JPH11145524A - ジョセフソン接合素子 - Google Patents
ジョセフソン接合素子Info
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- JPH11145524A JPH11145524A JP9308268A JP30826897A JPH11145524A JP H11145524 A JPH11145524 A JP H11145524A JP 9308268 A JP9308268 A JP 9308268A JP 30826897 A JP30826897 A JP 30826897A JP H11145524 A JPH11145524 A JP H11145524A
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- film
- josephson junction
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 酸化アルミニウムあるいは窒化アルミニウム
を障壁層としたジョセフソン接合素子よりも接合容量は
小さく、酸化シルコンあるいは窒化シルコンを障壁層と
したジョセフソン接合素子とほぼ同じ接合容量を有し、
かつリーク電流比Ｒｊ／Ｒｎｎが１０以上で、超電導論
理集積回路を構成するのに適したジョセフソン接合素子
の構造を提供する。 【解決手段】 酸化シリコン、窒化シリコン、および窒
化ホウ素のうちの１つの材料で構成される主トンネル障
壁層５の下に、アルミニウムで構成されるリーク電流防
止層４を設け、全体としてトンネル障壁層として作用さ
せる。
を障壁層としたジョセフソン接合素子よりも接合容量は
小さく、酸化シルコンあるいは窒化シルコンを障壁層と
したジョセフソン接合素子とほぼ同じ接合容量を有し、
かつリーク電流比Ｒｊ／Ｒｎｎが１０以上で、超電導論
理集積回路を構成するのに適したジョセフソン接合素子
の構造を提供する。 【解決手段】 酸化シリコン、窒化シリコン、および窒
化ホウ素のうちの１つの材料で構成される主トンネル障
壁層５の下に、アルミニウムで構成されるリーク電流防
止層４を設け、全体としてトンネル障壁層として作用さ
せる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超電導集積回路に係
り、特に、接合容量が低くしかもリーク電流が少なく、
スイッチング遅延を小さくするのに好適なジョセフソン
接合素子の構造に関する。
り、特に、接合容量が低くしかもリーク電流が少なく、
スイッチング遅延を小さくするのに好適なジョセフソン
接合素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ジョセフソン接合素子の構造に関
しては、エム・ガービッチ、エム・エイ・ワシントン、
アンド エイチ・エイ・ハギンス；“ハイ クオリティ
リフラクトリイ ジョセフソン トンネル ジャンク
ションズ ユーティライジングシン アルミニウム レ
イヤーズ” アプライド フィジックス レターズ、４
２巻、第５号、１９８３年３月、４７２頁から４７４頁
まで (M. Gurvitch,M. A. Washington, and H. A. Hug
gins; High Quality Refractory Josephson Tunnel Jun
ctions Utilizing Thin Aluminum Layers Applied Phys
ics Letters,vol. 42, No. 5, March, 1983, pp.472-47
4.)に記載のように、障壁層を酸化アルミニウムとアル
ミニウムの２層膜で構成していた。
しては、エム・ガービッチ、エム・エイ・ワシントン、
アンド エイチ・エイ・ハギンス；“ハイ クオリティ
リフラクトリイ ジョセフソン トンネル ジャンク
ションズ ユーティライジングシン アルミニウム レ
イヤーズ” アプライド フィジックス レターズ、４
２巻、第５号、１９８３年３月、４７２頁から４７４頁
まで (M. Gurvitch,M. A. Washington, and H. A. Hug
gins; High Quality Refractory Josephson Tunnel Jun
ctions Utilizing Thin Aluminum Layers Applied Phys
ics Letters,vol. 42, No. 5, March, 1983, pp.472-47
4.)に記載のように、障壁層を酸化アルミニウムとアル
ミニウムの２層膜で構成していた。
【０００３】あるいは、塩田哲義、今村健、蓮尾信也；
“ニオブ ジョセフソン ジャンクション ウイズ ア
ン エイエルエヌエックス バリアー メイド バイ
プラズマ ナイトリデイション” アプライド フィジ
