JP2690588B2 - 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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- JP2690588B2 JP2690588B2 JP2061105A JP6110590A JP2690588B2 JP 2690588 B2 JP2690588 B2 JP 2690588B2 JP 2061105 A JP2061105 A JP 2061105A JP 6110590 A JP6110590 A JP 6110590A JP 2690588 B2 JP2690588 B2 JP 2690588B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ジョセフソン接合素子に係り、特にブリッ
ジ型ジョセフソン接合素子に関する。本発明は、マイク
ロ波から赤外光にかけての電磁波検出、発振等に用いら
れるジョセフソン接合素子に好適に用いられるものであ
る。
ジ型ジョセフソン接合素子に関する。本発明は、マイク
ロ波から赤外光にかけての電磁波検出、発振等に用いら
れるジョセフソン接合素子に好適に用いられるものであ
る。
［従来の技術］ ジョセフソン接合の形式としては、ポイントコンタク
ト型，サンドイッチ型（SIS型），準平面型，ブリッジ
型等さまざまな形態が提案されている。中でもブリッジ
型ジョセフソン接合素子は、素子形態が単純な構造であ
るために、各種の金属超伝導膜およびBiPbBaO超伝導膜
において、さまざまな形態の検討がなされてきている。
（Japn.J.Appl.Phys.,22,544（1983）、及び特開昭59−
210678）。
ト型，サンドイッチ型（SIS型），準平面型，ブリッジ
型等さまざまな形態が提案されている。中でもブリッジ
型ジョセフソン接合素子は、素子形態が単純な構造であ
るために、各種の金属超伝導膜およびBiPbBaO超伝導膜
において、さまざまな形態の検討がなされてきている。
（Japn.J.Appl.Phys.,22,544（1983）、及び特開昭59−
210678）。
これらのブリッジ型ジョセフソン接合素子は、基板全
面に超伝導膜を形成後、エッチング等によって所望のブ
リッジを形成するのが一般的であった。
面に超伝導膜を形成後、エッチング等によって所望のブ
リッジを形成するのが一般的であった。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、近年発見されたセラミクス超伝導膜、
例えばYBa2Cu3O7−δ,ErBa2Cu3O7−δ（０＜δ＜１）,B
iSrCaCuO系材料では、その材料組成が複雑なこともあ
り、エッチングにより、たとえばY,Ba,Cuなどのエッチ
ング速度が異なるため、超伝導体の組成がエッチングに
より変化しやすいという問題があった。このためエッチ
ングの状態により超伝導特性を示さなくなったり、パタ
ーンの結晶性，再現性，均一性も劣るという欠点があっ
た。
例えばYBa2Cu3O7−δ,ErBa2Cu3O7−δ（０＜δ＜１）,B
iSrCaCuO系材料では、その材料組成が複雑なこともあ
り、エッチングにより、たとえばY,Ba,Cuなどのエッチ
ング速度が異なるため、超伝導体の組成がエッチングに
より変化しやすいという問題があった。このためエッチ
ングの状態により超伝導特性を示さなくなったり、パタ
ーンの結晶性，再現性，均一性も劣るという欠点があっ
た。
また、ブリッジ型粒界ジョセフソン接合のミリ波応答
性の検討はなされているものの（Japn.J.Appl.Phys.,2
7,L1110（1988））、電磁波検出器として感度向上を目
的とした素子形態の検討には、まだいたっていない。
性の検討はなされているものの（Japn.J.Appl.Phys.,2
7,L1110（1988））、電磁波検出器として感度向上を目
的とした素子形態の検討には、まだいたっていない。
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、エッ
チング操作を必要とせず、成膜操作のみで形成すること
のできるジョセフソン接合素子を提供するものである。
チング操作を必要とせず、成膜操作のみで形成すること
のできるジョセフソン接合素子を提供するものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明のジョセフソン接合素子は、基体上の所望の位
