JP3003651B2 - Josephson junction element - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は超電導集積回路に係
り、特に、接合容量が低くしかもリーク電流が少なく、
スイッチング遅延を小さくするのに好適なジョセフソン
接合素子の構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting integrated circuit, and more particularly to a superconducting integrated circuit having a low junction capacitance and a small leak current.
The present invention relates to a structure of a Josephson junction device suitable for reducing a switching delay.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ジョセフソン接合素子の構造に関
しては、エム・ガービッチ、エム・エイ・ワシントン、
アンド エイチ・エイ・ハギンス；“ハイ クオリティ
リフラクトリイ ジョセフソン トンネル ジャンク
ションズ ユーティライジングシン アルミニウム レ
イヤーズ” アプライド フィジックス レターズ、４
２巻、第５号、１９８３年３月、４７２頁から４７４頁
まで (M. Gurvitch,M. A. Washington, and H. A. Hug
gins; High Quality Refractory Josephson Tunnel Jun
ctions Utilizing Thin Aluminum Layers Applied Phys
ics Letters,vol. 42, No. 5, March, 1983, pp.472-47
4.)に記載のように、障壁層を酸化アルミニウムとアル
ミニウムの２層膜で構成していた。2. Description of the Related Art Conventionally, with regard to the structure of a Josephson junction device, M. Garvich, M.A.
And H. A. Haggins; “High Quality Refractory Josephson Tunnel Junctions Utilizing Thin Aluminum Layers” Applied Physics Letters, 4
Volume 2, Issue 5, March 1983, pp. 472-474 (M. Gurvitch, MA Washington, and HA Hug
gins; High Quality Refractory Josephson Tunnel Jun
ctions Utilizing Thin Aluminum Layers Applied Phys
ics Letters, vol. 42, No. 5, March, 1983, pp. 472-47
As described in 4.), the barrier layer was composed of a two-layer film of aluminum oxide and aluminum.
【０００３】あるいは、塩田哲義、今村健、蓮尾信也；
“ニオブ ジョセフソン ジャンクション ウイズ ア
ン エイエルエヌエックス バリアー メイド バイ
プラズマ ナイトリデイション” アプライド フィジ
ックス レターズ、６１巻、第１０号、１９９２年９
月、１２２８頁から１２３０頁まで (Tetsuyoshi Shio
ta, Takeshi Imamura, and Shinya Hasuo; Nb Josephso
n Junction with an AlNx Barrier Made by Plasma Nit
ridation Applied Physics Letters, vol. 61, No. 10,
September, 1992, pp.1228-1230.)に記載のように、障
壁層を窒化アルミニウムで構成していた。[0003] Or, Tetsuyoshi Shioda, Ken Imamura, Shinya Hasuo;
“Niobium Josephson Junction With An NEX Barrier Made By
"Plasma Night Redation" Applied Physics Letters, Vol. 61, No. 10, September 1992
Mon, pages 1228 to 1230 (Tetsuyoshi Shio
ta, Takeshi Imamura, and Shinya Hasuo; Nb Josephso
n Junction with an AlNx Barrier Made by Plasma Nit
ridation Applied Physics Letters, vol. 61, No. 10,
As described in September, 1992, pp. 1228-1230), the barrier layer was made of aluminum nitride.
【０００４】あるいは、ディー・エイ・ラドマン アン
ド エム・アール・ビーズレイ；“オキシダイズド ア
モルファス−シリコン スーパーコンダクティング ト
ンネル ジャンクション バリアーズ” アプライド
フィジックス レターズ、３６巻、第２１号、１９８０
年６月、１０１０頁から１０１３頁まで (D. A. Rudma
n and M. R. Beasley; Oxidized Amorphous-silicon Su
perconducting TunnelJunction Barriers Applied Phys
ics Letters, vol. 36, No. 12, June, 1980,pp.1010-1
013.)に記載のように、障壁層を酸化シリコンで構成し
ていた。[0004] Alternatively, RA Radman and M.R. Beasley; “Oxidized Amorphous-Silicon Superconducting Tunnel Junction Barriers” Applied
Physics Letters, Vol. 36, No. 21, 1980
June 1010 to 1013 (DA Rudma
n and MR Beasley; Oxidized Amorphous-silicon Su
perconducting Tunnel Junction Barriers Applied Phys
ics Letters, vol. 36, No. 12, June, 1980, pp. 1010-1
As described in 013.), the barrier layer was composed of silicon oxide.
