのｃ軸が基板１の表面
に対して垂直に配向したｃ軸配向となっている。３は例
えばＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy の金属酸化物超電導体により構
成された第２の電極を形成する膜であり、膜２の上に形
成されている。該膜３はそのｃ軸が基板１の表面に対し
て平行に配向したａ軸配向となっている。
例えばＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ3 等により構成されている。
２は例えばＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy の金属酸化物超電導体に
より構成された第１の電極を形成する膜であり、基板１
上に形成されている。該膜２はそのｃ軸が基板１の表面
に対して垂直に配向したｃ軸配向となっている。３は例
えばＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy の金属酸化物超電導体により構
成された第２の電極を形成する膜であり、膜２の上に形
成されている。該膜３はそのｃ軸が基板１の表面に対し
て平行に配向したａ軸配向となっている。
【００１０】かかる構成によれば、第１の電極２と第２
の電極３との配向性が異なるので、両電極２、３の境目
が一つの粒界面となる。つまり、電流の流れる方向に対
し一つの粒界面を持つジョセフソン接合となる。
の電極３との配向性が異なるので、両電極２、３の境目
が一つの粒界面となる。つまり、電流の流れる方向に対
し一つの粒界面を持つジョセフソン接合となる。
【００１１】なお、第１の電極２と第２の電極３との配
向性は逆でもよく、また第１の電極２および第２の電極
３とはｃ軸配向膜とａ軸配向膜の組み合わせだけでな
く、ｃ軸配向膜と超電導体の［１１０］方向が基板表面
に垂直に配向した［１１０］配向膜の組み合わせ、或い
は［１１０］配向膜とａ軸配向膜の組み合わせ等、第１
の電極２と第２の電極３との配向性が異なっていればよ
い。
向性は逆でもよく、また第１の電極２および第２の電極
３とはｃ軸配向膜とａ軸配向膜の組み合わせだけでな
く、ｃ軸配向膜と超電導体の［１１０］方向が基板表面
に垂直に配向した［１１０］配向膜の組み合わせ、或い
は［１１０］配向膜とａ軸配向膜の組み合わせ等、第１
の電極２と第２の電極３との配向性が異なっていればよ
い。
【００１２】また、図１に示されるような積層型のみで
なく、図２に示されるような平面型であってもよい。こ
のような構成のジョセフソン接合の作製法として、基板
に何ら手を加えずとも、物理蒸着における成膜条件によ
り配向性の異なる膜を成膜しわけることが、本発明の作
製法上の特徴である。配向性は、蒸着時の基板温度、酸
素分圧等の影響を受けるが、一番支配的な要因は基板温
度である。図３に基板温度と配向性との関係を示す。配
向性に関しては、Ｘ線回折による測定で、［００６］、
［１１０］、［２００］からの３つの回折ピークのう
ち、ピーク強度が３つのピーク強度の合計の９０％以上
を占める強度を持つものについて、それが［００６］で
あればｃ軸配向、［１１０］であれば［１１０］配向、
［２００］であればａ軸配向として示した。
なく、図２に示されるような平面型であってもよい。こ
のような構成のジョセフソン接合の作製法として、基板
に何ら手を加えずとも、物理蒸着における成膜条件によ
り配向性の異なる膜を成膜しわけることが、本発明の作
製法上の特徴である。配向性は、蒸着時の基板温度、酸
素分圧等の影響を受けるが、一番支配的な要因は基板温
度である。図３に基板温度と配向性との関係を示す。配
向性に関しては、Ｘ線回折による測定で、［００６］、
［１１０］、［２００］からの３つの回折ピークのう
ち、ピーク強度が３つのピーク強度の合計の９０％以上
を占める強度を持つものについて、それが［００６］で
あればｃ軸配向、［１１０］であれば［１１０］配向、
［２００］であればａ軸配向として示した。
【００１３】ａ軸配向膜は、図３図より基板温度４００
℃〜６２０℃、［１１０］配向膜は基板温度５００℃〜
６５０℃、ｃ軸配向膜は６３０℃〜８００℃において得
られる。つまり、本発明における構成のジョセフソン接
合を作製するために、それぞれ上記の基板温度で成膜す