置に行間隔と列間隔とを異にして行列状に生成された複
数の核の各々を中心にして、行方向または列方向につい
て結晶どうしが接するように結晶成長させて、行間また
は列間で周期的に幅の異なる間隙をもって形成された複
数の無機材料結晶膜と、該無機材料結晶膜上及び前記基
体上に形成された超伝導材料からなる薄膜と、を備え、 前記無機材料結晶膜上の前記薄膜は非超伝導性領域を
構成し、前記無機材料結晶膜間の前記薄膜は直列に接続
された複数のジョセフソン接合部を構成してなることを
特徴とする。
置に行間隔と列間隔とを異にして行列状に生成された複
数の核の各々を中心にして、行方向または列方向につい
て結晶どうしが接するように結晶成長させて、行間また
は列間で周期的に幅の異なる間隙をもって形成された複
数の無機材料結晶膜と、該無機材料結晶膜上及び前記基
体上に形成された超伝導材料からなる薄膜と、を備え、 前記無機材料結晶膜上の前記薄膜は非超伝導性領域を
構成し、前記無機材料結晶膜間の前記薄膜は直列に接続
された複数のジョセフソン接合部を構成してなることを
特徴とする。
ここで、「核」とは次に説明する意味である。
体積面が飛来する原子と異なる種類の材料、特に非晶
質材料である場合、飛来する原子は基板表面を自由に拡
散し、又は再蒸発（脱離）する。そして原子同志の衝突
の末、核が形成され、その自由エネルギＧが最大となる
ような核（臨界核）の大きさrc（＝−２σo/gv）以上に
なると、Ｇは減少し、核は安定に三次元的に成長を続
け、島状となる。rcを越えた大きさの核を「安定核」と
呼び、本発明の説明において、「核」と記した場合は、
この「安定核」を示すものとする。
質材料である場合、飛来する原子は基板表面を自由に拡
散し、又は再蒸発（脱離）する。そして原子同志の衝突
の末、核が形成され、その自由エネルギＧが最大となる
ような核（臨界核）の大きさrc（＝−２σo/gv）以上に
なると、Ｇは減少し、核は安定に三次元的に成長を続
け、島状となる。rcを越えた大きさの核を「安定核」と
呼び、本発明の説明において、「核」と記した場合は、
この「安定核」を示すものとする。
核を形成することによって生ずる自由エネルギＧは、 Ｇ＝４πｆ（θ）（σor2＋1/3・gv・r3） ｆ（θ）＝1/4（２−3cosθ＋cos2θ） ただし、r :核の曲率半径 θ :核の接触角 gv :単位堆積当りの自由エネルギ σo:核と真空間の表面エネルギ と表わされる。Ｇの変化の様子を第７図に示す。同図に
おいて、Ｇが最大値であるときの安定核の曲率半径がrc
である。
おいて、Ｇが最大値であるときの安定核の曲率半径がrc
である。
本発明において、基体上の所望の位置に核を生成する
方法としては、Si,サファイア等の基体上にエッチング
ライン等の凹部を形成し、この凹部に核を生成させる方
法があり、例えばダイヤモンドをエピタキシャル成長さ
せる場合には、Si基板上にエッチングラインを縦横に形
成して凹部を形成すると、この凹部に選択的にダイヤモ
ンドの核を生起させることができる（Appl.Phys.Lett.5
3（19）7 November1988）。
方法としては、Si,サファイア等の基体上にエッチング
ライン等の凹部を形成し、この凹部に核を生成させる方
法があり、例えばダイヤモンドをエピタキシャル成長さ
せる場合には、Si基板上にエッチングラインを縦横に形
成して凹部を形成すると、この凹部に選択的にダイヤモ
ンドの核を生起させることができる（Appl.Phys.Lett.5
3（19）7 November1988）。
また、MgO,SiO2等の基体面に核形成密度の小さい非核
形成面と、非晶質材料で構成され結晶成長して単結晶と
なる核が唯一形成し得るに充分小さい面積を有し、前記
非核形成面の核形成密度より大きい核形成密度を有する
核形成面とを隣接した基体に結晶成長処理を施し、該核
形成面に結晶を生成させる方法があり、例えば、Siを成
長させる場合には、非核形成面となるSiO2基体上に予め
結晶成長して単結晶となる核が唯一形成し得るに充分小
さい非晶質材料からなる核形成面を形成すると、この非
晶質窒化シリコン膜にSiの核を生起させることができる
（特開昭63−107016号公報）。なお、非核形成面の構成
材料の種類、形状等は、基体上に選択的に成長させる無
機物の種類及び成長法により適宜設定すればよい。
形成面と、非晶質材料で構成され結晶成長して単結晶と
なる核が唯一形成し得るに充分小さい面積を有し、前記
非核形成面の核形成密度より大きい核形成密度を有する
核形成面とを隣接した基体に結晶成長処理を施し、該核
形成面に結晶を生成させる方法があり、例えば、Siを成
