JPH1022535A - 超電導量子干渉デバイス - Google Patents
超電導量子干渉デバイスInfo
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- JPH1022535A JPH1022535A JP8176341A JP17634196A JPH1022535A JP H1022535 A JPH1022535 A JP H1022535A JP 8176341 A JP8176341 A JP 8176341A JP 17634196 A JP17634196 A JP 17634196A JP H1022535 A JPH1022535 A JP H1022535A
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- quantum interference
- superconducting quantum
- interference device
- josephson junction
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超電導量子干渉素子の占有面積を減少し、高
集積化を実現する超電導量子干渉デバイスを提供する。 【解決手段】 超電導量子干渉素子を備えた超電導量子
干渉デバイス（SQUID ）において、超電導量子干渉素子
のループ経路１４に介設するジョセフソン接合素子１３
が層状結晶構造を有する高温酸化物超電導体で形成され
る。ループ経路１４は縦型構造を採用する。ループ経路
１４は互いに異なる層に形成された基準電源板１１と超
電導体伝送路１２とで構成され、この基準電源板１１と
超電導体伝送路１２との間を接続する接続用配線として
前記ジョセフソン接合素子１３が使用される。ジョセフ
ソン接合素子１３は層間絶縁体薄膜１５に形成された接
続孔１６の内部に埋設される。
集積化を実現する超電導量子干渉デバイスを提供する。 【解決手段】 超電導量子干渉素子を備えた超電導量子
干渉デバイス（SQUID ）において、超電導量子干渉素子
のループ経路１４に介設するジョセフソン接合素子１３
が層状結晶構造を有する高温酸化物超電導体で形成され
る。ループ経路１４は縦型構造を採用する。ループ経路
１４は互いに異なる層に形成された基準電源板１１と超
電導体伝送路１２とで構成され、この基準電源板１１と
超電導体伝送路１２との間を接続する接続用配線として
前記ジョセフソン接合素子１３が使用される。ジョセフ
ソン接合素子１３は層間絶縁体薄膜１５に形成された接
続孔１６の内部に埋設される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導量子干渉素
子を備えた超電導量子干渉デバイス（superconducting
quantum interference device:SQUID ）に関する。特
に、本発明は、超電導体で形成されたループ（リング）
経路中に少なくとも１個以上のジョセフソン（Josephso
n ）接合素子を形成し、このジョセフソン接合特性を利
用して極微小な磁束が測定でき、高感度の磁束計として
使用できる超電導量子干渉素子を備えた超電導量子干渉
デバイスに関する。
子を備えた超電導量子干渉デバイス（superconducting
quantum interference device:SQUID ）に関する。特
に、本発明は、超電導体で形成されたループ（リング）
経路中に少なくとも１個以上のジョセフソン（Josephso
n ）接合素子を形成し、このジョセフソン接合特性を利
用して極微小な磁束が測定でき、高感度の磁束計として
使用できる超電導量子干渉素子を備えた超電導量子干渉
デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導量子干渉デバイスに搭載される超
電導量子干渉素子として、バイクリスタル粒界接合型構
造を利用した超電導量子干渉素子、ステップエッジ型構
造を利用した超電導量子干渉素子等の研究開発が進めら
れている。
電導量子干渉素子として、バイクリスタル粒界接合型構
造を利用した超電導量子干渉素子、ステップエッジ型構
造を利用した超電導量子干渉素子等の研究開発が進めら
れている。
【０００３】図１０は従来技術に係るバイクリスタル粒
界接合型構造を利用した超電導量子干渉デバイスの斜視
図である。同図に示す超電導量子干渉デバイスは基板１
の表面に超電導体伝送路３及び基板１の裏面に基準電源
板（グランドプレーン）２を備える。基板１の表面にお
いてはループ経路３Ａが超電導体伝送路３に一体に形成
され（同一超電導体薄膜で形成され）、このループ経路
３Ａには２個のジョセフソン接合素子３Ｂが介設され
る。超電導体伝送路３に直流電流を流す場合（DC-SQUI
D）には少なくとも２個以上のジョセフソン接合素子３
Ｂが形成され、超電導体伝送路３以外に信号取り出し線
路を有する場合（RF-SQUID）には１個以上のジョセフソ
ン接合素子３Ｂが形成される。前者（DC-SQUID）の場
合、ループ経路３Ａは超電導体伝送路３を介在し基板１
に形成された接続孔１Ｄを通して基準電源板２に電気的
に接続される。
界接合型構造を利用した超電導量子干渉デバイスの斜視
図である。同図に示す超電導量子干渉デバイスは基板１
の表面に超電導体伝送路３及び基板１の裏面に基準電源
板（グランドプレーン）２を備える。基板１の表面にお
いてはループ経路３Ａが超電導体伝送路３に一体に形成
され（同一超電導体薄膜で形成され）、このループ経路
３Ａには２個のジョセフソン接合素子３Ｂが介設され
る。超電導体伝送路３に直流電流を流す場合（DC-SQUI
D）には少なくとも２個以上のジョセフソン接合素子３
Ｂが形成され、超電導体伝送路３以外に信号取り出し線
路を有する場合（RF-SQUID）には１個以上のジョセフソ
ン接合素子３Ｂが形成される。前者（DC-SQUID）の場
合、ループ経路３Ａは超電導体伝送路３を介在し基板１
に形成された接続孔１Ｄを通して基準電源板２に電気的
に接続される。
【０００４】前記基板１には互いに同一材料で形成され
かつ互いに結晶面方位が異なる結晶基板１Ａ、結晶基板
１Ｂのそれぞれを張り合せたバイクリスタル結晶基板が
使用される。このバイクリスタル結晶基板の結晶基板１
Ａ、１Ｂはいずれも超電導体伝送路３を形成する超電導
体薄膜をエピタキシャル結晶成長で成膜できる結晶構造
を備える。結晶基板１Ａと結晶基板１Ｂとの間には人工
粒界接合１Ｃが形成される。この人工粒界接合１Ｃはル
ープ経路（超電導体薄膜）３Ａを形成する際に伝搬さ
れ、ループ経路３Ａにも粒界接合が形成される。ジョセ
フソン接合素子３Ｂはループ経路３Ａの超電導体と超電
導体との間に粒界接合を介在したＳＩＳ（superconduct
or-insulator-superconductor ）型構造又はＳＮＳ（su
perconductor-normal metal-superconductor）型構造で
構成される。
かつ互いに結晶面方位が異なる結晶基板１Ａ、結晶基板
１Ｂのそれぞれを張り合せたバイクリスタル結晶基板が
使用される。このバイクリスタル結晶基板の結晶基板１
Ａ、１Ｂはいずれも超電導体伝送路３を形成する超電導
体薄膜をエピタキシャル結晶成長で成膜できる結晶構造
を備える。結晶基板１Ａと結晶基板１Ｂとの間には人工
粒界接合１Ｃが形成される。この人工粒界接合１Ｃはル
ープ経路（超電導体薄膜）３Ａを形成する際に伝搬さ
れ、ループ経路３Ａにも粒界接合が形成される。ジョセ
フソン接合素子３Ｂはループ経路３Ａの超電導体と超電
導体との間に粒界接合を介在したＳＩＳ（superconduct
or-insulator-superconductor ）型構造又はＳＮＳ（su
perconductor-normal metal-superconductor）型構造で
構成される。
【０００５】図１１は従来技術に係るステップエッジ型
構造を利用した超電導量子干渉デバイスの斜視図であ
る。同図に示す超電導量子干渉デバイスは、前述と同様
に、基板１の表面に超電導体伝送路３、ループ経路３Ａ
及びジョセフソン接合素子３Ｂを備え、基板１の裏面に
基準電源板２を備える。前記ループ経路３Ａは超電導体
伝送路３を介在し基板１に形成された接続孔１Ｄを通し
て基準電源板２に電気的に接続される。
構造を利用した超電導量子干渉デバイスの斜視図であ
る。同図に示す超電導量子干渉デバイスは、前述と同様
に、基板１の表面に超電導体伝送路３、ループ経路３Ａ
及びジョセフソン接合素子３Ｂを備え、基板１の裏面に
基準電源板２を備える。前記ループ経路３Ａは超電導体
伝送路３を介在し基板１に形成された接続孔１Ｄを通し
て基準電源板２に電気的に接続される。
【０００６】基板１には表面高さが異なる段差（ステッ
プエッジ）１Ｅが形成され、ループ経路３Ａは段差１Ｅ
に沿って形成される。段差１Ｅは基板１の表面を部分的
にエッチングする方法、基板１の表面上に部分的に同一
材料又は別材料の薄膜を形成する方法のいずれかにより
形成される。前記段差１Ｅに沿って形成されたループ経
路（超電導体薄膜）３Ａには段差１Ｅの角部分に相当す
る位置において接合が形成され、ループ経路３Ａの超電
導体の間に接合を備えたジョセフソン接合素子３Ｂが形
成される。このジョセフソン接合素子３ＢはＳＩＳＩＳ
（superconductor-insulator-superconductor-insulato
r-superconductor）型構造又はＳＮＳＮＳ（supercondu
ctor-normal metal-superconductor-normalmetal-super
conductor）型構造で構成される。
プエッジ）１Ｅが形成され、ループ経路３Ａは段差１Ｅ
に沿って形成される。段差１Ｅは基板１の表面を部分的
にエッチングする方法、基板１の表面上に部分的に同一
材料又は別材料の薄膜を形成する方法のいずれかにより
形成される。前記段差１Ｅに沿って形成されたループ経
路（超電導体薄膜）３Ａには段差１Ｅの角部分に相当す
る位置において接合が形成され、ループ経路３Ａの超電
導体の間に接合を備えたジョセフソン接合素子３Ｂが形
成される。このジョセフソン接合素子３ＢはＳＩＳＩＳ
