JPH0575171A - 超電導接合 - Google Patents
超電導接合Info
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- JPH0575171A JPH0575171A JP3265161A JP26516191A JPH0575171A JP H0575171 A JPH0575171 A JP H0575171A JP 3265161 A JP3265161 A JP 3265161A JP 26516191 A JP26516191 A JP 26516191A JP H0575171 A JPH0575171 A JP H0575171A
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Classifications
-
- Y02E40/642—
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 第１、第２の酸化物超電導薄膜１、２がＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体で構成され、非超電導体薄膜
３が、４単位格子の５nmの厚さのPr1Ba2Cu3Ｏ7-yで構成
されている超電導接合。 【効果】 酸化物超電導薄膜１、２の非超電導体薄膜３
との界面の酸化物超電導体結晶の単位格子11、21も超電
導性を示すので、非超電導層の厚さが非超電導体薄膜３
の厚さと一致し、超電導接合の動作が安定する。
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体で構成され、非超電導体薄膜
３が、４単位格子の５nmの厚さのPr1Ba2Cu3Ｏ7-yで構成
されている超電導接合。 【効果】 酸化物超電導薄膜１、２の非超電導体薄膜３
との界面の酸化物超電導体結晶の単位格子11、21も超電
導性を示すので、非超電導層の厚さが非超電導体薄膜３
の厚さと一致し、超電導接合の動作が安定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導接合に関する。
より詳細には、酸化物超電導体を用いた新規な超電導接
合に関する。
より詳細には、酸化物超電導体を用いた新規な超電導接
合に関する。
【０００２】
【従来の技術】ジョセフソン接合に代表される超電導接
合を実現する構成は各種あるが、最も好ましい構造は、
一対の超電導層で薄い非超電導層をはさんだトンネル型
の接合である。一般に、このような超電導接合は非常に
微細な構成であり、上記の一対の超電導層および非超電
導層は、いわゆる薄膜で構成されている。
合を実現する構成は各種あるが、最も好ましい構造は、
一対の超電導層で薄い非超電導層をはさんだトンネル型
の接合である。一般に、このような超電導接合は非常に
微細な構成であり、上記の一対の超電導層および非超電
導層は、いわゆる薄膜で構成されている。
【０００３】例えば、超電導体に酸化物超電導体を使用
してトンネル型超電導接合を実現する場合には、基板上
に第１の酸化物超電導薄膜、非超電導体薄膜および第２
の酸化物超電導薄膜を順に積層する。
してトンネル型超電導接合を実現する場合には、基板上
に第１の酸化物超電導薄膜、非超電導体薄膜および第２
の酸化物超電導薄膜を順に積層する。
【０００４】非超電導体には、用途により例えばMgＯ等
の絶縁体、Si等の半導体、Au等の金属が使用され、それ
ぞれ異なる特性の超電導接合が構成される。
の絶縁体、Si等の半導体、Au等の金属が使用され、それ
ぞれ異なる特性の超電導接合が構成される。
【０００５】トンネル型超電導接合における非超電導層
の厚さは、使用する超電導体のコヒーレンス長によって
決まる。酸化物超電導体は、コヒーレンス長が非常に短
いため、酸化物超電導体を使用したトンネル型超電導接
合においては、非超電導層の厚さは数nm程度にしなけれ
ばならない。
の厚さは、使用する超電導体のコヒーレンス長によって
決まる。酸化物超電導体は、コヒーレンス長が非常に短
いため、酸化物超電導体を使用したトンネル型超電導接
合においては、非超電導層の厚さは数nm程度にしなけれ
ばならない。
【０００６】一方、超電導接合の動作特性を考慮する
と、超電導接合を構成する各層の結晶性がよく、単結晶
または単結晶にごく近い配向性を有する多結晶でなけれ
ばならない。
と、超電導接合を構成する各層の結晶性がよく、単結晶
または単結晶にごく近い配向性を有する多結晶でなけれ
ばならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
酸化物超電導体を使用した超電導接合において、非超電
導層を、酸化物超電導体のコヒーレンス長程度に薄く形
成しても超電導接合が動作しないことがあった。
酸化物超電導体を使用した超電導接合において、非超電
導層を、酸化物超電導体のコヒーレンス長程度に薄く形
成しても超電導接合が動作しないことがあった。
