JPH0738165A - 超伝導ジョセフソン素子の作製方法 - Google Patents
超伝導ジョセフソン素子の作製方法Info
- Publication number
- JPH0738165A JPH0738165A JP5200098A JP20009893A JPH0738165A JP H0738165 A JPH0738165 A JP H0738165A JP 5200098 A JP5200098 A JP 5200098A JP 20009893 A JP20009893 A JP 20009893A JP H0738165 A JPH0738165 A JP H0738165A
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- dielectric substrate
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高臨界電流を示し、かつ再現性に優れたジョ
セフソンデバイスを作製すること。 【構成】 誘電体基板４に傾斜を設け、この誘電体基板
上に、この基板と結晶格子整合のとれた超伝導薄膜３を
形成し、傾斜面の境界線５にジョセフソン素子を作製す
る。
セフソンデバイスを作製すること。 【構成】 誘電体基板４に傾斜を設け、この誘電体基板
上に、この基板と結晶格子整合のとれた超伝導薄膜３を
形成し、傾斜面の境界線５にジョセフソン素子を作製す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は通信や情報産業，天文観
測などの分野において用いられるジョセフソン素子の作
製方法に関するものである。
測などの分野において用いられるジョセフソン素子の作
製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ジョセフソン素子は、高感度な磁気およ
び電磁波センサーや高速で低消費電力な電子デバイスと
して用いられる。酸化物超伝導体は比較的高い温度で超
伝導状態が発現し、エネルギーギャップが大きいため遠
赤外領域の高い周波数を持つ電磁波にも使えると考えら
れている。このジョセフソン結合を安定に再現性良く実
現できると、従来の動作温度より７０〜１００Ｋも高い
温度で動作させることが可能になり、簡易な冷凍装置を
用いて低雑音で信号処理ができる。しかし、酸化物超伝
導体は、短コヒーレンス長，結晶異方性，含有酸素の不
安定さなど電子デバイス化にとって困難な特性をも併せ
持つ。そのため従来の金属系低温超伝導体で成功を収め
た絶縁体を超伝導で挟んだ構造を持つ積層型ジョセフソ
ン素子の作製が著しく困難である。そこで当初、酸化物
超伝導膜を熱処理した結果できる結晶の自然粒界を利用
した素子の作製が検討された。しかし、自然粒界は制御
性が悪くまた再現性に乏しいので、Bi−クリスタル（Bi
-crystal）基板や段差基板上に超伝導薄膜を成膜し、粒
界を人工的に作ることが試みられてきた。Bi−クリスタ
ル基板上に作製した接合は低雑音特性を示すが、集積化
には適さず、また融着部が熱膨張や衝撃で破損しやす
い。段差基板を用いた接合は比較的簡単なプロセスを通
じて１枚の基板上に多素子化が可能であるという利点が
あるが、素子の再現性に問題がある。情報処理や高速動
作を行うためにはジョセフソン接合の集積化や３端子動
作を含めた電子デバイスとしての機能性・信頼性を高め
ることが必要である。また、酸化物超伝導体は多元素な
ため劣化しやすい。そこで、高臨界電流密度を持ち、微
細加工法による劣化がないジョセフソン接合の作製技術
が求められている。
び電磁波センサーや高速で低消費電力な電子デバイスと
して用いられる。酸化物超伝導体は比較的高い温度で超
伝導状態が発現し、エネルギーギャップが大きいため遠
赤外領域の高い周波数を持つ電磁波にも使えると考えら
れている。このジョセフソン結合を安定に再現性良く実
現できると、従来の動作温度より７０〜１００Ｋも高い
温度で動作させることが可能になり、簡易な冷凍装置を
用いて低雑音で信号処理ができる。しかし、酸化物超伝
導体は、短コヒーレンス長，結晶異方性，含有酸素の不