長させる場合には、非核形成面となるSiO2基体上に予め
結晶成長して単結晶となる核が唯一形成し得るに充分小
さい非晶質材料からなる核形成面を形成すると、この非
晶質窒化シリコン膜にSiの核を生起させることができる
（特開昭63−107016号公報）。なお、非核形成面の構成
材料の種類、形状等は、基体上に選択的に成長させる無
機物の種類及び成長法により適宜設定すればよい。
なお、無機材料結晶は上述した方法を用いて形成され
るが、結晶成長は核を中心として成長した結晶同志が接
するまで行われる。結晶同志は直径の1/5〜1/2程度まで
接することが望ましい。
るが、結晶成長は核を中心として成長した結晶同志が接
するまで行われる。結晶同志は直径の1/5〜1/2程度まで
接することが望ましい。
なお、選択的に結晶を形成させる方法は、上述したも
のに限定されるものではなく、例えば選択デポジション
法、SEG（Selective Epitaxial Growth）法等を用いる
ことができる。
のに限定されるものではなく、例えば選択デポジション
法、SEG（Selective Epitaxial Growth）法等を用いる
ことができる。
本発明に用いる無機材料は、その上に超伝導材料を堆
積した場合、該堆積膜は超伝導性を示さなくなるような
無機材料であり、例えば、ダイヤモンドSi,W,Ga,As,InP
等である。
積した場合、該堆積膜は超伝導性を示さなくなるような
無機材料であり、例えば、ダイヤモンドSi,W,Ga,As,InP
等である。
本発明に用いる基体材料としては、その上に超伝導材
料を堆積した場合、該堆積膜が超伝導性を示すような基
体材料であり、例えば、MgO,サファイア、SrTiO3,YSZ,L
aGaO等である。なお、後述する実施例においては基体材
料の面方位を規定しているが（実施例１ではサファイア
（100）面、実施例２ではMgO（100）面を用いてい
る）、かかる面方位以外のものも用いることができる。
料を堆積した場合、該堆積膜が超伝導性を示すような基
体材料であり、例えば、MgO,サファイア、SrTiO3,YSZ,L
aGaO等である。なお、後述する実施例においては基体材
料の面方位を規定しているが（実施例１ではサファイア
（100）面、実施例２ではMgO（100）面を用いてい
る）、かかる面方位以外のものも用いることができる。
また成膜する超伝導膜は、粒界ジョセフソン接合を形
成しうる超伝導物質の薄膜であればいずれも用いること
ができるが、その化合物組成をＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄと表わす
とき、ＡがLa,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Sc,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,T
m,Yb,Lu,Bi,TlおよびＹよりなる群より選ばれた一種以
上の元素;BがBa,Ca,SrおよびPbよりなる群から選ばれた
一種以上の元素;CがV,Ti,Cr,Mn,Fe,Ni,Co,Ag,CdおよびC
uよりなる群から選ばれた一種以上の元素;DがＳおよび
Ｏよりなる群から選ばれた一種以上の元素である超伝導
体が好ましく、これを用いた超伝導膜は選択的結晶成長
された無機材料上で良好に形成される。
成しうる超伝導物質の薄膜であればいずれも用いること
ができるが、その化合物組成をＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄと表わす
とき、ＡがLa,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Sc,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,T
m,Yb,Lu,Bi,TlおよびＹよりなる群より選ばれた一種以
上の元素;BがBa,Ca,SrおよびPbよりなる群から選ばれた
一種以上の元素;CがV,Ti,Cr,Mn,Fe,Ni,Co,Ag,CdおよびC
uよりなる群から選ばれた一種以上の元素;DがＳおよび
Ｏよりなる群から選ばれた一種以上の元素である超伝導
体が好ましく、これを用いた超伝導膜は選択的結晶成長
された無機材料上で良好に形成される。
基体上への超伝導膜の成膜方法としては、通常のスパ
ッタ法，電子ビーム加熱法，抵抗加熱法,MEB法,CVD法，
イオンビーム法などが適用できる。又該超伝導膜の厚さ
は適宜所望により設定すればよい。
