JPS582082A - ジヨセフソン接合素子 - Google Patents
ジヨセフソン接合素子Info
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- JPS582082A JPS582082A JP56100804A JP10080481A JPS582082A JP S582082 A JPS582082 A JP S582082A JP 56100804 A JP56100804 A JP 56100804A JP 10080481 A JP10080481 A JP 10080481A JP S582082 A JPS582082 A JP S582082A
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- Japan
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- josephson junction
- barrier
- niobium
- junction device
- superconductor
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/12—Josephson-effect devices
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、論理回路や記憶装置を構成するスイッチング
素子、微小磁場測定子、電圧標準器などに用いられるジ
ョセフソン接合素子の構造に関するものである。
素子、微小磁場測定子、電圧標準器などに用いられるジ
ョセフソン接合素子の構造に関するものである。
従来開発されているジョセフソン接合素子は、鉛合金／
鉛合金の酸化物／鉛合金の構造を持つものが主であった
。しかし、これらの鉛系シフセフノン接合素子は、素子
の動作温度である液体ヘリウム温度と室温との熱サイク
ルを経ることによって、接合が破壊され特性の劣化が著
しいという欠点があった。
鉛合金の酸化物／鉛合金の構造を持つものが主であった
。しかし、これらの鉛系シフセフノン接合素子は、素子
の動作温度である液体ヘリウム温度と室温との熱サイク
ルを経ることによって、接合が破壊され特性の劣化が著
しいという欠点があった。
これに代って、熱サイクルや経時変化による特性の劣化
が少いジョセフソン接合素子として、機械的に硬いニオ
ブ又はニオブ化合物を電極とするニオブ系ジョセフソン
接合素子の開発が行われてきた。ニオブ化合物である窒
化ニオブを電極とするシフセフノン接合素子が熱サイク
ルと経時変化に対して特性の劣化が生じないことが知ら
れている（電子通信学会技術研究報告、ＣＰＭ８０−９
０（１９８１−０２）参照）。このようなニオブ系ジョ
セフソン接合素子のバリアは、ニオブ酸化物、アモルフ
ァスシリコンとその酸化物又はシリコンの窒化物で構成
されていた（上記文献及びＩ ＥＥＥＴｒａｎｓ、 Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｖｏｌ、ＥＤ−２７
，Ｎｏ、 ’１０゜ＰＰ、１９９８−２００８．Ｏｃｔ
、１９８０参照）にれらの素子の中で、ニオブ酸化物や
アモルフ了スシリコン酸化物をバリアとするジョセフソ
ン接合素子は、バリア中の酸素が、製造中及び製造後、
電極ニオブもしくはニオブ化合物中に拡散してニオブの
酸化物を作り、等測的なバリアの膜厚の変化をもたらす
ため、ジョセフソン接合素子の電流電圧特性が変化し、
再現性と均一性の良いジョセフソン接合素子が得られな
いという欠点があった。
が少いジョセフソン接合素子として、機械的に硬いニオ
ブ又はニオブ化合物を電極とするニオブ系ジョセフソン
接合素子の開発が行われてきた。ニオブ化合物である窒
化ニオブを電極とするシフセフノン接合素子が熱サイク
ルと経時変化に対して特性の劣化が生じないことが知ら
れている（電子通信学会技術研究報告、ＣＰＭ８０−９
０（１９８１−０２）参照）。このようなニオブ系ジョ
セフソン接合素子のバリアは、ニオブ酸化物、アモルフ
ァスシリコンとその酸化物又はシリコンの窒化物で構成
されていた（上記文献及びＩ ＥＥＥＴｒａｎｓ、 Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｖｏｌ、ＥＤ−２７
，Ｎｏ、 ’１０゜ＰＰ、１９９８−２００８．Ｏｃｔ
、１９８０参照）にれらの素子の中で、ニオブ酸化物や
アモルフ了スシリコン酸化物をバリアとするジョセフソ
