JPH09321358A - 酸化物超電導体ジョセフソン接合素子 - Google Patents
酸化物超電導体ジョセフソン接合素子Info
- Publication number
- JPH09321358A JPH09321358A JP8133088A JP13308896A JPH09321358A JP H09321358 A JPH09321358 A JP H09321358A JP 8133088 A JP8133088 A JP 8133088A JP 13308896 A JP13308896 A JP 13308896A JP H09321358 A JPH09321358 A JP H09321358A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis oriented
- oxide superconductor
- josephson junction
- oriented crystal
- sis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸化物超電導体ジョセフソン接合素子に関
し、層状構造の酸化物超電導体を用いて、プレーナ構造
のＳＩＳ接合型ジョセフソン接合素子を作製する。 【解決手段】 層状構造の酸化物超電導体のｃ軸配向結
晶膜２，３と、〔００１〕方向に沿ったＳＩＳ接合５を
含んでいるａ軸配向結晶粒１との間に形成されるａ／ｃ
界面４において、ａ軸配向結晶粒１のｃ軸配向結晶膜
２，３との接合面を｛００１｝面とする。
し、層状構造の酸化物超電導体を用いて、プレーナ構造
のＳＩＳ接合型ジョセフソン接合素子を作製する。 【解決手段】 層状構造の酸化物超電導体のｃ軸配向結
晶膜２，３と、〔００１〕方向に沿ったＳＩＳ接合５を
含んでいるａ軸配向結晶粒１との間に形成されるａ／ｃ
界面４において、ａ軸配向結晶粒１のｃ軸配向結晶膜
２，３との接合面を｛００１｝面とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は酸化物超電導体ジョ
セフソン接合素子に関するものであり、特に、酸化物超
電導体を用いたプレーナ型ＳＩＳ（超電導体／絶縁体／
超電導体）接合酸化物超電導体ジョセフソン接合素子に
関するものである。
セフソン接合素子に関するものであり、特に、酸化物超
電導体を用いたプレーナ型ＳＩＳ（超電導体／絶縁体／
超電導体）接合酸化物超電導体ジョセフソン接合素子に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属系超電導体を用いて各種の超
電導デバイスが開発されており、特に、その中心的デバ
イスとしてジョセフソン接合素子の研究が成されてきた
が、近年、液体窒素温度で動作可能な高温超電導体をは
じめとした酸化物超電導体を用いて各種の電子デバイス
を形成することも試みられており、医療用の超電導量子
干渉素子（ＳＱＵＩＤ）、デジタルデバイス、或いは、
高周波（マイクロ波）デバイスにおいて、従来の半導体
デバイスを凌駕する性能が期待されている。
電導デバイスが開発されており、特に、その中心的デバ
イスとしてジョセフソン接合素子の研究が成されてきた
が、近年、液体窒素温度で動作可能な高温超電導体をは
じめとした酸化物超電導体を用いて各種の電子デバイス
を形成することも試みられており、医療用の超電導量子
干渉素子（ＳＱＵＩＤ）、デジタルデバイス、或いは、
高周波（マイクロ波）デバイスにおいて、従来の半導体
デバイスを凌駕する性能が期待されている。
【０００３】この様な酸化物超電導体を用いてＳＩＳ接
合を形成する場合、ＢＰＢＯ（ＢａＰｂＢｉＯ）系、或
いは、ＢＫＢＯ（ＢａＫＢｉＯ）系等の低キャリア濃度
の酸化物超電導体においては、成膜基板として結晶方位
の異なる２つの基板を貼り合わせた貼り合わせ基板を用
いたバイクリスタル接合によってＳＩＳ接合を形成して
いるが、超電導転移温度（Ｔc ）が１０〜３０Ｋと低い
という問題がある。
合を形成する場合、ＢＰＢＯ（ＢａＰｂＢｉＯ）系、或
いは、ＢＫＢＯ（ＢａＫＢｉＯ）系等の低キャリア濃度
の酸化物超電導体においては、成膜基板として結晶方位
の異なる２つの基板を貼り合わせた貼り合わせ基板を用
いたバイクリスタル接合によってＳＩＳ接合を形成して
いるが、超電導転移温度（Ｔc ）が１０〜３０Ｋと低い
という問題がある。
【０００４】一方、超電導転移温度（Ｔc ）が７７Ｋ
（液体窒素温度）以上のＢｉＳｒＣａＣｕＯやＴｌＢａ
ＣａＣｕＯ等の高温酸化物超電導体は、超電導体である
ＣｕＯ 2 面と、ＳｒＯ面、ＢａＯ面、或いは、ＣａＯ面
等の絶縁面がｃ軸方向に交互に積層した層状構造を有す
るため、この層状構造を利用してＳＩＳ接合型ジョセフ
ソン接合素子を形成することが検討されている。
（液体窒素温度）以上のＢｉＳｒＣａＣｕＯやＴｌＢａ
ＣａＣｕＯ等の高温酸化物超電導体は、超電導体である