ッタ法，電子ビーム加熱法，抵抗加熱法,MEB法,CVD法，
イオンビーム法などが適用できる。又該超伝導膜の厚さ
は適宜所望により設定すればよい。
この様にして作成された超伝導膜は、必要に応じて熱
処理されるが、単結晶基板は超伝導膜との熱膨張係数の
近いものを選ぶことでさらにその耐久性を向上させるこ
ともできる。
処理されるが、単結晶基板は超伝導膜との熱膨張係数の
近いものを選ぶことでさらにその耐久性を向上させるこ
ともできる。
［作用］ 本発明は、基体上の所望の位置に核を生成させ、この
核を中心として、その上に超伝導材料を堆積した場合に
その堆積膜が超伝導性を示さなくなるような無機材料の
結晶を成長させ、この無機材料の結晶を有する前記基体
上に超伝導材料を堆積することで、無機材料の結晶の形
成されない基体上のみに超伝導性を示す超伝導膜を形成
するものである。
核を中心として、その上に超伝導材料を堆積した場合に
その堆積膜が超伝導性を示さなくなるような無機材料の
結晶を成長させ、この無機材料の結晶を有する前記基体
上に超伝導材料を堆積することで、無機材料の結晶の形
成されない基体上のみに超伝導性を示す超伝導膜を形成
するものである。
基体上に結晶化された無機材料のパターンは超伝導膜
のパターンのネガパターンとなり、無機材料のパターン
が所望の位置に生起させた核を中心として無機材料の結
晶を成長させることで任意の位置に形成可能なため、超
伝導膜のパターンも任意の位置に形成可能となる。従っ
て、たて，横の巾を変えてマス目状に凹部を形成する方
法，たて，横の巾を変えて核形成面を配列させて形成す
る方法等により選択的に核を生起させ、この核を中心と
して結晶を成長させることで、無機材料のネガパターン
を形成し、次に超伝導薄膜を形成することで、簡単にジ
ョセフソン接合アレイを形成することができる。このよ
うに、ジョセフソン接合アレイにすることによってノー
マル抵抗RN、および超伝導臨界電流値ICが大きくなり、
素子に印加できる電圧Ｖ＝ICRNを上げることができ、電
磁波の応答周波数 を上げることが可能となる。
のパターンのネガパターンとなり、無機材料のパターン
が所望の位置に生起させた核を中心として無機材料の結
晶を成長させることで任意の位置に形成可能なため、超
伝導膜のパターンも任意の位置に形成可能となる。従っ
て、たて，横の巾を変えてマス目状に凹部を形成する方
法，たて，横の巾を変えて核形成面を配列させて形成す
る方法等により選択的に核を生起させ、この核を中心と
して結晶を成長させることで、無機材料のネガパターン
を形成し、次に超伝導薄膜を形成することで、簡単にジ
ョセフソン接合アレイを形成することができる。このよ
うに、ジョセフソン接合アレイにすることによってノー
マル抵抗RN、および超伝導臨界電流値ICが大きくなり、
素子に印加できる電圧Ｖ＝ICRNを上げることができ、電
磁波の応答周波数 を上げることが可能となる。
また、前述した基体状の凹部及び核形成面は、EB露光
パターニング等により１μｍ以下のパターニングが可能
であるので各ジョセフソン接合間距離を極めて小さくす
ることができ接合数を大きくすることが可能で、電磁波
検出器として高感度発振器として高出力のものを得るこ
とが可能である。
パターニング等により１μｍ以下のパターニングが可能
であるので各ジョセフソン接合間距離を極めて小さくす
ることができ接合数を大きくすることが可能で、電磁波
検出器として高感度発振器として高出力のものを得るこ
とが可能である。
［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を用いて、より具
体的に説明する。なお、以下に説明する実施例はジョセ
フソン接合をアレイ状に形成したものである。
体的に説明する。なお、以下に説明する実施例はジョセ
フソン接合をアレイ状に形成したものである。
（実施例１） 第１図（Ａ）〜（Ｃ），第２図に示す各工程によって
ジョセフソン接合素子を形成した。ここで、第１図
（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例１の製造工程を説明す
るための工程図であり、第２図はジョセフソン接合素子
の縦断面図である。
ジョセフソン接合素子を形成した。ここで、第１図
（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例１の製造工程を説明す
るための工程図であり、第２図はジョセフソン接合素子
の縦断面図である。
まず第１図（Ａ）に示すように、サファイア（100）
