JPS6360555B2 - - Google Patents

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JPS6360555B2
JPS6360555B2 JP56096129A JP9612981A JPS6360555B2 JP S6360555 B2 JPS6360555 B2 JP S6360555B2 JP 56096129 A JP56096129 A JP 56096129A JP 9612981 A JP9612981 A JP 9612981A JP S6360555 B2 JPS6360555 B2 JP S6360555B2
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superconductor
superconductor layer
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alloy
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment
    • H10N60/0912Manufacture or treatment of Josephson-effect devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は第1の超伝導体層上にバリア層を介し
て第2の超伝導体層が延長してなる構成を有する
ジヨセフソン接合素子の製法に関する。
斯種ジヨセフソン接合素子として、従来第1の
超伝導体層がNbとAlとを含むNb・Al合金でな
るものが提案されている。斯るジヨセフソン接合
素子によれば、その第1の超伝導体層がNb・Al
合金であることにより15〓以上の高い臨界温度を
示し、依つてジヨセフソン接合素子としての優れ
た特性が期待されるものである。
一方斯種ジヨセフソン接合素子の製法として従
来、第1の超伝導体層を形成し、次にその第1の
超伝導体層上にバリア層を形成し、この場合その
バリア層を、第1の超伝導体層に対する酸化処理
により第1の超伝導体層を構成せる材料の酸化物
層を以つて得、又は第1の超伝導体層上に易酸化
性層を形成しその易酸化性層に対する酸化処理に
よりその易酸化性層を構成せる材料の酸化物層を
以つて得、然る后バリア層上に延長せる第2の超
伝導体層を形成し、斯くて目的とするジヨセフソ
ン接合素子を得るという方法が提案されている。
所で斯る製法に於て、バリア層を易酸化性層を
構成せる材料の酸化物層を以つて得る場合、易酸
化性層の所期の薄い厚さに形成するのが困難であ
ることにより、バリア層を所期の20〜50Å程度の
極めて薄い厚さに形成するのが困難であり、この
為ジヨセフソン接合素子を所期の優れた特性を有
するものとして得るのに困難を伴うという欠点を
有する。之に対し上述せる製法に於て、バリア層
を第1の超伝導体層を構成せる材料の酸化物層を
以つて得る場合、上述せる困難を伴うことがない
という利点を有する。
依つて、上述せる製法によつて、前述せる優れ
た特性の期待される第1の超伝導体層がNb・Al
合金でなるというジヨセフソン接合素子を得るも
のとすれば、上述せる製法に於て、バリア層を第
1の超伝導体層を構成せる材料の酸化物層を以つ
て得る場合が、バリア層を易酸化性層を構成せる
材料の酸化物層を以つて得る場合に比し好適なも
のである。
而し乍ら、上述せる製法により、但しバリア層
を第1の超伝導体層を構成せる材料の酸化物層を
以つて得る様にして、前述せる第1の超伝導体層
がNb・Al合金でなるというジヨセフソン接合素
子を得る場合、第1の超伝導体層を構成せるNb
の酸化物を生成するエネルギがAlの酸化物を生
成するエネルギに比し小であることにより、バリ
ア層が、Alの酸化物層に比し高い誘電率を呈す
る、Nb2O5を主体とせるNbの酸化物層で得られ
るものである。
この為、上述せる従来の製法によつて、但しバ
リア層を第1の超伝導体層を構成せる材料の酸化
物層を以つて得る様にして、前述せる第1の超伝
導体層がNb・Al合金でなるというジヨセフソン
接合素子を得る場合、バリア層が高い誘電率を有
するものとして得られるので、第1の超伝導体層
がNb・Al合金でなるというジヨセフソン接合素
子を優れた特性を有するものとして得られること
が期待されてい乍ら、動作速度が遅い等期待通り
の優れた特性を有するものとして得られないとい
う欠点を有していた。
衣つて本発明は、上述せる従来の製法によつ
て、但しバリア層を第1の超伝導体層を構成せる
材料の酸化物層を以つて得る様にして、前述せる
第1の超伝導体層がNb・Al合金でなるというジ
ヨセフソン接合素子を得るというものであるが、
上述せる欠点を有しないという新規なジヨセフソ
ン接合素子の製法を提案せんとするもので以下詳
述する所より明らかとなるであろう。
第1図は本発明によるジヨセフソン接合素子の
製法の一例を原理的に示し、予め基板1を用意し
(第1図A)、而してその基板1上に、Nb・Al合
