JP2774713B2 - 超電導素子 - Google Patents
超電導素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導近接効果を利用
した超電導素子に関する。
した超電導素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導体／常伝導体／超電導体接合で
は、これを構成する常伝導体中に両側の超電導体より及
ぼされる超電導近接効果によって、超電導電流を流すこ
とができる。このような接合を有する素子は、いわゆる
ＳＮＳ接合型のジョセフソン素子として動作する。近
年、このような超電導体接合において、超電導体として
Y系酸化物超電導体を用いると共に、常伝導体として Y
系酸化物超電導体の Yを一定の割合でPrに置換した電気
伝導性酸化物を用いることが試みられている。
は、これを構成する常伝導体中に両側の超電導体より及
ぼされる超電導近接効果によって、超電導電流を流すこ
とができる。このような接合を有する素子は、いわゆる
ＳＮＳ接合型のジョセフソン素子として動作する。近
年、このような超電導体接合において、超電導体として
Y系酸化物超電導体を用いると共に、常伝導体として Y
系酸化物超電導体の Yを一定の割合でPrに置換した電気
伝導性酸化物を用いることが試みられている。
【０００３】このような、超電導体として酸化物高温超
電導体のみを用いた超電導素子は、液体窒素温度での動
作が可能であり、実用化に向けて研究が進められてい
る。その中でも、上述した超電導体として Y系酸化物超
電導体を用い、かつ常伝導体として Y系酸化物超電導体
の Yの一部をPrで置換した電気伝導性酸化物を用いた接
合は、格子定数の差がほとんどなく、界面近傍の格子の
乱れが極めて少ないために、このような材料の組合せで
超電導素子を作製する研究が活発になってきている。
電導体のみを用いた超電導素子は、液体窒素温度での動
作が可能であり、実用化に向けて研究が進められてい
る。その中でも、上述した超電導体として Y系酸化物超
電導体を用い、かつ常伝導体として Y系酸化物超電導体
の Yの一部をPrで置換した電気伝導性酸化物を用いた接
合は、格子定数の差がほとんどなく、界面近傍の格子の
乱れが極めて少ないために、このような材料の組合せで
超電導素子を作製する研究が活発になってきている。
【０００４】しかし、上記したような Y系酸化物超電導
体／(Y,Pr)系電気伝導性酸化物／ Y系酸化物超電導体に
よるＳＮＳ接合は、一般に臨界電流Ｉc の値は大きくと
れるものの、常伝導抵抗Ｒn が小さいため、結果的に素
子の出力であるＩc ・Ｒn 積を大きくすることができな
いという問題を有していた。このため、上記した材料の
組合せを超電導素子に応用することは困難であった。
体／(Y,Pr)系電気伝導性酸化物／ Y系酸化物超電導体に
よるＳＮＳ接合は、一般に臨界電流Ｉc の値は大きくと
れるものの、常伝導抵抗Ｒn が小さいため、結果的に素
子の出力であるＩc ・Ｒn 積を大きくすることができな
いという問題を有していた。このため、上記した材料の
組合せを超電導素子に応用することは困難であった。
【０００５】このような問題を改善するためには、臨界
電流Ｉc または常伝導抵抗Ｒn を増やせばよいわけであ
るが、臨界電流密度は超電導現象の特性で最大値が決っ
ており、大幅に増やすことは不可能であることから、Ｉ
c ・Ｒn 積を大きくするためには、常伝導抵抗Ｒn を大
きくする必要がある。例えば、常伝導体として金属等を
用いる場合には、常伝導体中に不純物を入れる等して、
電子の不純物散乱を増やし、これによって常伝導抵抗Ｒ
n を増やす方法が試みられてきた。
電流Ｉc または常伝導抵抗Ｒn を増やせばよいわけであ
るが、臨界電流密度は超電導現象の特性で最大値が決っ
ており、大幅に増やすことは不可能であることから、Ｉ
c ・Ｒn 積を大きくするためには、常伝導抵抗Ｒn を大
きくする必要がある。例えば、常伝導体として金属等を
用いる場合には、常伝導体中に不純物を入れる等して、
電子の不純物散乱を増やし、これによって常伝導抵抗Ｒ
n を増やす方法が試みられてきた。
【０００６】しかしながら、上記したような方法は、上
述した(Y,Pr)系の電気伝導性酸化物の場合にはその結晶
性により不純物を入れることが困難であり、適用するこ
とができない。また、Prによる置換率を一様に上げて、
常伝導抵抗Ｒn を高めることも考えられているが、この
方法では接合の臨界電流Ｉc が大きく減少してしまうた
め、常伝導抵抗Ｒn は増えるものの、接合のＩc ・Ｒn
積はかえって減少してしまう。
述した(Y,Pr)系の電気伝導性酸化物の場合にはその結晶
性により不純物を入れることが困難であり、適用するこ
とができない。また、Prによる置換率を一様に上げて、