ＣｕＯ 2 面と、ＳｒＯ面、ＢａＯ面、或いは、ＣａＯ面
等の絶縁面がｃ軸方向に交互に積層した層状構造を有す
るため、この層状構造を利用してＳＩＳ接合型ジョセフ
ソン接合素子を形成することが検討されている。
【０００５】図５（ａ）参照 図５（ａ）は、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ単結晶２１の層状構
造を模式的に示すもので、超電導体、即ち、Ｓ層である
ＣｕＯ2 面２２と、ＳｒＯ面、ＢａＯ面、或いは、Ｃａ
Ｏ面等の絶縁面２３、即ち、Ｉ層とが交互にｃ軸方向に
配列しており、このＣｕＯ2 面２２／絶縁面２３／Ｃｕ
Ｏ2 面２２により自然に原子層オーダーのＳＩＳ接合２
４が形成されている。
造を模式的に示すもので、超電導体、即ち、Ｓ層である
ＣｕＯ2 面２２と、ＳｒＯ面、ＢａＯ面、或いは、Ｃａ
Ｏ面等の絶縁面２３、即ち、Ｉ層とが交互にｃ軸方向に
配列しており、このＣｕＯ2 面２２／絶縁面２３／Ｃｕ
Ｏ2 面２２により自然に原子層オーダーのＳＩＳ接合２
４が形成されている。
【０００６】図５（ｂ）参照 この様に結晶中に自然に形成されているＳＩＳ接合２４
を有するＢｉＳｒＣａＣｕＯ単結晶２１を用いてジョセ
フソン接合素子を形成する場合、エッチングにより数１
００Å程度の高さのメサ２５を形成し、メサ２５の頂部
に電極２６を形成するともに、平坦部表面にも電極２７
を形成する。
を有するＢｉＳｒＣａＣｕＯ単結晶２１を用いてジョセ
フソン接合素子を形成する場合、エッチングにより数１
００Å程度の高さのメサ２５を形成し、メサ２５の頂部
に電極２６を形成するともに、平坦部表面にも電極２７
を形成する。
【０００７】図５（ｃ）参照 図５（ｃ）は、図５（ｂ）のジョセフソン接合素子の等
価回路を示すもので、メサ２５中にその高さに応じて存
在する複数のＳＩＳ接合２４が直列に接続された状態に
なっている。
価回路を示すもので、メサ２５中にその高さに応じて存
在する複数のＳＩＳ接合２４が直列に接続された状態に
なっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＢｉＳｒＣａ
ＣｕＯ等の層状構造の酸化物超電導体を用いたジョセフ
ソン接合素子は縦方向の接合を用いたスタック型である
ため、作製工程がプレーナ構造と比較して複雑になると
いう欠点があり、且つ、その構造からみて集積化が困難
であり、したがって、回路応用が困難であるという問題
がある。
ＣｕＯ等の層状構造の酸化物超電導体を用いたジョセフ
ソン接合素子は縦方向の接合を用いたスタック型である
ため、作製工程がプレーナ構造と比較して複雑になると
いう欠点があり、且つ、その構造からみて集積化が困難
であり、したがって、回路応用が困難であるという問題
がある。
【０００９】したがって、本発明は、層状構造の酸化物
超電導体を用いて、プレーナ構造のＳＩＳ接合型ジョセ
フソン接合素子を実現することを目的とする。
超電導体を用いて、プレーナ構造のＳＩＳ接合型ジョセ
フソン接合素子を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 （１）本発明は、酸化物超電導体ジョセフソン接合素子
において、層状構造の酸化物超電導体のｃ軸配向結晶膜
２，３とａ軸配向結晶粒１との間のａ／ｃ界面４におい
て、ａ軸配向結晶粒１のｃ軸配向結晶膜２，３との接合
面が｛００１｝面からなり、且つ、ａ軸配向結晶粒１が
〔００１〕方向に沿ったＳＩＳ接合５を含んでいること
を特徴とする。
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 （１）本発明は、酸化物超電導体ジョセフソン接合素子
において、層状構造の酸化物超電導体のｃ軸配向結晶膜
２，３とａ軸配向結晶粒１との間のａ／ｃ界面４におい
て、ａ軸配向結晶粒１のｃ軸配向結晶膜２，３との接合
面が｛００１｝面からなり、且つ、ａ軸配向結晶粒１が
〔００１〕方向に沿ったＳＩＳ接合５を含んでいること
を特徴とする。
【００１１】この様な層状構造の酸化物超電導体のｃ軸
配向結晶膜２，３に自然に含まれるａ軸配向結晶粒１の
大きさは、長軸方向（ａ軸方向）の大きさが５〜２０μ
ｍ程度で、短軸方向の大きさが０．２〜１．０μｍ程度
であるので、このａ軸配向結晶粒１を利用することによ
って、ＳＩＳ接合５を構成する積層構造が基板の主面に
沿った方向に、即ち、プレーナ的に形成することができ
る。
配向結晶膜２，３に自然に含まれるａ軸配向結晶粒１の
大きさは、長軸方向（ａ軸方向）の大きさが５〜２０μ
ｍ程度で、短軸方向の大きさが０．２〜１．０μｍ程度
であるので、このａ軸配向結晶粒１を利用することによ
って、ＳＩＳ接合５を構成する積層構造が基板の主面に
沿った方向に、即ち、プレーナ的に形成することができ
る。
【００１２】即ち、ｃ軸配向結晶膜２，３に挟まれたａ
軸配向結晶粒１は、ｃ軸配向結晶膜２，３との接合面が
｛００１｝面となるため、ａ軸配向結晶粒１はｃ軸配向