金でなる第1の超伝導体層2をそれ自体は公知の
方法によつて所要のパターンを以つて形成した。
(第1図B)。
次にその第1の超伝導体層2に対するCF4ガス
を用いたスパツタリング処理をマスク(図示せ
ず)を用いて所要の領域に於て選択的になした。
然るときはNbに対するCF4ガスを用いたスパツ
タリング処理によればNbが、Alに対するCF4
スを用いたスパツタリング処理によりAlがスパ
ツタされる場合に比し、格段的に速い速度でスパ
ツタされる(例えば680Wのスパツタをなす場合、
Nbが1000Å/分の速度でスパツタされるに対し、
Alは殆んどスパツタされない)という理由で、
第1の超伝導体層2の表面側に実質的にAlのみ
でなる又は第1の超伝導体層2を構成せるNb・
Al合金に比しAlの割合の高い組成を有するNb・
Al合金でなる所謂Alリツチな表面層3が形成さ
れた(第1図C)。
次にその表面層3に対する酸化処理をなした。
然るときは第1の超伝導体層2上に、表面層3の
酸化されてなる、Al酸化物(Al2O3)を主成分と
せる誘電率εの極めて低い(ε=11程度)の層4
が得られた(第1図D)。
次に層4をバリア層としてそのバリア層4上に
延長せる第2の超伝導体層5をそれ自体は公知の
方法で形成した(第1図E)。
斯くて第1の超伝導体2上にバリア層4を介し
て第2の超伝導体層5が延長してなる構成を有す
るジヨセフソン接合素子Uを得た。
以上で本発明によるジヨセフソン接合素子の製
法の原理的一例が明らかとなつたが、斯る製法に
よれば、第1の超伝導体層2がNb・Al合金でな
るという目的とせるジヨセフソン接合素子を得る
ことが出来、そしてそのバリア層4が、第1の超
伝導体層に対するCF4ガスを用いたスパツタリン
グ処理により、第1の超伝導体層の表面側にAl
リツチな表面層4を形成し、次にその表面層4に
対する酸化処理をなすという極めて簡易な工程で
得られ、しかもそのバリア層4がAl酸化物を主
成分とせる低い誘電率を有するものとして得られ
るものである。
依つて本発明による製法によれば、優れた特性
の得られることが期待されている第1の超伝導体
層2がNb・Al合金でなるというジヨセフソン接
合素子を、極めて簡易な工程で、バリア層が極め
て低い誘電率を有し、従つて動作速度が速い等期
待通りの優れた特性を有するものとして得られる
という大なる特徴を有するものである。
次に本発明による製法の具体的実施例を述べよ
う。
実施例 1 基板1として表面に熱酸化膜を形成せるシリコ
ン基板を用い、而して第1の超伝導体層2を
Nb75%、Al25%のNb・Al合金でなる超伝導臨
界温度TcがTc=16.7〓の層として形成し、その
第1の超伝導体層2に対するArガスを用いたス
パツタリング処理を10-2torrのガス圧力下でなし
て第1の超伝導体層2の表面を清浄化して后、第
1の超伝導体層2に対するCF4ガスを用いたスパ
ツタリング処理を、10-1torrのガス圧力下で
100W、2分の条件下でなして表面層3を得、そ
の表面層3に対する酸化処理をAr96%、O24%の
混合ガスを用いた10-2torrの圧力下でのプラズマ
酸化処理を以つてなしてバリア層4で形成し、第
2の超伝導体層5をPbでなる層として形成し、
目的とするジヨセフソン接合素子Uを得た。
然るときは、得られたジヨセフソン接合素子U
が第2図に示す如きギヤツプ電圧が4mVである
トンネル形電圧V−電流I特性を呈するものとし
て得られた。
実施例 2 CF4ガスを用いたスパツタリング処理をなす場
合のガス圧力を1.2×10-1torrに変更したことを除
いては実施例1の場合と同様の処理をなして目的
とするジヨセフソン接合素子Uを得た。
然るときは、得られたジヨセフソン接合素子U
がギヤツプ電圧が4.2mVであるトンネル形電圧
V−電流I特性を呈するものとして得られた。尚
本例に於て第1の超伝導体層2に対するCF4ガス
を用いたスパツタリング処理をなして表面層3を
形成したときのその表面層3のNb、Alの濃度
(%)を測定した結果第3図に示す結果が得られ
た。
実施例 3 基板1としてサフアイヤ基板を用い、而して第
1の超伝導体層2をNb75.5%、Al24.5%のNb・
Al合金でなるTc=15.2〓層として形成し、その
第1の超伝導体層2に対するCF4ガスを用いたス
パツタリング処理を、その前にArガスを用いた
スパツタリング処理をなすことなしに、(イ)
0.005torrのガス圧下での100W、2分の条件、(ロ)
0.01torrのガス圧下での70W、2分の条件、(ハ)
0.1torrのガス圧下での50W、2分の条件、(ニ)
0.5torrのガス圧力下での100W、2分の条件でな
して表面層3を得、それ等表面層3に対し各別に
実施例1の場合と同様のプラズマ酸化処理をなし
て各別のバリア層4を形成し、第2の超伝導体層
5をPbでなる層として形成し、目的とするジヨ
セフソン接合素子Uを得た。
然るときは、CF4ガスを用いたプラズマエツチ
ング処理を上記(イ);(ロ);(ハ);及び(ニ)の条件でな