ン接合素子は、バリア中の酸素が、製造中及び製造後、
電極ニオブもしくはニオブ化合物中に拡散してニオブの
酸化物を作り、等測的なバリアの膜厚の変化をもたらす
ため、ジョセフソン接合素子の電流電圧特性が変化し、
再現性と均一性の良いジョセフソン接合素子が得られな
いという欠点があった。
一方、シリコンの窒化物をバリアとするジョセフソン接
合素子は、バリアに酸化物を用いないので酸素の拡散等
による前述した特性の変化が生じない。さらに、バリア
はシリコンの窒化物で：らるので、窒素の拡散によって
生じる物質は窒化ニオブである。この窒化ニオブは電極
として用いているニオブ又はニオブ化合物と同等又は同
一の超電導性を示す物質であるので、窒素の拡散によっ
て前述したようなバリアの膜厚の著しい変化は起らず、
ジョセフソン素子の特性の変化はほとんど生じない。以
上のことから、シリコンの窒化物ラバリアとするジョセ
フソン接合素子は、特性の再現性と均一性が良いという
長所がある。
合素子は、バリアに酸化物を用いないので酸素の拡散等
による前述した特性の変化が生じない。さらに、バリア
はシリコンの窒化物で：らるので、窒素の拡散によって
生じる物質は窒化ニオブである。この窒化ニオブは電極
として用いているニオブ又はニオブ化合物と同等又は同
一の超電導性を示す物質であるので、窒素の拡散によっ
て前述したようなバリアの膜厚の著しい変化は起らず、
ジョセフソン素子の特性の変化はほとんど生じない。以
上のことから、シリコンの窒化物ラバリアとするジョセ
フソン接合素子は、特性の再現性と均一性が良いという
長所がある。
従来、ジョセフソン接合素子の２つの電極の絶縁層とし
ては、８ｉ０又は８ｉ０２などのシリコン酸化物が用い
られていた。従って、前述１−だ再現性と均一性が一帯
良いシリコンの窒化膜をバリアとしたジョセフソン接合
素子を製造する場合、バリア層の成膜と、絶縁層の成膜
とで成膜のプロセスが異なるため、製造装置が複雑にな
るという欠点と、絶縁層中の酸素の影響でジョセフソン
接合素子の特性が変化するため再現性と均一性の良い特
性を有するジョセフソン接合素子を作ることが難しいと
いう欠点があった。
ては、８ｉ０又は８ｉ０２などのシリコン酸化物が用い
られていた。従って、前述１−だ再現性と均一性が一帯
良いシリコンの窒化膜をバリアとしたジョセフソン接合
素子を製造する場合、バリア層の成膜と、絶縁層の成膜
とで成膜のプロセスが異なるため、製造装置が複雑にな
るという欠点と、絶縁層中の酸素の影響でジョセフソン
接合素子の特性が変化するため再現性と均一性の良い特
性を有するジョセフソン接合素子を作ることが難しいと
いう欠点があった。
本発明の目的は、バリア層の成膜プロセスと絶縁層の成
膜プロセスを同じＫすることにょ）製造装置の構造を簡
＊にするジョセフソン接合素子の製造技術を提供するこ
とにある。本発明の別の目的は、絶縁層に酸化物を用い
ないことにより、ジョセフソン素子の特性の変化を除去
し、再現性と均一性の良い特性を有するジョセフソン接
合素子を与えることにある。
膜プロセスを同じＫすることにょ）製造装置の構造を簡
＊にするジョセフソン接合素子の製造技術を提供するこ
とにある。本発明の別の目的は、絶縁層に酸化物を用い
ないことにより、ジョセフソン素子の特性の変化を除去
し、再現性と均一性の良い特性を有するジョセフソン接
合素子を与えることにある。
本発明によれば、第１の超電導体と、第２の超電導体と
、これらの間に介在して超電導トンネル効果を生じさせ
るバリアと、前記第１の超電導体と前記第２の超電導体
とを絶縁する絶縁層とから構成されているジョセフソン
接合素子において、前記バリアと絶縁層がともにシリコ
ン窒化物からなることを特徴とするジョセフソン接合素
子が得られる。
、これらの間に介在して超電導トンネル効果を生じさせ
るバリアと、前記第１の超電導体と前記第２の超電導体
とを絶縁する絶縁層とから構成されているジョセフソン
接合素子において、前記バリアと絶縁層がともにシリコ
ン窒化物からなることを特徴とするジョセフソン接合素
子が得られる。
本発明において、前記バリアの厚さは１〜７％ｍが適当
であり、また、前記絶縁層の厚さは数十講以上が適当で
ある。
であり、また、前記絶縁層の厚さは数十講以上が適当で
ある。
さらに本発明において、前記第１の超電導体と前記第２
の超電導体のいずれか一方もしくは両方は窒化ニオブで
あることが望ましい。
の超電導体のいずれか一方もしくは両方は窒化ニオブで
あることが望ましい。
以下図面により本発明のさらに詳細が説明を行なう。図