ックス レターズ、６１巻、第１０号、１９９２年９
月、１２２８頁から１２３０頁まで (Tetsuyoshi Shio
ta, Takeshi Imamura, and Shinya Hasuo; Nb Josephso
n Junction with an AlNx Barrier Made by Plasma Nit
ridation Applied Physics Letters, vol. 61, No. 10,
September, 1992, pp.1228-1230.)に記載のように、障
壁層を窒化アルミニウムで構成していた。
“ニオブ ジョセフソン ジャンクション ウイズ ア
ン エイエルエヌエックス バリアー メイド バイ
プラズマ ナイトリデイション” アプライド フィジ
ックス レターズ、６１巻、第１０号、１９９２年９
月、１２２８頁から１２３０頁まで (Tetsuyoshi Shio
ta, Takeshi Imamura, and Shinya Hasuo; Nb Josephso
n Junction with an AlNx Barrier Made by Plasma Nit
ridation Applied Physics Letters, vol. 61, No. 10,
September, 1992, pp.1228-1230.)に記載のように、障
壁層を窒化アルミニウムで構成していた。
【０００４】あるいは、ディー・エイ・ラドマン アン
ド エム・アール・ビーズレイ；“オキシダイズド ア
モルファス−シリコン スーパーコンダクティング ト
ンネル ジャンクション バリアーズ” アプライド
フィジックス レターズ、３６巻、第２１号、１９８０
年６月、１０１０頁から１０１３頁まで (D. A. Rudma
n and M. R. Beasley; Oxidized Amorphous-silicon Su
perconducting TunnelJunction Barriers Applied Phys
ics Letters, vol. 36, No. 12, June, 1980,pp.1010-1
013.)に記載のように、障壁層を酸化シリコンで構成し
ていた。
ド エム・アール・ビーズレイ；“オキシダイズド ア
モルファス−シリコン スーパーコンダクティング ト
ンネル ジャンクション バリアーズ” アプライド
フィジックス レターズ、３６巻、第２１号、１９８０
年６月、１０１０頁から１０１３頁まで (D. A. Rudma
n and M. R. Beasley; Oxidized Amorphous-silicon Su
perconducting TunnelJunction Barriers Applied Phys
ics Letters, vol. 36, No. 12, June, 1980,pp.1010-1
013.)に記載のように、障壁層を酸化シリコンで構成し
ていた。
【０００５】あるいは、アール・キャンター、ディー・
ドラング、エム・ピーターズ、エイチ・ジェイ・シェー
ア、アンド エイチ・コッホ；“ア ディーシー スク
イッド マグネトミター ウイズ エヌビー−エスアイ
エックスエヌワイ−エヌビージャンクションズ” エク
ステンディッド アブストラクツ オブ インターナシ
ョナル スーパーコンダクティビティ エレクトロニク
ス コンファレンス、１９８９年、６３頁から６５頁ま
で (R. Cantor, D. Drung, M. Peters, H.J. Scheer a
nd H. Koch; A DC SQUID Magnetometer with Nb-SixNy-
Nb Junctions Extended Abstracts of International S
uperconductivity Electronics Conference, 1989, pp.
63-65.)に記載のように、障壁層を窒化シリコンで構成
していた。
ドラング、エム・ピーターズ、エイチ・ジェイ・シェー
ア、アンド エイチ・コッホ；“ア ディーシー スク
イッド マグネトミター ウイズ エヌビー−エスアイ
エックスエヌワイ−エヌビージャンクションズ” エク
ステンディッド アブストラクツ オブ インターナシ
ョナル スーパーコンダクティビティ エレクトロニク
ス コンファレンス、１９８９年、６３頁から６５頁ま
で (R. Cantor, D. Drung, M. Peters, H.J. Scheer a
nd H. Koch; A DC SQUID Magnetometer with Nb-SixNy-
Nb Junctions Extended Abstracts of International S
uperconductivity Electronics Conference, 1989, pp.
