JPH0555651A - ジヨセフソン素子の製造方法 - Google Patents
ジヨセフソン素子の製造方法Info
- Publication number
- JPH0555651A JPH0555651A JP3240541A JP24054191A JPH0555651A JP H0555651 A JPH0555651 A JP H0555651A JP 3240541 A JP3240541 A JP 3240541A JP 24054191 A JP24054191 A JP 24054191A JP H0555651 A JPH0555651 A JP H0555651A
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- JP
- Japan
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- substrate
- thin film
- josephson
- superconducting thin
- plane
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- Pending
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 この発明の目的は、作製容易なジョセフソン
素子を提供することにある。 【構成】 この発明のジョセフソン素子の製造方法は、
ＭｇＯ基板１０に方位（１００）及び（１１０）の面出
しを行う。この基板１０に酸化物超電導薄膜１１を堆積
することにより、酸化物超電導薄膜１１の成長方向依存
性並びに基板１０の角度により弱結合を形成する。
素子を提供することにある。 【構成】 この発明のジョセフソン素子の製造方法は、
ＭｇＯ基板１０に方位（１００）及び（１１０）の面出
しを行う。この基板１０に酸化物超電導薄膜１１を堆積
することにより、酸化物超電導薄膜１１の成長方向依存
性並びに基板１０の角度により弱結合を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は超電導体に部分的に形
成される弱結合を利用したジョセフソン素子の製造方法
に関する。
成される弱結合を利用したジョセフソン素子の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】弱結合ジョセフソン素子として、ブリッ
ジ型ジョセフソン素子がある。図４は一般的なブリッジ
型ジョセフソン素子である。この素子は、超電導体薄膜
２１に長さｄのくびれ２２を形成してその部分の超電導
性を弱め、弱結合にし、くびれのない部分に電圧端子２
３、２４、電流端子２５、２６を設けたものである。く
びれ２２の長さｄは薄膜２１の材料のコヒーレンス長程
度で、Ｎｂ、Ｐｂなどの超電導体では数千Åである。
ジ型ジョセフソン素子がある。図４は一般的なブリッジ
型ジョセフソン素子である。この素子は、超電導体薄膜
２１に長さｄのくびれ２２を形成してその部分の超電導
性を弱め、弱結合にし、くびれのない部分に電圧端子２
３、２４、電流端子２５、２６を設けたものである。く
びれ２２の長さｄは薄膜２１の材料のコヒーレンス長程
度で、Ｎｂ、Ｐｂなどの超電導体では数千Åである。
【０００３】ところで、高臨界温度超電導体として知ら
れているＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（Ｌｎは希土類元素）は
コヒーレンス長がＮｂ、Ｐｂなどの１／１００程度であ
り、通常の方法ではブリッジ型ジョセフソン素子の作成
は不可能である。しかし、このような酸化物超電導体で
は、一般的に膜成長時に粒成長を起こし、粒界が形成さ
れる。このため膜の内部の所々で弱結合、すなわち粒界
ジョセフソン結合が形成される。この弱結合のため、臨
界電流密度が大きくならないという問題があるが、この
粒界ジョセフソン結合を利用してさまざまな素子が試作
されている。
れているＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（Ｌｎは希土類元素）は
コヒーレンス長がＮｂ、Ｐｂなどの１／１００程度であ
り、通常の方法ではブリッジ型ジョセフソン素子の作成
は不可能である。しかし、このような酸化物超電導体で
は、一般的に膜成長時に粒成長を起こし、粒界が形成さ
れる。このため膜の内部の所々で弱結合、すなわち粒界
ジョセフソン結合が形成される。この弱結合のため、臨
界電流密度が大きくならないという問題があるが、この
粒界ジョセフソン結合を利用してさまざまな素子が試作
されている。
【０００４】図５はその例である。図５は、酸化物超電
導体、特にＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏを用いたＳＱＵＩＤ
（超電導量子干渉計）で、ブリッジ型ジョセフソン素子
を二つ並列に接続したような素子であり、二つのくびれ
３４をはさむ二つの部分３３に電圧端子３５、３６、電
流端子３７、３８が設けられている。
導体、特にＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏを用いたＳＱＵＩＤ
（超電導量子干渉計）で、ブリッジ型ジョセフソン素子
を二つ並列に接続したような素子であり、二つのくびれ
３４をはさむ二つの部分３３に電圧端子３５、３６、電
流端子３７、３８が設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】Ｌｎ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ
系の超電導体では、上述のように非常に弱結合ができや