安定さなど電子デバイス化にとって困難な特性をも併せ
持つ。そのため従来の金属系低温超伝導体で成功を収め
た絶縁体を超伝導で挟んだ構造を持つ積層型ジョセフソ
ン素子の作製が著しく困難である。そこで当初、酸化物
超伝導膜を熱処理した結果できる結晶の自然粒界を利用
した素子の作製が検討された。しかし、自然粒界は制御
性が悪くまた再現性に乏しいので、Bi−クリスタル（Bi
-crystal）基板や段差基板上に超伝導薄膜を成膜し、粒
界を人工的に作ることが試みられてきた。Bi−クリスタ
ル基板上に作製した接合は低雑音特性を示すが、集積化
には適さず、また融着部が熱膨張や衝撃で破損しやす
い。段差基板を用いた接合は比較的簡単なプロセスを通
じて１枚の基板上に多素子化が可能であるという利点が
あるが、素子の再現性に問題がある。情報処理や高速動
作を行うためにはジョセフソン接合の集積化や３端子動
作を含めた電子デバイスとしての機能性・信頼性を高め
ることが必要である。また、酸化物超伝導体は多元素な
ため劣化しやすい。そこで、高臨界電流密度を持ち、微
細加工法による劣化がないジョセフソン接合の作製技術
が求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の欠点
を改善するために提案されたもので、その目的は、超伝
導薄膜作製用の誘電体基板に傾斜を付けることにより、
格子整合の取れた、エピタキシャル超伝導薄膜を作製
し、傾斜端での結晶結合の違いをジョセフソン接合とし
て用いることにより、高臨界電流を示し、再現性に優れ
たジョセフソンデバイスを作製することにある。
を改善するために提案されたもので、その目的は、超伝
導薄膜作製用の誘電体基板に傾斜を付けることにより、
格子整合の取れた、エピタキシャル超伝導薄膜を作製
し、傾斜端での結晶結合の違いをジョセフソン接合とし
て用いることにより、高臨界電流を示し、再現性に優れ
たジョセフソンデバイスを作製することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は酸化物超伝導体よりも格子定数の小さい誘
電体基板の一部に傾斜面を形成し、両者の格子整合をは
かるとともに、前記傾斜面と前記誘電体基板の平面との
境界部に超伝導結合の弱いジョセフソン接合を形成する
ことを特徴とする超伝導ジョセフソン素子の作製方法を
発明の要旨とするものである。さらに、本発明は酸化物
超伝導体よりも格子定数の小さい誘電体基板に、２面以
上の傾斜面を形成し、両者の格子整合をはかるととも
に、前記傾斜面相互の境界部に超伝導結合の弱いジョセ
フソン接合を形成することを特徴とする超伝導ジョセフ
ソン素子の作製方法を発明の要旨とするものである。換
言すれば、本発明は格子整合を考慮した傾斜誘電体基板
を用い、その上に超伝導薄膜を形成し、傾斜端での結晶
構造の不整合を利用することによって、弱結合型のジョ
セフソン接合を形成するものである。
め、本発明は酸化物超伝導体よりも格子定数の小さい誘
電体基板の一部に傾斜面を形成し、両者の格子整合をは
かるとともに、前記傾斜面と前記誘電体基板の平面との
境界部に超伝導結合の弱いジョセフソン接合を形成する
ことを特徴とする超伝導ジョセフソン素子の作製方法を
発明の要旨とするものである。さらに、本発明は酸化物
超伝導体よりも格子定数の小さい誘電体基板に、２面以
上の傾斜面を形成し、両者の格子整合をはかるととも
に、前記傾斜面相互の境界部に超伝導結合の弱いジョセ
フソン接合を形成することを特徴とする超伝導ジョセフ
ソン素子の作製方法を発明の要旨とするものである。換
言すれば、本発明は格子整合を考慮した傾斜誘電体基板
を用い、その上に超伝導薄膜を形成し、傾斜端での結晶
構造の不整合を利用することによって、弱結合型のジョ
セフソン接合を形成するものである。
【０００５】
【作用】本発明の方法は、第１の発明に示すように、格
子整合を考慮した傾斜誘電体基板を用い、その傾斜端で
の結晶結合の違いをジョセフソン接合として用いる。ま
た、本発明による方法は成膜後も素子形状に加工するだ
けで、ジョセフソン接合素子を作製できることより、加