【０００５】あるいは、アール・キャンター、ディー・
ドラング、エム・ピーターズ、エイチ・ジェイ・シェー
ア、アンド エイチ・コッホ；“ア ディーシー スク
イッド マグネトミター ウイズ エヌビー−エスアイ
エックスエヌワイ−エヌビージャンクションズ” エク
ステンディッド アブストラクツ オブ インターナシ
ョナル スーパーコンダクティビティ エレクトロニク
ス コンファレンス、１９８９年、６３頁から６５頁ま
で (R. Cantor, D. Drung, M. Peters, H.J. Scheer a
nd H. Koch; A DC SQUID Magnetometer with Nb-SixNy-
Nb Junctions Extended Abstracts of International S
uperconductivity Electronics Conference, 1989, pp.
63-65.)に記載のように、障壁層を窒化シリコンで構成
していた。[0005] Alternatively, Earl Canter, Dee
Drang, M. Peters, H. J. Share, and H. Koch; “A DC Squid Magnetometer With NBS-SNYX-NV Junctions” Extended Abstracts of International Superconductivity Electronics Conference, p. 65, 1989, p. 63 Page (R. Cantor, D. Drung, M. Peters, HJ Scheer a
nd H. Koch; A DC SQUID Magnetometer with Nb-SixNy-
Nb Junctions Extended Abstracts of International S
uperconductivity Electronics Conference, 1989, pp.
63-65.), The barrier layer was made of silicon nitride.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】超電導集積回路を構成
する基本デバイスとしてジョセフソン接合素子を用いる
場合、集積回路の動作速度を決定する１つの要因とし
て、ジョセフソン接合素子のスイッチング遅延が考えら
れる。ジョセフソン接合素子のスイッチング遅延は主に
接合容量の大きさに支配され、接合容量が小さいほどス
イッチング遅延は小さくなる。実際に臨界電流密度1000
Ａ／ｃｍ2の素子を作製して測定した単位面積当たりの
接合容量は、障壁層が酸化アルミニウムの場合に0.06ｐ
Ｆ／μｍ2、窒化アルミニウムの場合に0.07ｐＦ／μ
ｍ2、酸化シリコンの場合に0.02ｐＦ／μｍ2、窒化シリ
コンの場合に0.04ｐＦ／μｍ2であった。したがって、
障壁層の材料として、素子のスイッチング遅延を小さく
するのに適しているものを順に述べると、酸化シリコ
ン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウ
ムの順となる。When a Josephson junction element is used as a basic device constituting a superconducting integrated circuit, one of the factors that determines the operation speed of the integrated circuit is the switching delay of the Josephson junction element. The switching delay of the Josephson junction element is mainly governed by the size of the junction capacitance. The smaller the junction capacitance, the smaller the switching delay. Actual critical current density 1000
The junction capacitance per unit area measured and measured for an A / cm 2 device was 0.06 p / m when the barrier layer was aluminum oxide.
F / μm 2 , 0.07 pF / μm for aluminum nitride
m 2, 0.02pF / μm 2 in the case of silicon oxide, was 0.04 pF / [mu] m 2 in case of silicon nitride. Therefore,
The materials suitable for reducing the switching delay of the element as the material of the barrier layer are described in order of silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, and aluminum nitride.
【０００７】ところが、酸化シリコンあるいは窒化シリ
コンを障壁層の材料としたジョセフソン接合素子では、
酸化アルミニウムあるいは窒化アルミニウムを障壁層と
した素子と比較して、電圧−電流特性におけるサブギャ
ップ領域のリーク電流が大きいという問題がある。However, in a Josephson junction device using silicon oxide or silicon nitride as a barrier layer material,
There is a problem that the leakage current in the sub-gap region in the voltage-current characteristics is larger than that of a device using aluminum oxide or aluminum nitride as a barrier layer.