（superconductor-insulator-superconductor-insulato
r-superconductor）型構造又はＳＮＳＮＳ（supercondu
ctor-normal metal-superconductor-normalmetal-super
conductor）型構造で構成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来技術に係る超電導
量子干渉デバイスにおいては以下の点の配慮がなされて
いない。
量子干渉デバイスにおいては以下の点の配慮がなされて
いない。
【０００８】（１）バイクリスタル粒界接合型構造を採
用する超電導量子干渉素子、又はステップエッジ型構造
を採用する超電導量子干渉素子を基本回路素子として搭
載する超電導量子干渉デバイスはいずれも超電導体伝送
路３と基準電源板２との間を電気的に接続する領域を必
要とする。具体的には、基板１の有効領域（パターンが
形成できる領域）に接続孔１Ｄを形成する面積と、接続
孔１Ｄと超電導体伝送路３との間の製造プロセスの際に
必要となるマスク合わせ余裕面積との領域が必要にな
る。このため、超電導量子干渉デバイスにおいては、前
記接続領域に相当する占有面積が集積度向上の妨げにな
る。
用する超電導量子干渉素子、又はステップエッジ型構造
を採用する超電導量子干渉素子を基本回路素子として搭
載する超電導量子干渉デバイスはいずれも超電導体伝送
路３と基準電源板２との間を電気的に接続する領域を必
要とする。具体的には、基板１の有効領域（パターンが
形成できる領域）に接続孔１Ｄを形成する面積と、接続
孔１Ｄと超電導体伝送路３との間の製造プロセスの際に
必要となるマスク合わせ余裕面積との領域が必要にな
る。このため、超電導量子干渉デバイスにおいては、前
記接続領域に相当する占有面積が集積度向上の妨げにな
る。
【０００９】（２）バイクリスタル粒界接合型構造を採
用する超電導量子干渉素子を搭載した超電導量子干渉デ
バイスにおいて、超電導量子干渉素子のループ経路３Ａ
は基板１の表面に沿って形成された横型構造で形成され
る。現状の超電導体薄膜製造技術ではそれぞれ成膜条件
が異なる超電導体、非超電導体、超電導体を膜質を損な
うことなく順次積層することが難しく、ＳＩＳ型又はＳ
ＮＳ型のジョセフソン接合素子を縦型構造で形成するこ
とが難しい。従って、基板１にバイクリスタル結晶基板
が使用され、このバイクリスタル結晶基板の人工粒界接
合１Ｃによりループ経路３Ａの超電導体に粒界接合を意
図的に形成し、この粒界接合を非超電導体領域としてジ
ョセフソン接合素子３Ｂが形成される。このため、基板
１の表面上にかなり大きな面積でループ経路３Ａが形成
され、このループ経路３Ａの占有面積が超電導量子干渉
デバイスの集積度の妨げになる。同様に、ステップエッ
ジ型構造を採用する超電導量子干渉素子を備えた超電導
量子干渉デバイスにおいてもループ経路３Ａの占有面積
が集積度の妨げになる。
用する超電導量子干渉素子を搭載した超電導量子干渉デ
バイスにおいて、超電導量子干渉素子のループ経路３Ａ
は基板１の表面に沿って形成された横型構造で形成され
る。現状の超電導体薄膜製造技術ではそれぞれ成膜条件
が異なる超電導体、非超電導体、超電導体を膜質を損な
うことなく順次積層することが難しく、ＳＩＳ型又はＳ
ＮＳ型のジョセフソン接合素子を縦型構造で形成するこ
とが難しい。従って、基板１にバイクリスタル結晶基板
が使用され、このバイクリスタル結晶基板の人工粒界接
合１Ｃによりループ経路３Ａの超電導体に粒界接合を意
図的に形成し、この粒界接合を非超電導体領域としてジ
ョセフソン接合素子３Ｂが形成される。このため、基板
１の表面上にかなり大きな面積でループ経路３Ａが形成
され、このループ経路３Ａの占有面積が超電導量子干渉
デバイスの集積度の妨げになる。同様に、ステップエッ
ジ型構造を採用する超電導量子干渉素子を備えた超電導
量子干渉デバイスにおいてもループ経路３Ａの占有面積
が集積度の妨げになる。
【００１０】（３）さらに、バイクリスタル粒界接合型
構造を採用する超電導量子干渉素子、又はステップエッ
ジ型構造を採用する超電導量子干渉素子を基本回路素子
として搭載する超電導量子干渉デバイスはいずれもルー
プ経路３Ａを完全に横切る構造でジョセフソン接合素子
３Ｂの非超電導体が形成される。このため、ジョセフソ
ン接合素子３Ｂにおいてジョセフソン臨界電流（ＩC ）
とジョセフソン接合抵抗（ＲJ ）の積（ＩC ×ＲJ ）が
数百μＶと小さくなり、超電導量子干渉素子の動作速度
が低下する。
構造を採用する超電導量子干渉素子、又はステップエッ
ジ型構造を採用する超電導量子干渉素子を基本回路素子
として搭載する超電導量子干渉デバイスはいずれもルー
プ経路３Ａを完全に横切る構造でジョセフソン接合素子
３Ｂの非超電導体が形成される。このため、ジョセフソ
ン接合素子３Ｂにおいてジョセフソン臨界電流（ＩC ）
とジョセフソン接合抵抗（ＲJ ）の積（ＩC ×ＲJ ）が
数百μＶと小さくなり、超電導量子干渉素子の動作速度
が低下する。
【００１１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものである。従って、本発明の目的は以下の通りであ
る。第１に、本発明の目的は、超電導量子干渉素子の占
有面積を減少し、高集積化を実現する超電導量子干渉デ
バイスの提供にある。第２に、本発明の目的は、前記高
集積化を実現しつつ、容易な製作を実現する超電導量子
干渉デバイスの提供にある。さらに、第３に、本発明の
目的は、超電導量子干渉素子の応答速度を高速化し、高
速動作を実現する超電導量子干渉デバイスの提供にあ
る。
たものである。従って、本発明の目的は以下の通りであ
る。第１に、本発明の目的は、超電導量子干渉素子の占
有面積を減少し、高集積化を実現する超電導量子干渉デ
バイスの提供にある。第２に、本発明の目的は、前記高
集積化を実現しつつ、容易な製作を実現する超電導量子
干渉デバイスの提供にある。さらに、第３に、本発明の
目的は、超電導量子干渉素子の応答速度を高速化し、高
速動作を実現する超電導量子干渉デバイスの提供にあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載された発明は、超電導体で形成され
たループ経路中に少なくとも１つのジョセフソン接合素
子を介在する超電導量子干渉素子を備えた超電導量子干
渉デバイスにおいて、相互に絶縁分離され、それぞれ異
なる層に形成された第１超電導体及び第２超電導体と、
前記第１超電導体と第２超電導体との間に形成され、超
電導体、非超電導体、超電導体のそれぞれが層状結晶構
造で形成されたジョセフソン接合素子と、を備え、前記
第１超電導体、第２超電導体及びジョセフソン接合素子
でループ経路を形成した超電導量子干渉素子を備えたこ
とを特徴とする。請求項１に記載された発明は、超電導
量子干渉デバイスにおいて、超電導量子干渉素子の第
１、第２超電導体の積層方向と同一方向にジョセフソン
接合素子の各動作領域（超電導体領域、非超電導体領域
及び超電導体領域）が配列できるので、縦型構造のルー
プ経路が形成できる。このループ経路の第１超電導体と
第２超電導体との間はジョセフソン接合素子で結合さ
れ、このジョセフソン接合素子は異なる層に形成された
第１超電導体と第２超電導体との間を接続する接続用配
線（絶縁体領域に形成される接続孔内に埋設される配
線）を兼用する。従って、ジョセフソン接合素子の占有
面積で接続用配線の占有面積が代用できるので、超電導
量子干渉素子の占有面積が減少でき、超電導量子干渉デ
バイスの集積度が向上できる。
に、請求項１に記載された発明は、超電導体で形成され
たループ経路中に少なくとも１つのジョセフソン接合素
子を介在する超電導量子干渉素子を備えた超電導量子干
渉デバイスにおいて、相互に絶縁分離され、それぞれ異
なる層に形成された第１超電導体及び第２超電導体と、
前記第１超電導体と第２超電導体との間に形成され、超
電導体、非超電導体、超電導体のそれぞれが層状結晶構
造で形成されたジョセフソン接合素子と、を備え、前記
第１超電導体、第２超電導体及びジョセフソン接合素子
でループ経路を形成した超電導量子干渉素子を備えたこ
とを特徴とする。請求項１に記載された発明は、超電導
量子干渉デバイスにおいて、超電導量子干渉素子の第
１、第２超電導体の積層方向と同一方向にジョセフソン
接合素子の各動作領域（超電導体領域、非超電導体領域
及び超電導体領域）が配列できるので、縦型構造のルー
プ経路が形成できる。このループ経路の第１超電導体と
第２超電導体との間はジョセフソン接合素子で結合さ
れ、このジョセフソン接合素子は異なる層に形成された
第１超電導体と第２超電導体との間を接続する接続用配
線（絶縁体領域に形成される接続孔内に埋設される配
線）を兼用する。従って、ジョセフソン接合素子の占有
面積で接続用配線の占有面積が代用できるので、超電導
量子干渉素子の占有面積が減少でき、超電導量子干渉デ
バイスの集積度が向上できる。
【００１３】請求項２に記載された発明は、前記請求項
１に記載された超電導量子干渉素子において、前記超電
導量子干渉素子の第１超電導体は第２超電導体に重複し
た位置に形成されることを特徴とする。請求項２に記載
された発明は、前記請求項１に記載された発明で得られ
る作用効果に加えて、超電導量子干渉デバイスにおい
て、超電導量子干渉素子の第２超電導体の占有面積で第
１超電導体の占有面積が代用できるので、超電導量子干
渉素子の占有面積が減少でき、より一層超電導量子干渉
デバイスの集積度を向上できる。
１に記載された超電導量子干渉素子において、前記超電
導量子干渉素子の第１超電導体は第２超電導体に重複し
た位置に形成されることを特徴とする。請求項２に記載
された発明は、前記請求項１に記載された発明で得られ
る作用効果に加えて、超電導量子干渉デバイスにおい
て、超電導量子干渉素子の第２超電導体の占有面積で第
１超電導体の占有面積が代用できるので、超電導量子干
渉素子の占有面積が減少でき、より一層超電導量子干渉
デバイスの集積度を向上できる。
【００１４】請求項３に記載された発明は、前記請求項
１又は請求項２に記載された超電導量子干渉デバイスに
おいて、前記超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素
