JP2983670B2 - ジョセフソン接合の作製方法 - Google Patents
ジョセフソン接合の作製方法Info
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- JP2983670B2 JP2983670B2 JP3058238A JP5823891A JP2983670B2 JP 2983670 B2 JP2983670 B2 JP 2983670B2 JP 3058238 A JP3058238 A JP 3058238A JP 5823891 A JP5823891 A JP 5823891A JP 2983670 B2 JP2983670 B2 JP 2983670B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高温酸化物超電導体
を用いたトランジスタ等のジョセフソン接合（ＳＩＳ）
を利用する電子デバイス素子の作製方法に関する。
を用いたトランジスタ等のジョセフソン接合（ＳＩＳ）
を利用する電子デバイス素子の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超電導体を利用する積層型ジョセ
フソン接合は、ＭｇＯ等の絶縁性基板上に、たとえばＹ
ｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導体薄膜をＹｂＢａ2 Ｃｕ4.5
Ｏx などの単一ターゲットを用いて作製し、その後取り
出してターゲットの交換を行ってＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx
超電導薄膜上にＭｇＯ絶縁性薄膜を形成し、さらにその
上にＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導薄膜を形成することに
作製される。
フソン接合は、ＭｇＯ等の絶縁性基板上に、たとえばＹ
ｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導体薄膜をＹｂＢａ2 Ｃｕ4.5
Ｏx などの単一ターゲットを用いて作製し、その後取り
出してターゲットの交換を行ってＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx
超電導薄膜上にＭｇＯ絶縁性薄膜を形成し、さらにその
上にＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導薄膜を形成することに
作製される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにし
て作製されたジョセフソン接合では、ターゲットの組成
ずれなどからエピタキシャル（単結晶）な超電導薄膜が
形成しにくいという問題があった。また、絶縁層にＭｇ
Ｏを用いた場合には、トンネルバリアである絶縁層と超
電導層との異種元素の界面の問題から急岐な界面が得に
くいという問題が生じるとともに、薄く平坦に形成しな
ければならない絶縁層にピンホールが発生したり、絶縁
層が島状に成長したりして良好なジョセフソン接合を形
成することが困難であるという問題があった。
て作製されたジョセフソン接合では、ターゲットの組成
ずれなどからエピタキシャル（単結晶）な超電導薄膜が
形成しにくいという問題があった。また、絶縁層にＭｇ
Ｏを用いた場合には、トンネルバリアである絶縁層と超
電導層との異種元素の界面の問題から急岐な界面が得に
くいという問題が生じるとともに、薄く平坦に形成しな
ければならない絶縁層にピンホールが発生したり、絶縁
層が島状に成長したりして良好なジョセフソン接合を形
成することが困難であるという問題があった。
【０００４】この発明は、エピタキシャルな超電導薄膜
が形成できるとともに、ピンホールのない薄い平坦な絶
縁層を形成することができ、急岐な界面が得られるジョ
セフソン接合の作製方法を提供することをその課題とす
る。
が形成できるとともに、ピンホールのない薄い平坦な絶
縁層を形成することができ、急岐な界面が得られるジョ
セフソン接合の作製方法を提供することをその課題とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明によるジョセフ
ソン接合の作製方法は、酸化物超電導体を用い、超電導
体、絶縁体、超電導体をこの順序で積層してジョセフソ
ン接合を作製する方法において、Ｙｂ2Ｏ3，ＣｕＯ，Ｂ
ａＣｕＯxのそれぞれの組成からなる３種類のターゲッ
トを用意し、これらターゲットを単一のベルジャー内に
配置し、スパッタすべき前記ターゲットを選択し、且つ