63-65.)に記載のように、障壁層を窒化シリコンで構成
していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】超電導集積回路を構成
する基本デバイスとしてジョセフソン接合素子を用いる
場合、集積回路の動作速度を決定する１つの要因とし
て、ジョセフソン接合素子のスイッチング遅延が考えら
れる。ジョセフソン接合素子のスイッチング遅延は主に
接合容量の大きさに支配され、接合容量が小さいほどス
イッチング遅延は小さくなる。実際に臨界電流密度1000
Ａ／ｃｍ2の素子を作製して測定した単位面積当たりの
接合容量は、障壁層が酸化アルミニウムの場合に0.06ｐ
Ｆ／μｍ2、窒化アルミニウムの場合に0.07ｐＦ／μ
ｍ2、酸化シリコンの場合に0.02ｐＦ／μｍ2、窒化シリ
コンの場合に0.04ｐＦ／μｍ2であった。したがって、
障壁層の材料として、素子のスイッチング遅延を小さく
するのに適しているものを順に述べると、酸化シリコ
ン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウ
ムの順となる。
する基本デバイスとしてジョセフソン接合素子を用いる
場合、集積回路の動作速度を決定する１つの要因とし
て、ジョセフソン接合素子のスイッチング遅延が考えら
れる。ジョセフソン接合素子のスイッチング遅延は主に
接合容量の大きさに支配され、接合容量が小さいほどス
イッチング遅延は小さくなる。実際に臨界電流密度1000
Ａ／ｃｍ2の素子を作製して測定した単位面積当たりの
接合容量は、障壁層が酸化アルミニウムの場合に0.06ｐ
Ｆ／μｍ2、窒化アルミニウムの場合に0.07ｐＦ／μ
ｍ2、酸化シリコンの場合に0.02ｐＦ／μｍ2、窒化シリ
コンの場合に0.04ｐＦ／μｍ2であった。したがって、
障壁層の材料として、素子のスイッチング遅延を小さく
するのに適しているものを順に述べると、酸化シリコ
ン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウ
ムの順となる。
【０００７】ところが、酸化シリコンあるいは窒化シリ
コンを障壁層の材料としたジョセフソン接合素子では、
酸化アルミニウムあるいは窒化アルミニウムを障壁層と
した素子と比較して、電圧−電流特性におけるサブギャ
ップ領域のリーク電流が大きいという問題がある。
コンを障壁層の材料としたジョセフソン接合素子では、
酸化アルミニウムあるいは窒化アルミニウムを障壁層と
した素子と比較して、電圧−電流特性におけるサブギャ
ップ領域のリーク電流が大きいという問題がある。
【０００８】ジョセフソン接合素子を作製する場合、下
部電極を構成する超電導膜の上に、障壁層を構成する膜
を形成する必要がある。１つの典型的な例としては、下
部電極をニオブで構成し、障壁層を酸化シリコンあるい
は窒化シリコンで構成する場合が考えられる。ニオブ膜
の上に酸化シリコンあるいは窒化シリコンの膜を形成す
る方法としては、ニオブ膜の上にまずシリコン膜を堆積
してシリコン膜を酸化または窒化する方法が考えられ
る。この場合、ジョセフソン接合素子としての特性を得
るためには、酸化シリコンあるいは窒化シリコンの膜厚
を約１〜２ｎｍにする必要がある。しかしながら、ニオ
ブ膜上に堆積したシリコン膜の膜厚には局所的なばらつ
きがあり、そのために、酸化した後の酸化シリコン膜あ
るいは窒化した後の窒化シリコン膜においても膜厚が平
均よりも非常に薄く障壁層として完全でない箇所や、ピ
ンホールが存在することになる。その場合、下部電極の
ニオブ膜の一部が酸化されるが、ニオブの酸化物には絶
縁性のＮｂ2Ｏ5だけでなく導電性のＮｂＯなどが多く含
まれる。このことが原因で、接合のリーク電流が増大す
ると考えられる。
部電極を構成する超電導膜の上に、障壁層を構成する膜
を形成する必要がある。１つの典型的な例としては、下
部電極をニオブで構成し、障壁層を酸化シリコンあるい