常伝導抵抗Ｒn を高めることも考えられているが、この
方法では接合の臨界電流Ｉc が大きく減少してしまうた
め、常伝導抵抗Ｒn は増えるものの、接合のＩc ・Ｒn
積はかえって減少してしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、 Y系
酸化物超電導体とその Yの一部をPrで置換した電気伝導
性酸化物とを用いた、従来の超電導体／常伝導体／超電
導体接合は、その常伝導抵抗Ｒn が小さいという欠点を
有しており、また常伝導体として金属等を用いた場合に
使用されてきた常伝導抵抗Ｒn を高める方法も適用でき
ないという問題があった。そこで、常伝導体層として
(Y,Pr)系電気伝導性酸化物を用いる場合に、臨界電流Ｉ
c を大きく減少させることなく、常伝導抵抗Ｒnを大き
くし、接合のＩc ・Ｒn 積を増大させることを可能にす
ることが強く望まれていた。
酸化物超電導体とその Yの一部をPrで置換した電気伝導
性酸化物とを用いた、従来の超電導体／常伝導体／超電
導体接合は、その常伝導抵抗Ｒn が小さいという欠点を
有しており、また常伝導体として金属等を用いた場合に
使用されてきた常伝導抵抗Ｒn を高める方法も適用でき
ないという問題があった。そこで、常伝導体層として
(Y,Pr)系電気伝導性酸化物を用いる場合に、臨界電流Ｉ
c を大きく減少させることなく、常伝導抵抗Ｒnを大き
くし、接合のＩc ・Ｒn 積を増大させることを可能にす
ることが強く望まれていた。
【０００８】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、超電導体としてY系酸化物超電導体
を用い、かつ常伝導体層として Y系酸化物超電導体の Y
の一部をPrに置換した(Y,Pr)系電気伝導性酸化物を用い
る場合に、臨界電流Ｉc の減少を抑制した上で常伝導抵
抗Ｒn を増加させ、接合のＩc ・Ｒn 積を増大させた超
電導素子を提供することを目的としている。
になされたもので、超電導体としてY系酸化物超電導体
を用い、かつ常伝導体層として Y系酸化物超電導体の Y
の一部をPrに置換した(Y,Pr)系電気伝導性酸化物を用い
る場合に、臨界電流Ｉc の減少を抑制した上で常伝導抵
抗Ｒn を増加させ、接合のＩc ・Ｒn 積を増大させた超
電導素子を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明の超電導
素子は、 Y系酸化物超電導体と、前記 Y系酸化物超電導
体の Yの少なくとも一部をPrで置換した常伝導体とを用
いて、超電導体／常伝導体／超電導体接合を構成した超
電導素子において、前記常伝導体層内の前記Prによる置
換割合が、前記超電導体層と常伝導体層との界面近傍か
ら該常伝導体層の内部に向けて減少していることを特徴
としている。
素子は、 Y系酸化物超電導体と、前記 Y系酸化物超電導
体の Yの少なくとも一部をPrで置換した常伝導体とを用
いて、超電導体／常伝導体／超電導体接合を構成した超
電導素子において、前記常伝導体層内の前記Prによる置
換割合が、前記超電導体層と常伝導体層との界面近傍か
ら該常伝導体層の内部に向けて減少していることを特徴
としている。
【００１０】本発明に用いられる Y系酸化物超電導体
は、 Y-Ba-Cu-Oを基本構成元素とし、ペロブスカイト構
造を有する酸化物超電導体であり、実質的に下記の (1)
式で組成が表されるものである。
は、 Y-Ba-Cu-Oを基本構成元素とし、ペロブスカイト構
造を有する酸化物超電導体であり、実質的に下記の (1)
式で組成が表されるものである。
【００１１】 式： YBa2 Cu3 O 7-δ ………(1) （式中、δは酸素欠損を表し、通常 1以下の数）ただ
し、各元素の比率は、製造条件等により数モル％程度の
割合で変動可能であり、また超電導特性を劣化させない
範囲で、 Yの一部は他の希土類元素と、またBaの一部は
他のアルカリ土類元素と置換可能である。
し、各元素の比率は、製造条件等により数モル％程度の
割合で変動可能であり、また超電導特性を劣化させない
範囲で、 Yの一部は他の希土類元素と、またBaの一部は
他のアルカリ土類元素と置換可能である。
【００１２】また、本発明に用いられる常伝導体は、上
記した Y系酸化物超電導体の Yの少なくとも一部をPrで
置換した電気伝導性酸化物であり、実質的に下記の (2)
式で組成が表されるものである。
記した Y系酸化物超電導体の Yの少なくとも一部をPrで
置換した電気伝導性酸化物であり、実質的に下記の (2)
式で組成が表されるものである。
【００１３】 式：(Y1-x Prx ）Ba2 Cu3 O 7-δ ………(2) （式中、 xは 0.4≦ x≦ 1を満足する数を示す）そし
て、本発明の超電導素子における常伝導体層は、上記