前記ターゲットへのスパッタ時間を各ターゲットの蒸着
速度に応じて制御して、Ｙｂ2Ｏ3薄膜，ＣｕＯ薄膜,Ｂ
ａＣｕＯx薄膜をこの順序で積層した第１の超電導体層
を形成し、続いて、Ｙｂ2Ｏ3，ＢａＣｕＯxターゲット
への夫々のスパッタ時間を制御して、ＢａＣｕＯx，薄
膜Ｙｂ2Ｏ3薄膜をこの順序で積層した絶縁層を形成し、
その後、スパッタすべき前記ターゲットを選択し、且つ
前記ターゲットへのスパッタ時間を各ターゲットの蒸着
速度に応じて制御して、Ｙｂ2Ｏ3薄膜，ＣｕＯ薄膜,Ｂ
ａＣｕＯx薄膜をこの順序で積層した第２の超電導体層
を形成することを特徴とするものである。
ソン接合の作製方法は、酸化物超電導体を用い、超電導
体、絶縁体、超電導体をこの順序で積層してジョセフソ
ン接合を作製する方法において、Ｙｂ2Ｏ3，ＣｕＯ，Ｂ
ａＣｕＯxのそれぞれの組成からなる３種類のターゲッ
トを用意し、これらターゲットを単一のベルジャー内に
配置し、スパッタすべき前記ターゲットを選択し、且つ
前記ターゲットへのスパッタ時間を各ターゲットの蒸着
速度に応じて制御して、Ｙｂ2Ｏ3薄膜，ＣｕＯ薄膜,Ｂ
ａＣｕＯx薄膜をこの順序で積層した第１の超電導体層
を形成し、続いて、Ｙｂ2Ｏ3，ＢａＣｕＯxターゲット
への夫々のスパッタ時間を制御して、ＢａＣｕＯx，薄
膜Ｙｂ2Ｏ3薄膜をこの順序で積層した絶縁層を形成し、
その後、スパッタすべき前記ターゲットを選択し、且つ
前記ターゲットへのスパッタ時間を各ターゲットの蒸着
速度に応じて制御して、Ｙｂ2Ｏ3薄膜，ＣｕＯ薄膜,Ｂ
ａＣｕＯx薄膜をこの順序で積層した第２の超電導体層
を形成することを特徴とするものである。
【０００６】また、この発明によるジョセフソン接合の
作製方法は、酸化物超電導体を用い、超電導体、絶縁
体、超電導体をこの順序で積層してジョセフソン接合を
作製する方法において、Ｙｂ2Ｏ3，ＣｕＯ，ＢａＣｕＯ
xのそれぞれの組成からなる３種類のターゲットを用意
し、これらターゲットを単一のベルジャー内に配置し、
スパッタすべき前記ターゲットを選択し、且つ前記ター
ゲットへのスパッタ時間を各ターゲットの蒸着速度に応
じて制御して、Ｙｂ2Ｏ3薄膜，ＣｕＯ薄膜,ＢａＣｕＯx
薄膜をこの順序で積層した第１の超電導体層を形成し、
続いて、Ｙｂ2Ｏ3ターゲット或いはＢａＣｕＯxターゲ
ットのいずれか一方を選択するとともに、この選択した
ターゲットへのスパッタ時間を制御して、Ｙｂ2Ｏ3薄膜
或いはＢａＣｕＯx薄膜からなる絶縁層を形成し、その
後、スパッタすべき前記ターゲットを選択し、且つ前記
ターゲットへのスパッタ時間を各ターゲットの蒸着速度
に応じて制御して、Ｙｂ2Ｏ3薄膜，ＣｕＯ薄膜,ＢａＣ
ｕＯx薄膜をこの順序で積層した第２の超電導体層を形
成することを特徴とするものである。
作製方法は、酸化物超電導体を用い、超電導体、絶縁
体、超電導体をこの順序で積層してジョセフソン接合を
作製する方法において、Ｙｂ2Ｏ3，ＣｕＯ，ＢａＣｕＯ
xのそれぞれの組成からなる３種類のターゲットを用意
し、これらターゲットを単一のベルジャー内に配置し、
スパッタすべき前記ターゲットを選択し、且つ前記ター
ゲットへのスパッタ時間を各ターゲットの蒸着速度に応
じて制御して、Ｙｂ2Ｏ3薄膜，ＣｕＯ薄膜,ＢａＣｕＯx
薄膜をこの順序で積層した第１の超電導体層を形成し、
続いて、Ｙｂ2Ｏ3ターゲット或いはＢａＣｕＯxターゲ
ットのいずれか一方を選択するとともに、この選択した
ターゲットへのスパッタ時間を制御して、Ｙｂ2Ｏ3薄膜
或いはＢａＣｕＯx薄膜からなる絶縁層を形成し、その
後、スパッタすべき前記ターゲットを選択し、且つ前記
ターゲットへのスパッタ時間を各ターゲットの蒸着速度
に応じて制御して、Ｙｂ2Ｏ3薄膜，ＣｕＯ薄膜,ＢａＣ
ｕＯx薄膜をこの順序で積層した第２の超電導体層を形
成することを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】同一のベルジャー内でＹｂ2Ｏ3，ＣｕＯ，Ｂａ
ＣｕＯxのそれぞれの組成からなる３種類のターゲット
を用い、それぞれのターゲットのスパッタ時間を制御す
ることにより、第１超電導体層、絶縁体薄膜および第２
超電導体層を積層する。従って、ターゲットの組成ずれ
などの発生がなくエピタキシャルな超電導薄膜が形成さ
れる。更に、エピタキシャル成長した超電導層及び絶縁
層を真空を破ることなく同一成分で、複数のターゲット
を用いて一層ずつ低温形成ができ、且つ夫々の界面にお
いて、所定のターゲットの時間制御を行なうことで急岐
な界面を得ることができる。そして、薄膜を形成する場
合、１つのターゲットからＹｂ，Ｂａ，Ｃｕの構成元素
を同時に飛ばして、Ｙｂ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘを形成するよ
