JPS6042881A - ジョセフソン接合 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の属する分野 本発明は、耐ヒートサイクル性に優れ、高速のスイッチ
ング素子としての性能を備えたジ−セフノン接合に関す
るものでめる。

従来の技術 従来、この種の素子は、第一の超伝導体として、−１２
ｗｔｆ！ｒ　％度のインジウムを含む鉛、インジウム。

金から成る合金が用いられ、その厚さは、　２０００λ
程度でめ９た。このようなジ−セフノン接合は、４．２
にという極低温に冷却して初めて性能を発揮するため、
室温（５ｏｏｘ　）と４．２にの間の温度差を経験シ、
このヒートサイクルによって、第一の超伝導体の構造変
化が起も狭面の酸化膜が破壊されるという問題があシ、
これを解決する必侠がめった。

第一の超伝導体である鉛、インジウム、金合金の膜厚を
薄くして粒径を小さくすれに、構造変化は起き難く、ヒ
ートサイクル性線改善されるが、実効的磁気侵入路ＩＩ
Ｉ！（λ−ｆｆ　）が、ｏａｔｈ　＜　ｔ／ａｏ）　（
ｔ：膜厚、λ０：バルクの磁気侵入距離）＆Ｃ比例する
ので、膜厚が薄くなると急激にλ−ｆｆが増加し、イン
ダクタンスが増加し、スイッチング素子としての速度が
遅くなりてしまう。

また、酸化膜は、イ／ジウム酸化物、鉛酸化物の混合物
から成シ、第一の超伝導体のインジウム濃度が高い程イ
ンジウム酸化物の占める割合が増える。化学的には、イ
ンジウム酸化物の方が鉛酸化物よシ安定で鉛、酸化物か
らインジウム酸化物へ変化してゆくので、超伝導体のイ
ンジウム濃度が高い程安定な素子ができる。ところが、
反面、超伝導体の磁気浸入距離λ０は、インジウムが増
える程増加するし、また、インジウムが増える程、合金
ＮＡｆ蒸着形成する際の粒径が大きくなるため、インダ
クタンス増大、耐ヒートサイクル劣化といり二つの面で
、超伝導体中のインジウム濃度を増加させるのは不利で
らった。

発明の目的 本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除去し、スイッ
チング速度が大きく、安定で６９、耐ヒートサイクル性
に優れたシロセフノン接合を得ることにらる。

問題点を解決するための手段 本発明は、第一と第二の超伝導体薄膜と、それらの間に
相接して介在する第一の超伝導体の酸化物薄膜から成る
ジョセフソン接合において、第一の超伝導体薄膜は少な
くともｈｓｆ含む鉛合金からなる超伝導体で必ｐ１該第
−の超伝導体薄膜は嬉−の超伝導体の酸化物薄膜と接す
る表面とは異なる反対側の表面でニオビウムから成る配
線層と接していることを特徴とするシロセフノン接合で
める。

発明の実施例 以下、実施例をもとに詳細に本発ｑｔ説明する。

第１図は、本発明の実施例で必って、１は、第一の超伝
導体薄膜でらって少なくともインジウムを含む鉛合金、
例えは鉛、インジウム、金からなる合金層でらシ、２は
、ニオビウム配線層、５は、第二の超伝導体薄膜から成
る対向電極、４は、開ロアを備えた絶縁層、５は第一の
超伝導体の酸化物薄膜である。そして、絶縁層４の開ロ
アにおいて、１の嬉−の超伝導体薄膜である合金層及び
６の第二の超伝導体薄膜から成る対向電極と、それらの
間に相接して介在している第一の超伝導体の酸化物薄膜
５からなるシロセフノン接合が形成されている。１の第
一の超伝導体薄膜の厚さは１０００λ以下、典戴的には
５００　Ｘ程度でらる。第二の超伝導体薄膜から成る対
向電極３は、通常鉛ビスマス合金でるる。

Ｍ２図は、別の実施例でらって第１図と共通箇所には同
一番号を付しである。図示のごとく、超伝導体薄１１及
び３を開ロアの部分に限定し、かつ第二の超伝導体薄膜
からなる対向電極５上に配線層６を備えている点が付加
的特徴である。配線層６は、対向電極３とは異なる物質
、例えばニオビウムからなる。各実施例において、第一
の超伝導体１の膜厚１ｚ１ｏｏｏＸ以下とするのは、後
述のごとく耐ヒートサイクル性の向上が顕著となシ、素
子の信頼性が増大することからみいだされたものでらシ
、その膜厚の下限は、有効な第一の超伝導体の酸化物薄
膜が形成されているｒａシにおいて特に限シはなく、実
質的にゼロの場合も含むものである。