子は、Ｔｌ系超電導体、Ｂｉ系超電導体、Ｙ系超電導
体、Ｎｄ系超電導体のいずれかの層状結晶構造を備えた
高温酸化物超電導体で形成されることを特徴とする。請
求項３に記載された発明は、高温酸化物超電導体で縦型
構造のループ経路が可能な超電導量子干渉素子を備えた
超電導量子干渉デバイスを実現できる。
１又は請求項２に記載された超電導量子干渉デバイスに
おいて、前記超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素
子は、Ｔｌ系超電導体、Ｂｉ系超電導体、Ｙ系超電導
体、Ｎｄ系超電導体のいずれかの層状結晶構造を備えた
高温酸化物超電導体で形成されることを特徴とする。請
求項３に記載された発明は、高温酸化物超電導体で縦型
構造のループ経路が可能な超電導量子干渉素子を備えた
超電導量子干渉デバイスを実現できる。
【００１５】請求項４に記載された発明は、前記請求項
３に記載された超電導量子干渉デバイスにおいて、前記
超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素子は、超電導
体、非超電導体、超電導体の各動作領域に流れる電流方
向と前記超電導体の結晶構造のＣ軸方向とを一致させた
ことを特徴とする。
３に記載された超電導量子干渉デバイスにおいて、前記
超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素子は、超電導
体、非超電導体、超電導体の各動作領域に流れる電流方
向と前記超電導体の結晶構造のＣ軸方向とを一致させた
ことを特徴とする。
【００１６】請求項５に記載された発明は、前記請求項
４に記載された超電導量子干渉デバイスにおいて、前記
超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素子は、各動作
領域の電流が流れる断面面積を２５μｍ2 以下に設定し
たことを特徴とする。請求項５に記載された発明は、超
電導量子干渉デバイスにおいて、超電導量子干渉素子の
ジョセフソン接合素子中に（高温酸化物超電導体内部
に）存在する粒界が排除でき、ジョセフソン接合特性を
確保できる。
４に記載された超電導量子干渉デバイスにおいて、前記
超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素子は、各動作
領域の電流が流れる断面面積を２５μｍ2 以下に設定し
たことを特徴とする。請求項５に記載された発明は、超
電導量子干渉デバイスにおいて、超電導量子干渉素子の
ジョセフソン接合素子中に（高温酸化物超電導体内部
に）存在する粒界が排除でき、ジョセフソン接合特性を
確保できる。
【００１７】請求項６に記載された発明は、前記請求項
５に記載された超電導量子干渉デバイスにおいて、前記
超電導量子干渉素子の第１超電導体、第２超電導体はそ
れぞれジョセフソン接合素子の層状結晶構造を備えた高
温酸化物超電導体と同一結晶構造を備えた同一の高温酸
化物超電導体で形成されることを特徴とする。請求項６
に記載された発明は、前記超電導量子干渉素子の第１超
電導体、第２超電導体及びジョセフソン接合素子がすべ
て同一結晶構造を備えた同一高温酸化物超電導体で形成
できるので、製作が容易な製造プロセスの採用で前記超
電導量子干渉デバイスを実現できる。
５に記載された超電導量子干渉デバイスにおいて、前記
超電導量子干渉素子の第１超電導体、第２超電導体はそ
れぞれジョセフソン接合素子の層状結晶構造を備えた高
温酸化物超電導体と同一結晶構造を備えた同一の高温酸
化物超電導体で形成されることを特徴とする。請求項６
に記載された発明は、前記超電導量子干渉素子の第１超
電導体、第２超電導体及びジョセフソン接合素子がすべ
て同一結晶構造を備えた同一高温酸化物超電導体で形成
できるので、製作が容易な製造プロセスの採用で前記超
電導量子干渉デバイスを実現できる。
【００１８】請求項７に記載された発明は、超電導体で
形成されたループ経路中に少なくとも１つのジョセフソ
ン接合素子を介在する超電導量子干渉素子を備えた超電
導量子干渉デバイスにおいて、相互に絶縁分離され、そ
れぞれ異なる層に形成された第１超電導体及び第２超電
導体と、前記第１超電導体の一端と第２超電導体の一端
との間に形成され、超電導体、非超電導体、超電導体の
それぞれが層状結晶構造で形成されたジョセフソン接合
素子と、前記第１超電導体の他端と第２超電導体の他端
との間に形成され、前記ジョセフソン接合素子と同一の
層状結晶構造において同一材料で形成され、前記ジョセ
フソン接合素子の平面面積に比べて大きな平面面積を有
する接続用配線と、を備え、前記第１超電導体、第２超
電導体、ジョセフソン接合素子及び接続用配線でループ
経路を形成した超電導量子干渉素子を備えたことを特徴
とする。請求項７に記載された発明は、前記請求項１に
記載された発明で得られる作用効果に加えて、層状結晶
構造を備えた超電導体、非超電導体及び超電導体の平面
面積（電流が流れる断面面積）を変えるだけで、同一材
料でありながらジョセフソン接合素子とジョセフソン接
合特性を示さない単なる超電導配線として使用できる接
続用配線とが作り分けられる。従って、第１超電導体、
第２超電導体のそれぞれの間にジョセフソン接合素子、
接続用配線のそれぞれが自由に組み込めるので、論理回
路の構築が簡易に実現できる。
形成されたループ経路中に少なくとも１つのジョセフソ
ン接合素子を介在する超電導量子干渉素子を備えた超電
導量子干渉デバイスにおいて、相互に絶縁分離され、そ
れぞれ異なる層に形成された第１超電導体及び第２超電
導体と、前記第１超電導体の一端と第２超電導体の一端
との間に形成され、超電導体、非超電導体、超電導体の
それぞれが層状結晶構造で形成されたジョセフソン接合
素子と、前記第１超電導体の他端と第２超電導体の他端
との間に形成され、前記ジョセフソン接合素子と同一の
層状結晶構造において同一材料で形成され、前記ジョセ
フソン接合素子の平面面積に比べて大きな平面面積を有
する接続用配線と、を備え、前記第１超電導体、第２超
電導体、ジョセフソン接合素子及び接続用配線でループ
経路を形成した超電導量子干渉素子を備えたことを特徴
とする。請求項７に記載された発明は、前記請求項１に
記載された発明で得られる作用効果に加えて、層状結晶
構造を備えた超電導体、非超電導体及び超電導体の平面
面積（電流が流れる断面面積）を変えるだけで、同一材
料でありながらジョセフソン接合素子とジョセフソン接
合特性を示さない単なる超電導配線として使用できる接
続用配線とが作り分けられる。従って、第１超電導体、
第２超電導体のそれぞれの間にジョセフソン接合素子、
接続用配線のそれぞれが自由に組み込めるので、論理回
路の構築が簡易に実現できる。
【００１９】請求項８に記載された発明は、前記請求項
７に記載された超電導量子干渉デバイスにおいて、前記
超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素子は各動作領
域の電流が流れる断面面積を２５μｍ2 以下に設定し、
前記接続用配線は電流が流れる断面面積を２５μｍ2 よ
りも大きく設定したことを特徴とする。請求項８に記載
された発明は、超電導量子干渉デバイスにおいて、超電
導量子干渉素子のジョセフソン接合素子は内部に存在す
る粒界を排除でき、ジョセフソン接合特性が確保できる
とともに、接続用配線は内部に粒界が存在するので、ジ
ョセフソン接合特性を示さない単なる超電導配線を形成
できる。
７に記載された超電導量子干渉デバイスにおいて、前記
超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素子は各動作領
域の電流が流れる断面面積を２５μｍ2 以下に設定し、
前記接続用配線は電流が流れる断面面積を２５μｍ2 よ
りも大きく設定したことを特徴とする。請求項８に記載
された発明は、超電導量子干渉デバイスにおいて、超電
導量子干渉素子のジョセフソン接合素子は内部に存在す
る粒界を排除でき、ジョセフソン接合特性が確保できる
とともに、接続用配線は内部に粒界が存在するので、ジ
ョセフソン接合特性を示さない単なる超電導配線を形成
できる。
【００２０】請求項９に記載された発明は、前記請求項
１又は請求項８に記載された超電導量子干渉デバイスに
おいて、前記超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素
子には、ジョセフソン接合素子の超電導体の動作領域間
を短絡するシャント配線（又はシャント抵抗）が形成さ
れることを特徴とする。請求項９に記載された発明は、
超電導量子干渉デバイスにおいて、ジョセフソン接合素
子に固有の電流電圧特性に現われるヒステリシスを排除
でき、かつジョセフソン接合素子に付加される容量が低
減できるので、応答速度が向上できる。
１又は請求項８に記載された超電導量子干渉デバイスに
おいて、前記超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素
子には、ジョセフソン接合素子の超電導体の動作領域間
を短絡するシャント配線（又はシャント抵抗）が形成さ
れることを特徴とする。請求項９に記載された発明は、
超電導量子干渉デバイスにおいて、ジョセフソン接合素
子に固有の電流電圧特性に現われるヒステリシスを排除
でき、かつジョセフソン接合素子に付加される容量が低
減できるので、応答速度が向上できる。
【００２１】請求項１０に記載された発明は、前記請求
項１乃至請求項９のいずれかに記載された超電導量子干
渉デバイスにおいて、前記超電導量子干渉素子の第１超
電導体は超電導伝送路として使用され、前記第２超電導
体は基準電源板として使用されることを特徴とする。
項１乃至請求項９のいずれかに記載された超電導量子干
渉デバイスにおいて、前記超電導量子干渉素子の第１超
電導体は超電導伝送路として使用され、前記第２超電導
体は基準電源板として使用されることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照し説明する。
て、図面を参照し説明する。
【００２３】基本構造 図１は本発明の実施形態に係る超電導量子干渉素子を備