りも、Ｙｂ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘの結晶構造は、層状ペロブ
スカイであるので、Ｙｂ2Ｏ3薄膜，ＣｕＯ薄膜，ＢａＣ
ｕＯx薄膜と一層ずつ積層させて形成する方がより高品
質な膜が形成できる。
ＣｕＯxのそれぞれの組成からなる３種類のターゲット
を用い、それぞれのターゲットのスパッタ時間を制御す
ることにより、第１超電導体層、絶縁体薄膜および第２
超電導体層を積層する。従って、ターゲットの組成ずれ
などの発生がなくエピタキシャルな超電導薄膜が形成さ
れる。更に、エピタキシャル成長した超電導層及び絶縁
層を真空を破ることなく同一成分で、複数のターゲット
を用いて一層ずつ低温形成ができ、且つ夫々の界面にお
いて、所定のターゲットの時間制御を行なうことで急岐
な界面を得ることができる。そして、薄膜を形成する場
合、１つのターゲットからＹｂ，Ｂａ，Ｃｕの構成元素
を同時に飛ばして、Ｙｂ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘを形成するよ
りも、Ｙｂ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏｘの結晶構造は、層状ペロブ
スカイであるので、Ｙｂ2Ｏ3薄膜，ＣｕＯ薄膜，ＢａＣ
ｕＯx薄膜と一層ずつ積層させて形成する方がより高品
質な膜が形成できる。
【０００８】
【実施例】以下、この発明の実施例につき図面に従い説
明する。この実施例においては、Ｙｂ系超電導体を用い
た場合の例について説明する。
明する。この実施例においては、Ｙｂ系超電導体を用い
た場合の例について説明する。
【０００９】図６はこの発明に用いて好適なイオンビー
ムスパッタリング装置の概略図である。この図６に従い
イオンビームスパッタリング装置について説明する。
ムスパッタリング装置の概略図である。この図６に従い
イオンビームスパッタリング装置について説明する。
【００１０】６１はベルジャーであり、メインの真空ポ
ンプ６２と補助ポンプ６３により、所定の真空度に設定
される。６４はベルジャー６１内の真空度を測定する真
空計である。
ンプ６２と補助ポンプ６３により、所定の真空度に設定
される。６４はベルジャー６１内の真空度を測定する真
空計である。
【００１１】６５は基板１０を保持し、且つ基板を加熱
する基板加熱ヒータである。７０はイオンの発生源とな
るメインガンであり、ガスボンベ７１から導入されるＡ
ｒガスをイオン化し、ターゲット表面に照射する。７２
はメインガン電源である。
する基板加熱ヒータである。７０はイオンの発生源とな
るメインガンであり、ガスボンベ７１から導入されるＡ
ｒガスをイオン化し、ターゲット表面に照射する。７２
はメインガン電源である。
【００１２】８０はアシストガンであり、ガスボンベ８
１から導入されるＯ2ガスをイオン化し、基板１０表面
に照射し、化合物の反応が基板付近で生じるように作用
する。８２はメインガン電源である。
１から導入されるＯ2ガスをイオン化し、基板１０表面
に照射し、化合物の反応が基板付近で生じるように作用
する。８２はメインガン電源である。
【００１３】９０はターゲットを保持するターゲット台
であり、このターゲット台９０は、ベルジャー６１内に
回転自在に取り付けられ、制御用コンピュータ９５によ
りその回転が制御される。このターゲット台９０には複
数のターゲット９１、９２、９３、９４が取り付けら
れ、このターゲット台９０の回転を制御用コンピュータ
９５により制御することにより、メインガン７０に照射
されるターゲットが選択される。即ち、スパッタされる
ターゲットの時間を制御用コンピュータ９５により制御
する。
であり、このターゲット台９０は、ベルジャー６１内に
回転自在に取り付けられ、制御用コンピュータ９５によ
りその回転が制御される。このターゲット台９０には複
数のターゲット９１、９２、９３、９４が取り付けら
れ、このターゲット台９０の回転を制御用コンピュータ
９５により制御することにより、メインガン７０に照射
されるターゲットが選択される。即ち、スパッタされる
ターゲットの時間を制御用コンピュータ９５により制御
する。
【００１４】次に、上記イオンビームスパッタ装置を用
いて、この発明によるジョセフソン接合の作製方法につ
いて説明する。
いて、この発明によるジョセフソン接合の作製方法につ
いて説明する。
【００１５】まず、図２に示すように、ＭｇＯ（１０
０）基板１０上にＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導薄膜２０
をイオンビームスパッタリング装置を用いて形成する場