【０００８】ジョセフソン接合素子を作製する場合、下
部電極を構成する超電導膜の上に、障壁層を構成する膜
を形成する必要がある。１つの典型的な例としては、下
部電極をニオブで構成し、障壁層を酸化シリコンあるい
は窒化シリコンで構成する場合が考えられる。ニオブ膜
の上に酸化シリコンあるいは窒化シリコンの膜を形成す
る方法としては、ニオブ膜の上にまずシリコン膜を堆積
してシリコン膜を酸化または窒化する方法が考えられ
る。この場合、ジョセフソン接合素子としての特性を得
るためには、酸化シリコンあるいは窒化シリコンの膜厚
を約１〜２ｎｍにする必要がある。しかしながら、ニオ
ブ膜上に堆積したシリコン膜の膜厚には局所的なばらつ
きがあり、そのために、酸化した後の酸化シリコン膜あ
るいは窒化した後の窒化シリコン膜においても膜厚が平
均よりも非常に薄く障壁層として完全でない箇所や、ピ
ンホールが存在することになる。その場合、下部電極の
ニオブ膜の一部が酸化されるが、ニオブの酸化物には絶
縁性のＮｂ2Ｏ5だけでなく導電性のＮｂＯなどが多く含
まれる。このことが原因で、接合のリーク電流が増大す
ると考えられる。When fabricating a Josephson junction device, it is necessary to form a film constituting a barrier layer on a superconducting film constituting a lower electrode. As a typical example, the case where the lower electrode is made of niobium and the barrier layer is made of silicon oxide or silicon nitride can be considered. As a method of forming a silicon oxide or silicon nitride film on the niobium film, a method of first depositing a silicon film on the niobium film and oxidizing or nitriding the silicon film can be considered. In this case, in order to obtain the characteristics as a Josephson junction element, it is necessary to make the thickness of silicon oxide or silicon nitride about 1-2 nm. However, there is a local variation in the thickness of the silicon film deposited on the niobium film. Therefore, the thickness of the oxidized silicon oxide film or the nitrided silicon nitride film is much larger than the average. There will be portions that are not perfect as barrier layers and pinholes. In this case, a part of the niobium film of the lower electrode is oxidized, and the niobium oxide contains a large amount of conductive NbO as well as insulating Nb 2 O 5 . It is considered that this causes an increase in junction leakage current.
【０００９】電圧２ｍＶにおける抵抗をＲj、電圧４ｍ
Ｖにおける抵抗をＲnnとした場合のリーク電流比Ｒj／
Ｒnnは、酸化アルミニウムあるいは窒化アルミニウムを
障壁層とした接合では、２５〜３０であるのに対して、
酸化シリコンを障壁層とした接合では３〜８、窒化シリ
コンを障壁層とした接合では５〜９である。A resistance at a voltage of 2 mV is R j , and a voltage at a voltage of 4 m
Leak current ratio R j / R when resistance at V is R nn
R nn is 25 to 30 in a junction using aluminum oxide or aluminum nitride as a barrier layer,
It is 3 to 8 for a junction using silicon oxide as a barrier layer, and 5 to 9 for a junction using silicon nitride as a barrier layer.
【００１０】ジョセフソン接合素子を用いた超電導論理
集積回路を動作させるためには、集積回路を構成する全
てのジョセフソン接合素子のリーク電流比Ｒj／Ｒ
nnを、少なくとも１０以上にする必要がある。したがっ
て、酸化シリコンあるいは窒化シリコンを障壁層とする
ジョセフソン接合素子は、超電導論理集積回路を構成す
る素子としては使うことができなかった。In order to operate a superconducting logic integrated circuit using a Josephson junction element, the leakage current ratio R j / R of all Josephson junction elements forming the integrated circuit is required.
nn must be at least 10 or more. Therefore, a Josephson junction element using silicon oxide or silicon nitride as a barrier layer cannot be used as an element constituting a superconducting logic integrated circuit.