れば、望みの配向性を持つ膜が得られる。
℃〜６２０℃、［１１０］配向膜は基板温度５００℃〜
６５０℃、ｃ軸配向膜は６３０℃〜８００℃において得
られる。つまり、本発明における構成のジョセフソン接
合を作製するために、それぞれ上記の基板温度で成膜す
れば、望みの配向性を持つ膜が得られる。
【００１４】（例１）積層型の作製例を図４に示す。図
４は左側が断面図で右側が平面図である。先ず、ｒｆマ
グネトロンスパッタ法により、単結晶ＭｇＯ［１００］
基板１上に第１の電極となるＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy のｃ軸
配向膜２を厚さ３００ｎｍ成膜した（ａ）。そのときの
成膜条件を第１表に示す。次に、その上に、ｒｆマグネ
トロンスパッタ法で第２表に示す条件により、絶縁膜５
となるＭｇＯを金属マスク６ａを通して２００ｎｍ堆積
した（ｂ）。その後、ｃ軸配向膜２とＭｇＯ絶縁膜５
に、フォトリソグラフィー法とＡｒイオンミリングによ
り、１０μｍ角の正方形の穴を開けた（ｃ）。そして、
その上に金属マスク６ｂを介して、ｒｆマグネトロンス
パッタ法で第３表に示す条件により、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
x のａ軸配向膜３を３００ｎｍ成膜した（ｄ）。最後
に、ｄｃスパッタ法により、電流電圧端子取り出し用の
Ａｕ電極を、金属マスク６ｃを用いて形成した（ｅ）。 （以下余白）
４は左側が断面図で右側が平面図である。先ず、ｒｆマ
グネトロンスパッタ法により、単結晶ＭｇＯ［１００］
基板１上に第１の電極となるＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy のｃ軸
配向膜２を厚さ３００ｎｍ成膜した（ａ）。そのときの
成膜条件を第１表に示す。次に、その上に、ｒｆマグネ
トロンスパッタ法で第２表に示す条件により、絶縁膜５
となるＭｇＯを金属マスク６ａを通して２００ｎｍ堆積
した（ｂ）。その後、ｃ軸配向膜２とＭｇＯ絶縁膜５
に、フォトリソグラフィー法とＡｒイオンミリングによ
り、１０μｍ角の正方形の穴を開けた（ｃ）。そして、
その上に金属マスク６ｂを介して、ｒｆマグネトロンス
パッタ法で第３表に示す条件により、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
x のａ軸配向膜３を３００ｎｍ成膜した（ｄ）。最後
に、ｄｃスパッタ法により、電流電圧端子取り出し用の
Ａｕ電極を、金属マスク６ｃを用いて形成した（ｅ）。 （以下余白）
【００１５】
【表１】 （以下余白）
【００１６】
【表２】 （以下余白）
【００１７】
【表３】 （例２）平面型の作成例を図５に示す。図５は左側が断
面図で右側が平面図である。先ず、ｒｆマグネトロンス
パッタ法により、単結晶ＭｇＯ［１００］基板１上に第
１の電極となるＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy のｃ軸配向膜２を厚
さ３００ｎｍ成膜した（ａ）。その時の成膜条件は第１
表に示すものと同一である。次に、その上に、ｒｆマグ
ネトロンスパッタ法で第２表に示す条件により、絶縁膜
５となるＭｇＯを金属マスク６ｅを通して２００ｎｍ堆
積した（ｂ）。その後、ｃ軸配向膜２とＭｇＯ絶縁膜５
との双方を、フォトリソグラフィー法とＡｒイオンミリ
ングにより、図の左側の部分を取り去った（ｃ）。その
上に、ｒｆマグネトロンスパッタ法で第３表に示す条件
でＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx のａ軸配向膜３を金属マスク６ｆ
を介して成膜した（ｄ）。次に、フォトリソグラフィー
法とＡｒイオンミリングによって、幅１０μｍ、長さ３
０μｍのブリッジ形状に加工した（ｅ）。最後に、ｄｃ
スパッタ法により、電流電圧端子取り出し用のＡｕ電極
４を金属マスク６ｇを用いて形成した（ｆ）。
面図で右側が平面図である。先ず、ｒｆマグネトロンス
パッタ法により、単結晶ＭｇＯ［１００］基板１上に第
１の電極となるＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏy のｃ軸配向膜２を厚
さ３００ｎｍ成膜した（ａ）。その時の成膜条件は第１