結晶膜２，３の間において、〔００１〕方向、即ち、ｃ
軸方向となり、ｃ軸配向結晶膜２，３の間の方向、即
ち、電流の流れる方向に対してＳＩＳ接合５が垂直に形
成された状態となるので、このａ軸配向結晶粒１自体が
ＳＩＳ接合５を構成し、両側のｃ軸配向結晶膜２，３は
電極として機能することになる。
軸配向結晶粒１は、ｃ軸配向結晶膜２，３との接合面が
｛００１｝面となるため、ａ軸配向結晶粒１はｃ軸配向
結晶膜２，３の間において、〔００１〕方向、即ち、ｃ
軸方向となり、ｃ軸配向結晶膜２，３の間の方向、即
ち、電流の流れる方向に対してＳＩＳ接合５が垂直に形
成された状態となるので、このａ軸配向結晶粒１自体が
ＳＩＳ接合５を構成し、両側のｃ軸配向結晶膜２，３は
電極として機能することになる。
【００１３】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、酸化物超電導体を堆積させる基板として｛１００｝
面のＭｇＯ基板を用いたことを特徴とする。
て、酸化物超電導体を堆積させる基板として｛１００｝
面のＭｇＯ基板を用いたことを特徴とする。
【００１４】この様に、｛１００｝面のＭｇＯ基板上に
層状構造の酸化物超電導体を堆積させた場合に、ｃ軸配
向結晶粒が主体のｃ軸配向結晶膜２，３薄膜中に、矩形
状のａ軸配向結晶粒１が混在して形成され、このａ軸配
向結晶粒１は、長軸がＭｇＯ基板の〔００１〕方向及び
〔０１０〕方向を有する結晶粒が混在することになり、
ｃ軸配向結晶粒１とのａ／ｃ界面４におけるａ軸配向結
晶粒１の接合面が｛００１｝面となり、ａ軸配向結晶粒
１の短軸方向に対してＳＩＳ接合５が垂直に配列される
ことになる。なお、ｃ軸配向結晶膜２，３の接合面は
｛１００｝面または｛１１０｝面となる。
層状構造の酸化物超電導体を堆積させた場合に、ｃ軸配
向結晶粒が主体のｃ軸配向結晶膜２，３薄膜中に、矩形
状のａ軸配向結晶粒１が混在して形成され、このａ軸配
向結晶粒１は、長軸がＭｇＯ基板の〔００１〕方向及び
〔０１０〕方向を有する結晶粒が混在することになり、
ｃ軸配向結晶粒１とのａ／ｃ界面４におけるａ軸配向結
晶粒１の接合面が｛００１｝面となり、ａ軸配向結晶粒
１の短軸方向に対してＳＩＳ接合５が垂直に配列される
ことになる。なお、ｃ軸配向結晶膜２，３の接合面は
｛１００｝面または｛１１０｝面となる。
【００１５】（３）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、酸化物超電導体が、ＢｉＳｒＣａＣｕ
Ｏ、ＴｌＢａＣａＣｕＯ、或いは、ＨｇＢａＣａＣｕＯ
の内のいずれかであることを特徴とする。
（２）において、酸化物超電導体が、ＢｉＳｒＣａＣｕ
Ｏ、ＴｌＢａＣａＣｕＯ、或いは、ＨｇＢａＣａＣｕＯ
の内のいずれかであることを特徴とする。
【００１６】この様なＢｉＳｒＣａＣｕＯ、ＴｌＢａＣ
ａＣｕＯ、或いは、ＨｇＢａＣａＣｕＯ等の層状構造の
酸化物超電導体を用いることにより、堆積時にａ軸配向
結晶粒１とｃ軸配向結晶粒とが基板上に自然に混在して
形成されることになる。
ａＣｕＯ、或いは、ＨｇＢａＣａＣｕＯ等の層状構造の
酸化物超電導体を用いることにより、堆積時にａ軸配向
結晶粒１とｃ軸配向結晶粒とが基板上に自然に混在して
形成されることになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図２乃至図４を参照して本発明の
実施の形態である酸化物超電導体ジョセフソン接合素子
を説明する。まず、図２を参照して酸化物超電導体ジョ
セフソン接合素子の製造工程を説明するが、各図におけ
る下側の図は、上側の図のＡ−Ｂに沿った断面図であ
る。
実施の形態である酸化物超電導体ジョセフソン接合素子
を説明する。まず、図２を参照して酸化物超電導体ジョ
セフソン接合素子の製造工程を説明するが、各図におけ
る下側の図は、上側の図のＡ−Ｂに沿った断面図であ
る。
【００１８】図２（ａ）及び（ｂ）参照 まず、主面が（１００）面のＭｇＯ単結晶基板１１上
に、ガスソースとしてＢｉ（ｐｈ3 ）、Ｓｒ（ＤＰＭ）
2 、Ｃａ（ＤＰＭ）2 、及び、Ｃｕ（ＤＰＭ）2を用い
たＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）を用いて、厚さ
２０〜５００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＢｉＳｒＣａＣ
ｕＯ薄膜（２２１２相）を堆積させる。
に、ガスソースとしてＢｉ（ｐｈ3 ）、Ｓｒ（ＤＰＭ）
2 、Ｃａ（ＤＰＭ）2 、及び、Ｃｕ（ＤＰＭ）2を用い
たＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）を用いて、厚さ
２０〜５００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＢｉＳｒＣａＣ
ｕＯ薄膜（２２１２相）を堆積させる。