すい。しかし、Ｌｎ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系より１０Ｋ以上
高い臨界温度をもつＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ（ＢＳ
ＣＣＯ）系あるいはＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ
（ＢＰＳＣＣＯ）系超電導体では、膜成長時に粒成長が
起こすにもかかわらず、粒界ジョセフソン特性が観察さ
れない。
系の超電導体では、上述のように非常に弱結合ができや
すい。しかし、Ｌｎ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系より１０Ｋ以上
高い臨界温度をもつＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ（ＢＳ
ＣＣＯ）系あるいはＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ
（ＢＰＳＣＣＯ）系超電導体では、膜成長時に粒成長が
起こすにもかかわらず、粒界ジョセフソン特性が観察さ
れない。
【０００６】このため、図５に示すような素子はＢＳＣ
ＣＯ系ではつくられていない。また粒界ジョセフソン素
子でない図４に示すような素子を動作するには、コヒー
レンス長程度の微細加工が必要であるが、現在の技術で
は困難である。
ＣＯ系ではつくられていない。また粒界ジョセフソン素
子でない図４に示すような素子を動作するには、コヒー
レンス長程度の微細加工が必要であるが、現在の技術で
は困難である。
【０００７】本発明の目的は、上述の問題を解決し、作
製容易なジョセフソン素子を提供することにある。
製容易なジョセフソン素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明のジョセフソン
素子の製造方法は、ＭｇＯ基板に種々の方位の面出しを
行うと共に、この基板に酸化物超電導薄膜を堆積するこ
とにより、酸化物超電導薄膜の成長方向依存性並びに基
板の角度により弱結合を形成することを特徴とする。
素子の製造方法は、ＭｇＯ基板に種々の方位の面出しを
行うと共に、この基板に酸化物超電導薄膜を堆積するこ
とにより、酸化物超電導薄膜の成長方向依存性並びに基
板の角度により弱結合を形成することを特徴とする。
【０００９】
【作用】ＭｇＯ（１００）面の上に堆積される酸化物超
電導薄膜はｃ軸が基板に垂直に成長する。また（１０
０）面に４５゜傾斜した面はＭｇＯ（１１０）面の方向
となり、その面に堆積される酸化物超電導薄膜はｃ軸に
平行に成長する。
電導薄膜はｃ軸が基板に垂直に成長する。また（１０
０）面に４５゜傾斜した面はＭｇＯ（１１０）面の方向
となり、その面に堆積される酸化物超電導薄膜はｃ軸に
平行に成長する。
【００１０】ｃ軸が基板に垂直に成長した超電導薄膜は
膜面に平行に超電導電子対が流れ易いが、ｃ軸が基板に
平行に成長した超電導薄膜は膜面に平行方向には超電導
電子対が流れにくくなる。
膜面に平行に超電導電子対が流れ易いが、ｃ軸が基板に
平行に成長した超電導薄膜は膜面に平行方向には超電導
電子対が流れにくくなる。
【００１１】従って、結晶方位の異なる面で一種の弱結
合型ジョセフソン接合を構成する。
合型ジョセフソン接合を構成する。
【００１２】また、結晶方位の異なる面の境界は基板に
角度がついており、この上に堆積される膜は粒界を形成
し、粒界効果型のジョセフソン接合も構成する。
角度がついており、この上に堆積される膜は粒界を形成
し、粒界効果型のジョセフソン接合も構成する。
【００１３】
【実施例】以下、この発明の実施例について図面に従い
説明する。図１はこの発明の一実施例を示す断面図であ
る。
説明する。図１はこの発明の一実施例を示す断面図であ
る。
【００１４】基板１０として、ＭｇＯ基板を用いＡ面と
Ｃ面は（１００）面を有する。そして、Ｂ面はＡ面に対
して４５゜傾斜するように形成されており、このＢ面は
（１１０）面を有する。
Ｃ面は（１００）面を有する。そして、Ｂ面はＡ面に対
して４５゜傾斜するように形成されており、このＢ面は
（１１０）面を有する。
【００１５】この基板１０上に、ステップカバレージの
良好なＣＶＤ法により、ＹＢＣＯ膜、ＢＳＣＣＯ膜等の
酸化物超電導薄膜１１を積層形成する。
良好なＣＶＤ法により、ＹＢＣＯ膜、ＢＳＣＣＯ膜等の
酸化物超電導薄膜１１を積層形成する。
【００１６】前述したように、基板１０のＡ面及びＣ面
は（１００）面を有するので、その上に堆積される酸化
膜超電導薄膜１１はＣ軸が基板１０に垂直に成長する。
は（１００）面を有するので、その上に堆積される酸化
膜超電導薄膜１１はＣ軸が基板１０に垂直に成長する。
【００１７】また、基板１０のＢ面は（１１０）面を有
するので、堆積される酸化物超電導薄膜１１はＣ軸が基
板１０に平行に成長する。
するので、堆積される酸化物超電導薄膜１１はＣ軸が基
板１０に平行に成長する。
【００１８】従って、基板１０のＡ、Ｃ面は図中ａ、ｂ
面方向すなわち、膜面に平行に超電導電子対が流れ易
い。しかし、Ｂ面では超電導電子対は膜面に平行方向に
は流れにくく、Ａ面→Ｂ面→Ｃ面で弱結合型のジョセフ
ソン接合を形成する。
面方向すなわち、膜面に平行に超電導電子対が流れ易
い。しかし、Ｂ面では超電導電子対は膜面に平行方向に
は流れにくく、Ａ面→Ｂ面→Ｃ面で弱結合型のジョセフ
ソン接合を形成する。
【００１９】更に、Ａ面とＢ面、Ｂ面とＣ面の境界は、
基板１０に角度がついているので、その上部に堆積され
る超電導薄膜１１は粒界を形成する。従って、粒界効果
型のジョセフソン接合も堆積する。
基板１０に角度がついているので、その上部に堆積され
る超電導薄膜１１は粒界を形成する。従って、粒界効果
型のジョセフソン接合も堆積する。