この両実施例において、第一の超伝導体薄膜１、の鉛合
金の厚さが薄（，１だそのインジウム濃度が高く単独に
存在する時の磁気侵入距離が大きくても、２の磁気侵入
距離の小さなニオブから成る配ａｍと相接して−るため
、謔−の、超伝導体薄膜１とニオビウムからなる配線層
２の合成された実効的磁気侵入距離は増大せず、インダ
クタンスの増大を招かない。まｆｃ％第一の超伝導体薄
膜１と薄い厚さの鉛合金を用−いるため、その粒径を小
さくすることは容易でβシ、耐ヒートサイクル性におい
ては、従来素子よシ優れた特性が得られる。

さらに、紺−の超伝導体薄膜１として、インジウム濃度
の高い鉛合金を用いても、同様の理由で、インダクタン
ス増大を生じない。

第２の実施例においては、機械的、化学的に弱い、鉛合
金１．３を接合部分に限定し、配線層６として機械的強
度が高く、化学的に腐蝕されにくいニオビウムを用いる
ため、全体としての強度が高く、信頼性の高い回路を実
現できる。

発明の作用効果についての説明 第５図は、実効磁気侵入距離（λａｆｔ　）の鉛合金膜
厚依存性を示し、２０００λのニオビウム上に積層した
１２ｗｔ’１４のインジウムを含む鉛、インジウム。

金合金の実効磁気侵入距離（λ−ｆｆ）の鉛合金膜厚依
存性′ｔ−実線で、また比較のために鉛合金層単独の場
合を点線で示して必る。

なおこれらは、実測値をもとに描かれたものでらる。測
定は当該分野に属する者にとって、通常の手段により行
なわれるので特に詳記はしない。

図示のごとく鉛合金単独の場合は１０００Ｘよシ薄くな
ると急激にλｅｆｆが増加するのに対して、ニオビウム
上に積層した場合は増加しない。実線のニオビウム上に
積Ｊｉ　Ｌだ鉛合金のλＩｆｆは９、膜厚の薄し部分で
は磁気侵入距離が小さな超電導体でらるニオビウムによ
る影響が支配している。

第４図に、本発明のし一トサイクルテスト結呆′を示す
。横軸に室温と４．２にの往復回数（ヒートサイクル数
）縦軸に累積故障率を示しておシ、明らかに本発明の素
子は従来素子に比べ、故障発生が少なくなっていること
がわかる。

通常、蒸着膜厚が薄くなると、膜の連続性が悪くナリ、
ピンホールが増加してくる。従りて、鉛合金単独の場合
、膜厚を１０００λ以下ｉ（するとビンポールが増加し
、磁束トラν）を起こしやすくなる。また、膜中を流Ｊ
Ｌる′電流によって超伝導から常伝導に転移する臨界電
流値が低下してし省うが、本発明の場合、ニオビウム上
に鉛合金全積層するため、たとえピンホールが鉛合金薄
膜に６っても、超伝導体でｂるニオビウムが十分厚いの
で磁束トラップは起こルにくい！さらに、鉛合金を酸化
し、適゛尚な厚さの酸化膜を形成する酸化条件では、ニ
オビウム上合 す酸化膜ができ、これが一種の絶縁膜となシ、ピンホー
ル部分の露出したニオビウム表面を覆うためピンホール
によるシ目−トを防ぐことができる。

また十分厚いニオビウムを用いるので、臨界電流の低下
も防ぐことができる。

以上、本発明によればと一トサイクル耐性にすぐれ、高
速度の超伝導回路を実現できるもので産業上きわめて有
益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のジョセフノン接合の実施例を示す説
明図 請２、図は２本発明のジロセフソン接合の他の実施例を
示す説明図 第５図は、鉛合金の膜厚と実効磁気侵入距離（λ−／／
）の関係を示すグラフ 箪４図は、本発明によるジロセフソン接合素子の耐ヒー
トサイクル性を示すグラフ 主な符号 １・・・菖−の超伝導体薄膜 ２・・・ニオビウム配線層 ６・・・箇二の超伝導体薄膜からなる対向電極４・・・
絶縁層 ５・・・第一の超伝導体の酸化物薄膜 ６・・・第二のニオビウム配線層 特許出願人　日本電信電話公社 代理人弁理士　玉蟲久五部　（外１名）＠＋図 第２図 第３図 第４図 ヒートサイクル数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 菓−と第二の超伝導体薄膜と、それらの間に相接して介
   在する蕗−の超伝導体の酸化物薄膜から成るジョセフソ
   ン接合において、第一の超伝導体薄膜は、少なくとも１
   ％を含む鉛合金からなる超伝導体でめシ、その厚さは１
   ０００１以下でおって、鋏嬉−の超伝導体薄膜ｔｉｔ第
   一の超伝導体の酸化物薄膜と接する表面とは異なる反対
   側の表面でニオビウムから成る配線層と接してｉること
   を特徴とするジョセフソン接合。