JPH0652810B2 - 超伝導回路装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超伝導回路装置に関し、更に詳しくは超伝導ト
ンネル障壁を有する超伝導回路装置に関するものであ
る。

超伝導トンネル障壁を有する超伝導回路装置は例えば文
献プロシーディングオブザアイイーイーイー誌(Proceed
ings of the IEEE)Vol.55No.2February 1967 PP.172-18
0又はUSP4334158に示されている如くよく知られてい
る。

第１図(a),(b)は超伝導回路装置の従来例の一つを説明
するための図である。第１図(a)では基板１上に超伝導
基部電極２を形成し、その表面に絶縁層３を用いてトン
ネル障壁４の領域を規定し、該トンネル障壁４に接して
おおう部分に超伝導対向電極５を形成している。第１図
(b)では基板６上に第１の超伝導電極７を形成し、その
表面に絶縁層９を用いて第１のトンネル障壁８の領域を
規定し該第１のトンネル障壁８に接しておおう部分に第
２の超伝導電極１０を形成し更に該第２の超伝導電極１
０の表面に絶縁層１２を用いて第２のトンネル障壁１１
を規定し、該第２のトンネル障壁１１に接しておおう部
分に第３の超伝導電極１３を形成している。

上記２例で示した如く、トンネル障壁を用いた従来の超
伝導回路装置では第１の超伝導電極２及び７を除いた各
超伝導電極及び絶縁層がそれぞれの下地に生じた段差部
分を越えて形成される構造である為、上記段差部で、上
記各超伝導電極及び絶縁層の不連続性が生じ易く、装置
の歩留及び信頼性の低下を招き易い構造であった。又、
上記段差部での上記各超伝導電極あるいは絶縁層の連続
性を確保する為に、それぞれの膜厚はそれ等が越えるべ
き段差部よりも厚くしなければならないという装置製作
上の制限があった。更には室温と4.2゜K間の熱サイクル
経過時に、基板と超伝導電極間の熱膨張系数の違いによ
り、超伝導電極内の基板と平行な方向に圧縮応力又は引
っぱり応力が生じ、その結果トンネル障壁をつきやぶる
いわゆるヒロックが発生し、トンネル障壁の劣化を招く
事が例えば文献アイイーイーイートランザクションオン
エレクトロンデバイス誌(IEEE Transaction on Electro
n Device)ED-27 No.10 PP.1979-1987 1980年により報告
されている。

第２図は超伝導回路装置の別の従来例の一つを説明する
ための図である。第２図では基板１４上に超伝導基部電
極１５が設けられ、その側面を除いた主表面上に絶縁層
１６が設けられ、又、該超伝導基部電極１５の側面にト
ンネル障壁１７が設けられ、該トンネル障壁１７に接し
て対向電極１８が設けられている。

上記例で示したトンネル障壁を用いた従来の超伝導回路
装置では対向電極１８は下地に生じた段差部を越えて形
成されるため対向電極１８は上記段差部で不連続性が生
じ易く装置の歩留及び信頼性の低下を招き易い構造であ
った。

本発明は上記構造上の欠点に鑑みてなされたものであ
り、所要の基板上に少なくとも、第１の超伝導体と第２
の超伝導体とを備え、該各超伝導体がその側面において
トンネル障壁を介して接触し、かつ該各超伝導体の側面
に接して包囲するように各超伝導体と同じ厚さの絶縁層
が同一層内に設けられ、装置主平面が同一平面内にある
平面構造を特徴とする。

以下図面に従って本発明を説明する。先ず第３図を用い
て本発明の原理を説明する。第３図に示す如く本発明に
よる超伝導回路装置の基本構造は所要の基板１９上に第
１の超伝導電極２０及び第２の超伝導電極２２及び絶縁
層２３が設けられ、第１の超伝導電極２０と第２の超伝
導電極２２の側面はトンネル障壁２１を介して接触して
おり、第１の超伝導電極２０と第２の超伝導電極２２の
トンネル障壁に接触していない側面は絶縁層２３と接触
している平面構造となっている。この結果超伝導電極及
び絶縁層が越えなければならない段差部を解消する事が
可能な新規なる構造が得られる。その為超伝導電極及び
絶縁層の連続性が向上する。又、絶縁層の厚さ及び第２
の超伝導電極の厚さは越える段差の高さに依存せず独立
に決定する事ができる。この場合配線部分の下地を平坦
化する為に、絶縁層、第１の超伝導電極及び第２の超伝
導電極のそれぞれの厚さを等しくする。更に室温と4.2゜
K間の熱サイクル経過時に、基板と超伝導電極の熱膨張
系数の違いにより、超伝導電極内の基板と平行な方向に
圧縮応力又は引っぱり応力が生じても、トンネル障壁は
上記力の方向に対してほぼ垂直な面内に設けられている
ため、トンネル障壁をつきやぶるいわゆるヒロックの発
生に起因するトンネル障壁の劣化を防止することができ
る。