合について説明する。表１は、ＭｇＯ基板１０上にＹｂ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導薄膜２０を形成した際のスパッ
タ条件を、表２は酸素アシスト条件をそれぞれ示す。
０）基板１０上にＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導薄膜２０
をイオンビームスパッタリング装置を用いて形成する場
合について説明する。表１は、ＭｇＯ基板１０上にＹｂ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導薄膜２０を形成した際のスパッ
タ条件を、表２は酸素アシスト条件をそれぞれ示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】ターゲットとしてＹｂ2 Ｏ3 、ＣｕＯ、Ｂ
ａＣｕＯx の３種のものを用いる。ターゲットとして、
この３種を選択したのは一番安定しているからである。
各ターゲットの蒸着速度は、Ｙｂ2 Ｏ3 が０．０７ｎｍ
／ｍｉｎ、ＣｕＯが０．２９ｎｍ／ｍｉｎ、ＢａＣｕＯ
x が０．２７ｎｍ／ｍｉｎであり、ターゲット台９０の
回転時間を制御することにより、ＭｇＯ基板１０上にＹ
ｂ2 Ｏ3 層１、ＣｕＯ層２およびＢａＣｕＯx 層３の３
層からなる膜厚１ｎｍのＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx １ユニッ
トセル層を複数層形成した。基板温度は６３０〜７００
℃で、酸素アシストを同時に行い、ａｓ−ｇｒｏｗｎで
ＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導薄膜を作製した。即ち、Ｙ
ｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を１ユニットずつ形成させながら基
板温度を６３０〜７００℃に上昇させることにより、同
時に結晶化させて超電導薄膜を作成する。
ａＣｕＯx の３種のものを用いる。ターゲットとして、
この３種を選択したのは一番安定しているからである。
各ターゲットの蒸着速度は、Ｙｂ2 Ｏ3 が０．０７ｎｍ
／ｍｉｎ、ＣｕＯが０．２９ｎｍ／ｍｉｎ、ＢａＣｕＯ
x が０．２７ｎｍ／ｍｉｎであり、ターゲット台９０の
回転時間を制御することにより、ＭｇＯ基板１０上にＹ
ｂ2 Ｏ3 層１、ＣｕＯ層２およびＢａＣｕＯx 層３の３
層からなる膜厚１ｎｍのＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx １ユニッ
トセル層を複数層形成した。基板温度は６３０〜７００
℃で、酸素アシストを同時に行い、ａｓ−ｇｒｏｗｎで
ＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導薄膜を作製した。即ち、Ｙ
ｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を１ユニットずつ形成させながら基
板温度を６３０〜７００℃に上昇させることにより、同
時に結晶化させて超電導薄膜を作成する。
【００１９】各ターゲットの回転時間は、例えば、以下
のように制御される。Ｙｂ2 Ｏ3 を１６１秒間スパッタ
し、蒸着すると、 ０．０７×１６１／６０＝０．１９ｎｍのＹｂ2 Ｏ3層
１が蒸着される。 ＣｕＯを２２秒間スパッタし、蒸着すると、 ０．２９×２２／６０＝０．１１ｎｍのＣｕＯ層２が蒸
着される。 ＢａＣｕＯx を１５４秒間スパッタし、蒸着すると、 ０．２７×１５４／６０＝０．７０ｎｍのＢａＣｕＯx
層３が蒸着される。 となり、図２に示すように合計約１ｎｍである。
のように制御される。Ｙｂ2 Ｏ3 を１６１秒間スパッタ
し、蒸着すると、 ０．０７×１６１／６０＝０．１９ｎｍのＹｂ2 Ｏ3層
１が蒸着される。 ＣｕＯを２２秒間スパッタし、蒸着すると、 ０．２９×２２／６０＝０．１１ｎｍのＣｕＯ層２が蒸
着される。 ＢａＣｕＯx を１５４秒間スパッタし、蒸着すると、 ０．２７×１５４／６０＝０．７０ｎｍのＢａＣｕＯx
層３が蒸着される。 となり、図２に示すように合計約１ｎｍである。
【００２０】面積は全て同じとすると、その１ｎｍ中に
Ｙｂ2 Ｏ3 、ＣｕＯ、ＢａＣｕＯxの密度は以下のよう
になる。 Ｙｂ2 Ｏ3 は密度９．２２ｇ／ｃｍ3、１モル３９４ｇ
であるから、 ９．２２×０．１９×１０-9÷３９４＝４．４×１０-12（モル） ゆえに、Ｙｂは４．４×１０-12×２＝８．８×１０-12
（モル）となる。 ＣｕＯは密度６．５１ｇ／ｃｍ3、１モル７９．６ｇで