【００２０】図２及び図３は、部分的にブリッジ型接合
のくびれあるいは点接触型接合の接触部に相当する膜厚
の薄い部分を形成し、ジョセフソン接合を構成するため
に、基板に凹凸を形成する手法を示す工程図である。
のくびれあるいは点接触型接合の接触部に相当する膜厚
の薄い部分を形成し、ジョセフソン接合を構成するため
に、基板に凹凸を形成する手法を示す工程図である。
【００２１】この図２及び図３に従い弱結合型のジョセ
フソン素子の製造方法につき説明する。
フソン素子の製造方法につき説明する。
【００２２】まず基板として（１００）面を有するＭｇ
Ｏ基板４０を用意する。
Ｏ基板４０を用意する。
【００２３】図２（イ）に示すように、基板４０に荷電
粒子ビーム６０を照射する。このビーム６０の照射領域
４１が除去され、凹部４２が形成される。
粒子ビーム６０を照射する。このビーム６０の照射領域
４１が除去され、凹部４２が形成される。
【００２４】続いて、図２（ロ）に示すように、ビーム
径を絞って、基板４０にビーム６０を更に照射する。
径を絞って、基板４０にビーム６０を更に照射する。
【００２５】図２（ハ）に示すように、このビーム６０
の照射領域４３が除去され凹部４４が形成される。
の照射領域４３が除去され凹部４４が形成される。
【００２６】このように、ビーム径を徐々に絞り、基板
４０にビーム６０を照射することにより、図２（ニ）に
示すように、精密で連続した段差４５が形成される。
４０にビーム６０を照射することにより、図２（ニ）に
示すように、精密で連続した段差４５が形成される。
【００２７】この段差４５を形成したＭｇＯ基板４０上
に、図３（イ）に示すように、ＹＢＣＯ、ＢＳＣＣＯ等
の酸化物超電導薄膜５０をスパッタリング法などにより
堆積する。
に、図３（イ）に示すように、ＹＢＣＯ、ＢＳＣＣＯ等
の酸化物超電導薄膜５０をスパッタリング法などにより
堆積する。
【００２８】図３（ロ）に示すように、点線で囲んだ部
分に弱結合部が形成され、ジョセフソン接合素子が形成
される。
分に弱結合部が形成され、ジョセフソン接合素子が形成
される。
【００２９】この方法によれば、弱結合部を直列に形成
することができ、この直列化により、インピーダンスの
向上が図れる。また、任意の数の直列化が可能である。
することができ、この直列化により、インピーダンスの
向上が図れる。また、任意の数の直列化が可能である。
【００３０】更に、弱結合間の距離が精密に制御でき直
列化による電圧標準利用や寸法を制御すれば、コヒーレ
ンス動作により、高インピーダンスの単一接合動作素子
ができる。
列化による電圧標準利用や寸法を制御すれば、コヒーレ
ンス動作により、高インピーダンスの単一接合動作素子
ができる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、結晶方位の異なる面で弱結合型ジョセフソン接合が
構成されると共に、結晶方位の異なる面の境界で粒界効
果型のジョセフソン接合が構成されるので、微細加工を
施す必要なく製造容易なジョセフソン接合素子を提供す
ることができる。
ば、結晶方位の異なる面で弱結合型ジョセフソン接合が
構成されると共に、結晶方位の異なる面の境界で粒界効
果型のジョセフソン接合が構成されるので、微細加工を
施す必要なく製造容易なジョセフソン接合素子を提供す
ることができる。
【図１】この発明の実施例を示す断面図である。
【図２】基板に段差を形成し、弱結合型ジョセフソン素
子を構成する製造工程を示す断面図である。
子を構成する製造工程を示す断面図である。
【図３】基板に段差を形成し、弱結合型ジョセフソン素
子を構成する製造工程を示す断面図である。
子を構成する製造工程を示す断面図である。
【図４】ブリッジ型ジョセフソン素子を示す断面図であ
る。
る。
【図５】酸化物超電導体を用いたＳＱＩＤの平面図であ
る。
る。
１０ ＭｇＯ基板 １１ 酸化物超電導体薄膜
Claims (1)
- 【請求項１】 ＭｇＯ基板に種々の方位の面出しを行う
と共に、この基板に酸化物超電導薄膜を堆積することに
より、酸化物超電導薄膜の成長方向依存性並びに基板の
角度により弱結合を形成することを特徴とするジョセフ
ソン素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3240541A JPH0555651A (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | ジヨセフソン素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3240541A JPH0555651A (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | ジヨセフソン素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555651A true JPH0555651A (ja) | 1993-03-05 |
Family
ID=17061070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3240541A Pending JPH0555651A (ja) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | ジヨセフソン素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0555651A (ja) |
-
1991
- 1991-08-26 JP JP3240541A patent/JPH0555651A/ja active Pending
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