て得られたジヨセフソン接合素子Uが、ギヤツプ
電圧が夫々3.2mV;3.8mV;4.1mV;3.5m
V;及び3.5mVであるトンネル形電圧V−電流
I特性を呈するものとして得られた。
実施例 4 基板1としてサフアイヤ基板1を用い、第1の
超伝導体層2を実施例3の場合と同様に形成し、
その第1の超伝導体層2に対するCF4ガスを用い
たスパツタリング処理を、その前にArガスを用
いたスパツタリング処理をなすことなしに、
0.1torrのガス圧力下での70W、1分の条件でな
して表面層3を得、その表面層3に対しAr80%、
O220%の混合ガス雰囲気中での自然酸化処理を
10時間なしてバリア層4を形成し、第2の超伝導
体層5をPbでなる層として形成し、目的とする
ジヨセフソン接合素子Uを得た。
然るときは、ジヨセフソン接合素子Uがギヤツ
プ電圧が4.0mVであるトンネル型電圧V−電流
I特性を呈するものとして得られた。
実施例 5 CF4ガスを用いたスパツタリング処理を、その
前にArガスを用いたスパツタリング処理をなす
ことを除いては実施例4の場合と同様の処理をな
して目的とせるジヨセフソン接合素子を得た。然
るときはジヨセフソン接合素子が実施例4の場合
と同様の特性を呈するものとして得られた。
以上にて本発明によるジヨセフソン接合素子の
製法が明らかとなつたが、その本発明による製法
によれば、ジヨセフソン素子が第1の超伝導体層
2に対するCF4ガスを用いたスパツタリング処理
時に於けるガス圧力に依存せるギヤツプ電圧を有
するトンネル型特性で得られ、そしてそのガス圧
力が0.005〜0.5torrの範囲である場合、優れたト
ンネル型特性を有するものである。
依つて本発明によれば限定されるものではない
が、CF4ガスを用いたスパツタリング処理を0.005
〜0.5torrのガス圧下でなすを可とするものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるジヨセフソン接合素子の
製法の原理的一例を示す略線図、第2図はジヨセ
フソン接合素子の特性を示す図、第3図は表面層
のNb、Al濃度を示す図である。 図中、1は基板、2は第1の超伝導層、3は表
面層、4はバリア層、5は第2の超伝導層を夫々
示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Nb・Al合金でなる第1の超伝導体層を形成
    する工程と、該第1の超伝導体層に対するCF4
    スを用いたスパツタリング処理により当該第1の
    超伝導体層の表面側に実質的にAlでなる又は上
    記Nb・Al合金に比しAlの割合の高い組成を有す
    るNb・Al合金でなる表面層を形成する工程と、
    該表面層に対する酸化処理により上記第1の超伝
    導体層上にAl酸化物を主成分とせるバリア層を
    形成する工程と、該バリア層上に延長せる第2の
    超伝導体層を形成する工程とを含んで、上記第1
    の超伝導体層上に上記バリア層を介して上記第2
    の超伝導体層が延長してなる構成を有するジヨセ
    フソン接合素子を得ることを特徴とするジヨセフ
    ソン接合素子の製法。 2 Nb・Al合金でなる第1の超伝導体層を形成
    する工程と、該第1の超伝導体層に対するCF4
    スを用いたスパツタリング処理を0.005〜0.5Torr
    のガス圧下でなすことにより当該第1の超伝導体
    層の表面側に実質的にAlでなる又は上記Nb・Al
    合金に比しAlの割合の高い組成を有するNb・Al
    合金でなる表面層を形成する工程と、該表面層に
    対する酸化処理により上記第1の超伝導体層上に
    Al酸化物を主成分とせるバリア層を形成する工
    程と、該バリア層上に延長せる第2の超伝導体層
    を形成する工程とを含んで、上記第1の超伝導体
    層上に上記バリア層を介して上記第2の超伝導体
    層が延長してなる構成を有するトンネル型のジヨ
    セフソン接合素子を得ることを特徴とするジヨセ
    フソン接合素子の製法。
JP56096129A 1981-06-22 1981-06-22 Manufacture of josephson junction element Granted JPS57211286A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56096129A JPS57211286A (en) 1981-06-22 1981-06-22 Manufacture of josephson junction element
CA000405292A CA1168762A (en) 1981-06-22 1982-06-16 Method of fabrication for josephson tunnel junction
US06/390,116 US4412902A (en) 1981-06-22 1982-06-18 Method of fabrication of Josephson tunnel junction
FR8211126A FR2508237B1 (fr) 1981-06-22 1982-06-22 Procede pour la fabrication d'une jonction de josephson, notamment d'une jonction tunnel de josephson
NL8202511A NL190858C (nl) 1981-06-22 1982-06-22 Werkwijze voor het vervaardigen van een Josephson-tunnelovergang.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63100147U (ja) * 1986-12-19 1988-06-29

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS63100147U (ja) * 1986-12-19 1988-06-29

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JPS57211286A (en) 1982-12-25

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