JPH08316535A - ジョセフソン素子及びその製造方法 - Google Patents
ジョセフソン素子及びその製造方法Info
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- JPH08316535A JPH08316535A JP7145601A JP14560195A JPH08316535A JP H08316535 A JPH08316535 A JP H08316535A JP 7145601 A JP7145601 A JP 7145601A JP 14560195 A JP14560195 A JP 14560195A JP H08316535 A JPH08316535 A JP H08316535A
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- oxide superconductor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 酸化物超電導体薄膜を用いたジョセフソン素
子において、酸化物超電導体として表面平坦性、均質性
に優れ、小粒子（パーティキュレート）の発生が少ない
ＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜を用い、平面構造ジョセフ
ソン接合の臨界電流密度の向上を図る。 【構成】 Ｇａ+ の集束イオンビーム法により基板表面
に劣化領域を形成し、その上に酸化物超電導体膜を堆積
することにより作製される、超電導性を弱めたトンネル
障壁領域を持つトンネル接合において、酸化物超電導体
をＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y （０≦ｙ≦０．５）とするこ
とを特徴とする酸化物超電導体素子。
子において、酸化物超電導体として表面平坦性、均質性
に優れ、小粒子（パーティキュレート）の発生が少ない
ＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜を用い、平面構造ジョセフ
ソン接合の臨界電流密度の向上を図る。 【構成】 Ｇａ+ の集束イオンビーム法により基板表面
に劣化領域を形成し、その上に酸化物超電導体膜を堆積
することにより作製される、超電導性を弱めたトンネル
障壁領域を持つトンネル接合において、酸化物超電導体
をＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y （０≦ｙ≦０．５）とするこ
とを特徴とする酸化物超電導体素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液体窒素温度以下で動作
する酸化物超電導体を用いたジョセフソン素子及びその
製造方法に係る。
する酸化物超電導体を用いたジョセフソン素子及びその
製造方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】超電導電子デバイスの基本であるジョセ
フソン接合を作製する場合、多く薄膜が利用されるが、
界面では超電導コヒーレンス長が重要なパラメータとな
る。酸化物超電導体はいずれも通常の金属に比べ低キャ
リア濃度であるため、結晶構造、組成に敏感に超電導特
性が影響を受ける。このため、接合界面の欠陥で劣化層
が生じる。この場合コヒーレンス長が短いと、良好な接
合特性が得られなくなる。ところが高Ｔｃ（臨界温度）
が実現する超電導体はいずれもコヒーレンス長が短い。
さらにトンネル効果は量子現象であり接合界面の形状寸
法に敏感である。この様にして、酸化物超電導体のジョ
セフソン接合の特性再現性を低いものにしていた。一
方、ジョセフソン接合の大きな利点は低消費電力であ
り、この長所は多数の素子を集積化した場合に利点とな
る。この場合素子特性の均質性（再現性）が設計性能を
実現するうえで必要条件となる。加えてジョセフソン接
合は増幅機能を持たないため、回路性能実現のための素
子特性の分布は狭いことが要求されている。この点よ
り、ジョセフソン接合再現性向上の研究が活発に続けら
れていた。このうち、コヒーレンス長が比較的長いａ軸
方向を接合面に垂直にすることができる平面構造接合を
作製することにより比較的容易にジョセフソン接合が実
現できることがわかっている（特開平６−１５１９８６
号公報）。
フソン接合を作製する場合、多く薄膜が利用されるが、
界面では超電導コヒーレンス長が重要なパラメータとな
る。酸化物超電導体はいずれも通常の金属に比べ低キャ
リア濃度であるため、結晶構造、組成に敏感に超電導特
性が影響を受ける。このため、接合界面の欠陥で劣化層
が生じる。この場合コヒーレンス長が短いと、良好な接
合特性が得られなくなる。ところが高Ｔｃ（臨界温度）
が実現する超電導体はいずれもコヒーレンス長が短い。
さらにトンネル効果は量子現象であり接合界面の形状寸
法に敏感である。この様にして、酸化物超電導体のジョ
セフソン接合の特性再現性を低いものにしていた。一
方、ジョセフソン接合の大きな利点は低消費電力であ
り、この長所は多数の素子を集積化した場合に利点とな
る。この場合素子特性の均質性（再現性）が設計性能を
実現するうえで必要条件となる。加えてジョセフソン接
合は増幅機能を持たないため、回路性能実現のための素
子特性の分布は狭いことが要求されている。この点よ
り、ジョセフソン接合再現性向上の研究が活発に続けら
れていた。このうち、コヒーレンス長が比較的長いａ軸