は本発明によるジョセフソン接合素子の基本的な構造で
ある。図には、ジョセフソン接合電流を制御する制御線
やジョセフソン素子を作成する基板とアースプレーンの
構造などについては従来と同様な構成をとるので省略し
た。
は本発明によるジョセフソン接合素子の基本的な構造で
ある。図には、ジョセフソン接合電流を制御する制御線
やジョセフソン素子を作成する基板とアースプレーンの
構造などについては従来と同様な構成をとるので省略し
た。
本発明によるジョセフソン接合素子は、第１の電極１１
と第２の電極１２とがシリコンの窒化物から成る厚さ１
〜７ ｓｓａ程度の結紐バリア１３を介して接合されて
いる。バリア１３を構成する部分以外のＲ１は、バリア
１３と同じ材料であるシリコンの窒化物からなる絶縁層
１４が形成される。絶縁層１４の厚さは、通常数十ｓｗ
以上設け、第１の電極１１と第２の電極１２との漏れ電
流がジョセフソン接合素子の電流電圧特性に影響を与え
ないように選ばれる。第１の実施例としては第１の電極
１１と第２の電極１２の材料にニオブ又は窒化ニオブな
どのニオブ化合物が用いられる。
と第２の電極１２とがシリコンの窒化物から成る厚さ１
〜７ ｓｓａ程度の結紐バリア１３を介して接合されて
いる。バリア１３を構成する部分以外のＲ１は、バリア
１３と同じ材料であるシリコンの窒化物からなる絶縁層
１４が形成される。絶縁層１４の厚さは、通常数十ｓｗ
以上設け、第１の電極１１と第２の電極１２との漏れ電
流がジョセフソン接合素子の電流電圧特性に影響を与え
ないように選ばれる。第１の実施例としては第１の電極
１１と第２の電極１２の材料にニオブ又は窒化ニオブな
どのニオブ化合物が用いられる。
本実施例のジョセフソン接合素子では、バリア１３と絶
縁層１４とにシリコンの窒化物を用いているので、窒素
が第１及び第２の電極に拡散して生じる物質は窒化ニオ
ブである。この窒化ニオブは、第１及び第２の電極の材
料であるニオブ又はニオブ化合物と同程度の臨界温度を
有する超電導体であるから、ジョセフソン接合素子の電
流電圧特性に＃１とんど影響しない。特に第１及び第２
の電極の材料として窒化ニオブを用いる場合には、窒素
の拡散等で生じる窒化ニオブは、電極材と同じ物質であ
るので、窒素の拡散等によるジョセフソン接合素子の電
流電圧特性の変化は生じない。
縁層１４とにシリコンの窒化物を用いているので、窒素
が第１及び第２の電極に拡散して生じる物質は窒化ニオ
ブである。この窒化ニオブは、第１及び第２の電極の材
料であるニオブ又はニオブ化合物と同程度の臨界温度を
有する超電導体であるから、ジョセフソン接合素子の電
流電圧特性に＃１とんど影響しない。特に第１及び第２
の電極の材料として窒化ニオブを用いる場合には、窒素
の拡散等で生じる窒化ニオブは、電極材と同じ物質であ
るので、窒素の拡散等によるジョセフソン接合素子の電
流電圧特性の変化は生じない。
本発明の第２の実施例として、図の第２の電極１２を鉛
又は鉛合金とするジョセフソン接合素子を説明する。こ
れは、前述したように鉛又は鉛合金が軟いため経時変化
と温度サイクルによる特性の劣化の面では第１の実施例
よシ劣る。しかし、鉛又は鉛合金は、コヒーレント長が
ニオブ又はニオブ合金に比して長いので、超電導特性や
ジョセフソン接合の電流電圧特性が良いという利点があ
る。しかも鉛特有の劣化現象によるジョセフソン接合の
破壊等による劣化は第１の電極１１としてニオブ又はニ
オブ化合物を用いているので起り難い。
又は鉛合金とするジョセフソン接合素子を説明する。こ
れは、前述したように鉛又は鉛合金が軟いため経時変化
と温度サイクルによる特性の劣化の面では第１の実施例
よシ劣る。しかし、鉛又は鉛合金は、コヒーレント長が
ニオブ又はニオブ合金に比して長いので、超電導特性や
ジョセフソン接合の電流電圧特性が良いという利点があ
る。しかも鉛特有の劣化現象によるジョセフソン接合の
破壊等による劣化は第１の電極１１としてニオブ又はニ
オブ化合物を用いているので起り難い。
本発明の他の実施例として、ニオブ又はニオブ化合物以
外の超電導体を第１電極１′１及び第２の電極１２とし
て用いたもの、あるいは両方の電極材として異なる超電
導体を組合せたものがある。
外の超電導体を第１電極１′１及び第２の電極１２とし
て用いたもの、あるいは両方の電極材として異なる超電
導体を組合せたものがある。
これらのジョセフソン接合素子においても、バリア１３
に酸化物を用いていないので、酸素の拡散等による特性
の変化は起らず、再現性と均一性の良いジョセフソン接
合素子が得られる。