は窒化シリコンで構成する場合が考えられる。ニオブ膜
の上に酸化シリコンあるいは窒化シリコンの膜を形成す
る方法としては、ニオブ膜の上にまずシリコン膜を堆積
してシリコン膜を酸化または窒化する方法が考えられ
る。この場合、ジョセフソン接合素子としての特性を得
るためには、酸化シリコンあるいは窒化シリコンの膜厚
を約１〜２ｎｍにする必要がある。しかしながら、ニオ
ブ膜上に堆積したシリコン膜の膜厚には局所的なばらつ
きがあり、そのために、酸化した後の酸化シリコン膜あ
るいは窒化した後の窒化シリコン膜においても膜厚が平
均よりも非常に薄く障壁層として完全でない箇所や、ピ
ンホールが存在することになる。その場合、下部電極の
ニオブ膜の一部が酸化されるが、ニオブの酸化物には絶
縁性のＮｂ2Ｏ5だけでなく導電性のＮｂＯなどが多く含
まれる。このことが原因で、接合のリーク電流が増大す
ると考えられる。
【０００９】電圧２ｍＶにおける抵抗をＲj、電圧４ｍ
Ｖにおける抵抗をＲnnとした場合のリーク電流比Ｒj／
Ｒnnは、酸化アルミニウムあるいは窒化アルミニウムを
障壁層とした接合では、２５〜３０であるのに対して、
酸化シリコンを障壁層とした接合では３〜８、窒化シリ
コンを障壁層とした接合では５〜９である。
Ｖにおける抵抗をＲnnとした場合のリーク電流比Ｒj／
Ｒnnは、酸化アルミニウムあるいは窒化アルミニウムを
障壁層とした接合では、２５〜３０であるのに対して、
酸化シリコンを障壁層とした接合では３〜８、窒化シリ
コンを障壁層とした接合では５〜９である。
【００１０】ジョセフソン接合素子を用いた超電導論理
集積回路を動作させるためには、集積回路を構成する全
てのジョセフソン接合素子のリーク電流比Ｒj／Ｒ
nnを、少なくとも１０以上にする必要がある。したがっ
て、酸化シリコンあるいは窒化シリコンを障壁層とする
ジョセフソン接合素子は、超電導論理集積回路を構成す
る素子としては使うことができなかった。
集積回路を動作させるためには、集積回路を構成する全
てのジョセフソン接合素子のリーク電流比Ｒj／Ｒ
nnを、少なくとも１０以上にする必要がある。したがっ
て、酸化シリコンあるいは窒化シリコンを障壁層とする
ジョセフソン接合素子は、超電導論理集積回路を構成す
る素子としては使うことができなかった。
【００１１】本発明の目的は、酸化アルミニウムあるい
は窒化アルミニウムを障壁層としたジョセフソン接合素
子よりも接合容量が小さく、酸化シリコンあるいは窒化
シリコンを障壁層としたジョセフソン接合素子とほぼ同
じ接合容量を有し、かつリーク電流比Ｒj／Ｒnnが１０
以上で、超電導論理集積回路を構成するのに適したジョ
セフソン接合素子の構造を提供することにある。
は窒化アルミニウムを障壁層としたジョセフソン接合素
子よりも接合容量が小さく、酸化シリコンあるいは窒化
シリコンを障壁層としたジョセフソン接合素子とほぼ同
じ接合容量を有し、かつリーク電流比Ｒj／Ｒnnが１０
以上で、超電導論理集積回路を構成するのに適したジョ
セフソン接合素子の構造を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、超電導
体である下部電極および上部電極が障壁層を挟んで対向
する構造を有するジョセフソン接合素子において、障壁
層は、酸化シリコン膜とアルミニウム膜を含む多層膜、
窒化シリコン膜とアルミニウム膜を含む多層膜、または
窒化ホウ素膜とアルミニウム膜を含む多層膜のいずれか
で構成することによって達成される。
体である下部電極および上部電極が障壁層を挟んで対向
する構造を有するジョセフソン接合素子において、障壁
層は、酸化シリコン膜とアルミニウム膜を含む多層膜、
窒化シリコン膜とアルミニウム膜を含む多層膜、または
窒化ホウ素膜とアルミニウム膜を含む多層膜のいずれか
で構成することによって達成される。
【００１３】このとき、アルミニウム膜の膜厚を、２ｎ
ｍ以上とする。