(2)式で実質的に表される(Y,Pr)系電気伝導性酸化物中
のPrによる置換割合を、超電導体層／常伝導体層の界面
近傍から常伝導体層の内部に向けて減少させたものであ
る。このPrの置換率は、一様な勾配をもたせてもよい
し、また段階的に置換率を変化させてもよい。また、Pr
による置換率の勾配は、接合の臨界電流Ｉc と常伝導抵
抗Ｒn とを考慮して適宜設定するものであるが、例えば
超電導体層／常伝導体層の界面近傍におけるPrによる置
換割合を最大に設定する部分は、上記 (2)式における x
の値を 0.8〜 1程度とし、常伝導体層内部は xの値を
0.4〜 0.8程度とすることが好ましい。
て、本発明の超電導素子における常伝導体層は、上記
(2)式で実質的に表される(Y,Pr)系電気伝導性酸化物中
のPrによる置換割合を、超電導体層／常伝導体層の界面
近傍から常伝導体層の内部に向けて減少させたものであ
る。このPrの置換率は、一様な勾配をもたせてもよい
し、また段階的に置換率を変化させてもよい。また、Pr
による置換率の勾配は、接合の臨界電流Ｉc と常伝導抵
抗Ｒn とを考慮して適宜設定するものであるが、例えば
超電導体層／常伝導体層の界面近傍におけるPrによる置
換割合を最大に設定する部分は、上記 (2)式における x
の値を 0.8〜 1程度とし、常伝導体層内部は xの値を
0.4〜 0.8程度とすることが好ましい。
【００１４】
【作用】一般に、超電導体／常伝導体の界面抵抗が増え
ると、超電導体／常伝導体／超電導体接合の臨界電流Ｉ
c が減少するため、従来は超電導体／常伝導体の接合部
では臨界電流を減らさないよう、界面抵抗の小さい界面
を作ることが試みられてきた。しかし、図６に見られる
ように、界面抵抗の大きさが適当な範囲内にあれば、界
面抵抗が小さい場合よりも、かえってＩc ・Ｒn 積を大
きくすることができる。具体的な値は、超電導体および
常伝導体の状態密度、フェルミ速度の値、常伝導体層の
厚さによって異なるが、その傾向は同じである。
ると、超電導体／常伝導体／超電導体接合の臨界電流Ｉ
c が減少するため、従来は超電導体／常伝導体の接合部
では臨界電流を減らさないよう、界面抵抗の小さい界面
を作ることが試みられてきた。しかし、図６に見られる
ように、界面抵抗の大きさが適当な範囲内にあれば、界
面抵抗が小さい場合よりも、かえってＩc ・Ｒn 積を大
きくすることができる。具体的な値は、超電導体および
常伝導体の状態密度、フェルミ速度の値、常伝導体層の
厚さによって異なるが、その傾向は同じである。
【００１５】この現象は、次のように理解できる。ＳＮ
Ｓ接合の臨界電流Ｉc は界面抵抗の小さいうちは、ほぼ
Ｎ層の性質で決まるため、界面抵抗を増やしても臨界電
流はあまり減らない。その結果、界面抵抗を増やすこと
により、Ｉc ・Ｒn 積を増加させることができる。しか
し、ある値を超えて界面抵抗を大きくしすぎると、臨界
電流Ｉc が接合面によって大きく抑制されるようにな
り、界面抵抗を増やしても臨界電流の減少分が優って、
結局Ｉc ・Ｒn 積は減ってしまうようになる。
Ｓ接合の臨界電流Ｉc は界面抵抗の小さいうちは、ほぼ
Ｎ層の性質で決まるため、界面抵抗を増やしても臨界電
流はあまり減らない。その結果、界面抵抗を増やすこと
により、Ｉc ・Ｒn 積を増加させることができる。しか
し、ある値を超えて界面抵抗を大きくしすぎると、臨界
電流Ｉc が接合面によって大きく抑制されるようにな
り、界面抵抗を増やしても臨界電流の減少分が優って、
結局Ｉc ・Ｒn 積は減ってしまうようになる。
【００１６】これらのことから、超電導体／常伝導体の
界面近傍に、適当な大きさの界面抵抗が生じる部分を介
在させれば、接合のＩc ・Ｒn 積を増大させることがで
きることが分かる。一方、量子力学で知られているよう
に、電子はポテンシャルやフェルミ速度等の物理状態が
急激に変化する界面があると、古典力学では反射されな
いような界面においても反射され、界面抵抗を増大させ
る。このように、界面抵抗を増大させるためには、系の
物理的性質を急激に変化させればよい。このためには、
(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電気伝導性酸化物の電気伝導度がPrの
置換率の変化と共に 2桁以上も変化することを利用し
て、Prの置換率が高い部分を介在させればよい。しか
し、Prの置換率を一定の割合で高くした常伝導体層を用
いた場合に、臨界電流の著しい減少があることからも明
らかなとおり、望む常伝導抵抗Ｒn を得ると共に、臨界
電流Ｉc の減少を抑制するには、その後、Prの置換率を
減少させることが必要となる。これらのことから、本発
明のように、常伝導体層として(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電気伝
