JPH06140676A - ジョセフソン接合素子およびその製造方法 - Google Patents
ジョセフソン接合素子およびその製造方法Info
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- JPH06140676A JPH06140676A JP4308105A JP30810592A JPH06140676A JP H06140676 A JPH06140676 A JP H06140676A JP 4308105 A JP4308105 A JP 4308105A JP 30810592 A JP30810592 A JP 30810592A JP H06140676 A JPH06140676 A JP H06140676A
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- tunnel barrier
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- josephson junction
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 トンネル型ジョセフソン接合製造後におい
て、最大ジョセフソン電流を変化させる。 【構成】 超伝導電極１，１の対間に、トンネル障壁層
２と超伝導体層３の積層体からなるトンネル障壁を設け
ている。そして、超伝導電極１の臨界磁場をＨC1，超伝
導体層３の臨界磁場をＨC2とした場合にＨC1＞ＨC2の関
係をもつ材料を選定してジョセフソン接合を構築する。
ジョセフソン接合に異なるバイアス磁場を選択的に印加
することにより、最大ジョセフソン電流の大きさを変化
させる。
て、最大ジョセフソン電流を変化させる。 【構成】 超伝導電極１，１の対間に、トンネル障壁層
２と超伝導体層３の積層体からなるトンネル障壁を設け
ている。そして、超伝導電極１の臨界磁場をＨC1，超伝
導体層３の臨界磁場をＨC2とした場合にＨC1＞ＨC2の関
係をもつ材料を選定してジョセフソン接合を構築する。
ジョセフソン接合に異なるバイアス磁場を選択的に印加
することにより、最大ジョセフソン電流の大きさを変化
させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超伝導体を用いたトン
ネル型ジョセフソン接合素子およびその製造方法に関す
る。
ネル型ジョセフソン接合素子およびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のジョセフソン接合素子は、例えば
電子通信学会編「超伝導集積回路」の３１頁に示されて
いるように、２つの超伝導電極の間にトンネル障壁が設
けられ、該トンネル障壁により上記超伝導電極間に流れ
るジョセフソン電流が制御されていた。そして接合の大
きさがジョセフソン侵入距離以下になると、最大ジョセ
フソン電流の大きさは、接合面積に比例する。
電子通信学会編「超伝導集積回路」の３１頁に示されて
いるように、２つの超伝導電極の間にトンネル障壁が設
けられ、該トンネル障壁により上記超伝導電極間に流れ
るジョセフソン電流が制御されていた。そして接合の大
きさがジョセフソン侵入距離以下になると、最大ジョセ
フソン電流の大きさは、接合面積に比例する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来の
ジョセフソン接合素子において、最大ジョセフソン電流
の大きさは、接合面積，トンネル障壁の厚さ，トンネル
障壁バリアハイトで規定されるため、一度形成された素
子において、その最大ジョセフソン電流の大きさを変化
させることは困難であった。
ジョセフソン接合素子において、最大ジョセフソン電流
の大きさは、接合面積，トンネル障壁の厚さ，トンネル
障壁バリアハイトで規定されるため、一度形成された素
子において、その最大ジョセフソン電流の大きさを変化
させることは困難であった。
【０００４】本発明の目的は、一度形成されたジョセフ
ソン接合における最大ジョセフソン電流の大きさを変化
させることを可能としたジョセフソン接合素子およびそ