工劣化の少ない素子作製方法である。また、本発明によ
り作製された素子は基板自体に融着やエッチングなどの
前処理を行わないため、基板上の不純物が少なく、衝
撃，熱サイクルなどにも強い。また、第２の発明に示す
ように、従来の酸化物超伝導体を用いたジョセフソン接
合の作製方法に比べ、格子整合が取られている。また、
基板に対して配向した超伝導薄膜は、傾斜端でわずかに
ｃ軸方向のずれた超伝導薄膜と結合する。この時、Ｃｕ
−Ｏ平面をわずかに横切るため、高い臨界電流を有する
ジョセフソン接合を作製することができる。
子整合を考慮した傾斜誘電体基板を用い、その傾斜端で
の結晶結合の違いをジョセフソン接合として用いる。ま
た、本発明による方法は成膜後も素子形状に加工するだ
けで、ジョセフソン接合素子を作製できることより、加
工劣化の少ない素子作製方法である。また、本発明によ
り作製された素子は基板自体に融着やエッチングなどの
前処理を行わないため、基板上の不純物が少なく、衝
撃，熱サイクルなどにも強い。また、第２の発明に示す
ように、従来の酸化物超伝導体を用いたジョセフソン接
合の作製方法に比べ、格子整合が取られている。また、
基板に対して配向した超伝導薄膜は、傾斜端でわずかに
ｃ軸方向のずれた超伝導薄膜と結合する。この時、Ｃｕ
−Ｏ平面をわずかに横切るため、高い臨界電流を有する
ジョセフソン接合を作製することができる。
【０００６】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。 〔実施例１〕酸化物超伝導薄膜作製用の基板として、そ
の膜と格子定数・膨張係数の近い酸化マグネシウムやチ
タン酸ストロンチウムなどの基板が用いられる。しか
し、
の膜と格子定数・膨張係数の近い酸化マグネシウムやチ
タン酸ストロンチウムなどの基板が用いられる。しか
し、
【０００７】
【化１】
【０００８】に示すように、相互の格子間にわずかばか
りの違いがあるため超伝導結晶格子がひずんだり、配向
の違う結晶が成長したり、マイクロクラックの原因にな
る。図１は超伝導薄膜作製用基板に傾斜を付けたことを
説明する図で、図において１は片方向に傾斜をもつ酸化
物超伝導薄膜作製用の誘電体基板、２は誘電体基板の傾
斜端を示す。この図１に示すように、格子定数が超伝導
薄膜より小さな基板に傾斜の角度を付けることによっ
て、結晶格子を超伝導体に近づける方法がある。このよ
うに、基板の片側だけに傾斜を付け、その後、図２のよ
うに酸化物超伝導薄膜を形成する。
りの違いがあるため超伝導結晶格子がひずんだり、配向
の違う結晶が成長したり、マイクロクラックの原因にな
る。図１は超伝導薄膜作製用基板に傾斜を付けたことを
説明する図で、図において１は片方向に傾斜をもつ酸化
物超伝導薄膜作製用の誘電体基板、２は誘電体基板の傾
斜端を示す。この図１に示すように、格子定数が超伝導
薄膜より小さな基板に傾斜の角度を付けることによっ
て、結晶格子を超伝導体に近づける方法がある。このよ
うに、基板の片側だけに傾斜を付け、その後、図２のよ
うに酸化物超伝導薄膜を形成する。
【０００９】図２において、３は酸化物超伝導薄膜、４
は誘電体基板を示す。このように構成すると、傾斜の開
始端のところで、結晶構造の不整合ができ、図３に示す
ように超伝導結合の弱いジョセフソン接合（結晶不整合
部）５ができる。このようにして、形成した薄膜をパタ
ーニングし、ブリッジ形状の素子を作製すると高温で動
作するジョセフソン素子を作製することができる。
は誘電体基板を示す。このように構成すると、傾斜の開
始端のところで、結晶構造の不整合ができ、図３に示す
ように超伝導結合の弱いジョセフソン接合（結晶不整合
部）５ができる。このようにして、形成した薄膜をパタ
ーニングし、ブリッジ形状の素子を作製すると高温で動
作するジョセフソン素子を作製することができる。
【００１０】〔実施例２〕酸化物超伝導薄膜用基板と酸
化物超伝導結晶の格子整合をとるために、図４のように
両側に傾斜を付け、酸化物超伝導体との格子定数の整合
性を良くする。この基板６上に酸化物超伝導薄膜を成膜
すると中央部の傾斜開始端に格子の不整合部ができる。
この部分は、超伝導結合の弱いジョセフソン接合にな