方向を接合面に垂直にすることができる平面構造接合を
作製することにより比較的容易にジョセフソン接合が実
現できることがわかっている（特開平６−１５１９８６
号公報）。
【０００３】又、ＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ3 等（１００）単
結晶基板表面に溝形成、アモルファス化、粗面化等の処
理を予め成した後、ＹＢＣＯ、或いは、ＢＳＣＣＯ膜を
形成し、処理領域をトンネル障壁領域とすることが知ら
れている。特開平４−１５２６８６号公報はＭｇＯ（１
００）単結晶基板にホトエッチング（Ａｒスパッタ）で
幅０．２μｍ、深さ０．１μｍの溝を形成した後、ＲＦ
マグネトロン・スパッタリングでＢＳＣＣＯ膜を形成
し、トンネル型ジョセフソン接合を製造する。特開平４
−１５５８７５号公報はＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ3 （１０
０）単結晶基板にエキシマレーザを照射して溶融・再凝
固させ幅１μｍをアモルファス化した後スパッタリング
でＹＢＣＯ、或いは、ＢＳＣＣＯ膜を形成する。特開平
４−１３２２７８号公報はＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ3 （１０
０）単結晶基板の表面全体をダイヤモンド粉末で粗く仕
上げ、１μｍ程度の幅をレジストで被覆し、Ａｒイオン
ミリングにより他の部分を溶融し平坦にした後、ＹＢＣ
Ｏ膜を形成する。
結晶基板表面に溝形成、アモルファス化、粗面化等の処
理を予め成した後、ＹＢＣＯ、或いは、ＢＳＣＣＯ膜を
形成し、処理領域をトンネル障壁領域とすることが知ら
れている。特開平４−１５２６８６号公報はＭｇＯ（１
００）単結晶基板にホトエッチング（Ａｒスパッタ）で
幅０．２μｍ、深さ０．１μｍの溝を形成した後、ＲＦ
マグネトロン・スパッタリングでＢＳＣＣＯ膜を形成
し、トンネル型ジョセフソン接合を製造する。特開平４
−１５５８７５号公報はＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ3 （１０
０）単結晶基板にエキシマレーザを照射して溶融・再凝
固させ幅１μｍをアモルファス化した後スパッタリング
でＹＢＣＯ、或いは、ＢＳＣＣＯ膜を形成する。特開平
４−１３２２７８号公報はＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ3 （１０
０）単結晶基板の表面全体をダイヤモンド粉末で粗く仕
上げ、１μｍ程度の幅をレジストで被覆し、Ａｒイオン
ミリングにより他の部分を溶融し平坦にした後、ＹＢＣ
Ｏ膜を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各公報に開示された方法においても、まだ臨界電流値の
制御をすることは難しく、集積化に充分な再現性を用意
することができなかった。平面型接合の場合、バリア層
はほぼ薄膜と同質であり、しかも臨界電流値は接合断面
積に強く依存する。したがってもし薄膜の質に不均質が
存在すると、障壁層の特性あるいはパターニング時の側
面特性変化を引き起こし、最終的に再現性を悪化させる
と考えられる。特に、ＹＢＣＯ薄膜をパルスレーザ法に
より堆積した場合、著しく小粒子（パーティキュレー
ト）の発生が起こり、接合面の中に存在することにより
臨界電流値を低下させていた。
各公報に開示された方法においても、まだ臨界電流値の
制御をすることは難しく、集積化に充分な再現性を用意
することができなかった。平面型接合の場合、バリア層
はほぼ薄膜と同質であり、しかも臨界電流値は接合断面
積に強く依存する。したがってもし薄膜の質に不均質が
存在すると、障壁層の特性あるいはパターニング時の側
面特性変化を引き起こし、最終的に再現性を悪化させる
と考えられる。特に、ＹＢＣＯ薄膜をパルスレーザ法に
より堆積した場合、著しく小粒子（パーティキュレー
ト）の発生が起こり、接合面の中に存在することにより
臨界電流値を低下させていた。
【０００５】本発明は超電導体を用いたジョセフソン素
子に関するもので、表面平坦性、均質性に優れるＮｄＢ
ａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜を用いることにより、小粒子（パ
ーティキュレート）の発生を防止して、平面構造ジョセ
フソン接合の臨界電流密度の再現性の向上を図り、ジョ
セフソン接合の集積化への道を開くことを目的とし、Ｎ
ｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜を用いるジョセフソン素子の
提供にある。
子に関するもので、表面平坦性、均質性に優れるＮｄＢ
ａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜を用いることにより、小粒子（パ
ーティキュレート）の発生を防止して、平面構造ジョセ
フソン接合の臨界電流密度の再現性の向上を図り、ジョ
セフソン接合の集積化への道を開くことを目的とし、Ｎ
ｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜を用いるジョセフソン素子の
提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、基板の同一平面上に酸化物超電導体薄膜
配線パターンが形成され、該基板の上記平面に上記配線
パターンを横断する帯状の単結晶劣化領域を有し、上記