に酸化物を用いていないので、酸素の拡散等による特性
の変化は起らず、再現性と均一性の良いジョセフソン接
合素子が得られる。
次に本発明のジョセフソン接合素子は、以下に概略的に
示す手順によって製造される。先ず第１の電極であるニ
オブもしくは窒化ニオブなどのニオブ化合物又は他の物
質を直流スパッタ若しくは交流スパッタ又は蒸着技術に
よシ成膜する。第１の電極１１をパターニングした後絶
縁層１４となるシリコン窒化膜をプラズマケミカルペー
パーディポジション等の技術を用いて成膜し、同様に、
パターニングする。次に、シリコン窒化物のバリア１３
を前述と同じ技術により１〜７％ｆｉの厚さで成膜し、
引き続いて第２の電極１２となるニオブ若しくは窒化ニ
オブなどのニオブ化合物又は他の物質をスパッタ又は蒸
着技術を用いて成膜する。
示す手順によって製造される。先ず第１の電極であるニ
オブもしくは窒化ニオブなどのニオブ化合物又は他の物
質を直流スパッタ若しくは交流スパッタ又は蒸着技術に
よシ成膜する。第１の電極１１をパターニングした後絶
縁層１４となるシリコン窒化膜をプラズマケミカルペー
パーディポジション等の技術を用いて成膜し、同様に、
パターニングする。次に、シリコン窒化物のバリア１３
を前述と同じ技術により１〜７％ｆｉの厚さで成膜し、
引き続いて第２の電極１２となるニオブ若しくは窒化ニ
オブなどのニオブ化合物又は他の物質をスパッタ又は蒸
着技術を用いて成膜する。
第２の電極及び配線等のパターニングを行ない、さらに
必要に応じて制御線等の回路を作製する。
必要に応じて制御線等の回路を作製する。
以上のプロセスの詳細や、グランドプレーンその他の必
要な回路の製造プロセスは、グレイナ−（Ｊ、Ｈ９Ｇｒ
ｅｉｎｅｒ ）等によりｙイービー”エム・ジャーナル
・オプ・リサーチ・アンド・ディベロップメント（Ｉ
ＢＭ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｒｅｓｅａｃｈ ａ
ｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ）の第２４巻第２号の１
９５頁から２０５頁に詳細に記載されているので、ここ
での詳細な説明は省略する。以上の製造プロセスにおい
て、バリア１３と絶縁層１４とが同じプロセスで作製で
きるので素子の製造装置が簡単になり、素子の製造が容
易になる。
要な回路の製造プロセスは、グレイナ−（Ｊ、Ｈ９Ｇｒ
ｅｉｎｅｒ ）等によりｙイービー”エム・ジャーナル
・オプ・リサーチ・アンド・ディベロップメント（Ｉ
ＢＭ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｒｅｓｅａｃｈ ａ
ｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ）の第２４巻第２号の１
９５頁から２０５頁に詳細に記載されているので、ここ
での詳細な説明は省略する。以上の製造プロセスにおい
て、バリア１３と絶縁層１４とが同じプロセスで作製で
きるので素子の製造装置が簡単になり、素子の製造が容
易になる。
以上述べたように、本発明によれば、バリアと絶縁層と
を同一物質とすることにより、製造装置を簡単にし、製
造し易いジョセフソン接合素子が得られる。さらに、本
発明によれば、ジョセフソン接合素子のバリアと絶縁層
にシリコンの窒化物を用いているので、熱サイクルや経
時変化による劣化が少なく、かつ電流電圧特性の再現性
と均一性の良いジョセフソン接合素子を得ることができ
る。従って、本発明により、従来のジョセフソン接合素
子の特性の均一性を良くするための製造の難しくなる欠
点を容易に解釈できる。本発明のジョセフソン接合素子
１・Ｌその周りに制御線等を配置して、ＡＮＤ、ＯＲ，
等の論理回路や記憶装置への種々の応用に用いられる。
を同一物質とすることにより、製造装置を簡単にし、製
造し易いジョセフソン接合素子が得られる。さらに、本
発明によれば、ジョセフソン接合素子のバリアと絶縁層
にシリコンの窒化物を用いているので、熱サイクルや経
時変化による劣化が少なく、かつ電流電圧特性の再現性
と均一性の良いジョセフソン接合素子を得ることができ
る。従って、本発明により、従来のジョセフソン接合素
子の特性の均一性を良くするための製造の難しくなる欠
点を容易に解釈できる。本発明のジョセフソン接合素子
１・Ｌその周りに制御線等を配置して、ＡＮＤ、ＯＲ，
等の論理回路や記憶装置への種々の応用に用いられる。
図は、本発明によるジョセフソン接合素子の基本的な構