導性酸化物を用いると共に、常伝導体層内のPrによる置
換割合を超電導体層／常伝導体層の界面近傍から常伝導
体層の内部に向けて減少させることによって、臨界電流
Ｉc の減少を抑制した上で、常伝導抵抗Ｒn を増大させ
ることができることが明らかであろう。そして、これに
より接合のＩc・Ｒn 積を増大させることが可能とな
る。
界面近傍に、適当な大きさの界面抵抗が生じる部分を介
在させれば、接合のＩc ・Ｒn 積を増大させることがで
きることが分かる。一方、量子力学で知られているよう
に、電子はポテンシャルやフェルミ速度等の物理状態が
急激に変化する界面があると、古典力学では反射されな
いような界面においても反射され、界面抵抗を増大させ
る。このように、界面抵抗を増大させるためには、系の
物理的性質を急激に変化させればよい。このためには、
(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電気伝導性酸化物の電気伝導度がPrの
置換率の変化と共に 2桁以上も変化することを利用し
て、Prの置換率が高い部分を介在させればよい。しか
し、Prの置換率を一定の割合で高くした常伝導体層を用
いた場合に、臨界電流の著しい減少があることからも明
らかなとおり、望む常伝導抵抗Ｒn を得ると共に、臨界
電流Ｉc の減少を抑制するには、その後、Prの置換率を
減少させることが必要となる。これらのことから、本発
明のように、常伝導体層として(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電気伝
導性酸化物を用いると共に、常伝導体層内のPrによる置
換割合を超電導体層／常伝導体層の界面近傍から常伝導
体層の内部に向けて減少させることによって、臨界電流
Ｉc の減少を抑制した上で、常伝導抵抗Ｒn を増大させ
ることができることが明らかであろう。そして、これに
より接合のＩc・Ｒn 積を増大させることが可能とな
る。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１８】実施例１ 図１は、本発明の一実施例の積層型超電導素子の要部を
示す断面図である。下部超電導体層としては、 SrTiO3
基板１上に多元スパッタ法により成膜したY-Ba-Cu-O系
酸化物超電導体膜２を用いた。その上に常伝導体層とし
て、Prによる置換率を変化させると共に、超電導体／常
伝導体の界面近傍でPrの割合が最も高くなるように設定
した、(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電気伝導性酸化物膜３を30nm程
度の厚さで形成した。このように、Prによる置換率を連
続的に変えるためには、例えば多元スパッタ法により、
YとPrのスパッタパワーを連続的に変えて(Y,Pr)-Ba-Cu
-O膜を成膜すればよい。さらに上記常伝導体層３上に、
上部超電導体層としてY-Ba-Cu-O系酸化物超電導体膜４
を多元スパッタ法により成膜した。この後、成膜装置よ
り取り出し、フォトレジスト（図示せず）をマスクと
し、イオンミリング等の方法を用いて、上部 Y-Ba-Cu-O
系酸化物超電導体膜４、(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電気伝導性酸
化物膜３を順次エッチングし、下部 Y-Ba-Cu-O系酸化物
超電導体膜２に対する電極を形成した。このようにして
作製したＳＮＳ接合の大きさは、この実施例では10μm
×10μm とした。
示す断面図である。下部超電導体層としては、 SrTiO3
基板１上に多元スパッタ法により成膜したY-Ba-Cu-O系
酸化物超電導体膜２を用いた。その上に常伝導体層とし
て、Prによる置換率を変化させると共に、超電導体／常
伝導体の界面近傍でPrの割合が最も高くなるように設定
した、(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電気伝導性酸化物膜３を30nm程
度の厚さで形成した。このように、Prによる置換率を連
続的に変えるためには、例えば多元スパッタ法により、
YとPrのスパッタパワーを連続的に変えて(Y,Pr)-Ba-Cu
-O膜を成膜すればよい。さらに上記常伝導体層３上に、
上部超電導体層としてY-Ba-Cu-O系酸化物超電導体膜４
を多元スパッタ法により成膜した。この後、成膜装置よ
り取り出し、フォトレジスト（図示せず）をマスクと
し、イオンミリング等の方法を用いて、上部 Y-Ba-Cu-O
系酸化物超電導体膜４、(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電気伝導性酸
化物膜３を順次エッチングし、下部 Y-Ba-Cu-O系酸化物