えた超電導量子干渉デバイスの基本構造を説明する斜視
図、図２は前記超電導量子干渉デバイスの要部拡大断面
図である。図１及び図２に示すように、超電導量子干渉
デバイスは基板１０を主体に構成され、この基板１０に
は超電導量子干渉素子が基本回路素子として搭載され
る。超電導量子干渉素子は基板１０、基準電源板（グラ
ンドプレーン又はグランド用薄膜）１１、超電導体伝送
路１２、ループ経路１４及びジョセフソン接合素子１３
を備える。
えた超電導量子干渉デバイスの基本構造を説明する斜視
図、図２は前記超電導量子干渉デバイスの要部拡大断面
図である。図１及び図２に示すように、超電導量子干渉
デバイスは基板１０を主体に構成され、この基板１０に
は超電導量子干渉素子が基本回路素子として搭載され
る。超電導量子干渉素子は基板１０、基準電源板（グラ
ンドプレーン又はグランド用薄膜）１１、超電導体伝送
路１２、ループ経路１４及びジョセフソン接合素子１３
を備える。
【００２４】前記超電導量子干渉デバイスを構成する基
板１０は本実施形態においてＭｇＯ基板が使用される。
ＭｇＯ基板は表面上にペロブスカイト結晶構造を有する
超電導体薄膜、特に高温度において超電導特性が得られ
る高温酸化物超電導体がエピタキシャル成長法により成
膜できる下地基板として使用される。なお、本発明にお
いては、ＭｇＯ基板の他に、基板１０としてＬａＡｌＯ
3 基板、ＳｒＴｉＯ3基板又はＹＳＺ（イットリア安定
化ジルコニア）基板のいずれかが使用できる。また、本
発明においては、Ｓｉ基板等のベース基板の表面上にＭ
ｇＯ薄膜、ＬａＡｌＯ3 薄膜、ＳｒＴｉＯ3 薄膜又はＹ
ＳＺ薄膜のいずれかの薄膜をバッファ層として形成した
基板が基板１０として使用できる。
板１０は本実施形態においてＭｇＯ基板が使用される。
ＭｇＯ基板は表面上にペロブスカイト結晶構造を有する
超電導体薄膜、特に高温度において超電導特性が得られ
る高温酸化物超電導体がエピタキシャル成長法により成
膜できる下地基板として使用される。なお、本発明にお
いては、ＭｇＯ基板の他に、基板１０としてＬａＡｌＯ
3 基板、ＳｒＴｉＯ3基板又はＹＳＺ（イットリア安定
化ジルコニア）基板のいずれかが使用できる。また、本
発明においては、Ｓｉ基板等のベース基板の表面上にＭ
ｇＯ薄膜、ＬａＡｌＯ3 薄膜、ＳｒＴｉＯ3 薄膜又はＹ
ＳＺ薄膜のいずれかの薄膜をバッファ層として形成した
基板が基板１０として使用できる。
【００２５】前記超電導量子干渉素子の基準電源板１１
は基板１０の表面上に形成される。本実施形態において
は、基板１０にＭｇＯ基板が使用され、このＭｇＯ基板
の（１００）結晶面上に基準電源板１１が形成される。
ＭｇＯ基板は表面上に成膜される超電導体と同一結晶構
造のペロブスカイト結晶構造を有しかつ超電導体の結晶
格子間隔に近い結晶格子間隔を有する。基準電源板１１
は超電導体で形成される。本実施形態において超電導体
にはペロブスカイト結晶構造を有しかつ層状結晶構造を
有する超電導体、特に高温度において超電導特性が得ら
れる高温酸化物超電導体で形成される。さらに、本実施
形態においては、基準電源板１１、ジョセフソン接合素
子１３、超電導体伝送路１２はいずれも同一の層状結晶
構造を有する超電導体で形成される。この層状結晶構造
を有する超電導体の結晶構造については後述する。
は基板１０の表面上に形成される。本実施形態において
は、基板１０にＭｇＯ基板が使用され、このＭｇＯ基板
の（１００）結晶面上に基準電源板１１が形成される。
ＭｇＯ基板は表面上に成膜される超電導体と同一結晶構
造のペロブスカイト結晶構造を有しかつ超電導体の結晶
格子間隔に近い結晶格子間隔を有する。基準電源板１１
は超電導体で形成される。本実施形態において超電導体
にはペロブスカイト結晶構造を有しかつ層状結晶構造を
有する超電導体、特に高温度において超電導特性が得ら
れる高温酸化物超電導体で形成される。さらに、本実施
形態においては、基準電源板１１、ジョセフソン接合素
子１３、超電導体伝送路１２はいずれも同一の層状結晶
構造を有する超電導体で形成される。この層状結晶構造
を有する超電導体の結晶構造については後述する。
【００２６】本実施形態において、高温酸化物超電導体
には１００Ｋ以上の高温度で超電導特性が得られるＴｌ
ＢａＣａＣｕＯ（タリウム−バリウム−カリウム−銅−
酸素）系超電導体が使用される。具体的には、Ｔｌ2 Ｂ
ａ2 Ｃａn-1 Ｃｕn Ｏ2n+4超電導体（ｎ＝１−４）が使
用される。特に標準的なＴｌＢａＣａＣｕＯ超電導体と
してＴｌ2 Ｂａ2 Ｃａ0 Ｃｕ1 Ｏ6 超電導体、Ｔｌ2 Ｂ
ａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏ8 超電導体、Ｔｌ2 Ｂａ2 Ｃａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏ10超電導体Ｔｌ1 Ｂａ2 Ｃａn-1 Ｃｕn Ｏ2n+3超
電導体（ｎ＝１−６）のいずれかが使用できる。本発明
においては上記以外のＴｌ系酸化物超電導体としてＴｌ
2 Ｂａ2 （Ｃａ，Ｙ）1 Ｃｕ2 Ｏ8 超電導体、Ｔｌ1 Ｓ
ｒ2 Ｃａn-1 Ｃｕn Ｏ2n+3超電導体（ｎ＝２，３）、
（Ｔｌ，Ｐｂ）1 Ｓｒ2 Ｃａn-1 Ｃｕn Ｏ2n+3超電導体
（ｎ＝１，２，３）、（Ｔｌ，Ｂｉ）1 Ｓｒ2 Ｃａn-1
Ｃｕn Ｏ2n+3超電導体（ｎ＝２，３）、Ｔｌ1 Ｓｒ
2 （Ｃａ，Ｌｎ）1 Ｃｕ2 Ｏ7 超電導体、（Ｔｌ，Ｐ
ｂ）（Ｓｒ，Ｌｎ）2 Ｃｕ1 Ｏ5 超電導体のいずれかが
使用できる。
には１００Ｋ以上の高温度で超電導特性が得られるＴｌ
ＢａＣａＣｕＯ（タリウム−バリウム−カリウム−銅−
酸素）系超電導体が使用される。具体的には、Ｔｌ2 Ｂ
ａ2 Ｃａn-1 Ｃｕn Ｏ2n+4超電導体（ｎ＝１−４）が使
用される。特に標準的なＴｌＢａＣａＣｕＯ超電導体と
してＴｌ2 Ｂａ2 Ｃａ0 Ｃｕ1 Ｏ6 超電導体、Ｔｌ2 Ｂ
ａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏ8 超電導体、Ｔｌ2 Ｂａ2 Ｃａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏ10超電導体Ｔｌ1 Ｂａ2 Ｃａn-1 Ｃｕn Ｏ2n+3超
電導体（ｎ＝１−６）のいずれかが使用できる。本発明
においては上記以外のＴｌ系酸化物超電導体としてＴｌ
2 Ｂａ2 （Ｃａ，Ｙ）1 Ｃｕ2 Ｏ8 超電導体、Ｔｌ1 Ｓ
ｒ2 Ｃａn-1 Ｃｕn Ｏ2n+3超電導体（ｎ＝２，３）、
（Ｔｌ，Ｐｂ）1 Ｓｒ2 Ｃａn-1 Ｃｕn Ｏ2n+3超電導体
（ｎ＝１，２，３）、（Ｔｌ，Ｂｉ）1 Ｓｒ2 Ｃａn-1
Ｃｕn Ｏ2n+3超電導体（ｎ＝２，３）、Ｔｌ1 Ｓｒ
2 （Ｃａ，Ｌｎ）1 Ｃｕ2 Ｏ7 超電導体、（Ｔｌ，Ｐ
ｂ）（Ｓｒ，Ｌｎ）2 Ｃｕ1 Ｏ5 超電導体のいずれかが
使用できる。
【００２７】前記超電導体伝送路１２は層間絶縁体薄膜
１５を介在し基準電源板１１に対して絶縁分離された状
態において基準電源板１１の上層に形成される。この超
電導体伝送路１２及び基準電源板１１はループ経路１４
を形成する。本実施形態において、超電導体伝送路１２
は基準電源板１１と重複した位置に配置され、基準電源
板１１、超電導体伝送路１２のそれぞれの積層方向と一
致する方向に（基板１０に対して垂直な平面に沿って）
縦型構造のループ経路１４が構成される。超電導体伝送
路１２は基本的に超電導体で形成され、本実施形態にお
いて超電導体伝送路１２は基準電源板１１と同一の層状
結晶構造を有する同一のＴｌＢａＣａＣｕＯ超電導体で
形成される。層間絶縁体薄膜１５には超電導体がエピタ
キシャル成長法で成膜できる例えばＭｇＯ薄膜が使用さ
れる。この層間絶縁体薄膜１５には前述の基板１０と同
様にＭｇＯ薄膜以外にＬａＡｌＯ3 薄膜、ＳｒＴｉＯ3
薄膜又はＹＳＺ薄膜が使用できる。
１５を介在し基準電源板１１に対して絶縁分離された状
態において基準電源板１１の上層に形成される。この超
電導体伝送路１２及び基準電源板１１はループ経路１４
を形成する。本実施形態において、超電導体伝送路１２
は基準電源板１１と重複した位置に配置され、基準電源
板１１、超電導体伝送路１２のそれぞれの積層方向と一
致する方向に（基板１０に対して垂直な平面に沿って）
縦型構造のループ経路１４が構成される。超電導体伝送
路１２は基本的に超電導体で形成され、本実施形態にお
いて超電導体伝送路１２は基準電源板１１と同一の層状
結晶構造を有する同一のＴｌＢａＣａＣｕＯ超電導体で
形成される。層間絶縁体薄膜１５には超電導体がエピタ
キシャル成長法で成膜できる例えばＭｇＯ薄膜が使用さ
れる。この層間絶縁体薄膜１５には前述の基板１０と同
様にＭｇＯ薄膜以外にＬａＡｌＯ3 薄膜、ＳｒＴｉＯ3
薄膜又はＹＳＺ薄膜が使用できる。
【００２８】前記ジョセフソン接合素子１３は、基準電
源板１１と超電導体伝送路１２との間において、層間絶
縁体薄膜１５に形成された接続孔１６の内部に埋設さ
れ、形成される。すなわち、ジョセフソン接合素子１３
は基準電源板１１と超電導体伝送路１２とで形成される
ループ経路１４中に介設されループ経路１４の一部を形
成するとともに、このジョセフソン接合素子１３は互い
に異なる超電導体層にそれぞれ形成された基準電源板１
１と超電導体伝送路１２との間を電気的に接続する接続
用配線として兼用される。このジョセフソン接合素子１
３は本実施形態においては前述のように基準電源板１
１、超電導体伝送路１２のそれぞれと同一の層状結晶構
造を有する同一のＴｌＢａＣａＣｕＯ超電導体で形成さ
れる。
源板１１と超電導体伝送路１２との間において、層間絶
縁体薄膜１５に形成された接続孔１６の内部に埋設さ
れ、形成される。すなわち、ジョセフソン接合素子１３
は基準電源板１１と超電導体伝送路１２とで形成される
ループ経路１４中に介設されループ経路１４の一部を形
成するとともに、このジョセフソン接合素子１３は互い
に異なる超電導体層にそれぞれ形成された基準電源板１
１と超電導体伝送路１２との間を電気的に接続する接続
用配線として兼用される。このジョセフソン接合素子１
３は本実施形態においては前述のように基準電源板１
１、超電導体伝送路１２のそれぞれと同一の層状結晶構