【００１１】本発明の目的は、酸化アルミニウムあるい
は窒化アルミニウムを障壁層としたジョセフソン接合素
子よりも接合容量が小さく、酸化シリコンあるいは窒化
シリコンを障壁層としたジョセフソン接合素子とほぼ同
じ接合容量を有し、かつリーク電流比Ｒj／Ｒnnが１０
以上で、超電導論理集積回路を構成するのに適したジョ
セフソン接合素子の構造を提供することにある。An object of the present invention is to have a junction capacitance smaller than that of a Josephson junction device using aluminum oxide or aluminum nitride as a barrier layer, and to achieve almost the same junction capacitance as a Josephson junction device using silicon oxide or silicon nitride as a barrier layer. And the leak current ratio R j / R nn is 10
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a structure of a Josephson junction element suitable for forming a superconducting logic integrated circuit.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、超電導
体である下部電極および上部電極が障壁層を挟んで対向
する構造を有するジョセフソン接合素子において、障壁
層は、酸化シリコン膜とアルミニウム膜を含む多層膜、
窒化シリコン膜とアルミニウム膜を含む多層膜、または
窒化ホウ素膜とアルミニウム膜を含む多層膜のいずれか
で構成することによって達成される。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a Josephson junction device having a structure in which a lower electrode and an upper electrode, which are superconductors, face each other across a barrier layer. A multilayer film, including a film,
This can be achieved by using a multilayer film including a silicon nitride film and an aluminum film or a multilayer film including a boron nitride film and an aluminum film.
【００１３】このとき、アルミニウム膜の膜厚を、２ｎ
ｍ以上とする。At this time, the thickness of the aluminum film is 2n
m or more.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例を挙げて詳
細に説明する。図１は、本発明の実施例によるジョセフ
ソン接合素子の一部を示す断面図である。シリコン基板
１上に圧力２．７Ｐａのアルゴンガスを用いた高周波マ
グネトロンスパッタによって二酸化シリコンを３００ｎ
ｍ堆積して下地絶縁膜２とする。下地絶縁膜２上に、圧
力１．３Ｐａのアルゴンガスを用いた直流マグネトロン
スパッタによって、ニオブを１６０ｎｍ、アルミニウム
を３ｎｍ堆積し、続いて、真空を破ることなく、圧力
１．３Ｐａのアルゴンガスを用いた高周波マグネトロン
スパッタによってシリコンを１．２ｎｍ堆積する。上記
の膜の表面を、５Ｐａの酸素中で１０分間プラズマ酸化
した後、真空室内から酸素を除去し、圧力１．３Ｐａの
アルゴンガスを用いた直流マグネトロンスパッタによっ
てニオブを１００ｎｍ堆積する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments. FIG. 1 is a sectional view showing a part of a Josephson junction device according to an embodiment of the present invention. 300 n of silicon dioxide was deposited on silicon substrate 1 by high-frequency magnetron sputtering using argon gas at a pressure of 2.7 Pa.
m to form a base insulating film 2. Niobium is deposited to a thickness of 160 nm and aluminum is deposited to a thickness of 3 nm on the base insulating film 2 by DC magnetron sputtering using an argon gas at a pressure of 1.3 Pa. Then, an argon gas at a pressure of 1.3 Pa is used without breaking vacuum. Silicon is deposited to a thickness of 1.2 nm by the high frequency magnetron sputtering. After the surface of the above film is plasma-oxidized in oxygen of 5 Pa for 10 minutes, oxygen is removed from the vacuum chamber, and niobium is deposited to a thickness of 100 nm by DC magnetron sputtering using argon gas at a pressure of 1.3 Pa.