基体１上にエッチング等によって、たて13μｍピッチ、
横10μｍピッチでエッチングライン２をひいた。次に、
第１図（Ｂ）に示すように、基体１上にダイヤモンドを
エピタキシャル成長させラインの交点上に半球上のダイ
ヤモンド３を形成する。
基体１上にエッチング等によって、たて13μｍピッチ、
横10μｍピッチでエッチングライン２をひいた。次に、
第１図（Ｂ）に示すように、基体１上にダイヤモンドを
エピタキシャル成長させラインの交点上に半球上のダイ
ヤモンド３を形成する。
次に第１図（１）に示すように、この基体１上にＹ−
Ba−Cu−ＯをICB法（クラスターイオンビーム法）で成
膜した。この時の成膜条件は、基板温度400℃，酸素分
圧３×10-4Torrで行い、蒸着材料としてY,BaO,Cuをそれ
ぞれ独立のクラスターイオンガンにより、基板上の組成
が、Y:Ba:Cu＝1:2:3になるように堆積速度を調節した。
なお、Ｙ用のクラスターイオンガンの加速電圧は1kv,イ
オン化電流は50mAとし、BaO用のクラスターイオンガン
の加速電圧は、0.5kV,イオン化電流は30mAとし、Cu用の
加速電圧は4kV,イオン化電流は200mAとした。なお堆積
速度は200Å/minで、膜厚は5000Åだった。さらにこの
基板を酸素雰囲気中で940℃,1時間の熱処理を行い超伝
導膜たるＹ−Ba−Cu−Ｏ膜を作成した。
Ba−Cu−ＯをICB法（クラスターイオンビーム法）で成
膜した。この時の成膜条件は、基板温度400℃，酸素分
圧３×10-4Torrで行い、蒸着材料としてY,BaO,Cuをそれ
ぞれ独立のクラスターイオンガンにより、基板上の組成
が、Y:Ba:Cu＝1:2:3になるように堆積速度を調節した。
なお、Ｙ用のクラスターイオンガンの加速電圧は1kv,イ
オン化電流は50mAとし、BaO用のクラスターイオンガン
の加速電圧は、0.5kV,イオン化電流は30mAとし、Cu用の
加速電圧は4kV,イオン化電流は200mAとした。なお堆積
速度は200Å/minで、膜厚は5000Åだった。さらにこの
基板を酸素雰囲気中で940℃,1時間の熱処理を行い超伝
導膜たるＹ−Ba−Cu−Ｏ膜を作成した。
このようにして作成したＹ−Ba−Cu−Ｏ膜にAu電極を
つけて液体Heを用いて抵抗を測定したところサファイア
上のＹ−Ba−Cu−Ｏ膜4aは、70kで抵抗Ｏとなり超伝導
性を示したが、ダイヤモンド３上のＹ−Ba−Cu−Ｏ膜4b
は4kでも抵抗０にならず、超伝導性を示さなかった。す
なわち本発明の方法により、粒界ジョセフソン接合が得
られたことになる。
つけて液体Heを用いて抵抗を測定したところサファイア
上のＹ−Ba−Cu−Ｏ膜4aは、70kで抵抗Ｏとなり超伝導
性を示したが、ダイヤモンド３上のＹ−Ba−Cu−Ｏ膜4b
は4kでも抵抗０にならず、超伝導性を示さなかった。す
なわち本発明の方法により、粒界ジョセフソン接合が得
られたことになる。
なお、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ膜4aで、ダイヤモンドが近づく
ことで巾がせまくなっている部分、例えば第１図（Ｃ）
中、12（破線で図示）がジョセフソン接合部である。
ことで巾がせまくなっている部分、例えば第１図（Ｃ）
中、12（破線で図示）がジョセフソン接合部である。
（実施例２） 第３図（Ａ）〜（Ｃ），第４図に示す各工程によって
ジョセフソン接合素子を形成した。
ジョセフソン接合素子を形成した。
ここで、第３図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例２の
製造工程を説明するための工程図であり、第４図はジョ
セフソン接合素子の縦断面図である。
製造工程を説明するための工程図であり、第４図はジョ
セフソン接合素子の縦断面図である。
まず第３図（Ａ）に示すように、MgO（100）基体８上
にマスクを利用したRSスパッタ法で無機材料結晶を形成
するための核形成面となる非晶質のSi3N4膜５を20行20
列作成した。その際、Si3N4膜５の大きさは１μｍφと
し、行間距離Ａを８μｍに固定し、列間距離Ｂを10〜13
μｍと変化させた。
にマスクを利用したRSスパッタ法で無機材料結晶を形成
するための核形成面となる非晶質のSi3N4膜５を20行20
列作成した。その際、Si3N4膜５の大きさは１μｍφと
し、行間距離Ａを８μｍに固定し、列間距離Ｂを10〜13
μｍと変化させた。
この基体上にCVD法でSiをエピタキシャル成長させた
ところ核５を中心にSi6が成長した。たて方向にある程