の製造方法を提供することにある。
ソン接合における最大ジョセフソン電流の大きさを変化
させることを可能としたジョセフソン接合素子およびそ
の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るジョセフソン接合素子は、超伝導電極
の対間にトンネル障壁を有するジョセフソン接合素子で
あって、トンネル障壁は、トンネル障壁層と超伝導体層
との２層構造からなり、前記超伝導体層は、前記超伝導
電極の臨界磁場より低い臨界磁場をもつ超伝導体にて構
成したものである。
め、本発明に係るジョセフソン接合素子は、超伝導電極
の対間にトンネル障壁を有するジョセフソン接合素子で
あって、トンネル障壁は、トンネル障壁層と超伝導体層
との２層構造からなり、前記超伝導体層は、前記超伝導
電極の臨界磁場より低い臨界磁場をもつ超伝導体にて構
成したものである。
【０００６】また本発明に係るジョセフソン接合素子の
製造方法は、第１超伝導電極・トンネル障壁形成工程
と、第２超伝導電極形成工程とを有するジョセフソン接
合素子の製造方法であって、第１超伝導電極・トンネル
障壁形成工程は、第１の超伝導電極上、トンネル障壁層
と超伝導体層とを順に積層して２層構造のトンネル障壁
を形成するものであり、超伝導体層は、超伝導電極の臨
界磁場より低い臨界磁場をもつ超伝導体から構成されて
おり、第２超伝導電極形成工程は、超伝導体層のトンネ
ル障壁層に接した領域を残し、その残りの領域を超伝導
体層の臨界磁場より大きな臨界磁場をもつ領域に改質し
て、前記第１の超伝導電極と対をなす第２の超伝導電極
を形成するものである。
製造方法は、第１超伝導電極・トンネル障壁形成工程
と、第２超伝導電極形成工程とを有するジョセフソン接
合素子の製造方法であって、第１超伝導電極・トンネル
障壁形成工程は、第１の超伝導電極上、トンネル障壁層
と超伝導体層とを順に積層して２層構造のトンネル障壁
を形成するものであり、超伝導体層は、超伝導電極の臨
界磁場より低い臨界磁場をもつ超伝導体から構成されて
おり、第２超伝導電極形成工程は、超伝導体層のトンネ
ル障壁層に接した領域を残し、その残りの領域を超伝導
体層の臨界磁場より大きな臨界磁場をもつ領域に改質し
て、前記第１の超伝導電極と対をなす第２の超伝導電極
を形成するものである。
【０００７】
【作用】本発明のジョセフソン接合素子では、超伝導電
極の対間にトンネル障壁層と超伝導体層の積層体を有し
ている。超伝導電極１の臨界磁場をＨC1，超伝導体層３
の臨界磁場をＨC2とすると、ＨC1＞ＨC2の関係にある。
そのため、ジョセフソン接合にＨC2未満の磁場が印加さ
れている場合は、トンネル障壁両側の超伝導電極は、全
て超伝導性を示し、実効的なトンネル障壁の厚さは、ト
ンネル障壁層の厚さに等しい。
極の対間にトンネル障壁層と超伝導体層の積層体を有し
ている。超伝導電極１の臨界磁場をＨC1，超伝導体層３
の臨界磁場をＨC2とすると、ＨC1＞ＨC2の関係にある。
そのため、ジョセフソン接合にＨC2未満の磁場が印加さ
れている場合は、トンネル障壁両側の超伝導電極は、全
て超伝導性を示し、実効的なトンネル障壁の厚さは、ト
ンネル障壁層の厚さに等しい。
【０００８】ジョセフソン接合にＨC2以上、ＨC1未満の
磁場が印加されている場合は、超伝導体層の超伝導性が
消滅し、実効的なトンネル障壁の厚さは、トンネル障壁
層の厚さと、超伝導体層の厚さとの和となる。
磁場が印加されている場合は、超伝導体層の超伝導性が
消滅し、実効的なトンネル障壁の厚さは、トンネル障壁
層の厚さと、超伝導体層の厚さとの和となる。
【０００９】その結果、ジョセフソン接合にＡ，Ｂの２
種類のバイアス磁場（Ａ＜ＨC2，ＨC2≦Ｂ≦ＨC1）を選
択的に印加することにより、ジョセフソン接合の最大ジ
ョセフソン電流の大きさを接合形成後でも変化させるこ
とが可能となる。
種類のバイアス磁場（Ａ＜ＨC2，ＨC2≦Ｂ≦ＨC1）を選
択的に印加することにより、ジョセフソン接合の最大ジ
ョセフソン電流の大きさを接合形成後でも変化させるこ
とが可能となる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示す断面図である。