ｍ以上とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例を挙げて詳
細に説明する。図１は、本発明の実施例によるジョセフ
ソン接合素子の一部を示す断面図である。シリコン基板
１上に圧力２．７Ｐａのアルゴンガスを用いた高周波マ
グネトロンスパッタによって二酸化シリコンを３００ｎ
ｍ堆積して下地絶縁膜２とする。下地絶縁膜２上に、圧
力１．３Ｐａのアルゴンガスを用いた直流マグネトロン
スパッタによって、ニオブを１６０ｎｍ、アルミニウム
を３ｎｍ堆積し、続いて、真空を破ることなく、圧力
１．３Ｐａのアルゴンガスを用いた高周波マグネトロン
スパッタによってシリコンを１．２ｎｍ堆積する。上記
の膜の表面を、５Ｐａの酸素中で１０分間プラズマ酸化
した後、真空室内から酸素を除去し、圧力１．３Ｐａの
アルゴンガスを用いた直流マグネトロンスパッタによっ
てニオブを１００ｎｍ堆積する。
細に説明する。図１は、本発明の実施例によるジョセフ
ソン接合素子の一部を示す断面図である。シリコン基板
１上に圧力２．７Ｐａのアルゴンガスを用いた高周波マ
グネトロンスパッタによって二酸化シリコンを３００ｎ
ｍ堆積して下地絶縁膜２とする。下地絶縁膜２上に、圧
力１．３Ｐａのアルゴンガスを用いた直流マグネトロン
スパッタによって、ニオブを１６０ｎｍ、アルミニウム
を３ｎｍ堆積し、続いて、真空を破ることなく、圧力
１．３Ｐａのアルゴンガスを用いた高周波マグネトロン
スパッタによってシリコンを１．２ｎｍ堆積する。上記
の膜の表面を、５Ｐａの酸素中で１０分間プラズマ酸化
した後、真空室内から酸素を除去し、圧力１．３Ｐａの
アルゴンガスを用いた直流マグネトロンスパッタによっ
てニオブを１００ｎｍ堆積する。
【００１５】アルミニウム上に堆積したシリコンの膜厚
には局所的なばらつきがあり、シリコンの薄い箇所やピ
ンホールになっている箇所ではアルミニウムの一部が酸
化されるが、ニオブの表面は完全にアルミニウムで被覆
される。５Ｐａの酸素中における１０分間のプラズマ酸
化では、アルミニウムがすべて酸化されることはなく、
ニオブが酸化されることもない。また、アルミニウムは
シリコンよりも酸化されやすく、アルミニウムが酸化さ
れた部分は、シリコンのみが酸化された部分よりもトン
ネル電流が小さくなる。
には局所的なばらつきがあり、シリコンの薄い箇所やピ
ンホールになっている箇所ではアルミニウムの一部が酸
化されるが、ニオブの表面は完全にアルミニウムで被覆
される。５Ｐａの酸素中における１０分間のプラズマ酸
化では、アルミニウムがすべて酸化されることはなく、
ニオブが酸化されることもない。また、アルミニウムは
シリコンよりも酸化されやすく、アルミニウムが酸化さ
れた部分は、シリコンのみが酸化された部分よりもトン
ネル電流が小さくなる。
【００１６】上記の方法で形成したニオブ／酸化シリコ
ン／アルミニウム／ニオブ４層膜上に下部電極加工用の
ホトレジストを形成し、かかる４層膜を加工して、下部
電極３、リーク電流防止層４、および主トンネル障壁層
５を形成する。なお、ニオブ膜の加工には圧力２７Ｐａ
のＣＦ4ガスによる反応性イオンエッチング、酸化シリ
コンの加工には分圧３ＰａのＣＨＦ3と分圧１Ｐａの酸
素の混合ガスによる反応性イオンエッチング、アルミニ
ウムの加工には圧力２．５×１０-2Ｐａのアルゴンガス
によるイオンビームエッチングを用いた。
ン／アルミニウム／ニオブ４層膜上に下部電極加工用の
ホトレジストを形成し、かかる４層膜を加工して、下部
電極３、リーク電流防止層４、および主トンネル障壁層
５を形成する。なお、ニオブ膜の加工には圧力２７Ｐａ
のＣＦ4ガスによる反応性イオンエッチング、酸化シリ
コンの加工には分圧３ＰａのＣＨＦ3と分圧１Ｐａの酸
素の混合ガスによる反応性イオンエッチング、アルミニ
ウムの加工には圧力２．５×１０-2Ｐａのアルゴンガス
によるイオンビームエッチングを用いた。