あるから、 ６．５１×０．１１×１０-9÷７９．６＝９．０×１０-12（モル） ゆえに、Ｃｕは９．０×１０-12（モル）となる。 ＢａＣｕＯx は密度５．８２ｇ／ｃｍ3、１モル２３３
ｇであるから、 ５．８２×０．７０×１０-9÷２３２＝１７．６×１０-12（モル） ゆえに、Ｂａ、Ｃｕとも１７．６×１０-12（モル）と
なる。 即ち、Ｙｂ2 Ｏ3 、ＣｕＯ、ＢａＣｕＯx の３層からな
る膜厚１ｎｍ中にＹｂは８．８×１０-12（モル）、Ｂ
ａは１７．６×１０-12（モル）、Ｃｕは１７．６×１
０-2＋９．０×１０-12＝２６．６×１０-12（モル）と
なる。従って、Ｙｂ：Ｂａ：Ｃｕ≒１：２：３となる。
Ｙｂ2 Ｏ3 、ＣｕＯ、ＢａＣｕＯxの密度は以下のよう
になる。 Ｙｂ2 Ｏ3 は密度９．２２ｇ／ｃｍ3、１モル３９４ｇ
であるから、 ９．２２×０．１９×１０-9÷３９４＝４．４×１０-12（モル） ゆえに、Ｙｂは４．４×１０-12×２＝８．８×１０-12
（モル）となる。 ＣｕＯは密度６．５１ｇ／ｃｍ3、１モル７９．６ｇで
あるから、 ６．５１×０．１１×１０-9÷７９．６＝９．０×１０-12（モル） ゆえに、Ｃｕは９．０×１０-12（モル）となる。 ＢａＣｕＯx は密度５．８２ｇ／ｃｍ3、１モル２３３
ｇであるから、 ５．８２×０．７０×１０-9÷２３２＝１７．６×１０-12（モル） ゆえに、Ｂａ、Ｃｕとも１７．６×１０-12（モル）と
なる。 即ち、Ｙｂ2 Ｏ3 、ＣｕＯ、ＢａＣｕＯx の３層からな
る膜厚１ｎｍ中にＹｂは８．８×１０-12（モル）、Ｂ
ａは１７．６×１０-12（モル）、Ｃｕは１７．６×１
０-2＋９．０×１０-12＝２６．６×１０-12（モル）と
なる。従って、Ｙｂ：Ｂａ：Ｃｕ≒１：２：３となる。
【００２１】作製したＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導薄膜
のＸ線回折パターンを図３に示す。このようにして作製
された超電導膜は、Ｃ軸配向した単結晶膜で、臨界温度
が８０〜９０Ｋのものが得られた。
のＸ線回折パターンを図３に示す。このようにして作製
された超電導膜は、Ｃ軸配向した単結晶膜で、臨界温度
が８０〜９０Ｋのものが得られた。
【００２２】 このようにマルチターゲットを用いるこ
とにより、単一のターゲットに比べ組成ずれを少なく
し、単結晶薄膜の形成が低温で容易となった。即ち、単
一ターゲット、例えばＹｂ1Ｂａ2Ｃｕ4.5Ｏxでは、１度
にＹｂ、Ｂａ、Ｃｕを蒸着させるため、再現良くＹｂ1
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏxを作製することは困難である。しかしマ
ルチターゲットの場合は、上述したように、一層毎組成
を組み合わせて蒸着させるため、再現良くＹｂ1Ｂａ2Ｃ
ｕ3Ｏxを作製することができる。
とにより、単一のターゲットに比べ組成ずれを少なく
し、単結晶薄膜の形成が低温で容易となった。即ち、単
一ターゲット、例えばＹｂ1Ｂａ2Ｃｕ4.5Ｏxでは、１度
にＹｂ、Ｂａ、Ｃｕを蒸着させるため、再現良くＹｂ1
Ｂａ2Ｃｕ3Ｏxを作製することは困難である。しかしマ
ルチターゲットの場合は、上述したように、一層毎組成
を組み合わせて蒸着させるため、再現良くＹｂ1Ｂａ2Ｃ
ｕ3Ｏxを作製することができる。
【００２３】次に、図４に示すように、ＭｇＯ（１０
０）基板１０上にＹｂ2 ＢａＣｕＯx 絶縁層３０をイオ
ンビームスパッタリング装置を用いて形成する場合につ
いて説明する。
０）基板１０上にＹｂ2 ＢａＣｕＯx 絶縁層３０をイオ
ンビームスパッタリング装置を用いて形成する場合につ
いて説明する。
【００２４】表３は、ＭｇＯ基板１０上にＹｂ2 ＢａＣ
ｕＯx 絶縁層３０を形成した際のスパッタ条件を、表４
は酸素アシスト条件をそれぞれ示す。
ｕＯx 絶縁層３０を形成した際のスパッタ条件を、表４
は酸素アシスト条件をそれぞれ示す。
【００２５】
【表３】
【００２６】
【表４】
【００２７】まず、上述したＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電
導薄膜の形成時と同じようにＹｂ2 Ｏ3 、ＢａＣｕＯx
の２種のターゲットの回転時間を制御することにより、
ＭｇＯ基板１０上にＹｂ2 Ｏ3 層１およびＢａＣｕＯx
層３の２層からなる膜厚０．２ｎｍのＹｂ2 ＢａＣｕＯ
5 １ユニツトセル層を複数層形成した。絶縁層３０の膜
厚は、コヒーレント長より短くしなければならないた
め、厚くても数ｎｍのためこのように薄くつけていく必
要がある。
導薄膜の形成時と同じようにＹｂ2 Ｏ3 、ＢａＣｕＯx
の２種のターゲットの回転時間を制御することにより、
ＭｇＯ基板１０上にＹｂ2 Ｏ3 層１およびＢａＣｕＯx