【０００８】これは、非超電導層の実質的な厚さが、形
成した非超電導体の層の厚さよりも大きくなっているこ
とに起因するものであり、酸化物超電導体に特有の現象
である。図２に、酸化物超電導体を使用した従来の超電
導接合の断面図を示す。図２は、基板４上に形成された
第１の酸化物超電導薄膜１と、酸化物超電導薄膜１上に
形成された非超電導体薄膜３と、非超電導体薄膜３上に
形成された第２の酸化物超電導薄膜２とを具備する。酸
化物超電導薄膜１および２には、一般にＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜等が使用され、超電導接合がトンネル
型ジョセフソン接合の場合には、非超電導体薄膜３には
MgＯ、SrTiＯ3 、ＹＳＺ等の絶縁体が使用される。
成した非超電導体の層の厚さよりも大きくなっているこ
とに起因するものであり、酸化物超電導体に特有の現象
である。図２に、酸化物超電導体を使用した従来の超電
導接合の断面図を示す。図２は、基板４上に形成された
第１の酸化物超電導薄膜１と、酸化物超電導薄膜１上に
形成された非超電導体薄膜３と、非超電導体薄膜３上に
形成された第２の酸化物超電導薄膜２とを具備する。酸
化物超電導薄膜１および２には、一般にＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X
酸化物超電導薄膜等が使用され、超電導接合がトンネル
型ジョセフソン接合の場合には、非超電導体薄膜３には
MgＯ、SrTiＯ3 、ＹＳＺ等の絶縁体が使用される。
【０００９】図２に示した従来の超電導接合では、酸化
物超電導薄膜１を構成する酸化物超電導体結晶の最上層
で非超電導薄膜３に接している単位格子11および酸化物
超電導薄膜２を構成する酸化物超電導体結晶の最下層で
非超電導薄膜３に接している単位格子21が、超電導性を
示さない。従って、非超電導層の実質的な厚さが、非超
電導体薄膜３の厚さに単位格子11および21の厚さを加え
たものになる。
物超電導薄膜１を構成する酸化物超電導体結晶の最上層
で非超電導薄膜３に接している単位格子11および酸化物
超電導薄膜２を構成する酸化物超電導体結晶の最下層で
非超電導薄膜３に接している単位格子21が、超電導性を
示さない。従って、非超電導層の実質的な厚さが、非超
電導体薄膜３の厚さに単位格子11および21の厚さを加え
たものになる。
【００１０】上述のように酸化物超電導体のコヒーレン
ス長は非常に短く、酸化物超電導体結晶の単位格子の厚
さに相当する長さも無視し得ない。従って、上記従来の
超電導接合で、酸化物超電導薄膜１および２の間の非超
電導体薄膜３を超電導接合に適していると考えられる厚
さに形成すると、実際の非超電導層の厚さが大きくなり
過ぎて超電導接合が動作しないことがある。しかしなが
ら、非超電導体薄膜３を、結晶性を維持したまま、上記
の超電導接合に適していると考えられる厚さよりさらに
薄く形成することは非常に難しい。
ス長は非常に短く、酸化物超電導体結晶の単位格子の厚
さに相当する長さも無視し得ない。従って、上記従来の
超電導接合で、酸化物超電導薄膜１および２の間の非超
電導体薄膜３を超電導接合に適していると考えられる厚
さに形成すると、実際の非超電導層の厚さが大きくなり
過ぎて超電導接合が動作しないことがある。しかしなが
ら、非超電導体薄膜３を、結晶性を維持したまま、上記
の超電導接合に適していると考えられる厚さよりさらに
薄く形成することは非常に難しい。
【００１１】そこで本発明の目的は、上記従来技術の問
題点を解決した超電導接合を提供することにある。
題点を解決した超電導接合を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、酸化物
超電導体で構成された第１の超電導層と、該超電導層上
に形成された前記酸化物超電導体と類似の結晶構造を有
する酸化物で構成された非超電導層と、該非超電導層上
に形成された前記第１の超電導層と等しい構成の第２の
超電導層とを具備することを特徴とする超電導接合が提
供される。
超電導体で構成された第１の超電導層と、該超電導層上
に形成された前記酸化物超電導体と類似の結晶構造を有
する酸化物で構成された非超電導層と、該非超電導層上
に形成された前記第１の超電導層と等しい構成の第２の
超電導層とを具備することを特徴とする超電導接合が提
供される。
【００１３】
【作 用】本発明の超電導接合は、超電導層が酸化物超
電導体で構成され、非超電導層が超電導層の酸化物超電
導体と類似の結晶構造を有する酸化物で構成されている
ところにその主要な特徴がある。本発明の超電導接合で
は、酸化物超電導体に類似の結晶構造を有する酸化物が
非超電導層に使用されているので、非超電導層の酸化物
に接している酸化物超電導体結晶の単位格子も超電導性
を示す。従って、非超電導層の厚さを適正な値にするこ
とができる。
電導体で構成され、非超電導層が超電導層の酸化物超電
導体と類似の結晶構造を有する酸化物で構成されている