【００１７】下部電極加工用のホトレジストを除去した
後、主トンネル障壁層５の上に残ったニオブ膜上に、上
部電極加工用のホトレジストを形成し、かかるニオブ膜
を圧力２７ＰａのＣＦ4ガスを用いた反応性イオンエッ
チングによって加工して、上部電極６を形成する。
後、主トンネル障壁層５の上に残ったニオブ膜上に、上
部電極加工用のホトレジストを形成し、かかるニオブ膜
を圧力２７ＰａのＣＦ4ガスを用いた反応性イオンエッ
チングによって加工して、上部電極６を形成する。
【００１８】下地絶縁膜２、主トンネル障壁層５、およ
び上部電極６の上に、圧力２．７Ｐａのアルゴンガスを
用いた高周波マグネトロンスパッタによって二酸化シリ
コンを３６０ｎｍ堆積し、ホトレジストをマスクとした
反応性イオンエッチングによって加工して、層間絶縁膜
７を形成する。上部電極６の表面を圧力０．２７Ｐａの
アルゴンガスを用いて高周波スパッタクリーニングした
後、真空を破ることなく、圧力１．３Ｐａのアルゴンガ
スを用いた直流マグネトロンスパッタによってニオブを
３６０ｎｍ堆積し、ホトレジストをマスクとした反応性
イオンエッチングによって加工して、超電導配線８とす
る。
び上部電極６の上に、圧力２．７Ｐａのアルゴンガスを
用いた高周波マグネトロンスパッタによって二酸化シリ
コンを３６０ｎｍ堆積し、ホトレジストをマスクとした
反応性イオンエッチングによって加工して、層間絶縁膜
７を形成する。上部電極６の表面を圧力０．２７Ｐａの
アルゴンガスを用いて高周波スパッタクリーニングした
後、真空を破ることなく、圧力１．３Ｐａのアルゴンガ
スを用いた直流マグネトロンスパッタによってニオブを
３６０ｎｍ堆積し、ホトレジストをマスクとした反応性
イオンエッチングによって加工して、超電導配線８とす
る。
【００１９】以上によって、本発明の実施例であるジョ
セフソン接合素子を作製することができる。
セフソン接合素子を作製することができる。
【００２０】上記の実施例のジョセフソン接合素子を１
００個作製し、電圧−電流特性を温度４．２Ｋで測定し
たところ、臨界電流密度は1000Ａ／ｃｍ2であり、電圧
２ｍＶにおける抵抗をＲj、電圧４ｍＶにおける抵抗を
Ｒnnとした場合のリーク電流比Ｒj／Ｒnnは、２０〜２
５であった。また、接合容量は、0.02ｐＦ／μｍ2とな
る。したがって、本実施例により、接合容量がアルミニ
ウムの酸化物やアルミニウムの窒化物を障壁層としたジ
ョセフソン接合素子よりも小さく、しかもリーク電流比
Ｒj／Ｒnnが１０以上であるために、スイッチング遅延
の短い超電導論理集積回路を構成するのに適したジョセ
フソン接合素子を実現することができる。
００個作製し、電圧−電流特性を温度４．２Ｋで測定し
たところ、臨界電流密度は1000Ａ／ｃｍ2であり、電圧
２ｍＶにおける抵抗をＲj、電圧４ｍＶにおける抵抗を
Ｒnnとした場合のリーク電流比Ｒj／Ｒnnは、２０〜２
５であった。また、接合容量は、0.02ｐＦ／μｍ2とな
る。したがって、本実施例により、接合容量がアルミニ
ウムの酸化物やアルミニウムの窒化物を障壁層としたジ
ョセフソン接合素子よりも小さく、しかもリーク電流比
Ｒj／Ｒnnが１０以上であるために、スイッチング遅延
の短い超電導論理集積回路を構成するのに適したジョセ
フソン接合素子を実現することができる。
【００２１】本実施例においては、主トンネル障壁層の
材料として酸化シリコンを用いたが、これに替えて窒化
シリコン、あるいは窒化ホウ素を用いてもよい。
材料として酸化シリコンを用いたが、これに替えて窒化
シリコン、あるいは窒化ホウ素を用いてもよい。
【００２２】主トンネル障壁層の材料として窒化シリコ
ンを用い、上記の実施例と同様にして、４．２Ｋにおけ
る臨界電流密度が1000Ａ／ｃｍ2のジョセフソン接合素
子を１００個作製した場合、かかる素子のリーク電流比
Ｒj／Ｒnnは２０〜２５、接合容量は0.04ｐＦ／μｍ2と
なる。
ンを用い、上記の実施例と同様にして、４．２Ｋにおけ