度（直径の1/5〜1/2程度）接するまで成長させた。この
時の成膜条件は、原料ガスとしてHLCとH2とSiH2Cl2,SiC
l4,SiHCl3,SiF4もしくはSiH4との混合ガスを用いて、基
体温度700〜1100℃，圧力は約100Torrとした。
ところ核５を中心にSi6が成長した。たて方向にある程
度（直径の1/5〜1/2程度）接するまで成長させた。この
時の成膜条件は、原料ガスとしてHLCとH2とSiH2Cl2,SiC
l4,SiHCl3,SiF4もしくはSiH4との混合ガスを用いて、基
体温度700〜1100℃，圧力は約100Torrとした。
この様にして作成した基体上にBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ焼
結体ターゲットを用いてRFスパッタ法で成膜したところ
Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ膜が形成された。この時の成膜条件
は、基体温度100℃以下,Arガス圧力0.50a,スパッタパワ
ー100Wで、堆積速度50Å/min,膜厚は4000Åであった。
さらにこの基体を酸素雰囲気中で850℃１時間の熱処理
を行い、Tc＝70kとなる超伝導薄膜たるBi−Sr−Ca−Cu
−Ｏ膜を作製した。
結体ターゲットを用いてRFスパッタ法で成膜したところ
Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ膜が形成された。この時の成膜条件
は、基体温度100℃以下,Arガス圧力0.50a,スパッタパワ
ー100Wで、堆積速度50Å/min,膜厚は4000Åであった。
さらにこの基体を酸素雰囲気中で850℃１時間の熱処理
を行い、Tc＝70kとなる超伝導薄膜たるBi−Sr−Ca−Cu
−Ｏ膜を作製した。
このようにして作製したBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ膜は実施
例１と同様にMgO基体上のBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ膜7aは超
伝導性を示したが、Si単結晶６上のBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ
膜7bは超伝導性を示さなかった。
例１と同様にMgO基体上のBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ膜7aは超
伝導性を示したが、Si単結晶６上のBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ
膜7bは超伝導性を示さなかった。
表１に得られた粒界ジョセフソン接合における列間距
離Ｂの変化による各特性の変化を示す。本発明の方法に
より得られたジョセフソン接合は特にIcが大きく、ICRN
積が大きいものであった。
離Ｂの変化による各特性の変化を示す。本発明の方法に
より得られたジョセフソン接合は特にIcが大きく、ICRN
積が大きいものであった。
なお、測定はMgO上のBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ膜7aの端
（第３図（Ｃ）の上部と下部）に電極をつけ、４端子法
で測定した。
（第３図（Ｃ）の上部と下部）に電極をつけ、４端子法
で測定した。
なお、第５図に示すような２μｍ×２μｍのウィーク
ジャンクション部１個を持つ粒界ジョセフソン接合で
は、IC＝0.2mA,RN＝0.9ΩでICRN＝0.18mVであった。
ジャンクション部１個を持つ粒界ジョセフソン接合で
は、IC＝0.2mA,RN＝0.9ΩでICRN＝0.18mVであった。
第５図中、13はBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ膜、15は基体、14
（図中、破線で図示）はウィークジャンクション部であ
る。
（図中、破線で図示）はウィークジャンクション部であ
る。
（実施例３） 実施例２と同様の工程でジョセフソン接合素子を形成
した。ただし、S3N4膜５を３行３列とし、行間距離を８
μm,列間距離を11μｍとした。
した。ただし、S3N4膜５を３行３列とし、行間距離を８
μm,列間距離を11μｍとした。
さらに、第６図に示すように、電極９としてCr−Auを
抵抗加熱法で蒸着した。電磁波検出用電圧計10、電源11
を取りつけ、電磁波検出器を作製した。
抵抗加熱法で蒸着した。電磁波検出用電圧計10、電源11