超電導体膜２に対する電極を形成した。このようにして
作製したＳＮＳ接合の大きさは、この実施例では10μm
×10μm とした。
【００１９】このようにした得た積層構造体の深さ方向
への元素分析をイオンマイクロアナライザにより行っ
た。その結果を図２に示す。図２から分かるように、Pr
の割合は、下部超電導体層２／常伝導体層３および常伝
導体層３／上部超電導体層４の界面近傍から常伝導体層
３の内部に向けて減少している。
への元素分析をイオンマイクロアナライザにより行っ
た。その結果を図２に示す。図２から分かるように、Pr
の割合は、下部超電導体層２／常伝導体層３および常伝
導体層３／上部超電導体層４の界面近傍から常伝導体層
３の内部に向けて減少している。
【００２０】また、上記によって得た下部 Y-Ba-Cu-O系
酸化物超電導体層２／(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電気伝導性酸化
物層３／上部 Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体層４構造のＳ
ＮＳ接合を有する超電導素子の、液体窒素温度(77K) に
おけるＩ−Ｖ特性を測定した。その結果を図３に示す。
図３から明らかなように、明瞭なジョセフソン特性が得
らた。また、上記接合の臨界電流Ｉc の値は 1.8mAで、
常伝導抵抗Ｒn の値は60mΩであり、接合のＩc ・Ｒn
積として 0.108mVを得た。
酸化物超電導体層２／(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電気伝導性酸化
物層３／上部 Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体層４構造のＳ
ＮＳ接合を有する超電導素子の、液体窒素温度(77K) に
おけるＩ−Ｖ特性を測定した。その結果を図３に示す。
図３から明らかなように、明瞭なジョセフソン特性が得
らた。また、上記接合の臨界電流Ｉc の値は 1.8mAで、
常伝導抵抗Ｒn の値は60mΩであり、接合のＩc ・Ｒn
積として 0.108mVを得た。
【００２１】また、本発明との比較のために、常伝導体
層として Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体の Yの 80%をPrで
置換したものを用いる以外は、上記実施例と同一条件
で、超電導体／常伝導体／超電導体接合を作製したとこ
ろ、臨界電流Ｉc の値は 1.9mAで、常伝導抵抗Ｒn の大
きさは5mΩであり、接合のＩc ・Ｒn 積は0.0095mVであ
った。
層として Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体の Yの 80%をPrで
置換したものを用いる以外は、上記実施例と同一条件
で、超電導体／常伝導体／超電導体接合を作製したとこ
ろ、臨界電流Ｉc の値は 1.9mAで、常伝導抵抗Ｒn の大
きさは5mΩであり、接合のＩc ・Ｒn 積は0.0095mVであ
った。
【００２２】このように、上記実施例による超電導素子
は、常伝導体層としての(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電気伝導性酸
化物膜中のPrによる置換率を連続的に変化させたことに
よって、接合のＩc ・Ｒn積を著しく増大させることが
できた。
は、常伝導体層としての(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電気伝導性酸
化物膜中のPrによる置換率を連続的に変化させたことに
よって、接合のＩc ・Ｒn積を著しく増大させることが
できた。
【００２３】実施例２ 図４は、本発明の他の実施例の超電導素子の要部を示す
断面図である。この実施例では、まず適当な段差を有す
る SrTiO3 基板５上に、多元スパッタ法等により、互い
に電気的に絶縁された Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体膜
６、７を成膜した。これら Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体
膜６、７が下部超電導体および上部超電導体層となる。
これらの上に、上記段差を越えて連続させ、かつその上
方にいくほどPrの割合が減少させた(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電
気伝導性酸化物膜８を、50nmの厚さで常伝導体層として
形成した。
断面図である。この実施例では、まず適当な段差を有す
る SrTiO3 基板５上に、多元スパッタ法等により、互い