表に示すものと同一である。次に、その上に、ｒｆマグ
ネトロンスパッタ法で第２表に示す条件により、絶縁膜
５となるＭｇＯを金属マスク６ｅを通して２００ｎｍ堆
積した（ｂ）。その後、ｃ軸配向膜２とＭｇＯ絶縁膜５
との双方を、フォトリソグラフィー法とＡｒイオンミリ
ングにより、図の左側の部分を取り去った（ｃ）。その
上に、ｒｆマグネトロンスパッタ法で第３表に示す条件
でＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx のａ軸配向膜３を金属マスク６ｆ
を介して成膜した（ｄ）。次に、フォトリソグラフィー
法とＡｒイオンミリングによって、幅１０μｍ、長さ３
０μｍのブリッジ形状に加工した（ｅ）。最後に、ｄｃ
スパッタ法により、電流電圧端子取り出し用のＡｕ電極
４を金属マスク６ｇを用いて形成した（ｆ）。
【００１８】（例３）例１および例２のそれぞれについ
て、ａ軸配向膜に代えて［１１０］配向膜を用いて接合
を作成した。［１１０］配向膜を用いたときの成膜条件
を第４表に示すが、第３表の条件を第４表に代えたのみ
で、他は例１および例２と同一の条件、工程である。
て、ａ軸配向膜に代えて［１１０］配向膜を用いて接合
を作成した。［１１０］配向膜を用いたときの成膜条件
を第４表に示すが、第３表の条件を第４表に代えたのみ
で、他は例１および例２と同一の条件、工程である。
【００１９】（例４）例１および例２のそれぞれについ
て、ｃ軸配向膜に代えて［１１０］配向膜を用いて接合
を作成した。［１１０］配向膜を用いたときの成膜条件
を第４表に示すが、第３表の条件を第４表に代えたのみ
で、他は例１および例２と同一の条件、工程である。 （以下余白）
て、ｃ軸配向膜に代えて［１１０］配向膜を用いて接合
を作成した。［１１０］配向膜を用いたときの成膜条件
を第４表に示すが、第３表の条件を第４表に代えたのみ
で、他は例１および例２と同一の条件、工程である。 （以下余白）
【００２０】
【表４】 例１〜例４の何れも膜２、３（第１、第２の電極）の境
目が一つの粒界面となることが確認された。
目が一つの粒界面となることが確認された。
【図１】積層型のジョセフソン接合素子を模式的に示す
断面図である。
断面図である。
【図２】平面型のジョセフソン接合素子を模式的に示す
断面図である。
断面図である。
【図３】スパッタ法における基板温度と膜との配向性の
関係を示す特性図である。
関係を示す特性図である。
【図４】積層型のジョセフソン接合の製法を模式的に示
す図である。
す図である。
【図５】平面型のジョセフソン接合の製法を模式的に示
す図である。
す図である。
１ 基板 ２ 酸化物超電導体のｃ軸配向膜 ３ 酸化物超電導体のａ軸配向膜 ４ 電圧電流取り出し用端子 ５ ＭｇＯ絶縁膜 ６ａ〜６ｇ 金属マスク
Claims (7)
- 【請求項１】 金属酸化物超電導体を用いた粒界型のジ
ョセフソン接合素子において、或る一定の配向性を有す
る金属酸化物超電導体により構成された第１の電極と、
前記金属酸化物超電導体とは別の配向性を持つ金属酸化
物超電導体により構成された第２の電極と、を基板上に
具備し、前記第１の電極と第２の電極とが接触した構造
であることを特徴とするジョセフソン接合素子。 - 【請求項２】 前記両金属酸化物超電導体を、化学式Ｙ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏy （但し、６＜ｙ≦７）で表される金属
酸化物超電導体により構成し、前記第１の電極を、前記
超電導体の結晶構造のｃ軸が前記基板の表面に対して垂
直に配向した膜により構成し、前記第２の電極を、前記
超電導体の結晶構造のｃ軸が前記基板の表面に対して平
行に配向した膜により構成することを特徴とする請求項
１記載のジョセフソン接合素子。 - 【請求項３】 前記両金属酸化物超電導体を、化学式Ｙ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏy （但し、６＜ｙ≦７）で表される金属
酸化物超電導体により構成し、前記第１の電極を、前記
超電導体の結晶構造のｃ軸が前記基板の表面に対して垂
直に配向した膜により構成し、前記第２の電極を、前記
超電導体の結晶構造の［１１０］方向が前記基板の表面