層３の２層からなる膜厚０．２ｎｍのＹｂ2 ＢａＣｕＯ
5 １ユニツトセル層を複数層形成した。絶縁層３０の膜
厚は、コヒーレント長より短くしなければならないた
め、厚くても数ｎｍのためこのように薄くつけていく必
要がある。
【００２８】基板温度は、６３０〜７００℃でａｓ−ｇ
ｒｏｗｎで絶縁層３０が形成できる。作製したＹｂ2 Ｂ
ａＣｕＯx 絶縁層３０のＸ線回折パターンを図５に示す
が、ａｓ−ｇｒｏｗｎでＹｂ2 ＢａＣｕＯx が低温形成
できている。また、ＭｇＯ絶縁層を同様に形成した場合
に比べピンホールもなく、島状成長も見られず平坦な絶
縁層が得られた。
ｒｏｗｎで絶縁層３０が形成できる。作製したＹｂ2 Ｂ
ａＣｕＯx 絶縁層３０のＸ線回折パターンを図５に示す
が、ａｓ−ｇｒｏｗｎでＹｂ2 ＢａＣｕＯx が低温形成
できている。また、ＭｇＯ絶縁層を同様に形成した場合
に比べピンホールもなく、島状成長も見られず平坦な絶
縁層が得られた。
【００２９】このように、数種のターゲットを用いるこ
とにより、ＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導体薄膜およびＹ
ｂ2 ＢａＣｕＯx 絶縁層が同じ装置で形成できることが
わかる。
とにより、ＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導体薄膜およびＹ
ｂ2 ＢａＣｕＯx 絶縁層が同じ装置で形成できることが
わかる。
【００３０】次に、図１に示すようなジョセフソン接合
の作製方法を示す。
の作製方法を示す。
【００３１】まず、ＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導体の形
成のときに述べたようにＭｇＯ等の絶縁性基板１０上
に、Ｙｂ2 Ｏ3 からスパッタして、ＣｕＯ、ＢａＣｕＯ
2 と順にスパッタし、Ｙｂ2 Ｏ3 層１、ＣｕＯ層２およ
びＢａＣｕＯx 層３の３層からなるＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
x １ユニツトセル層を数１０層形成し、膜厚５０〜２０
０ｎｍのＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 下側超電導層２０を形成
する。
成のときに述べたようにＭｇＯ等の絶縁性基板１０上
に、Ｙｂ2 Ｏ3 からスパッタして、ＣｕＯ、ＢａＣｕＯ
2 と順にスパッタし、Ｙｂ2 Ｏ3 層１、ＣｕＯ層２およ
びＢａＣｕＯx 層３の３層からなるＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
x １ユニツトセル層を数１０層形成し、膜厚５０〜２０
０ｎｍのＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 下側超電導層２０を形成
する。
【００３２】そして、最後のＢａＣｕＯx 層３の形成時
間をＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx １ユニットセル形成に必要な
時間とＹｂ2 ＢａＣｕＯ5 １ユニット形成に必要な時間
とを加算した時間だけスパッタすることにより、下側超
電導層２０の最上層であるＢａＣｕＯx 層３とその上に
形成される絶縁層３０の最下層であるＢａＣｕＯ2 層３
とを形成する。
間をＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx １ユニットセル形成に必要な
時間とＹｂ2 ＢａＣｕＯ5 １ユニット形成に必要な時間
とを加算した時間だけスパッタすることにより、下側超
電導層２０の最上層であるＢａＣｕＯx 層３とその上に
形成される絶縁層３０の最下層であるＢａＣｕＯ2 層３
とを形成する。
【００３３】次に、Ｙｂ2 Ｏ3 層１を積層し、Ｙｂ2Ｏ
3 層１およびＢａＣｕＯ2 層３の２層からなるＹｂ2 Ｂ
ａＣｕＯ5 １ユニツトセル層を１ユニット形成する。そ
して、ＢａＣｕＯx 層３およびＹｂ2 Ｏ3 層１を交互に
積層し、膜厚３〜６ｎｍのＹｂ2 ＢａＣｕＯ5 絶縁層３
０を形成する。
3 層１およびＢａＣｕＯ2 層３の２層からなるＹｂ2 Ｂ
ａＣｕＯ5 １ユニツトセル層を１ユニット形成する。そ
して、ＢａＣｕＯx 層３およびＹｂ2 Ｏ3 層１を交互に
積層し、膜厚３〜６ｎｍのＹｂ2 ＢａＣｕＯ5 絶縁層３
０を形成する。
【００３４】そして、最後のＹｂ2 Ｏ3 層１の形成時間
をＹｂ2 ＢａＣｕＯ5 １ユニットセル形成に必要な時間
とＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx １ユニット形成に必要な時間と