ところにその主要な特徴がある。本発明の超電導接合で
は、酸化物超電導体に類似の結晶構造を有する酸化物が
非超電導層に使用されているので、非超電導層の酸化物
に接している酸化物超電導体結晶の単位格子も超電導性
を示す。従って、非超電導層の厚さを適正な値にするこ
とができる。
【００１４】図３に代表的な酸化物超電導体であるＹ1B
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体結晶の構造図を示す。本発明
者等の低速イオン散乱分析（ＩＳＳ）法による分析によ
れば、酸化物超電導薄膜の表面には、図３のＡで示すCu
−Ｏ面が露出している。酸化物超電導体では、酸化物超
電導体結晶中のCu−Ｏ面に超電導電流が流れる。従っ
て、酸化物超電導体を使用した超電導接合では、酸化物
超電導体の最上層の結晶の単位格子のCu−Ｏ面は、酸化
物超電導体と非超電導体の界面にあって、酸化物超電導
体結晶中ではないので、このCu−Ｏ面には超電導電流が
流れない。
a2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体結晶の構造図を示す。本発明
者等の低速イオン散乱分析（ＩＳＳ）法による分析によ
れば、酸化物超電導薄膜の表面には、図３のＡで示すCu
−Ｏ面が露出している。酸化物超電導体では、酸化物超
電導体結晶中のCu−Ｏ面に超電導電流が流れる。従っ
て、酸化物超電導体を使用した超電導接合では、酸化物
超電導体の最上層の結晶の単位格子のCu−Ｏ面は、酸化
物超電導体と非超電導体の界面にあって、酸化物超電導
体結晶中ではないので、このCu−Ｏ面には超電導電流が
流れない。
【００１５】本発明の超電導接合では、非超電導層が酸
化物超電導体と類似の結晶構造を有するので、酸化物超
電導体の最上層の結晶のCu−Ｏ面も酸化物超電導体結晶
中にあるのと同じ状態になる。従って、酸化物超電導体
の最上層の結晶のCu−Ｏ面にも超電導電流が流れる。本
発明の超電導接合の非超電導層に使用する酸化物として
は、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y等が好ましい。非超電導層は、Pr1B
a2Cu3Ｏ7-y等の酸化物を３〜５単位格子分ＭＢＥ法等で
積層して形成することが好ましい。
化物超電導体と類似の結晶構造を有するので、酸化物超
電導体の最上層の結晶のCu−Ｏ面も酸化物超電導体結晶
中にあるのと同じ状態になる。従って、酸化物超電導体
の最上層の結晶のCu−Ｏ面にも超電導電流が流れる。本
発明の超電導接合の非超電導層に使用する酸化物として
は、Pr1Ba2Cu3Ｏ7-y等が好ましい。非超電導層は、Pr1B
a2Cu3Ｏ7-y等の酸化物を３〜５単位格子分ＭＢＥ法等で
積層して形成することが好ましい。
【００１６】以下、本発明を実施例により、さらに詳し
く説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過
ぎず本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
く説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過
ぎず本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
【００１７】
【実施例】図１に、本発明の超電導接合の一例の断面図
を示す。図１の超電導接合は、基板４上に形成された第
１の酸化物超電導薄膜１と、酸化物超電導薄膜１上に形
成された非超電導体薄膜３と、非超電導体薄膜３上に形
成された第２の酸化物超電導薄膜２とを具備する。酸化
物超電導薄膜１および２は、同一の酸化物超電導体で構
成された厚さ約200 〜300 nmの薄膜である。非超電導体
薄膜３は、酸化物超電導薄膜１および２を構成している
酸化物超電導体と類似の結晶構造を有する酸化物で構成
された厚さ約５nmの薄膜である。
を示す。図１の超電導接合は、基板４上に形成された第
１の酸化物超電導薄膜１と、酸化物超電導薄膜１上に形
成された非超電導体薄膜３と、非超電導体薄膜３上に形
成された第２の酸化物超電導薄膜２とを具備する。酸化
物超電導薄膜１および２は、同一の酸化物超電導体で構
成された厚さ約200 〜300 nmの薄膜である。非超電導体
薄膜３は、酸化物超電導薄膜１および２を構成している
酸化物超電導体と類似の結晶構造を有する酸化物で構成
された厚さ約５nmの薄膜である。
【００１８】本発明の超電導接合では、酸化物超電導薄
膜１を構成する酸化物超電導体の最上層の結晶の単位格
子11および酸化物超電導薄膜２を構成する酸化物超電導
体の最下層の結晶の単位格子21も超電導性を示す。従っ
て、非超電導体薄膜３の厚さがそのまま超電導接合にお
ける非超電導層の厚さとなっている。
膜１を構成する酸化物超電導体の最上層の結晶の単位格
子11および酸化物超電導薄膜２を構成する酸化物超電導