に電気的に絶縁された Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体膜
６、７を成膜した。これら Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体
膜６、７が下部超電導体および上部超電導体層となる。
これらの上に、上記段差を越えて連続させ、かつその上
方にいくほどPrの割合が減少させた(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電
気伝導性酸化物膜８を、50nmの厚さで常伝導体層として
形成した。
【００２４】この後、成膜装置より取り出してフォトレ
ジストをマスクとし、イオンミリング等の方法を用い
て、段差を挟んで10μm 幅を残してエッチングした。さ
らに、Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体膜６、７にそれぞれ
電極を取る目的で、(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電気伝導性酸化物
膜８を幅10μm だけ残してエッチングした。
ジストをマスクとし、イオンミリング等の方法を用い
て、段差を挟んで10μm 幅を残してエッチングした。さ
らに、Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体膜６、７にそれぞれ
電極を取る目的で、(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電気伝導性酸化物
膜８を幅10μm だけ残してエッチングした。
【００２５】このようにした得た接合の常伝導体層から
超電導体層方向への元素分析結果を図５に示す。Prの置
換率は、常伝導体層と超電導体層との界面近傍から常伝
導体層内部に向けて減少していることが分かる。この接
合も液体窒素温度(77K）において、良好なジョセフソン
素子として動作した。また、上記接合の臨界電流Ｉc の
値は0.53×10-4A で、常伝導抵抗Ｒn の値は 1.9Ωであ
り、接合のＩc ・Ｒn 積は 100.7μV であった。
超電導体層方向への元素分析結果を図５に示す。Prの置
換率は、常伝導体層と超電導体層との界面近傍から常伝
導体層内部に向けて減少していることが分かる。この接
合も液体窒素温度(77K）において、良好なジョセフソン
素子として動作した。また、上記接合の臨界電流Ｉc の
値は0.53×10-4A で、常伝導抵抗Ｒn の値は 1.9Ωであ
り、接合のＩc ・Ｒn 積は 100.7μV であった。
【００２６】また、本発明との比較のために、常伝導体
層として Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体の Yの 80%をPrで
置換したものを用いる以外は、上記実施例と同一条件
で、超電導体／常伝導体／超電導体接合を作製したとこ
ろ、臨界電流Ｉc の値は0.67×10-4A で、常伝導抵抗Ｒ
n の大きさは 0.2Ωであり、接合のＩc ・Ｒn 積は13.4
μV であった。
層として Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体の Yの 80%をPrで
置換したものを用いる以外は、上記実施例と同一条件
で、超電導体／常伝導体／超電導体接合を作製したとこ
ろ、臨界電流Ｉc の値は0.67×10-4A で、常伝導抵抗Ｒ
n の大きさは 0.2Ωであり、接合のＩc ・Ｒn 積は13.4
μV であった。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超電導素
子によれば、超電導体／常伝導体の界面近傍部にPrの割
合が高い部分が存在すると共に、Prの割合を常伝導体層
内部で減少させているため、臨界電流を大きく減らすこ
となく、界面抵抗により常伝導抵抗を増大させることが
できる。よって、再現性よくＩc ・Ｒn 積を増やすこと
が可能となる。
子によれば、超電導体／常伝導体の界面近傍部にPrの割
合が高い部分が存在すると共に、Prの割合を常伝導体層
内部で減少させているため、臨界電流を大きく減らすこ
となく、界面抵抗により常伝導抵抗を増大させることが
できる。よって、再現性よくＩc ・Ｒn 積を増やすこと
が可能となる。
【図１】本発明の一実施例による超電導素子の要部を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】図１に示す超電導素子のイオンマイクロアナラ
イザによる深さ方向の元素分析結果を示す図である。
イザによる深さ方向の元素分析結果を示す図である。
【図３】図１に示す超電導素子の液体窒素温度における
Ｉ−Ｖ特性を示す図である。
Ｉ−Ｖ特性を示す図である。