る。図１は、本発明の一実施例を示す断面図である。
【００１１】図１において、本発明は、超伝導電極１，
１の対間にトンネル障壁層２と超伝導体層３の積層体を
有しており、超伝導電極１，１の対とトンネル障壁層２
と超伝導体層３の積層体とによりジョセフソン接合を構
成している。超伝導体層３は、電極１，１の臨界磁場よ
り低い臨界磁場をもつ超伝導体からなる。
１の対間にトンネル障壁層２と超伝導体層３の積層体を
有しており、超伝導電極１，１の対とトンネル障壁層２
と超伝導体層３の積層体とによりジョセフソン接合を構
成している。超伝導体層３は、電極１，１の臨界磁場よ
り低い臨界磁場をもつ超伝導体からなる。
【００１２】また、超伝導電極１の臨界磁場をＨC1，超
伝導体層３の臨界磁場をＨC2とすると、ＨC1＞ＨC2の関
係を満たす超伝導体でジョセフソン接合を構築する。
伝導体層３の臨界磁場をＨC2とすると、ＨC1＞ＨC2の関
係を満たす超伝導体でジョセフソン接合を構築する。
【００１３】実施例では、２個の超伝導電極１，１を例
えば窒化ニオブで構成し、トンネル障壁層２を例えば厚
さ５ｎｍのＳｉＯ2で構成し、超伝導体層３を例えば厚
さ１００ｎｍのニオブで構成している。その結果、例え
ば、約０．０５テスラ以下の磁場を印加した時には、Ｓ
ｉＯ2のバリアハイトで厚さ５ｎｍをトンネル障壁層２
とするジョセフソン効果が観測された。
えば窒化ニオブで構成し、トンネル障壁層２を例えば厚
さ５ｎｍのＳｉＯ2で構成し、超伝導体層３を例えば厚
さ１００ｎｍのニオブで構成している。その結果、例え
ば、約０．０５テスラ以下の磁場を印加した時には、Ｓ
ｉＯ2のバリアハイトで厚さ５ｎｍをトンネル障壁層２
とするジョセフソン効果が観測された。
【００１４】印加磁場を例えば、約１テスラにしたとこ
ろ、常伝導ニオブのバリアハイトで厚さ１００ｎｍの超
伝導体層３と、ＳｉＯ2のバリアハイトで厚さ５ｎｍの
トンネル障壁層２とが合わさった領域がトンネル障壁と
して作用するジョセフソン効果が観測され、０．０５テ
スラ印加時に比較して、最大臨界電流が減少したことが
観測された。
ろ、常伝導ニオブのバリアハイトで厚さ１００ｎｍの超
伝導体層３と、ＳｉＯ2のバリアハイトで厚さ５ｎｍの
トンネル障壁層２とが合わさった領域がトンネル障壁と
して作用するジョセフソン効果が観測され、０．０５テ
スラ印加時に比較して、最大臨界電流が減少したことが
観測された。
【００１５】図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施例
の製造方法を説明するための工程順の断面図である。
の製造方法を説明するための工程順の断面図である。
【００１６】図２（ａ）において、例えば厚さ１０μｍ
の窒化ニオブの第１の超伝導電極２１上に、例えば厚さ
５ｎｍのＳｉＯ2をトンネル障壁層２２として堆積させ
る。
の窒化ニオブの第１の超伝導電極２１上に、例えば厚さ
５ｎｍのＳｉＯ2をトンネル障壁層２２として堆積させ
る。
【００１７】次に図２（ｂ）に示すように、トンネル障
壁層２２上に、例えばニオブを厚さ１００ｎｍの超伝導
体層２３として堆積させる。
壁層２２上に、例えばニオブを厚さ１００ｎｍの超伝導
体層２３として堆積させる。
【００１８】その後、図２（ｃ）に示すように、超伝導
体層２３の表面から約９０ｎｍの深さまで窒化処理を行
い、厚さ約９０ｎｍの第２の超伝導電極２４を形成す
る。
体層２３の表面から約９０ｎｍの深さまで窒化処理を行
い、厚さ約９０ｎｍの第２の超伝導電極２４を形成す
る。
【００１９】上記製造方法によるジョセフソン接合に、
例えば約０．０５テスラ以下の磁場を印加した時には、
ＳｉＯ2のバリアハイトで厚さ５ｎｍをトンネル障壁層
２とするジョセフソン効果が観測された。
例えば約０．０５テスラ以下の磁場を印加した時には、
ＳｉＯ2のバリアハイトで厚さ５ｎｍをトンネル障壁層
２とするジョセフソン効果が観測された。
【００２０】また、ジョセフソン接合に印加する印加磁
場を例えば約１テスラにしたところ、常伝導ニオブのバ
イアハイトで厚さ１００ｎｍの超伝導体層３と、ＳｉＯ
2のバリアハイトで厚さ５ｎｍのトンネル障壁層２とが