体の最下層の結晶の単位格子21も超電導性を示す。従っ
て、非超電導体薄膜３の厚さがそのまま超電導接合にお
ける非超電導層の厚さとなっている。
【００１９】図１に示した構成の本発明の超電導接合を
作製した。まず、MgＯ基板の（１００）面上に、ＭＢＥ
法により、第１の酸化物超電導薄膜１となるＹ1Ba2Cu3
Ｏ7-X超電導薄膜を形成した。主な成膜条件を以下に示
す。 基板温度 700℃ 圧力 ５×10-5Torr 膜厚 300nm 次に、Ｙ蒸発源をPr蒸発源に切り換え、この酸化物超電
導薄膜１上に連続して非超電導体薄膜３となるPr1Ba2Cu
3Ｏ7-y薄膜をＭＢＥ法で形成した。主な成膜条件を以下
に示す。 基板温度 650℃ 圧力 ５×10-5Torr 膜厚 ５nm（４単位格子） Pr蒸発源をＹ蒸発源に切り換え、上記の如く形成された
非超電導体薄膜３上に第２の酸化物超電導薄膜２となる
Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X超電導薄膜をやはりＭＢＥ法で形成し
た。成膜条件は、第１の超電導層１を形成した条件と等
しくした。上記のように作製した本発明の超電導接合に
端子を取付けて特性を測定した。85Ｋに冷却し、周波数
15ＧHzのマイクロ波を印加したところ、シャピロステッ
プが観測され、ジョセフソン結合が実現していることが
確認された。
作製した。まず、MgＯ基板の（１００）面上に、ＭＢＥ
法により、第１の酸化物超電導薄膜１となるＹ1Ba2Cu3
Ｏ7-X超電導薄膜を形成した。主な成膜条件を以下に示
す。 基板温度 700℃ 圧力 ５×10-5Torr 膜厚 300nm 次に、Ｙ蒸発源をPr蒸発源に切り換え、この酸化物超電
導薄膜１上に連続して非超電導体薄膜３となるPr1Ba2Cu
3Ｏ7-y薄膜をＭＢＥ法で形成した。主な成膜条件を以下
に示す。 基板温度 650℃ 圧力 ５×10-5Torr 膜厚 ５nm（４単位格子） Pr蒸発源をＹ蒸発源に切り換え、上記の如く形成された
非超電導体薄膜３上に第２の酸化物超電導薄膜２となる
Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X超電導薄膜をやはりＭＢＥ法で形成し
た。成膜条件は、第１の超電導層１を形成した条件と等
しくした。上記のように作製した本発明の超電導接合に
端子を取付けて特性を測定した。85Ｋに冷却し、周波数
15ＧHzのマイクロ波を印加したところ、シャピロステッ
プが観測され、ジョセフソン結合が実現していることが
確認された。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に従うと、
新規な構成のトンネル型の超電導接合を酸化物超電導体
により実現できる。本発明の超電導接合は、超電導層、
非超電導層が互いに類似した結晶構造の酸化物で構成さ
れているので、超電導層、非超電導層間の界面の酸化物
超電導体が超電導性を失うことがなく、特性が優れてい
る。本発明により、超電導技術の電子デバイスへの応用
がさらに促進される。
新規な構成のトンネル型の超電導接合を酸化物超電導体
により実現できる。本発明の超電導接合は、超電導層、
非超電導層が互いに類似した結晶構造の酸化物で構成さ
れているので、超電導層、非超電導層間の界面の酸化物
超電導体が超電導性を失うことがなく、特性が優れてい
る。本発明により、超電導技術の電子デバイスへの応用
がさらに促進される。
【図１】本発明の超電導接合の断面図である。
【図２】従来の超電導接合の断面図である。
【図３】Ｙ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体結晶の構造図で
ある。
ある。
１、２ 酸化物超電導薄膜 ３ 非超電導体薄膜 ４ 基板
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年７月７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】 図３に代表的な酸化物超電導体であるＹ
1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体結晶の構造図を示す。本発
明者らの低速イオン散乱分析（ＩＳＳ）法による分析に
よれば、酸化物超電導薄膜の表面には、図３のＡで示す
Cu−Ｏチェーンが露出している。酸化物超電導体では、
酸化物超電導体結晶中のCu−Ｏ面に超電導電流が流れ
る。従って、酸化物超電導体を使用した超電導接合で
は、酸化物超電導体の最上層の結晶の単位格子のCu−Ｏ
面は、酸化物超電導体と非超電導体の界面にあって、酸
化物超電導体結晶中ではないので、このCu−Ｏ面には超
電導電流が流れない。
1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導体結晶の構造図を示す。本発
明者らの低速イオン散乱分析（ＩＳＳ）法による分析に
よれば、酸化物超電導薄膜の表面には、図３のＡで示す