る。この薄膜を通常のフォトリソグラフィーの手法を用
いて図５に示すようにブリッジ形状を持つパターンに加
工する。図５において、３は酸化物超伝導薄膜、４は誘
電体基板、６は結晶不整合部（ジョセフソン接合）を示
す。このようにして加工したブリッジ形状素子は、ジョ
セフソン接合素子となる。また、格子整合をとり、超伝
導電流の流れるＣｕ−Ｏ平面がわずかばかりずれた構造
になっているので、高い臨界電流を持ち、素子の高速動
作の指標となる臨界電流と常伝導抵抗の積も大きくな
る。
化物超伝導結晶の格子整合をとるために、図４のように
両側に傾斜を付け、酸化物超伝導体との格子定数の整合
性を良くする。この基板６上に酸化物超伝導薄膜を成膜
すると中央部の傾斜開始端に格子の不整合部ができる。
この部分は、超伝導結合の弱いジョセフソン接合にな
る。この薄膜を通常のフォトリソグラフィーの手法を用
いて図５に示すようにブリッジ形状を持つパターンに加
工する。図５において、３は酸化物超伝導薄膜、４は誘
電体基板、６は結晶不整合部（ジョセフソン接合）を示
す。このようにして加工したブリッジ形状素子は、ジョ
セフソン接合素子となる。また、格子整合をとり、超伝
導電流の流れるＣｕ−Ｏ平面がわずかばかりずれた構造
になっているので、高い臨界電流を持ち、素子の高速動
作の指標となる臨界電流と常伝導抵抗の積も大きくな
る。
【００１１】〔実施例３〕格子定数が超伝導薄膜より大
きな基板の傾斜角度を調整することによって、斜面上に
通常のｃ軸配向の薄膜でない、ａ軸配向の薄膜を形成す
ることができる。通常、傾斜を付けてない基板面にはｃ
軸配向の超伝導薄膜が形成されることより、この格子整
合による結晶配向性の違いを利用して、傾斜基板上にｃ
軸面とａ軸面の超伝導薄膜を作製すると、図６に示すよ
うに、境界に超伝導性の弱い部分ができ、この部分が、
超伝導結合の弱いジョセフソン接合になる。
きな基板の傾斜角度を調整することによって、斜面上に
通常のｃ軸配向の薄膜でない、ａ軸配向の薄膜を形成す
ることができる。通常、傾斜を付けてない基板面にはｃ
軸配向の超伝導薄膜が形成されることより、この格子整
合による結晶配向性の違いを利用して、傾斜基板上にｃ
軸面とａ軸面の超伝導薄膜を作製すると、図６に示すよ
うに、境界に超伝導性の弱い部分ができ、この部分が、
超伝導結合の弱いジョセフソン接合になる。
【００１２】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
傾斜を持つ誘電体基板を用いて酸化物超伝導ジョセフソ
ン接合を作製すれば、効率的に再現性の良い接合ができ
る。このため酸化物超伝導薄膜デバイスの実用化におい
て有効である。
傾斜を持つ誘電体基板を用いて酸化物超伝導ジョセフソ
ン接合を作製すれば、効率的に再現性の良い接合ができ
る。このため酸化物超伝導薄膜デバイスの実用化におい
て有効である。
【図１】超伝導薄膜作製用の誘電体基板上に傾斜（角度
θ）を付けたことを説明する図である。
θ）を付けたことを説明する図である。
【図２】傾斜（角度θ）を付けた超伝導薄膜作製用の誘
電体基板上に超伝導薄膜を形成したことを説明するため
の図である。
電体基板上に超伝導薄膜を形成したことを説明するため
の図である。
【図３】図２で示した誘電体基板の傾斜端での超伝導薄
膜の構造を表したものである。この時、上部の水平線は
超伝導結晶のｃ軸に垂直なＣｕ−Ｏ平面を表す。
膜の構造を表したものである。この時、上部の水平線は
超伝導結晶のｃ軸に垂直なＣｕ−Ｏ平面を表す。
【図４】超伝導薄膜作製用の誘電体基板の両方向に傾斜
（角度θ）を付けたことを説明する図である。
（角度θ）を付けたことを説明する図である。
【図５】ブリッジ型の素子形状に加工した超伝導ジョセ
フソン素子を示す図である。
フソン素子を示す図である。
【図６】傾斜基板上にｃ軸面とａ軸面の超伝導薄膜を作
製し、その境界部をジョセフソン接合とすることを説明
する断面図である。
製し、その境界部をジョセフソン接合とすることを説明
する断面図である。
１ 片方向に傾斜をもつ酸化物超伝導薄膜作製用の誘電