【００１９】なお、ガスソースにおける、ｐｈはフェニ
ル基を表し、ＤＰＭはディピバロイルメタンを表し、ま
た、２２１２相とは、Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕの比が
２：２：１：２のＢｉＳｒＣａＣｕＯを表す。
ル基を表し、ＤＰＭはディピバロイルメタンを表し、ま
た、２２１２相とは、Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕの比が
２：２：１：２のＢｉＳｒＣａＣｕＯを表す。
【００２０】この場合、ＭＯＶＰＥ工程におけるキャリ
アガスとしてはＡｒを用い、反応容器の前でソースガス
と酸素ガスとを混合して、ＭｇＯ単結晶基板１１上に堆
積させるものであり、成長雰囲気の全圧力は１〜２０Ｔ
ｏｒｒ、例えば、１０Ｔｏｒｒで、酸素分圧は、０．５
〜１５．０Ｔｏｒｒ、例えば、８．８Ｔｏｒｒとし、ま
た、基板温度は、６５０〜８５０℃、例えば、８００℃
とする。
アガスとしてはＡｒを用い、反応容器の前でソースガス
と酸素ガスとを混合して、ＭｇＯ単結晶基板１１上に堆
積させるものであり、成長雰囲気の全圧力は１〜２０Ｔ
ｏｒｒ、例えば、１０Ｔｏｒｒで、酸素分圧は、０．５
〜１５．０Ｔｏｒｒ、例えば、８．８Ｔｏｒｒとし、ま
た、基板温度は、６５０〜８５０℃、例えば、８００℃
とする。
【００２１】この様にして得られたＢｉＳｒＣａＣｕＯ
薄膜は、ｃ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ膜１２が主体であ
り、ｃ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ膜１２の中に細長い矩
形状のａ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１３，１４が
混在したものとなる。
薄膜は、ｃ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ膜１２が主体であ
り、ｃ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ膜１２の中に細長い矩
形状のａ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１３，１４が
混在したものとなる。
【００２２】このａ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１
３，１４は、長軸方向５〜２０μｍであり、また、短軸
方向の大きさが０．２〜１．０μｍであり、ＭｇＯ単結
晶基板１１の〈０１０〉方向と〈００１〉方向に沿った
結晶粒として形成されるが、この様なａ軸配向ＢｉＳｒ
ＣａＣｕＯ結晶粒１３，１４が形成される理由は、堆積
温度とＭｇＯ単結晶基板１１表面に存在する１０Åオー
ダーの微細な段差構造によると考えられる。
３，１４は、長軸方向５〜２０μｍであり、また、短軸
方向の大きさが０．２〜１．０μｍであり、ＭｇＯ単結
晶基板１１の〈０１０〉方向と〈００１〉方向に沿った
結晶粒として形成されるが、この様なａ軸配向ＢｉＳｒ
ＣａＣｕＯ結晶粒１３，１４が形成される理由は、堆積
温度とＭｇＯ単結晶基板１１表面に存在する１０Åオー
ダーの微細な段差構造によると考えられる。
【００２３】図２（ｃ）参照 次いで、フォトレジストマスク（図示せず）を用いて、
引き出し電圧を３５０〜５００Ｖ、好適には４５０Ｖ、
Ａｒ圧力を０．０１〜０．１Ｐａ、好適には０．０２Ｐ
ａとした条件のＡｒイオンを用いたイオンミーリング法
によって、ａ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１３，１
４、例えば、ＭｇＯ単結晶基板１１の〈０１０〉方向と
平行なａ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１４を横切る
ようにＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜を工字状のパターンにパ
ターニングしてジョセフソン接合を形成する。
引き出し電圧を３５０〜５００Ｖ、好適には４５０Ｖ、
Ａｒ圧力を０．０１〜０．１Ｐａ、好適には０．０２Ｐ
ａとした条件のＡｒイオンを用いたイオンミーリング法
によって、ａ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１３，１
４、例えば、ＭｇＯ単結晶基板１１の〈０１０〉方向と
平行なａ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１４を横切る
ようにＢｉＳｒＣａＣｕＯ薄膜を工字状のパターンにパ
ターニングしてジョセフソン接合を形成する。
【００２４】次いで、図示しないものの、メタルマスク
を用いたスパッタリング法でＡｕ膜を選択的に堆積させ
ることによって、Ａｕ電極を形成してジョセフソン接合