合わさった領域がトンネル障壁として作用するジョセフ
ソン効果が観測され、０．０５テスラ印加時に比較し
て、最大臨界電流が減少したことが観測された。
場を例えば約１テスラにしたところ、常伝導ニオブのバ
イアハイトで厚さ１００ｎｍの超伝導体層３と、ＳｉＯ
2のバリアハイトで厚さ５ｎｍのトンネル障壁層２とが
合わさった領域がトンネル障壁として作用するジョセフ
ソン効果が観測され、０．０５テスラ印加時に比較し
て、最大臨界電流が減少したことが観測された。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ジ
ョセフソン接合に異なるバイアス磁場を選択的に印加す
ることにより、最大ジョセフソン電流の大きさを接合完
成後に変化させることができる。
ョセフソン接合に異なるバイアス磁場を選択的に印加す
ることにより、最大ジョセフソン電流の大きさを接合完
成後に変化させることができる。
【図１】本発明の一実施例に係るジョセフソン接合の構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例の製造方法を説明するための
工程順の断面図である。
工程順の断面図である。
１ 超伝導電極 ２，２２ トンネル障壁層 ３，２３ 超伝導体層 ２１ 第１の超伝導電極 ２４ 第２の超伝導電極
Claims (2)
- 【請求項１】 超伝導電極の対間にトンネル障壁を有す
るジョセフソン接合素子であって、 トンネル障壁は、トンネル障壁層と超伝導体層との２層
構造からなり、 前記超伝導体層は、前記超伝導電極の臨界磁場より低い
臨界磁場をもつ超伝導体にて構成したものであることを
特徴とするジョセフソン接合素子。 - 【請求項２】 第１超伝導電極・トンネル障壁形成工程
と、第２超伝導電極形成工程とを有するジョセフソン接
合素子の製造方法であって、 第１超伝導電極・トンネル障壁形成工程は、第１の超伝
導電極上、トンネル障壁層と超伝導体層とを順に積層し
て２層構造のトンネル障壁を形成するものであり、 超伝導体層は、超伝導電極の臨界磁場より低い臨界磁場
をもつ超伝導体から構成されており、 第２超伝導電極形成工程は、超伝導体層のトンネル障壁
層に接した領域を残し、その残りの領域を超伝導体層の
臨界磁場より大きな臨界磁場をもつ領域に改質して、前
記第１の超伝導電極と対をなす第２の超伝導電極を形成
するものであることを特徴とする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 |
|---|---|---|---|
| JP4308105A JPH06140676A (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | ジョ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 |
|---|---|---|---|
| JP4308105A JPH06140676A (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | ジョセフソン接合素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06140676A true JPH06140676A (ja) | 1994-05-20 |
Family
ID=17976933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4308105A Pending JPH06140676A (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | ジョセフソン接合素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06140676A (ja) |
-
1992
- 1992-10-22 JP JP4308105A patent/JPH06140676A/ja active Pending
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