る臨界電流密度が1000Ａ／ｃｍ2のジョセフソン接合素
子を１００個作製した場合、かかる素子のリーク電流比
Ｒj／Ｒnnは２０〜２５、接合容量は0.04ｐＦ／μｍ2と
なる。
【００２３】主トンネル障壁層の材料として窒化ホウ素
を用い、上記の実施例と同様にして、４．２Ｋにおける
臨界電流密度が1000Ａ／ｃｍ2のジョセフソン接合素子
を１００個作製した場合、係る素子のリーク電流比Ｒj
／Ｒnnは１５〜２０、接合容量は0.02ｐＦ／μｍ2とな
る。
を用い、上記の実施例と同様にして、４．２Ｋにおける
臨界電流密度が1000Ａ／ｃｍ2のジョセフソン接合素子
を１００個作製した場合、係る素子のリーク電流比Ｒj
／Ｒnnは１５〜２０、接合容量は0.02ｐＦ／μｍ2とな
る。
【００２４】主トンネル障壁層の材料として窒化シリコ
ンを用いた場合および窒化ホウ素を用いた場合ともに、
接合容量が酸化アルミニウムや窒化アルミニウムを障壁
層としたジョセフソン接合素子よりも小さく、しかもリ
ーク電流比Ｒj／Ｒnnが１０以上であるために、酸化ア
ルミニウムや窒化アルミニウムを障壁層としたジョセフ
ソン接合素子で構成した超電導論理集積回路よりもスイ
ッチング遅延の短い超電導論理集積回路を構成するのに
適したジョセフソン接合素子を実現することができる。
ンを用いた場合および窒化ホウ素を用いた場合ともに、
接合容量が酸化アルミニウムや窒化アルミニウムを障壁
層としたジョセフソン接合素子よりも小さく、しかもリ
ーク電流比Ｒj／Ｒnnが１０以上であるために、酸化ア
ルミニウムや窒化アルミニウムを障壁層としたジョセフ
ソン接合素子で構成した超電導論理集積回路よりもスイ
ッチング遅延の短い超電導論理集積回路を構成するのに
適したジョセフソン接合素子を実現することができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、酸化アルミニウムや窒
化アルミニウムを障壁層としたジョセフソン接合素子よ
りも接合容量を小さくすることができ、しかもリーク電
流比Ｒj／Ｒnnが１０以上であるジョセフソン接合素子
を実現できる。
化アルミニウムを障壁層としたジョセフソン接合素子よ
りも接合容量を小さくすることができ、しかもリーク電
流比Ｒj／Ｒnnが１０以上であるジョセフソン接合素子
を実現できる。
【００２６】それにより、酸化アルミニウムや窒化アル
ミニウムを障壁層としたジョセフソン接合素子で構成し
た超電導論理集積回路よりもスイッチング遅延の短い超
電導論理集積回路を実現することができる。
ミニウムを障壁層としたジョセフソン接合素子で構成し
た超電導論理集積回路よりもスイッチング遅延の短い超
電導論理集積回路を実現することができる。
【図１】本発明の実施例によるジョセフソン接合素子の
一部を示す断面図。
一部を示す断面図。
１・・・シリコン基板、２・・・下地絶縁膜、３・・・
下部電極、４・・・リーク電流防止層、５・・・主トン
ネル障壁層、６・・・上部電極、７・・・層間絶縁膜、
８・・・超電導配線。
下部電極、４・・・リーク電流防止層、５・・・主トン
ネル障壁層、６・・・上部電極、７・・・層間絶縁膜、
８・・・超電導配線。
Claims (2)
- 【請求項１】超電導体である下部電極および上部電極が
障壁層を挟んで対向する構造を有するジョセフソン接合
素子において、上記障壁層は、酸化シリコン膜とアルミ
ニウム膜を含む多層膜、窒化シリコン膜とアルミニウム
膜を含む多層膜、または窒化ホウ素膜とアルミニウム膜
を含む多層膜のいずれかで構成されることを特徴とする
ジョセフソン接合素子。 - 【請求項２】請求項１に記載のジョセフソン接合素子に
おいて、上記下部電極および上記上部電極はニオブで構
成され、上記障壁層は、上記酸化シリコン膜、上記窒化
シリコン膜もしくは上記窒化ホウ素膜が上記アルミニウ
ム膜よりも上層に位置することを特徴とするジョセフソ
ン接合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9308268A JP3003651B2 (ja) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | ジョセフソン接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9308268A JP3003651B2 (ja) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | ジョセフソン接合素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11145524A true JPH11145524A (ja) | 1999-05-28 |
| JP3003651B2 JP3003651B2 (ja) | 2000-01-31 |
Family
ID=17978984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9308268A Expired - Fee Related JP3003651B2 (ja) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | ジョセフソン接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3003651B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105449094A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-03-30 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 氮化铌薄膜的制备方法、squid器件及其制备方法 |
| CN112670401A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-16 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 约瑟夫森结及其超导器件与制备方法 |
-
1997
- 1997-11-11 JP JP9308268A patent/JP3003651B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105449094A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-03-30 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 氮化铌薄膜的制备方法、squid器件及其制备方法 |
| CN105449094B (zh) * | 2015-12-29 | 2019-04-05 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 氮化铌薄膜的制备方法、squid器件及其制备方法 |
| CN112670401A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-16 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 约瑟夫森结及其超导器件与制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3003651B2 (ja) | 2000-01-31 |
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Legal Events
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