体基板 ２ 誘電体基板の傾斜端 ３ 酸化物超伝導薄膜 ４ 酸化物超伝導薄膜作製用の誘電体基板 ５ 結晶不整合部（ジョセフソン接合） ６ 両方向に傾斜をもつ酸化物超伝導薄膜作製用の誘電
体基板 ７ ａ軸に配向した酸化物超伝導薄膜 ８ ｃ軸に配向した酸化物超伝導薄膜 ９ 結晶不整合部（ジョセフソン接合） １０ 格子定数が超伝導薄膜より大きな誘電体基板
体基板 ２ 誘電体基板の傾斜端 ３ 酸化物超伝導薄膜 ４ 酸化物超伝導薄膜作製用の誘電体基板 ５ 結晶不整合部（ジョセフソン接合） ６ 両方向に傾斜をもつ酸化物超伝導薄膜作製用の誘電
体基板 ７ ａ軸に配向した酸化物超伝導薄膜 ８ ｃ軸に配向した酸化物超伝導薄膜 ９ 結晶不整合部（ジョセフソン接合） １０ 格子定数が超伝導薄膜より大きな誘電体基板
Claims (2)
- 【請求項１】 酸化物超伝導体よりも格子定数の小さい
誘電体基板の一部に傾斜面を形成し、両者の格子整合を
はかるとともに、前記傾斜面と前記誘電体基板の平面と
の境界部に超伝導結合の弱いジョセフソン接合を形成す
ることを特徴とする超伝導ジョセフソン素子の作製方
法。 - 【請求項２】 酸化物超伝導体よりも格子定数の小さい
誘電体基板に、２面以上の傾斜面を形成し、両者の格子
整合をはかるとともに、前記傾斜面相互の境界部に超伝
導結合の弱いジョセフソン接合を形成することを特徴と
する超伝導ジョセフソン素子の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5200098A JPH0738165A (ja) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | 超伝導ジョセフソン素子の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5200098A JPH0738165A (ja) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | 超伝導ジョセフソン素子の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0738165A true JPH0738165A (ja) | 1995-02-07 |
Family
ID=16418817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5200098A Pending JPH0738165A (ja) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | 超伝導ジョセフソン素子の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0738165A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006273699A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高品質Ｂｉ系酸化物超電導薄膜の作製法 |
| US7586528B2 (en) | 2004-03-22 | 2009-09-08 | Fujifilm Corporation | Color sensor and color image pickup method |
-
1993
- 1993-07-19 JP JP5200098A patent/JPH0738165A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7586528B2 (en) | 2004-03-22 | 2009-09-08 | Fujifilm Corporation | Color sensor and color image pickup method |
| JP2006273699A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高品質Ｂｉ系酸化物超電導薄膜の作製法 |
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