【００１５】アルミニウム上に堆積したシリコンの膜厚
には局所的なばらつきがあり、シリコンの薄い箇所やピ
ンホールになっている箇所ではアルミニウムの一部が酸
化されるが、ニオブの表面は完全にアルミニウムで被覆
される。５Ｐａの酸素中における１０分間のプラズマ酸
化では、アルミニウムがすべて酸化されることはなく、
ニオブが酸化されることもない。また、アルミニウムは
シリコンよりも酸化されやすく、アルミニウムが酸化さ
れた部分は、シリコンのみが酸化された部分よりもトン
ネル電流が小さくなる。There is a local variation in the film thickness of silicon deposited on aluminum, and a portion of aluminum is oxidized at a thin portion of silicon or at a pinhole, but the surface of niobium is completely removed. Coated with aluminum. In plasma oxidation for 10 minutes in oxygen of 5 Pa, all aluminum is not oxidized,
Niobium is not oxidized. Further, aluminum is more easily oxidized than silicon, and a portion where aluminum is oxidized has a smaller tunnel current than a portion where only silicon is oxidized.
【００１６】上記の方法で形成したニオブ／酸化シリコ
ン／アルミニウム／ニオブ４層膜上に下部電極加工用の
ホトレジストを形成し、かかる４層膜を加工して、下部
電極３、リーク電流防止層４、および主トンネル障壁層
５を形成する。なお、ニオブ膜の加工には圧力２７Ｐａ
のＣＦ4ガスによる反応性イオンエッチング、酸化シリ
コンの加工には分圧３ＰａのＣＨＦ3と分圧１Ｐａの酸
素の混合ガスによる反応性イオンエッチング、アルミニ
ウムの加工には圧力２．５×１０-2Ｐａのアルゴンガス
によるイオンビームエッチングを用いた。A photoresist for processing a lower electrode is formed on the niobium / silicon oxide / aluminum / niobium four-layer film formed by the above method, and the four-layer film is processed to form a lower electrode 3 and a leakage current prevention layer 4. , And the main tunnel barrier layer 5 are formed. In addition, the pressure of 27 Pa is used for processing the niobium film.
Ion etching with CF 4 gas and reactive ion etching with a mixed gas of CHF 3 with a partial pressure of 3 Pa and oxygen with a partial pressure of 1 Pa for processing of silicon oxide, and 2.5 × 10 -2 for processing of aluminum Ion beam etching using an argon gas of Pa was used.
【００１７】下部電極加工用のホトレジストを除去した
後、主トンネル障壁層５の上に残ったニオブ膜上に、上
部電極加工用のホトレジストを形成し、かかるニオブ膜
を圧力２７ＰａのＣＦ4ガスを用いた反応性イオンエッ
チングによって加工して、上部電極６を形成する。After removing the photoresist for processing the lower electrode, a photoresist for processing the upper electrode is formed on the niobium film remaining on the main tunnel barrier layer 5, and the niobium film is blown with CF 4 gas at a pressure of 27 Pa. The upper electrode 6 is formed by processing by the used reactive ion etching.
【００１８】下地絶縁膜２、主トンネル障壁層５、およ
び上部電極６の上に、圧力２．７Ｐａのアルゴンガスを
用いた高周波マグネトロンスパッタによって二酸化シリ
コンを３６０ｎｍ堆積し、ホトレジストをマスクとした
反応性イオンエッチングによって加工して、層間絶縁膜
７を形成する。上部電極６の表面を圧力０．２７Ｐａの
アルゴンガスを用いて高周波スパッタクリーニングした
後、真空を破ることなく、圧力１．３Ｐａのアルゴンガ
スを用いた直流マグネトロンスパッタによってニオブを
３６０ｎｍ堆積し、ホトレジストをマスクとした反応性
イオンエッチングによって加工して、超電導配線８とす
る。Silicon dioxide is deposited to a thickness of 360 nm on the base insulating film 2, the main tunnel barrier layer 5, and the upper electrode 6 by high-frequency magnetron sputtering using an argon gas at a pressure of 2.7 Pa. The interlayer insulating film 7 is formed by processing by ion etching. After the surface of the upper electrode 6 was subjected to high frequency sputter cleaning using an argon gas at a pressure of 0.27 Pa, without breaking vacuum, niobium was deposited to a thickness of 360 nm by DC magnetron sputtering using an argon gas at a pressure of 1.3 Pa. The superconducting wiring 8 is processed by reactive ion etching using a mask.
【００１９】以上によって、本発明の実施例であるジョ
セフソン接合素子を作製することができる。As described above, a Josephson junction device according to an embodiment of the present invention can be manufactured.