【図４】本発明の他の実施例による超電導素子の要部を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図５】図４に示す超電導素子のイオンマイクロアナラ
イザによる深さ方向の元素分析結果を示す図である。
イザによる深さ方向の元素分析結果を示す図である。
【図６】超電導体／常伝導体／超電導体接合における界
面抵抗を変化させた際のＩc ・Ｒn 積の変化の理論計算
値を示す図である。
面抵抗を変化させた際のＩc ・Ｒn 積の変化の理論計算
値を示す図である。
１…… SrTiO3 基板 ２、６…下部 Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体膜 ３、８…Prの割合を変化させた(Y,Pr)-Ba-Cu-O系電気伝
導性酸化物膜 ４、７…上部 Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体膜 ９……段差を有する SrTiO3 基板
導性酸化物膜 ４、７…上部 Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体膜 ９……段差を有する SrTiO3 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水島 公一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 総合研究所内 (56)参考文献 特開 平２−21676（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−196686（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−192381（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 39/22 ZAA H01L 39/24 ZAA H01L 39/00 ZAA
Claims (1)
- 【請求項１】 Y系酸化物超電導体と、前記 Y系酸化物
超電導体の Yの少なくとも一部をPrで置換した常伝導体
とを用いて、超電導体／常伝導体／超電導体接合を構成
した超電導素子において、 前記常伝導体層内の前記Prによる置換割合が、前記超電
導体層と常伝導体層との界面近傍から該常伝導体層の内
部に向けて減少していることを特徴とする超電導素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3245536A JP2774713B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 超電導素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3245536A JP2774713B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 超電導素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0590651A JPH0590651A (ja) | 1993-04-09 |
| JP2774713B2 true JP2774713B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=17135158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3245536A Expired - Fee Related JP2774713B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 超電導素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2774713B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6128178A (en) * | 1998-07-20 | 2000-10-03 | International Business Machines Corporation | Very thin film capacitor for dynamic random access memory (DRAM) |
-
1991
- 1991-09-25 JP JP3245536A patent/JP2774713B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0590651A (ja) | 1993-04-09 |
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