配線パターンは同一の組成を有し、上記劣化領域上に上
記配線パターンが幅３００nm以下で超電導性の低い（弱
い）領域を有し、かつ該低（弱）超電導性の領域の両側
の配線パターンの結晶方位が同一である構造を持つジョ
セフソン素子において、上記酸化物超電導体がＮｄＢａ
2 Ｃｕ3Ｏ7-y （０≦ｙ≦０．５）であることを特徴と
するジョセフソン素子を提供する。
に、本発明は、基板の同一平面上に酸化物超電導体薄膜
配線パターンが形成され、該基板の上記平面に上記配線
パターンを横断する帯状の単結晶劣化領域を有し、上記
配線パターンは同一の組成を有し、上記劣化領域上に上
記配線パターンが幅３００nm以下で超電導性の低い（弱
い）領域を有し、かつ該低（弱）超電導性の領域の両側
の配線パターンの結晶方位が同一である構造を持つジョ
セフソン素子において、上記酸化物超電導体がＮｄＢａ
2 Ｃｕ3Ｏ7-y （０≦ｙ≦０．５）であることを特徴と
するジョセフソン素子を提供する。
【０００７】同様に、本発明は、基板表面に集束イオン
ビーム法により帯状の劣化領域を形成し、該基板上に該
劣化領域を横断するように酸化物超電導体薄膜を堆積
し、その際該劣化領域上では超電導性が低くなりトンネ
ル障壁領域が形成される工程を含むジョセフソン素子の
製造方法において、上記酸化物超電導体としてＮｄＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7-y （０≦ｙ≦０．５）を用いることを特徴
とするジョセフソン素子の製造方法を提供する。
ビーム法により帯状の劣化領域を形成し、該基板上に該
劣化領域を横断するように酸化物超電導体薄膜を堆積
し、その際該劣化領域上では超電導性が低くなりトンネ
ル障壁領域が形成される工程を含むジョセフソン素子の
製造方法において、上記酸化物超電導体としてＮｄＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7-y （０≦ｙ≦０．５）を用いることを特徴
とするジョセフソン素子の製造方法を提供する。
【０００８】基板としてはＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y をエ
ピタキシャル成長させることが可能な材料、例えばＭｇ
Ｏ，ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3 ）などを用いることができ
る。本発明では、この基板表面に集束イオンビーム、特
にＧａ+ の集束イオンビームを走査して基板表面に劣化
領域を形成する。ＭｇＯなどの単結晶基板に細幅（３０
０nm以下）の劣化領域を形成するにはＧａ+ などの集束
イオンビームが最適である。ビームの幅はその劣化領域
上に堆積する超電導体薄膜を多結晶化（粒異相を形成）
し得れば細いほどよく、実際には集束イオンビーム装置
によって制約される。ビーム幅の上限は劣化領域の幅が
３００nmを超えるとトンネル効果が期待できなくなるの
で、それ以下の幅とする。基板表面に形成される劣化領
域は電子顕微鏡で観察すると表面にビーム径程度の幅の
溝状の凹部が形成されているが、この形状の乱れが上に
堆積する酸化物超電導体の結晶性を低下させる原因であ
るかどうかは不明である。基板の劣化領域の結晶性自体
が低下している可能性もある。
ピタキシャル成長させることが可能な材料、例えばＭｇ
Ｏ，ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3 ）などを用いることができ
る。本発明では、この基板表面に集束イオンビーム、特
にＧａ+ の集束イオンビームを走査して基板表面に劣化
領域を形成する。ＭｇＯなどの単結晶基板に細幅（３０
０nm以下）の劣化領域を形成するにはＧａ+ などの集束
イオンビームが最適である。ビームの幅はその劣化領域
上に堆積する超電導体薄膜を多結晶化（粒異相を形成）
し得れば細いほどよく、実際には集束イオンビーム装置
によって制約される。ビーム幅の上限は劣化領域の幅が
３００nmを超えるとトンネル効果が期待できなくなるの
で、それ以下の幅とする。基板表面に形成される劣化領
域は電子顕微鏡で観察すると表面にビーム径程度の幅の
溝状の凹部が形成されているが、この形状の乱れが上に
堆積する酸化物超電導体の結晶性を低下させる原因であ
るかどうかは不明である。基板の劣化領域の結晶性自体
が低下している可能性もある。
【０００９】本発明によれば、この集積イオンビームで
表面に帯状の劣化領域を形成した基板上に、ＮｄＢａ2
Ｃｕ3 Ｏ7-y の酸化物超電導体薄膜を堆積する。堆積法
はＲＦスパッタ、パルスレーザー法、ＭＯＣＶＤ法など
超電導単結晶を成長しうる方法であればよい。堆積され
る薄膜は全面が同一の結晶方位を持つ酸化物超電導体単
結晶に成長するが、上記の基板表面の劣化領域上では粒
異相が発生して超電導性が低い結晶が成長する。粒異相
の形成は電子顕微鏡ＴＥＭにより確認されている。この
粒異相を持つ帯状領域がトンネル障壁として働く。超電
導体薄膜の厚さは超電導性が発現するに十分な厚みがあ
ればよく、あまり厚くすると、劣化領域上といえども両
側から単結晶化が進むようになるし、また厚くする必要
性も乏しいので劣化領域の幅に依存するが３５０〜３０
０nm程度まで、通常２００nm程度でよい。
表面に帯状の劣化領域を形成した基板上に、ＮｄＢａ2
Ｃｕ3 Ｏ7-y の酸化物超電導体薄膜を堆積する。堆積法
はＲＦスパッタ、パルスレーザー法、ＭＯＣＶＤ法など
超電導単結晶を成長しうる方法であればよい。堆積され
る薄膜は全面が同一の結晶方位を持つ酸化物超電導体単
結晶に成長するが、上記の基板表面の劣化領域上では粒
異相が発生して超電導性が低い結晶が成長する。粒異相
の形成は電子顕微鏡ＴＥＭにより確認されている。この
粒異相を持つ帯状領域がトンネル障壁として働く。超電
導体薄膜の厚さは超電導性が発現するに十分な厚みがあ
ればよく、あまり厚くすると、劣化領域上といえども両
側から単結晶化が進むようになるし、また厚くする必要
性も乏しいので劣化領域の幅に依存するが３５０〜３０
０nm程度まで、通常２００nm程度でよい。
【００１０】特開平６−１５１９８６号公報ではＹＢＣ
Ｏ（ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-z ）などを使用しているが、Ｙ
ＢＣＯなどは薄膜中に１μｍ径程度の小粒子（絶縁物）
が微分散して形成されるため（図６参照）、この小粒子
が劣化領域上即ちトンネル障壁形成領域に発生すると、
ジョセフソン素子の素子特性を乱す可能性があり、従っ
て製品の部留り、信頼性が低いという欠点があった。
Ｏ（ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-z ）などを使用しているが、Ｙ
ＢＣＯなどは薄膜中に１μｍ径程度の小粒子（絶縁物）
が微分散して形成されるため（図６参照）、この小粒子
が劣化領域上即ちトンネル障壁形成領域に発生すると、
ジョセフソン素子の素子特性を乱す可能性があり、従っ
て製品の部留り、信頼性が低いという欠点があった。
【００１１】これに対し、ＮｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y は小
粒子を発生することなく単結晶成長できる特長がある
（図５参照）。そこで本発明において酸化物超電導体薄
膜としてＮｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y を用いると小粒子の発
生のないキレイな単結晶が成長するので、製品素子の品
質が安定する効果がある。ＮｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y を堆
積後、パターニングしてジョセフソン素子を完成する。
一般的には、粒異相を持つ帯状領域を横断する狭幅パタ
ーンとその両側に電極となるパターンを形成する。
粒子を発生することなく単結晶成長できる特長がある
（図５参照）。そこで本発明において酸化物超電導体薄
膜としてＮｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y を用いると小粒子の発
生のないキレイな単結晶が成長するので、製品素子の品
質が安定する効果がある。ＮｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y を堆
積後、パターニングしてジョセフソン素子を完成する。
一般的には、粒異相を持つ帯状領域を横断する狭幅パタ
ーンとその両側に電極となるパターンを形成する。
【００１２】
【作用】ＮｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y は組成変動に比較的影
響されずにキレイな単結晶が成長する性質があり、薄膜
中に多数の小粒子を発生しないので、劣化領域を含む基
板上に成長させた場合に、劣化領域上のトンネル障壁と
なる部分が不均一になることを防止し、ひいて製品の品
質、信頼性を高める。
響されずにキレイな単結晶が成長する性質があり、薄膜
中に多数の小粒子を発生しないので、劣化領域を含む基
板上に成長させた場合に、劣化領域上のトンネル障壁と
なる部分が不均一になることを防止し、ひいて製品の品
質、信頼性を高める。
【００１３】
【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の好まし
い実施例について説明する。図１は本発明の基本構造の
概要図を示す平面図である。１は基板、２，３は酸化物
超電導体の薄膜で２は電極部、３は基板１の表面の劣化
領域４を横断する狭幅パターン部、３′は超電導性の低
いトンネル障壁として働く領域（弱結合部）、４は基板
１の表面に形成された帯状の劣化領域である。以下実施
例に基づいて述べる。
い実施例について説明する。図１は本発明の基本構造の
概要図を示す平面図である。１は基板、２，３は酸化物
超電導体の薄膜で２は電極部、３は基板１の表面の劣化
領域４を横断する狭幅パターン部、３′は超電導性の低
いトンネル障壁として働く領域（弱結合部）、４は基板
１の表面に形成された帯状の劣化領域である。以下実施
例に基づいて述べる。
【００１４】実施例１ 図２に作製工程の概略図を示す。ＭｇＯ単結晶基板１上
全面に真空蒸着法により、約２００nm厚の金薄膜５を堆
積する。その後、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）中に
上記基板１を置き３０KeV に加速したＧａ+ イオンビー
ム６をトンネル接合を形成する位置４に照射する。ビー
ム径は５０nm、ビーム電流は０．１pAである。Ｇａ+ イ
オンビームの照射条件は０．１pAの電流で１０μｍの長
さを２０秒間で走査し、それを２回繰り返した。これに
より、幅１００nm、深さ数nm、長さ２０μｍの劣化領域
４が形成される（図２（ａ））。金薄膜５はＧａ+ イオ
ンビーム照射による基板のチャージアップを防止すると
共に、Ｇａ+ イオンの散乱による拡がりを防ぎ照射領域
の幅を狹く制限するのに有効である。その後、金蒸着膜
５を２．６wt％ＫＩと０．６５wt％Ｉの水溶液によるウ
ェットエッチで全面にわたり除去する（図２（ｂ））。
しかる後、ＲＦスパッタ法により基板上にＮｄＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏ7-y 薄膜７を作製する。薄膜作製条件は、ターゲ
ットとしてＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 多結晶体を用い、基
板温度は７４０℃、放電圧力８４mTorr 、Ｏ2 ガス流量
０．５sccm、Ａｒガス流量１０sccm、成長時間３０分で
膜厚は３００nmである。用いたＲＦパワーは８０Ｗであ
る。その後、電極部２と共に劣化領域３を横切るように
幅５μｍ、長さ３０μｍの狭幅の配線パターン３を作製
する。
全面に真空蒸着法により、約２００nm厚の金薄膜５を堆
積する。その後、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）中に
上記基板１を置き３０KeV に加速したＧａ+ イオンビー
ム６をトンネル接合を形成する位置４に照射する。ビー
ム径は５０nm、ビーム電流は０．１pAである。Ｇａ+ イ
オンビームの照射条件は０．１pAの電流で１０μｍの長
さを２０秒間で走査し、それを２回繰り返した。これに
より、幅１００nm、深さ数nm、長さ２０μｍの劣化領域
４が形成される（図２（ａ））。金薄膜５はＧａ+ イオ
ンビーム照射による基板のチャージアップを防止すると
共に、Ｇａ+ イオンの散乱による拡がりを防ぎ照射領域
の幅を狹く制限するのに有効である。その後、金蒸着膜
５を２．６wt％ＫＩと０．６５wt％Ｉの水溶液によるウ
ェットエッチで全面にわたり除去する（図２（ｂ））。
しかる後、ＲＦスパッタ法により基板上にＮｄＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏ7-y 薄膜７を作製する。薄膜作製条件は、ターゲ
ットとしてＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 多結晶体を用い、基
板温度は７４０℃、放電圧力８４mTorr 、Ｏ2 ガス流量
０．５sccm、Ａｒガス流量１０sccm、成長時間３０分で
膜厚は３００nmである。用いたＲＦパワーは８０Ｗであ
る。その後、電極部２と共に劣化領域３を横切るように
幅５μｍ、長さ３０μｍの狭幅の配線パターン３を作製
する。
【００１５】図３は測定温度２５Ｋでの電流電圧特性の
結果を示すもので弱結合型の特性が見られジョセフソン
接合が形成できていることがわかる。図４は得られた試
料の電気抵抗の温度依存性を示す。８８Ｋ以下で超電導
となっており、良質の薄膜が作製できていることが分か
る。図５は表面を光学顕微鏡で観測した結果を示すもの
で、従来のＹＢＣＯ薄膜（図６）に比べ、著しく小粒子
の発生が抑さえられていることが分かる。このことは、
ＮｄとＢａのイオン半径がほぼ等しく、ＹＢＣＯに比べ
ＮｄとＢａとのサイト置換が容易で、組成ずれに対し補
償できることで、組成ずれに起因して薄膜内に発生する
小粒子（パーティキュレート）を減少させることが出来
ること、又、薄膜作製において、ＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-y 薄膜は、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜よりも低い酸素
分圧の雰囲気で作製可能であるため、成膜時の酸素イオ
ンによる劣化を抑えることが出来ることのためと考えら
れる。
結果を示すもので弱結合型の特性が見られジョセフソン
接合が形成できていることがわかる。図４は得られた試
料の電気抵抗の温度依存性を示す。８８Ｋ以下で超電導
となっており、良質の薄膜が作製できていることが分か
る。図５は表面を光学顕微鏡で観測した結果を示すもの
で、従来のＹＢＣＯ薄膜（図６）に比べ、著しく小粒子
の発生が抑さえられていることが分かる。このことは、
ＮｄとＢａのイオン半径がほぼ等しく、ＹＢＣＯに比べ
ＮｄとＢａとのサイト置換が容易で、組成ずれに対し補
償できることで、組成ずれに起因して薄膜内に発生する
小粒子（パーティキュレート）を減少させることが出来
ること、又、薄膜作製において、ＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-y 薄膜は、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜よりも低い酸素
分圧の雰囲気で作製可能であるため、成膜時の酸素イオ
ンによる劣化を抑えることが出来ることのためと考えら
れる。
【００１６】図７はＸ線回折パターンの結果を示すもの
で、ＭｇＯ（１００）基板上にはＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-y （００ｉ）面の結晶成長のみが起きており、それ以
外の不純物のピークは存在しないことが分かる。図８に
１１GHz のマイクロ波を照射した場合の電流電圧特性を
示す。測定温度は３２Ｋである。マイクロ波の周波数に
対応する電圧で電流ステップ（シャピロステップ）特性
が見られジョセフソン接合が形成出来ていることが分か
る。
で、ＭｇＯ（１００）基板上にはＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-y （００ｉ）面の結晶成長のみが起きており、それ以
外の不純物のピークは存在しないことが分かる。図８に
１１GHz のマイクロ波を照射した場合の電流電圧特性を
示す。測定温度は３２Ｋである。マイクロ波の周波数に
対応する電圧で電流ステップ（シャピロステップ）特性
が見られジョセフソン接合が形成出来ていることが分か
る。
【００１７】実施例２ パルスレーザー法でＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜の堆積
を行う以外は、基本的に実施例１と同様の工程により接
合を形成した。ＭｇＯ単結晶基板上全面に真空蒸着法に
より、約２００nm厚の金薄膜を堆積する。その後、集積
イオンビーム装置（ＦＩＢ）中に上記基板を置き３０Ke
V に加速したＧａ+ イオンビームをトンネル接合を形成
する位置に照射する。ビーム径は５０nm、ビーム電流は
０．１pAである。その後、金蒸着膜を全面にわたり除去
した後、パルスレーザー法により、基板上にＮｄＢａ2
Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜を作製する。薄膜作製条件は、ターゲ
ットとしてＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 多結晶体を用い、基
板温度は７９０℃、酸素分圧１００mTorr 、成長時間２
７分で膜厚は３００nmである。用いたレーザーはＫｒＦ
のエキシマレーザーで波長２４８nm、エネルギー密度５
Ｊ／cm2 である。Ｘ線回折パターンの結果は、実施例１
と同様で、ＭｇＯ（１００）基板上には、ＮｄＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏ7-y （００ｉ）面の結晶成長が起きている。その
後、劣化領域を横切る様に幅５μｍ、長さ３０μｍの狭
幅の配線パターンを作製する。得られた試料の電気抵抗
の温度依存性から、８８Ｋ以下で超電導となっており、
良質の薄膜が作製できていることが分かった。マイクロ
波を照射した場合の電流電圧特性は、実施例１と同様
で、マイクロ波の周波数に対応する電圧で電流ステップ
（シャピロステップ）特性が見られジョセフソン接合が
形成出来ている。
を行う以外は、基本的に実施例１と同様の工程により接
合を形成した。ＭｇＯ単結晶基板上全面に真空蒸着法に
より、約２００nm厚の金薄膜を堆積する。その後、集積
イオンビーム装置（ＦＩＢ）中に上記基板を置き３０Ke
V に加速したＧａ+ イオンビームをトンネル接合を形成
する位置に照射する。ビーム径は５０nm、ビーム電流は
０．１pAである。その後、金蒸着膜を全面にわたり除去
した後、パルスレーザー法により、基板上にＮｄＢａ2
Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜を作製する。薄膜作製条件は、ターゲ
ットとしてＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 多結晶体を用い、基
板温度は７９０℃、酸素分圧１００mTorr 、成長時間２
７分で膜厚は３００nmである。用いたレーザーはＫｒＦ
のエキシマレーザーで波長２４８nm、エネルギー密度５
Ｊ／cm2 である。Ｘ線回折パターンの結果は、実施例１
と同様で、ＭｇＯ（１００）基板上には、ＮｄＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏ7-y （００ｉ）面の結晶成長が起きている。その
後、劣化領域を横切る様に幅５μｍ、長さ３０μｍの狭
幅の配線パターンを作製する。得られた試料の電気抵抗
の温度依存性から、８８Ｋ以下で超電導となっており、
良質の薄膜が作製できていることが分かった。マイクロ
波を照射した場合の電流電圧特性は、実施例１と同様
で、マイクロ波の周波数に対応する電圧で電流ステップ
（シャピロステップ）特性が見られジョセフソン接合が
形成出来ている。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜を用いることで、小粒子
（パーティキュレート）を表面に持たない平面構造ジョ
セフソン接合が実現するため、接合の臨界電流再現性を
向上できる。このため、多数の接合からなる回路を作製
することが可能となる。表面平坦性に優れるため積層に
接合を設けることができ、新たな機能を持つ超電導素子
を実現する上での基礎技術となる。
ＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜を用いることで、小粒子
（パーティキュレート）を表面に持たない平面構造ジョ
セフソン接合が実現するため、接合の臨界電流再現性を
向上できる。このため、多数の接合からなる回路を作製
することが可能となる。表面平坦性に優れるため積層に
接合を設けることができ、新たな機能を持つ超電導素子
を実現する上での基礎技術となる。
【図１】本発明のジョセフソン接合の基本構造の概要平
面図である。
面図である。
【図２】作製工程の概略工程図である。
【図３】実施例１で得られた試料の電流電圧特性を示す
図である。
図である。
【図４】実施例１で得られた試料の電気抵抗の温度依存
性を示す図である。
性を示す図である。
【図５】ＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜表面の金属組織の
光学顕微鏡像を示す写真である。
光学顕微鏡像を示す写真である。
【図６】ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜表面の金属組織の光
学顕微鏡像を示す写真である。
学顕微鏡像を示す写真である。
【図７】ＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜のＸ線回折パター
ンを示す図である。
ンを示す図である。
【図８】実施例１で得られた試料にマイクロ波を照射し
た場合の電流電圧特性である。
た場合の電流電圧特性である。
１…基板 ２…酸化物超電導体薄膜（電極部） ３…酸化物超電導体薄膜の弱結合部分を含む狭幅のパタ
ーン ３′…酸化物超電導体薄膜の弱結合部分 ４…劣化領域（Ｇａ+ 照射領域） ５…金薄膜 ６…Ｇａ+ 集束イオンビーム ７…ＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜
ーン ３′…酸化物超電導体薄膜の弱結合部分 ４…劣化領域（Ｇａ+ 照射領域） ５…金薄膜 ６…Ｇａ+ 集束イオンビーム ７…ＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 391004481 財団法人国際超電導産業技術研究センター 東京都港区新橋５丁目34番３号 栄進開発 ビル６階 (72)発明者 石丸 喜康 東京都江東区東雲１−14−３ 財団法人国 際超電導産業技術研究センター 超電導工 学研究所内 (72)発明者 水野 裕二 東京都江東区東雲１−14−３ 財団法人国 際超電導産業技術研究センター 超電導工 学研究所内 (72)発明者 鈴木 克己 東京都江東区東雲１−14−３ 財団法人国 際超電導産業技術研究センター 超電導工 学研究所内 (72)発明者 榎本 陽一 東京都江東区東雲１−14−３ 財団法人国 際超電導産業技術研究センター 超電導工 学研究所内 (72)発明者 田中 昭二 東京都江東区東雲１−14−３ 財団法人国 際超電導産業技術研究センター 超電導工 学研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】 基板の同一平面上に酸化物超電導体薄膜
配線パターンが形成され、該基板の上記平面に上記配線
パターンを横断する帯状の単結晶劣化領域を有し、上記
配線パターンは同一の組成を有し、上記劣化領域上に上
記配線パターンが幅３００nm以下で超電導性の低い領域
を有し、かつ該低超電導性の領域の両側の配線パターン
の結晶方位が同一である構造を持つジョセフソン素子に
おいて、上記酸化物超電導体がＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y
（０≦ｙ≦０．５）であることを特徴とするジョセフソ
ン素子。 - 【請求項２】 前記ＮｄＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y がｃ軸配向
した膜である請求項１記載のジョセフソン素子。 - 【請求項３】 前記劣化領域が幅３００nm以下である請
求項１又は２記載のジョセフソン素子。 - 【請求項４】 基板表面に集束イオンビーム法により帯
状の劣化領域を形成し、該基板上に該劣化領域を横断す
るように酸化物超電導体薄膜を堆積し、その際該劣化領
域上では超電導性が低くなりトンネル障壁領域が形成さ
れる工程を含むジョセフソン素子の製造方法において、
上記酸化物超電導体としてＮｄＢａ2Ｃｕ3 Ｏ7-y （０
≦ｙ≦０．５）を用いることを特徴とするジョセフソン
素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記集束イオンビーム法がＧａ+ の集束
イオンビーム法である請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 前記酸化物超電導体薄膜をＲＦスパッタ
法により堆積する請求項４又は５記載の方法。 - 【請求項７】 前記酸化物超電導体薄膜をパルスレーザ
ー法により堆積する請求項４又は５記載の方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7145601A JPH08316535A (ja) | 1995-05-19 | 1995-05-19 | ジョセフソン素子及びその製造方法 |
| US08/649,205 US5877122A (en) | 1995-05-19 | 1996-05-17 | Josephson element having a NdBa2 Cu3 O7-y superconductor thin-film wiring pattern |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7145601A JPH08316535A (ja) | 1995-05-19 | 1995-05-19 | ジョセフソン素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08316535A true JPH08316535A (ja) | 1996-11-29 |
Family
ID=15388837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7145601A Pending JPH08316535A (ja) | 1995-05-19 | 1995-05-19 | ジョセフソン素子及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5877122A (ja) |
| JP (1) | JPH08316535A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109804477A (zh) * | 2016-09-15 | 2019-05-24 | 谷歌有限责任公司 | 用于减少离子研磨损坏的覆盖层 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3392653B2 (ja) * | 1996-09-02 | 2003-03-31 | 財団法人国際超電導産業技術研究センター | 酸化物超電導体ジョセフソン接合素子及びその製造方法 |
| US6651313B1 (en) * | 2000-10-06 | 2003-11-25 | International Business Machines Corporation | Method for manufacturing a magnetic head |
| MD174Z (ro) * | 2009-05-19 | 2010-10-31 | Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы | Material semiconductor |
| MD323Z (ro) * | 2009-12-29 | 2011-08-31 | Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы | Microfir termoelectric în izolaţie de sticlă |
| WO2018106215A1 (en) * | 2016-12-06 | 2018-06-14 | Intel Corporation | Quantum circuit components with planar josephson junctions |
| US11563162B2 (en) * | 2020-01-09 | 2023-01-24 | International Business Machines Corporation | Epitaxial Josephson junction transmon device |
| CN115050887A (zh) * | 2022-04-26 | 2022-09-13 | 哈尔滨工程大学 | 自下而上的新型高温超导弱连接方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63262878A (ja) * | 1987-04-20 | 1988-10-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超電導素子の作製方法 |
| US5077266A (en) * | 1988-09-14 | 1991-12-31 | Hitachi, Ltd. | Method of forming weak-link josephson junction, and superconducting device employing the junction |
| JPH04132278A (ja) * | 1990-09-21 | 1992-05-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複数の超電導接合を有する素子および作製方法 |
| JPH04152686A (ja) * | 1990-10-17 | 1992-05-26 | Fujitsu Ltd | ジョセフソン接合及びその製造方法 |
| JPH04155875A (ja) * | 1990-10-19 | 1992-05-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導素子および作製方法 |
| JP3149996B2 (ja) * | 1992-11-10 | 2001-03-26 | 財団法人国際超電導産業技術研究センター | ジョセフソン結合の作製法 |
| EP0660423B1 (en) * | 1993-12-27 | 2000-02-23 | International Superconductivity Technology Center | Superconductor and method of producing same |
-
1995
- 1995-05-19 JP JP7145601A patent/JPH08316535A/ja active Pending
-
1996
- 1996-05-17 US US08/649,205 patent/US5877122A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109804477A (zh) * | 2016-09-15 | 2019-05-24 | 谷歌有限责任公司 | 用于减少离子研磨损坏的覆盖层 |
| CN109804477B (zh) * | 2016-09-15 | 2023-05-26 | 谷歌有限责任公司 | 用于减少离子研磨损坏的覆盖层 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5877122A (en) | 1999-03-02 |
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