造を有する同一のＴｌＢａＣａＣｕＯ超電導体で形成さ
れる。
【００２９】図３は本実施形態に係る層状結晶構造を有
するＴｌＢａＣａＣｕＯ超電導体の１結晶体ユニットの
概略基本構造図である。ＴｌＢａＣａＣｕＯ超電導体の
１結晶体ユニットは超電導体層Ｓ（superconductor lay
er）と非超電導体層Ｉ（insulative layer、トンネル絶
縁体）とが交互に順次配列された層状結晶構造で形成さ
れる。超電導体層ＳはＣｕ−Ｏ（銅−酸素）、Ｃａ（カ
リウム）及びＢａ−Ｏ（バリウム−酸素）の層状結晶体
で形成される。非超電導体層ＩはＴｌ−Ｏ（タリウム−
酸素）の層状結晶体で形成される。超電導体層Ｓ、非超
電導体層Ｉの配列方向は結晶のＣ軸方向と一致する。す
なわち、層状結晶体であり動作領域として機能する１つ
の超電導体層Ｓ、非超電導体層Ｉ及び超電導体層Ｓによ
り最小単位のＳＩＳ型構造を有するジョセフソン接合素
子１３Ａが形成される。この最小単位のジョセフソン接
合素子１３Ａを複数個電気的に直列に接続してジョセフ
ソン接合素子１３が形成される。ＴｌＢａＣａＣｕＯ超
電導体の場合、最小単位のジョセフソン接合素子１３Ａ
は１つの結晶体ユニットの２分の１の結晶体ユニットを
形成し、この２分の１の結晶体ユニットは１４．６Åの
寸法を有する。従って、１つの結晶体ユニットは、超電
導体層Ｓ、非超電導体層Ｉ、超電導体層Ｓ、非超電導体
層Ｉ、超電導体層Ｓのそれぞれの層状結晶体（動作領
域）がＣ軸方向と一致する方向に配列され、２個の直列
接続されたジョセフソン接合素子１３Ａで形成される。
１つの結晶体ユニットは２９．２Åの寸法を有する。ジ
ョセフソン接合素子１３、つまり複数個直列に接続され
たそれぞれの最小単位のジョセフソン接合素子１３Ａに
は、この最小単位のジョセフソン接合素子１３Ａの配列
方向と同一方向に電流ｉが流れる。換言すれば結晶体ユ
ニットのＣ軸方向に沿って電流ｉが流れる。
するＴｌＢａＣａＣｕＯ超電導体の１結晶体ユニットの
概略基本構造図である。ＴｌＢａＣａＣｕＯ超電導体の
１結晶体ユニットは超電導体層Ｓ（superconductor lay
er）と非超電導体層Ｉ（insulative layer、トンネル絶
縁体）とが交互に順次配列された層状結晶構造で形成さ
れる。超電導体層ＳはＣｕ−Ｏ（銅−酸素）、Ｃａ（カ
リウム）及びＢａ−Ｏ（バリウム−酸素）の層状結晶体
で形成される。非超電導体層ＩはＴｌ−Ｏ（タリウム−
酸素）の層状結晶体で形成される。超電導体層Ｓ、非超
電導体層Ｉの配列方向は結晶のＣ軸方向と一致する。す
なわち、層状結晶体であり動作領域として機能する１つ
の超電導体層Ｓ、非超電導体層Ｉ及び超電導体層Ｓによ
り最小単位のＳＩＳ型構造を有するジョセフソン接合素
子１３Ａが形成される。この最小単位のジョセフソン接
合素子１３Ａを複数個電気的に直列に接続してジョセフ
ソン接合素子１３が形成される。ＴｌＢａＣａＣｕＯ超
電導体の場合、最小単位のジョセフソン接合素子１３Ａ
は１つの結晶体ユニットの２分の１の結晶体ユニットを
形成し、この２分の１の結晶体ユニットは１４．６Åの
寸法を有する。従って、１つの結晶体ユニットは、超電
導体層Ｓ、非超電導体層Ｉ、超電導体層Ｓ、非超電導体
層Ｉ、超電導体層Ｓのそれぞれの層状結晶体（動作領
域）がＣ軸方向と一致する方向に配列され、２個の直列
接続されたジョセフソン接合素子１３Ａで形成される。
１つの結晶体ユニットは２９．２Åの寸法を有する。ジ
ョセフソン接合素子１３、つまり複数個直列に接続され
たそれぞれの最小単位のジョセフソン接合素子１３Ａに
は、この最小単位のジョセフソン接合素子１３Ａの配列
方向と同一方向に電流ｉが流れる。換言すれば結晶体ユ
ニットのＣ軸方向に沿って電流ｉが流れる。
【００３０】図４（Ａ）、図４（Ｂ）は前述のジョセフ
ソン接合素子１３に流れる電流とこの電流が流れる断面
面積との間の関係を示す電流電圧特性図である。ジョセ
フソン接合素子１３に流れる電流の断面面積（電流の流
れと直交する断面面積）が２５μｍ2 よりも大きい場合
には、ジョセフソン接合素子１３は図４（Ｂ）に示す電
流電圧特性を示す。すなわち、ジョセフソン接合素子１
３を形成するＴｌＢａＣａＣｕＯ超電導体の薄膜中に粒
界を含む確率が非常に高くなり、ジョセフソン接合特性
でなくなり、単なる超電導体伝送路（超電導体配線）に
なる。ジョセフソン接合特性が得られない結果、臨界電
流ＩC は１００ｍＡ以上の値を示し、ループ経路（SQUI
D ループ）１４に磁束をトラップすることが難しくな
り、超電導量子干渉素子としての機能がなくなる。あえ
てジョセフソン接合特性を得ようとする場合には、超電
導伝送路１２に非常に大きな制御電流を流す必要が発生
し、超電導量子干渉素子の消費電力が増大する。
ソン接合素子１３に流れる電流とこの電流が流れる断面
面積との間の関係を示す電流電圧特性図である。ジョセ
フソン接合素子１３に流れる電流の断面面積（電流の流
れと直交する断面面積）が２５μｍ2 よりも大きい場合
には、ジョセフソン接合素子１３は図４（Ｂ）に示す電
流電圧特性を示す。すなわち、ジョセフソン接合素子１
３を形成するＴｌＢａＣａＣｕＯ超電導体の薄膜中に粒
界を含む確率が非常に高くなり、ジョセフソン接合特性
でなくなり、単なる超電導体伝送路（超電導体配線）に
なる。ジョセフソン接合特性が得られない結果、臨界電
流ＩC は１００ｍＡ以上の値を示し、ループ経路（SQUI
D ループ）１４に磁束をトラップすることが難しくな
り、超電導量子干渉素子としての機能がなくなる。あえ
てジョセフソン接合特性を得ようとする場合には、超電
導伝送路１２に非常に大きな制御電流を流す必要が発生
し、超電導量子干渉素子の消費電力が増大する。
【００３１】これに対して、ジョセフソン接合素子１３
に流れる電流の断面面積が２５μｍ2 以下に設定される
場合には、ジョセフソン接合素子１３は図４（Ａ）に示
す電流電圧特性を示す。すなわち、ジョセフソン接合素
子１３のＴｌＢａＣａＣｕＯ超電導体の薄膜中に粒界が
ほとんど存在しなくなるので、ジョセフソン接合特性が
確実に得られる。本実施形態においては、ジョセフソン
接合特性を確実に得るために、ジョセフソン接合素子１
３の断面面積が２５μｍ2 以下に設定される。また、本
実施形態においては、構造的なデザインにも無理がな
く、かつ安定な電気的特性が得られ易い形状、つまり断
面の１辺を５μｍ以下としたほぼ正方形の断面において
ジョセフソン接合素子１３が形成される。
に流れる電流の断面面積が２５μｍ2 以下に設定される
場合には、ジョセフソン接合素子１３は図４（Ａ）に示
す電流電圧特性を示す。すなわち、ジョセフソン接合素
子１３のＴｌＢａＣａＣｕＯ超電導体の薄膜中に粒界が
ほとんど存在しなくなるので、ジョセフソン接合特性が
確実に得られる。本実施形態においては、ジョセフソン
接合特性を確実に得るために、ジョセフソン接合素子１
３の断面面積が２５μｍ2 以下に設定される。また、本
実施形態においては、構造的なデザインにも無理がな
く、かつ安定な電気的特性が得られ易い形状、つまり断
面の１辺を５μｍ以下としたほぼ正方形の断面において
ジョセフソン接合素子１３が形成される。
【００３２】このように構成される超電導量子干渉デバ
イスにおいては、超電導量子干渉素子の基準電源板１
１、超電導体伝送路１２のそれぞれの積層方向と同一方
向にジョセフソン接合素子１３の各動作領域（超電導体
層Ｓ、非超電導体層Ｉ及び超電導体層Ｓ）が配列できる
ので、縦型構造のループ経路１４が形成できる。このル
ープ経路１４の基準電源板１１と超電導体伝送路１２と
の間はジョセフソン接合素子１３で結合され、このジョ
セフソン接合素子１３は異なる層に形成された基準電源
板１１と超電導体伝送路１２との間を接続する接続用配
線を兼用する。従って、ジョセフソン接合素子１３の占
有面積で接続用配線の占有面積が代用できるので、超電
導量子干渉素子の占有面積が減少でき、超電導量子干渉
デバイスの集積度が向上できる。
イスにおいては、超電導量子干渉素子の基準電源板１
１、超電導体伝送路１２のそれぞれの積層方向と同一方
向にジョセフソン接合素子１３の各動作領域（超電導体
層Ｓ、非超電導体層Ｉ及び超電導体層Ｓ）が配列できる
ので、縦型構造のループ経路１４が形成できる。このル
ープ経路１４の基準電源板１１と超電導体伝送路１２と
の間はジョセフソン接合素子１３で結合され、このジョ
セフソン接合素子１３は異なる層に形成された基準電源
板１１と超電導体伝送路１２との間を接続する接続用配
線を兼用する。従って、ジョセフソン接合素子１３の占
有面積で接続用配線の占有面積が代用できるので、超電
導量子干渉素子の占有面積が減少でき、超電導量子干渉
デバイスの集積度が向上できる。
【００３３】さらに、超電導量子干渉デバイスにおい
て、前記超電導量子干渉素子の基準電源板１１と超電導
体伝送路１２とが重複した位置に形成されることによ
り、基準電源板１１の占有面積で超電導体伝送路１２の
占有面積が代用できるので、超電導量子干渉素子の占有
面積が減少でき、より一層超電導量子干渉デバイスの集
積度を向上できる。
て、前記超電導量子干渉素子の基準電源板１１と超電導
体伝送路１２とが重複した位置に形成されることによ
り、基準電源板１１の占有面積で超電導体伝送路１２の
占有面積が代用できるので、超電導量子干渉素子の占有
面積が減少でき、より一層超電導量子干渉デバイスの集
積度を向上できる。
【００３４】さらに、超電導量子干渉デバイスにおい
て、前記超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素子１
３に電流が流れる断面面積が２５μｍ2 以下に設定され
ることにより、ジョセフソン接合素子１３中に存在する
粒界が排除でき、ジョセフソン接合特性が確実に確保で
きる。
て、前記超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素子１
３に電流が流れる断面面積が２５μｍ2 以下に設定され
ることにより、ジョセフソン接合素子１３中に存在する
粒界が排除でき、ジョセフソン接合特性が確実に確保で
きる。
【００３５】なお、本実施形態に係る超電導量子干渉デ
バイスにおいて、超電導量子干渉素子の基準電源板１
１、超電導体伝送路１２、ジョセフソン接合素子１３の