を加算した時間だけスパッタすることにより、絶縁層３
０の最上層であるＹｂ2 Ｏ3層１とその上に形成される
上側超電導層４０の最下層であるＹｂ2 Ｏ3 層１とを形
成する。
をＹｂ2 ＢａＣｕＯ5 １ユニットセル形成に必要な時間
とＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx １ユニット形成に必要な時間と
を加算した時間だけスパッタすることにより、絶縁層３
０の最上層であるＹｂ2 Ｏ3層１とその上に形成される
上側超電導層４０の最下層であるＹｂ2 Ｏ3 層１とを形
成する。
【００３５】次に、ＣｕＯ層２およびＢａＣｕＯx 層３
を順にスパッタし、Ｙｂ2 Ｏ3 層１、ＣｕＯ層２および
ＢａＣｕＯx 層３の３層からなるＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx
１ユニツトセル層を１ユニット形成する。そして、Ｙｂ
2 Ｏ3 層１、ＣｕＯ層２およびＢａＣｕＯx 層３を順に
積層し、ＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx １ユニツトセル層を数１
０層形成して、膜厚１００〜２００ｎｍのＹｂＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏx 上側超電導層４０を形成する。
を順にスパッタし、Ｙｂ2 Ｏ3 層１、ＣｕＯ層２および
ＢａＣｕＯx 層３の３層からなるＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx
１ユニツトセル層を１ユニット形成する。そして、Ｙｂ
2 Ｏ3 層１、ＣｕＯ層２およびＢａＣｕＯx 層３を順に
積層し、ＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx １ユニツトセル層を数１
０層形成して、膜厚１００〜２００ｎｍのＹｂＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏx 上側超電導層４０を形成する。
【００３６】これにより、図１のようなジョセフソン接
合が得られる。
合が得られる。
【００３７】尚、上述した実施例においては、絶縁層に
Ｙｂ2 ＢａＣｕＯ5 を用いる場合について説明したが、
Ｙｂ2 Ｏ3、ＢａＣｕＯx 等を用いてもよい。
Ｙｂ2 ＢａＣｕＯ5 を用いる場合について説明したが、
Ｙｂ2 Ｏ3、ＢａＣｕＯx 等を用いてもよい。
【００３８】又、上述した実施例においては、イオンビ
ームスパッタリング法を用いた場合について説明したが
が、マグネトロンスパッタリング法、ＥＢ法においても
同様に用いることができる。
ームスパッタリング法を用いた場合について説明したが
が、マグネトロンスパッタリング法、ＥＢ法においても
同様に用いることができる。
【００３９】
【発明の効果】この発明によれば、エピタキシャル（単
結晶）な超電導薄膜を形成できるとともに、ピンホール
のない薄い平坦な絶縁層を形成することができ、急岐な
界面が得られる。
結晶）な超電導薄膜を形成できるとともに、ピンホール
のない薄い平坦な絶縁層を形成することができ、急岐な
界面が得られる。
【図１】この発明の方法により得られたジョセフソン接
合を示す断面図である。
合を示す断面図である。
【図２】ＭｇＯ基板上にイオンビームスパッタリング装
置を用いてＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ x 超電導薄膜を形成した
状態を示す断面図である。
置を用いてＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ x 超電導薄膜を形成した
状態を示す断面図である。
【図３】ＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導薄膜のＸ線回折パ
ターンを示すグラフである。
ターンを示すグラフである。
【図４】ＭｇＯ基板上にイオンビームスパッタリング装
置を用いてＹｂ2 ＢａＣｕＯ5 絶縁層を形成した状態を
示す断面図である。
置を用いてＹｂ2 ＢａＣｕＯ5 絶縁層を形成した状態を
示す断面図である。
【図５】Ｙｂ2 ＢａＣｕＯ5 絶縁層のＸ線回折パターン
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図６】この発明に用いて好適なイオンビームスパッタ
リング装置の概略図である。
リング装置の概略図である。