に対して垂直に配向した膜により構成することを特徴と
する請求項１記載のジョセフソン接合素子。 - 【請求項４】 前記両金属酸化物超電導体を、化学式Ｙ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏy （但し、６＜ｙ≦７）で表される金属
酸化物超電導体により構成し、前記第１の電極を、前記
超電導体の結晶構造の［１１０］方向が前記基板の表面
に対して垂直に配向した膜により構成し、前記第２の電
極を、前記超電導体の結晶構造のｃ軸が前記基板の表面
に対して平行に配向した膜により構成することを特徴と
する請求項１記載のジョセフソン接合素子。 - 【請求項５】 前記前者の膜を、物理蒸着法を用いて基
板温度６３０℃以上８００℃以下で成膜し、前記後者の
膜を、物理蒸着法を用いて基板温度４００℃以上６２０
℃以下で成膜することを特徴とする請求項２記載のジョ
セフソン接合素子の製造方法。 - 【請求項６】 前記前者の膜を、物理蒸着法を用いて基
板温度６３０℃以上８００℃以下で成膜し、前記後者の
膜を、物理蒸着法を用いて基板温度５００℃以上６５０
℃以下で成膜することを特徴とする請求項３記載のジョ
セフソン接合素子の製造方法。 - 【請求項７】 前記前者の膜を、物理蒸着法を用いて基
板温度５００℃以上６５０℃以下で成膜し、前記後者の
膜を、物理蒸着法を用いて基板温度４００℃以上６２０
℃以下で成膜することを特徴とする請求項４記載のジョ
セフソン接合素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3271235A JPH05110151A (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | ジヨセフソン接合素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3271235A JPH05110151A (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | ジヨセフソン接合素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05110151A true JPH05110151A (ja) | 1993-04-30 |
Family
ID=17497241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3271235A Withdrawn JPH05110151A (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | ジヨセフソン接合素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05110151A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0756335A1 (en) * | 1995-07-24 | 1997-01-29 | International Superconductivity Technology Center | Josephson device |
| JP2005252019A (ja) * | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Sharp Corp | 超電導素子 |
-
1991
- 1991-10-18 JP JP3271235A patent/JPH05110151A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0756335A1 (en) * | 1995-07-24 | 1997-01-29 | International Superconductivity Technology Center | Josephson device |
| JP2005252019A (ja) * | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Sharp Corp | 超電導素子 |
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