それぞれを形成する高温酸化物超電導体に、層状結晶構
造を有するＢｉ系超電導体、Ｙ系超電導体、Ｎｄ系超電
導体のいずれかが使用できる。さらに、超電導量子干渉
素子のジョセフソン接合素子１３はＳＮＳ型構造を使用
できる。
バイスにおいて、超電導量子干渉素子の基準電源板１
１、超電導体伝送路１２、ジョセフソン接合素子１３の
それぞれを形成する高温酸化物超電導体に、層状結晶構
造を有するＢｉ系超電導体、Ｙ系超電導体、Ｎｄ系超電
導体のいずれかが使用できる。さらに、超電導量子干渉
素子のジョセフソン接合素子１３はＳＮＳ型構造を使用
できる。
【００３６】製造プロセス 図５（Ａ）乃至図５（Ｄ）は前述の超電導量子干渉デバ
イスの製造プロセスを各工程毎に示す要部拡大断面図で
ある。まず、基板１０として主面（薄膜成長面）が（１
００）結晶面に設定されたＭｇＯ基板が準備される。
イスの製造プロセスを各工程毎に示す要部拡大断面図で
ある。まず、基板１０として主面（薄膜成長面）が（１
００）結晶面に設定されたＭｇＯ基板が準備される。
【００３７】次に、図５（Ａ）に示すように、前記基板
（ＭｇＯ基板）１０の主面上に第１層目の超電導体形成
薄膜１１ａ、層間絶縁体形成薄膜１５ａのそれぞれを順
次積層する。前記超電導体形成薄膜１１ａには本実施形
態においてＴｌ2 Ｂａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx が使用され、
このＴｌ2 Ｂａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx は後工程において結
晶化熱処理を行うプレカーサ薄膜（前駆体）として形成
される。Ｔｌ2 Ｂａ2Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx は、例えばスパ
ッタ法により非晶質構造で形成され、１μｍの膜厚にお
いて形成される。層間絶縁体形成薄膜１５ａには非晶質
構造を有するＭｇＯ薄膜が使用され、このＭｇＯ薄膜は
例えばスパッタ法により１μｍの膜厚で形成される。
（ＭｇＯ基板）１０の主面上に第１層目の超電導体形成
薄膜１１ａ、層間絶縁体形成薄膜１５ａのそれぞれを順
次積層する。前記超電導体形成薄膜１１ａには本実施形
態においてＴｌ2 Ｂａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx が使用され、
このＴｌ2 Ｂａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx は後工程において結
晶化熱処理を行うプレカーサ薄膜（前駆体）として形成
される。Ｔｌ2 Ｂａ2Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx は、例えばスパ
ッタ法により非晶質構造で形成され、１μｍの膜厚にお
いて形成される。層間絶縁体形成薄膜１５ａには非晶質
構造を有するＭｇＯ薄膜が使用され、このＭｇＯ薄膜は
例えばスパッタ法により１μｍの膜厚で形成される。
【００３８】次に、図５（Ｂ）に示すように、ジョセフ
ソン接合素子１３の形成領域において前記層間絶縁体形
成薄膜１５ａに接続孔１６を形成する。接続孔１６は、
例えばフォトリソグラフィ技術で形成されたエッチング
マスクを使用し、異方性エッチングを行うことにより形
成できる。接続孔１６は少なくともジョセフソン接合素
子１３の形成領域において前述のようにジョセフソン接
合特性を確実に確保するために断面面積を２５μｍ2 以
下に設定する。
ソン接合素子１３の形成領域において前記層間絶縁体形
成薄膜１５ａに接続孔１６を形成する。接続孔１６は、
例えばフォトリソグラフィ技術で形成されたエッチング
マスクを使用し、異方性エッチングを行うことにより形
成できる。接続孔１６は少なくともジョセフソン接合素
子１３の形成領域において前述のようにジョセフソン接
合特性を確実に確保するために断面面積を２５μｍ2 以
下に設定する。
【００３９】次に、前記層間絶縁体形成薄膜１５ａの表
面上に第２層目の超電導体形成薄膜が形成される。この
超電導体形成薄膜の一部は接続孔１６を通して第１層目
の超電導体形成薄膜１１ａの表面に接続される。この接
続孔１６の内部に埋設された超電導体形成薄膜は後工程
においてジョセフソン接合素子１３として形成される。
前述の第１層目の超電導体形成薄膜１１ａと同様に、第
２層目の超電導体形成薄膜には非晶質構造を有するＴｌ
2 Ｂａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx が使用され、このＴｌ2 Ｂａ
2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx はプレカーサ薄膜として形成され
る。Ｔｌ2 Ｂａ2Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx は、例えばスパッタ
法により１μｍの膜厚において形成される。
面上に第２層目の超電導体形成薄膜が形成される。この
超電導体形成薄膜の一部は接続孔１６を通して第１層目
の超電導体形成薄膜１１ａの表面に接続される。この接
続孔１６の内部に埋設された超電導体形成薄膜は後工程
においてジョセフソン接合素子１３として形成される。
前述の第１層目の超電導体形成薄膜１１ａと同様に、第
２層目の超電導体形成薄膜には非晶質構造を有するＴｌ
2 Ｂａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx が使用され、このＴｌ2 Ｂａ
2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx はプレカーサ薄膜として形成され
る。Ｔｌ2 Ｂａ2Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx は、例えばスパッタ
法により１μｍの膜厚において形成される。
【００４０】次に、図５（Ｃ）に示すように、第１層目
の超電導体形成薄膜１１ａ、第２層目の超電導体形成薄
膜のそれぞれに結晶化熱処理が行われ、第１層目の超電
導体形成薄膜１１ａにより層状結晶構造を有するＴｌ2
Ｂａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx 超電導体からなる基準電源板１
１が形成される。同時に、第２層目の超電導体形成薄膜
から層状結晶構造を有するＴｌ2 Ｂａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏ
x 超電導体からなるジョセフソン接合素子１３及び超電
導体伝送路１２が形成される。結晶化熱処理は、大気と
ほぼ完全に遮断された密閉容器内部において、約８８０
℃の熱処理温度で約２．５時間行われる。このＴｌ2 Ｂ
ａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx の結晶化熱処理においては、特に
Ｔｌ、Ｏ2 のそれぞれの蒸気圧が高く抜け易く、目的と
する組成比が得られにくいので、同一の密閉容器内部に
Ｔｌ、Ｏ2 のそれぞれの組成比を補う物質補償体が配設
される。物質補償体は基本的にＴｌ、Ｏ2 のそれぞれの
物質を備えていればよいが、製作を簡易に実現しかつ特
に抜け易いＴｌを補うためにＴｌ2 Ｂａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2
Ｏx と実質的に同様な物質で同様な組成比を有するＴｌ
2.8 Ｂａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx が使用される。なお、結晶
化熱処理により層間絶縁体形成薄膜１５ａも結晶化さ
れ、層間絶縁体薄膜１５が形成される。
の超電導体形成薄膜１１ａ、第２層目の超電導体形成薄
膜のそれぞれに結晶化熱処理が行われ、第１層目の超電
導体形成薄膜１１ａにより層状結晶構造を有するＴｌ2
Ｂａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx 超電導体からなる基準電源板１
１が形成される。同時に、第２層目の超電導体形成薄膜
から層状結晶構造を有するＴｌ2 Ｂａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏ
x 超電導体からなるジョセフソン接合素子１３及び超電
導体伝送路１２が形成される。結晶化熱処理は、大気と
ほぼ完全に遮断された密閉容器内部において、約８８０
℃の熱処理温度で約２．５時間行われる。このＴｌ2 Ｂ
ａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx の結晶化熱処理においては、特に
Ｔｌ、Ｏ2 のそれぞれの蒸気圧が高く抜け易く、目的と
する組成比が得られにくいので、同一の密閉容器内部に
Ｔｌ、Ｏ2 のそれぞれの組成比を補う物質補償体が配設
される。物質補償体は基本的にＴｌ、Ｏ2 のそれぞれの
物質を備えていればよいが、製作を簡易に実現しかつ特
に抜け易いＴｌを補うためにＴｌ2 Ｂａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2
Ｏx と実質的に同様な物質で同様な組成比を有するＴｌ
2.8 Ｂａ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx が使用される。なお、結晶
化熱処理により層間絶縁体形成薄膜１５ａも結晶化さ
れ、層間絶縁体薄膜１５が形成される。
【００４１】最後に、超電導体伝送路１２に所定のパタ
ーンニングが行われ、超電導量子干渉素子が形成される
とともに、この超電導量子干渉素子が搭載された超電導
量子干渉デバイスが完成する。なお、超電導体伝送路１
２のパターンニングには例えば回路パターンの部分的な
切り出しが行えるＡｒビームドライエッチング法が使用
される。
ーンニングが行われ、超電導量子干渉素子が形成される
とともに、この超電導量子干渉素子が搭載された超電導
量子干渉デバイスが完成する。なお、超電導体伝送路１
２のパターンニングには例えば回路パターンの部分的な
切り出しが行えるＡｒビームドライエッチング法が使用
される。