【００２０】上記の実施例のジョセフソン接合素子を１
００個作製し、電圧−電流特性を温度４．２Ｋで測定し
たところ、臨界電流密度は1000Ａ／ｃｍ2であり、電圧
２ｍＶにおける抵抗をＲj、電圧４ｍＶにおける抵抗を
Ｒnnとした場合のリーク電流比Ｒj／Ｒnnは、２０〜２
５であった。また、接合容量は、0.02ｐＦ／μｍ2とな
る。したがって、本実施例により、接合容量がアルミニ
ウムの酸化物やアルミニウムの窒化物を障壁層としたジ
ョセフソン接合素子よりも小さく、しかもリーク電流比
Ｒj／Ｒnnが１０以上であるために、スイッチング遅延
の短い超電導論理集積回路を構成するのに適したジョセ
フソン接合素子を実現することができる。The Josephson junction element of the above embodiment is
When 100 pieces were manufactured and the voltage-current characteristics were measured at a temperature of 4.2 K, the critical current density was 1000 A / cm 2 , and the leakage when the resistance at a voltage of 2 mV was R j and the resistance at a voltage of 4 mV was R nn. The current ratio R j / R nn is 20 to 2
It was 5. Also, the junction capacitance is 0.02 pF / μm 2 . Therefore, according to the present embodiment, since the junction capacitance is smaller than that of the Josephson junction element using aluminum oxide or aluminum nitride as the barrier layer, and the leakage current ratio R j / R nn is 10 or more, the switching is performed. A Josephson junction element suitable for forming a superconducting logic integrated circuit with a short delay can be realized.
【００２１】本実施例においては、主トンネル障壁層の
材料として酸化シリコンを用いたが、これに替えて窒化
シリコン、あるいは窒化ホウ素を用いてもよい。In this embodiment, silicon oxide is used as the material of the main tunnel barrier layer, but silicon nitride or boron nitride may be used instead.
【００２２】主トンネル障壁層の材料として窒化シリコ
ンを用い、上記の実施例と同様にして、４．２Ｋにおけ
る臨界電流密度が1000Ａ／ｃｍ2のジョセフソン接合素
子を１００個作製した場合、かかる素子のリーク電流比
Ｒj／Ｒnnは２０〜２５、接合容量は0.04ｐＦ／μｍ2と
なる。When silicon nitride is used as the material of the main tunnel barrier layer and 100 Josephson junction devices having a critical current density of 1000 A / cm 2 at 4.2 K are manufactured in the same manner as in the above-mentioned embodiment, Has a leakage current ratio R j / R nn of 20 to 25 and a junction capacitance of 0.04 pF / μm 2 .
【００２３】主トンネル障壁層の材料として窒化ホウ素
を用い、上記の実施例と同様にして、４．２Ｋにおける
臨界電流密度が1000Ａ／ｃｍ2のジョセフソン接合素子
を１００個作製した場合、係る素子のリーク電流比Ｒj
／Ｒnnは１５〜２０、接合容量は0.02ｐＦ／μｍ2とな
る。When boron nitride was used as the material of the main tunnel barrier layer and 100 Josephson junction devices having a critical current density of 1000 A / cm 2 at 4.2 K were manufactured in the same manner as in the above-described embodiment, Leakage current ratio R j
/ R nn is 15 to 20 and the junction capacitance is 0.02 pF / μm 2 .
【００２４】主トンネル障壁層の材料として窒化シリコ
ンを用いた場合および窒化ホウ素を用いた場合ともに、
接合容量が酸化アルミニウムや窒化アルミニウムを障壁
層としたジョセフソン接合素子よりも小さく、しかもリ
ーク電流比Ｒj／Ｒnnが１０以上であるために、酸化ア
ルミニウムや窒化アルミニウムを障壁層としたジョセフ
ソン接合素子で構成した超電導論理集積回路よりもスイ
ッチング遅延の短い超電導論理集積回路を構成するのに
適したジョセフソン接合素子を実現することができる。In both cases where silicon nitride and boron nitride are used as the material of the main tunnel barrier layer,
Since the junction capacitance is smaller than that of a Josephson junction element using aluminum oxide or aluminum nitride as a barrier layer, and the leak current ratio R j / R nn is 10 or more, a Josephson junction element using aluminum oxide or aluminum nitride as a barrier layer is used. A Josephson junction element suitable for forming a superconducting logic integrated circuit having a switching delay shorter than that of a superconducting logic integrated circuit constituted by junction elements can be realized.