Cu−Ｏチェーンが露出している。酸化物超電導体では、
酸化物超電導体結晶中のCu−Ｏ面に超電導電流が流れ
る。従って、酸化物超電導体を使用した超電導接合で
は、酸化物超電導体の最上層の結晶の単位格子のCu−Ｏ
面は、酸化物超電導体と非超電導体の界面にあって、酸
化物超電導体結晶中ではないので、このCu−Ｏ面には超
電導電流が流れない。
Claims (1)
- 【請求項１】 酸化物超電導体で構成された第１の超電
導層と、該超電導層上に形成された前記酸化物超電導体
と類似の結晶構造を有する酸化物で構成された非超電導
層と、該非超電導層上に形成された前記第１の超電導層
と等しい構成の第２の超電導層とを具備することを特徴
とする超電導接合。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3265161A JPH0575171A (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 超電導接合 |
| US07/946,086 US5430011A (en) | 1991-09-17 | 1992-09-17 | Crystal compensated superconducting thin film formed of oxide superconductor material |
| CA002078540A CA2078540A1 (en) | 1991-09-17 | 1992-09-17 | Superconducting thin film formed of oxide superconductor material, superconducting device utilizing the superconducting thin film |
| EP92402547A EP0533568A1 (en) | 1991-09-17 | 1992-09-17 | Superconducting thin film formed of oxide superconductor material, superconducting device utilizing the superconducting thin film and method for manufacturing thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3265161A JPH0575171A (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 超電導接合 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0575171A true JPH0575171A (ja) | 1993-03-26 |
Family
ID=17413466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3265161A Pending JPH0575171A (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 超電導接合 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0575171A (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6413777A (en) * | 1987-07-07 | 1989-01-18 | Sharp Kk | Josephson element |
| JPH01272171A (ja) * | 1988-02-02 | 1989-10-31 | Thomson Csf | 超伝導材料でできた薄層をもつ素子及びその製造方法 |
| JPH0221676A (ja) * | 1988-07-08 | 1990-01-24 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超伝導体のトンネル接合 |
| JPH0278282A (ja) * | 1988-09-14 | 1990-03-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ジヨセフソン素子 |
| JPH02125672A (ja) * | 1988-11-04 | 1990-05-14 | Sanyo Electric Co Ltd | ジョセフソン接合素子及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-09-17 JP JP3265161A patent/JPH0575171A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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