を取りつけ、電磁波検出器を作製した。
本実施例の電磁波検出器は、ジョセフソン接合間距離
を極めて小さくすることができ接合数を大きくすること
が可能で、電磁波検出器として高感度発振器であって、
高出力のものを得ることが可能であった。
を極めて小さくすることができ接合数を大きくすること
が可能で、電磁波検出器として高感度発振器であって、
高出力のものを得ることが可能であった。
［発明の効果］ 以上、説明したように、本発明のジョセフソン接合素
子によれば、無機材料結晶のパターンを制御することで
超伝導膜のパターンを制御することが可能となり、粒界
ジョセフソン素子アレイを製作した場合、ICRN積を大き
くすることができ、電磁波デバイスとしての周波数上限
を高くできる。
子によれば、無機材料結晶のパターンを制御することで
超伝導膜のパターンを制御することが可能となり、粒界
ジョセフソン素子アレイを製作した場合、ICRN積を大き
くすることができ、電磁波デバイスとしての周波数上限
を高くできる。
また、超伝導膜成形後のエッチング工程を必要としな
いため素子の再現性，結晶性，均一性を向上させること
ができ、品質の良い素子にすることができる。
いため素子の再現性，結晶性，均一性を向上させること
ができ、品質の良い素子にすることができる。
第１図（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明のジョセフソン接合素
子の実施例１の製造工程を説明するための工程図であ
る。 第２図は上記実施例１のジョセフソン接合素子の縦断面
図である。 第３図（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明のジョセフソン接合素
子の実施例２の製造工程を説明するための工程図であ
る。 第４図は上記実施例２のジョセフソン接合素子の縦断面
図である。 第５図はウィークジャンクションをもつ粒界ジョセフソ
ン接合素子を示す概略的説明図である。 第６図は本発明のジョセフソン接合素子を用いた電磁波
検出器の概略的説明図である。 第７図は核の自由エネルギーＧと曲率半径γとの関係を
示す特性図である。 1,8:基体、3:エッチングライン、3:ダイヤモンド、4a:
サファイア上のＹ−Ba−Cu−Ｏ薄膜、4b:ダイヤモンド
上のＹ−Ba−Cu−Ｏ薄膜、5:Si3N4膜、6:Si、7a:MgO上
のBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ膜、7b:Si上のBi−Sr−Ca−Cu−
Ｏ膜、9:電極、10:電磁波検出用電圧計、11:電源、12:
ジョセフソン接合部、13:Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ膜、14:ウ
ィークジャンクション部、15:基体。
子の実施例１の製造工程を説明するための工程図であ
る。 第２図は上記実施例１のジョセフソン接合素子の縦断面
図である。 第３図（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明のジョセフソン接合素
子の実施例２の製造工程を説明するための工程図であ
る。 第４図は上記実施例２のジョセフソン接合素子の縦断面
図である。 第５図はウィークジャンクションをもつ粒界ジョセフソ
ン接合素子を示す概略的説明図である。 第６図は本発明のジョセフソン接合素子を用いた電磁波
検出器の概略的説明図である。 第７図は核の自由エネルギーＧと曲率半径γとの関係を
示す特性図である。 1,8:基体、3:エッチングライン、3:ダイヤモンド、4a:
サファイア上のＹ−Ba−Cu−Ｏ薄膜、4b:ダイヤモンド
上のＹ−Ba−Cu−Ｏ薄膜、5:Si3N4膜、6:Si、7a:MgO上
のBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ膜、7b:Si上のBi−Sr−Ca−Cu−
Ｏ膜、9:電極、10:電磁波検出用電圧計、11:電源、12:
ジョセフソン接合部、13:Bi−Sr−Ca−Cu−Ｏ膜、14:ウ
ィークジャンクション部、15:基体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−14977（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−203293（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−44786（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−208981（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】基体上の所望の位置に行間隔と列間隔とを