素子が完成する。
を用いたスパッタリング法でＡｕ膜を選択的に堆積させ
ることによって、Ａｕ電極を形成してジョセフソン接合
素子が完成する。
【００２５】この場合、ａ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結
晶粒１４の内部に層状の結晶構造として存在している超
電導体であるＣｕＯ2 面と、ＳｒＯ面或いはＣａＯ面の
絶縁面によって、ＣｕＯ2 面／絶縁面／ＣｕＯ2 面から
なるＳＩＳ接合が、複数個直列接続した形で形成され、
また、このａ軸配ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１４に接合
するｃ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ膜１２はジョセフソン
接合素子の電極として機能する。
晶粒１４の内部に層状の結晶構造として存在している超
電導体であるＣｕＯ2 面と、ＳｒＯ面或いはＣａＯ面の
絶縁面によって、ＣｕＯ2 面／絶縁面／ＣｕＯ2 面から
なるＳＩＳ接合が、複数個直列接続した形で形成され、
また、このａ軸配ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１４に接合
するｃ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ膜１２はジョセフソン
接合素子の電極として機能する。
【００２６】なお、実際に形成したパターンは、ａ軸配
向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１４の長軸方向の長さは約
５μｍ、短軸方向の幅は約１μｍ、ｃ軸配向ＢｉＳｒＣ
ａＣｕＯ結晶膜１２の電極部間の距離は約３０μｍであ
り、光学顕微鏡像によってもこの様なパターンが得られ
ていることを確認した。
向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１４の長軸方向の長さは約
５μｍ、短軸方向の幅は約１μｍ、ｃ軸配向ＢｉＳｒＣ
ａＣｕＯ結晶膜１２の電極部間の距離は約３０μｍであ
り、光学顕微鏡像によってもこの様なパターンが得られ
ていることを確認した。
【００２７】図３参照 図３はｃ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ膜１２とａ軸配向Ｂ
ｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１４との間のａ／ｃ界面１５の
電子顕微鏡像の様子を模式的に示す上面図であり、ｃ軸
配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ膜１２の（１１０）面とａ軸配
向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１４の（００１）面とによ
って接合が形成されているのが確認され、このａ軸配向
ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１４中において、〈００１〉
方向に沿ってＣｕＯ2 面と、ＳｒＯ面及びＣａＯ面等の
絶縁面が交互に配列してＳＩＳ接合１６を形成してい
る。
ｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１４との間のａ／ｃ界面１５の
電子顕微鏡像の様子を模式的に示す上面図であり、ｃ軸
配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ膜１２の（１１０）面とａ軸配
向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１４の（００１）面とによ
って接合が形成されているのが確認され、このａ軸配向
ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１４中において、〈００１〉
方向に沿ってＣｕＯ2 面と、ＳｒＯ面及びＣａＯ面等の
絶縁面が交互に配列してＳＩＳ接合１６を形成してい
る。
【００２８】次に、図４を参照して、本発明のジョセフ
ソン接合素子のＩ−Ｖ特性を説明する。 図４参照 図４は、本発明のジョセフソン接合素子のＩ−Ｖ特性を
示すもので、図から明らかなように、ヒステリシスが見
られ、これは接合に静電容量が存在することを示してい
るので、ＳＩＳ接合が実際に形成されていることがわか
り、また、Ｉ−Ｖ特性曲線の先端が何本かに枝分かれし
ており、これは、測定温度が超電導転移温度（ＴC ）に
近い場合において、ＳＩＳ接合が複数個直列接続した場
合に予測される特性を示している。
ソン接合素子のＩ−Ｖ特性を説明する。 図４参照 図４は、本発明のジョセフソン接合素子のＩ−Ｖ特性を
示すもので、図から明らかなように、ヒステリシスが見
られ、これは接合に静電容量が存在することを示してい
るので、ＳＩＳ接合が実際に形成されていることがわか
り、また、Ｉ−Ｖ特性曲線の先端が何本かに枝分かれし
ており、これは、測定温度が超電導転移温度（ＴC ）に
近い場合において、ＳＩＳ接合が複数個直列接続した場
合に予測される特性を示している。
【００２９】したがって、本発明の酸化物超電導体ジョ
セフソン接合素子においては、複数のＳＩＳ接合が直列
接続した状態になっているものと解釈され、ｃ軸配向Ｂ
ｉＳｒＣａＣｕＯ膜１２に混在するａ軸配向ＢｉＳｒＣ
ａＣｕＯ結晶粒１４自体がＳＩＳ接合を構成しているこ
とになる。
セフソン接合素子においては、複数のＳＩＳ接合が直列
接続した状態になっているものと解釈され、ｃ軸配向Ｂ
ｉＳｒＣａＣｕＯ膜１２に混在するａ軸配向ＢｉＳｒＣ
ａＣｕＯ結晶粒１４自体がＳＩＳ接合を構成しているこ
とになる。
【００３０】この様に、本発明においては、ａ軸配向Ｂ
ｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１３，１４とｃ軸配向ＢｉＳｒ
ＣａＣｕＯ膜とを単に平面的にパターニングするだけ
で、ＭｇＯ単結晶基板１１の主面に沿ったプレーナ構造
のＳＩＳ接合を形成することができるので、作製が容易
になり、また、この様なジョセフソン接合素子を複数個
組み合わせてＳＱＵＩＤや論理回路等を従来のパターニ
ング技術によって簡単に構成することができる。
ｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒１３，１４とｃ軸配向ＢｉＳｒ
ＣａＣｕＯ膜とを単に平面的にパターニングするだけ
で、ＭｇＯ単結晶基板１１の主面に沿ったプレーナ構造
のＳＩＳ接合を形成することができるので、作製が容易
になり、また、この様なジョセフソン接合素子を複数個
組み合わせてＳＱＵＩＤや論理回路等を従来のパターニ
ング技術によって簡単に構成することができる。
【００３１】なお、上記の実施の形態の説明において
は、酸化物超電導体として２２１２相のＢｉ（ＳｒＣ
ａ）ＣｕＯを用いているが、２２１２相に限られるもの
ではなく、２２２３相や２２０１相等の他の相のＢｉ
（ＳｒＣａ）ＣｕＯを用いても良く、２２２３層を用い
た場合には、約８０Ｋの超電導転移温度の２２１２相に
比べて約１１０Ｋの高温における超電導が期待できる。
は、酸化物超電導体として２２１２相のＢｉ（ＳｒＣ
ａ）ＣｕＯを用いているが、２２１２相に限られるもの
ではなく、２２２３相や２２０１相等の他の相のＢｉ
（ＳｒＣａ）ＣｕＯを用いても良く、２２２３層を用い
た場合には、約８０Ｋの超電導転移温度の２２１２相に
比べて約１１０Ｋの高温における超電導が期待できる。
【００３２】また、Ｂｉ（ＳｒＣａ）ＣｕＯ以外にも、
このＢｉ（ＳｒＣａ）ＣｕＯと同様の層状構造の高温酸
化物超電導体であるＴｌ（ＢａＣａ）ＣｕＯ或いはＨｇ
（ＢａＣａ）ＣｕＯを用いても良いものであり、Ｔｌ
（ＢａＣａ）ＣｕＯを用いた場合には、約１２５Ｋにお
ける超電導が期待でき、また、Ｈｇ（ＢａＣａ）ＣｕＯ
を用いた場合には、加圧することによって約１５０Ｋに
おける超電導が期待でき、さらに、上記の酸化物超電導
体における括弧内の組成を適当に組み合わせた他の酸化
物超電導体であっても良いものである。
このＢｉ（ＳｒＣａ）ＣｕＯと同様の層状構造の高温酸
化物超電導体であるＴｌ（ＢａＣａ）ＣｕＯ或いはＨｇ
（ＢａＣａ）ＣｕＯを用いても良いものであり、Ｔｌ
（ＢａＣａ）ＣｕＯを用いた場合には、約１２５Ｋにお
ける超電導が期待でき、また、Ｈｇ（ＢａＣａ）ＣｕＯ
を用いた場合には、加圧することによって約１５０Ｋに
おける超電導が期待でき、さらに、上記の酸化物超電導
体における括弧内の組成を適当に組み合わせた他の酸化
物超電導体であっても良いものである。
【００３３】また、上記の実施の形態においては、基板
として（１００）面のＭｇＯ単結晶基板１１を用いてい
るが、（１００）面に限られるものではなく、（１０
０）面と等価な｛１００｝面であれば良く、さらに、Ｓ
ｒＴｉＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 ，ＮｄＧａＯ3 等の他の単結
晶基板を用いても良い。
として（１００）面のＭｇＯ単結晶基板１１を用いてい
るが、（１００）面に限られるものではなく、（１０
０）面と等価な｛１００｝面であれば良く、さらに、Ｓ
ｒＴｉＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 ，ＮｄＧａＯ3 等の他の単結
晶基板を用いても良い。
【００３４】また、ａ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒
１４の方位や、ａ／ｃ界面１５の接合面の面指数も、実
施の形態に示した結晶方位或いは結晶面指数に限られる
ものではなく、結晶学的にそれと等価な結晶方位或いは
結晶面指数であれば良い。
１４の方位や、ａ／ｃ界面１５の接合面の面指数も、実
施の形態に示した結晶方位或いは結晶面指数に限られる
ものではなく、結晶学的にそれと等価な結晶方位或いは
結晶面指数であれば良い。
【００３５】また、上記の実施の形態においては、ｃ軸
配向結晶膜中に混在する矩形状の結晶粒をａ軸配向結晶
粒として説明しているが、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ等の層状
構造の酸化物超電導体においては、ａ軸とｂ軸の区別が
実質的にできないものであるので、本明細書におけるａ
軸とは、ｂ軸も含むものである。
配向結晶膜中に混在する矩形状の結晶粒をａ軸配向結晶
粒として説明しているが、ＢｉＳｒＣａＣｕＯ等の層状
構造の酸化物超電導体においては、ａ軸とｂ軸の区別が
実質的にできないものであるので、本明細書におけるａ
軸とは、ｂ軸も含むものである。
【００３６】また、上記の実施の形態においては、製造
方法としてＭＯＶＰＥ法を用いているが、ＭＯＶＰＥ法
に限られるものではなく、レーザアブレーション法やス
パッタリング法等の他の製造方法を用いても良いもので
ある。
方法としてＭＯＶＰＥ法を用いているが、ＭＯＶＰＥ法
に限られるものではなく、レーザアブレーション法やス
パッタリング法等の他の製造方法を用いても良いもので
ある。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、層状構造の酸化物超電
導体を用いてプレーナ構造のＳＩＳ接合のジョセフソン
接合素子を形成したので、回路応用や集積化が容易とな
り、各種のデジタル回路やマイクロ波デバイスの高温動
作化に寄与するところが大きい。
導体を用いてプレーナ構造のＳＩＳ接合のジョセフソン
接合素子を形成したので、回路応用や集積化が容易とな
り、各種のデジタル回路やマイクロ波デバイスの高温動
作化に寄与するところが大きい。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の製造工程の説明図であ
る。
る。
【図３】ａ／ｃ界面の模式的説明図である。
【図４】本発明のジョセフソン接合素子のＩ−Ｖ特性の
説明図である。
説明図である。
【図５】従来のＳＩＳ接合を利用したジョセフソン接合
素子の説明図である。
素子の説明図である。
１ ａ軸配向結晶粒 ２ ｃ軸配向結晶膜 ３ ｃ軸配向結晶膜 ４ ａ／ｃ界面 ５ ＳＩＳ接合 １１ ＭｇＯ単結晶基板 １２ ｃ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ膜 １３ ａ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒 １４ ａ軸配向ＢｉＳｒＣａＣｕＯ結晶粒 １５ ａ／ｃ界面 １６ ＳＩＳ接合 ２１ ＢｉＳｒＣａＣｕＯ単結晶 ２２ ＣｕＯ2 面 ２３ 絶縁面 ２４ ＳＩＳ接合 ２５ メサ ２６ 電極 ２７ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡ Ｈ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡＪ // Ｃ０１Ｇ 13/00 ＺＡＡ Ｃ０１Ｇ 13/00 ＺＡＡＺ 15/00 ＺＡＡ 15/00 ＺＡＡＣ (72)発明者 文 建国 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 歌川 忠 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 腰塚 直己 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
Claims (3)
- 【請求項１】 層状構造の酸化物超電導体のｃ軸配向結
晶膜とａ軸配向結晶粒との間のａ／ｃ界面において、ａ
軸配向結晶粒のｃ軸配向結晶膜との接合面が｛００１｝
面からなり、且つ、ａ軸配向結晶粒が〔００１〕方向に
沿ったＳＩＳ接合を含んでいることを特徴とする酸化物
超電導体ジョセフソン接合素子。 - 【請求項２】 上記酸化物超電導体を堆積させる基板と
して、｛１００｝面のＭｇＯ基板を用いたことを特徴と
する請求項１記載の酸化物超電導体ジョセフソン接合素
子。 - 【請求項３】 上記酸化物超電導体が、ＢｉＳｒＣａＣ
ｕＯ、ＴｌＢａＣａＣｕＯ、或いは、ＨｇＢａＣａＣｕ
Ｏの内のいずれかであることを特徴とする請求項１また