【００２５】[0025]
【発明の効果】本発明によれば、酸化アルミニウムや窒
化アルミニウムを障壁層としたジョセフソン接合素子よ
りも接合容量を小さくすることができ、しかもリーク電
流比Ｒj／Ｒnnが１０以上であるジョセフソン接合素子
を実現できる。According to the present invention, the junction capacitance can be made smaller than that of a Josephson junction element using aluminum oxide or aluminum nitride as a barrier layer, and the leak current ratio R j / R nn is 10 or more. A Josephson junction element can be realized.
【００２６】それにより、酸化アルミニウムや窒化アル
ミニウムを障壁層としたジョセフソン接合素子で構成し
た超電導論理集積回路よりもスイッチング遅延の短い超
電導論理集積回路を実現することができる。As a result, a superconducting logic integrated circuit having a shorter switching delay than a superconducting logic integrated circuit composed of a Josephson junction element using aluminum oxide or aluminum nitride as a barrier layer can be realized.
【図１】本発明の実施例によるジョセフソン接合素子の
一部を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a part of a Josephson junction device according to an embodiment of the present invention.
１・・・シリコン基板、２・・・下地絶縁膜、３・・・
下部電極、４・・・リーク電流防止層、５・・・主トン
ネル障壁層、６・・・上部電極、７・・・層間絶縁膜、
８・・・超電導配線。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Base insulating film, 3 ...
Lower electrode, 4 ... leak current prevention layer, 5 ... main tunnel barrier layer, 6 ... upper electrode, 7 ... interlayer insulating film,
8 ... Superconducting wiring.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−31475（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−64274（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−251768（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−148178（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/22 H01L 39/24 H01L 39/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-64-31475 (JP, A) JP-A-64-64274 (JP, A) JP-A-5-251768 (JP, A) JP-A-60-1985 148178 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 39/22 H01L 39/24 H01L 39/00
Claims (2)
障壁層を挟んで対向する構造を有するジョセフソン接合
素子において、上記障壁層は、酸化シリコン膜とアルミ
ニウム膜を含む多層膜、窒化シリコン膜とアルミニウム
膜を含む多層膜、または窒化ホウ素膜とアルミニウム膜
を含む多層膜のいずれかで構成されることを特徴とする
ジョセフソン接合素子。1. A Josephson junction device having a structure in which a lower electrode and an upper electrode, which are superconductors, face each other across a barrier layer, wherein the barrier layer is a multilayer film including a silicon oxide film and an aluminum film, and a silicon nitride film. And a multilayer film including a boron nitride film and an aluminum film, or a multilayer film including a boron nitride film and an aluminum film.
おいて、上記下部電極および上記上部電極はニオブで構
成され、上記障壁層は、上記酸化シリコン膜、上記窒化
シリコン膜もしくは上記窒化ホウ素膜が上記アルミニウ
ム膜よりも上層に位置することを特徴とするジョセフソ
ン接合素子。2. The Josephson junction device according to claim 1, wherein said lower electrode and said upper electrode are made of niobium, and said barrier layer is made of said silicon oxide film, said silicon nitride film or said boron nitride film. A Josephson junction device, which is located above the aluminum film.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP9308268A JP3003651B2 (en) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | Josephson junction element |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP9308268A JP3003651B2 (en) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | Josephson junction element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11145524A JPH11145524A (en) | 1999-05-28 |
| JP3003651B2 true JP3003651B2 (en) | 2000-01-31 |
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ID=17978984
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP9308268A Expired - Fee Related JP3003651B2 (en) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | Josephson junction element |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP3003651B2 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112670401B (en) * | 2020-12-21 | 2022-10-14 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | Josephson junction and superconducting device and preparation method thereof |
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