【００４２】このように、本実施形態に係る超電導量子
干渉デバイスにおいては、超電導量子干渉素子の基準電
源板１１、超電導体伝送路１２、ジョセフソン接合素子
１３のそれぞれが同一の層状結晶構造を有する同一の高
温酸化物超電導体で形成されるので、特に１回の結晶化
熱処理により基準電源板１１、超電導体伝送路１２及び
ジョセフソン接合素子１３のすべての超電導体の領域が
一度に形成でき、構造が簡易であるとともに製造プロセ
スが簡素化できる。
干渉デバイスにおいては、超電導量子干渉素子の基準電
源板１１、超電導体伝送路１２、ジョセフソン接合素子
１３のそれぞれが同一の層状結晶構造を有する同一の高
温酸化物超電導体で形成されるので、特に１回の結晶化
熱処理により基準電源板１１、超電導体伝送路１２及び
ジョセフソン接合素子１３のすべての超電導体の領域が
一度に形成でき、構造が簡易であるとともに製造プロセ
スが簡素化できる。
【００４３】３接合論理素子への応用 図６は前述の超電導量子干渉素子を利用した３接合論理
素子を搭載する超電導量子干渉デバイスの回路図であ
る。図６において、３接合論理素子は、ジョセフソン接
合素子Ｊ１、リアクタンスＬ１及びＬ２を含むループ経
路１４Ａと、ジョセフソン接合素子Ｊ２、Ｊ３、リアク
タンスＬ２、Ｌ３及びＬ４を含むループ経路１４Ｂとを
備える。符号ＣＬはコントロールライン、符号Ｖccはバ
イアス端子、符号Ｐout は出力端子である。ジョセフソ
ン接合素子Ｊ１には電気的に並列接続されたシャント抵
抗（又はシャント配線）Ｒ１が、ジョセフソン接合素子
Ｊ２にはシャント抵抗Ｒ２が、ジョセフソン接合素子Ｊ
３にはシャント抵抗Ｒ３がそれぞれ配設される。符号Ｒ
４は負荷抵抗である。
素子を搭載する超電導量子干渉デバイスの回路図であ
る。図６において、３接合論理素子は、ジョセフソン接
合素子Ｊ１、リアクタンスＬ１及びＬ２を含むループ経
路１４Ａと、ジョセフソン接合素子Ｊ２、Ｊ３、リアク
タンスＬ２、Ｌ３及びＬ４を含むループ経路１４Ｂとを
備える。符号ＣＬはコントロールライン、符号Ｖccはバ
イアス端子、符号Ｐout は出力端子である。ジョセフソ
ン接合素子Ｊ１には電気的に並列接続されたシャント抵
抗（又はシャント配線）Ｒ１が、ジョセフソン接合素子
Ｊ２にはシャント抵抗Ｒ２が、ジョセフソン接合素子Ｊ
３にはシャント抵抗Ｒ３がそれぞれ配設される。符号Ｒ
４は負荷抵抗である。
【００４４】図７はシャント抵抗Ｒ１−Ｒ３がそれぞれ
付加されたジョセフソン接合素子Ｊ１−Ｊ３の電流電圧
特性図である。図７に示すように、シャント抵抗Ｒ１−
Ｒ３のそれぞれを付加することにより、ジョセフソン接
合素子Ｊ１−Ｊ３のそれぞれは電流電圧特性を非ヒステ
リシス的にできる。これよって、ヒステリシス特性を持
つ素子で構成した回路で発生するパンチスルー現象が回
避できる。さらに、臨界電流ＩC を超えた電流、電圧が
ともに高い領域Ａの抵抗と回路中の伝送線の特性インピ
ーダンスとを一致させマッチングさせることにより、伝
送線から入力される高速パルス信号のパワーを効率良く
素子に入力することができ、回路素子の動作速度が高速
化できる。
付加されたジョセフソン接合素子Ｊ１−Ｊ３の電流電圧
特性図である。図７に示すように、シャント抵抗Ｒ１−
Ｒ３のそれぞれを付加することにより、ジョセフソン接
合素子Ｊ１−Ｊ３のそれぞれは電流電圧特性を非ヒステ
リシス的にできる。これよって、ヒステリシス特性を持
つ素子で構成した回路で発生するパンチスルー現象が回
避できる。さらに、臨界電流ＩC を超えた電流、電圧が
ともに高い領域Ａの抵抗と回路中の伝送線の特性インピ
ーダンスとを一致させマッチングさせることにより、伝
送線から入力される高速パルス信号のパワーを効率良く
素子に入力することができ、回路素子の動作速度が高速
化できる。
【００４５】図８（Ａ）は前記図６に示す３接合論理素
子の具体的な平面構造図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）に示
すＢ−Ｂ切断線で切った要部拡大断面図である。図８
（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、３接合論理素子の
リアクタンスＬ２は基準電源板１１で形成される。リア
クタンスＬ１、Ｌ３、Ｌ４はそれぞれ超電導体伝送路１
２で形成される。コントロールラインＣＬ、バイアス端
子Ｖcc、このバイアス端子Ｖccに接続されるバイアスラ
イン、出力端子Ｐout 、及びこの出力端子Ｐoutに接続
される出力ラインは超電導体伝送路１２で形成される。
子の具体的な平面構造図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）に示
すＢ−Ｂ切断線で切った要部拡大断面図である。図８
（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、３接合論理素子の
リアクタンスＬ２は基準電源板１１で形成される。リア
クタンスＬ１、Ｌ３、Ｌ４はそれぞれ超電導体伝送路１
２で形成される。コントロールラインＣＬ、バイアス端
子Ｖcc、このバイアス端子Ｖccに接続されるバイアスラ
イン、出力端子Ｐout 、及びこの出力端子Ｐoutに接続
される出力ラインは超電導体伝送路１２で形成される。
【００４６】ジョセフソン接合素子Ｊ１−Ｊ３は層間絶
縁体薄膜１５に形成された小さな開口面積を有する接続
孔１６Ｓに配設された層状結晶構造で形成されたジョセ
フソン接合素子１３で形成される。一方、基準電源板１
１と超電導体伝送路１２との間は大きな開口面積を有す
る接続孔１６Ｌを通して電気的に接続される。小さな開
口面積を有する接続孔１６Ｓは前述の通り２５μｍ2 以
下に設定され、大きな開口面積を有する接続孔１６Ｌは
２５μｍ2 よりも大きく設定される。すなわち、大きな
開口面積を有する接続孔１６Ｌの内部に埋設された超電
導体伝送路１２は単にループ経路１４を形成する伝送路
（接続用配線）として形成される。本実施形態において
は、同一の層状結晶構造を有する超電導体を使用しなが
ら開口面積が異なる接続孔１６Ｓ、１６Ｌのそれぞれを
意図的に形成することにより、接続孔１６Ｓに埋設され
た超電導体はジョセフソン接合素子１３として、接続孔
１６Ｌに埋設された超電導体は単なる伝送路として作り
分けることができる。
縁体薄膜１５に形成された小さな開口面積を有する接続
孔１６Ｓに配設された層状結晶構造で形成されたジョセ
フソン接合素子１３で形成される。一方、基準電源板１
１と超電導体伝送路１２との間は大きな開口面積を有す
る接続孔１６Ｌを通して電気的に接続される。小さな開
口面積を有する接続孔１６Ｓは前述の通り２５μｍ2 以
下に設定され、大きな開口面積を有する接続孔１６Ｌは
２５μｍ2 よりも大きく設定される。すなわち、大きな
開口面積を有する接続孔１６Ｌの内部に埋設された超電
導体伝送路１２は単にループ経路１４を形成する伝送路
（接続用配線）として形成される。本実施形態において
は、同一の層状結晶構造を有する超電導体を使用しなが
ら開口面積が異なる接続孔１６Ｓ、１６Ｌのそれぞれを
意図的に形成することにより、接続孔１６Ｓに埋設され
た超電導体はジョセフソン接合素子１３として、接続孔
１６Ｌに埋設された超電導体は単なる伝送路として作り
分けることができる。
【００４７】シャント抵抗Ｒ１−Ｒ３は図８（Ｂ）に示
すようにジョセフソン接合素子１３の超電導体Ｓ間を短
絡する形状において形成される。シャント抵抗Ｒ１−Ｒ
３には例えばＡｕ薄膜１７で形成される。このＡｕ薄膜
１７は、例えば前述の製造プロセスで説明した図５
（Ｄ）に示す工程の後にジョセフソン接合素子１３の一
部の側面に沿って開口を形成し、基板１０の全面にＡｕ
薄膜を蒸着した後、Ａｕ薄膜にパターンニングを行うこ
とにより形成できる。また、前記負荷抵抗Ｒ４はシャン
ト抵抗Ｒ１−Ｒ３と同様にＡｕ薄膜１７で形成される。
すようにジョセフソン接合素子１３の超電導体Ｓ間を短
絡する形状において形成される。シャント抵抗Ｒ１−Ｒ
３には例えばＡｕ薄膜１７で形成される。このＡｕ薄膜
１７は、例えば前述の製造プロセスで説明した図５
（Ｄ）に示す工程の後にジョセフソン接合素子１３の一
部の側面に沿って開口を形成し、基板１０の全面にＡｕ
薄膜を蒸着した後、Ａｕ薄膜にパターンニングを行うこ
とにより形成できる。また、前記負荷抵抗Ｒ４はシャン
ト抵抗Ｒ１−Ｒ３と同様にＡｕ薄膜１７で形成される。
【００４８】変形例 図９（Ａ）、図９（Ｂ）はそれぞれ本発明に係る変形例
を示す超電導量子干渉デバイスの概略断面図である。図
９（Ａ）に示す超電導量子干渉デバイスにおいては、基
準電源板１１及びジョセフソン接合素子１３が第１層目
の層状結晶構造を有する超電導体で形成され、超電導体
伝送路１２が第２層目の層状結晶構造を有する超電導体
で形成される。基準電源板１１及びジョセフソン接合素
子１３は第１層目の層状結晶構造を有する超電導体の上
部に部分的にエッチングを行うことにより同時に形成で
きる。
を示す超電導量子干渉デバイスの概略断面図である。図
９（Ａ）に示す超電導量子干渉デバイスにおいては、基
準電源板１１及びジョセフソン接合素子１３が第１層目
の層状結晶構造を有する超電導体で形成され、超電導体
伝送路１２が第２層目の層状結晶構造を有する超電導体
で形成される。基準電源板１１及びジョセフソン接合素
子１３は第１層目の層状結晶構造を有する超電導体の上
部に部分的にエッチングを行うことにより同時に形成で
きる。
【００４９】図９（Ｂ）に示す超電導量子干渉デバイス
は少なくともジョセフソン接合素子１３が層状結晶構造
を有する超電導体で形成され、基準電源板１１、超電導
体伝送路１２のいずれか一方又は双方が層状結晶構造を
持たない超電導体で形成される。
は少なくともジョセフソン接合素子１３が層状結晶構造
を有する超電導体で形成され、基準電源板１１、超電導
体伝送路１２のいずれか一方又は双方が層状結晶構造を
持たない超電導体で形成される。
【００５０】
【発明の効果】本発明においては、第１に、超電導量子
干渉素子の占有面積が減少でき、高集積化を実現できる
超電導量子干渉デバイスが提供できる。第２に、前記高
集積化が実現できつつ、容易に製作が実現できる超電導
量子干渉デバイスが提供できる。さらに、第３に、超電