造を示した断面図である。１１・・・第１の超電導体電
極、１２・・・第２の超電導体−極、１３・・・シリコ
ン窒化物のバリア、１４・・・シリコン窒化物の絶縁層
。 参照文献 （１）東海体 他；電子通信学会技術研究報告。 ＣＰＭ８０−９０（１９８１−０２） （２Ｊ ＲｏＦ、 Ｂｒｏｏｍ ｅｔａｌ；ＩＢＥＥ
Ｔｒａｎｓ、ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ、 ｖ
ｏｌ、 ＥＤ−２７、Ｎｏ、ｔｏ 、 ＰＰ、 １９９
８〜２００８． Ｏｃｔ、 １９８０
造を示した断面図である。１１・・・第１の超電導体電
極、１２・・・第２の超電導体−極、１３・・・シリコ
ン窒化物のバリア、１４・・・シリコン窒化物の絶縁層
。 参照文献 （１）東海体 他；電子通信学会技術研究報告。 ＣＰＭ８０−９０（１９８１−０２） （２Ｊ ＲｏＦ、 Ｂｒｏｏｍ ｅｔａｌ；ＩＢＥＥ
Ｔｒａｎｓ、ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ、 ｖ
ｏｌ、 ＥＤ−２７、Ｎｏ、ｔｏ 、 ＰＰ、 １９９
８〜２００８． Ｏｃｔ、 １９８０
Claims (1)
- 第１の起電導体と、第２の超電導体と、これらの間に介
在して超電導トンネル効果を生じさせるバリアと、前記
第１の超電導体と前記第２の超電導体とを絶縁する絶縁
層とからなるジョセフソン接合素子において、前記バリ
アと絶縁層がともにシリコン窒化物からなることを特徴
とするジョセフソン接合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56100804A JPS582082A (ja) | 1981-06-29 | 1981-06-29 | ジヨセフソン接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56100804A JPS582082A (ja) | 1981-06-29 | 1981-06-29 | ジヨセフソン接合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS582082A true JPS582082A (ja) | 1983-01-07 |
Family
ID=14283568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56100804A Pending JPS582082A (ja) | 1981-06-29 | 1981-06-29 | ジヨセフソン接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS582082A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6464274A (en) * | 1987-09-03 | 1989-03-10 | Agency Ind Science Techn | Tunnel type josephson junction |
| US5047390A (en) * | 1988-10-03 | 1991-09-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Josephson devices and process for manufacturing the same |
-
1981
- 1981-06-29 JP JP56100804A patent/JPS582082A/ja active Pending
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN=1979 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6464274A (en) * | 1987-09-03 | 1989-03-10 | Agency Ind Science Techn | Tunnel type josephson junction |
| US5047390A (en) * | 1988-10-03 | 1991-09-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Josephson devices and process for manufacturing the same |
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