また、本発明はトンネル障壁を用いる超伝導回路装置に
おいて、高歩留及び高信頼性を実現すると共に多層構造
からなる装置を容易に実現することができる。

次に本発明をより良く理解するために実施例をあげて説
明する。第４図に本発明の一実施例としてジョセフソン
素子回路の断面構造を示す。同図において基板２４上に
例えばＮｂを用いてグランドプレーン層124が設けられ
ている。その上に例えばSiO又はNb₂O₅を用いて絶縁層22
4が設けられている。上記グランドプレート層124及び上
記絶縁層224は必ずしも必要としないが本実施例では適
切なデバイスパラメータを実現するためにこれ等を用い
た構造を示した。上記絶縁層224上に接して例えばＮｂ
で第１の超伝導電極２５、第２の超伝導電極２７及び例
えばNb₂O₅を用いて絶縁層２８がほぼ同じ厚さで設けら
れている。第１の超伝導電極２５と第２の超伝導電極２
７はトンネル障壁２６を介して基板に平行に配置されて
おり、その周囲に接した絶縁層２８で包囲されている。
各素子の連結は連結線路２９によって行われる。この場
合第１、第２の超伝導電極及び絶縁層によって構成され
る装置の主表面はほぼ平担化されているため、連続線路
２９の連続性は良効である。第５図に本発明の他の実施
例として超伝導トンネル障壁を２ケ以上用いる素子を含
む回路断面構造を示す。同図において基板３０上に例え
ばＮｂを用いてグランドプレーン層130が設けられてい
る。その上に例えばSiO又はNb₂O₅を用いて絶縁層230が
設けられている。上記グランドプレート層130及び上記
絶縁層230は必ずしも必要ないが、本実施例では適切な
デバイスパラメータを実現するためにこれ等を用いた構
造を示した。上記絶縁層230上に接して例えばＮｂで第
１の超伝導電極３１、第２の超伝導電極３３、第３の超
伝導電極３５及び例えばNb₂O₅を用いて絶縁層３６がほ
ぼ同じ厚さで設けられている。第１の超伝導電極３１と
第２の超伝導電極３３はトンネル障壁３２を介して基板
に平行に配置され、更に第２の超伝導電極３３と第３の
超伝導電極３５はトンネル障壁３４を介して基板に平行
に配置され、第１、第２及び第３の超伝導電極のトンネ
ル障壁に接触していない側面は絶縁層３６に接して包囲
されている。各素子の連結は連結線路３７によって行わ
れる。この場合第１、第２、第３の超伝導電極及び絶縁
層によって構成される主表面はほぼ平担化されているた
め連結線路３７の連続性は良好である。

以上実施例について説明したことから明らかなように本
発明の特徴はトンネル障壁を介して接触する超伝導電極
を基板上に接して基板に平行な方向に配置し、その超伝
導電極及びトンネル障壁の側面を絶縁層で包囲した平面
構造の超伝導回路装置にある。

【図面の簡単な説明】

第１図(a),(b)は従来の技術を説明するための超伝導回
路装置の構造断面図である。 第２図は従来の技術を説明するための超伝導回路装置の
構造断面図である。 第３図は本発明の原理を説明するための超伝導回路装置
の構造断面図である。 第４図は本発明の一実施例を説明するためのジョセフソ
ン素子回路の構造断面図である。 第５図は本発明の他の一実施例を説明するための超伝導
トンネル障壁を２ケ以上用いる素子を含む回路の構造断
面図である。 図に於いて、１，６，１４，１９，２４及び３０は基
板、２，７，１５，２０，２５及び３１は第１の超伝導
電極、３，９，１２，１６，２３，２８，３６は絶縁
層、４，８，１１，１７，２１，２６，３２及び３４は
トンネル障壁５，１０，１８，２２，２７及び３３は第
２の超伝導電極、１３及び３５は第３の超伝導電極、12
4及び130はグランドプレーン層、224及び230は絶縁層、
２９及び３７は連結線路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所要の基板上に少なくとも、第１の超伝導
   体と、第２の超伝導体とを備え、該各超伝導体がその側
   面において、トンネル障壁を介して接触し、かつ該各超
   伝導体の他方の側面に接して包囲するように各超伝導体
   と同じ厚さの絶縁層が同一層内に設けられ、装置主平面
   が同一平面内にある平面構造を特徴とする超伝導回路装
   置。