導量子干渉素子の応答速度が高速化でき、高速動作を実
現する超電導量子干渉デバイスが提供できる。
干渉素子の占有面積が減少でき、高集積化を実現できる
超電導量子干渉デバイスが提供できる。第２に、前記高
集積化が実現できつつ、容易に製作が実現できる超電導
量子干渉デバイスが提供できる。さらに、第３に、超電
導量子干渉素子の応答速度が高速化でき、高速動作を実
現する超電導量子干渉デバイスが提供できる。
【図１】 本発明の実施形態に係る超電導量子干渉素子
を備えた超電導量子干渉デバイスの基本構造を説明する
斜視図である。
を備えた超電導量子干渉デバイスの基本構造を説明する
斜視図である。
【図２】 前記超電導量子干渉デバイスの要部拡大断面
図である。
図である。
【図３】 層状結晶構造を有するＴｌＢａＣａＣｕＯ超
電導体の１結晶体ユニットの概略基本構造図である。
電導体の１結晶体ユニットの概略基本構造図である。
【図４】 （Ａ）、（Ｂ）はジョセフソン接合素子に流
れる電流と断面面積との間の関係を示す電流電圧特性図
である。
れる電流と断面面積との間の関係を示す電流電圧特性図
である。
【図５】 （Ａ）−（Ｄ）は超電導量子干渉デバイスの
製造プロセスを各工程毎に示す要部拡大断面図である。
製造プロセスを各工程毎に示す要部拡大断面図である。
【図６】 超電導量子干渉素子を利用した３接合論理素
子を搭載する超電導量子干渉デバイスの回路図である。
子を搭載する超電導量子干渉デバイスの回路図である。
【図７】 シャント抵抗が付加されたジョセフソン接合
素子の電流電圧特性図である。
素子の電流電圧特性図である。
【図８】 （Ａ）は３接合論理素子の具体的な平面構造
図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ切断線で切った要部拡
大断面図である。
図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＢ−Ｂ切断線で切った要部拡
大断面図である。
【図９】 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明に係る変形
例を示す超電導量子干渉デバイスの概略断面図である。
例を示す超電導量子干渉デバイスの概略断面図である。
【図１０】 従来技術に係るバイクリスタル粒界接合型
構造を利用した超電導量子干渉デバイスの斜視図であ
る。
構造を利用した超電導量子干渉デバイスの斜視図であ
る。
【図１１】 従来技術に係るステップエッジ型構造を利
用した超電導量子干渉デバイスの斜視図である。
用した超電導量子干渉デバイスの斜視図である。
１０ 基板、１１ 基準電源板、１２ 超電導体伝送
路、１３、Ｊ１−Ｊ３ジョセフソン接合素子、１４ ル
ープ経路、１５ 層間絶縁体薄膜、１６、１６Ｓ、１６
Ｌ 接続孔、１７ Ａｕ薄膜、Ｒ１−Ｒ３ シャント抵
抗。
路、１３、Ｊ１−Ｊ３ジョセフソン接合素子、１４ ル
ープ経路、１５ 層間絶縁体薄膜、１６、１６Ｓ、１６
Ｌ 接続孔、１７ Ａｕ薄膜、Ｒ１−Ｒ３ シャント抵
抗。
Claims (10)
- 【請求項１】 超電導体で形成されたループ経路中に少
なくとも１つのジョセフソン接合素子を介在する超電導
量子干渉素子を備えた超電導量子干渉デバイスにおい
て、 相互に絶縁分離され、それぞれ異なる層に形成された第
１超電導体及び第２超電導体と、 前記第１超電導体と第２超電導体との間に形成され、超
電導体、非超電導体、超電導体のそれぞれが層状結晶構
造で形成されたジョセフソン接合素子と、 を備え、 前記第１超電導体、第２超電導体及びジョセフソン接合
素子でループ経路を形成した超電導量子干渉素子を備え
たことを特徴とする超電導量子干渉デバイス。 - 【請求項２】 前記請求項１に記載された超電導量子干
渉素子において、 前記超電導量子干渉素子の第１超電導体は第２超電導体
に重複した位置に形成されることを特徴とする超電導量
子干渉デバイス。 - 【請求項３】 前記請求項１又は請求項２に記載された
超電導量子干渉デバイスにおいて、 前記超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素子は、Ｔ
ｌ系超電導体、Ｂｉ系超電導体、Ｙ系超電導体、Ｎｄ系
超電導体のいずれかの層状結晶構造を備えた高温酸化物
超電導体で形成されることを特徴とする超電導量子干渉
デバイス。 - 【請求項４】 前記請求項３に記載された超電導量子干
渉デバイスにおいて、 前記超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素子は、超
電導体、非超電導体、超電導体の各動作領域に流れる電
流方向と前記超電導体の結晶構造のＣ軸方向とを一致さ
せたことを特徴とする超電導量子干渉デバイス。 - 【請求項５】 前記請求項４に記載された超電導量子干
渉デバイスにおいて、 前記超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素子は、各
動作領域の電流が流れる断面面積を２５μｍ2 以下に設
定したことを特徴とする超電導量子干渉デバイス。 - 【請求項６】 前記請求項５に記載された超電導量子干
渉デバイスにおいて、 前記超電導量子干渉素子の第１超電導体、第２超電導体
はそれぞれジョセフソン接合素子の層状結晶構造を備え
た高温酸化物超電導体と同一結晶構造を備えた同一の高
温酸化物超電導体で形成されることを特徴とする超電導
量子干渉デバイス。 - 【請求項７】 超電導体で形成されたループ経路中に少
なくとも１つのジョセフソン接合素子を介在する超電導
量子干渉素子を備えた超電導量子干渉デバイスにおい
て、 相互に絶縁分離され、それぞれ異なる層に形成された第
１超電導体及び第２超電導体と、 前記第１超電導体の一端と第２超電導体の一端との間に
形成され、超電導体、非超電導体、超電導体のそれぞれ
が層状結晶構造で形成されたジョセフソン接合素子と、 前記第１超電導体の他端と第２超電導体の他端との間に
形成され、前記ジョセフソン接合素子と同一の層状結晶
構造で同一材料で形成され、前記ジョセフソン接合素子
の平面面積に比べて大きな平面面積を有する接続用配線
と、 を備え、 前記第１超電導体、第２超電導体、ジョセフソン接合素
子及び接続用配線でループ経路を形成した超電導量子干
渉素子を備えたことを特徴とする超電導量子干渉デバイ
ス。 - 【請求項８】 前記請求項７に記載された超電導量子干
渉デバイスにおいて、 前記超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素子は各動
作領域の電流が流れる断面面積を２５μｍ2 以下に設定
し、 前記接続用配線は電流が流れる断面面積を２５μｍ2 よ
りも大きく設定したことを特徴とする超電導量子干渉デ
バイス。 - 【請求項９】 前記請求項１又は請求項８に記載された
超電導量子干渉デバイスにおいて、 前記超電導量子干渉素子のジョセフソン接合素子には、
ジョセフソン接合素子の超電導体の動作領域間を短絡す
るシャント配線が形成されることを特徴とする超電導量
子干渉デバイス。 - 【請求項１０】 前記請求項１乃至請求項９のいずれか
に記載された超電導量子干渉デバイスにおいて、 前記超電導量子干渉素子の第１超電導体は超電導体伝送
路として使用され、 前記第２超電導体は基準電源板として使用されることを
特徴とする超電導量子干渉デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8176341A JPH1022535A (ja) | 1996-07-05 | 1996-07-05 | 超電導量子干渉デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8176341A JPH1022535A (ja) | 1996-07-05 | 1996-07-05 | 超電導量子干渉デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1022535A true JPH1022535A (ja) | 1998-01-23 |
Family
ID=16011899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8176341A Pending JPH1022535A (ja) | 1996-07-05 | 1996-07-05 | 超電導量子干渉デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1022535A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001082387A1 (fr) * | 2000-04-25 | 2001-11-01 | Japan Science And Technology Corporation | Dispositif shunte du type jonction josephson a fonction intrinseque et detecteur integre |
| WO2025037381A1 (ja) * | 2023-08-15 | 2025-02-20 | 富士通株式会社 | 量子デバイス及び量子デバイスの製造方法 |
-
1996
- 1996-07-05 JP JP8176341A patent/JPH1022535A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001082387A1 (fr) * | 2000-04-25 | 2001-11-01 | Japan Science And Technology Corporation | Dispositif shunte du type jonction josephson a fonction intrinseque et detecteur integre |
| WO2025037381A1 (ja) * | 2023-08-15 | 2025-02-20 | 富士通株式会社 | 量子デバイス及び量子デバイスの製造方法 |
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