１０ 絶縁性基板 ２０ 下側超電導層 ３０ 絶縁層 ４０ 上側超電導層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 善里 順信 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−51680（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−51682（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−126207（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 39/24 H01L 39/22 H01L 39/00
Claims (2)
- 【請求項１】 酸化物超電導体を用い、超電導体、絶縁
体、超電導体をこの順序で積層してジョセフソン接合を
作製する方法において、Ｙｂ2Ｏ3，ＣｕＯ，ＢａＣｕＯ
xのそれぞれの組成からなる３種類のターゲットを用意
し、これらターゲットを単一のベルジャー内に配置し、
スパッタすべき前記ターゲットを選択し、且つ前記ター
ゲットへのスパッタ時間を各ターゲットの蒸着速度に応
じて制御して、Ｙｂ2Ｏ3薄膜，ＣｕＯ薄膜,ＢａＣｕＯx
薄膜をこの順序で積層した第１の超電導体層を形成し、
続いて、Ｙｂ2Ｏ3，ＢａＣｕＯxターゲットへの夫々の
スパッタ時間を制御して、ＢａＣｕＯx薄膜，Ｙｂ2Ｏ3
薄膜をこの順序で積層した絶縁層を形成し、その後、ス
パッタすべき前記ターゲットを選択し、且つ前記ターゲ
ットへのスパッタ時間を各ターゲットの蒸着速度に応じ
て制御して、Ｙｂ2Ｏ3薄膜，ＣｕＯ薄膜,ＢａＣｕＯx薄
膜をこの順序で積層した第２の超電導体層を形成するこ
とを特徴とするジョセフソン接合の作製方法。 - 【請求項２】 酸化物超電導体を用い、超電導体、絶縁
体、超電導体をこの順序で積層してジョセフソン接合を
作製する方法において、Ｙｂ2Ｏ3，ＣｕＯ，ＢａＣｕＯ
xのそれぞれの組成からなる３種類のターゲットを用意
し、これらターゲットを単一のベルジャー内に配置し、
スパッタすべき前記ターゲットを選択し、且つ前記ター
ゲットへのスパッタ時間を各ターゲットの蒸着速度に応
じて制御して、Ｙｂ2Ｏ3薄膜，ＣｕＯ薄膜,ＢａＣｕＯx
薄膜をこの順序で積層した第１の超電導体層を形成し、
続いて、Ｙｂ2Ｏ3ターゲット或いはＢａＣｕＯxターゲ
ットのいずれか一方を選択するとともに、この選択した
ターゲットへのスパッタ時間を制御して、Ｙｂ2Ｏ3薄膜
或いはＢａＣｕＯx薄膜からなる絶縁層を形成し、その
後、スパッタすべき前記ターゲットを選択し、且つ前記
ターゲットへのスパッタ時間を各ターゲットの蒸着速度
に応じて制御して、Ｙｂ2Ｏ3薄膜，ＣｕＯ薄膜,ＢａＣ
ｕＯx薄膜をこの順序で積層した第２の超電導体層を形
成することを特徴とするジョセフソン接合の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058238A JP2983670B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | ジョセフソン接合の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3058238A JP2983670B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | ジョセフソン接合の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04273181A JPH04273181A (ja) | 1992-09-29 |
| JP2983670B2 true JP2983670B2 (ja) | 1999-11-29 |
Family
ID=13078522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3058238A Expired - Fee Related JP2983670B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | ジョセフソン接合の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2983670B2 (ja) |
-
1991
- 1991-02-27 JP JP3058238A patent/JP2983670B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04273181A (ja) | 1992-09-29 |
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