は２に記載の酸化物超電導体ジョセフソン接合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8133088A JPH09321358A (ja) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | 酸化物超電導体ジョセフソン接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8133088A JPH09321358A (ja) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | 酸化物超電導体ジョセフソン接合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09321358A true JPH09321358A (ja) | 1997-12-12 |
Family
ID=15096578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8133088A Withdrawn JPH09321358A (ja) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | 酸化物超電導体ジョセフソン接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09321358A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6495854B1 (en) * | 1999-12-30 | 2002-12-17 | International Business Machines Corporation | Quantum computing with d-wave superconductors |
-
1996
- 1996-05-28 JP JP8133088A patent/JPH09321358A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6495854B1 (en) * | 1999-12-30 | 2002-12-17 | International Business Machines Corporation | Quantum computing with d-wave superconductors |
| US6649929B2 (en) | 1999-12-30 | 2003-11-18 | International Business Machines Corporation | Quantum computing with d-wave superconductors |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH09321358A (ja) | 酸化物超電導体ジョセフソン接合素子 | |
| US6479139B1 (en) | Superconducting substrate structure and a method of producing such structure | |
| JPH05190921A (ja) | 超電導接合を有する素子およびその作製方法 | |
| JPH0221676A (ja) | 超伝導体のトンネル接合 | |
| JP3425422B2 (ja) | 超電導素子の製造方法 | |
| JPH09121064A (ja) | 高温超電導ジョセフソン接合素子 | |
| JP2679610B2 (ja) | 超電導素子の製造方法 | |
| JP2931779B2 (ja) | 超電導素子 | |
| JP3058515B2 (ja) | 超電導ジョセフソン素子およびその製法 | |
| JP3085492B2 (ja) | マイクロブリッジ型ジョセフソン素子及び積層型ジョセフソン素子 | |
| JP2856577B2 (ja) | 超電導素子 | |
| JP2909455B1 (ja) | 超電導素子 | |
| JP2899287B2 (ja) | ジョセフソン素子 | |
| JP2708673B2 (ja) | 超伝導薄膜縦型接合素子の製造方法 | |
| JP3155641B2 (ja) | 超伝導トンネル接合デバイス | |
| JPH04188881A (ja) | 超伝導素子 | |
| JPH01183175A (ja) | 超電導３端子素子 | |
| JPH05327047A (ja) | ジョセフソン素子およびその製造方法 | |
| JPH10178220A (ja) | トンネル型超伝導接合素子 | |
| JPH1174574A (ja) | 酸化物超伝導薄膜の作製方法及び超伝導装置 | |
| JPH0284781A (ja) | 高温超伝導体による接合 | |
| JPH0195576A (ja) | 薄膜超電導素子の製造方法 | |
| JPH1022535A (ja) | 超電導量子干渉デバイス | |
| JPH07114297B2 (ja) | 酸化物超伝導体接合及びその形成方法 | |
| JPH04243171A (ja) | ジョセフソン接合の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030805 |