異にして行列状に生成された複数の核の各々を中心にし
て、行方向または列方向について結晶どうしが接するよ
うに結晶成長させて、行間または列間で周期的に幅の異
なる間隙をもって形成された複数の無機材料結晶膜と、
該無機材料結晶膜上及び前記基体上に形成された超伝導
材料からなる薄膜と、を備え、 前記無機材料結晶膜上の前記薄膜は非超伝導性領域を構
成し、前記無機材料結晶膜間の前記薄膜は直列に接続さ
れた複数のジョセフソン接合部を構成してなるジョセフ
ソン接合素子。 - 【請求項２】基体面上の所望の位置に凹部を形成し、こ
の凹部に前記核を生成させた請求項１記載のジョセフソ
ン接合素子。 - 【請求項３】前記基体が、隣接して配された、核形成密
度の小さい非核形成面と、単一核のみより結晶成長する
に充分小さい面積を有し、前記非核形成面の核形成密度
より大きい核形成密度を有する核形成面とを有し、この
核形成面に前記核を生成させた請求項１記載のジョセフ
ソン接合素子。 - 【請求項４】前記超伝導膜の化合物組成をＡ−Ｂ−Ｃ−
Ｄと表わすとき、ＡがLa,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Sc,Eu,Gd,Tb,
Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Bi,TlおよびＹよりなる群より選ば
れた一種以上の元素;BがBa,Ca,SrおよびPbよりなる群か
ら選ばれた一種以上の元素;CがV,Ti,Cr,Mn,Fe,Ni,Co,A
g,CdおよびCuよりなる群から選ばれた一種以上の元素;D
がＳおよびＯよりなる群から選ばれた一種以上の元素で
ある請求項１記載のジョセフソン接合素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2061105A JP2690588B2 (ja) | 1990-03-14 | 1990-03-14 | ジョセフソン接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2061105A JP2690588B2 (ja) | 1990-03-14 | 1990-03-14 | ジョセフソン接合素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03263883A JPH03263883A (ja) | 1991-11-25 |
| JP2690588B2 true JP2690588B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=13161468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2061105A Expired - Fee Related JP2690588B2 (ja) | 1990-03-14 | 1990-03-14 | ジョセフソン接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2690588B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6414977A (en) * | 1987-07-09 | 1989-01-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Superconducting device and manufacture thereof |
| JP2634183B2 (ja) * | 1988-02-08 | 1997-07-23 | キヤノン株式会社 | ダイヤモンド結晶の形成方法 |
| JPH0244786A (ja) * | 1988-08-05 | 1990-02-14 | Canon Inc | ジョセフソン素子の製造方法 |
-
1990
- 1990-03-14 JP JP2061105A patent/JP2690588B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03263883A (ja) | 1991-11-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |